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meßvorrichtung für Gleich- und Wechselstromanlagen. Die vorliegende
Erfindung bildet die meßtechnische Grundlage eines Spezialtarifes für den Verkauf
elektrischer Energie. Die Vorrichtung ist bestimmt, den Grad der Gleichmäßigkeit
bzw. Ungleichmäßigkeit der Stromentnahme im Zusammenhang mit dem bei dieser Stromentnahme
stattfindenden Leistungsfaktor selbsttätig festzustellen zu Zwecken der Rabattgewährung
auf die Strompreise von Stromversorgungsunternehmen, oder zuZwecken der rationellen
Gestaltung des Betriebes in solchen Anlagen, welche ihren Bedarf an elektrischer
Energie selbst erzeugen. Die bisher gebräuchlichen einschlägigen Meßapparate (Höchstverbrauchsmesser,
Kilovoltamperezähler) ermöglichen dem Stromlieferanten bzw. -produzenten eine genaue
Bestimmung der genannten Umstände hinsichtlich des Grades der Unerwünschtheit ihrer
kombinierten Wirkung nicht. Der nachstehend beschriebene »Gütemesser« dagegen gestattet
in Verbindung mit irgend einem der bekannten, in dem nachfolgenden Erläuterungsbeispiel
nicht weiter gezeichneten und beschriebenen Wattstundenzähler die exakte Bestimmung
dieser kombinierten Wirkung der Ungleichmäßigkeit im zeitlichen Verlaufe der dem
Versorgungsnetze entnommenen Stromstärke sowie des etwaigen Abweichens des bei,
der- Stromentnahme stattfindenden Leistungsfaktors vom Werte »Eins«. Die Angaben
des Gütemessers müssen mit den Angaben des oben erwähnten Wattstundenzählers zwecks
Feststellung der Güte' der Konsumform verglichen werden.
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Die Erfindung besteht darin, daß a) an die Stelle des bei den nach
dem Thomson-Prinzip gebauten Wattstundenmotorzählern an der Netzspannung .liegendem
Ankers ein der vom Nutzstrome durchflossenen festen Spule a parallel geschalteter
Anker b
tritt (Fig. :i); b) an die Stelle der sogenannten Spannungsspule bei
Induktionswattstundenzählern eine mit demselben magnetischen Fluß des vorzusehenden
Zwischentransformators Z wie die sogenannte Stromspule c elektromagnetisch verkettete
Spule d tritt (Fig. 2).
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Zur näheren Erläuterung der Verhältnisse unter b dient das Vektordiagramm
Fig. 3 der in der Anordnung nach Fig. 2 fließenden Ströme. In Fig. 3 bedeutet ib
den Primärstrom (Nutzstrom) im Zwischentransformator Z, i, den Sekundärstrom des
Zwischentransformators Z zur Erregung der Spule c, id den Sekundärstrom des Zwischentransformators
Z zur Erregung der Spule d, a den für konstante Frequenz des Stromes ig. konstanten
Phasenwinkel zwischen i, und id. Die Anordnung der bei den Motorzählern üblichen
Wirbelstrombremse ist für die richtige Wirkungsweise . des vorstehend seinem Prinzip
nach gekennzeichneten, mit einer' entsprechenden Zählwerke zu versehenden »Güte=
messers« von integrierender Bedeutung..
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Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß das vom Anker bzw.
Rotor entwickelte Drehmoment in jedem Augenblick dem Quadrate der Stromstärke proportional
ist, welche in dem Kreise fließt; in welchen
das Instrument eingeschaltet
ist: Der Gütemesser ist also dazu bestimmt, automatisch den Wert
für eine Ableseperiode T zu bilden. - Der Beweis,' daß dies tatsächlich durch die
unter a bzw. b beschriebenen Anordnungen erreicht wird, liegt in folgendem
Ist in Fig. i Spule a fest, Spule b beweglich angeordnet, und bedeutet
i" den Augenblickswert der Stromstärke in a,
i6 den Augenblickswert der Stromstärke
in b, y" den Wert des Ohmschen Widerstandes von a, 7b den Wert des Ohmschen Widerstandes
von b,
den Parallelschältungswiderstand von a und b, Y eine Konstante, so ergibt sich,
wenn /JE - ya . iä = y6 # i6 = R # (ia + i6)
- R # i, unter Vernachlässigung der im Anker bei der Drehung induzierten
Gegen-E. M. K. als Wert des zwischen ä und b
auftretenden Drehmomentes
Die auftretende mechanische Leistung L, ist, wenn w die Winkelgeschwindigkeit
des Ankers b
bedeutet, gegeben durch Ll-D # v@-il .Y'. w.
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Die von der Wirbelstrombremse - ab_orbierte mechanische. Leistung
L2 ist proportional somit ist Lz=c#wz. .
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Es gilt daher für dynamisches Gleichgewicht (L, - L2)
Man erhält daher
in welchem Endausdrucke U die Anzahl der vom Anker b . innerhalb der Zeit T zurückgelegten
Umdrehungen bedeutet. Der vom Zählwerk des Gütemessers registrierte Wert U gibt
demnach ein Maß für den Wert
Bei Gütemessern für Wechselstrom nach dem Prinzip der Induktionszähler (Fig. 2)
gestaltet sich der Beweis völlig analog. Sind in Fig. 2 die von den Strömen i, und
id durchflossenen Spulen c und d die Träger des Erregerfeldes, so ist gemäß der
Theorie der Induktionszähler das auf den Rotor ausgeübte Drehmoment gegeben durch
den Ausdruck D - Y : i, # id # sin a, wobei a den Phasenwinkel zwischen
i, und id bedeutet, welch letztere bei Verwendung eines geeigneten Zwischentransformators
dem Stromig konstant proportional sind. Da nun ferner - im Gegensatz zu den Verhältnissen
bei Schaltung des Induktionszählers als Wattstundenzähler, - der Wert sin a konstant
bleibt, indem . sowohl i. als id gegenüber i.,. stets näherungsweise dieselbe Phase
für gleichbleibende Frequenz behalten (Fig. 3), so kann geschrieben werden (i a)
D = (Y: # sin a) # i, # id ic . id Der Beweis ist im übrigen identisch
mit dem oben geführten von' (G1. i) ab, so daß sich ergibt
Die Anzahl der vom Zählwerk registrierten Umdrehungen gibt also auch bei Verwendung
des Prinzips der Induktionszähler ein Maß für den Wert
Inwiefern nun dieser Wert ein Kriterium für die »Güte« der Konsumform, d. h. für
den Grad der Regelmäßigkeit bzw. Unregelmäßigkeit der Stromentnahme sowie für den
hierbei stattfindenden Mittelwert des Leistungsfaktors darstellt, erhellt aus folgender
Betrachtung. Wie schon bemerkt, ist das Instrument zur Verwendung in Verbindung
mit einem Wattstündenzähler bestimmt. Bezeichnet man die Angabe des Gütemessers
mit A", diejenige des Wattstundenzählers mit A", so gibt der Wert des Verhältnisses
ein Maß für die Güte der Konsumform. Für gleiche Werte A" wird nämlich das genannte
Verhältnis um so größer, je unregelmäßiger die Stromentnahme erfolgt und je ungünstiger
der Leistungsfaktor ist. Der. für eine gegebene
konstante Spannung
E bei Übertragung der Arbeit A" kleinstmögliche Stromwärmeverlust
tritt nämlich dann auf,. wenn A" mit konstanter Leistung L bei cos c@ = i,
also mit dem Strome
übertragen wird. Die Verluste A" sind dann gleich c' . T # J'. Wird A" urfiter
wechselnder Leistung übertragen, so sind die in diesem Falle innerhalb derselben
Zeit T auftretenden Stromwärmeverluste A;; größer als Av, indem der für die Berechnung
der Ohmschen Verluste maßgebende quadratische Mittelwert
bei inkonstantem Stromverlauf stets um den Betrag jy größer ist als jx. Der Wert
J@ - und damit A;; - ist vom Grade der Unregelmäßigkeit abhängig. Für L - const
ist derselbe gleich Null. Ist unter sonst gleichen Verhältnissen der mittlere Leistungsfaktor
während T kleiner als i, so sind die Stromwärmeverluste A'," proportional
der Summe Jx "i' JJ' -+- .%, Der Wert J' ist von der Güte des mittleren Leistungsfaktors
abhängig. Für cos cp == i ist derselbe gleich Null. Wie ersichtlich, ist die zusätzliche
Summe jy -E- J3 von der kombinierten Wirkung der Unregelmäßigkeit und des Abweichens
des. Leistungsfaktors vom Werte i abhängig. In der Tat bildet also das Verhältnis
der Zählerangaben A,: A" ein Maß für diese kombinierte Wirkung bzw.
gestattet dasselbe die exakte Beurteilung eines Konsumenten hinsichtlich der Erwünschtheit
bzw. »Güte« seiner. Konsumform.