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Scheinverbrauchmesser. Der Scheinverbrauch eines einphasigen oder
mehrphasigen Wechselstromkreises kann auf verschiedene Weise bestimmt werden, unmittelbar
durch Messung mittels eines besonderen Zählers, mittelbar durch Auswertung der Aufzeichnungen
von Schreibmaximumzählern für den Wirkverbrauch und den Blindverbrauch, die hintereinander
in den Stromkreis eingeschaltet werden.
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Der Zähler zum Messen des Scheinverbrauches fällt sehr einfach aus,
wenn die Phasenverschiebung im Verbrauchsstromkreis nur in einem verhältnismäßig
kleinen Bereich schwankt und keine große Meßgenauigkeit verlangt wird. Ein solcher
Zähler kann einfach durch Änderung der Abgleichung eines Wirkverbrauchzählers erhalten
werden. Wenn sich aber die Phasenverschiebung im Verbrauchsstromkreis innerhalb
weiter Grenzen ändert und große Genauigkeit verlangt wird, reicht dieses einfache
Gerät nicht mehr aus. Man kann sich helfen, indem man den Zähler über einen Phasenregler
an den Verbrauchsstromkreis anschließt und den Wechsel der Phasenverschiebung in
diesem Stromkreis für den Zähler mittels des Phasenreglers kompensiert.
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Die mittelbare Bestimmung des Scheinverbrauches geschieht zeichnerisch
oder rechnerisch in der Weise, daß man die in derselben
Meßperiode
von Schreibmaximumzählern für den Wirkverbrauch und den Blindverbrauch aufgezeichneten
Strecken als Katheten eines rechtwinkligen Dreiecks zur Ermittlung der Hypotenuse
benutzt. Diese Hypotenuse entspricht dein Scheinverbrauch der fra&lichen Meßperiode,
genau aber nur dann, wenn die Phasenverschiebung während der Meßperiode sich nicht
geändert hat. Traf diese Voraussetzung nicht zu, so kann das Ergebnis mit einem
erheblichen Fehler behaftet sein.
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Der zuletzt genannte Fehler kann vermieden werden, wenn man das Schreibblatt,
auf dem der Wirkverbrauchzähler mit lotrecht bewegtem Schreibzeug schreibt, gleichzeitig
mittels des Blindverbrauchzählers wagrecht verschiebt. Die Schreibfeder zieht dann
auf dem Schreibblatt eine Linie, die gerade, gekrümmt oder gebrochen ist, je nachdem
die Phasenverschiebung im Verbrauchsstromkreis unveränderlich ist, sich stetig oder
sprungweise ändert; in jedem Falle aber ist die Länge der Linie ein Maß für den
Scheinverbrauch der Zeit, in der die Linie geschrieben wird. Wenigstens das Schreibzeug
muß (wegen der beschränkten Hubhöhe) periodisch in die Anfangslage zurückgeführt
werden. Zur Verminderung des Papierverbrauches stellt man auch das Schreibblatt
regelmäßig zurück, aber nicht ganz in die Anfangslage. seiner ersten Bewegung, damit
sich die folgende Aufzeichnung von der vorhergehenden deutlich unterscheidet.
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Diese älteren Geräte und Einrichtungen zur Bestimmung des Scheinverbrauches
lassen alle zu wünschen übrig, entweder an Genauigkeit oder an Einfachheit. Durch
vorliegende Erfindung wird ein neuer Weg angegeben, auf dem sich eine genaue Scheinverbrauchmessung
mit sehr einfachen Mitteln erreichen läßt.
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Es werden nach der Erfindung die Umfangsgeschwindigkeiten von zwei
Rädern, von denen die eine, v"" vorzugsweise der (augenblicklichen) Wirkleistung,
die andere, v", vorzugsweise der (augenblicklichen) Blindleistung proportional ist,
fortlaufend geometrisch zusammengesetzt zur Umfangsgesch« indigkeit v,. eines dritten
Rades, so daß
Als Mittel dieser Zusammensetzung wird ein Reibgetriebe benutzt, das als Hauptbestandteil-eine
Kugel enthält. Das Getriebe soll mit Hilfe der schematischen Abb. i und 2 der Zeichnung
beschrieben «-erden. Abb. i zeigt das Getriebe in Ansicht von unten. Abb. 2 ist
eine Seitenansicht.
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1i ist die Kugel. In ihren Mittelpunkt ist der Ursprung eines rechtwinkligen
Raunikoordinatensystems mit den Achsen X, Y, 7_ verlegt, das zur Vereinfachung
der Beschreibung benutzt wird. An den Durchstoßpunkten der X-Achse durch die Kugeloberfläche
sind Räder oder Rollen Ri und y, an die Kugel angedrückt; sie drehen sich in festen
Lagern um Achsen, die zur Y-Achse parallel sind. An den Durchstoßpunkten der Y-Achse
durch die Kugeloberfläche sind Räder R2 und r2 an die Kugel angedrückt. Sie drehen
sich in festen Lagern um Achsen parallel zur X-Achse. Das Rad R, wird von dem Wirkverbrauchzähler
11' mit der Umfangsgeschwindigkeit v",, das Rad R. von dem Blindverbrauchzähler
B mit der Ümfangsgeschwindigkeit vt, gedreht. Der Drehsinn ist so gewählt, daß die
beiden Räder in ihren Berührungspunkten mit der Kugel sich abwärts, im Sinne der
Negativen, Z, bewegen. Diese Räder werden :Treibräder« genannt. Die Räder r, und
v2 wirken nur als Stützen der Kugel.
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Die Kugel wird getragen von einem Rade R, das »Meßrad« heißt. Es ist
mit einer Achse a in einer Gabel ä gelagert. Die Achse h der Gabel ist in festen
Lagern leicht drehbar so gelagert, daß das Rad R3 um die Z-Achse schwingt. Die Mittelebene
des Rades, in der die Berührung zwischen dem Rad und der Kugel stattfindet, enthält
die 7-Achse. Das Gewicht der Kugel wird von dem Fußlager i der Achse h aufgenommen.
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Das Getriebe wirkt in folgender Weise: Denkt man sich zunächst den
Blindverbrauchzähler B stillstehend, so dreht sich die Kugel allein unter dem Einfluß
des Wirkverbrauchzählers zwischen den Rädern R2 und r2 wie in Spitzen um die Y-Achse.
Alle Punkte der Kugeloberfläche in der X-Z-Ebene bewegen sich mit der Geschwindigkeit
v".. Das Meßrad R3 stellt sich ebenfalls in die X-Z-Ebene und dreht sich mit der
Umfangsgeschwindigkeit v",.
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Läßt man den Wirkverbrauchzähler 11' stillstehen und nur den Blindverbrauchzähler
B laufen, so dreht sich die Kugel zwischen den Rädern Ri und r, wie in Spitzen um
die X-Achse. Alle Punkte der Kugeloberfläche in der Y- Z-Ebene bewegen sich mit
der Geschwindigkeit v. Das Meßrad R3 stellt sich in die Y-Z-Ebcne und dreht sich
mit der Umfangsgeschwindigkeit Laufen beide Zähler, so führt die Kugel die eben
geschilderten Einzelbewegungen gleichzeitig aus. Es kommt eine Drehung zustande,
deren Achse in Abb. i als die Normale, A, A, zur Geschwindigkeit v, des tiefsten
Kugelpunktes erscheint. Diese Geschwindigkeit ist die Resultante der Geschwindigkeiten
v", und v"" die der tiefste Kugelpunkt annimmt, wenn nur der Wirkverbrauchzähler
oder
nur der Blindverbrauchzähler läuft. Das Meßrad R3 stellt sich in Richtung der Geschwindigkeit
v" und nimmt diese Geschwindigkeit als seine Umfangsgeschwindigkeit an.
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Das Meßrad dreht sich also jeweils mit einer Umfangsgeschwindigkeit,
die der augenblicklichen Scheinleistung proportional ist. Überträgt man seine Drehung
auf ein Zählwerk, so kann man den Scheinverbrauch einer längeren Zeit ablesen. Man
kann auch ein Ma ximumschreibwerk mit dem Rade verbinden. Versieht man die Welle
h mit einem Zeiger, der über einer Kreisskala spielt, so kann man die augenblicklich
herrschende Phasenverschiebung im Verbrauchsstromkreis unmittelbar ablesen.
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Bei -der praktischen Ausführung des Getriebes kann man das Gerüst,
an dem die Treibräder Ri, R2 und das Meßrad R3 gelagert sind, so ausführen, daß
die Kugel auf diesen drei Rädern ruht. Die Stützräder y1, r, können dann wegbleiben.
Die Abb. 3 und 4 veranschaulichen eine solche Ausführung des Getriebes in Aufriß
und Grundriß. Die Abbildungen bedürfen keiner näheren Erläuterung, höchstens ist
darauf hinzuweisen, daß das Meßrad R3 und seine Traggabel g durch ein verstellbares
Gegengewicht k ausbalanciert sind, daß die Drehachse h der Gabel am Gerüst festsitzt
und die Gabel sich mit einem Lappen nt auf das Ende der Achse stützt.
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Wenn die Drehung des Meßrades auf ein Zählwerk oder Schreibwerk, übertragen
wird, das die Schwenkung des Meßrades um die Achse seiner Gabel nicht mitmachen
kann, so können durch diese Schwenkung des Meßrades Fehlangaben entstehen. Sie können
leicht vernachlässigbar klein gehalten werden, wenn man die Treibräder R1, R2 nicht
zu langsam laufen läßt. Die Fehler können aber vollständig beseitigt werden durch
Anwendung von Differentialgetrieben in der durch die Abb. 5 und 6 veranschaulichten
Weise. Abb. 5 zeigt einen Teil des in der Meßradgabel g gelagerten Rädergetriebes,
von der rechten Seite der Abb. 6 aus gesehen.
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Die Gabel g ist ein viereckiger Rahmen mit zwei in Abb. 5 weggeschnittenen
Flügeln, in denen die Achse a des Meßrades R3 und die Achse i eines Vorgelegerades
2 gelagert sind. Das Rad 2 steht mit einem Zahnrad 3 auf der Meßradachse und einem
Zahnrad 4 in Eingriff. Dieses Rad dreht sich um eine Achse 5. Es ist mit einem Kegelrad
6 fest verbunden. Dieses Rad steht in Eingriff mit den Kegelrädern 7 und 8, die
um die Gabelachse h lose drehbar und mit den Rädern 11, 12 fest verbunden sind.
Das Rad =i treibt über ein Zwischengelege 13, 14 das eine Sonnenrad 15 eines Differentialgetriebes
an. Das Rad 12 treibt über ein Rad 16 das zweite Sonnenrad 17 des Differentialgetriebes
an, Die Kreuzwelle 18 des Getriebes mit dem Planetenrad =g dient für die Weiterleitung
der Bewegung zum Zählwerk oder Schreibwerk. Die Kreuzwelle und die Achse h der Meßradgabel
sind in einem festen Bügel g gelagert. Die Gabelachse stützt sich auf eine an dem
Bügel befestigte Feder =o.
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Die Vorrichtung wirkt in folgender Weise: Steht die Gabel g fest,
so drehen sich die Sonnenräder 15 und 17 des Differentialgetriebes in gleichem Sinne
mit gleicher Geschwindigkeit, wenn das Meßrad gedreht wird. Denn die Übersetzungszahlen
von dem Rad 6 nach den Rädern ,7 und 8 sind gleich, ebenso übersetzen Räder 11,
13, 14 und die Räder 12, 16 im gleichen Verhältnis. Wird die Meßradgabel um ihre
Achse h geschwenkt, so drehen sich die Sonnenräder des Differentialgetriebes in
entgegengesetztem Sinn, das Planetenrad =g wird nicht mitgenommen, die Kreuzwelle
18 bleibt stehen. Es wird also die Schwenkung der Meßradgabel aus der Bewegung der
Kreuzwelle ausgeschieden.
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Mit Hilfe des beschriebenen Reibgetriebes kann man den Scheinverbrauch
auch dann ermitteln, wenn statt des Wirkverbrauchzählers oder des Blindverbrauchzählers
oder jedes von beiden ein Zähler verwendet wird, der eine aus Wirkleistung und,
Blindleistung gemischte Größe, eine sogenannte Komplexleistung, summiert. In diesem
Falle muß der Winkel zwischen den Mittelebenen der Treibräder, der bei der beschriebenen
Ausführung go ° beträgt, von go ° abweichend gewählt werden.