DE2142070A1

DE2142070A1 - Anordnung zur kompensation der drehfeldfehler von drehstrom-vierleiterzaehlern bei einseitiger last

Info

Publication number: DE2142070A1
Application number: DE19712142070
Authority: DE
Inventors: Rudolf Boecker; Heinz Schreiner; Kurt Wodschadlo
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-08-21
Filing date: 1971-08-21
Publication date: 1973-04-19
Also published as: DE2142070B2; IT964062B; FR2150389B1; ES406009A1; ATA615072A; AT330889B; CH544941A; FR2150389A1; JPS4830472A; SE377725B

Description

Anordnung zur Kompensation der Drehfeldfehler von Drehstrom-Vierleiterzählern bei einseitiger Last

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Kompensation der Drehfeldfehler von Vierleifcerzählern, bei denen drei Triebsysteme an zwei Läuferscheiben angeordnet sind und zv/ei Triebsysteme an·einer Scheibe diametral gegenüberliegen und das dritte Triebsystem auf die andere Läufrscheibe wirkt, wobei am Spannungseisen des dritten Triebsysteins eine Kompensationswicklung angeordnet ist, in der eine zusätzliche Spannung erzeugt wird, deren Vektor eine Verschiebung des Sternpunktes vom ITullpunkt bewirkt.

Eine Anordnung dieser Art bildet den Gegenstand der deutschen Patentschrift 596 268. Bei dieser bekannten Anordnung ist eines der beiden an derselben Läuferscheibe diametral gegenüberliegenden Triebsysteme umgepolt. Ferner sind die Wicklungsenden der beiden diametral gegenüberliegenden Spannungsspulen mit dem Wicklungsende einer als Wicklungsfortsatz zur dritten Spannungsspule auf dem Spannungseisen dieser Spule aufgebrachten Hilfsspule zu einem Sternpunkt vereinigt, so daß in· der Hilfsspule eine zusätzliche Spannung erzeugt wird, deren Vektor mit dem Spannungsvektor der dritten Spannungsspule in Phase ist und der einer Verschiebung des Sternpunktes vom Kullpunkt entspricht.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß auch bei optimaler Anpassung der Windungszahl der Hilfs- oder Kompensationsv/icklung im Gegensatz zur Theorie doch noch Dreiifeldfehler auftreten. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß hierfür der Scheibeneffekt, der ohmsche Spannungsabfall an der Kompensationswicklung und der Phasenlage der in der Kompensationswicklung induzierten Spannung Ursache hierfür sind.

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Unter Scheibeneffekt versteht man die Änderung der Phasenlage der betreffenden Scheibenstrome infolge des für· die Wechseltriebe wirksamen erhöhten Scheibenwiderstandes. Dieser Winkel, um den die Phasenlage der betreffenden Scheibenströme geändert wird, liegt erfahrungsgemäß in der Größenordnung von ca. 12°. Der ohmsche Spannungsabfall entsteht dadurch, daß durch die Kompensationswicklung die Sumiiui flor beiden Ströme der beiden diagonal angeordneten Spannungcsystome fließt. Durch diesen Spannungsabfall an der Kompensationswicklung entsteht ein Drehfeldfehler, da sich die Spannungen in den beiden einander gegenüberliegenden Spannungssystemen abhängig von der Phasenfolge an den drei Triebsystemen nach Betrag und Winkel ändern. Aber auch durch die Phasenlage der in der Kompensationswicklung induzierten Spannung entsteht ein Betrags- und Winkelfehler. Während sich diebeiden letst-.genannten Drehfeldfehler z.T. aufheben, verbleibt als wirksamer Drehfeldfehler im wesentlichen nur der Drehfeldfehler infolge des Scheibeneffektes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art derart zu gestalten, daß damit auch der restliche Drehfeldfehler beseitigt werden kann. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kompensationswicklung im Nulleiterkreis eingeschaltet ist. Die Erfindung ist sowohl anwendbar bei gleicher Polung der Triebsysteme als auch bei Umpolung eines der beiden auf eine Läuferscheibe wirkenden Triebsystene. Bei Umpolung eines der beiden diametral angeordneten Triebsysteme wird auch die Kompensationsv/icklung magnetisch umgepolt. Gegenüber der Anordnung nach der deutsehen Patentschrift 596 268 v/ird also gemäß der Erfindung die Kompensationswicklung magnetisch und elektrisch umgepolt. Dadurch, daß die Kompensationswicklung im Nulleiterkreis liegt und die Summe der Ströme in den Spannungssystemen praktisch Null ist, wird auch der Spannungsabfall an der Kompensationsv/icklung Null. In diesem Falle iieben sich die Drehfeldfehler, verursacht-.--■-durch die Phasenlage der in der Kompensationswicklung induzierten Spannung und den Scheibeneffekt, gegenseitig auf.

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Anhand der Zeichnung, in der mehrere Ausführung^Beispiele schematisch dargestellt sind, wird die Erfindung näher erläutert.

1 zeigt im Prinzip die Triebsysteinanordnung bei einem Zweischeibenzähler, wobei auf die Scheiben 1 und 2 die drei Triebsysteme I, II und III wirken. Während die Triebsysteme I und III diametral einander gegenüberliegen und auf die Triebscheibe 1 einwirken, ist das Triebsystem II gegenüber den beiden Triebsystemen I und III um 90° versetzt und wirkt auf die Läuferscheibe 2. Mit 3, 4 und 5 sind die Spannungssysteme und mit 6-, 7 und 8 die entsprechenden Stromsysteme bezeichnet.

Bei einseitiger Last entstehen bekanntlich. Drehfeldfehler durch das Zusammenwirken von Spannungs- und Stromflüssen verschiedener Triebsysteme (Wechseltriebe).

Zur Kompensation der bei einseitiger Last auftretenden Drehfeldfehler ist es bekannt (DHP 596 268), in Reihe mit der Spannungowicklung 10 des Spannungssystems II eine Kompensationswicklung 12 ail schalten, wie Fig. 2 zeigt. Mit 9 und 11 sind die Spannungswicklungen der Systeme I und III bezeichnet, die mit ihrem einen Ende an die Drehstromklemmen RST angeschlosseii sind. Die Wicklungsenden der beiden diametral gegenüberliegenden Spannungs spill en 9 und 11 sind mit dem Wicklungsende der mit der Spannungsspule 10 in Reihe geschalteten Kompensationswicklung 12 zu einem Sternpunkt vereinift, so daß in der Ililfsspule eine zusätzliche Spannung erzeugt wird, deren Vektor mit dem Spannungsvektor des Systems II in Phase ist und der einer Verschiebung aes Sternpunktes vom Nullpunkt 0 entspricht. Anhand der Zeigerdiagramme Fig. 3 und 4 ist ΓΛί erkennen, daß durch die Komptmsationswickli.mg 12 zur Kompensation des Drehfeldfehlers bei Leistungsfaktoren cosip nicht gleich Eins, die Spannungstriebflüsse der Systeme I und" III um einen Winkel S gedreht werden. Hierbei ist der Winkelt so gewählt, daft im richtigen und vertaiischten Drehfeld beim Leistungsfaktor cos(p nicht gleich Eins die Summe aus Drehmoment und Störnoment gleich dem Solldrehmoment ist, und somit kein Drehfeldfehler entsteht. Die Praxis hat jedoch gezeigt^'

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daß auch bei optimaler Anpassung der Windungszahl der Kompensationswicklung die Drehfeldfehler nicht vollkommen kompensiert werden können. Die Ursachen hierfür sind der Scheibeneffekt, der ohmsche Spannungsabfall an der Kompensationswicklung und die Phasenlage der in der Kompensationswicklung induzierten EMK. Ein Drehfeldfehler kann schließlieh noch durch den Aufbau des Zählers bedingte mechanische oder magnetische Unsymmetrien entstehen, der jedoch durch einen symmetrischen Aufbau und durch Verwendung eines nichtmagnetischen Meßwerkträgers relativ einfach beseitigt werden kann.

Fig. 5 zeigt, wie durch das Zusammenwirken des Spannungstriebflusses <£TJ und des Stromflusses $1 über deren in der Läuferscheibe induzierten Scheibenströme das Drehmoment eines Induktionszählers entsteht.

Pig. 6 zeigt das entsprechende Zeigerdiagramm. Beim Wirkverbrauchzähler muß bei cos<p = 1 der Winkel zwischen <|U und §1 90° betragen.

Bewegt man den Spannungspol, dargestellt durch den Spannungsfluß $U, nach Fig. 4 in Richtung (EU¹, wird der Scheibenwiderstand für die zur Drehmomentbildung maßgebenden Scheibenströme mit zunehmendem Abstand größer. Im Zeigerdiagramm nach Fig. 6 kann dies auch für die Drehmomentbildung durch den Zeiger ^U¹ zum Ausdruck gebracht werden. Der Winkel α berücksichtigt hierbei die Änderung der Phasenlage der betreffenden Scheibenströme. Die Größe des Winkels α kann aus den Drehfeldfehlern bei einseitiger Last bei cos<p = 1 und costp = 0,5 abgeleitet werden. Der durch den Scheibeneffekt bedingte Winkel α beträgt erfahrungsgemäß bei Zählern ca. 12°.

Gemäß Fig. 2 fließt durch die Kompensationswicklung des Spannungssystems II die Summe der Ströme durch die Spannungsspulen 9 und 11 der Triebsysteme I -and III, An der Kompensationswicklung liegt somit die von der Spannungswicklung 10 induzierte Spannung uk¹ und der Spannungsabfall am ohmschen Widerstand Hk der Kompensationswicklung (JI + JIII) · Rk .

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Pig. 7 zeigt die Zeigerdiagramme für die Schaltung gemäß Fig. 2 bei der Phasenfolge RST und der Phasenfolge RTS, unter Berücksichtigung des ohmschen Spannungsabfalles am Widerstand Rk der Kompensationswicklung. Aus den Zeigerdiagrammen gemäß Fig. 7 erkennt man, daß der Spannungsabfall (JI + JIII) · Rk zu einem Drehfeldfehler führt, da die Spannungen TJI bzw. Ulli abhängig von der Phasenfolge an den drei Triebsystemen sich nach Betrag und Winkel ändern (vgl. Betrag von der Spannung UI bei Phasenfolge RST und RTS und &1 nicht gleich 62).

Die Phasenlage der in der Kompensationswicklung induzierten -Spannung uK' ist abhängig von'der Phasenlage des G-esamtflusses |U ,. welcher der an der Spannungswicklung liegenden g Spannung um ca. 75° nacheilt. Daraus folgt, daß die Spannung uK¹ der angelegten Spannung U um ca. 15° voreilt. Der daraus resultierende Drehfeldfehler ist aus den Zeigerdiagrammen in Fig. 8 ersichtlich. Es entstehen Betrags- und Winkelfehler (vgl. Betrag und Phasenlage der Spannung UI).

Die zuvor erwähnten Drehfeldfehler infolge des ohmschen Spannungsabfalls an der Kompensationswicklung und der Phasenlage der in der Kompensationswicklung induzierten Spannung heben sich z.T.auf, wie Fig. 7 und 8 zeigen. Die Überlagerung der beiden Kompenenten (JI + JIII) · Rk und uk¹ ergibt die Kompensätionsspannung uk, die nur geringfügig von ihrer Sollgröße abweicht. Das zugehörige qualitative Zeigerdiagramm % zeigt Fig. 9. Der resultierende Drehfeldfehler aus den vorher erwähnten Punkten ist also im wesentlichen durch den sogenannten Scheibeneffekt gegeben.

Fig. 10 zeigt nun eine Schaltung, mit der auch der restliche Drehfeldfehler kompensiert werden kann.

Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 2 versehen.

Gegenüber der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 wird dies durch magnetische und elektrische Urapolung"der Kompensationswicklung 12 erreicht. Wie aus Fig. 10 zu ersehen ist, liegt die

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Kompensationswicklung im Nulleiterkreis. In der Kompensationswicklung fließt hierbei'nur noch der Nulleiterstrom (J₀ = JI + JII + JIII =/viO). Dadurch heben sich die Drehfeldfehler infolge des ohmschen Spannungsabfalls an der Kompensationswicklung und der Drehfeldfehler infolge der Phasenlage der in der Kompensationswicklung induzierten Spannung auf, da sie gegeneinander wirken und sich selbst damit kompensieren.

Fig. 11 zeigt die Zeigerdiagramme für die Phasenfolge RST und für die Phasenfolge RTS. Die vorliegende Schaltung gemäß Pig. 10 kompensiert jedoch nur dann den Drehfeldfehler, wenn die beiden auf eine Läuferschei be wirkenden Triebsysteme I und III verschieden gepoit sind. Im vorliegenden Falle ist das System 1 umgepolt.

Bei gleicher Polung der Triebsysteme I und III kehrt sich die Richtung der Störmomente (Y/echseltriebe) um. Die Kompensationsspannung uk muß deshalb wie in den Zeigerdiagrammen Fig. 12 und 13 angegeben wirken.

In den bekannten Ausführungen von 4-Leiterzählern mit zwei Läuferscheiben und gleicher Polung der auf eine gemeinsame Läuferscheibe wirkenden Triebsysteme wird zur Kompensation der Drehfeldfehler die Schaltungsanordnung nach Fig. 14 verwendet .

Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig.10 versehen.

Da bei Induktionszählern im Normalfall der Drehfeldfehler infolge des Scheibeneffektes gegenüber dem Drehfeldfehler infolge der Phasenlage der induzierten Kompensationsspannung überwiegt, ergibt auch bei Zählern mit gleichgepolten Triebsystemen eine magnetisch und elektrisch umgepolte Kompensationswicklung geringere Drehfeldfehler. Sina entsprechende Schaltungsanordnung zeigt Fig. 15. Wie das zugehörige Zeigerdiagramm in Fig. 16 zeigt, unterstützt hierbei der ohmsche Spannungsabfall (JI + JIII) · Rk = -JII · Rk die Wirkung der

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in der Kompensationswicklung induzierten Spannung uk¹ und arbeitet somit dem Scheibenef'fekt "besser entgegen. Außerdem kann durch Einfügen von Widerständen, Kondensatoren und Induktivitäten parallel oder in Serie zur Kompensationswicklung 12 die Phasenlage der Kompensationsspannung beeinflußt und somit der Drehfeldfehler vollkommen kompensiert werden.

3 Patentansprüche
13 Figuren

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Claims

- 8 - VPA 71/3201 Patentansprüche

1. Anordnung zur Kompensation der Drehfeldfehler von Vierleiterzählern, bei denen drei Triebsysteme an zwei Läuferscheiben angeordnet sind und zwei Triebsysteme an einer Scheibe diametral gegenüberliegen, während das dritte (Triebsystem an der anderen Scheibe angeordnet ist, wobei am Spannungseisen des dritten Triebsystems eine Kompensationswicklung angeordnet ist, in der eine zusätzliche Spannung erzeugt wird, deren Vektor eine Verschiebung des Sternpunktes vom Nullpunkt bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß bei unterschiedlicher Polung der teiden diametral angeordneten Triebsysteme die Kompensationswicklung im Nulleiterkreis eingeschaltet und gegenüber der Hauptwicklung magnetisch umgepolt ist. (Fig.10)

2. Anordnung zur Kompensation der Drehfeidfehler von Vierleiterzählern, bei denen drei Triebsysteme an zwei Läuferscheiben angeordnet sind und zwei Triebsysteme an einer .Scheibe diametral gegenüberliegen, während das dritte Triebsystem an der anderen Scheibe angeordnet ist, wobei am Spannungseisen des dritten Triebsystems eine Kompensationswicklung angeordnet ist, in der eine zusätzliche Spannung erzeugt wird, deren Vektor eine Verschiebung des Sternpunktes vom Nullpunkt bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleicher Polimg der beiden diametral angeordneten Triebsysteme die Kompensationswicklung zwischen Nulleiter und Sternpunkt (der beiden diametral angeordneten Triebsysteme) geschalS-et und gegenüber de<r Hauptwicklung magnetisch umgepolt ist. (Fig.15)

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Restkompensation Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten parallel oder in Serie zur Kompensationswicklung geschaltet sind.

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