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Einrichtung zum hiessen der elektrischen Größen eines Wechselstromkreises.
| Den Gegenstand edier Erfindung bilden |
| Einrichtungen zurr Messen von Wechsel- |
| strömen, insoniderheit Einrichtungen, welche |
| es gestatten, ,nicht nur :den wirklichen Watt- |
| verbrauch eines Stu@omkreises zu me'sse'n, |
| sondern auch andere elektrische Größen eih- |
| schließlich,der Volt-Ampere und idesLeistungs- |
| faktGrs. Einige Ausführungsbeispiele sind |
| in dien Abb. z bis 3 zur Darstellung gebracht. |
| Abb. r zeit einen Schaltplan. und! einen teil- |
| weisen Schnitt durch einen Wattmesser zur |
| Anzeige ider Stromverhältnisse eines Wech- |
| sel!stro@mkreises. Ablb.2 zeigt einen Schalt- |
| plan und eine teilweise im Schnitt därge- |
| stellte Ausführung einer Wattmesserkombi- |
| nation mit Anzeigeskal'a 22 zur Anzeige der |
| Watt, Volt-Ampere und -Lei,stungsfaktörver- |
| lältnisse eines Zweiphasernstromkreiisies. |
| Abb. 2a ist eine Seitenansicht ider Anzeige- |
| spitze 27, welche von, Aden beiden Zeiigern 21 |
| ,und 26 der Meßinstrumente über der Skala |
| 22 verschoben wird. Abb. 3 zeigt :eine arndtre |
| Anordnung !der Erfindung, angewen'd'et auf |
| Wechselstxombelastung. |
| Es eist bekannt, idaß -de scheinbare |
| Leistung eines Stromkreises, dargestellt |
durch die Anzahl der Volt-Ampere, in zwei Komponenten zerlegt wenden kann, von denen
die eine die wiirldichen Watt darstellt, während: idie andere als .die wattlose
Komponente bekannt ist. Beeide Komponenten. stehen beider geometrischen Darstellung
im rechten Winkel zweihand'er. Es ist ferner bekannt, daß, wenn -die scheinbare
Leistung in Volt-Ampere eines Wechselstromkreises in zwei Komponenten zerlegt wird,
sie .sowohl in Größe wie Ribhtung durch idiiese Komponenten vollständig bestimmt
wird. Unter Bezugnahme auf das Diagramm auf der linken Seite der Abb.3 sei angenommen,
däß die Linie 0-C in Länge und Richtung eihen !bestimmten Wert idiex scheinbaren
Leistung :diarstellt, (dessen Eigentümlich-keifen ermnttelt wenden sollen. Ferner
seeangenommen; @diaß diiese Volt-Ampere »naahei@lendf« sind, wie z. B. die Volt-Ampere
eines untererregten Synchronmotors. iWenn nun idie Linie 0-Ä die wirkliche Wattkomponente
(der scheinbaren Leistung bedeutet, welche @durch- idiie Linie
0-C idargestellt
wird, und die Linie
0-B
die wattlose Komponente darstellt - der Winkel A-O-B
= 9o° -; so ist es jedem
Sachverständigen klar, ;daß ein Wattmesser,
gespeist mit einer scheinbaren Leistung, dargestellt durch die Linie 0-C, die Wattkornponente
0-A anzeigen wird. Es ist ferner bekannt, daß .ein Wattmesser so geschaltet werden
kann, daß er, wenn gewünscht, die wattlose Komponente
0-B anzeigt. Dies kann
z. B. erreicht werden, indem man den Strom im Spannungskreis des Wattmessers so
ändert, daß er der Phase nach. um go elektrische Grade von -dem Strom abweicht,
bei welchem die wahren Watt angezeigt werden würden.
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Man muß im Auge halten, däß die scheinbare Leistung, !dargestellt
;durch, die Linie 0-C, fortlaufenden Änderungen sowohl in Größe wie Richtung ausgesetzt
sein kann. Es ist möglich, einen Wattmesser herzustellen zum Messen der Größe der
Projektion der Linie 0-C in irgendeiner gewünschten Richtung; meistens währt man
'd!ie Richtung, ;d'e'ren Projektionslinie ,die wirklichen Watt des zu messerüden
Stromkreises anzeigt, wie oben ausgeführt. Es ist jedoch ebenso zulässig, irgendeine
andre Richtung für ,die Darstellung der Größe zu wählen, welche ,durch ,die Linie
0-C dargestellt wird. Man ist nicht beschränkt auf die Richtung, welche die wirkliche
Leistung anzeigt, oder auf die im rechten Winkel ,dazu stehende Richtung, wenngleich
es Odem Erfindungszweck gemäß am entsprechendsten und einfachsten ist, die zu, messende
scheinbare Leistung, wie oben erwähnt, zu zerlegen.
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Es kann wünschenswert sein, zu bestimmen, ob die wattlose Komponente
nacheilt oder voreilt. Wir- haben z. Bargenommen, da;ß die Linie 0-C die Volt-Ampere
darstellt, entsprechend einer Belastung mit nacheilendem Strom. Wenn wir -aber annehmen,
daß derselbe Wert sich- beziehen soll auf voreilendien Strom, so würdie die Komponente
0-B umgekehrt in. Richtung erscheinen, also nach Abb. 3 nicht mehr durch ,die Linie
0-B, sondern .durch! ,die Linie 0-B' dargestellt werden. Gleicherweise würde
die Größe 0-C ihre Richtung ändern und als 0-C erscheinen. Wenn statt dIes
Synchronmotors ein Generator dieselbe Strommenge in das Netz liefert, welche Ader
Motor zu seinem Antrieb benötigst, würde ,die wattlose Komponente zwar noch durch
,die Linie 0-B' därgestellt werden, die Wattkomponente 0-A Jagegen würde in der
Richtung =gekehrt sein und als 0-A' erscheinen, während die Linie 0-C dne Stellung
0-C' einnehmen würde. Wenn wir ferner annehmen, däß wir noch mit einem Generator,
arbeiten, däß er jedoch einen nacheilenden anstatt- eines voreilendten Stromes,
ins Netz schickt, so wird,die Größe 0-C die Richtung 0-C"' annehmen. , Den Gegenstand
der Erfindung bildet nun eine Einrichtung, durch welche alle Änderungen ,der Stromrichtung
angezeigt werden dlurah diie entsprechend"- Bewegung einer Anzeigevorrichtung, die
über einer Anzeigeskala spielt. Es werden erst die Volt Ampere zerlegt, wie eingangs
angegeben, in zwei l,'ornponenten -und -dann die Wattkomponente und ,die wattlose
Komponente wieder derart vereinigt, -d@aß ihre Resultierende die Volt-Ampere darstellt,
welche gemessen werden soll. Das Instrument zeigt also ,die Richtung und die Größe
der beiden Leistungskomponenten, ihre Resultierende, die Volt-Ampere und' den Leistungsfaktor
an.
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In Abb. i ,ist 5 der Generator, welcher einen Stromkreis 6, 7, 8 speist,
dessen Belastung L .gemessen werden soll. Der -Strom durchfließt eine feststehende
Spule 9, bevor er über Leitung io nach 7 weiterfließt. Innerhalb der Spule g ist
eine bewegliche Spule i i mit .Welle 12 .und Zapfen 13 drehbar gelagert. Die Drehbewegung
erfolgt gegen ,den Widerstand der Spiralfedern -14. Die Spule i i ist in Nebenschluß
geschaltet zur Belastung L vermittels .der Leiter 15, 16. In einen derselben ist
zweckmäßigerweise ein nicht induktiver Widerstand 17 eingeschaltet. Die Stromzuführung
zur- Spule i i bann unter Zuhiilfenahrne ,der Federn 14 erfolgen. Diese Art von
Instrumenten, bei welcher das Drehmoment :der Spule x i proportional ist dem Produkt
Strom in der Reihenschlußspule 9 mal dem Strom in der drehbaren Spule i i, multipliziert
mit dem Kosinus des zwischen -ihnen herrschenden Ph!asenwinkels, ist wohl bekannt.
Mit anderen Worten, der Aussch lagswinkel der Spule i i ist proportional (dem wirklichen
Wattverbrauch der Belastung L, und ein Zeiger, welcher mit ;der Spule i i in irgendwelcher
geeigneten Verbindiung steht, zeigt ,daher die wirkliche Leistung an. Die besondere
Art des zu verwendenden Wattmessers ist jedoch von keiner Bedeutung mit Bezug auf
die Erfindlung.
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In Abb. ? ist ein Zweiphasengenerator G dargestellt, welcher eine
Zweiphasenläst L speist. Zwei Wattmesser iA, IB sind in die Phasen A und B gelt,
ebenso sind zwei Instrumente zum Messen der wattlosen Komponente, 2d und 2B an die
Phasen A und B angeschlossen. Die feststehenden Spulen der Messer iA und 21 sind
eingeschaltet in die Gen.eratorphase A, die feststehenden Spulen dhr Messer iB und
0 sind eingeschaltet in die Generatorphase B, während die beweglichen Spulen von
iA und 2B im Nebenschluß zur Generatorphase A und die beweglichen Spulen von 2g
und iB im Nebenschl@uß zur j Generatorph.ase B geschaltet werden. Der Bequemlichkeit
hälber sind` die beweglichen
Spulen mit den Phasenbuchstaben ce,
b gekennzeichnet. Auf diese Weise werden bei reiner Wattbelastung des Netzes
die Wattmesser i' und ill mit Strom und Spannung gleicher Phase erregt, während
idlie Instrumente 2f1 und 2B zum Messen des wattlosen Stromes erregt werden mit
Strom und' Spannung; die um 9o° gegeneinander versetzt sind. Die Wattmesser v1 und
iB tragen statt Wer Zeiger Hebel 18, ig, welche (durch eine Querverbindung 2o drehbar
aneinander angeschlossen sind. An die Querstange 2o ist ein Zeiger 21 angeschliossen,
der in wagerechter Richtung @dit Skala 22 bestreicht. Ähnlich tragen die Wattmesser
zur Anzeige des wattlosen Stromes 2f1, 2$ IHebel 23, 2q. welche durch eine Querverbindung
25 drehbar aneinander angeschlossen sind. An die Querstange 25 ist ein Zeiger 26
angeschlossen, der die Skala 22 in senkrechter Richtung bestreicht, also in einer
Richtung, welche zu der des Zeigers 21 im rechten Winkel verläuft. Die b@ei,d'en
Zeiger 2i und 26 können, wie in Abb. 2a gezeugt, in einem Führungsstück 27 gleiten.
Die horizontale Lage der Spitze des Führungsstückes 27 ist aUsschli@ßlich bestimmt
idurch den Ausschlag der Wattmesser ig und iB, während (die senkrechte Stellung
ausschließlich bestimmt ist durch den Ausschlag der Wattmesser 2,1 und 211. Wenn
die beiid'en Zeiger 2i, 26 sich b:eweigen, so wird die horizontale Bewegung von
27 den wirklichen Watt und idie vertikale Bewegung der wattlosen Komponente der
Leistung entsprechen. Die Kreise auf der. Skala, welche den Gesamtzeigeraus.schlag
erkennen lassen, zeigen die Volt-Ampere an, während die radial verlaufenden Linien
der Skala die Phasenverschiebung ablesen lassen.
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Es ist selbstverständlich, @daß man die Messung beider Leistungswerte
eines Wechselstromkreises auch mit nur je einem Meß-Instrument vornehmen kann. Es
wirdr in ,diesem Falle für die erforderlichen beiden Meßinstrumente zweckmäßigerweise,
wie in Abh. 3 gezeigt, eine Anordnung .getroffen, die auch für Mehrphasenmessungen
verwenidbar ist; wenn zum Messen nur eine Phase verfügbar ist., G' ist .der Generator
und L die Belastung. Die feststehenden Spulen des Wattmessers 28 und dies Messers
der wattlosen Leistung z9 sind' in Reihe mit dem Stromkreis, die beweglichen Spulen
3o und l 31 im Neb:enschluß zum Stromkreis gelegt. Der Nebenschlußstromkreiis des
Watt messers 28 enthält einen nicht induktiven Wid@erstanid 32, während in Reihe
mit der ;pule 31 des Messers für idie wattlose Leistung 29 eine Induktanz
33 eingefügt wind, zum Zwecke, ein Nacheilen des Nebenschlußstromes zu erzielen.
Es ist j edroch unmöglich, auf diese Weise einen Phasenunterschied von 9o° zwischen
.dem- Nebenschlußstromin den Spulen 3o und 31 zu erzielen. Infolgedessen wird der
Messer 29 nicht diejenige Komponente der Volt-Ampere messen, die ,im. Winkel von
go° zur wirklichen Wattkomponente liegt, sondern wird! jenen Wert anzeigen, der
einer geringeren Phasenverschiebung als go° entspricht, mit anderen Worten, der
Messer ider wattlosen Komponente zeigt nicht die wahre wattlose Komponente, sondern
eine andere, die .ungefähr zwischen der wirklichen Wattkomponente und der wirklichen
wattlosen Komponente liegt, 'an. Dieser Fehler des Anzeigeverbältnisses wird kompensiert,
indem die mechanische Lage der Messer so angeordnet ist, daß der Winkel zwischen
den Anzeigehebeln 21 und 26 übereinstimmt mit id'em elektrischen Winkel zwischen
den Strömen in den beiid'en Nebenschlau ßkreisen. Es ist klar, @daß dann die Lage
der Überschneidung ;der Zeitger 21, 26 die wahren Watt, !die Volt-Ampere sowie Iden
Wert :der wattlosen Komponente und des Leistungsfaktors anzeigt.