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Scheinverbrauchs-Meßanordnung 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 ausgeschaltet, 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.
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Zur Scheinverbrauchsmessung können aber auch die Spannung und der
Strom gleichgerichtet und die gleichgerichteten Größen einem Gleichstrom-Wattstundenzähler
zugeführt werden. Eine solche Anordnung ist aber wegen des Kommutators des Gleichstrom-Wattstundenzählers
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 Spannungs spule 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 Stromspule fließenden Stromes ist auch hierbei gegenüber
derWechselspannung konstant, d. h. unabhängig vom Phasenwinkel des Verbrauchers.
Die zuletzt erwähnte Meßeinrichtung ist zwar wegen des stabilen Induktionszählers
vorteilhafter als die mit dem Gleichstrom-Wattstundenzähler arbeitende Anordnung,
sie ist aber auch wegen des großen Aufwandes für die Gleichstrom-Wechselstrom-Umformeranordnung,
die beispielsweise aus einem magnetischen Verstärker mit transformatorisch wirkenden
Elementen besteht, nachteilig und entspricht daher nicht mehr vollständig den heutigen
Anforderungen.
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Die Erfindung betrifft eine Scheinverbrauchs-Meßanordnung der zuletzt
genannten Art mit einem Einphaseninduktionszähler, dessen Spannungsspule an der
Verbraucherspannung liegt und dessen Stromspule über eine Gleichrichteranordnung
und eine nachgeschaltete Gleichstrom-Wechselstrom-Umformeranordnung mit einem dem
Verbraucherstrom proportionalen Wechselstrom beaufschlagt ist. Bei Beibehaltung
des vorteilhaften Einphaseninduktionszählers und unter Anwendung des bekannten Prinzips
liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine wesentliche Verl) esserung gegenüber den bekannten
Anordnungen zu schaffen. Erfindungsgemäß wird dies mit einer Umformeranordnung erreicht,
die ein im Rhythmus der Verbraucherwechselspannung gesteuerter Transistorwechselrichter
ist,
der so gesteuert ist, daß bei vorgegebener innerer Abgleichung des Induktionszählers
und bei konstantem Phasenwinkel zwischen Induktionszählerspannung und Grundwelle
des Wechselrichter-Ausgangsstromes eine der Meßgröße proportionale Drehmomentbildung
gewährleistet ist. Der Wechselrichter setzt sich aus vier Transistoren in an sich
bekannter Schaltung zusammen, die mit Steuerwechselspannungen großer Amplitude übersteuert
werden. Die Steuerwechselspannungen besitzen gegenüber der Verbraucherwechselspannung
einen konstanten Phasenwinkel und sie werden von Sekundärwicklungen eines primärseitig
an der Verbraucherspannung liegenden Transformators entnommen.
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Die Transistoren im Wechselrichter sind mit Gleichrichtern überbrückt
und die Wechselrichteranordnung liegt als Ganzes parallel zu einem nichtlinearen
Halbleiterwiderstand.
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An Hand der Zeichnung, die als Beispiel eine Anordnung zur Bestimmung
des Scheinverbrauchs für Drehstromnetze zeigt, sei die Erfindung näher erläutert.
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An die Phasen R, S> T des Drehstromnetzes sind über Wandler 1,
2, 3 in Graetzschaltung angeordnete Gleichrichtersysteme 4, 5, 6 in Parallelschaltung
angekoppelt.
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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.
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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.
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Der Emitter-Kollektor-Kreis jedes Transistors ist durch einen Gleichrichter
18, 19, 20 oder 21 überbrückt.
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Die Spannungsspule des Induktionszählers 12 liegt an
den
Phasen R, S des Netzes in Reihe mit der Primärwicklung 13 des Steuertransformators.
Parallel zum MTechselrichter ist noch ein Glättungskondensator 7 und ein nicht linearer
Widerstand 22 eingeschaltet.
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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 Sekundärwicklungen 16, 17 an die Transistoren angeschlossen sind, sind die
Steuerspannungen für die Transistoren 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 Wechselrichter-Ausgangsstromes
klein ist und auch die Grundwelle dieses Stromes stärker der Steuerspannung nacheilt.
Die :teuerspannung für die Transistoren ist so hoch gewählt, daß die Transistoren
übersteuert werden. Dadurch wird erreicht, daß die Emitter-Kollektor-Streklosen
ähnlich wie mechanische Schalter arbeiten.
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Der Steuertransformator liegt primärseitig an einer Spannung, die
gegenüber der Spannung an der Spannungsspule des Induktionszähles voreilt, so daß
etwa eine Gleichphasigkeit von Zählerspannung und Grundwelle des Zählerstromes vorliegt.
Infolge der Induktivität der Stromspule eilt nämlich die Grundwelle des Zählerstromes
der an der Spannungsspule liegenden Spannung nach. Diese Phasenverschiebung wird
aufgehoben, wenn eine der Zählerspannung voreilende Spannung für die Steuerung der
Transistoren benutzt wird. 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, d. h. vor Erreichen des Grenzstromes des Zählers,
kein Durchfluß stattfindet. Nach Überschreiten eines bestimmten Spannungswertes
wird der Widerstand durchlässig, d. h., der zusätzliche Strom wird vom Widerstand
übernommen.
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Außer der angegebenen speziellen Schaltung eignen sich auch andere
bekannte Wechselrichterschaltungen für die vorliegende Aufgabe.
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Die beschriebene Anordnung zur Bestimmung des Scheinverbrauchs hat
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. Durch die Schalttransistoren wird nämlich der Gleichstrom nur eine
und ausgeschaltet, d. h., der Gleichstrom wird nur zerhackt dem Zähler zugeführt.
Umformeranordnungen, wie sie bei den bekannten Einrichtungen verwendet wurden, sind
also überhaupt nicht nötig.
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Mit der beschriebenen Anordnung kann selbstverständlich auch die
Scheinleistung bestimmt werden, wenn an Stelle des Wechselstrominduktionszählers
ein Leistungsmesser (elektrodynamisches Ni1eßwefl, Ferraris-Meßwerk) benutzt wird.
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PATENTANSPRVCHE 1. Scheinverbrauchs-Meßanordnung mit einem Einphaseninduktionszähler,
dessen Spannungsspule an derVerbraucherspannung liegt und dessen Stromspule über
eine Gleichrichteranordnung und eine nachgeschaltete Gleichstrom-Wechselstrom-Umformeranordnung
mit einem dem Verbraucherstrom proportionalen Wechselstrom beaufschlagt ist, insbesondere
für spannungssymmetrischeDrehstromnetze, dadurch gekennzeidhnet, daß die Umformeranordnung
ein im Rhythmus der Verbraucherwechselspannung gesteuerter Transistorwechselrichter
ist, der so gesteuert ist, daß bei vorgegebener innerer Abgleichung des Induktionszählers
und bei konstantem Phasenwinkel zwischen Induktionszählerspannung und Grundwelle
des Wechselrichter-Ausgangsstromes eine der Meßgröße proportionale Drehmomentbildung
gewährleistet ist.
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2. Scheinverbrauchs-Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wechselrichter aus vier Transistoren in an sich bekannter Schaltung besteht,
die mit gegenüber der Verbraucheüwechselspannung einen konstanten Phasenwinkel besitzendenSteuerwechselspannungen
übersteuert sind: 3. Scheinverbrauchs-Meßanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen eines primärseitig an der Verbraucherwechselspannung
liegenden Transformators die Steuerwechselspannungen liefern.
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4. Scheinverbrauchs-Meßanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch -gekennzeichnet,
daß die Transistoren im Wechselrichter im Rollektor-Emitter-Kreis mit Gleichrichtern
überbrückt sind.
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5. Scheinverhrauchs-Meßanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wechselrichteranordnung mit einem nichtlinearen Halbleiterwiderstand iiberbrückt
ist.