DE281623C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- JVi 281623 KLASSE 21 e. GRUPPE- JVi 281623 CLASS 21 e. GROUP

Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. Oktober 1913 ab.Patented in the German Empire on October 7, 1913.

In Wechsel- und Drehstromanlagen, in welchen viele Verbraucher angeschlossen sind, deren Installationen starke Selbstinduktion aufweisen, wurde es schon lange als Mangel empfunden, daß der gewöhnliche Wattstundenzähler nur die effektive Leistung bzw. Energie E · J · cos φ mißt. Tatsächlich ist nämlich, sobald cos φ kleiner als ι ist, d. h. sobald der Verbrauchsstrom gegen die Spannung verschoben ist, bei gleicher Wattleistung der wirklich in den Zuleitungen fließende Strom um so größer, je größer die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung ist. Der erhöhte Strom ruft in den Zuleitungen und Generatoren erhöhten Spannungsabfall und erhöhten Verlust durch Jouleschen Effekt hervor, so daß das Elektrizitätswerk nicht bloß für diesen erhöhten Energieverlust im Netz aufkommen muß, sondern auch für die Mehrkosten, die für die Installation der Leitungen und Generatoren aus der höheren Strombelastung resultieren.In AC and three-phase systems, in which many consumers are connected, the installations of which have strong self-induction, it has long been felt as a deficiency that the ordinary watt-hour meter only measures the effective power or energy E · J · cos φ. In fact, as soon as cos φ is smaller than ι, ie as soon as the consumption current is shifted against the voltage, the current actually flowing in the supply lines is greater, the greater the phase shift between current and voltage, with the same wattage. The increased current causes increased voltage drop and increased loss due to the Joule effect in the supply lines and generators, so that the electricity company not only has to pay for this increased energy loss in the network, but also for the additional costs for the installation of the lines and generators from the higher current load result.

Wollten die Elektrizitätswerke diesen Stand der Dinge berücksichtigen, so mußten sie den durchschnittlichen Leistungsfaktor jeder Anlage bestimmen und zu der von einem gewöhnlichen Wattstundenzähler registrierten Energie einen entsprechenden Zuschlag berechnen. Das ist die Methode des Übereinkommens.If the electricity companies wanted to take this state of affairs into account, they had to Determine the average power factor of each system and to that of an ordinary one Watt-hour meter will calculate a corresponding surcharge. That is the method of agreement.

Professor Riccardo Arno gab eine Meßmethode an, die darauf aufgebaut ist, daß durch eine geeignete Verschiebung des Spannungsfeldes gegen die Klemmenspannung bei gewöhnlichen Wattmetern und Wattstundenzählern nicht mehr die einfache Wattleistung bzw. Energie registriert wird, sondern eine ganz bestimmte Summe, die sich aus einem Teil der wirklichen Leistung und einem Teil der scheinbaren Leistung zusammensetzt. Riccardo Arno nennt diesen Wert die komplexe Belastung des Zählers. Die komplexe Belastung des Zählers nach Riccardo Arno ist:Professor Riccardo Arno gave a measuring method on, which is built on that by a suitable shift of the tension field against the terminal voltage of ordinary wattmeters and watt-hour meters, it is no longer the simple wattage or energy is registered, but a very specific sum that results from a Part of real performance and part of apparent performance. Riccardo Arno calls this value the complex load on the meter. The complex The load on the meter according to Riccardo Arno is:

Ck = 2 I
E · / COS φ -\ Ck = 2 I.
E / COS φ - \

E ' J.E 'J.

4545

Riccardo Arno erreicht diese Registrierung lediglich durch die Verschiebung des Nebenschlußfeldes gegenüber der Klemmenspannung in einem Zähler, z. B. bei einem Induktionszähler, um mehr als 90 °, und zwar je nach dem durchschnittlichen Leistungsfaktor einer Anlage um 95 ° bis 105 °.Riccardo Arno only achieves this registration by moving the shunt field versus the terminal voltage in a counter, e.g. B. with an induction counter, by more than 90 °, depending on the average power factor of one Plant at 95 ° to 105 °.

Dieses Mittel, zu einer Registrierung zu gelangen, die den durch einen geringen Leistungsfaktor einer Anlage verursachten Kosten Rechnung trägt, hat zwei Nachteile. Erstens ist es schwierig und nur um den Preis eines höheren ständigen Eigenverbrauchs des Zählers möglich, eine so bedeutende Verschiebung um mehr als 90 ° zu erreichen. Der zweite Nachteil ist die Schwierigkeit der Eichung der Zähler.This means of attaining a registration that is affected by a low power factor Taking into account the costs incurred by a system has two disadvantages. First is difficult and only at the cost of a higher constant self-consumption of the meter possible to achieve such a significant displacement by more than 90 °. The second The disadvantage is the difficulty of calibrating the meters.

Die vorliegende Erfindung gibt die Möglichkeit, die durch den wattlosen Strom verursachten Kosten nach den Bedürfnissen und Verhältnissen jedes einzelnen Werkes zum Teil oder ganz dem Abnehmer in Rechnung stellen zu können. Sie hat vor den anderen Methoden noch den Vorteil der Einfachheit, der leichten Handhabung und Eichung und der außerordentlich leichten Verständlichkeit voraus. The present invention enables the problems caused by the wattless electricity Invoicing all or part of the costs to the customer according to the needs and circumstances of each individual work to be able to. It has the advantage of simplicity over the other methods easy handling and calibration and the extremely easy understandability ahead.

Der Zweck der Erfindung wurde im WesenThe purpose of the invention was in essence

durch die Vereinigung eines Wattstundenzählers mit einem Amperestundenzähler erreicht, die ein gemeinsames Zählwerk antreiben. Das Wesen der Erfindung besteht lediglich darin, daß ein Wattstundentriebsystem und ein Amperestundentriebsystem auf ein gemeinsames Zählwerk einwirken. Es ist für die Erfindung gleichgültig, ob die Anordnung so getroffen wird, daß zwei getrennte Triebsysteme, vonachieved by combining a watt-hour meter with an ampere-hour meter, which drive a common counter. The essence of the invention consists only in that a watt-hour drive system and an ampere-hour drive system on a common Act on the counter. It is immaterial to the invention whether the arrangement is made in this way becomes that two separate instinctual systems, of

ίο denen das eine ein Wattstundentriebsystem, das andere ein Amperestundentriebsystem darstellt, mit einem gemeinsamen Zählwerk gekuppelt sind, oder ob zwei getrennte Triebkernsysteme auf einen gemeinsamen Anker treibend einwirken, der mit dem gemeinsamen Zählwerk gekuppelt ist, oder ob endlich das Wattstundentriebsystem durch richtige Ausnutzung eines Teiles seiner Triebkerne gleichzeitig das Amperestundensystem umfaßt.ίο which one has a watt-hour drive system, the other is an ampere-hour drive system, coupled with a common counter are, or whether two separate engine core systems on a common anchor have a driving effect, which is coupled to the common counter, or whether finally that Watt-hour drive system through correct utilization of a part of its drive cores at the same time includes the ampere-hour system.

Die Wirkungsweise des Apparates ist folgende: Wir nehmen z. B. an, daß der Apparat aus einem Wattstundentriebsystem bestehe, das bei Phasenverschiebung = 0, also bei cos φ = ι und bei normaler Netzspannung acht Zehntel des gesamten Drehmomentes des Zählers liefert, und aus einem Amperestundentriebsystem, das bei cos ψ = ι und normaler Netzspannung zwei Zehntel des gesamten Drehmoments liefert.The mode of operation of the apparatus is as follows: We take z. B. suppose that the apparatus consists of a watt-hour drive system that delivers eight tenths of the total torque of the meter with phase shift = 0, i.e. at cos φ = ι and normal mains voltage, and an ampere-hour drive system that delivers at cos ψ = ι and normal Mains voltage supplies two tenths of the total torque.

Der vom Wattstundensystem gelieferte Teil des Drehmoments ist dem Produkt E-J- cos φ proportional, also = 0,8 · k · E ■ J · cos φ, der vom Amperestundensystem gelieferte Teil des Drehmoments ist dem Produkt E - J proportional bei Zugrundelegung der normalen Netzspannung als Konstanzfaktor, alsoThe part of the torque supplied by the watt-hour system is proportional to the product EJ- cos φ, i.e. = 0.8 · k · E ■ J · cos φ, the part of the torque supplied by the ampere-hour system is proportional to the product E - J based on the normal mains voltage as a constancy factor, so

= 0,2 · k - E · J. = 0.2 k - E J.

Der Fehler, der durch die Abweichungen der Netzspannung von dem normalen Wert in die Meßmethode hineinkommt, kann vernachlässigt werden, ähnlich wie bei der Verwendung von Amperestundenzählern überhaupt, die unter Zugrundelegung einer konstanten Spannung in Kilowattstunden geeicht sind.The error caused by the deviation of the mains voltage from the normal value in the Measurement method can be neglected, similar to the use of Ampere-hour meters at all, which are based on a constant voltage in Kilowatt hours are calibrated.

Dann wird bei cos φ = 1 die vom Zähler angezeigte Leistung bzw. Energie gleich seinThen at cos φ = 1 the power or energy displayed by the meter will be the same

0,8 E -J+ 0,2 E-J=E-J. 0.8 E -J + 0.2 EJ = EJ.

Ist nun der Leistungsfaktor nicht mehr cos cp = i, sondern z. B. cos φ = 0,8, so liefert das Wattstundensystem bei Höchststromstärke einDrehmoment von = 0,8 · 0,8 k -E-J, dasAmperestundensystem aber wie früher 0,2 k · E - J. Das gesamte Drehmoment ist alsoIf the power factor is no longer cos cp = i, but z. For example, cos φ = 0.8, the watt-hour system delivers a torque of = 0.8 · 0.8 k -EJ at maximum current strength, but the ampere-hour system, as before, 0.2 k · E-J. The total torque is therefore

(0,64 + 0,2) k · E ■ J = 0,84 k · E - J. (0.64 + 0.2) k E ■ J = 0.84 k E - J.

Die Umdrehungszahl ist aber proportional dem Drehmoment. Ein gewöhnlicher Wattstundenzähler würde nur ein Drehmoment von 0,8 k · E · J und eine proportionale Umdrehungszahl liefern. Der neue Apparat wird also im 0,8-1.The number of revolutions is however proportional to the torque. An ordinary watt-hour meter would only deliver 0.8 k · E · J torque and a proportional number of revolutions. The new apparatus is therefore in the 0.8-1.

Verhältnis vonratio of

= 1,05 mehr anzeigen als Wattstundenzähler. Ist= Show 1.05 more than watt-hour meter. is

0,80.8

ein gewöhnlicheran ordinary one

cos φ = o,5, so liefert das Wattstundensystem bei Höchststromstärke ein Drehmoment von 0,5 · 0,8 · k - E · J, das Amperestundensystem aber 0,2 · k · E · J, d. i. zusammen 0,6 · k · E · J. Ein gewöhnlicher Wattstundenzähler würde ein Drehmoment von 0,5 k · E · J liefern. Der neue Apparat zeigt also im Verhältnis voncos φ = 0.5, the watt-hour system delivers a torque of 0.5 · 0.8 · k - E · J at maximum current strength, but the ampere- hour system delivers 0.2 · k · E · J, i.e. a total of 0.6 · k · E · J. An ordinary watt-hour meter would deliver a torque of 0.5 k · E · J. The new apparatus thus shows in the ratio of

-^J— = 1,2 mehr an als der gewöhnliche Watto,5 ^δ - ^J - = 1.2 more than the ordinary Watto, 5 ^δ

Stundenzähler. Für einen sehr geringen Lei stungsfaktor von cos ψ = o,2 z. B. zeigt der neue Apparat, den man Watt-Amperestundenzähler nennen könnte,Hour counter. For a very low power factor of cos ψ = 0.2 z. B. shows the new device, which one could call a watt-ampere-hour meter,

(0,2 · 0,8 + 0,2) k · E · J = 0,36 k · E · J an, anstatt 0,2 · k · E · J, also im Verhältnis von ^- = 1,8 mehr als der gewöhnliche Wattstundenzähler. (0.2 · 0.8 + 0.2) k · E · J = 0.36 k · E · J an, instead of 0.2 · k · E · J, i.e. in the ratio of ^ - = 1.8 more than the ordinary watt-hour meter.

Rechtfertigen die tatsächlichen Kosten, die dem Elektrizitätswerke aus dem wattlosen Strom erwachsen und die sich aus Betriebskosten und Amortisationskosten zusammensetzen, eine so hohe Einschätzung des wattlosen Stromes bei der Verrechnung nicht, so wird das Verhältnis zwischen Drehmoment des Amperestundentriebsystems und Wattstundentriebsystems niedriger gewählt, z.B. Drehmoment des Wattstundentriebsystems = 0,9 k · E · /, Drehmoment des Amperestundentriebsystems = 0,1k · E · J. Dann stellen sich die Verhältnisse für verschiedene Werte des Leistungsfaktors cos φ folgendermaßen:If the actual costs that accrue to the electricity company from wattless electricity and which are made up of operating costs and amortization costs do not justify such a high assessment of wattless electricity in the billing, the ratio between the torque of the ampere-hour drive system and the watt-hour drive system is chosen to be lower, e.g. the torque of the Watt-hour drive system = 0.9 k E /, torque of the ampere-hour drive system = 0.1 k E J. Then the relationships for different values of the power factor cos φ are as follows:

LeistungsfaktorPower factor

DrehmomentTorque

desof

Wattstundensystems
0,9 ■ h · E ■ J- cos φWatt-hour system
0.9 ■ h · E ■ J- cos φ

DrehmomentTorque

desof

Amperestundensystems 0,1 - k ■ E ■ J TotalesAmpere-hour system 0.1 - k ■ E ■ J total

Drehmoment des
Watt-Amperestundenzählers Torque of the
Watt ampere-hour meter

Drehmoment eines gewöhnlichen Wattstundenzählers Torque from an ordinary watt-hour meter

Verhältnis der beidenRelationship of the two

COS φ = I
COS φ = 0,8
COS φ = 0,5
COS φ = 0,2COS φ = I
COS φ = 0.8
COS φ = 0.5
COS φ = 0.2

ο,9· k- E -J 0,72 · k ' E · J o,45 -k-E-J o,i8'k-E-J ο, 9 · k- E -J 0.72 · k 'E · J o, 45 -kEJ o, i8'k-EJ

0,1 · k · E · J 0,1 · k · E - J ο,τ- k- E - J 0,1 · k · E · J τ-k-E-J o,82-k-E-J
0,55 -k-E-J o,28-k-E'J 0.1 k E J 0.1 k E - J ο, τ- k- E - J 0.1 k E J τ-kEJ o, 82-kEJ
0.55- kEJ o, 28-k-E'J

τ-k-E-J 0,8-k-E-J o,5-k-E-J 0,2 · k-E-J τ-kEJ 0.8-kEJ 0.5-kEJ 0.2 kEJ

ι 1,025ι 1.025

1.11.1

1,4.1.4.

Dieselben Verhältnisse wie bei voller Strombelastung ergeben sich natürlich für irgendeine Strombelastung.The same conditions as with full current load naturally arise for any one Current load.

Das Amperestundentriebsystem wird praktisch so eingerichtet, daß sein Drehmoment in ziemlich weiten Grenzen einreguliert werden kann.The ampere-hour drive system is practically set up so that its torque can be regulated within fairly wide limits.

Die beiden Zählersysteme, nämlich das Watt-. stundenzählersystem und das Amperestunden-Zählersystem, können, wie schon weiter oben bemerkt, entweder erst durch das Zählwerk in ihrer Wirkung summiert werden, dann sind zwei vollständige Zählersysteme mit Triebsystem und Anker vorhanden, oder sie können schon den das gemeinsame Zählwerk antreibenden Anker mitsammen gemein haben,. dann sind immer noch zwei gesonderte Triebsysteme vorhanden, oder sie können schließlich Zählwerk, Anker und Triebsystem gemeinsam haben, wenn z. B. der zwei- oder mehrzinkige Stromtriebkern des Wattstundenzählersystems durch Verschiebung der Magnetflüsse in den beiden Zinken gegeneinander zu einem Amperestundentriebsystem ausgebildet wird.The two meter systems, namely the watt. The hour meter system and the ampere-hour meter system can , as already noted above, either have their effect added up by the counter, then two complete counter systems with drive system and armature are available, or they can already have the armature driving the common counter together ,. then there are still two separate drive systems, or they can finally have counter, armature and drive system in common, if z. B. the two- or multi-pronged power drive core of the watt-hour meter system is formed by shifting the magnetic fluxes in the two prongs against each other to form an ampere-hour drive system.

Diese letztere Ausführungsform, die sich einfach darauf beschränken kann, die eine Zinke des Hauptstromstators mit einem Eisenblech abzuschirmen, oder die eine Zinke des Hauptstromstators mit einer regulierbaren Kurzschlußwicklung zu versehen, ist ein Beweis für die außerordentlich einfache konstruktive Ausführung, die diese Methode bietet. Auch die Eichung der nach diesem Prinzip konstruierten Zähler gestaltet sich sehr einfach. Die Einstellung des Wattstundenzählersystems erfolgt wie bei einem gewöhnlichen Wattstundenzähler. Das Verhältnis der Drehmomente der beiden Systeme ist ohne weiteres durch die Umdrehungszahlen des Wattstundenzählers und des Amperestundenzählers allein zu bestimmen.This latter embodiment, which can simply be limited to shielding one prong of the main current stator with an iron sheet, or providing one prong of the main current stator with an adjustable short-circuit winding, is proof of the extremely simple constructional design that this method offers. The calibration of the meters constructed according to this principle is also very easy. The watt-hour meter system is set in the same way as a normal watt-hour meter. The ratio of the torques of the two systems can easily be determined by the number of revolutions of the watt-hour meter and the ampere-hour meter alone.

Für die Erfindung ist es gleichgültig, wie Hauptstrbm- und Nebenschlußstator ausgebildet sind. Das Wesentliche an der Erfindung ist, daß ein Wattstundenzählersystem mit einem Amperestundenzählersystem zusammen auf ein gemeinsames Zählwerk einwirken. '. For the invention it is immaterial how the main flow and shunt stator are designed. The essence of the invention is that a watt-hour meter system with an ampere-hour meter system act together on a common counter. '.

Die Meßmethode ist schließlich ohne weiteres auf Wattmeter anwendbar, sei es, daß diese nach Ferrarisschem Prinzip oder nach dynamometrischem Prinzip arbeiten. In beiden Fällen ist das Zusammenwirken eines Wattmetertriebsystems und eines Amperemetertriebsystems auf einen gemeinsamen Zeiger ohne Schwierigkeiten nach den für Zähler angegebenen Prinzipien zu erreichen.The method of measurement can finally be applied without further ado to wattmeters, be it that these work according to the Ferraris principle or according to the dynamometric principle. In both cases is the interaction of a wattmeter drive system and an ammeter drive system to a common pointer without difficulty according to the principles given for counters to reach.

Ebenso ist eine Erläuterung überflüssig, daß das Verfahren auch in Mehrphasenanlagen anwendbar ist.It is also superfluous to explain that the method can also be used in multi-phase systems is.

Claims

Patent Claims:

1. Method of measuring a composite of real and apparent performance Load in single and multiple

. phase alternating current systems by dynamometric or by Ferraris wattmeter or counter, characterized in that one wattmeter and one ammeter system each or a watt-hour and ampere-hour meter system on a common pointer or a common counter act.

2. Ampere system for the method according to claim 1, characterized in that the torque of the AmpereSystem ^{J can be} regulated within wide limits.