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Anordnung zur Bestimmung des größten oder kleinsten Strom- oder Spannungswertes
eines unsymmetrischen Drehstromsystems oder seines Unsymmetriegrades aus nur zwei
Strömen oder Spannungen Es ist bekannt, daß man die Ströme und Spannungen eines
unsymmetrischen Drehstromsystems in zwei symmetrische Systeme zerlegen kann, von
denen eines, das mutläufige System, die Größe der Symmetriekomponente darstellt
und das ändere, das gegenläufige System, die Größe der Unsymmetriekomponente wiedergibt.
Es ist bekannt, daß man mit Hilfe der Zerlegung der Ströme oder Spannungen eines
Drehstromnetzes in mutläufigen und die gegenläufigen Komponenten und durch arithmetische
Addition oder Subtraktion zweier Drehmomente, von denen das eine der mutläufigen
Komponente und das andere der gegenläufigen Komponente proportional ist, ein Drehmoment
erzielen kann, welches in seiner Größe dem größten Wert der unsymmetrischen Ströme
oder Spannungen entspricht. Man kann diesen Wert zur Anzeige bringen, wenn das Gesamtdrehmoment
durch eine Direktionskraft, z. B. eine Federkraft, ausgeglichen wird. Der Winkelausschlag
des Systems. entspricht dann der Größe des Gesamtdrehmomentes.
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Man kann weiterhin eines der beiden Einzeldrehmomente oder beide in
ihrer Größe von der Winkelstellung des beweglichen Systems abhängig machen und ihnen
entgegengesetzte Richtung geben. Die Winkellage des beweglichen Systems entspricht
dann dem Größenverhältnis der mutläufigen und gegenläufigen Komponente. Sind die
Einzeldrehmomente nicht winkelabhängig, aber gegeneinander gerichtet, dann kippt
das System, wenn das Größenverhältnis der mutläufigen Komponente zur gegenläufigen
Komponente einen ganz bestimmten Wert durchläuft, aus der einen Endsteltung in die
andere Endstellung um. Man kann auch zwei Meßsysteme miteinander kuppeln, von denen
das eine einem Gesamtdrehmoment entsprechend der mutläufigen und gegenläufigen Komponente
des Stromes entspricht, während das andere einem Gesamtdrehmoment entsprechend der
mutläufigen und gegenläufigen Komponente der Spannung proportional ist. Wenn dabei
die Einzeldrehmomente, welche von den Stromkomponenten herrühren, in gleicher Richtung
wirken, die Einzeldrehmomente dagegen, welche von der Spannung herrühren, gegeneinander
gerichtet sind, so kann man das Verhältnis aus der kleinsten Spannung zum größten
Strom erfassen.
Alle diese Möglichkeiten besitzt auch die Anordnung
gemäß der Erfindung. Sie ist der im vorstehenden beschriebenen Anordnung jedoch
dadurch überlegen, daß entweder nur die Unsymmetriekomponenten oder nur die Symmetriekomponenten
vom Strom bzw. von der Spannung gebildet werden müssen. `Dadurch ist man in der
Lage, einen einfacheren Drehfeldscheider zu verwenden bzw. mit nur einem Drehfeldscheider
auszukommen, während bei der bekannten Anordnung entweder zwei Drehfeldscheider
notwendig sind oder ein Drehfeldscheider verwendet werden muß, welcher zugleich
die Symmetriekomponente und die Unsymmetriekomponente des Stromes oder der Spannung
herausriebt. Die Anordnung nach der Erfindung bringt in jedem Fall eine erhebliche
Belastungsverminderung für die Wandler.
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Es ist zwar bekannt, durch ein Meßsystem die Größe der Unsymmetriekomponente
oder der Symmetriekomponente des Stromes oder der Spannung anzuzeigen, wozu u. a.
auch bereits solche Anordnungen bekanntgeworden sind, die in einem Drehstromnetz
Anwendung finden sollen und bei denen das dreiphasige System der Ströme oder der
Spannung oder der Leistung in ein zweiphasiges System überführt wird. Diese bekannten
Anordnungen bringen aber nicht das Ergebnis, daß der größte oder der kleinste Wert
der drei Netzströme oder Netzspannungen erfaßt wird. Die bekannten Anordnungen eignen
sich auch nicht zur Messung des Unsymmetriegrades, d. h. zur 'Messung des Größenverhältnisses
der mitläufigen Komponente und der gegenläufigen Komponente, in welche man das Unsymmetriesystem
zerlegen kann.
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Erfindungsgemäß «erden von den beiden \etzströmen oder den bekannten
Netzspannungen auf ein bewegliches System zwei gleiche oder entgegengesetzt gerichtete
Drehmomente ausgeübt, von denen eines dem Produkt der beiden gleichartigen Größen
multipliziert mit dem Sinus des Phasenwinkels zwischen ihnen und das andere dem
Quadrat der Symmetriekomponente oder der LTnsynimetriekomponente einer der beiden
entsprechenden Systemgrößen (Strom oder Spannung) proportional ist.
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Die neue Anordnung beruht auf der Tatsache, daß das Produkt aus den
beiden Strömen multipliziert mit dem Sinus ihres Phasenverschiebungswinkels proportional
der Differenz aus dem Quadrat der mitläufigen Komponente und der gegenläufigen Komponente
ist. Das Drehmoment des zweiten Systems wird, wie schon gesagt, nur von der Symmetriekomponente
oder der Uilsyinmetriekomponente des Stromes erzeugt und ist also dem Quadrat der
mitläufigen oder der gegenläufigen Komponente proportional. Wenn die beiden Drehmomente
entgegengesetzte Richtung haben, dann ist also das Drehmoment des wattmetrischen
Systems Dl = a (172-G2), worin 31 die mitläufige Komponente, G die gegenläufige
Komponente und a eine Konstante ist, welche durch die Dimensionen des ,#Ießsystems
gegeben ist. Wird das zweite Drehmoment von der gegenläufigen Komponente hervorgebracht,
so kann man hierfür schreiben D2=b.G2. Wenn die beiden Drehmomente D, und D2 entgegengesetzte
Richtung haben, dann ist das gemeinsame bewegliche System im Gleichgewicht, wenn
G . (a -]- b) = AI # a ist, d. h. wenn G : 1T
= a: (et + b) ist. Von der Wahl der Konstanten a und b hängt
es also ab, bei welchem relativen Unsymmetriegrad das System seine Stellung wechselt.
Bei diesem Stellungswechsel kann das System, wenn es als Relais wirkt, einen Kontakt
betätigen und dadurch etwa eine Schutzmaßnahme auslösen oder eine Alarmvorrichtung
oder Anzeigevorrichtung in Tätigkeit setzen.
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Durch Verwendung einer unrunden Ferrarisscheibe wird die Einrichtung
zu einem Quotientenmeßwerk, welches je nach der Größe des Verhältnisses zwischen
gegenläufiger und mitläufiger Komponente eine andere Winkellage einnimmt. Dabei
ist es grundsätzlich nicht von Bedeutung, ob infolge der unrunden Form der Ferrarisscheibe
nur das eine Drehmoment oder beide Drehmomente von der Winkelstellung der Scheibe
abhängig sind.
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Man kann auch die beiden Drehmomente in gleicher Richtung auf das
bewegliche System einwirken lassen. Man erhält dann ein Gesamtdrehmoment Dl -f-
D2 = a .172 -*- (b - a) . G2. Durch geeignete Wahl der Konstanten
a und b erhält man dann ein resultierendes Drehmoment, welches zur Bestimmung des
größten Phasenstromes dient, weil im Vektordiagramin der Ströme des unsymmetrischen
Netzes der Vektor der mitläufigen Komponente und der Vektor der gegenläufigen Komponente
des größten Stromes gleiche oder nahezu gleiche Richtung haben.
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Wenn die Summe der drei Phasenströme nicht Null ist, d. h. also bei
Drehstromsystemen mit viertem Leiter, wird die Anordnung nicht mit Phasenströmen,
sondern mit verketteten Strömen gespeist, welche z. B. an in Dreieck geschalteten
Stromwandlern abgenommen werden können. Bei Verwendung eines Ferrarisrelais ergibt
sich der Vorteil, daß ohne Anwendung von Mitteln zur Erzielung einer Phasenverschiebung
von go ` das Drehmoment des wattmetrischen Systems dem Sinus des Phasenwinkels zwischen
den Strömen proportional ist.
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Für dieses Blindleistungssystem kann auch ein Motorantrieb verwendet
werden, der einen Kurzschlußläufer besitzt und dessen Ständer von den drei Phasenströmen
bzw. den verketteten
Strömen gespeist wird. Das Dreh= moment des
Läufers ist dann ebenfalls a . (M2-G2).
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An Stelle der Ströme können in analoger Weise auch die Netzspannungen
treten und dadurch das Überschreiten einer bestimmten Spannungsunsymmetrie signalisiert,
die relative Spannungsunsymmetrie laufend angezeigt und der größte und kleinste
Wert einer Phasenspannung" oder verketteten Spannung. erfaßt werden. Verbindet man
die beweglichen Teile eines Stromsystems gemäß der Erfindung und eines Spannungssystems
gemäß der Erfindung miteinander, so kann man das Verhältnis aus der kleinsten Spannung
zum größten Strom erfassen, indem das Stromsystem von gleichgerichteten Drehmomenten,
das Spannungssystem dagegen von gegeneinander gerichteten Drehmomenten angetrieben
wird.
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Zur Erläuterung einer Anordnung nach der Erfindung dient die Figur.
In dieser ist eine Drehstromleitung R, S, T dargestellt, mit je einem Stromwandler
in der Phase R und der Phase T. Der Strom des Leiters R und der Strom des Leiters
T bilden in einem wattmetrischen Instrument z ein Drehmoment, welches ihrem Produkt
und dem Sinne des Phasenwinkels zwischen ihnen proportional ist. Das Drehmoment
wird gemäß der Darstellung auf eine bewegliche Ferrarisscheibe q. ausgeübt. Ein
weiteres Triebsystem 3 wird von einem Strom gespeist, "welcher einem Drehfeldscheider
2 entnommen wird. Dieser Strom kann die Symmetriekomponente oder die Unsymmetriekomponente
der Leitungsströme sein. Das Drehmoment des Triebkernes 3 auf die Ferrarisscheibe
q. ist dem Quadrat dieser vom Drehfeldscheider 3 herausgesiebten Stromkomponente
proportional.