Scheinverbrauchsmessanordnung
Zur Bestimmung des Scheinverbrauchs von elektrischen Stromverbrauchern in Wechsel- oder Drehstromnetzen sind Anordnungen bekannt, bei denen durch Gleichrichter entweder die Wechselspannung oder der Wechselstrom des betreffenden Verbrauchers vor Zuführung zu einer Messeinrichtung gleichgerichtet wird. Durch die Gleichrichtung wird der Einfluss des Phasenwinkels zwischen der Wechselspannung und dem Wechselstrom ausgeschlossen, so dass durch die Bildung des Produktes von Strom und Spannung und der Integration über die Zeit bei der nachfolgenden Messung der Scheinverbrauch ermittelt wird.
Zur Scheinverbrauchsmessung können aber auch die Spannung und der Strom gleichgerichtet und die gleichgerichteten Grössen einem Gleichstromwattstundenzähler zugeführt werden. Eine solche Anordnung ist aber wegen des Kommutators des Gleich stromwattstundenzähiers unbefriedigend, und es wird deshalb einer Anordnung, bei der ein Wechselstrominduktionszähler Verwendung findet, vielfach der Vorzug gegeben. Bei dieser Messeinrichtung mit Wechselstrominduktionszähler liegt die Verbraucherwechselspannung an der Spannungsspule des Zählers, während der Wechselstrom nach Gleichrichtung eine Anordnung steuert, die ihrerseits einen dem Gleichstrom proportionalen Wechselstrom an die Stromspule des Zählers abgibt. Der Phasenwinkel des durch die Wechselspannung konstant, d. h. unabhängig vom Phasenwinkel des Verbrauchers.
Die zuletzt erwähnte Messeinrichtung ist zwar wegen des stabilen Induktionszählers vorteilhafter als die mit dem Gleichstromwattstundenzähler arbeitende Anordnung, sie ist aber auch verhältnismässig aufwendig und entspricht daher nicht mehr vollständig den heutigen Anforderungen.
Die Erfindung betrifft eine Scheinverbrauchsmessanordnung mit einem Induktionszähler, dessen Spannungs spule an der Verbraucherspannung liegt und dessen Stromspule über eine Umformeranordnung mit einem dem Verbraucherstrom proportionalen Wechselstrom versorgt wird, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Umformeranordnung aus Gleichrichtern und einer im Rhythmus der Verbraucherwechselspannung gesteuerten Transistorwechselrichteranordnung besteht.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung zur Anwendung in spannungsunsymmetrischen Drehstromnetzen werden drei Wechselrichter mit je einem zugeordneten, auf einen gemeinsamen Anker arbeitenden Induktionszählersystem verwendet und die den Wechselrichtern zugeführten Gleichströme über drei an je einer Phase angeschlossene Wandler mit nachgeschalteten Gleichrichtern erzeugt, wobei die Steuerung der Transistoren der Wechselrichter durch die zugeordnete Phasen spannung erfolgt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zur Anwendung in spannungssymmetrischen Drehstromnetzen ist nur ein Transistorwechselrichter und ein Einphaseninduktionszähler nötig. Der Verbraucherstrom wird über drei an je eine Verbraucherphase angeschlossene Wandler und nachgeschaltete Gleichrichter anordnungen dem Wechselrichter zugeführt. Die Steuerung der Transistoren erfolgt dabei durch eine verkettete Spannung des Drehstromnetzes.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung zur Anwendung in Einphasenwechs elstromnetzen ist ebenfalls nur ein Einphaseninduktionszähler und ein Transistorwechselrichter erforderlich und der Verbraucherstrom wird über einen Wandler der Gleichrichterwechselrichteranordnung zugeführt. Die Steue rung der Transistoren erfolgt durch die Wechselspannung.
Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung setzen sich die Wechselrichter aus vier Transistoren in an sich bekannter Schaltung zusammen, die mit Steuerwechselspannungen grosser Amplitude übersteuert werden. Die Steuerwechselspannungen besitzen gegenüber der Verbraucherwechselsp annung einen konstanten Phasenwinkel und sie werden von Sekundärwicklungen eines primärseitig an der Verbraucherspannung liegenden Transformators entnommen. Die Transistoren im Wechselrichter sind dabei mit Gleichrichtern überbrückt und die Wechselrichteranordnung liegt als Ganzes parallel zu einem nichtlinearen Haibleiterwiderstand.
An Hand der Zeichnung, die an zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung Anordnungen zur Bestimmung des Scheinverbrauchs für Drehstromnetze zeigt, sei die Erfindung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Scheinverbrauchsmessanordnung, für spannungssymmetrische Drehstromnetze, während Fig. 2 eine solche für spannungsunsymmetrische Netze wiedergibt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind an die Phasen R, S, T des Drehstromnetzes über Wand ler 1, 2, 3 in Graetzschaltung angeordnete Gleichrichtersysteme 4, 5, 6 in Parallelschaltung angekoppelt.
Auf der Gleichstromseite dieser Anordnung liegt ein elektronischer Wechselrichter, der im wesentlichen aus den Transistoren 8 bis 11 besteht. Die Transistoren sind in einer Art Brückenschaltung angeordnet, in deren Mittelzweig die Stromspule eines Induktionszählers 12 angeschlossen ist. Zur Steuerung der Transistoren ist ein Transformator vorgesehen, dessen Primärwicklung 13 an den Phasen S, T des Netzes liegt. Die Sekundärwicklungen 14, 15, 16, 17 sind an den Emitter-Basis-Kreis jedes Transistors angeschlossen, und zwar für die Transistoren 9, 10 in einem entgegengesetzten Wicklungssinn als für die Transistoren 8, 11. Der Emitter < Kollektor-Kreis jedes Transistors ist durch einen Gleichrichter 18, 19, 20 oder 21 überbrückt.
Die Spannungsspule des Induktionszählers 12 liegt an den Phasen R, S des Netzes in Reihe mit der Primärwicklung 13 des Steuertransformators. Parallel zum Wechselrichter ist noch ein Glättungskondensator 7 und ein nicht linearer Widerstand 22 eingeschaltet.
Die in den Phasen R, S, T fliessenden Ströme werden in den Stromwandlern 1 bis 3 transformiert und in den Gleichrichteranordnungen 4 bis 6 gleichgerichtet. Mit Hilfe des Kondensators 7 wird der Summenstrom geglättet und der Wechselrichterschaltung zugeführt. Da die Sekundärwicklungen 14, 15 des Steuertransformators gegensinnig zu den Sekun därwicklungen 16, 17 an die Transistoren angeschlossen sind, sind die Steuerspannungen für die Transi- storen 9, 10 in der Phase um 1800 gegenüber den Steuerspannungen an den Transistoren 8, 11 versetzt, d. h. die Basen der Transistoren 9, 10 besitzen zu einem bestimmten Zeitpunkt negatives Potential, während die Basen der Transistoren 8, 11 auf positivem Potential in bezug auf die entsprechenden Emitter liegen oder umgekehrt.
Es sind also in der einen Halbwelle der Verbraucherspannung die Transistoren 8 und 11 und in der anderen Halbwelle die Transistoren 9 und 10 durchlässig. Der Gleichstromkreis ist somit für den Mittelzweig der Wechselrichterschaltung während der einen Halbwelle in der einen und während der anderen Halbwelle der Verbraucherspannung in der anderen Richtung geöffnet. Wegen der Induktivität der Stromspule des Induktionszählers sind die Gleichrichter 18 bis 21 vorgesehen, die für die Transistoren schädliche Spannungsspitzen, die beim Umschalten der Stromrichtung auftreten würden, unterdrücken. Diese Gleichrichter bewirken ausserdem, dass der Oberwellengehalt des Wechselrichterausgangsstromes klein ist und auch die Grundwelle dieses Stromes stärker der Steuerspannung nacheilt. Die Steuerspannung für die Transistoren ist so hoch gewählt, dass die Transistoren übersteuert werden.
Dadurch wird erreicht, dass die Emitter-Kollektor-Strecken ähnlich wie mechanische Schalter arbeiten.
Der Steuertransformator liegt primärseitig an einer Spannung, die gegenüber der Spannung an der Spannungsspule des Induktionszählers voreilt, so dass etwa eine Gleichphasigkeit von Zählerspannung und Grundwelle des Zählerstromes vorliegt. Fällt die Wechselspannung an der Primärwicklung 13 des Steuertransformators aus, so bleiben alle Transistoren gesperrt, und der Gleichstrom nimmt seinen Weg über den nichtlinearen Widerstand 22 (Gleichrichter in Durchlassrichtung, Zenerdiode, Halbleiterwiderstand), der somit die Transistoren des Wechselrichters vor Zerstörung schützt. Die Kennlinie des Widerstandes 22 muss natürlich so beschaffen sein, dass im normalen Betrieb kein Durchlass stattfindet.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind an die Phasen R, S, T eines Drehstromnetzes über Wandler 101, 102, 103 Gleichrichteranordnungen 104, 105, 106 in Graetzschaltung angeschlossen, auf deren Wechselstromseiten je ein Transistorwechselrichter liegt. Jeder Transistorwechselrichter besteht im wesentlichen aus den Transistoren 108, 108', 108" bis 111, 111', 111". Die Transistoren sind entsprechend der Anordnung nach dem ersten Ausführungsbeispiel geschaltet, d. h. sie bilden eine Art Brückenschaltung, in deren Mittelzweig jeweils die Stromspule eines Induktionszählersystems 112, 112', 112" liegt. Zur Steuerung der Transistoren sind Transformatoren 113, 113', 113" vorgesehen, deren Sekundärwicklungen in dem Emitter-Basis-Kreis jedes Transistors eingeschaltet sind.
Jeweils zwei diagonal angeordnete Transistoren jedes Wechselrichters sind so mit den Sekundärwicklungen verbunden, dass diese bezüglich des Anschlusses an den Emitter Basis-Kreis entgegengesetzten Wicklungssinn haben.
Von den Sekundärwicklungen des Transformators 113, die mit 1 13a bis 1 13d bezeichnet sind, besitzen die Wicklungen 11 3b und 11 3c einen Wicklungssinn, der dem der Wicklungen 1 13a und 1 13d entgegengesetzt ist. Entsprechendes gilt für die Transformatoren 113' und 113", bei denen die Wicklungen 113'b und
113'c bzw. die Wicklungen 113"b und 113"c entgegengesetzten Wicklungssinn wie die Wicklungen
113'a und 113'd bzw. 113"a und 113"d haben. Die nicht bezeichneten Gleichrichter, die den Emitter Kollektor-Kreis jedes Transistors überbrücken, sind zur Vermeidung von Spannungsspitzen da, die bei der Umschaltung der Transistoren infolge der Induktivität der Stromspulen der Zählersysteme auftreten.
Die Spannungsspulen der Zählersysteme liegen einerseits an den Phasen, an denen auch die Wandler für das betreffende System angeschlossen sind und andererseits am Mp-Leiter des Drehstromnetzes. Parallel zu den Wechselrichtern sind noch Glättungskondensatoren 114, 114', 114" sowie nichtlineare, im normalen Betrieb stromundurchlässige Widerstände 115, 115', 115" als Schutzwiderstände eingeschaltet.
Die Anordnung arbeitet wie die Messanordnung nach dem ersten Ausführungsbeispiel, jedoch mit dem Unterschied, dass der Verbraucherstrom jeder Phase gleichgerichtet und durch den Wechselrichter wieder zerhackt dem zugeordneten Induktionszählersystem zugeführt wird. Die in den Phasen R, S, T fliessenden Ströme werden also in den Stromwandlern 101 bis 103 transformiert und in den Gleichrichteranordnungen 104 bis 106 gleichgerichtet. Mit Hilfe der Kondensatoren 114, 114' und 114", werden die Gleichströme geglättet und den Wechselrichterschaltungen zugeführt.
Infolge der gegensinnigen Schaltung je zweier Sekundärwicklungen der Transformatoren 113, 113', 113" sind die Steuerspannungen dieser Wicklungen gegenüber den Steuerspannungen der anderen Wicklungen um 1800 in der Phase versetzt, so dass jeweils zwei Transistoren eines Systems geöffnet, die anderen hingegen geschlossen sind. Es sind also beispielsweise in der einen Halbwelle jeder Phasenspannung die Transistoren 109 und 110 bzw. 109' und 110' bzw. 109" und 110" durchlässig, während die restlichen Transistoren stromundurchlässig sind.
In jedem System ist also der Gleichstromkreis während der einen Halbwelle jeder Phasenspannung für den Mittelzweig der Wechselrichterschaltung in der einen und während der anderen Halbwelle der entprechenden Spannung in der anderen Richtung geöffnet. Die Stromspule jedes Zählersystems ist somit zu jedem Zeitpunkt vom Strom durchflossen und jedes Zählersystem misst daher den Scheinverbrauch für eine Phase. Die einzelnen Zählersysteme arbeiten auf einem gemeinsamen Anker, dessen Umdrehungszahl von einem angeschlossenen Zählwerk registriert wird. Als Zähler kann somit ein normaler Drehstromzähler verwendet werden, dessen einzelne Triebsysteme in der beschriebenen Weise angeschlossen werden.
Ausser der angegebenen speziellen Schaltung eignen sich auch andere bekannte Wechselrichterschal-- tungen für die vorliegende Aufgabe.
Die beschriebenen Anordnungen zur Bestimmung des Scheinverbrauchs haben den Vorteil, dass die Leiterströme des Drehstromsystems nach Gleichrichtung und anschliessender Wechselrichtung direkt dem Zähler zugeführt werden, ohne dass eine elektrische Anordnung zwischengeschaltet ist, die durch Nichtlinearitäten zusätzliche Schwierigkeiten bringen kann.
Apparent consumption measuring arrangement
For determining the apparent consumption of electrical power consumers in alternating or three-phase networks, arrangements are known in which either the alternating voltage or the alternating current of the relevant consumer is rectified by rectifiers before being fed to a measuring device. The rectification eliminates the influence of the phase angle between the alternating voltage and the alternating current, so that the apparent consumption is determined by the formation of the product of current and voltage and the integration over time in the subsequent measurement.
For apparent consumption measurement, however, the voltage and the current can also be rectified and the rectified quantities fed to a direct current watt-hour meter. However, such an arrangement is unsatisfactory because of the commutator of the DC watt hour meter, and an arrangement in which an AC induction meter is used is therefore often preferred. In this measuring device with an alternating current induction meter, the load alternating voltage is applied to the voltage coil of the meter, while the alternating current, after rectification, controls an arrangement which in turn delivers an alternating current proportional to the direct current to the current coil of the meter. The phase angle of the constant due to the alternating voltage, i.e. H. regardless of the phase angle of the consumer.
The last-mentioned measuring device is, because of the stable induction counter, more advantageous than the arrangement that works with the direct-current watt-hour counter, but it is also relatively complex and therefore no longer fully meets today's requirements.
The invention relates to a dummy consumption measuring arrangement with an induction meter whose voltage coil is connected to the consumer voltage and whose current coil is supplied with an alternating current proportional to the consumer current via a converter arrangement, and is characterized in that the converter arrangement consists of rectifiers and a transistor inverter arrangement controlled in the rhythm of the consumer AC voltage .
In one embodiment of the invention for use in voltage unbalanced three-phase networks, three inverters are used, each with an associated induction counter system working on a common armature, and the direct currents supplied to the inverters are generated via three converters connected to one phase with downstream rectifiers, with the control of the transistors being Inverter takes place through the assigned phase voltage.
In a further embodiment of the invention for use in voltage-symmetrical three-phase networks, only a transistor inverter and a single-phase induction meter are required. The consumer current is fed to the inverter via three converters, each connected to a consumer phase, and downstream rectifier arrangements. The transistors are controlled by a linked voltage of the three-phase network.
In one embodiment of the invention for use in single-phase alternating current networks, only a single-phase induction meter and a transistor inverter are also required and the consumer current is fed to the rectifier inverter arrangement via a converter. The transistors are controlled by the alternating voltage.
In some embodiments of the invention, the inverters are composed of four transistors in a circuit known per se, which are overridden with control alternating voltages of large amplitude. The AC control voltages have a constant phase angle compared to the AC load voltage and they are taken from the secondary windings of a transformer connected to the load voltage on the primary side. The transistors in the inverter are bridged with rectifiers and the inverter arrangement as a whole is parallel to a non-linear semiconductor resistor.
The invention will be explained in more detail with reference to the drawing, which shows arrangements for determining the apparent consumption for three-phase networks in two exemplary embodiments of the invention.
FIG. 1 shows an apparent consumption measurement arrangement for voltage-symmetrical three-phase networks, while FIG. 2 shows one for voltage-asymmetrical networks.
In the embodiment of FIG. 1, rectifier systems 4, 5, 6 arranged in a Graetz circuit are coupled in parallel to the phases R, S, T of the three-phase network via converter 1, 2, 3.
On the direct current side of this arrangement is an electronic inverter which essentially consists of transistors 8 to 11. The transistors are arranged in a type of bridge circuit, in the center branch of which the current coil of an induction counter 12 is connected. To control the transistors, a transformer is provided, the primary winding 13 of which is connected to the phases S, T of the network. The secondary windings 14, 15, 16, 17 are connected to the emitter-base circuit of each transistor, specifically for the transistors 9, 10 in an opposite winding sense than for the transistors 8, 11. The emitter <collector circuit of each transistor is bridged by a rectifier 18, 19, 20 or 21.
The voltage coil of the induction meter 12 is connected to the phases R, S of the network in series with the primary winding 13 of the control transformer. A smoothing capacitor 7 and a non-linear resistor 22 are connected in parallel to the inverter.
The currents flowing in phases R, S, T are transformed in the current transformers 1 to 3 and rectified in the rectifier arrangements 4 to 6. With the aid of the capacitor 7, the total current is smoothed and fed to the inverter circuit. Since the secondary windings 14, 15 of the control transformer are connected to the transistors in opposite directions to the secondary windings 16, 17, the control voltages for the transistors 9, 10 are offset in phase by 1800 compared to the control voltages on the transistors 8, 11, i.e. . H. the bases of the transistors 9, 10 have a negative potential at a certain point in time, while the bases of the transistors 8, 11 are at positive potential with respect to the corresponding emitters or vice versa.
The transistors 8 and 11 are therefore permeable in one half-wave of the consumer voltage and the transistors 9 and 10 in the other half-wave. The direct current circuit is thus open for the central branch of the inverter circuit during one half-wave in one direction and during the other half-wave of the load voltage in the other direction. Because of the inductance of the current coil of the induction meter, the rectifiers 18 to 21 are provided, which suppress voltage peaks which are harmful to the transistors and which would occur when switching the current direction. These rectifiers also have the effect that the harmonic content of the inverter output current is small and that the fundamental wave of this current also lags behind the control voltage more strongly. The control voltage for the transistors is selected so high that the transistors are overdriven.
This ensures that the emitter-collector paths work in a similar way to mechanical switches.
On the primary side, the control transformer is connected to a voltage which leads the voltage on the voltage coil of the induction meter so that the meter voltage and the fundamental wave of the meter current are approximately in phase. If the AC voltage fails at the primary winding 13 of the control transformer, all transistors remain blocked and the direct current takes its way via the non-linear resistor 22 (rectifier in the forward direction, Zener diode, semiconductor resistor), which thus protects the transistors of the inverter from destruction. The characteristic curve of the resistor 22 must of course be such that there is no passage during normal operation.
In the embodiment according to FIG. 2, rectifier arrangements 104, 105, 106 in Graetz circuit are connected to phases R, S, T of a three-phase network via converters 101, 102, 103, and a transistor inverter is located on each of their alternating current sides. Each transistor inverter essentially consists of transistors 108, 108 ', 108 "to 111, 111', 111". The transistors are connected in accordance with the arrangement according to the first exemplary embodiment; H. they form a kind of bridge circuit, in the middle branch of which the current coil of an induction meter system 112, 112 ', 112 "is located. To control the transistors, transformers 113, 113', 113" are provided, the secondary windings of which are switched on in the emitter-base circuit of each transistor are.
Two diagonally arranged transistors of each inverter are connected to the secondary windings in such a way that they have opposite winding directions with respect to the connection to the emitter base circle.
Of the secondary windings of the transformer 113, which are denoted by 1 13a to 1 13d, the windings 11 3b and 11 3c have a winding direction which is opposite to that of the windings 1 13a and 1 13d. The same applies to the transformers 113 'and 113 ", in which the windings 113'b and
113'c or the windings 113 "b and 113" c have the opposite direction of winding as the windings
113'a and 113'd and 113 "a and 113" d, respectively. The rectifiers, which are not designated, which bridge the emitter-collector circuit of each transistor, are there to avoid voltage peaks which occur when the transistors are switched as a result of the inductance of the current coils of the counter systems.
The voltage coils of the meter systems are on the one hand on the phases to which the converters for the system in question are connected and on the other hand on the MP conductor of the three-phase network. In parallel to the inverters, smoothing capacitors 114, 114 ', 114 "and non-linear resistors 115, 115', 115", which are impermeable to current during normal operation, are switched on as protective resistors.
The arrangement works like the measuring arrangement according to the first embodiment, but with the difference that the consumer current of each phase is rectified and fed back to the associated induction meter system by the inverter, chopped up again. The currents flowing in the phases R, S, T are thus transformed in the current transformers 101 to 103 and rectified in the rectifier arrangements 104 to 106. With the aid of the capacitors 114, 114 'and 114 ", the direct currents are smoothed and fed to the inverter circuits.
As a result of the opposing switching of two secondary windings of transformers 113, 113 ', 113 ", the control voltages of these windings are shifted in phase by 1800 compared to the control voltages of the other windings, so that two transistors of a system are open while the others are closed Thus, for example, in one half cycle of each phase voltage, transistors 109 and 110 or 109 'and 110' or 109 "and 110" are conductive, while the remaining transistors are impermeable to current.
In every system, the direct current circuit is open during one half cycle of each phase voltage for the central branch of the inverter circuit in one direction and during the other half cycle of the corresponding voltage in the other direction. The current coil of each meter system is therefore always flowing through the current and each meter system therefore measures the apparent consumption for one phase. The individual counter systems work on a common armature, the number of revolutions of which is registered by a connected counter. A normal three-phase current meter can thus be used as the meter, the individual drive systems of which are connected in the manner described.
In addition to the specified special circuit, other known inverter circuits are also suitable for the task at hand.
The described arrangements for determining the apparent consumption have the advantage that the conductor currents of the three-phase system are fed directly to the meter after rectification and subsequent alternation without an electrical arrangement being interposed, which can cause additional difficulties due to non-linearities.