DE491116C

DE491116C - Method for determining the voltage equivalent of an electric current of fluctuating voltage and the time equivalent corresponding to the latter

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Publication number: DE491116C
Application number: DEV23391D
Authority: DE
Original assignee: ELECTRICITAETS AG; Ver Gluehlampen & Elec AG
Current assignee: ELECTRICITAETS AG; Ver Gluehlampen & Elec AG
Priority date: 1927-01-24
Filing date: 1928-01-11
Publication date: 1930-02-22

Description

Verfahren zur Bestimmung des Spannungsäquivalents eines elektrischen Stromes schwankender Spannung und des der letzteren entsprechenden Zeitäquivalents Die meisten elektrischen Apparate sind für gewisse, als konstant vorausgesetzte Spannungen konstruiert. In der Praxis schwankt aber die Netzspannung stets mehr oder weniger. Zur Untersuchung von solchen Apparaten sind Ströme mit schwankender Spannung im allgemeinen deshalb nicht geeignet, weil in, solchen Fällen aus denn Ergebnis der Untersuchung keine sichere Folgerung gezogen werden kann. Aus diesem Grunde wird bei. der Prüfung meistens ein Strom mit sorgfältig geregelter Spannung benutzt und die Beständigkeit der Spannung kontrolliert. Zu dieser Spannungsregelung und Kontrolle wird aber eine komplizierte und kostspielige Einrichtung benötigt.Method for determining the voltage equivalent of an electrical Current of fluctuating voltage and the time equivalent of the latter Most electrical apparatus are for certain, assumed to be constant Constructed tensions. In practice, however, the mains voltage fluctuates more and more Or less. For the investigation of such devices are currents with fluctuating Tension is generally unsuitable because in such cases it is out of the question Result of the investigation no reliable conclusion can be drawn. For this Is based on. the test is usually a current with a carefully regulated voltage used and checked the stability of the tension. About this voltage regulation and control, however, a complicated and expensive facility is required.

Zur Vermeidung dieses Umstandes wurden bereits Verfahren anempfohlen, mittels welcher die Untersuchung von elektrischen Apparaten auch im Falle von schwankenden Netzspannungen möglich ist. Da das Untersuchungsresultat nur dann zum Vergleich geeignet ist, wenn die Spannungsschwankungen in Betracht gezogen werden, wird in solchen Fällen zur Beurteilung des Apparats an Stelle der tatsächlichen, schwankenden Spannung meistens diejenige konstante Spannung berechnet und in Betracht gezogen, bei welcher die Inanspruchnahme des Apparats dieselbe wäre als bei der tatsächlich vprhandenen, schwankenden Spannung. Dieser berechnete Wert der Spannung wird mit dem Ausdruck Spannungsäquivalent bezeichnet.To avoid this circumstance, procedures have already been recommended by means of which the investigation of electrical apparatus also in the case of fluctuating Mains voltages is possible. Since the test result is only for comparison suitable when the voltage fluctuations are taken into account is in such cases to assess the apparatus instead of the actual, fluctuating Voltage usually the constant voltage calculated and taken into account, in which the use of the apparatus would be the same as in the case of actual use Existing, fluctuating voltage. This calculated value of the voltage is used with denotes the expression voltage equivalent.

Wird das Verhalten eines elektrischen Apparats, der für eine begrenzte Wirkungsdauer konstruiert ist, während welcher der Apparat verbraucht wird oder zugrunde geht, wie z. B. eine elektrische Glühlampe, besonders in bezug auf Lebensdauer untersucht, so ist es oft zweckmÄßig, an. Stellte dieses Spannungsäquivalents diejenige Zeitdauer zur Bestimmung der Qualität des Apparates zu berechnen, während welcher dieselbe Abnutzung zustande gekommen wäre, wenn. die Spannung während der ganzen zeit den Wert der Nennspannung aufgewiesen hätte. Diese Zeitdauer wird Zeitäquivalent genannt.Will be the behavior of an electrical apparatus designed for a limited Duration of action is constructed during which the device is consumed or perishes, such as B. an electric incandescent lamp, especially in terms of service life examined, it is often convenient to. Put this voltage equivalent the one Calculate the length of time to determine the quality of the apparatus, during which the same wear would have occurred if. the tension throughout time would have shown the value of the nominal voltage. This period becomes equivalent to time called.

Es diene zur näheren Erläuterung dieser Begriffe das Beispiel der Lebensdaueruntersuchung einer Glühlampe. Die Glühlampe wird hierbei z. B. in einem Strombeis von i io Volt Nennspannung iooo Stunden lang gebrannt; aus den Daten der ununterbrochenen Spannungsmessung wird berechnet, daB 113 Volt diejenige Spannung ist, welche ohne jede Schwankung die Glühlampe während der iooo Stunden im selben Grade in Anspruch genommen hätte wie die um i io Voll herum schwankende Spannung; 113 Volt ist in diesem Fall der Wert des Spannunzggäquivalents. Statt dessen kann. die Zeitdauer berechnet werden, während weicher die Glühlampe im selben Maße in Anspruch genommen worden wäre als während der Untersuchungsdauer, wenn die Spannung ohne Schwankungen ständig i io Volt geblieben wäre. Diese Zeitdauer wird Zeitäquivalent genannt. Sie kann aus dem Spannungsäquivalent berechnet werden und beträgt in diesem Falle 1¢5o Stunden.For a more detailed explanation of these terms, the example of Life span study of an incandescent lamp. The incandescent lamp is here z. B. in one Burned current at i io volts nominal voltage for iooo hours; from the data of the uninterrupted voltage measurement, it is calculated that 113 volts is the voltage is which without any fluctuation the incandescent lamp during the iooo hours in the same Grade like those around i io full swaying around Tension; In this case 113 volts is the value of the voltage equivalent. Instead of of which can. the length of time can be calculated while softening the incandescent lamp in the same Measures would have been claimed as during the investigation period if the The voltage would have remained constant at i io volts without fluctuations. This length of time will Called the equivalent of time. It can be calculated from the stress equivalent and in this case is 1 ¢ 50 hours.

Um bei der Untersuchung von Apparaten, wie elektrische Glühlampen, Verstärkerröhren, Röntgenröhren usw., vergleichbare Resultate zu erhalten, müssen die Spannungsschwankungen selbstverständlich innerhalb gewisser Grenzen. verbleiben; eine sehr große überspannung kann die Apparate schon innerhalb von einigen Sekunden zugrunde richten.When examining apparatus such as electric light bulbs, Amplifier tubes, X-ray tubes, etc., must be used to obtain comparable results the voltage fluctuations of course within certain limits. remain; A very large overvoltage can be achieved by the apparatus within a few seconds ruin.

Der Zusammenhang zwischen Spannung v und Spannungsäquivalent v, kann. aus der funktionellen Beziehung zwischen Lebensdauer L und Spannung L = l(v) (_) abgeleitet werden. Ist das Intervall der Spannungsschwankungen nicht allzu: groß, so kann diese Gleichung mit ,einer für die Praxis genügenden Annäherung in folgender Weise geschrieben werden: wo L" die Lebensdauer dies Apparats, bei: vo Nennspannung bedeutet und;rz leine denApparat kennzeichnende Konstante äst, die z. B. im, Falle einer Glühlampe, lediglich vom Material des Glühkörpers und von der Gebrauchstemperatur abhängt. Für Vakuumglühlampen mit Wolframdraht ist der Wert von n gleich 13.The relationship between voltage v and voltage equivalent v, can. can be derived from the functional relationship between service life L and stress L = l (v) (_). If the interval of the voltage fluctuations is not too large, this equation can be written in the following way with an approximation that is sufficient for practice: where L "means the service life of the apparatus, at: v nominal voltage and; rz leine is a constant characterizing the apparatus which, for example, in the case of an incandescent lamp, only depends on the material of the incandescent body and on the operating temperature Value of n equals 13.

Aus dieser Gleichung folgt, daß ein Apparat, z. B. eine Glühlampe, die für eine Spannung v" hergestellt ist, während einer Zeitdauer dt unter einer Spannung v benutzt, in demselben Maße in Anspruch genommen wird, als wenn sie, bei. der Spannung vo, dt Zeit lang gebraucht worden wäre. Das Zeitäquivalent T, ist daher durch die Gleichung bestimmt, wobei T die Gebrauchsdauer der Glühlampe bedeutet.From this equation it follows that an apparatus, e.g. B. an incandescent lamp which is manufactured for a voltage v ", used during a period dt under a voltage v, is used to the same extent as if it had been used for a period of time at the voltage vo, dt Time equivalent T, is therefore given by the equation where T is the service life of the incandescent lamp.

Durch Berücksichtigung der in den einleitenden Absätzen gegebenen Begriffsbestimmutigen des Spannungsäquivalents und des Zeitäquivalents folgt aus der Gleichung (a), daß das Spannungsäquivalent v, mit dem Zeitäquivalent durch folgende Gleichung zusammenhängt Aus den beiden Gleichungen (3) und berechnet sich das Spannungsäquivalent zu Es wurde bereits auf Grund dieser Feststellung zur Bestimmung des Spannungsäquivalents bei Untersuchungen, die mit einem elektrischen Strom schwankender Spannung vorgenommen werden, folgendes Verfahren empfohlen: Mit einem registrierenden Voltmeter wurde die Spannung, als Funktion der Zeit aufgenommen und hieraus mittels der Gleichung (5) graphisch oder rechnerisch das Spannungsäquivalent bestimmt. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, daß die nötigen Berechnungen recht verwickelt und mühsam sind und die Genauigkeit der Resultate in Fällen, wo die vom registrierenden Voltmeter gekennzeichnete Kurve sehr ungleichmäßig und unregelmäßig isst, nicht ausreicht.By taking into account the definitions of the voltage equivalent and the time equivalent given in the opening paragraphs, it follows from equation (a) that the voltage equivalent v i is related to the time equivalent by the following equation The voltage equivalent is calculated from the two equations (3) and On the basis of this finding, the following procedure has already been recommended for determining the voltage equivalent in investigations that are carried out with an electrical current of fluctuating voltage: The voltage was recorded as a function of time with a recording voltmeter and graphically from this using equation (5) or the voltage equivalent is determined by calculation. The disadvantage of this method is that the necessary calculations are quite complicated and tedious and the accuracy of the results is insufficient in cases where the curve marked by the recording voltmeter eats very unevenly and irregularly.

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren, mittels welchem das Äquivalent der schwankenden Spannung bzw. das Zeitäquivalent mit einer für die Praxis genägenden Genauigkeit einfach bestimmbar ist.The present invention describes a method by means of which the equivalent of the fluctuating voltage or the time equivalent with one for the Practical accuracy can be easily determined.

Zu derVereinfachung des Meßverfahrens mach der Erfindung führt die folgende Überlegung: Die schwankende Spannung kann mittels der prozentuellen Abweichung x von der Nennspannung folgendermaßen ausgedrückt werden 9l .- 7!o (I + x) ( Wird dieser Wert in die Gleichung (3) substituiert, so wird für das Zeitäquivalent T, der Wert erhalten. Wird nun der Ausdruck (i +x)n mit Hilfe des Newtonschen Binomialgesetzes entwickelt und diejenigen Glieder der Reihe, welche x auf der dritten oder einer höheren Potenz enthalten, vernachlässigt, womit bei einer Spannungsschwankung von ± io% ein höchstens ein- bis zweiprozentiger Fehler b@egangen wird, was unterhalb der Fehlergrenze derartiger Untersuchungen liegt, wird für T, folgender Wert erhalten: Nun werden noch die Begriffe der Voltstundenzahl z, sowie der Voltquadratstundenzahl z2 eingeführt. Die Voltstundenzahl ist gleich denn Produkt des relativen (auf die Einheit bezogenen) Spannungsmittelwertes und der Zeit Die Voltquadratstundenzahl ist dem Produkt des Mittelwertes der Quadrate der relativen Spannungen mit der Zeit gleich: Wird aus der Gleichung (6) der Wert von r in. die Gleichung (8) substituiert, die in dieser Gleichung vorkommenden Integralwerte berechnet und an Stelle von geschrieben und schließlich die Gleichung° geordnet, so wird für das Zeitäquivalent T, folgender Wert erhalten Zurückgreifend auf die Gleichung (5) wird für das Spannungsäquivalent mit Hilfe von den vorhergehenden ähnlichen Rechnungen folgende Gleichung erhalten: Wie bereits erwähnt, ist der Wert von ft bei Vakuumglühlampen mit Wolframglühkörper gleich dreizehn; wird dieser Wert in die Gleichung (i i) eingesetzt, so wird für das Zeitäquivalent die folgende Gleichung -erhalten: T,-66T-143xi+78z2 (13) Wie aus einem Vergleich der beiden Gleichungen (i i) und (13) ersichtlich, ist die Berechnung des Zeitäquivalents einfacher als die des Spannungsäquivalents, da die abgelesenen Meßergebnisse in der Gleichung (ii) bzw. (i3) nur in Form ihrer ersten Potenz vorkommen, wodurch sich die Berechnung besonders einfach gestaltet.The following consideration leads to the simplification of the measuring method according to the invention: The fluctuating voltage can be expressed by means of the percentage deviation x from the nominal voltage as follows: 91-7! O (I + x) (If this value is substituted into equation (3), so for the time equivalent T, the value obtain. If the expression (i + x) n is now developed with the help of Newton's binomial law and those terms of the series which contain x to the third or higher power are neglected, with a voltage fluctuation of ± io% an error of at most one to two percent b @ is determined, which is below the error limit of such investigations, the following value is obtained for T: Now the terms of the number of volt hours z and the number of volt square hours z2 are introduced. The number of volt hours is equal to the product of the relative (unit-related) mean voltage value and time The number of volt square hours is equal to the product of the mean of the squares of the relative voltages over time: If the value of r in. Is substituted for equation (8) from equation (6), the integral values occurring in this equation are calculated and instead of and finally the equation ° is ordered, the following value is obtained for the time equivalent T Referring back to equation (5), the following equation is obtained for the voltage equivalent with the help of the previous similar calculations: As already mentioned, the value of ft for vacuum incandescent lamps with tungsten incandescent bodies is equal to thirteen; If this value is inserted into equation (ii), the following equation is obtained for the time equivalent: T, -66T-143xi + 78z2 (13) As can be seen from a comparison of the two equations (ii) and (13) the calculation of the time equivalent is easier than that of the voltage equivalent, since the measured results in equation (ii) or (i3) only occur in the form of their first power, which makes the calculation particularly simple.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung @erfolgt nun die Bestimmung der für den Gebrauch dieser Gleichungen nötigen Größen in der folgenden Weise: T, die Zeitdauer dies Versuches, wird mittels :einer einfachen Uhr gemessen. Zur Messung der Voltstundenzahl z, wird ein Voltstundenzäbler angewendet, der aus einem bekannten Amperiestundenzähler besteht, welcher über einen großen Widerstand an die Pole der Stromquelle geschaltet ist; bei: dieser Schaltung steht nämlich die Intensität des durch den Amperestundenzähler fließenden Stromes in linearem Verhältnis zu der Netzspannung, so daß dieses Instrument unmittelbar die Zahl der Voltstunden ergibt.For the purposes of the present invention, the determination of the quantities necessary for the use of these equations in the following way: T, die The duration of this experiment is measured by means of a simple clock. For measurement the number of volt hours z, a volt hour meter is used, which is derived from a known There is an ampere-hour meter, which is connected to the poles of the Power source is switched; at: this circuit shows the intensity of the the current flowing through the ampere-hour meter in a linear relationship to the mains voltage, so that this instrument immediately gives the number of volt-hours.

Zur Messung der Voltquadratstunden wird ein Voltquadratstundenzähler angewendet, der aus dem bekannten Wattstundenzähler dadurch hergestellt wird, daß beide Spulen, nötigenfalls über einen entsprechenden konstanten Widerstand, an die Pole der Stromquelle parallel mit der Verbrauchsstelle geschaltet werden, da in den bekannten Wattstundenzählern bekanntlich nur die eine Spule parallel, die andere dagegen in Reihe mit der Verbrauchsstelle ist. In diesem Fall steht nämlich auch die Stärke des durch die Anperespule des Zählers fließenden Stromes mit der Netzspannung in geradem Verhältnis; da nun die Stärke des durch die Voltspule des Zählers fließenden Stromes mit der Spannung jedenfalls proportional ist, wird in dieser Schaltung die Angabe des Zählers mit der Zahl der Voltquadratstunden, z2,, ebenfalls in geradem Verhältnis stehen.A volt square hour meter is used to measure the volt square hours applied, which is made from the known watt-hour meter in that both coils, if necessary via a corresponding constant resistance, to the Poles of the power source are connected in parallel with the point of consumption, since in the well-known watt-hour meters, as is well known, only one coil parallel, the other on the other hand is in series with the consumption point. In this case it also stands the strength of the current flowing through the meter's connection coil with the mains voltage in straight proportion; since now the strength of the flowing through the volt coil of the meter The current is in any case proportional to the voltage, in this circuit the Indication of the counter with the number of volt square hours, z2 ,, also in an even line Relationship.

Die Schaltung der Instrumente ist aus der Abbildung ersichtlich. Der Netzstrom tritt bei i und a ein und führt bei 3 und 4 zu der Verbrauchsstelle. An den Punkten 5 und 6 ist der Voltstundenzähler A, nötigenfalls über den VOrschaltw7.deYStand r, angeschlossen. von den Punkten i und 8 wird der Strom zu dem Voltquadratstundenzähler B geleitet, dessen beide Spulen C und D, nötigenfalls über den Vorschaltwiderstand R, parallel zu den an die Stellen 3 und 4 geschalteten Verbraucher geschaltet sind.The circuitry of the instruments can be seen in the illustration. Of the Mains power enters at i and a and leads to the consumption point at 3 and 4. At Points 5 and 6 are the volt hour counter A, if necessary via the VOrschaltw7.deY stand r, connected. from points i and 8 the current becomes the volt square hour meter B, its two coils C and D, if necessary via the series resistor R, are connected in parallel to the consumers connected to positions 3 and 4.

Sind nun mittels der beschriebenen Einrichtung die Voltstunden zl und die Voltquadratstunden z., bestimmt und die Zeitdauer T des Versuches bekannt, so werden mit Hilfe der entsprechenden Gleichungen (i i) oder (12) bzw. im Falle einer Glühlampe mittels der Gleichung (13) das Spannungsäquivalent oder das Zeitäquivalent einfach berechnet.Are now the volt hours zl by means of the device described and the volt-squared hours z., determined and the duration T of the experiment known, so be using the corresponding equations (i i) or (12) or, in the case of an incandescent lamp, the voltage equivalent by means of equation (13) or simply calculate the time equivalent.

In vollständig analoger Weise ist es möglich, für konstante Stromstärke konstruierte Apparate, z. B. Reihenglühlampen, Röntgenröhren für angegebene Stromstärken usw., mittels eines Stromes von schwankender Stärke zu untersuchen. In einem solchen Falle werden in ähnlicher Weise, wie in den bisher beschriebenen Messungen die Voltstunden bzw. die Voltquadratstunden besdinmt wurden, die Amperestunden bzw. die Amperiequadratstunden bestimmt, zu welchem Zweck die -Meßinstrumente, anstatt parallel, in Reihe geschaltet werden müssen.In a completely analogous way it is possible for constant amperage constructed apparatus, e.g. B. series incandescent lamps, X-ray tubes for specified currents etc., to be examined by means of a current of fluctuating strength. In such a The volt-hours are trapped in a similar way as in the measurements described so far or the volt-square hours were determined, the ampere-hours or the ampere-square hours determines for what purpose the measuring instruments are connected in series instead of in parallel Need to become.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Procedure for determining the voltage equivalent an electric current of fluctuating voltage and that of the latter corresponding Time equivalents at. the examination of an electrical apparatus, which is marked by this, that the voltage equivalent or time equivalent from three directly measurable quantities, such as the number of volt hours, number of volt square hours and time can be determined. a. Facility for carrying out the method according to claim i, characterized in that for Measurement of volt hours. one to the poles of the power source with constant series resistance connected ampere-hour meter is used. 3. Facility for carrying out the procedure according to claim i, characterized in that for measuring the volt-square hours a watt-hour meter is used, the two coils of which have a constant series resistor are connected in parallel to the point of consumption to the poles of the power source.