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Elektrizitätszähler zur Bestimmung der wattlosen Leistung in Wechselstromanlagen.
Zur möglichst wirtschaftlichen Ausnutzung der elektrischen Einrichtungen von ein-und mehrphasigen Wechselstromanlagen ist es erforderlich, dahin zu wirken, dass die Verschiebung zwischen Strom und Spannung gering bleibt. Da übererregte Synchronmotoren, Einankerumformer und Phasenschieber nicht mit dem gewünschten wirtschaftlichen Erfolg die bei induktiver Belastung auftretende Phasenverschiebung zu verbessern vermochten, versucht man neuerdings dieses Ziel durch Tarifverbesserungen zu erreichen ;
man räumt Abnehmern, welche eine bestehende Phasenverschiebung verringern, auf den Einheitspreis für die entnommene Kilowattstunde eine Vergünstigung ein, während Abnehmer, welche eine Verschiebung zwischen Spannung und Strom herbeiführen, pro entnommene Kilowattstunde einen zusätzlichen Betrag entrichten müssen, dessen Höhe abhängig ist von der Grösse der verursachten Phasenverschiebung.
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zu setzen.
Induktionsmessgeräte, die die wattlose Leistung anzeigen, hat man bereits dadurch hergestellt, dass der Stromkreis, der Spannungsspule praktisch induktionsfrei gemacht ist. Für Instrumente, die nur kurzzeitig gebraucht werden, wie Phasenmesser, ist diese Methode anwendbar, aber nicht für Zähler, die dauernd eingeschaltet sind. Diese müssen ein hohes Drehmoment bei geringem Eigenverbrauch haben, und diese Bedingungen sind nur erfüllbar, wenn die Neben- schlussspulen auf möglichst geschlossenen Eisenkernen liegen. Dadurch aber ist stets eine hohe Selbstinduktion im Spannungsstromkreis gegeben. und es ist bisher nicht gelungen, einen Zähler für Einphasenwechselstrom herzustellen, der die oben gestellten Bedingungen erfüllt.
Man hat sich bislang darauf beschränkt, solche Zähler ausschliesslich für Drehstromanlagen zu schaffen, wo die zur Messung erforderlichen Feldverschiebungen dadurch erreicht werden, dass die die Felder erregenden Spulen in ganz bestimmte Phasen des Drehstromsystems gebracht werden. Sieht man hier von den Vorschlägen für Drehstromanlagen für gleichbelastete Phasen ab, da derartige Belastungsverhältnisse infolge unvermeidlicher Verschiedenheiten in den Widerständen der Motorenwicklungen niemals gegeben sind, so bleibt nur der Schaltungsvorschlag nach Fig. i der Zeichnung übrig, in welcher j ?,.
? und 3 die Linienleitungen des Drehstromsystems, 4 und 6 zwei von den Verbrauchsströmen 1 und 2 durchflossene Hauptstromspulen und 6 und 7 Spannungstriebsysteme darstellen, die durch vorgeschaltete Widerstände so abgeglichen sind, dass die Phasenverschiebung zwischen Spannung und wirksamem Spannungsfeld 600 statt 900, wie bei den üblichen Wattstundenzählern der Ferraristype, beträgt.
Diese Zähler haben den Nachteil, dass sie gtill stehen oder unrichtig registrieren, wenn eine Linienleitung vor dem Zähler unterbrochen wird. Da Drehstrommotoren, nachdem man sie unter Drehstrom anlaufen liess, als Wechselstrommotor weiterlaufen, so besteht die Gefahr, dass vom Abnehmer in beabsichtigter Weise periodisch vorübergehend eine der Linienleitungen unterbrochen wird. Die praktische Verwendung derartiger Zähler ist daher, wo die Elektrizitätswerke keine laufende Kontrolle ausüben können, völlig untunlich.
Es gibt nur eine einzige Schaltungsweise, bei welcher derartige Betrugsmöglichkeiten
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Bestimmung der wirklichen Leistung eines Drehstromsystems. Will man diese Schaltung auch zur Bestimmung der wattlosen Leistung verwenden, so braucht man zwei Triebsysteme, von
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also zwei Einphasenwechselstromzähler zur Bestimmung des wattlosen Stromes. Solche Zähler gibt es aber bisher noch nicht.
Die Erfindung bringt einen solchen Zähler.
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eines Wechselstromwattstundenzählers, welches um einenwinkel gegen die erregende Klemmenspannung E verschoben sei, in Gegenwirkung bringt mit einem Hauptstromfelde < & 'j, das in Phase mit dem Verbrauchsstrom J oder um I80 gegen diesen verschoben ist, und einem (oder mehreren) von diesem induzierten Sekundärfelde Os, das hinsichtlich Grösse und Phasenver-
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schoben ist.
Ein derartiger Zähler kann beispielsweise in einfacher Weise dadurch erhalten werden, dass man die beiden Zinken des Hauptstromkernes 1 (Fig. 2) eines normalen Wattstundenzählers mit entsprechend dimensionierten Kurzschlussringen. 2 und J versieht, oder diese Ringe an anderer Stelle des Kraftlinienweges des Hauptstromfeldes anordnet, insbesondere an solchen, an welchen die Selbstinduktion der Ringe erhöht wird. 4 bedeutet das Nebenschlusseisen mit der erregenden Spule- und 6 wie 7 stellen vom Nebenschlussfeld induzierte Kurzschlussringe dar, welche gestatten, den Winkel zwischen Spannung und Spannungsfeld auf einen bestimmten Wert zu bringen.
Es bestehen natürlich auch noch andere Möglichkeiten, die notwendige Rückwärtsverschiebung des resultierenden Hauptstromfeldes Oj zu bewirken, beispielsweise durch Abschirmung der beiden Zinken des Hauptstromkernes vermittelst Eisenblech u. dgl. m.
Die genaue Abgleichung der notwendigen Verschiebung kann bei Kurzschlussringen durch Änderung ihres Ohmschen oder induktiven Widerstandes. bei Schirmblechen durch Änderung der Ausdehnung der Abschirmung herbeigeführt werden.
In Fig. 3 ist das Vektordiagramm eines derartigen Zählers bei induktionsfreier Belastung dargestellt. Das wirksame Nebenschlussfeld er. folgt wegen der Selbstinduktion des Nebenschluss-
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spannung E zurückbleibt oder voreilt. Bei nacheilendem Strome ist das Drehmoment des Zählers
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bei voreilendem btrome hingegen
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d. h. der Zähler läuft bei nacheilendem Strome vorwärts, bei voreilendem Strome rückwärts. Die Drehwirkung würde im umgekehrten Sinne verlaufen, wenn das Hauptstromfeld O'j um I800 gegen J versetzt zur Wirkung käme.
In diesem Falle wäre bei nacheilendem Strome das Drehmoment des Zählers
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bei voreilendem Strome hingegen ist
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Soll die Wirkung der wattlosen Energie nach vor-und nacheilendem btrome getrennt vorgenommen werden, so werden zwei Zähler erforderlich, die eine Drehbewegung je nur nach einer Seite zulassen.
Für die Messung der wattlosen Energie in Mehrleiter-oder Mehrphasenanlagen verwendet man mehrere solcher Einphasenzähler in den bekannten Schaltungen.