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Vorrichtung zur Messung der komplexen Belastung in ungleichmässig belasteten Dreiphasen- systemen.
In Wechselstromanlagen wird gewöhnlich die Leistung mit Wattmetern und Zählern gemessen nach der Formel für die wirkliche Leistung :
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zwischen dem Strom 1 und der Spannung E darstellt.
Die Leistungsfähigkeit der Wechselstromm schine ist aber durch die entsprechende scheinbare Leistung dargestellt :
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Die wirkliche Leistung ist :
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die scheinbare Leistung :
Die Differenz ist somit = E. I (1-cOs caf). Diese wird bei der gewöhnlichen Messung nicht in Betracht gezogen.
Der Grösse E. I (I-cos #) braucht aber nur so weit Rechnung getragen zu werden, als es für die Amortisation, die Zinsbelastung, den Betrieb und die Verluste nötig ist. Es genügt
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gerechtere Preisberechnung für die von dem Abnehmer tatsächlich verbrauchte Energie zu erhalten.
Die Zahl n hat je nach den in der Anlage begründeten ökonomischen Verhältnissen verschiedene Werte.
Die Formel, welche die alle Kosten berücksichtigende Grösse (komplexe Belastung) darstellt, ergibt sich nun als oder :
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Hierbei können der Grösse n theoretisch die Werte von I bis # erteilt werden.
Für n = i ergibt die Formel die scheinbare Leistung Pa = E. 1 ; folglich wäre ein nach dieser Formel gebauter Apparat ein Voltamperemeter oder ein Messer der scheinbaren Leistung.
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dieser Apparat einem gewöhnlichen Leistungsmesser zur Messung der wirklichen Leistung.
Die komplexe Belastung wird daher einem Wert von n zwischen i und oo entsprechen.
In der industriellen Praxis geht nun aus den in vielen bedeutenden Anlagen gesammelten Daten hervor, dass der Wert von n immer höher als 2 und niedriger als 4 ist und gewöhnlich zwischen 2'5 und 3'5 (Mittel = 3) liegt.
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nach beschränkten Kriterien ausgeführten Installationen, geringen Kupferquerschnitten und minderwertiger Isolation der Leitung.
Die höheren Werte von K entsprechen gut ausgeführten Anlagen mit guten Generatoren,
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Um nun die Messung der komplexen Leistung in einem Apparat möglichst einfach zu gestalten, wird ein Verfahren angewandt, das die komplexe Leistung zwar nicht streng genau, wohl aber mit einer für die Praxis genügenden, sehr grossen Annäherung zu messen gestattet.
Erstens wird in dem Spannungskreis eines gewöhnlichen Leistungsmessers oder Zählers z. B. durch eine Spule oder ein ähnliches bekanntes Mittel eine zusätzliche Phasenverschiebung W
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zwar stets mit einer derartigen Einregulierung der Apparate, dass sie bei induktionsloser Last die wahre Leistung EI angeben. Diese so einregulierten Apparate würden ; war für sehr kleine Phasenverschiebungen in der Belastung auch nahezu die komplexe Leistung angeben können ; bei grösseren Phasenverschi bungen # dagegen nicht. Hier tritt nun die neue Erfindung ein ; sie geht von der Überlegung aus, dass der Leistungsfaktor der Belastung in den üblichen Kraftanlagen zwischen den Grenzen 0.4 und 0.5 liegt.
Erzeugt man in dem Spannungskreis des Mess- apparates eine zusätzliche Phasenverschiebung von geeigneter Grösse 11'und reguliert seine
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Intervalls dagegen, namentlich auch für induktionslose Last, für welche der Apparat nicht bestimmt ist, würde er Angaben machen, die sowohl von der wahren wie von der komplexen
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Für die Kombinationen der besonderen Phasenverschiebungen sowohl in gleichmässig wie auch in ungleichmässig belasteten Dreiphasenkraftanlagen können auch noch andere Phasenverschiebungen für die Spannungsspulen verwendet werden, um die praktische Genauigkeit der oben beschriebenen Messungen zu erhalten.
Solche Verschiebungen kann man erhalten, entweder indem man die Phasenverschiebung des einen der beiden Apparate ein wenig vermindert und diejenige des anderen. Apparates entsprechend erhöht, oder aber. indem man die besonderen Spannungen benutzt, die in einem Dreiphasensystem zur Verfügung stehen (Fig. i), und zu entsprechenden Schaltungen der Apparate greift.
Bei den Dreiphasensystemen ist vorausgesetzt, dass der Stern der Spannungen unverändert bleibt. Im nachstehenden sollen einige der gefundenen besonderen Phasenverschiebungen für
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Bei dem besonderen Fall von Apparaten für ungleichmässig betastete Dreiphasensysteme sind die Konstanten der beiden Apparate nicht so bestimmt, dass praktisch die Fehler gegen seitig ausgeglichen werden, sondern so, dass die Angaben jedes Apparates sich als praktisch genau für die einzelnen Messungen ergeben, die mit jedem Apparat ausgeführt werden sollen.
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bestimmt sind, wo nur ein einziges Instrument nötig ist, sind in den bezüglichen Abbildungen mit SA und mit Sv die Strom- und Spannungsspulen bezeichnet.
Für die Apparate, die zu Messungen in Dreiphasensystemen bestimmt sind, wo zwei Instrumente nötig sind, sind mit #, ## die Phasenverschiebungen für die elektrodynamischen Apparate, und mit #' ## die Phasenverschiebungen für die Induktionsapparate angegeben.
Ausserdem sind mit SA' und mit SV' und SA" und SV" die betreffenden Strom- und Spannungsspulen der beiden Apparate bezeichnet.
Bei gleichmässig belasteten Dreiphasenkraftanlagen lassen sich nun für die Messung der komplexen Belastung die Phasenverschiebungen # und #' bzw. etwa = 45 (Fig. 2) und etwa = 7So (Fig. machen, da dann die Spannungsspule so geschaltet ist, dass eine verkettete Spannung benutzt wird. die in Phasenvoreilung oder Phasenverzögerung von 30 zu der Phasenspannung des Zweiges liegt, in den die Stromspule eingeschaltet wird.
Für die Messung der scheinbaren Leistung dagegen kann man die Phasenverschiebung
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Methoden der industriellen Messung der komplexen Belastung und der scheinbaren Leistung und die bezüglichen Apparate in der Weise ändern, dass die Messung durch zwei Apparate auszuführen ist. die ähnlich den gewöhnlichen elektrodynamischen oder Induktionswattmetern gebaut und
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handelt, wobei α irgendein positiver oder negativer Winkel ist.
Bei Messung der komplexen Belastung in ungleichmässig belasteten Kraftanlagen sind die Phasenverschiebungen If, und T für die beiden elektrodynamischen Apparate bzw. etwa = 24 und etwa = 5030'zu wählen und die Phasenverschiebungen #', und #'# für die beiden
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und bei dem anderen etwas verkleinern, so dass die Winkel #, und ## etwa = 30 und 00 sind. Dann ist das eine Instrument ein gewöhnliches Wattmeter. Ebenso können bei Induktionsapparaten die Phasenverschiebungen #', und W,, = 120 und 900 gemacht werden, so dass auch hier einer der beiden Apparate identisch einem gewöhnlich Wattmeter wird.
Wenn es sich dagegen um die Messung der scheinbaren Leistung handelt, so sind die
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und #'# sind etwa = J620 und etwa = 1030 ; somit kann einer der beiden Apparate ohne grossen Fehler nach geringer Änderung der Phasenverschiebungswinkel identisch einem ungeänderten Apparat für die Messung der scheinbaren Leistung in Wechselstromlichtanlagen sein.
Demnach können die Phasenverschiebungen W, und T"näherungsweise zwischen 750 und 700 und zwischen 10 und 150, und die Phasenverschiebungen T', und W'" zwischen 1650 und 1600 bzw. 1000 und 1050 liegen.
Ferner können für die Messung der komplexen Belastung die beiden Apparate ähnlich den gewöhnlichen elektrodynamischen oder Induktionswattmetern ausgeführt sein mit Phasenverschiebungen T, und ## beide = 0 und #', und #'# beide = 90 (Fig. 4) ; aber von den Apparaten wird der eine, dessen Spannungsspule entsprechend berechnet ist, mit derselben in der Weise geschaltet, dass die Spannung des Zweiges benutzt wird, die in Phasenverzögerung von 30 zu der entsprechenden verketteten Spannung liegt, welche sonst benutzt würde, wenn der Apparat nach der gewöhnlichen Methode der beiden Wattmeter eingeschaltet würde ;
der andere Apparat, der einem gewöhnlichen Wattmeter identisch ist, wird nach der gewöhnlichen Methode der beiden Wattmeter für die Messung der wirklichen Leistung geschaltet.
Die beiden Apparate können auch ähnlich den gewöhnlichen elektrodynamischen Wattmetern ausgeführt sein, aber mit Phasenverschiebungen #, und ## bzw. = 30 und = 600 (Fig. 5). oder mit Phasenverschiebungen #, und ## beide = 30 (Fig. 6) ; dann wird der eine
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spule so geschaltet wird, dass die verkettete Spannung in Phasenvoreilung von 600 oder die Spannung des Zweiges benutzt wird, die in Phasenvoreilung von 30 zu der entsprechenden verketteten Spannung liegt.
Schliesslich können die beiden Apparate auch ähnlich den gewöhnlichen Induktionswattmetern gebaut sein, aber mit Phasenverschiebungen W, und W"bzw. = 60 und = 30
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Apparat mit seiner Spannungsspule so geschaltet, dass eine in Phasenverzögerung von 600 zu der entsprechenden Phasenspannung liegende verkettete Spannung benutzt wird, und der andere wird mit seiner Spannungsspule in der Weise geschaltet, dass die verkettete Spannung benutzt wird, die in Phasenverzögerung von 60 liegt, oder die entgegengesetzte Spannung des Zweiges, die in Phasenycrzögerung von 300 zu der entsprechenden verketteten Spannung liegt.
Für die Messung der scheinbaren Leistung dagegen können die Apparate unter sich identisch und ähnlich den gewöhnlichen elektrodynamischen oder Induktiunswattmetern gebaut sein, aber mit
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Dann wird ein Apparat mit seiner Spannung, spule in der Weise geschaltet, dass eine in Phasen- Verzögerung von 60 zu der entsprechenden Potentialdifferenz liegende verkettete Spannung benutzt wird ; der andere Apparat wird nach der gewöhnlichen Methode für die Messung der wirklichen Leistung geschaltet.
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geschaltet. dass die entgegengesetzte verkettete Spannung benutzt wird, die in Phasenverzögerung von 120 zu der entsprechenden verketteten Spannung liegt ;
der andere wird mit seiner Spannungsspule in der Weise geschaltet, dass die verkettete Spannung benutzt wird, die in
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Spannungsspule in der Weise geschaltet werden, dass die entgegengesetzte Spannung des Zweiges benutzt wird, die in Phasenverzögerung von 900 zu der entsprechenden verketteten Spannung liegt ; der andere wird mit seiner Spannungsspule so geschaltet, dass die entgegengesetzte
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zwischen den Polen des Zweiges der Verkettung als Resultante der beiden verketteten an- grenzenden Spannungen angesehen wird.
Dann werden die Apparate in der Weise geändert, dass die entsprechende Spannungsspule, die sonst die Spannung des Zweiges benutzen würde, durch zwei so berechnete gleiche Spannungsspulen ersetzt wird, dass in dem gemeinsamen Feld der beiden Stromkreise die bestimmte Phasenverschiebung erlangt wird (Fig. 4' 6', 8', 12'und iS').
In den Fällen, wo für die Messung zwei Apparate verwendet werden, können dieselben unabhängig voneinander arbeiten (wobei das Messergebnis durch Summierung zweier Ablesungen erlangt wird), oder beide Apparate können auf ein einziges Zifferblatt wirken (hei Messapparaten), oder sie können eine gemeinsame Achse beeinflussen (bei Zählern).
Das Anwendungsgebiet des beschriebenen Verfahrens in den verschiedenen Wechselstrom- systemen ist somit sehr gross. Auch lässt es sich sowohl für Präzisionsapparate wie für technische
Apparate. Indikatoren, Totalisatoren (Integrierapparate), Registrierapparate, Maximalapparate (Differentialapparate). anwenden.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Vorrichtung zur Messung der komplexen Belastung in ungleichmässig belasteten
Dreiphasensystemen nach der Formel
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gekennzeichnet durch die Verwendung von zwei gewöhnlichen elektrodynamischen oder Induktions- zählern, welche nach der gewöhnlichen Methode für Messung der wirklichen Leistung geschaltet sind, wobei einer der Zähler eine Phasenverschiebung # bzw W'= 00 bzw. = 900, wie für die Messung der wirklichen Leistung besitzt, während der andere eine Phasenverschiebung'11' bzw. #' von anderen bestimmten Werten (T = 30 und 11" = 1200) besitzt.
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