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Meßgerät für Mehrphasennetze. Die Leistungsverluste in elektrischen
Apparaten und-Leitungen sind teils dem Quadrat der Betriebsspannung-proportional,
wie z. B. die Eisenverluste eines Transformators, teils dem Quadrat der Betriebsstromstärke,
wie z. B. die Kupferverluste einer Leitungsstrecke. Zum Anzeigen dieser Leistungsverluste
können deshalb- die mit quadratisch wirkenden Meffsystemen ausgestatteten Wechselstrommesser
und Wechselspannungsinesser benutzt werden, wenn man ihnen statt der üblichen quadratisch
geteilten Skalen gleichförmig geteilte Skalen gibt. Es -ist auch bekannt, Meßsystenie
-der Art, wie diese Geräte sie enthalten, die im folgenden »Amperequadratsystelne«
und »Völtquadratsysteme«, gemeinsam »Qüadratsysteine« genannt werden sollen, auf
magnetisch gebremste Drehkörper, die Zählwerke antreiben, einwirken zu lassen, und
so als »Amperequadratstundenzähler « und »Voltquadratstundenzähler« bezeichnete
Geräte zur Messung der Zeitsummen der Leitungsverluste. das ist der Arbeitsverluste,
herzustellen. Man hat auch solche Quadratsysteme schon einzeln oder zu mehreren
in Wattmeter und Wattstu ndenzähler eingebaut, tun mit einem Gesät die Leistungsaufnahme
oder die Arbeitsaufnahme eines Netzes an einer vom Meßgerät entfernten Stelle zu
bestimmen.
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Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein neues, quadratisch wirkendes
IVfeßsystern zur Verwendung in Mehrphasennetzen, im besonderen in Drehstromnetzen..
Es kennzeichnet sich im allgemeinen dadurch, daß zwei Häuptstromspulen, die von
zwei ungleichpliasigen Strömen des Netzes erregt werfen, bzw. zwei Spannungsspulen,
die von zwei ungleichphasigen Spannungen des Netzes erregt werden, motorisch zusammenwirken.
-Ein solches System mißt streng richtig, wenn das Netz symmetrisch belastet ist,
angenähert richtig bei angenähert symmetri:scher Belastung. Im unsymmetrisch belasteten
Drehstromnetz kann mit dem neuen Meßsystem eine streng richtige Messung erzielt
werden, wenn man seine Triebkraft durch die Triebkräfte von zwei gewöhnlichen Quadratsystemen
unterstützt, von denen jedes von -einem der beiden Erregerströme bzw. von einer
der beiden Erregerspannungen des neuen Müßsystemes erregt wird.
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Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens ist zunächst in den Vektordiagrammen
Fig. r u n& z der Zeichnung eine Übersicht über die Ströme und Spannungen des
Drehstromnetzes bei Sternschaltung (Fig. r) und Dreieckschaltung (Fig..-» der gggeben.
Dabei ist symmetrische Belastung vorausgesetzt und eine induktive Phasenverschiebung
von 45" in den Verbrauchswiderständen beliebig angenommen. RS, ST, TR sind
die Phasenspannungen, R0, S0, T 0 die Sternspannungen. TRS, IST, JTR Sind
die Phasenströme, IR, Ts, JT die Ströme in den drei Leitungen R, S, T des Netzes.
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Die Fig. 3 und q: zeigen -schematisch sechs Ausführungsformen der
Erfindung, 'und zwar zeigen Fig. 3a, q.b und 3c Ausführungsformen des AmpereqttadTatsystems,
Fig. qa, 3b, d.c Ausführungsformen des Voltquadratsystems.
Fig.
3 gilt für Dreieckschaltung, Fig. 4 für Sternschaltung der Verbrauchswiderstände.
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Fig.3a zeigt ein System mit zwei Hauptstromspulen H, H2, von denen
die erste in der Leitung R, die zweite in der Leitung S liegt. Sie werden deshalb
von den Strömen JR und Is erregt. Sind die beiden Spulen so beschaffen, daß ihre
treibenden Felder den, Erregerströmen proportional sind und um den gleichen Winkel
(der auch o oder negativ sein kann) gegen sie in .der Phase zurückbleiben, so ist
der zeitliche Mittelwert der Triebkraft des Meßsystemes D = 0,5 k
JR Js bzw. - o,866 k JR Js, wenn k ein Festwert ist und IR Js die
Effektivwerte bedeuten. Die Zahlenfaktoren o,5 bzw. o,866 rühren davon her, daß
die beiden Ströme und demnach auch,die von ihnen erregten Triebfelder um i-,o° in
der Phase gegeneinander verschoben sind; der Faktor 0,5 gilt für ein dynamometrisches
Meßsystem, der Faktor o,866 für ein Induktionssystem.
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Die Kupferverluste in den drei Verbräuchswiderständ'en von je TY Ohm
sind im zeitlichen Mittel v-3WJRs2-WJR2. Da bei symmetrischer Belastung des Netzes
Js = JR ist, -so wird auch D proportional V. Das Meßsystem ist deshalb geeignet,
den Kupferverlust V anzuzeigen bzw: zu zählen. Es kann auch als Strommesser für
JR oder JRS dienen, wenn man seinen Zeiger über einer quadratisch. geteilten Skala
spielen läßt. Das Meßsystem zeigt. auch richtig bei Sternschaltung der Verbrauchswiderstände.
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Bei der Ausführung nach Fig. db sind den Hauptstromspulen H, und H=
zwei Amperequad'ratsysteme gewöhnlicher Art, Al, A_, vorgeschaltet. Wenn die drei
Systeme imgleichen Sinn auf die Anzeigevorrichtung einwirken, ist ihre Gesamttriebkraft,
in Augenblickswerten geschrieben, d=k, iR2 + k ZR is + k2 2s2.
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Der Kupferverlust in den Verbrauchswiderständen ist, in Augenblickswerten
geschrieben, z, ä W (iR2 +.is" + i7-2) - 2 W (2R2 + ist + iR iS), wenn man
für. iT den Wert (- iR - is) einführt. d und v sind einander proportional, wenn
man hl =: k2 = k macht. Dieses Gerät mißt auch bei ünsvmmetrischer Belastung
richtig. Als Strommesser geeicht, zeigt es den für die Berechnung der Kupferverluste
anzunehmenden Mittelwert der drei Leitungsströme an. In Fig.3c ist eine Ausführungsform
dargestellt, bei der die Stromspule HI vom . Strom JR, die Stromspule H@ vom Phasenström
JRS erregt wird.
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In Fig. q.a ist ein Voltquadratsystem dargestellt mit zwei Spannungsspülen
Ni, N2, von denen die erste zwischen die Leitungen R und S, die zweite zwischen
die Leitungen R und T eingeschaltet ist. Seine Wirkung ist analog der Wirkung des
Amperequadratsystems von Fig.3a.
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Bei der Ausführung nach Fig. 3b sind den Spannungsspulen N1, N2. Voltquadratsvsterne
B, B2 gewöhnlicher Art vorgeschaltet. Die drei Systeme wirken im gleichen Sinne
auf die Anzeigevorrichtung ein. Die Wirkungsweise ist analog der Wirkungsweise der
Ansführt.ng nach Fig. q.b. Das . Gerät mit den drei Systemen zeigt die dem Quadrat
der Betriebsspannung proportionalen Verluste in den Verbrauchswiderständen auch
bei unsymmetrischer Belastung richtig an, vorausgesetzt, daß der Proportionalitätsfaktor
für alle drei Phasen gleich ist. ' In Fig. q:c. ist noch eine Ausführungsform dargestellt;
bei der die beiden Spannungsspulen N, und N2 von den Sternspannungen R0 und
TO erregt werden.
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Die Erfindung bietet den besonders für Induktionssysteme bedeutsamen
Vorteil, daß man den erforderlichen Phasenunterschied zwischen den Triebfeldern
erzielt ohne die bekannten künstlichen effektverbrauchenden Hilfsmittel, wie Triebkerne
mit keilförmigen Luftspalten oder seitlich sitzenden Kurzscblußringen, Spaltung
des Erregerstromes in Zweige verschiedener Induktivität u. däl., die bei @d#--n
gewöhnlichen Quadratsystemen nach dein Induktionsprinzip angewendet werden. Ein
weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß zwei Ströme oder zwei Spannungen des Netzes
in die Messung eingehen. Denn dies bewirkt einen gewissen Ausgleich, wenn bei unsymmetrisch
werdender Belastung die eine der beiden Größen steigt, die andere fällt. Die Änderung
des Verschiebungswinkels zwischen den beiden in die Messung eingehenden Größen,
die sich bei unsymmetrisch werdender Belastung einstellen kann, kann übrigens auf
'folgende Weise für die Meßgenauigkeit praktisch unschädlich gemacht werden: Man
stellt mit bekannten Mitteln zwischen den Treibfeldern der Spulen H, £l# bzw. N1,
Na bei dynamometrischer Ausführung ödes Systernes wenigstens angenähert dien
Phasenunterschied o, bei Ausführung des Systemes nach dem Induktionsprinzip wenigstens
angenähert den Phasenunterschied go° her, für den Fall, daß die erregenden Größen
idie der symmetrischen Belastung des Netzes entsprechenden Phasenunterschiede
haben.
Dann ändert sich die Triebkraft des Systeines proportional dem Kosinus der Änderung
des Phasenunterschiedes der erregenden Größen; sie ändert sich deshalb bei Änderung
dieses Phasenunterschiedes um etwa 8° aufwärts oder abwärts um weniger als i v.
H. Beispielsweise wird man das Meßsystem nach Fig.3a so einrichten, daß das
Treibfeld der Spule H, um 30' in der Phase gegen den Erregerstrom la zurückbleibt,
unter der Voraussetzung; daß das Treibfeld der Spule H= mit dem Erreger' Strom IS
in Phase ist.
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Werden Meßsysteme entsprechend Fig.4h und 3b nach dem Induktionsprinzip
ausgeführt, so können die von dien Spulen H,, H., bzw. N" N, erregten Triebkerne
mit den bekannten Mitteln, von denen einige oben erwähnt worden sind, so ausgeführt
werden, dat sie zugleich die gewöhnlichen Quadratsysteme A" A, bzw_ B" Bz
bilden. Hierdurch wird der Aufbau derartiger Meßgeräte außerordentlich vereinfacht.