DE341598C

DE341598C - Electricity meter for determining the wattless consumption in AC systems

Info

Publication number: DE341598C
Application number: DE1918341598D
Authority: DE
Original assignee: Koerting und Mathiesen AG
Current assignee: Koerting und Mathiesen AG
Priority date: 1918-12-12
Filing date: 1918-12-12
Publication date: 1921-10-04

Description

Elektrizitätszähler zur Bestimmung des wattlosen Verbrauchs in Wechselstromanlagen. Zur möglichst wirtschaftlichen Ausnutzung der elektrischen Einrichtungen von ein- und mehrphasigen W echselstromanlagen ist e > erforderlich, dahin zu wirken, daß die Verschiebung zwischen Strom und Spannung gering bleibt. Da übererregte Synchronmotoren, Einankerumformer und Phasenschieber nicht mit dem gewünchten wirtschaftlichen Erfolg die bei induktiver Belastung auftretende Phasenverschiebung zu verbessern vermochten, versucht man neuerdings dieses Ziel durch Tarifverbesserungen-zu erreichen; man räumt Abnehmern, welche eine bestehende Phasenverschiebung verringern, auf den Einheitspreis für die entnommene Kilowattstunde eine Vergünstigung ein, während Abnehmer, welche eine Verschiebung zwischen Spannung und Strom herbeiführen, pro entnommene Kilowattstunde einen zusätzlichen Betrag entrichten müssen, dessen Höhe abhängig ist von der Größe der verursachten Phasenverschiebung. Die Abzüge und Zuschläge sind also bei um go ° gegen die Spannung ver- chobenem Strome am größten, bei einer Verschiebung von o ° hingegen = o.Electricity meter for determining the wattless consumption in AC systems. For the most economical use of the electrical equipment of one and multi-phase AC systems, it is necessary to act so that the shift between current and voltage remains small. Since overexcited synchronous motors, Single armature converter and phase shifter not with the desired economic success were able to improve the phase shift that occurs with inductive loading, one tries recently to achieve this goal through tariff improvements; man grants customers who reduce an existing phase shift to the unit price a discount for the kilowatt hour withdrawn, while buyers which bring about a shift between voltage and current, per extracted kilowatt hour have to pay an additional amount, the amount of which depends on the size the caused phase shift. So the deductions and surcharges are at to go ° The current shifted against the voltage is greatest, with a shift of o ° on the other hand = o.

Es wurde aus diesem Grunde vorgeschlagen, die-Größe dieser Werte den wattlosen Leistungsstunden e # i # sin cp # t proportion?1 zu setzen.For this reason, it was proposed to set the magnitude of these values to the wattless power hours e # i # sin cp # t proportion? 1.

Induktionsmeßgeräte, die wattlose Leistung anzeigen, hat man bereits dadurch hergestellt, daß der Stromkreis der Spannungsspule praktisch induktionsfrei gemacht ist. Für Instrumente, die nur kurzzeitig gebraucht werden, wie Phasenmesser, ist diese Methode anwendbar, aber nicht für Zähler, die dauernd eingeschaltet sind. Diese müssen ein hohes Drehmoment bei geringem Eigenverbrauch haben, und diese Bedingungen sind nur erfüllbar, wenn die Nebenschlußspulen auf möglichst geschlossenen Eisenkernen liegen. Dadurch aber ist stets eine hohe Selbstinduktion im Spannungsstromkreis gegeben, und es ist bisher nicht gelungen, einen Zähler für Einphasenwechselstrcm herzustellen, der die oben g@ stellten Bedingungen erfüllt.Induction meters that indicate wattless power are already available produced in that the circuit of the voltage coil is practically induction-free is made. For instruments that are only used for a short time, such as phase meters, this method can be used, but not for meters that are permanently switched on. These must have a high torque with low internal consumption, and these conditions can only be fulfilled if the shunt coils on iron cores that are as closed as possible lie. As a result, however, there is always a high level of self-induction in the voltage circuit given, and it has not yet been possible to create a meter for single-phase alternating currents to produce which fulfills the conditions set out above g @.

Man hat sich- bislang darauf beschränkt, solche Zähler ausschließlich für Drehstromanlagen zu schaffen, wo die zur Messung erforderlichen Feldverschiebungen dadurch erreicht werden, daß die die Felder. erregenden Spulen in ganz bestimmte Phasen des Drehstromsystemes gebracht werden. Sieht man hier von den Vorschlägen für Drehstr,:manlagen für gleichbelastete Phasen ab - da derartige Belrstungsverhältnisse infolge unvermeidlicher Verschiedenheiten in den Widerständen der Motorenwicklungen niemals gegeben sind -, so bleibt nur der Schaltungsvorschlag nach Fig. z der Zeichnung-übrig, in welchem i, :z und 3 die Linienleitungen des DrehstromsYstems, 4 und 5 zwei von den Verbrauchsströmen x und 2 durchflossene Hauptstrom spulen und 6 und 7 Spannungstriebsysteme darstellen, die durch vcrgeschaltete Widerstände so abgeglichen sind, daß die Phasenverschiebung zwischen Spannung und wirksamem Spannungsfeld 6o° statt co', wie bei den üblichen Wattstundenzählern der Ferraristype,- beträgt.So far, one has limited oneself to such counters exclusively for three-phase systems, where the field shifts required for measurement can be achieved in that the fields. exciting coils in very specific Phases of the three-phase system are brought. If you look here from the proposals for three-phase,: systems for phases with the same load - because such load conditions due to inevitable differences in the resistances of the motor windings are never given - then only the circuit proposal according to Fig. z of the drawing remains, in which i,: z and 3 are the line lines of the three-phase system, 4 and 5 are two of the consumption currents x and 2 main current coils and 6 and 7 voltage drive systems represent, which are balanced by connected resistors so that the phase shift between tension and effective tension field 6o ° instead of co ', as with the usual Watt-hour meters of the Ferrari type, - is.

Diese Zähler haben den. Nachteil,-- daß_=sie stillstehen oder unrichtig registrieren, wenn eine Linienleitung vor dem Zähler unterbrachen wird, und daß sie unrichtig registrieren, wenn diejenige Linienleitung unterbrochen wird, in welcher keine Hauptstromspule liegt. Da Drehstrommotoren, nachdem man sie unter Drehstrom anlaufen ließ, als Wechselstrommotor weiterlaufen, so besteht, die Gefahr, daß vom Abnehmer in beabsichtigter Weise periodisch vorübergehend eine der Linienleitungen unterbrochen wird. Die praktische Verwendung derartiger,Zähler ist daher, wo die Elektrizitätswerke keine laufende Kontrc.lle ausüben sollten, völlig untunlich.These counters have the. Disadvantage, - that_ = them stand still or incorrectly register if a line line is interrupted in front of the meter and that they register incorrectly when that line is interrupted in which there is no main current coil. Because three-phase motors after looking at them let start under three-phase current, continue to run as an alternating current motor, so that exists There is a risk that the customer will periodically and temporarily have one of the Line lines is interrupted. The practical use of such counters is therefore, where the electricity works should not have any ongoing control, absolutely impractical.

Es gibt nur eine einzige Schaltungsweise, bei welcher derartige Betrugsmöglichkeiten ausgeschlossen sind, und dies ist diejenige nach der bekannten Zweiwattmetermethode zur Bestimmung der wirklichen Leistung eines Drehstromsystems. Will man diese Schaltung auch zur Bestimmung der wattlosen Leistung verwenden, so braucht man zwei Triebsysteme, von denen jedes für sich die wattlose Leistung eines Wechselstromkreises zu messen gestattet, braucht also zwei Einphasenwechselstromzähler zur Bestimmung des wattlosen Stromes. Solche Zähler gibt es aber bisher noch nicht.There is only one type of circuit in which such cheating possibilities are excluded, and this is the one according to the well-known two-watt meter method to determine the real performance of a three-phase system. Do you want this circuit also use to determine the wattless power, you need two drive systems, each of which is used to measure the wattless power of an alternating current circuit allowed, so needs two single-phase alternating current meters to determine the wattless Current. However, such counters do not yet exist.

Die Erfindung bringt einen solchen Zähler. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß man das wirksame Nebenschlußfeld @E eines Wechselstromwattstundenzählers, welches um einen Winkel iP gegen die erregende Klemmspannung E verschoben sei, in Gegenwirkung bringt mit einem Hauptstromfelde @J, das in Phase mit dem Verbrauchsstrom J oder um i8o° gegen diesen verschoben ist, und einem (oder mehreren) von diesem induzierten Sekundärfelde #," das hinsichtlich Größe und Phasenverschiebung so gewählt wird, daß das vom Verbrauchsstrome erzeugte resultierende wirksame Gesamtfeld #J in Phase mit dem wirksamen Nebenschlußfeld @E oder gegen dieses um 180° verschoben ist.The invention brings such a counter. The essence of the invention consists in using the effective shunt field @E of an alternating current watt-hour meter, which is shifted by an angle iP against the exciting terminal voltage E, in Counteraction brings about a main stream field @J, which is in phase with the consumption stream J or shifted by 180 ° from this, and one (or more) of these induced secondary fields #, "selected in terms of size and phase shift becomes that the resulting total effective field generated by the consumption stream #J in phase with the effective shunt field @E or shifted by 180 ° against it is.

Ein derartiger Zähler kann beispielsweise in einfacher Weise dadurch erhalten werden, daß man die beiden Zinken des Hauptstromkernes i (Fig. 2) eines normalen Wattztundenzählers mit entsprechend dimensionierten Kurzschlußringen 2 und 3 versieht oder diese Ringe an anderer Stelle des Kraftlinienweges des Hauptstromfeldes anordnet, insbesondere an solchen, an welchen die Selbstinduktion der Ringe erhöht wird. q: bedeutet das Nebenschlußeisen mit der erregenden Spule 5, und 6 wie 7 stellen vom Nebenschlußfeld induzierte Kurzschlußringe dar, welche gestatten, den Winkel zwischen Spannung und Spannungsfeld auf einen bestimmten Wert zu bringen.Such a counter can, for example, be made in a simple manner be obtained that the two prongs of the main current core i (Fig. 2) one normal wattmeter with appropriately sized short-circuit rings 2 and 3 provides or these rings elsewhere in the force line path of the main current field arranged, especially on those on which the self-induction of the rings increases will. q: means the shunt with the energizing coil 5, and 6 like 7 places by the shunt field induced short-circuit rings, which allow the angle to bring between tension and tension field to a certain value.

Es bestehen natürlich auch noch andere Möglichkeiten, die notwendige Rückwärtsverschiebung des resultierenden Hauptstromfeldes #J zu bewirken, beispielsweise durch Abschirmung der beiden Zinken des Hauptstromkerr_es -,-ermittels Eisenblechs u. dgl. m.Of course, there are also other options, the necessary ones To cause backward shifting of the resulting main current field #J, for example by shielding the two prongs of the Hauptstromkerr_es -, - determined by means of sheet iron and the like m.

Die genaue Abgleichung der notwendigen Verschiebung kann bei Kurzschlußringen durch Änderung ihres Ohmschen oder induktiven Widerstandes, bei Schirmblechen durch Änderung der Ausdehnung der Abschirmung herbeigeführt werden. -In Fig. 3 ist das Vektordiagramm eines derartigen Zählers bei induktionsfreier Belastung dargestellt. Das wirksame Nebenschlußfeld #E folgt wegen der Selbstinduktion des Nebenschlußsystems der Klemmenspannung F_ um den Winkel Vi nach. Das Feld cf)f induziert in den -Kurzschlußringen 2 und 3 (die an solcher Stelle des vom Felde @J herrührenden Kraftlinienweges gesetzt sind, daß ihre Selbstinduktion sehr groß ist) elektromotorische Kräfte. Die Maxima derselben treten in dem Augenblicke auf,, in welchem der erzeugende Fluß die größte Änderung pro Zeiteinheit hat, d. h. durch die Nullinie geht, also - o ist, was einer Verzögerung von go° entspricht. Diese E. M. Ke. erzeugen in den Kurzschlußringen Ströme, die infolge der bedeutenden Selbstinduktion derselben um fast go° gegen die E. M. Ke., also um fast i8o° gegen das Feld @i verzögert sind. Da das von dem Strome in den Kurzschlußringen herrührende Magnetfeld @s mit diesem phasengleich ist, ist auch dieses um etwas weniger als i 8o' gegen das Feld cfiJ verzögert. Man kann nun durch entsprechende Dimensionierung der Kurzschlußringe die Resultante #i der beiden Felder @J und #s leicht in eine solche Lage bringen, daß sie mit dem wirksamen Nebenschlußfelde @E zusammenfällt.The exact adjustment of the necessary shift can be done with short-circuit rings by changing their ohmic or inductive resistance, in the case of shield plates Change in the expansion of the shield can be brought about. - In Fig. 3 this is Vector diagram of such a counter with induction-free load shown. The effective shunt field #E follows because of the self-induction of the shunt system the terminal voltage F_ by the angle Vi. The field cf) f induces in the short-circuit rings 2 and 3 (which are placed at such a point on the path of the lines of force originating from the field @J are that their self-induction is very large) electromotive forces. The maxima these appear at the moment in which the generating flow is greatest Has change per unit of time, d. H. goes through the zero line, so - o is what one Delay of go °. This E. M. Ke. generate in the short-circuit rings Currents which, as a result of the significant self-induction thereof, go against by almost go ° the E.M. Ke., that is, are delayed by almost 180 ° from the field @i. Since that of the The magnetic field @s originating in the short-circuit rings is in phase with it is, this too is delayed by a little less than i 8o 'from the field cfiJ. Man the resultant can now be obtained by appropriately dimensioning the short-circuit rings #i of the two fields @J and #s can easily be put in such a position that they are linked to the effective shunt field @E coincides.

Da das Feld @s von dem Felde #i erzeugt wird, können wir @J als Primärfeld, @S als induziertes Sekundärfeld bezeichnen.Since the @s field is generated by the #i field, we can use @J as the primary field, Designate @S as the induced secondary field.

Fig. q. und 5 geben die Vektorendiagramme, wenn der Strom J gegen die Gebrauchsspannung E zurückbleibt bzw. voreilt.Fig. Q. and Fig. 5 give the vector diagrams when the current J is against the operating voltage E lags behind or leads.

Bei nacheilendem Strome ist das Drehmoment des Zählers D = @E @J sin cp, bei voreilendem Strome-D = @E #J sin (36o ° - (p), und da sin (36o' - cp) _ - cos (go ° - cp) - - (-[- sin cp) _ - sin q) ist, so ist für voreilenden Strom D - - j#E # #J # sin cp, d. h. der Zähler läuft bei nacheilendem Strome vorwärts, bei voreilendem Strome rückwärts. Die Drehwirkung würde im umgekehrten Sinne i verlaufen, wenn das Hauptstromfeld #J um 18o° gegen J versetzt zur Wirkung käme. In diesem Falle wäre bei nacheilendem Strome das Drehmoment des Zählers D = @E . @J . sin (x8o°+ (P) @E . @,1 . sin ct), bei voreilendem Strome hingegen ist D - @E . @J . sin (z8o° - (p) - #E . @J . sin y. Soll die Wirkung der wattlosen Energie nach vor- und nacheilendem Strome getrennt vorgenommen w@ rden, so werden zwei Zähler erforderlich, die eine Drehbewegung je nur nach einer Seite zulaFsen.With a lagging current, the torque of the counter is D = @E @J sin cp, with a leading current-D = @E #J sin (36o ° - (p), and since sin (36o '- cp) _ - cos (go ° - cp) - - (- [- sin cp) _ - sin q), then for leading current D - - j # E # #J # sin cp, ie the counter runs forwards when the current is lagging and when the current is leading backward. The turning effect would run in the opposite sense i if the main flow field #J were to be effective offset by 180 ° against J. In this case, with a lagging current, the torque of the counter would be D = @E . @J. sin (x8o ° + (P) @E. @, 1st sin ct), with a leading current, however, D - @E . @J . sin (z8o ° - (p) - #E. @J. sin y. If the effect of the wattless energy is to be carried out separately according to the leading and trailing currents, two counters are required, each of which only rotates to one side allow.

Für die Messun- der wattlosen Energie in Mehrleiter oder Mehrphasenanlagen verwendet man mehrere solcher Einphasenzähler in den bekannten Schaltungen.For measuring wattless energy in multi-conductor or multi-phase systems one uses several such single-phase counters in the known circuits.

Claims

PATENT CLAIM: Electricity meter for determining wattless consumption in alternating current systems, - characterized in that with the effective shunt field except for a field proportional to the consumption flow and in phase or with it is shifted by 180 ° against it, one or more induced by the main current field Secondary fields interact in terms of their size and phase shift against the inducing field are chosen so; that the entire resulting effective Field of consumption current in PhaEe with the effective shunt field or against this is shifted by 180 °.