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Einrichtung zum Einstellen einer beliebig großen Phasenverschiebung
zwischen Strom- und Spannungstriebfluß bei Mehrpha,senmeßgeräten Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zum Einstellen einer beliebig großen Phasenverschiebung zwischen
Strom- und Spannungstriebfluß bei einem nach dem Ferrarisprinzip oder dem dynamometrischen
Prinzip arbeitenden Mehrphasenwechselstrommeßgerät. Insbesondere betrifft die Erfindung
Drehstromzähler mit einer von 9o° abweichenden inneren Abgleichung der Triebsysteme,
wie Mischverbrauch-, Scheinverbrauch- und Blindverbrauchzähler.
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Die von 9o° abweichende innere Abgleichung eines Zählers wurde bisher
beispielsweise mit Hilfe von Vorschaltwiderständen oder durch Änderung der magnetischen
Widerstände in den Triebfluß- oder Nebenschlußpfaden erreicht. Soll der Zähler beispielsweise
Unterverschiebung erhalten, so kann man vor die Spannungsspule oder parallel zur
Stromspule des Zählers einen OhmschenWiderstand schalten oder den Luftspalt im magnetischen
Spannungseisen vergrößern. Überverschiebung wird im allgemeinen durch Isurzschlußbrillen
am Spannungseisen erzielt.
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Durch die erwähnten Maßnahmen wird jedoch der Eigenverbrauch des Zählers
beträchtlich erhöht.
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Unter dem gleichen Mangel leidet auch eine andere bekannte Anordnung
zur Einstellung einer von 9o° abweichenden inneren Abgleichung eines Zählers, bei
der auf dem Spannungskern mehrere umschaltbare Spannungsspulen angeordnet sind,
die gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Vorw iderständen unmittelbar an verschiedene
Spannungen angeschlossen sind.
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Durch die transformatorische Verkettung der auf einem Schenkel des
Spannungseisens sitzenden und an verschiedene Spannungen angeschlossenen Wicklungen
des messenden Systems treten in den Wicklungen zusätzliche Spannungen auf, die eine
andere Phasenlage aufweisen als die aufgedrückten Spannungen und infolgedessen zu
der bereits erwähnten beträchtlichen Erhöhung des Eigenverbrauchs führen, die bei
der Anwendung von Widerständen zur Änderung der Phasenlage eine weitere erhebliche
Steigerung erfährt.
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Die Erfindung beseitigt die Mängel der bekannten Anordnung.
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Erfindungsgemäß wird zum Einstellen einer beliebig großen Phasenverschiebung
zwischen Strom- und Spannungstriebfluß die in der Spannungsspule wenigstens eines
Triebsystems wirksame und den Spannungstriebfluß erzeugende Spannung durch Reihenschaltung
der an dieser Spannungsspule liegenden
Klemmenspannung und einer
oder mehrerer Hilfsspannungen abweichender Phasenlage gebildet, die innerhalb des
gleichen Meßgerätes transformatorisch aus Spannungsspulen der anderen Triebsyst
tg"eä abgeleitet werden.
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Nicht zu verwechseln ist schließlich die; Erfindung mit einer bekannten
Einrichtung zur Messung des Scheinverbrauchs einer Dreiphasenanlage, bei der zwei
normale Wattstundenzähler benutzt werden, denen ein Phasenschieber vorgeschaltet
ist. Dieser Phasenschieber regelt die den Zählern zugeführte Spannung entsprechend
dem cos i, des Laststromkreises so, daß die Phasenverschiebung zwischen den zur
Messung benutzten Strömen und Spannungen stets o° beträgt. Da nun aber im allgemeinen
in einem Laststromkreis der cos T nicht konstant bleibt, muß selbstverständlich
der Phasenschieber entsprechend diesen Änderungen der Phasenverschiebung im Laststroinkreis
nachgeregelt werden. Zu diesem Zweck ist noch ein cos c@-Relais vorgesehen, das
den Phasenschieber steuert.
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Bei der bekannten Einrichtung sind demnach zur Messung des Scheinverbrauchs
vier Apparate notwendig, und zwar zwei normale Wattstundenzähler, ein Phasenschieber
und eine cos 9,-Überwachungseinrichtung. Auch bei dieser Einrichtung ist also der
Eigenverbrauch der Meßanlage durch die Vielzahl der verwendeten Meßgeräte größer
als bei einer Einrichtung nach der Erfindung.
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Bei der Einrichtung nach der Erfindung kann als Transformator zur
Erzeugung der Hilfsspannung oder -spannungen für einen Spannungsmagneten ein anderer
Spannungsmagnet der Meßeinrichtung verwendet werden, der zu dieseln Zweck mit einer
oder mehreren Hilfsspulen ausgerüstet wird.
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Die Erfindung ist, wie eingangs erwähnt, nicht nur auf Drehstromzähler
anwendbar, sondern auch auf andere nach dem Ferrarisprinzip oder dem dynamometrischen
Prinzip arbeitende MehrphasenwechseIstrommeßeinrichtungen.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
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In sämtlichen Figuren sind einander entsprechende Teile mit den gleichen
Bezugzeichen versehen.
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In den Fig. i bis 8 sind Schaltschemen und die dazugehörigen Vektordiagramme
für die Spannungsspulen von Drehstromvierleiterzählern dargestellt, bei denen der
besseren Übersicht halber nur jeweils immer eine Hilfsspule eingezeichnet ist. Sie
sollen nur zur Erläuterung des Prinzips dienen.
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Die Fig. 9 bis 12 zeigen die vollständigen Schaltbilder der Spannungsspulen
und die dazugehörigen Vektordiagramme für Drehstroinvierleiterzähler mit Überverschiebung
und mit Unterverschiebung.
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Fig. 13 ist das Schaltungsschema und Fig. 1q. das Vektordiagramm
für die Span-@ritilgsspulen eines Drehstromdreileiterzählers finit Überverschiebung.
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Fig. 15 zeigt das vollständige Schaltbild eines Drehstromvierleiter-Blindverbrauchzählers.
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In Fig. 16 ist das Schaltungsschema für die Spannungsspulen eines
Drelistromvierleiter-Scheinverbrauchzählers und in Fig. 17 das dazugehörige
Vektordiagramm dargestellt.
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Fig. 18 ist das Vektordiagramm für einen Scheinverbrauchzähler, bei
dem jeder Hauptspule zwei Hilfswicklungen zugeordnet sind.
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In Fig. i sind die Spannungsspulen mit i, 2 und 3 bezeichnet. Die
Spannungsspulen 2 und 3 liegen an den Spannungen SO und TO
des Vierleiterdrehstromnetzes.
Die Spannungsspule i ist über die transformatorisch mit der Wicklung 2 verkettete
Hilfswicklung 4. an die Spannung R0 gelegt. Die Spannungsspule 2 induziert in der
Hilfswicklung 4 eine EMK, deren absolute Größe von der Windungszahl der Hilfsspule-q.
abhängig ist und deren Richtung um i 8o' gegen die an der Spannungsspule 2 liegende
Spannung SO verschoben ist. Diese EMK,' (Fug. 2)
addiert sich vektoriell mit
der an der Wicklung i herrschenden Spannung i' zu der Spannung R0. Da der Vektor
4.' parallel zu dein Vektor OS liegt, eilt der Vektor i' dem Vektor 0R nach. Der
strichpunktiert angedeutete Vektor des Spannungstriebflusses OR der Wicklung i steht
auf dem Vektor i' senkrecht. Der Winkel y zwischen der der Wicklung i aufgedrückten
Spannung 0R und dem Triebfluß On fällt infolgedessen größer als go° aus. Bei induktionsfreier
Belastung hat der Stromvektor und damit auch der Vektor des Stromtriebflusses etwa
die gleiche Richtung wie der Spannungsvektor R0. Der Winkel x wird infolgedessen
gleich dein Winkel zwischen Strom- und Spannungstriebfluß, d. h. der Zähler hat
eine mehr als 9o° betragende innere Abgleichung.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. i wird die an der Spule i liegende
Spannung durch geometrische Addition einer Spannung vorverschoben, die der Spannung
RO.um ()-o' voreilt. Zur Erzielung von Überverschiebung kann aber auch eine um 120'
voreilende Spannung verwendet werden.
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In diesem Fall (Fug. 3) ist die Spule i finit einer Hilfswicklung
6 in Reihe zu schalten, die mit der Wicklung 3 transformatorisch verkettet ist.
Im Diagramm (Fug. q.) ist der Vektor der an der Hilfsspule 6 liegenden
Spannung
mit 6', der Spannungsvektor der Spule mit i' bezeichnet. Wie aus dem Diagramm hervorgeht,
wird in bezug auf die angestrebte Überverschiebung das gleiche erreicht.
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Auch lassen sich die in den Fig. i und 3 dargestellten Schaltungen
der Hilfsspulen, wie die Fig. 5 und 6 zeigen, zu einer Schaltung kombinieren, ohne
daß an der Wirkungsweise etwas geändert wird.
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Soll der Zähler Unterverschiebung erhalten, dann ist die Wicklung
i mit einer Hilfswicklung in Reihe zu schalten, in der eine um 6o° bzw. i2o° nacheilende
Spannung induziert wird. In Fig. 7 ist zu diesem Zweck die Wicklung i mit einer
Hilfswicklung 7 in Reihe geschaltet, die mit der Wicklung 3 transformatorisch verkettet
ist. Die Wicklung 3 liegt, wie aus dem Schaltbild hervorgeht, an der Spannung
TO, die der Spannung R0 um i2o° voreilt. Infolgedessen entsteht in der Hilfswicklung
7 (Fig. 8) eine um 6o° nacheilende Spannung 7', die sich mit der Spannung i' an
der Wicklung@i zu der Spannung R0 vektoriell addiert.
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Wie aus dem dazugehörigen Vektordiagramin (Fig.8) hervorgeht, eilt
die Spannung i' der Spannung R0 vor. Dadurch wird der Fluß Oa um weniger als go°
verschoben, d. h. der Zähler hat Unterverschiebung. Entsprechend den an Hand der
Fig. 3, d., 5 und 6 erläuterten Ausführungsbeispielen können auch hier eine um i2o°
nacheilende oder zwei Spannungen zur Erzeugung der Unterverschiebung verwendet «erden,
von denen die eine um 6o°, die andere um 12o° der angelegten Spannung RO nacheilt:
Die Fig. 9 und i i zeigen die vollständigen Schaltbilder für die Spannungswicklungen
eines Drehstromvierleiterzählers, und zwar die Fig. 9 für einen Zähler mit überverschiebung
und die Fig. i i für einen Zähler mit Unterverschiebung. Die dazugehörigen Vektordiagramme
sind in den Fig. io und 12 dargestellt. Die Spannungswicklungen sind ebenso wie
bei den Fig. i bis 8 mit 1, und 3 bezeichnet. Mit der Spannungswicklung i ist die
Hilfsspule 8, mit der Spannungswicklung 2 die Hilfswicklung 9, mit der Spannungswicklung
3 die Hilfswicklung io transformatorisch verkettet. Die in den Hilfswicklungen induzierten
Spannungen sind in den Diagrammen mit 8', g', io', die an den Wicklungen 1, 2 und
3 liegenden Spannungen ebenso wie in den vorher erläuterten Diagrammen mit i', 2',
3' bezeichnet. Währeild bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausfühi-iingsbeispiel zwecks
Erzeugung von überverschiebung die Hauptwicklungen jeweils mit der von der folgenden
Phase induzierten Hilfswicklung in Reihe geschaltet sind, sind diese bei dem in
Fig. i i dargestellten Ausführungsbeispiel zur Erzeugung von Unterverschiebung mit
der von der vorhergehenden Phase induzierten Hilfswicklung verbunden.
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Ähnlich wie. die in den Fig. 9 und i i dargestellte Schaltung für
Vierleiterzähler ist auch die für Dreileiterzähler auszuführen. Die Wicklung i i
(Fig. 13) liegt in Serie mit der Hilfsspule 12 an der Spannung RS, die Wicklung
13 in Serie mit der Hilfsspule 14. an der Spannung TS. Die Hilfswicklung 12 ist
mit der Wicklung 13 und die Hilfswicklung 14. mit der Hauptwicklung i i transformatorisch
verkettet.
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Die an den Hauptwicklungen liegenden Spannungen i i' und 13' (Fig.
14) setzen sich mit den in den Hilfswicklungen induzierten Spannungen 12' und i.1.'
zu den aufgedrückten Spannungen RS und TS zusammen. Wie aus dem Diagramm zu entnehmen
ist, fallen bei gleicher Windungszahl der Hauptwicklungen i i und 13 die an ihnen
liegenden Spannungen i i' und 13' absolut genommen verschieden groß aus und dadurch
auch die von den Spannungstriebflüssen abhängigen Drehmomente. Diese Unterschiede
können jedoch. ohne Schwierigkeiten durch entsprechende Abgleichung der Windungszahlen,
bei kleinen Unterschieden durch entsprechende Änderung der Größe des Streuflusses
des Spannungsmagneten ausgeglichen werden.
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Fig.15 zeigt die Anwendung der Erfindung auf einen Drelistromv ierleiter-Blindverbrauchzähler.
Die in die Phasen R, S und T eingeschalteten Stromspulen des Zählers sind mit 15,
16 und 17 bezeichnet. 18, 19 und 2o sind die dazugehörigen Spannungsspulen. Jede
Spannungsspule ist ebenso wie bei den vorher beschriebenen Zählern transforrnatorisch
mit einer Hilfswicklung verkettet. Diese sind mit 21, 22, 23 bezeichnet. Die Spannungsspule
18 des Systems I ist über die Hilfswicklung 23 an die Spannull- SO, die Spannungsspule
2o des Systems 11 über die Hilfswicklung 2i an die Spannung TO und
die Spannungsspule ig des Systems III über die Hilfswicklung 22 an die Spannung
R0 angeschlossen.
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Das Spannungsdiagramm des Zählers ist ähnlich wie das gemäß Fig. 12,
nur mit dem Unterschied, daß eine Phasenverschiebung von 30° zwischen den aufgedrückten
Spannungen und den an den Spannungsspulen der Systeme herrschenden Spannungen v
orlianden ist. Aus diesem Grunde muß sich die Windungszahl der Hauptspulen zu denjenigen
der Hilfsspulen wie 1/-2-: z verhalten.
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Der Blindverbrauchzähler gemäß der Erfindung bietet gegenüber den
bisher üblichen Blindverbrauchzählern in Kunstschaltung den Vorteil, daß er einen
geringeren Eigenverbrauch
hat und auch wesentlich billiger-hergestellt
werden kann.
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Bei dem in Fig.16 dargestellten Schaltungsschema für die Spannungsspulen
eines Scheinverbrauchzählers sind die Hilfswicklungen 27, 28 und 29 mit Hilfe eines
Umschalters 3o aus- oder einschaltbar.
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Schwankt in einer Anlage die Phasenverschiebung zwischen Strom und
Spannung nur innerhalb 2o° kapazitiv bis 20° induktiv, so erfolgt die Messung des
Scheinverbrauchs nur mit Hilfe der Hauptspulen 24, 25, 26. Die Spannungsvektoren
haben dann die im Diagramm (Fig. 17) mit den gleichen Bezugzeichen versehene Lage.
Wird die Phasenverschiebung zwischen " Strom und Spannung größer als 2o° induktiv,
dann werden die Hilfsspulen 27, 28, 29 von Hand oder automatisch mit Hilfe eines
cos (p-Zeigers eingeschaltet. Der Zähler erhält dadurch Überverschiebung, und zwar
addieren sich die in den Hilfswicklungen induzierten EMKe 27', 28', 29' vektoriell
zu den an den Hauptwicklungen herrschenden Spannungen 24', 25', 26' zu den aufgedrückten
Spannungen 0R, OS, 0T. Die Größe der erzielten Überverschiebungen richten sich ebenso
wie bei den vorher beschriebenen Zählern nach den gewählten Windungszahlen der Hilfswicklungen
27, 28, 29.
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Soll der Fehler innerhalb der üblichen Grenzen bleiben, dann darf
die Überverschiebung höchstens 40° betragen.
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Wie sich aus dem Diagramm (Fig. 17) ergibt, haben bei der beschriebenen
Ausführungsform die Spannungen 24', 25', 26' nicht die gleiche Größe wie die aufgedrückten
Spannungen 0R, OS, 0T.
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Um diesen Fehler zu beseitigen, wird man daher bei der praktischen
Ausführung jeder Hauptspule nicht nur eine, sondern zwei Hilfsspulen zuordnen, von
denen die eine an eine um 6o° voreilende und die andere an eine um i2o° voreilende
Spannung angeschlossen wird. Das Vektordiagramm für eine derartige Schaltung ist
in Fig. i8 dargestellt. Wie aus dem Diagramm zu entnehmen ist, müssen die Windungszahlen
der Hilfsspulen verschieden groß gewählt werden, um zu erreichen, daß die vorverschobenen
Vektoren die gleiche Größe wie die ursprünglichen Spannungsvektoren haben.
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Soll der vorbeschriebene Zähler zur Messung des Scheinverbrauchs bei
einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung von o bis 8o° induktiv verwendet
werden, dann sind die Hauptspulen des Zählers an Spannungen anzulegen, die gegenüber
den aufgedrückten Spannungen des Ausführungsbeispiels um 6o° nacheilen. Ein weiterer
Unterschied gegenüber dem beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht darin, daß die
Hilfsspulen von o bis ?_4o° induktiver Phasenverschiebung eingeschaltet sind und
beim Uberschreiten dieser Phasenverschiebung von dem cos cp-Relais abgeschaltet
werden.
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Allgemein ausgedrückt, werden bei einem Scheinverbrauchzähler die
Hilfsspulen immer dann zugeschaltet, wenn die Phasenverschiebung zwischen Strom-
und Spannungstriebfluß kleiner als 70° bzw. größer als i io`-' wird.