DE412422C

DE412422C - Mess-, Anzeige- bzw. Relaisvorrichtung fuer einen Mehrphasenstromkreis

Info

Publication number: DE412422C
Application number: DEW62399D
Authority: DE
Original assignee: Westinghouse Electric and Manufacturing Co
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1921-10-20
Filing date: 1922-11-01
Publication date: 1925-04-21
Also published as: US1535590A

Description

V. St. A.

Die Erfindung betrifft Meß-, Anzeige- oder Relaisvorrichtungen für elektrische Mehrphasenstromkreise und insbesondere Apparate zum Messen gewisser elektrischer Größen in einem nicht ausgeglichenen Stromkreise.

Es ist bekannt, daß jedes unausgeglichene Mehrphasensystem von elektrischen Größen sich, in. eine Anzahl ausgeglichener bzw. symmetrischer Komponenten auflösen läßt, daß ίο also ein nicht ausgeglichenes elektrisches Dreiphasensystem in drei elektrische Komponenten aufgelöst werden kann, von denen die eine eine positive Phasenfolge, die andere eine negative Phasenfolge und die dritte eine Nullphasenfolge hat.

Die Begriffe »positive, negative und Nullphasenfolge« sind aus dem Aufsatz »Method of symmetrical co-ordinates applied to the solution of polyphase networks« von C. Le G. Fort es cue zu ersehen, der in den »Proceedings of the American Institute of Electrical Engineers« vom 28. Juni 1918 veröffentlicht worden ist. Diese Begriffe mögen aber an dieser Stelle nochmals kurz erklärt werden. Stellt man sich einen Mehrphasengenerator in einer bestimmten Drehrichtung arbeitend vor, so steigen die in den verschiedenen Leitern des Netzes fließenden einzelnen Stromwellen in einer bestimmten Reihenfolge an und ab. In einem Dreiphasennetz erreicht zuerst die Welle in Leiterpaar I, dann die Welle in Leiterpaar II und schließlich die Welle in Leiterpaar III ihren Höhepunkt. Diese Reihenfolge des An- und Absteigens der Wellen kann man als die positive Reihenfolge oder »Phasenfolge« bezeichnen. Würde man nun die Drehrichtung des Generators umkehren, so würde das An- und Absteigen der Wellen in den verschiedenen "Leiterpaaren des Netzes in umgekehrter Reihenfolge wie vorher, also in der Reihenfolge III, II, I erfolgen, was im nachfolgenden als eine »negative Phasenfolge« bezeichnet wird. Schickt man Stromwellen in den Knotenpunkt eines in Sternschaltung verbundenen Mehrphasennetzes, z. B. eines Dreiphasennetzes, so werden die Wellen in allen drei Leitern gleichphasig sein. Das Auf- und Abschwellen der Wellen in allen Leitern würde also immer gleichzeitig geschehen, so daß von einer Phasenfolge nicht mehr die Rede sein kann. Das wird im nachfolgenden mit einer »Nullphasenfolge« bezeichnet.
In einem Dreiphasen-Dreileitersystem hat ! die Komponente mit Nullphasenfolge den j Wert Null, und es brauchen nur die Komponenten von positiver und negativer Phasenfolge in Betracht gezogen zu werden.

Die Erfindung bezweckt, das genaue Messen der unausgeglichenen Voltampere in einem elektrischen Stromkreise zu ermöglichen, d.h. eine Meßvorrichtung zum Messen des Produktes der Spannung positiver Phasenfolge und des Stromes negativer Phasenfolge zu schaffen. Zu diesem Zweck wird j- gemäß der Erfindung ein Wattmeter o. dgl. vorgesehen, dessen eine Spule erregt wird durch eine Spannung, die der Komponente positiver Phasenfolge entspricht, während die andere, mit der ersteren zusammenwirkende Spule proportional dem Strom, der der Komponente negativer Phasenfolge entspricht, mit Hilfe einer Kelvinschen Waage erregt wird. Eine Meßanordnung gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. 'Wie aus der Zeichnung ersichtlich, umfaßt die Anordnung eine Speiseleitung 1, 2 und 3, auf welche eine unausgeglichene Spannung aufgedrückt werden kann oder in welcher unausgeglichene Spannungsverhältnisse durch die Verteilung eines unausgeglichenen. Belastungsstromes verursacht sind.

Eine Vorrichtung bzw. Anordnung 4 zum Erzeugen einer Komponente von negativer Phasenfolge und eine Vorrichtung bzw. Anordnung 5 zur Erzeugung einer'Komponente von positiver Phasenfolge sind mit einer Kelvinschen Waage 6 und einem Wattmeter o. dgl. in der Weise verbunden, daß die Komponente, die der Spannung positiver

Phasenfolge entspricht, und daß ein Strom, der der Komponente von negativer Phaseiv· folge proportional ist, auf die entsprechenden Wicklungen des Wattmeters 7 aufgedrückt werden.

Die Vorrichtung 4 für die Erzeugung der Komponenten negativer Phasenfolge besteht aus zwei Primärtransformatorwicklungen 10 und 11₃ die in die Speiseleitungen 1 und 2 eingeschaltet sind, und zwei untereinander verbundenen Sekundärwicklungen 12 und 13. Der Sekundärwicklung 12 ist ein Widerstand 14 und der Sekundärwicklung 13 ein mit einer Selbstinduktion in Reihe geschalteter Widerstand 15 parallel geschaltet. Bei dieser Anordnung wird auf die Impedanzvorrichtung 15 eine Spannung aufgedrückt, die dem in dem Leiter 2 fließenden Strom proportional ist, während auf den Widerstand 14 eine Spannung aufgedrückt wird, die dem in dem Leiter 1 fließenden Strom proportional ist. Die Impedanzvorrichtung 15 und der Widerstand 14 haben die Wirkung, daß die Ströme in den Leitungen 1 und 2 in ihrer Phase um einen genügenden Winkel, nämlich 6o^J, verschoben werden, so daß an den Klemmen der Vorrichtung 4 ein Strom erzeugt wird, der der Komponente von negativer Phasenfolge proportional ist. Diese Komponente wird dem einen Spulensatz der Kelvinschen Waage aufgedrückt.

Die Vorrichtung oder Anordnung 5 für die Erzeugung der Komponente positiver Phasenfolge der unausgeglichenen Spannung des Speisenetzes besteht aus einem Spannungstransformator, der zwei Primärwicklungen 20 und 21 besitzt, die an die Speiseleitungspaare 3,2 bzw. 2, ι angeschlossen sind. Außerdem besitzt diese Vorrichtung zwei Sekundärwicklungen 22 und 23, die den Primärwicklungen 20 bzw. 21 zugeordnet sind. Mit der Wicklung 22 ist eine Selbstinduktion mit Widerstand, mit der Wicklung 23 lediglich ein Widerstand 25 in Reihe geschaltet. Die anderen Enden der Wicklung 22, 23 sind unmittelbar miteinander verbunden. Der Widerstand 25 ist so hoch, daß der ihn durchfließende Strom mit der zwischen den Leitungen 2 und ι bestehenden. Spannung gleichphasig ist. Andererseits hat die Impedanz des Widerstandes mit der Reaktanz 24 einen solchen Wert, daß der diese Wicklungen durchfließende Strom der zwischen den Leitern 3 und 2 herrschenden Spannung um 6o° nadheilt. Die Anordnung 5 ist mit der Spannungsspule 37 des Wattmeters 7 unmittelbar verbunden. Auf die Spannungsspule 37 des Wattmeters wird daher eine Spannung aufgedrückt, die der Spannungskomponente des Speisenetzes von positiver Phasenfolge proportional ist.

; Die Kelvinsdhe Waage 6 besteht aus einem passend gelagerten Wiegeglied bzw. Waagebalken 30, mit dessen einem Ende eine bewegliche Spule 31 verbunden ist, die in dem magnetischen Pfad zwischen zwei zusammenarbeitenden, feststehenden Spulen 32 und 33 hin und her schwingen kann. Die Spulen 32 und 33 sind mit der beweglichen Spule 31 in Reihe geschaltet, und die drei Spulen sind an die Enden der Wicklungen 12, 13 angeschlossen.

Am anderen Ende des Waagebalkens 30

' befindet sich eine Spule 34, die von den

, feststehenden Spulen 35 und 36 beeinflußt wird. Diese drei Spulen sind mit einem veränderUchen Widerstand und mit der Strom-

' spule 38 des Wattmeters in Reihe geschaltet. Um eine Bewegung des Waagebalkens 30

, in der einen oder anderen Richtung zwecks Einstellung des Widerstandes 8 zu verursachen, ist dem Waagebalken 30 ein Steuermotor 45 zugeordnet, der eine Schneckenwelle 46 in Drehung versetzt, die mit einem verschiebbaren Gewindeklotz 47 versehen ist.

. Mit 47 ist ein Kontaktarm 47^s verbunden,

! durch welchen der Widerstand 8 entsprechend der Bewegung des Waagebalkens 30 selbsttätig eingestellt wird.

Zur Steuerung des Motors 45 ist ein be- go weglicher Kontakt 48 mit der Spule 31 ver-

' bunden. Eine Mehrzahl von feststehenden Klemmen bzw. Kontakten 49 und 50 sind auf gegenüberliegenden Seiten des beweglichen Kontaktes 48 derart angeordnet, daß

• der Kontakt 48 den einen oder den anderen Kontakt 49 bzw. 50 in der einen oder anderen äußersten Lage der beweglichen Spule berührt.

Mit den Kontakten 48, 49 und 50 sind mehrere Widerstände 51, 52 verbunden, die über dem Anker des · Steuermotors mit Gleichstromspeiseleitungen 53 und 54 verbunden sind. Die Klemmen der Feldwicklung des Steuermotors sind mit dem beweglichen Kontakt 48 und dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 51 und 52 verbunden. Da die dargestellte Schaltung des Steuermotors allgemein bekannt ist, wird von einer näheren Beschreibung derselben bzw. von der Be-Schreibung der Wirkungsweise des Steuermotors abgesehen.

Es mag genügen, zu sagen, daß die Bewegung der Spule 31 nach, oben und eine Berührung mit dem Kontakt 49 die Drehung des

: Steuermotors in der einen Richtung zur Folge hat, während durch die entgegengesetzte Bewegung, also durch Berührung mit dem unteren Kontakt 50, eine entgegengesetzte Drehung zustande kommt.

Durch die Erregung des 'Steuermotors wird eine entsprechende Bewegung des Gewinde-

klotzes 47 und eine entsprechende Einstellung des wirksamen Teiles des Widerstandes 8 in der einen oder anderen Richtung verursacht. Hierdurch wird ein Strom in dem Widerstandskreis hervorgerufen, der dem in der nicht entsprechenden Waagespule 31 fließenden Strom genau proportional ist. Sobald die Änderung des Widerstandes 8 ausreicht, um die anfängliche Änderung der Stromwerte, die eine Bewegung der Waage verursacht, auszugleichen, kehrt die Waage in ihre dargestellte, den Stromkreis unterbrechende Stellung zurück, obwohl der Kontaktarm 47° in der Stellung verbleibt, in welche er gebracht wurde, bis ein weiteres Intätigkeittreten der Kelvinschen Waage eine weitere Erregung des Steuermotors veranlaßt, um den Arm 47° in j der einen oder anderen Richtung zu bewegen. Wie bereits ausgeführt wurde, wird der Sp annungs spule 37 des Wattmeters 7 eine ' Spannung aufgedrückt, die der Komponente positiver Phasenfolge des Speisenetzes proportional ist. Andererseits kann der Strom, der die Stromspule 38 des Wattmeters durchfließt und mit der Spannung positiver Phasenfolge gleichphasig ist, dem Strom negativer Phasenfolge dadurch proportional gemacht werden, daß der veränderliche Widerstand 8 in der soeben beschriebenen Weise selbsttätig reguliert wird.

Dieses Ergebnis folgt aus der Tatsache, daß der in der beweglichen Spule 31 und in den zugeordneten Spulen 32 und 33 fließende Strom dem Strom negativer Phasenfolge, der von der Anordnung 4 herkommt, '■ proportional ist. Der die andere bewegliche ' Spule 34 und die zugeordneten Spulen 35 und 36 durchfließende Strom ist mit der Spannung positiver Phasenfolge gleichphasig und dieser proportional, weil diese Spulen mit der Anordnung 5 verbunden sind. Infolge- j dessen kann die gewünschte Proportionalität des Stromes der Wattmeterspule 38 mit dem i Strom negativer Phasenfolge der beweglichen Spule 31 der Kelvinschen Waage erreicht werden, durch die selbsttätige Einstellung des Widerstandes 8 gemäß den Bewe- ' gungen der Waage. Es ergibt sich daher, daß durch die Erfindung eine Anordnung geg₀ schaffen ist, in welcher das Produkt der Komponenten positiver und negativer Phasen- : folge eines nicht ausgeglichenen Stromkrei- : ses genau gemessen werden kann mittels eines Wattmeters, dessen eine Spule proportional ! „ der Spannungskomponenten positiver Phasen- | folge erregt wird und dessen zweite Spule gemäß dem Strom negativer Phasenfolge er- ; regt wird mit Hilfe einer Kelvinschen Waage. Auf diese Weise mißt das Wattmeter das Produkt der Spannung positiver Phasenfolge ffo und des Stromes negativer Phasenfolge, oder mit anderen Worten, die nicht ausgeglichenen Voltampere der symmetrischen Belastung. Ferner gibt das Wattmeter 7 das wahre Produkt der in Frage kommenden Zweiphasenfolge-Komponenten an unabhängig von dem Leistungsfaktor des Stromkreises, d. h. die der Sp annungs wicklung 37 und der Stromwicklung 38 des Wattmeters zugeführten Ströme haben ein konstantes Phasenverhältnis wegen ihrer gegenseitigen Verbindungen mit der Phasenfolgevorrichtung 5.

Es versteht sich, daß die Erfindung auch auf andere Mehrphaseneinrichtungen und auf andere Kombinationen von Komponenten Anwendung finden kann, da das dargestellte Beispiel nur die Erfindung veranschaulichen soll. Infolgedessen ist die Erfindung nicht auf die besondere Verbindungsweise oder Anordnungen der veranschaulichten Teile beschränkt, da verschiedene Ausführungsformen derselben möglich sind, ohne aus dem Bereich der Erfindung herausfallen zu müssen.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Meß-, Anzeige- bzw. Relaisvorrichtung für einen Mehrphasenstromkreis, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Spule eines Wattmeters o. dgl. durch eine Kornponente positiver Phasenfolge der Spannung des Stromkreises erregt wird, während die Erregung der anderen Spule entsprechend der Stromkomponente negativer Phasenfolge des Stromkreises erfolgt, wodurch die unausgeglichenen Voltampere der unsymmetrischen Belastung ausgeglichen werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung der Spannungsspule (37) des Wattmeters (7) durch die Spannungskomponente positiver Phasenfolge des Stromkreises erfolgt, während die andere Spule (38)

' durch einen Strom erregt ist, der mit der Komponente positiver Phasenfolge gleichphasig ist, aber dem Strom der Komponente negativer Phasenfolge dadurch proportional gemacht ist, daß die Stromspule (38) des Wattmeters mit einer Spule (34) einer Kelvinschen Waage (6) verbunden ist, deren andere Ausgleichspule (31) durch den Strom der Komponente negativer Phasenfolge erregt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.