DE451524C

DE451524C - Device for measuring the apparent consumption for single-phase and multi-phase alternating current

Info

Publication number: DE451524C
Application number: DEL60005D
Authority: DE
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Publication date: 1927-10-28

Description

Einrichtung zum Messen des Scheinverbrauchs für Einphasen- -und Nehrphasen-Wechselstrom. Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Einrichtung zum Messen des Scheinverbrauchs für Einphasen- und Mehrphasen-Wechselstromanlagen.Device for measuring the apparent consumption for single-phase and multi-phase alternating current. The present invention relates to a device for measuring bill consumption for single-phase and multi-phase AC systems.

Prinzipiell sind zur Ausführung des Erfindungsgegenstandes zwei Zähler notwendig. Die Geschwindigkeit der Zählersysteme ist eine periodische Funktion in Abhängigkeit des Leistungsfaktors. Die Maximalwerte dieser Funktionen sollen nicht für denselben Leistungsfaktor auftreten. Das wird dann der Fall sein, wenn der Phasenwinkel zwischen dien wirksamen Strom- und Spannungsfeldern dies einen Zählers ungleich .ist denn Phasenwinkel zwischen den wirksamen Strom- und Spannungsfeldern des andern Zählers. Es ist nun möglich, durch Wahl geeigneter proportionaler Geschwindigkeiten. zu den Geschwindigkeiten der beiden Zähler und durch Addition bzw. Subtraktion, d. h. durch algebeaische Zusammensetzung derselben wiederum periodische Fumktibnen zu erhalten, dienen Maximalwerte gleich groß sind, wobei sie jedoch bei verschiedenen Leistungsfaktoren auftreten. Die erwähnten periodischen Funktionen werden im allgemeinen annähernd Sinus- bzw. Cosinusfunktionen sein. Solche Funktionen haben die Eigentümlichkeit, daß in der Nähe des. Maximums der Funktionswert innerhalb. eines gewissen Bereiches annähernd konstant ist. Die Geschwindigkeiten dieser Bereiche können so aneinander gereiht werden, daß eine Geschwindigkeitskurve entsteht, die in Abhängigkeit ,dies Leistungsfaktors annähernd: konstant ist, sofern das Produkt der andern Faktoren, welche die Geschwindigkeiten der Zähler bestimmen, in seiner Größe dasselbe bleibt. Die Geschwindigkeiten vorhin erwähnter Bereiche können mit Hilfe besonderer Transmissionsmittel auf ein und fieselbe Welle übertragen werden. Die Geschwindigkeit dieser Welle ist somit praktisch, proportional der Scheinleis:tumg. Daher ist das Zeitintregal der Geschwindigkeit dem Scheinverbrauch proportional. Da aber das Zeitintregal dien Geschwindigkeit durch die Zahl dien Umdrehungen awgedrückt werden kann, so ist die Zahl der Umdrehungen ein Maß für den Scheinverbrauch.In principle, two counters are required to implement the subject matter of the invention necessary. The speed of the meter systems is a periodic function in Dependency of the power factor. The maximum values of these functions are not intended occur for the same power factor. That will be the case when the phase angle between the effective current and voltage fields this is a counter unequal .is the phase angle between the effective current and voltage fields of the other Counter. It is now possible by choosing appropriate proportional speeds. to the speeds of the two counters and by addition or subtraction, d. H. through algebeaic composition of these, in turn, periodic terms to obtain, serve maximum values are the same, but they are different Performance factors occur. The periodic functions mentioned are in general be approximately sine or cosine functions. Such functions have the peculiarity that in the vicinity of the maximum the function value within. a certain area is approximately constant. The speeds of these areas can be so close to each other be lined up so that a speed curve arises which is dependent on this Power factor approximate: is constant, provided that the product of the other factors, which determine the speed of the counters, remains the same in size. The speeds of the areas mentioned above can be adjusted with the help of special transmission means be transmitted to one and the same wave. The speed of this wave is thus practical, proportional to the apparent track: tumg. Therefore, the time shelf is the Speed proportional to bill consumption. But because the Zeitintregal serve Speed can be expressed by the number of revolutions aw, so is the Number of revolutions a measure of the bill consumption.

Diese Verhältnisse sollen in einem folgenden Ausführungsbeispiel noch näher beschrieben werden. Dabei wird ein Einphas,ensystem angenommen. Die beiden Zähler sollen ein Wirk- b:zw. ein Blindverbrauchszähler sein. Es sei betont, daß dies nicht ,notwendig ist, aber für die praktische Ausführung den Vorteil hat, daß dadurch neben dem Scheinverbrauch auch der Wirk- bzw. der Blindverbrauch auf einfachste Art .gemessen werden kann. Im. Fernern sei vorausgesetzt, daß die Geschwindigkeitskurven der beiden Zähler sich in Abhängigkeit vom Leistungsfaktor nach einer Sinus: bzw. Cosinusfunktion ,ändern. Die Maximalwerte dieser Funktion sollen überdies gleich groß sein. Strom und Spannung bleiben konstant. Alle diese Voraussetzungen werden nur gemacht, um das Beispiel einfacher zu gestalten. Sie sind prinzipiell nicht notwendig.These relationships are to be used in a following exemplary embodiment are described in more detail. A single-phase system is assumed. The two Counters should have an effect b: betw. be a blind consumption meter. It should be emphasized that this is not necessary, but has the advantage for practical implementation that thus, in addition to the apparent consumption, the active or reactive consumption is also reduced to the simplest Art. Can be measured. Furthermore, it is assumed that the speed curves of the two counters depending on the power factor according to a sine: resp. Cosine function, change. The maximum values of this function should also be the same be great. Current and voltage remain constant. All of these requirements will be just made to make the example easier. They are not in principle necessary.

In Abb. i ist auf der Abszisee der Phasenwinkel cp der Netzbelastung bzw. der Leistungsfaktor cos cp auf der Ordinate die Geschwindigkeit in Prozent des Nennwertes aufgetragen. i ist die Geschwindigkeitskurve des Wirkverbrauahszählers, 2 diejenige des Blindverbrauchszählers. Es sollen nun jene Geschwindigkeitskurven gesucht werden, deren Summe bzw. Differenz Ges-chwindtigkeitskurven ergeben, deren Amplitudenwerte gleich groß sind wie diejenigen der Zählerges,chwindigkeitskurven, deren Amplitudenwerte aber bei dem Phas:enwinikel221/2°, 45° bzw. 671/2° auftreten. Die Amplitudenwerte der Geschwindigkeitskomponenten seien mit a cp bzw. b cp bezeichnet, wobei cp der Phasenwinkel ist, bei welchem der Maximalwert der zusammengesetzten Geschwindigkeit auftritt. Es gilt dann a cp # cos cp -r-- b cp . cos (go - cp) = ioo Prozent a cp # cos cp -j- b c) - sin c? - ioo - oder a cp # cos cp -j- b cp # sin cp = i - ioo Prozent ioo Prozent. Nun ist cos2cp -@- sin2cp = i . somit muß a cp = ioo Prozent cos cp b (p = ioo - sin (p sein. Die Werte von a cp und b cp erhält man nun ohne weiteres, wenn man die bezüglichen Werte für cp einsetzt. Für cp = 221/2° sind diese z. B. a cp = 221I2 = 09239 ioo Prozent = 9239 Prozent b Y = 2212 - 0,3823 # ioo Prozent = 38,23 Prozent. Die betreffenden Gesichwind'igkeitskurven sind 3 und 4. 5 ist die Resultierende.In Fig. I, the phase angle cp of the network load is plotted on the abscissa, and the power factor cos cp is plotted on the ordinate, the speed in percent of the nominal value. i is the speed curve of the active consumption meter, 2 that of the reactive consumption meter. The aim now is to search for those speed curves whose sum or difference results in speed curves whose amplitude values are the same as those of the counter speed curves, but whose amplitude values are for the phase: magnitude 221/2 °, 45 ° or 671/2 ° appear. Let the amplitude values of the speed components be denoted by a cp and b cp, where cp is the phase angle at which the maximum value of the combined speed occurs. It then applies a cp # cos cp -r-- b cp. cos (go - cp) = 100 percent a cp # cos cp -j- bc) - sin c? - ioo - or a cp # cos cp -j- b cp # sin cp = i - ioo percent ioo percent. Now cos2cp - @ - sin2cp = i. thus a cp = 100 percent cos cp b (p = ioo - sin (p be. The values of a cp and b cp can now be obtained without further ado if the related Values for cp. For cp = 221/2 ° this z. B. a cp = 221I2 = 09239 100 percent = 9239 percent b Y = 2212 - 0.3823 # ioo percent = 38.23 percent. The respective face curves are 3 and 4. 5 is the resultant.

Auf dieselbe Weise können auch die Amplitudenwerte der Geschwindigkeitskurven, deren Res'ultiere'nde bei den Winkeln 45' bzw. 671/2' ihren Maximalwert aufweist, berechnet werden. Als. Kurve der größten Geschwindigkeiten ergibt sich eine gewellte Linie 5, 6, 7, 8, 9. Wie man sieht, ändert die Geschwindigkeit nur wenig; der Wert schwankt zwischen ioo Prozent und 98,o8 Prozent. Es ist klar, daß durch: eine größere Unterteilung des Leistungsfaktorbereichs .die Schwankung beliebig verkleinert werden kann, so daß jede gewünschte Genauigkeit erzielbar ist.In the same way, the amplitude values of the speed curves, the resultant end of which has its maximum value at angles 45 'or 671/2', be calculated. As. The maximum speed curve is a wavy one Lines 5, 6, 7, 8, 9. As you can see, the speed changes very little; the value fluctuates between 100 percent and 98.08 percent. It is clear that by: a greater one Subdivision of the power factor range. The fluctuation can be reduced as required can, so that any desired accuracy can be achieved.

Zur Übertragung dieser gewissermaßen unterteilten Geschwindigkeitskurve auf ein und dieselbe Welle dient .das in Abb. 2 schematisch veranschaulichte Ausführungsbeispiel. Hiernach isst i o das Triebsystem des Wirkverbrauchs.zählers, i i dasjenige des Blindverbrauchs,zählers. Diese Triebsysteme wirken direkt auf j e ein Zählwerk 12 bzw. 13, welche den Wirk- bzw. den Blindverbrauch registrieren. Die Wellen 14 bzw. 15 dieser Zählwerke wirken einerseits unter Vermittlung von Übertragungsorganen 16 bzw. 17 und Ratschkupplungen 18 direkt bzw. über Planetengetriebe 19, 2o, 2i auf eine Welle 22, auf welcher die Geschwindigkeitskurve 5, 6, 7, 8, 9 nach Ab ,b. i übertraten werden soll.The exemplary embodiment illustrated schematically in Fig. 2 serves to transfer this speed curve, which is divided to a certain extent, to one and the same shaft. According to this, io eats the drive system of the active consumption meter, ii that of the reactive consumption meter. These drive systems act directly on a counter 12 or 13, which register the active and reactive consumption. The shafts 14 and 15 of these counters act on the one hand with the mediation of transmission elements 16 and 17 and ratchet clutches 18 directly or via planetary gears 1 9, 2o, 2i on a shaft 22 on which the speed curve 5, 6, 7, 8, 9 after Ab, b. i should be transgressed.

Ist der Phasenwinkel zwischen o und i ith', so muß die Geschwindigkeit gemäß des Iiurvenstücke 5 der Abb. i auf die Welle 22 übertragen werden. Dies geschieht durch die Ratsehkupplung 18, welche von der Welle 14 direkt angetrieben wird. Wird der Phasenwinkel größer als 11'/4', so muß das Teilstück 6 der Maximalgesch-#vindigkeitskurve in Abb. i auf die Welle 22 übertragen werden. Die Geschwindigkeitskurve 6 ist aber die Sunune aus den Geschwindigkeitskurven 3 und 4. Diese Geschwindigkeiten müssen daher addiert werden. Das geschieht in dem Planetengetriebe ig, dessen Sonnenräder 24 und 2 5 von den Wellen 14 und 15 derart angetrieben werden, daß die maximale Geschwindigkeit derselben 92,39 Prozent bzw. 38,23 Prozent beträgt. Das Planetengetriehe 19 bekommt dann bei cp - 221/2' die maximale Gesichwindigkeit von 5o Prozent. Die Geschwindigkeit der Welle 26, auf welcher das Planetengetriebe i 9 fest sitzt, wird nun über eine Ratschkupplung 27 um das Doppelte ins Schnelle Übersetzt, auf die Welle 22 übertragen, wodurch diese die dem Teilstück 6 der Maximalgeschwindigkeitskurve entsprechende Geschwindigkeit erhält. Mit .der üb.ertragung der weiteren Teilstücke der Maximalges.chwindigkeitskurve wird in gleicher Weise verfahren, indem hierzu die Planetengetriebe 2o und 21 dienen, welche, gleich wie dasjenige i9, mittels Ratschkupplungen 28, 29 auf die Welle 22 winken. Es, dürfte also ohne weiteres klar sein, daß es tatsächlich möglich ist, der Welle 22 die Geschwindigkeiten der Maximalgeschwindngkeitskurven 5, 6, 7, 8, 9 der Abb. i zu erteilen, daß also die Geschwindigkeit dieser Welle in Abhängigkeit vom Leistungsfaktor aber bei gleichbleibendem Strom und gleichbleibender Spannung praktisch konstant bleibt, somit den Scheinverbrauch registrieren kann. Die Welle 22 kann daher ein Scheinverbrauchszählwerk 3o antreiben.If the phase angle is between o and i ith ', then the speed must be transferred to the shaft 22 in accordance with the curve section 5 in FIG. This is done by the Ratsehkupplung 18, which is driven directly by the shaft 14. If the phase angle is greater than 11 '/ 4', the section 6 of the maximum speed curve in Fig. I must be transferred to the shaft 22. The speed curve 6 is, however, the Sunune from the speed curves 3 and 4. These speeds must therefore be added. This happens in the planetary gear ig, the sun gears 24 and 25 of which are driven by the shafts 14 and 15 in such a way that the maximum speed thereof is 92.39 percent and 38.23 percent, respectively. The planetary gear 19 then gets the maximum speed of 50 percent at cp - 221/2 '. The speed of the shaft 26, on which the planetary gear i 9 is firmly seated, is now transferred to the shaft 22 via a ratchet coupling 27 to double the speed, whereby it receives the speed corresponding to the section 6 of the maximum speed curve. The transmission of the other sections of the maximum speed curve is proceeded in the same way, in that the planetary gears 2o and 21 are used for this purpose, which, like the one i9, wave to the shaft 22 by means of ratchet clutches 28, 29. It should be clear that it is actually possible to give the shaft 22 the speeds of the maximum speed curves 5, 6, 7, 8, 9 of Fig constant current and constant voltage remains practically constant, thus registering the bill consumption. The shaft 22 can therefore drive a bill consumption counter 3o.

Für Mehrphasenanlagen müssen selbstverständlich die beiden Zähler entsprechend der Stromart ausgeführt werden. Es ist dabei besonders zu erwähnen, daß bei Drehstrom. dreileiteranlagen die Schaltung nach der Zweiwattmetermethode ohne weiteres, verwendet werden kann.The two meters must of course be used for multi-phase systems be carried out according to the type of current. It is particularly worth mentioning that with three-phase current. three-wire systems the circuit according to the two watt meter method without further ado, can be used.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for measuring the bill consumption for Single-phase and multi-phase alternating current, gzcharacterized by two counters where the phase angle between the effective current and voltage fields is unequal, of which several partial speeds are composed by mechanical means of transmission, so on the wave of one. special counters that are transmitted that speed of this counter shaft depending on the power factor practice: ch unchanged remains and is therefore proportional to the apparent power, so that the number of revolutions the counter shaft is a measure of the bill consumption.

2. Setup after Claim i, characterized in that the partial speeds, the counter over Planetary gear assembled algebraically and attached to the shaft via smoke couplings be transmitted.

3. Device according to claim i, characterized in that one of the meters is active and the other is reactive.