DE347702C

DE347702C - Device for measuring apparent performance or work

Info

Publication number: DE347702C
Application number: DE1918347702D
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Priority date: 1918-09-27
Filing date: 1918-09-27
Publication date: 1922-01-23

Description

Einrichtung zum Messen der scheinbaren Leistung oder Arbeit. Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zum Messen der scheinbaren Leistung oder der scheinbaren Arbeit in einem einphasigen oder mehrphasigen Wechselstromkreis.Device for measuring apparent performance or work. object of the invention is a device for measuring the apparent power or the apparent work in a single-phase or multi-phase AC circuit.

Es sind schon Geräte bekannt, die sich zur Messung der scheinbaren Leistung bzw. der scheinbaren Arbeit eignen. jedes nach dem Dynamometerprinzip oder dem Induktionsprinzip gebaute Gerät zur Messung der wahren Leistung oder der wahren Arbeit zeigt auch die scheinbare Leistung oder Arbeit mit großer Annäherung, solange die Phasenverschiebung in dem Wechselstromkreis klein ist. Der Änderungsbezirk der Phasenverschiebung, in dem ein solches Gerät zum Anzeigen der scheinbaren Leistung oder Arbeit geeignet ist, hängt von der geforderten Genauigkeit seiner Angabe ab; der Änderungsbezirk des Phasenwinkels erstreckt sich z. B. von zo ° Voreilung bis zo° Nacheilung, wenn die Angabe auf 11/, Prozent genau sein soll. Es sind auch Scheinleistungsmesser und Scheinarbeitsmesser bekannt, die in der eben angedeuteten Weise angenähert richtig zeigen, bei denen aber . der Änderungsbezirk der Phasenverschiebung, in dem sie richtig zeigen, nicht durch den Wert Null, sondern durch einen frei gewählten anderen Wert in gleiche Teile geteilt wird.There are already devices known that are used to measure the apparent Performance or the apparent work. each according to the dynamometer principle or Device built according to the induction principle to measure the true power or the true Work also shows apparent accomplishment or work with close approximation as long as the phase shift in the AC circuit is small. The change district of Phase shift in which such a device to display the apparent power or work is suitable depends on the required accuracy of its indication; the area of change of the phase angle extends z. B. from zo ° advance to zo ° lag if the information should be accurate to 11 /, percent. There are also apparent power meters and dummy working knives, which are approximated correctly in the manner just indicated show where but. the district of change of phase shift in which they show correctly, not by the value zero, but by a freely chosen other Value is divided into equal parts.

Im Gegensatz zu diesen Geräten, die nur in einem begrenzten Änderungsbezirk der Phasenverschiebung Angaben von vorgeschriebener Genauigkeit machen können, liefert die neue Meßeinrichtung beliebig genaue Angaben bei allen möglichen Werten der Phasenverschiebung. . , Nach der Erfindung wird ein Leistungsmesser oder Arbeitsmesser nach dem Dynamometerprinzip oder dem Induktionsprinzip in Verbindung mit einem Phasenregler und einem Phasenmesser verwendet. Der Phasenmesser steuert den Phasenregler in solcher Weise, daß die sonst durch Änderungen der Phasenverschiebung in dem Wechselstromkreis hervorgerufenen Änderungen der Phasenverschiebung zwischen den miteinander zusammenarbeitenden Triebfeldern des Leistungsmessers oder Arbeitsmessers wenigstens annähernd aufgehoben werden.In contrast to these devices, which are only available in a limited area of change the phase shift can provide information of the prescribed accuracy the new measuring device provides any precise information for all possible values of the phase shift. . According to the invention, a power meter or working meter based on the dynamometer principle or the induction principle in connection with a phase regulator and a phase meter used. The phase meter controls the phase controller in such a way that the otherwise caused by changes in the phase shift in the AC circuit Changes in the phase shift between the cooperating drive fields of the power meter or working meter are at least approximately canceled.

Hieraus ergibt sich z. B. für die Messung der scheinbaren Leistung mit einem Dynamometer folgende besondere Anweisung: Die Phasenverschiebung ip zwischen dem Spannungstriebfeld N und dem Hauptströmtriebfeld n soll von der Phasenverschiebung zwischen der Spannung E und. dem Strome j des Wechselstromkreises unabhängig werden. Soll ip beispielsweise bei Änderung von cp den Wert Null erhalten, so muß man N um cp gegen E verschieben, wenn n mit j phasen-. gleich bleibt, oder n um cp gegen j verschieben, wenn N mit E phasengleich bleibt, oder endlich N um einen Teil von y gegen E und n um den anderen Teil von cp gegen j.This results in z. B. for the measurement of the apparent power with a dynamometer following special instruction: The phase shift ip between the tension drive field N and the main current drive field n soll from the phase shift between the voltage E and. become independent of the current j of the alternating current circuit. If, for example, ip is to have the value zero when cp is changed, then N must be used shift by cp towards E, if n is phase- with j. remains the same, or n by cp against Shift j if N stays in phase with E, or finitely N by a part of y against E and n by the other part of cp against j.

Für ein Induktionswattmeter ist in diesen Vorschriften,- unter der Voraussetzung, daß ip gleich 9o° bleiben soll, nur für E »ein der Spannung E um go ° nacheilender Vektor« zu setzen.For an induction wattmeter is in these regulations, - under the The prerequisite that ip should remain equal to 90 ° only for E »one of the voltage E um go ° trailing vector «.

Die Mittel zur Erzielung der erforderlichen Feldverschiebungen, die hier allgemein als »Phasenregler« bezeichnet werden, sind den Fachleuten bekannt. Es können Phasenregelvorrichtungen im Spannungskreis oder im Hauptstromkreis des Meßgerätes oder in beiden angewendet werden. Das zweckmäßigste Mittel ist aber ein Drehtransformator zur Speisung des Spannungsleises; dies wird weiter unten noch näher ausgeführt werden.The means of achieving the required field shifts that generally referred to here as "phase regulators" are the Professionals known. There can be phase control devices in the voltage circuit or in the main circuit of the measuring device or both. But the most expedient means is a rotary transformer for feeding the voltage bar; this will be discussed further below to be elaborated.

Zur Steuerung des Phasenreglers ist ein in den Wechselstromkreis einzuschaltendes Gerät erforderlich, dessen Nadel durch Änderung der Phasenverschiebung des Wechselstromkreises veranlaßt wird, eine Bewegung auszuführen. Ein solches Gerät wird Bier ):Phasenmesser« genannt. Es kann im strengen Sinn des Wortes ein Phasenmesser bekannter Bauart sein, bei dem die Nadel den Phasenwinkel an einer Skala anzeigt. Man kann dann,-z. B. in der bei Fernsteuerungen üblichen Wcise, die Nadel zwischen zwei Kontakten spielen lassen, deren gleichachsig mit der Nadel schwenkbarer Träger mit dem Antriebsmotor des Phasenreglers für synchronen Lauf gekuppelt ist und durch Berührung des einen oder anderen der Kontakte die Nadel diesen Antriebsmotor für Rechtslauf oder Linkslauf einschalten lassen. Zweckmäßiger ist es aber bei Verwendung eines Drehtransformators als Phasenregler einen Leistungsmesser als Phasenmesser zu verwenden und ihn so an den Drehtransformator anzuschließen, daß seine Antriebskraft verschwindet, wenn die Triebfelder des Scheinleistungsmessers oder Scheinarbeitsmessers in der Phase richtig zueinander stehen.To control the phase regulator, a switch to be connected to the AC circuit is required Device required, its needle by changing the phase shift of the AC circuit is caused to perform a movement. Such a device becomes beer): phase meter « called. In the strict sense of the word, it can be a phase meter of known design, in which the needle shows the phase angle on a scale. One can then, -z. B. in the usual way with remote controls, play the needle between two contacts let their coaxial with the needle pivotable carrier with the drive motor of the phase controller is coupled for synchronous running and by touching one or other of the contacts the needle this drive motor for clockwise or counter-clockwise rotation let it switch on. However, it is more useful when using a rotary transformer to use a power meter as a phase meter as a phase regulator and so on to connect to the rotary transformer that its driving force disappears when the drive fields of the apparent power meter or pseudo work meter in the phase are right to each other.

Die Zeichnung zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Einrichtung zum Messen der scheinbaren Arbeit mit einem Induktionszähler in einer gleichbelasteten Drehstromanlagc, unter Verwendung eines Drehtransformators als Phascnregler und eines Leistungsmessers nach dem Induktionsprinzip als Phasenmesser. Abb. i zeigt das Schaltungsschema, Abb. 2 das zugehörige Polardiagramm.The drawing shows a device as an embodiment of the invention for measuring the apparent work with an induction counter in an equally loaded Three-phase system, using a rotary transformer as a phase regulator and a power meter based on the induction principle as a phase meter. Fig.i shows the circuit diagram, Fig. 2 the associated polar diagram.

A ist der Drehtransformator, B seine Antriebsvorrichtung, C die Kontaktvorrichtung, durch die der Phasenmesser D die Antriebsvorrichtung beeinflußt. F ist der Zähler. Der Drehtransformator A besteht in bekannter Weise aus zwei gleichmäßig bewickelten Eisenringen 1 und 2. Der erste steht fest und ist an drei unter i2o° gegeneinander versetzten Punkten r, s, t an die Leitungen R, S, T des Drehstromkreises angeschlossen. Der z-#veitc Ring ist nkr dem ersten drehbar; er ist mit drei unter i2o° gegeneinander versetzten Anschlußstellen r', s', t' versehen, die durch Leitungen 3, 4, 5, nötigenfalls über einen Schleifringapparat und feststc-hende Klemmen 6, 7, 8 mit Leitungen R', S', ' verbunden sind. Der Ring 2 sitzt auf dem Umfang einer Scheibe, die durch eine Achse 9 mit der Antriebsvorrichtung B verbunden ist. Die Spannungswicklung io des Phasenmessers ist an die Leitungen R', S' angeschlossen, die Spannungswicklung ii des Zählers an die Leitungen S', T'. Die Hauptstromspulen 12, 13, 14, 15 des Phasenmessers und des Zählers sind in die Leitung T eingeschaltet. Die um die Achse 16 drehbare Triebscheibe 17 des Phasenmessers wird durch eine Feder 18, die mit dem einen Ende ig an der Triebscheibe, mit dem anderen Ende 2o am Gerüst des Phasenmessers befestigt ist, in einer bestimmten Nullstellung gehalten und einer bestimmten Richtkraft bei Verlassen der Nullstellung unterworfen. Die Scheibe trägt am Rande eine Nase 21, die zwischen zwei Schaltern 22, 23 spielt. Die Schalter sind durch Leitungen 24 mit der Antriebsvorrichtung B verbunden. Die Triebscheibe 25 des Zählers wirkt in bekannter Weise durch eine auf die Achse 26 aufgesetzte Schnecke 27 und ein Schneckenrad 28 auf ein bei ag angedeutetes Zählwerk.A is the rotary transformer, B its drive device, C the contact device through which the phase meter D influences the drive device. F is the numerator. The rotary transformer A consists in a known manner of two evenly wound iron rings 1 and 2. The first is fixed and is connected to the lines R, S, T of the three-phase circuit at three points r, s, t offset from one another at i2o °. The z- # veitc ring is rotatable like the first; it is provided with three connection points r ', s', t' offset from one another at i2o °, which are connected by lines 3, 4, 5, if necessary via a slip ring apparatus and fixed terminals 6, 7, 8 with lines R ', S' , 'are connected. The ring 2 sits on the circumference of a disk which is connected to the drive device B by an axis 9. The voltage winding io of the phase meter is connected to the lines R ', S', the voltage winding ii of the meter is connected to the lines S ', T'. The main current coils 12, 13, 14, 15 of the phase meter and the counter are connected to the line T. The rotating about the axis 16 drive disk 17 of the phase meter is held in a certain zero position by a spring 18, which is attached with one end ig to the drive disk, with the other end 2o on the frame of the phase meter, and a certain directional force when leaving the Subject to zeroing. The disc has a nose 21 on the edge that plays between two switches 22, 23. The switches are connected to the drive device B by lines 24. The drive pulley 25 of the counter acts in a known manner through a worm 27 placed on the axis 26 and a worm wheel 28 on a counter indicated at ag.

Die Hauptstromwicklungen 12, 13, 14, 15 sollen so beschaffen sein, daß ihre Felder mit den erregenden Strömen phasengleich sind. Der Nebenschlußkreis des Phasenmessers mit der Spannungswicklung io soll so beschaffen sein, daß das Spannungsfeld N2 der Erregerspannung R', S' um go° nacheilt. Der Nebenscblußkreis des Zählers mit der Spannungswicklung ii soll so beschaffen sein, daß das Spannungstriebfeld Ni der Erregerspannung S', T' um 6o° nacheilt. Im Polardiagramm (Abb. 2) sind diese Winkel eingetragen. Für die Hauptstromfelder n und -n des Phasenmessers und des Zählers ist Phasengleichheit mit dem erregenden Strom in der Leitung T angenommen. Die Leitungsströme sind in dem Diagramm durch die Vektoren R, S, T dargestellt. Die Vektoren der Linienspannungen sind mit RS, ST, TR, die Vektoren der Sekundärspannungen des Drehtransformators mit R'S', S'', T'R' bezeichnet. Die gegensätzliche Richtung einer solchen Sekundärspannung und der entsprechenden Linienspannung deutet auf die Transformation hin, die gegensätzliche Richtung der Feldvektoren za und -n auf die Verschiedenheit der Anschlußrichtung der Hauptstromspulen 12 und i3 bzw. 14 und 15.The main current windings 12, 13, 14, 15 should be designed so that their fields are in phase with the exciting currents. The shunt circuit of the phase meter with the voltage winding io should be such that the voltage field N2 lags the excitation voltage R ', S' by go °. The secondary circuit of the meter with the voltage winding ii should be such that the voltage drive field Ni lags the excitation voltage S ', T' by 60 °. These angles are entered in the polar diagram (Fig. 2). Phase equality with the exciting current in line T is assumed for the main current fields n and -n of the phase meter and the counter. The line currents are shown in the diagram by the vectors R, S, T. The vectors of the line voltages are labeled RS, ST, TR, the vectors of the secondary voltages of the rotary transformer are labeled R'S ', S'',T'R'. The opposite direction of such a secondary voltage and the corresponding line voltage indicates the transformation, the opposite direction of the field vectors za and -n to the difference in the connection direction of the main current coils 12 and i3 or 14 and 15.

Die Arbeitsweise der Einrichtung ist folgende: Bei der gezeichneten Stellung des Ringes 2 am Phasenregler mögen die Sekundärspannungen und die Felder Nkr, N2, n, -n die in Abb.2 eingetragenen Phasenstellungen haben. Dann ist die auf die Scheibe 17 des Phasenmessers ausgeübte Antriebskraft wegen -der Phascngleichheit von N2 mit -n und -n gleich Null. Die Scheibe nimmt dabei ihre Nullstellung ein, bei der die Nase 2i keinen der beiden Schalter?,?, und 23 berührt. Die beiden Schalter - stehen offen, die Antriebsvorrichtung B ist außer Tätigkeit, der Ring 2 steht - still. Die Zählerscheibe 25 dreht sich mit voller Geschwindigkeit, da die Verschiebung zwischen dem Spannungstriebfeld Ni und den Hauptstromtriebfeldern n und -n 9o ° beträgt. Nun werde der Drehstromkreis induktiv belastet. Die Linienströme R, S, T bleiben zurück gegen ihre im Diagramm dargestellten Lagen, die für induktionsfreie Belastung gelten. Mit dem Strome T bleiben auch die Felder n und -n in der Phase zurück. Der damit eingetretene Phasenunterschied zwischen den Triebfeldern des Phasenmessers bewirkt, daß die Scheibe 17 angetrieben wird, bei dem gezeichneten Anschluß der Wicklüngen im Uhrzeigersinn. Ist die Antriebskraft genügend groß geworden, so wird der Schalter 22 geschlossen. Hierdurch wird die Antriebsvorrichtung B in Gang gesetzt und der Ring 2 des Phasenreglers entgegen dem Uhrzeigersinn ein Stück gedreht. Diese Verdrehung bewirkt ein Zurückbleiben der Sekundärspannungen gegen ihre anfänglichen Phasen und somit bei geeigneter Größe der Verdrehung des Ringes 2 eine Aufhebung des Phasenunterschiedes zwischen den Triebfeldern des Phasenmessers, die Rückkehr seiner Scheibe in ihre Nullage und die Stillsetzung des Drehtransformators. Ist dieser Zustand eingetreten, dann ist das Spannungstriebfeld N1 des Zählers um ebensoviel in der Phase zurückgestellt wie das Spannungsfeld des Phasenmessers. Da dieses Spannungsfeld wieder auf Phasengleichheit mit dem Hauptstromfeld gebracht ist, so ist im Zähler der Phasenunterschied von 9o° zwischen den Triebfeldern wieder hergestellt und die Änderung der Phasenverschiebung im Drehstrom-1,-reis kompensiert. Bei Kapazitätsbelastung spielen sich die geschilderten Vorgänge in der umgekehrten Richtung ab. Es wird dann der Schalter 23 betätigt und der Drehtransformator im Uhrzeigersinn verstellt.The operation of the device is as follows: With the drawn position of the ring 2 on the phase regulator, the secondary voltages and the fields Nkr, N2, n, -n may have the phase positions shown in Fig. Then the driving force exerted on the disk 17 of the phase meter is equal to zero because of the phase equality of N2 with -n and -n. The disk assumes its zero position in which the nose 2i does not touch either of the two switches?,?, And 23. The two switches - are open, the drive device B is inactive, the ring 2 is - at a standstill. The counter disk 25 rotates at full speed, since the shift between the voltage drive field Ni and the main current drive fields n and -n is 90 °. Now the three-phase circuit is inductively loaded. The line currents R, S, T remain against their positions shown in the diagram, which apply to induction-free loading. With the current T, the fields n and -n also remain in phase. The resulting phase difference between the drive fields of the phase meter causes the disk 17 to be driven, in the case of the connection of the windings shown in the clockwise direction. If the driving force has become sufficiently large, the switch 22 is closed. As a result, the drive device B is set in motion and the ring 2 of the phase regulator is turned a little counterclockwise. This rotation causes the secondary voltages to remain in relation to their initial phases and thus, with a suitable size of the rotation of the ring 2, a cancellation of the phase difference between the drive fields of the phase meter, the return of its disc to its zero position and the shutdown of the rotary transformer. If this state has occurred, then the voltage drive field N1 of the counter is set back in phase by as much as the voltage field of the phase meter. Since this tension field is brought back to phase equality with the main current field, the phase difference of 90 ° between the drive fields is restored in the numerator and the change in the phase shift in the three-phase circuit is compensated. When capacity is loaded, the processes described take place in the opposite direction. The switch 23 is then actuated and the rotary transformer is adjusted clockwise.

Die Antriebsvorrichtung B kann mit einem umsteuerbaren Elektromotor, einem Klinkwerk oder Federwerk ausgestattet sein. Die bei Scheinwerferbogenlampen mit Differentialregelwerk üblichen Antriebsvorrichtungen für die Regelspindel der Elektroden sind auch für den Antrieb des Drehtransformators geeignet. Der Drehtransformator zur Speisung des Zählerspannungskreises bietet den besonderen Vorteil, daß das Verhältnis zwischen dem Spannungstriebfeld N1 und der zugehörigen Linienspannung ST bei Änderung der Phase des Feldes sich nicht ändert. Die Konstante des Zählers, also die Zahl der Scheinwattstunden für eine Umdrehung der Scheibe 25, bleibt ungeändert. Bei Verwendung einer .Phasenregelvorrichtung im Spannungskreis des Zählers wäre dies weniger leicht erreichbar.The drive device B can be equipped with a reversible electric motor, a ratchet mechanism or a spring mechanism. The usual drive devices for the control spindle of the electrodes in headlamp arc lamps with differential control mechanisms are also suitable for driving the rotary transformer. The rotary transformer for supplying the counter voltage circuit has the particular advantage that the ratio between the voltage drive field N1 and the associated line voltage ST does not change when the phase of the field changes. The constant of the counter, that is to say the number of apparent watt hours for one revolution of the disk 25, remains unchanged. This would be less easy to achieve when using a phase control device in the voltage circuit of the meter.

Der Leistungsmesser als Phasenmesser in der beschriebenen Weise verwendet, bietet den Vorteil, daß die Rückmeldung der Phasenreglerstellung nach dem Phasenmesser ohne Verstellung der Schalter 22, 23 erfolgt, ferner ist, wie bei den winkelanzeigenden Phasenmessern, der Einfluß der Stromstärke wenigstens im ausreichenden Maße ausgeschaltet. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Phasenmessers nach dem Induktionsprinzip, weil man dann. ein normales Zählermodell verwenden kann und große Kräfte zur Verfügung hat.The power meter is used as a phase meter in the manner described, has the advantage that the feedback of the phase regulator setting after the phase meter takes place without adjusting the switches 22, 23, furthermore, as with the angle-indicating Phase meters, the influence of the current is at least sufficiently eliminated. The use of a phase meter based on the induction principle is particularly advantageous, because then you. can use a normal meter model and have large powers available Has.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. Device for measuring the apparent power or work in an alternating current circuit, characterized in that one of a Phase meter (D) controlled phase regulator (A) for at least one (Ni) of the drive fields of an ordinary power meter or work meter (F). which is otherwise by change the change in phase angle caused by the phase shift in the AC circuit between the named Triebfeld and the Triebfeld cooperating with it (rz, -7a) at least approximately cancels.

2. Measuring device according to claim r, characterized by a power meter serving as a phase meter in connection with the phase regulator controlled by him so that the driving force of the phase meter disappears, if in the apparent power or work meter, the phase angle (s) has (have) the setpoint (s) between the drive fields.