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Österreichische PATENTSCHRIFT Nr. 17592.
RICCARDO ARNO IN MAILAND.
Einrichtung zur Energiemessung für gleich oder ungleich belastete Dreiphasensysteme.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet eine Einrichtung zur genauen Energie- messung für gleich oder ungleich belastete Dreiphasensysteme mittelst zweier Zähler, welches im wesentlichen darin besteht, dass die zwei Spannungsb {1ulen der Zähler derart an zwei Hilfsspannungen gelegt werden, dass durch Verschiebung der Phasen zwischen diesen Hilfsspannungen und den zugehörigen Netzspannungen innerhalb der Grenzen von 0 bis 30 (ausschliesslich der Grenzwerte) eine genaue Phasenverschiebung von 0 für elektrodynamometrische Zähler und 90 für Induktionszähler nach dem Ferraris'schen Prinzip erzielt wird.
In einem beliebig belasteten Dreiphasensystem a b c (Fig. 1) wird die Energiemessung mittelst der bekannten Zweizählermethode bewirkt, welche darin besteht, dass in
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schaltet worden und be7. zwischen den Leiter a und den dritten Leiter c, und zwischen den Leiter j und c die Spannungsspulen S'v und S'' v eingeschaltet werden. Wählt man nun die zyklische Reihenfolge der Strom- und Spannungsbezeichnungen im Diagramm so, dass der Strom 7'in n um 120 hinter dem Strom I'' in b liegt (vergl. Fig. 2), so eilt die Spannung V' zwischen c und a dem Strom l'um 30 voran, während die negative Spannung V'' zwischen b und c eine Phasenverzögerung von 30 gegen I'' besitzt.
Bei Verwendung eines Induktionszählers nach dem Ferraris'schen Prinzip, welche Zähler sich für die Enorgicmessung in Dreiphasensystemen am besten eignen, müssen die
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Phasenverzfigernng von genau 900 in Bezug auf die beiden Spannungen V'und V"besitzen (Fig. 2), d. h. der Strom i'muss eine Phasenverzügerung von 600 gegen den Strom I'und der Strom t"eine Pbasenverzögerung von 120"gegen den Strom 1"auf- weisen.
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Spannungen F* und F"stets kleiner als 90 , u. zw. gleich 90 vermindert um einen be- stimmten Winkel x ist, so worden nach vorliegender Erfindung anstatt der beiden Spannungen F'und V"'zwei andere Spannungen V'1 und V''1 benutzt (Fig. 3), welche sich bezw.
in Phasenvoreilung von 300 - x gegen l'und in Phasenverzögerung von 30"- + x gegen 7"befinden. Unter diesen Umständen wird sich der Strom i'in Phasen-
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wie dies auch notwendig ist, damit die Energiemessung unter den gleichen Bedingungen wie bei der gewöhnlichen Zweizählermethode stattfindet.
Um diese Spannungen V'1 und r' nutzbar zu machen, wird auf folgende Weise verfahren : Zähler 7 sei derjenige, dessen Hauptspule von dem Strom 1' und Zähler 77
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spulen 0"JB"und 0"A"vereinigt sind, deren andere Enden bezw. mit den Leitungen b und a verbunden sind.
Um die Regelung der Zähler zu bewirken, werden noch die beiden Induktionsspulen 0'C"und 0"B" (von denen die zum Zähler I gehörige Spule 0'0'
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welchem sich die entsprechende Stromspule befindet) so angeordnet, dass die Stellungen der entsprechenden Magnetkerne in Bezug auf die Wicklungen der beiden Zweige 0'0' und O'' B'' verändert werden können und durch Versuche diejenigen Stellungen der beiden Kerne festgelegt werden können, welche den oben erwähnten Bedingungen (Phasendiagramm Fig. 3) entsprechen. Es folgt hieraus, dass zur Einschaltung des Zählers 1 die entsprechende Spannungsspule zwischen den Leiter a und den Punkt 0', die Regelungsspule zwischen den Leiter c und den Punkt 0'und die dritte Spule zwischen den Leiter b und den Punkt 0'geschaltet werden müssen.
Für die Einschaltung des Zählers 11 müssen die Spannungsspulen zwischen den dritten Leiter c und den Punkt 0", die Regelungsspule zwischen den Leiter b und den Punkt O'' und die dritte Spule zwischen den Leiter a und den Punkt 0"geschaltet werden.
Um die Regelung der beiden Zähler auf eine praktische und einfache Weise zu bewirken, kann wie folgt verfahren werden : Indem die ganze Schaltung im übrigen unverändert gelassen wird, werden die beiden Hauptspulen der Zähler in Bezug auf die Spannungsspulen umgeschaltet, so dass die Hauptspule des Zählers 1 von dem Strom I" (wobei die Spannungsspule vom Strome ils durchflossen bleibt) und die Hauptspule des Zählers 11 vom Strome l' (wobei die Spannungsspule vom Strom i" durchflossen bleibt) 'durchflossen werden.
Wenn alsdann die einem genauen Gang der beiden Zähler entsprechenden Bedingungen vorhanden sind (Fig. 3), so werden die beiden Ströme I' und i'' sich in Phase miteinander befinden und die beiden Ströme 7"und !'um 1800 gegeneinander verschoben sein, oder, was dasselbe ist, I'' und i' besitzen dieselbe Phase, wenn man den einen Strom in Bezug auf den anderen in umgekehrtem Sinne betrachtet. Bei stark symmetrischer und nicht induktiver Belastung, z. B. durch eine grosse Zahl Glühlampen, werden nun bei dieser Schaltung die beiden Zähler sich im Ruhezustande befinden. Es wird daher genügen, die beiden beweglichen Kerne der Regelungsspulen 0'C'und 0 jB" so lange zu verschieben, bis selbst bei grossen Werten von l'und 7"die Geschwindigkeit der beweglichen Anker der Apparate Null ist.
Es ist zu bemerken, dass die beschriebene Regelnngsmethode den Vorteil besitzt, dass die Apparate, welche zur Regelung dienen (Regelungsspulen 0'G', 01 bound dritte Spulen 0'B', 0"A'), ausschliesslich Induktionsspulen sind, wodurch der Energieverlust in den Apparaten selbst soweit vermindert wird, dass der Betrag praktisch zu vernachlässigen ist.
Ausserdem lässt sich dieses Verfahren auf jede beliebige Type von Induktionszählern anwenden, ganz gleichgiltig, in welcher Weise die Spannungsspule konstruiert ist. Es ist nur die einzige Bedingung nötig, dass die Phasenverschiebung zwischen dem Strome der Spannnngsspule und der Spannung an den Enden derselben Spule zwischen 900 und 600 liegt, zum Zwecke, zu erzielen, dass der Winkel ot einen Wert zwischen 0 und 300 besitzt, wie es für die Anwendung des vorliegenden Verfahrens nötig ist.
Je nach den Werten der Ohm'schen und Induktionswiderstände des Spannungsstromkreises des Zählers und infolgedessen des Wertes des Winkels ot wird der für diesen Winkel gewünschte Wert dadurch erhalten, dass man die Stellungen der Magnetkerne der beiden Regelungs- spulen 0'CI und 0" BII (Fig. 4) in geeigneter Weise verändert. Es geht aus diesen Betrachtungen hervor, dass der Strom i' (Fig. 3), welcher die Spannungsspule des Zählers I durchfliesst, um 1800 gegen den Strom 1"verschoben ist, welcher die Hauptspule des Zählers 11 durchfliesst.
Ferner geht daraus hervor, dass der Strom i", welcher die Spannungsspule des Zählers II durchfliesst, sich in Phase mit dem Strom 11 befindet, welcher
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dazu benutzt, in den beiden Apparaten zwei Induktionsflüsse mit konstanter magnetischer Wirkung zu erzeugen, unabhängig von dem Werte der Stromstärke für die Verbrauchsapparate. Die Wirkungen dieser Induktionsfltlsse auf die beweglichen Teile der beiden Zähler kommen zu den Wirkungen der durch die beiden Hauptstrom hervorgerufenen Tnduktioneflüsse hinzu.
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Zu diesem Zwecke sind zwei kleine Spulen S'c und S''c (Fig. 5 und 6), welche aus einer geringen Anzahl Windungen von feinem Draht bestehen, parallel zu den Haupt-
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gewickelt. Die beiden kleinen Spulen S'c und j o wirken als Ausgleichsspulen der beiden Zähler und haben den Zweck, den durch die Reibungswiderstände des Apparates hervorgerufenen Fehler aufzuheben oder wenigstens bedeutend zu vermindern. Die Spulen werden infolgedessen in Reihe mit den beiden Spannungsspulen S''v und Slv geschaltet (Fig. 5 und 6). Die Ausgleichsspule S'c des Zählers 1 befindet sich demnach in Reihe mit der
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einander mit der Spannungsspule S'v des Zählers I geschaltet.
Die praktische Bedeutung der besonderen Einrichtung geht aus folgenden Betrachtungen hervor : 1. Es braucht kein Ohm'scher oder besonderer induktiver Widerstand verwendet zu werden, um die beiden Ausgleichsspulen in ihren Stromkreis einzusehalten, da sie mit den beiden Spannungsspulen der Zähler hintereinander geschaltet sind. 2. Die beiden Ströme i'und i", welche die Spannungsspule S'v und Ausgleichsspule S''c sowie die
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900 abweichenden Winkel gegen die Spannungen verschoben, welche au den Enden dieser Stromkreise herrschen, so dass der Energieverlust in den Stromkreisen praktisch zu vernachlässigen ist.
In der Fig. 7 sind die beiden Zähler 1 und II, welche in ein Dreiphasensystem abc eingeschaltet sind, schematisch dargestellt durch ihre Hauptspulen SA und 81/. und ihre.
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die beiden Regelungsspulen, während S' und S'' die dritten zu den beiden Schaltungen gehörigen Spulen sind. Die Grössenverhältnisse der Spulen S'und S'' (Fig. 7) brauchen keineswegs dieselben zu sein wie die der Spannungsspulen S'v und S"v, wie dies in der Schaltung nach Fig. 4 veranschaulicht und es bis jetzt vorausgesetzt wurde.
In der Praxis können die Grössenverhältnisse der Spulen S'und S'und infolgedessen der Regelungsspulen S'R und S"R sehr vermindert werden in Bezug auf die Grösse der Spannungsspulen (Fig. 7), wodurch die Herstellungskosten bedeutend verringert werden. Die gleichen, im vorstehenden entwickelten Betrachtungen gelten für die Verwendung von elektrodynamo- metrischen Zählern bei ungleich und induktiv belasteten Dreiphasensystemen. In diesem
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durchfliessen, genau in Phase mit den beiden Spannungen V' und V'' liegen, d. h. der Strom i' muss um 30 voreilen und der Strom i'' dem Strom I'' um 30 nacheilen. In der Praxis wird immer eine gewisse Phasenverzögerung oc der Ströme i'und i'' in Bezug auf die Spannungen V' und V'' vorhanden sein.
Unter dieser Voraussetzung können statt der beiden Spannungen V' und V'' zwei andere Spannungen V'1 und V" (Fig. 8) verwendet würden, welche bezw. 1' um 30 + αvoreilen und 1"um 30-x nacheilen. Unter diesen Bedingungen wird sich der Strom i' in Phasenvoreilung von 300 gegen den Strom I"
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werden genau die zu erreichenden Phasenverschiebungen vorherrschen.
Es ist indessen hiebei noch zu bemerken, dass, um die genaue Energiemessung nach dem beschriebenen Vorfahren zu ermöglichen der Winkel α in allen Fällen zwischen 00 und 300 liegen muss, u. zw. genügend kleiner als 300 sein muss, damit die Veränderungen der beiden Spannungen V'1 und V''1 den Veränderungen der beiden Netzspannungen V' und F"genau entsprechen, wie dies notwendig ist, damit dieselben Bedingungen wie bei der gewöhnlichen Zweizählermethodo bestehen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur genauen Energiemessung für gleich oder ungleich belastete Dreiphasensysteme mittelst zweier Zähler, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsspulen an zwei Hilfsspannungen (V11 Tris,) gelegt sind, welche in ihrer Phase gegenüber den zugehörigen Netzspannungen (V' V'') um einen innerhalb der Grenzen 00 und 300 (unter Ausschluss dieser Grenzwerte) liegenden Winkel verschoben sind, um so eine genaue Phasenverschiebung zwischen den Spannungsströmen und zugehörigen Netzspannungen von 00 für elektrodynamomptrische Zähler oder 900 für Induktionszähler zu erzielen.