DE501966C - Schaltanordnung fuer Wattmesser, Zaehler oder Relais - Google Patents

Schaltanordnung fuer Wattmesser, Zaehler oder Relais

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DE501966C
DE501966C DEC40915D DEC0040915D DE501966C DE 501966 C DE501966 C DE 501966C DE C40915 D DEC40915 D DE C40915D DE C0040915 D DEC0040915 D DE C0040915D DE 501966 C DE501966 C DE 501966C
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R11/00Electromechanical arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. of consumption
    • G01R11/48Meters specially adapted for measuring real or reactive components; Meters specially adapted for measuring apparent energy

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Description

  • Schaltanordnung für Wattmesser, Zähler oder Relais Meßinstrumente und Schutzvorrichtungen für Mehrphasennetze, bei denen das auf das System wirkende Drehmoment von der Wirkleistung oder der Blindleistung oder im allgemeinen einer dem elektrischen Zustand des Stromkreises angepaßten komplexen Leistung abhängt, lassen sich auf verschiedene Weise ausführen.
  • Unter komplexer Leistung mit dem Winkel a versteht man die Größe Pa, die durch die Formel dargestellt wird Prx=UI cos (a+rf,), (i) was gültig ist für denk@l.'1 eines Einphasenstromkreises mit zwei Leitungen" in denen Strom und Spannung von S'iinusform sind und worin Tr und I die wirkhohen Werte des Stromes und der Spannung, p @d@i:e Phas@envers,chiebung zwischen diesen Größen und a einen Winkel bedeuten. In Mehrphasenstrom@kreisen leitet man den Ausdruck Pa der Formel (i) in derselben Weise ab, wie man die Wirkleistung oder @die Blindleistung aus den nachstehenden Formeln erhält P`1=_ UI cos y@ und (i') P,. - = UI sin (F, (i") was Sonderfälle der Formel (i) sind. Bei gewissen Schaltungen der Apparate ist diese Beziehung zwischen dem Drehmoment und der Leistung gültig, auch wenn Ströme und Spannungen unsym@metriecb sind. Bei ,anderen Schaltungen freilich ist die Beziehung nur dann gültig, wenn Spannungen oder Ström oder beide symmetrisch sind. In Drehstrom- oder Zweiphasennetzen besteht bekanntlich die Beziehung Pa = A (Pad -i-- Pal + Pao), wobei Pa irgendeine komplexe Leistung bedeutet, Wirkleistung oder Blindleistung, wobei weiter Pad, Pal und Pao die direkten, umgekehrten und asymmetrischen Komponenten dieser Leistung darstellen und wobei endlich A - 3 bei Drehstrom und A= a bei Zweiphasenstrom ist. Häufig ist Pa" = o.
  • Wenn also das Drehmoment des Instruments eine Funktion der Leistung ist, unabhängig von dem Betrag, um den Ströme oder Spannungen unausgeglichen sind, so hat man f (Pa., + Par 1- Pa.,). (3) In der Praxis wird daraus C - 7? (P@ ", + Px; + Pu"), (3 ') wobei k eine Konstante ist. Bei praktischen Ausführungen wird man, um die Darlegungen zu vereinfachen, nur diesen Fall ins Auge fassen, indessen ist festzuhalten, daß die Erfindung sich auch auf den allgemeinen Fall bezieht.
  • Wenn die Beziehung zwischen dem Drehmoment und der Leistung nur in dem einzigen Fall gilt, däß wenigstens in einem System die Spannungen oder Stromstärken symmetrisch sind, so wird dieses Drehmoment immer eine Funktion von mehreren komplexen Leistungen Pä d, Pä 'i, Pä "o sein. Es entspricht dann verschiedenen Winkeln a, und Pa'd ist eine direkte Leistung, Pä '= eine umgekehrte un,.d Fa"'o eine asymmetrische Leistung. Insbesondere hat man in dem Fall, der der Formel (3 ') entspricht, die nachstehende Beziehung C ^ a Part -f- b Pä 'i + c Pa"'o. (4) Wenn man auf das bewegliche System eines Meßgerätes die Summe oder die Differenz zweier Drehmomente zur Wirkung bringt, deren eines der Formel (3') oder (3) und deren anderes der Formel (4) entspricht (oder für den Fall der mangelnden Proportionalität der allgemeinen Formel, die der Formel (4) entspricht) oder deren beide von der Formel (4.) sind, so kann man die beiden zusammenwirkenden Drehmomente so regeln, däß in dem resultierenden Drehmoment die eine der symmetrischen Komponenten Ader Leistung verschwindet.
  • Im allgemeinen wird man die direkte Komponente zum Verschwinden bringen, und das Drehmoment wird nur abhängen von umgekehrten und unsymmetrischen Komponenten. Da es nun leicht ist, auch diese letzteren zum Verschwinden zu bringen, so erhält man im letzterwähnten Fall einen Apparat, der nur noch beeinflußt wird von der umgekehrten Komponente der Leistung. Ebenso kann man ein Drehmoment erhalten, das nur abhängt von der direkten Leistung oder der unsymmetrischen Leistung. Auf der anderen Seite kann man die Einrichtung so treffen, daß die Komponente oder die Komponenten, die übrigbleiben, einer beliebigen bestimmten komplexen Leistung entsprechen.
  • Die Erfindung betrifft Meßapparate oder Schutzvorrichtungen - Wattmesser, Zähler, Relais usw. -, in welchen die vorerwähnten Gesichtspunkte zur Anwendung gebracht sind. Die gewünschten Resultate werden dadurch erhalten, daß die Spannungen und Stromstärken passend ausgewählt sind, die in den Wicklungen des Apparates zur Wirkung gelangen und in diesen Wicklungen geeignete Phasenverschiebungen hervorrufen, oder Phasenverschiebungen zwischen den Magnetflüssen, die sie erzeugen, oder die endlich die Spannungen und Stromstärken in den Phasen-Leitungen der Stromkreise beeinflussen, die geschützt werdien sollen, oder in denen man Messungen vornehmen will.
  • Die verschiedenen Phasenverschiebungen werden durch Drosselspulen, durch Kapazitäten, durch Kurzschlußringe oder kurzgeschlossene Stromkreise, durch Transformatoren oder durch andere geeignete Mittel erzeugt.
  • In der Zeichnung ist die Erfindung an einigen schematisch dargestellten einfachen Anwendungsbeispielen erläutert.
  • Es sei zunächst der Fall ins Auge gefaßt, daß es sich um einen Dreiphasenstromkreis mit vier Leitungen handelt, und daß ein Induktionsapparat zur Anwendung kommen soll, der ähnlich wie ein Zähler oder Wattmesser mit drei Elektromagneten ausgeführt ist. Der Apparat wird dann geschaltet, wie aus Abb. i ersichtlich, wobei auf das bewegliche System ein Drehmoment von der vorstehenden Formel (3 ') wirkt. In der Abb. i bilden die Linienleitungen i, 2, 3 mit der neutralen Rückleitung 4 und dem neutralen Punkt N das Verteilungsnetz. In die Linienleitungen sind die Stromspulen Al, A2, A3 der drei Elektromagnete des Meßinstruments eingeschaltet, Vl, V, und V3 sind die Spannungsspulen.
  • Auf dasselbe bewegliche System oder ein mechanisch mit ihm verbundenes Glied bringt man drei andere Wattmesserelektromagnete mit Blindleistung zur Wirkung, beispielsweise Elektromagnete, deren Stromspulen wie diejenige der vorerwähnten Elektromagnete geschaltet sind, deren Spannungen aber einen Drosselwiderstand haben, der gegenüber dem Ohmschen Widerstand vernachlässigt werden kann. Die Wicklungen dieser Elektromagnete sind nach dem Schema der Abb. 2 geschaltet, in der i, 2, 3 und 4. wieder dieLi.nienleitungen und die neutrale Rückleitung und N den neutralen Punkt bezeichnen. A'1, A'@, A'3 sind die Stromspulen der Elektromagnete, h'1, V', und V'3 die Spannungsspulen.
  • In der erstenwähnten Schaltung (Abb. i) hat das Drehmoment, das auf das bewegliche System wirkt, die Formel Ci - k (Pd + Pi -i- Po). (5) Hierbei ist Pd die direkte Komponente der Wirkleistung, und- Pi und Po sind .die umgekehrte und die asymmetrische Komponente.
  • Bei der Schaltung nach Abb. 2 erhält man ein Drehmoment ' C., - k (Pd - PI), wobei vorausgesetzt ist, daß die Konstante k i für beide Werte gleich ist. Bringt man die beiden Drehmomente auf ein und dasselbe System zur Wirkung, und zwar so, daß sie einander entgegenwirken, so ergibt sich ein resultierendes Drehmoment C=Ci-C.,=k (2Pi+Po). (7) Man erhält also so einen Apparat, der nur beeinflußt wird von der umgekehrten Leistung und der asymmetrischen Leistung.
  • Eine etwas abgeänderte Schaltung stellt Abb. 3 dar. Diese entspricht im allgemeinen den Schaltungen nach Abb. i, aber mit dem Unterschied, daß die drei Spannungen an einem künstlichen neutralen Punkt o miteinander verbunden sind. Hier wird das Drehmoment Cl C, - k (Pd -+- Pi) (5) und das Drehmoment C" C =::2 k Pi. V) Die Wirkung des Apparates hängt nur ab von der umgekehrten Leistung.
  • Die Schaltungen können vereinfacht werden, wenn man die Beziehungen berücksichtigt, die bestehen zwischen den Spannungen (z. B. ist die Summe der zusammengesetzten Spannungen Null und die Summe der einfachen Spannungen im Fall der Abb. 3 Null) oder zwischen den Stromstärken (die Summe der Stromstärken ist Niul'l in Stromkreisien mit drei Leitungen). So kann man bei Drehstromnetzen mit drei Leitungen die Schaltungen der Abb. i und 2 ersetzen durch Schaltungen mit zwei Elementen nach den Abb. q. und 5, in denen die Bezugsziffern dieselbe Bedeutung haben wie in Abb. i und -2. O stellt einen künstlichen neutralen Punkt dar, .und r, r, -r sind drei Ohm.sehe Widerstände.
  • Abb.6 zeigt schematisch einen Apparat, wie er für die Schaltungsweise nach Abb..I und 5 geeignet wäre. Abb. 7 läßt erkennen, wie der Apparat in den Stromkreis eingeschaltet wird. Al, B, und A2, B, bezeichnen zwei mit erheblicher Selbstinduktion versehene Spannungsspulen., A,', B,' und A,', B.' zwei Spannungsspulen ohne Selbstinduktion. C',, Dl, C" D., C,', D,', Cj, D.' sind Stromspulen, d und d' Metallscheiben.
  • Die Spulen A,, B, und A,', B,' können auf ein und demselben Elektromagneten untergebracht werden, der nur eine einzige Stromspule hat, ebenso die Spulen AZ, BZ und AZ', B2. Die Abb. 8 und g zeigen schematisch zwei Ausführungsformen. Hier bedeuten E" EZ die beiden Magnetkerne, während die übrigen Bezugszeichen dieselbe Bedeutung haben wie in Abb. 6 und 7. Die beiden Elektromagnete wirken auf ein und dieselbe Ankerscheibe, was die Ausführung vereinfacht.
  • Die Abb. io und i i zeigen zwei andere Schaltungen mit drei Elektromagneten. In Abb. io bedeuten Al, A, und A3 drei Stromspulen und V,, Il., und h3 die drei zugehörigen Spannungsspulen der Elektromagnete.
  • i, 2, 3 und .1. sind wieder die drei Linienleitungen und die neutrale Rückleitung, N der neutrale Punkt und O der künstliche neutrale Punkt, der den drei Spulen V,, Ih, Tl#, gemeinsam ist.
  • In Abb. ii haben die Bezugsziffern wieder dieselbe Bedeutung wie vorher, A,', AZ' und A,;' sind Stromspulen und V,', V2' und VR' die Spannungsspulen der Elektromagnete.
  • Wenn man die Einrichtung für nicht induktive und ausgeglichene Stromkreise so trifft, daß die Phasenverschiebung zwischen dem von den Stromspulen erzeugten Feld und dem Feld der Spannungsspulen der Elektromagnete den Wert (a - i2o°) bei der Schaltung der Abb. io und den Wert (a -+- i2o°) bei der Schaltung der Abb. i i hat, wenn weiter die beiden Elektromagnetsysteme auf ein unid diasselbe bewegliche System wirken und wenn endlich die Drehmomente so eingeregelt sind, daß das Drehmoment für ausgeglichene Spannungen und Stromstärken Null ist, so hat das Drehmoment bei unausgeglichenen Spannungen und Stromstärken die Formel C = k (Pai -f- Pa").
  • Pai ist eine umgekehrte komplexe Leistung und Pa" eine asymmetrische komplexe Leistung.
  • Wenn der Punkt O nicht zusammenfällt mit denn Punkt N, sondern ein künstlicher neutraler Punkt gebildet ist, so wird Pcc" gleich Null, und das Drehmoment des Instruments hat die Größe C - k Pai.
  • Die drei Wattmesser können durch deren zwei ersetzt werden, wenn man auf die Beziehung zwischen den Stromstärken Rücksicht nimmt.
  • Weiter kann man auf verschiedene Arten die dargestellten Schaltungen miteinander kombinieren, und ähnliche Anordnungen sind anwendbar sowohl für Zweiphasenströme wie für Mehrphasenströme im allgemeinen.
  • In dien vorstehend erwähnten Beispielen ist Damgenommen, daß die Konstanten der Drehmomente C, = k (Pd + Pi + P") und C.. ^ k (Pd-Pi). lins der Weise geregelt werden, daß .die eine der symmetrischen Komponenten der Leistung Nuill wird. Es ,kann jedoch von Nutzen sein, lediglich eine reiati:ve Verkleinerung der Wirkung der einen o-cl r zwei der Komponenten herbeizuführen, beispielsweise wenn man auf ein und dasselbe drehbare System ein Drehmoment von der vorerwähnten Formel.
  • C, - k (Pd + pi -f- Po) (8) und ein anderes von der Formel G, k' (Pri - pi) zur Wirkung bringt.
  • Wenn hierin Pd, Pi und Po .die symmetrischen Komponenten der Leistung sind und k und k' zwei positive Konstanten, so kann man ein resultierendes Drehmoment erhalten. C = C1 - C2 (k - 7i) Pd -f- ik -(- k') Pi + k Po (io) und wenn die Spannungen und die Stromstärken von der Resultante gleich Null sind, C = (k - k') Pd -f- (k -I- k') Pi. (i o') Wenn k - k' wird, so ergibt sich der Fall der vorstehend erwähnten Formel V). Die Wirkung der Komponente Pä ist Null. Aber wenn k und k' voneinander verschieden sind, so wird die Wirkung der Komponente Pd lediglich verringert gegenüber derjenigen der Komponente Pi.
  • In den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen sind die einfachen oder zusammengesetzten Spannungen verwendet, die in dein Stromkreis herrschen, und die Ströme, die in den Leitungen fließen. Es können jedoch auch Spannungen von der Formel U" ^ (a U + b U') benutzt swerden, wobei U und L" zwei Vektärspannungen des Stromkreises und a und b positive oder negative Konstanten sind. Spannungen von der Formel U" ergeben sich beispielsweise durch die Verwendung von Transformatoren oder Autotransformatoren, die von den Netzspannungen gespeist werden, oder auch aus der Verwendung von Drehfeldtransformatoren oder Autotransformatoren.
  • Weiter kann man. Ströme .oder Amp:erewindungen von der Formel (a.I -f- b I') benutzen, wobei I und I' zwei in den Linienleitungen oder den Phasenleitungen zirkulierende Vektorströme sind, und a und b positive oder negative Konstanten.
  • Amperewindungen oder Ströme der vorstehend erwähnten Formel kann man auf verschiedene Arten erhalten. Auch kann man Doppelwicklungen anwenden, von denen die eine Wicklung von Strom I dturchflossen wird und die andere vom Strom I'. Beiide Wicklungen können dieselbe Zahl von Windungen oder aber verschiedene Windungszahl haben. Beide Wicklungen können auch im gleichen oder im entgegengesetzten Sinn gewickelt sein. Dasselbe Resultat kann man auch mit Hilfe von Stromtransformatoren oder Autostromtransformatoren erzielen mit gleichem oder abweichendem Transformationsverhältnis für die :beiden .Ströme I und I'.. Man läßt in der Wicklung jedes Elektromagneten die Summe oder die Differenz der Sekundärströme fließen.. Auch kann man Transformatoren mit zwei Primärspulen verwenden mit gleichen oder entgegengesetzten Wicklungszahlen und gespeist von den Strömen- 1 und I'.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltungsanordnung für Wattmesser, Zähler oder Relais, bei der auf das bewegliche System des Apparats die Summe oder die Differenz zweier Drehmomente zur Wirkung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß beide Drehmomente im Ea;ll-e asymmetrischer Stromkreise solche Funktionen der Leistung in dem zu sichernden oder bezüglich Leistung oder Energie zu vermessenden Stromkreis sind, daß sie zusammen oder jede für sich nur dann einen in Betracht kommenden Wert erreichen, wenn die Ströme oder die Spannung oder beide zugleich symmetrisch sind und die Drehmomente so geregelt werden, daß das resultierende Drehmoment lediglich von der rechtsläufigen, der linksläufigen oder der asymmetrischen Komponente der Leistung oder von einer Funktion von zwei dieser Größen abhängt und die Leistungen Wirkleistungen, Blindleistungen oder komplexe Leistungen sein können.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstanten der Komponenten des Drehmoments so ausgewählt sind, daß der Verhältniswert der einen oder zweier der symmetrischen Komponenten der Leistung in dem resultierenden Drehmoment vermindert wird.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch i oder 2, gekennzeichnet durch die Benutzung von Spannungen oder Stromstärken, die proportional sind anderen Spannungen oder anderen Strömen als denen, die unmittelbar in den Leitungen fließen, in denen gemessen werden soll oder die gesichert werden sollen.
DEC40915D 1927-01-07 1928-01-08 Schaltanordnung fuer Wattmesser, Zaehler oder Relais Expired DE501966C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE749713C (de) * 1938-08-23 1944-12-02 Richtungsabhaengiges Relais

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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