AC-Potentiometer

Ein Potentiometer ist ein Instrument, das eine unbekannte Spannung durch Gleichgewicht mit einer bekannten Spannung misst. Die bekannte Quelle kann Gleichstrom (DC) oder Wechselstrom (AC) sein. Das Arbeitsprinzip eines DC-Potentiometers und eines AC-Potentiometers ist gleich. Allerdings gibt es einen wesentlichen Unterschied in ihren Messungen: Ein DC-Potentiometer misst nur die Größe der unbekannten Spannung. Ein AC-Potentiometer hingegen misst sowohl die Größe als auch die Phase der unbekannten Spannung, indem es diese mit einer bekannten Referenz vergleicht. Es gibt zwei Arten von AC-Potentiometern:

1. Polarpotentiometer.

2. Koordinatenpotentiometer.

Polarpotentiometer

Bei solchen Instrumenten werden zwei separate Skalen verwendet, um die Größe und den Phasenwinkel auf einem bestimmten Bezugswert der unbekannten elektrischen Spannung zu messen. Auf der Skala ist vorgesehen, dass der Phasenwinkel bis zu 3600 gelesen werden kann. Es verfügt über einen Elektrodynamometer-Typ Ammeter sowie ein DC-Potentiometer und einen Phasenschieber Transformator, der von einer Einphasenversorgung betrieben wird.

In einem Phasenschiebertransformator besteht eine Kombination aus zwei ringförmigen gestanzten Stahlständern, die senkrecht zueinander angeordnet sind, wie in der Abbildung dargestellt. Einer ist direkt an die Stromversorgung angeschlossen und der andere in Reihe mit einem variablen Widerstand und einem Kondensator. Die Funktion der Reihenschaltung besteht darin, durch kleine Anpassungen eine konstante AC-Versorgung im Potentiometer aufrechtzuerhalten.

Zwischen den Ständern befindet sich ein gestanzter Rotor mit Schlitzen und Wicklungen, die Spannung für den Gleitdrahtkreis des Potentiometers liefern. Wenn Strom von den Ständern fließt, entsteht um den Rotor ein rotierendes Feld, das eine elektrische Spannung in der Rotorwicklung induziert.

Die Phasenverschiebung der Rotoremf entspricht dem Winkel, um den der Rotor sich von seiner ursprünglichen Position bewegt hat, und steht in Beziehung zur Versorgungsspannung der Ständer. Die gesamte Wicklung ist so angeordnet, dass die Größe der induzierten Emf im Rotor variiert, ohne den Phasenwinkel zu beeinflussen, der auf der Skala am oberen Ende des Instruments abgelesen werden kann.

Die im Rotor durch die Ständerwicklung 1 induzierte Emf kann wie folgt ausgedrückt werden

Die im Rotor durch die Ständerwicklung 2 induzierte Emf,

Aus Gleichung (1) und (2) erhalten wir

Daher ist die resultierende induzierte Emf im Rotor durch die beiden Ständerwicklungen

Wobei Ø den Phasenwinkel angibt. Sie können ähnliche Fragen zu der obigen in unseren elektrotechnischen MCQs studieren.

Koordinatenpotentiometer

In einem Koordinaten-AC-Potentiometer sind zwei separate Potentiometer in einem Schaltkreis verbunden, wie in der Abbildung dargestellt. Das erste wird als in-Phase-Potentiometer bezeichnet und dient zur Messung des in-Phase-Faktors einer unbekannten elektrischen Spannung. Das zweite wird als Quadraturpotentiometer bezeichnet und misst den Quadraturanteil der unbekannten elektrischen Spannung. Die Gleitkontakte AA’ im in-Phase-Potentiometer und BB’ im Quadraturpotentiometer werden verwendet, um den gewünschten Strom im Schaltkreis zu erzeugen. Durch Anpassen des Rheostats R und R’ und der Gleitkontakte wird der Strom im Quadraturpotentiometer gleich dem Strom im in-Phase-Potentiometer, und ein variabler Galvanometer zeigt den Nullwert an. S1 und S2 sind Polumkehrschalter, die verwendet werden, um die Polarität der Prüfspannung zu ändern, falls dies zur Ausgleichung des Potentiometers erforderlich ist. Es gibt zwei Spannungsabbau-Transformator T1 und T2, die das Potentiometer von der Leitung isolieren und eine Erdungsschirmung zwischen den Wicklungen bieten. Sie versorgen auch die Potentiometer mit 6 Volt.

Um eine unbekannte elektrische Spannung zu messen, werden ihre Anschlüsse über die Gleitkontakte AA’ mithilfe des Selektorschalters S3 angeschlossen. Durch Anpassungen an den Gleitkontakten und dem Rheostat wird der gesamte Schaltkreis ausgeglichen, und der Galvanometer zeigt bei der Ausgleichsbedingung null an. Nun wird die in-Phase-Komponente VA der unbekannten elektrischen Spannung vom in-Phase-Potentiometer und die Quadraturkomponente VB vom Quadraturpotentiometer ermittelt.

Somit ist die resultierende Spannung des Koordinaten-AC-Potentiometers

Und der Phasenwinkel ergibt sich aus

Anwendungen des AC-Potentiometers

1. Messung der Selbstinduktion.

2. Kalibrierung des Voltmeters.

3. Kalibrierung des Ammeters.

4. Kalibrierung des Wattmessers.

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