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Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen oder Eichen von Drehstrommeßgeräten,
insbesondere Drehstromzählern, unter Verwendung eines einphasigen Prüfgerätes, insbesondere
Eichzählers Zum Prüfen oder Eichen von Drehstrommeßgeräten, insbesondere Drehstromzählern,
bei symmetrischer Belastung oder nahezu symmetrischer Belastung der einzelnen Phasen
sind bereits verschiedene Schaltungen bekanntgeworden. Die einen Prüfschaltungen,
bei denen der Prüfling in derselben Weise mit den Leitern des Drehstromnetzes verbunden
ist wie bei seiner normalen Betriebsschaltung, erfordern ein mehrphasiges oder mehrere
einphasige Prüfgeräte, deren Angaben entsprechend summiert werden müssen. Solche
Schaltungen sind aber verwickelt und die entsprechenden Meßeinrichtungen verhältnismäßig
teuer oder umständlich im Betrieb. Bei anderen Schaltungen, bei denen der Prüfling
mit einem einphasigen Prüfgerät geeicht oder geprüft wird, müssen für den Prüfling
Ersatzschalfungen verwendet werden, die seinen normalen Betriebsverhältnissen nicht
entsprechen. Wenn die Zugkräfte der einzelnen Systeme des Prüflings dabei nicht
genau aufeinander abgeglichen sind oder der Prüfling keine sogenannte Drehfeldkompensation
hat, dann lassen sich bei dieser Schaltung verschiedene Fehler, die sonst bei der
normalen Schaltung des Prüflings auftreten, nicht feststellen.
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Trotz einer solchen Prüfung kann also der Prüfling in seiner normalen
Betriebsschaltung Fehler aufweisen.
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Die Erfindung vermeidet solche und ähnliche Mängel. Besonders charakteristisch
für die Erfindung ist, daß trotz Verwendung eines einphasigen Prüfgeräts der Drehstromprüfling
bei der Eichung oder Prüfung in seiner normalen betriebsmäßigen Schaltung arbeitet
und somit alle betriebsmäßig auftretenden
Fehler berücksichtigt
werden können.
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Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß in dem zu prüfenden
Drehstrommeßgerät, z. B. einem Drehstromzähler, stets bestimmte Spannungen und Ströme
des Drehstromnetzes paarweise Stromspannungsprodukte (Vektorprodukte), die die Drehmomente
der einzelnen Systeme ergeben, gebildet werden. Die gleichen Stromspannungsprodukte
lassen sich nun in dem einphasigen Prüfgerät dadurch erzeugen, daß man die auf den
Prüfling wirkenden Spannungen nach der Art der bekannten Aronschaltung auf das Spannungssystem
des Prüfgeräts und die auf den - Prüfling wirkenden Ströme nach der gleichen Schaltung
auf das Strsmsyitem des Prüfgeräts einwirken läßt. Da nun im einphasigen Prüfgerät
das Produkt aus der Vektorsumme der zugeführten Spannungen und Ströme gebildet wird,
müssen sich. notwetldigerweise im Prüfling nicht auftretende Zusatzprodukte von
Strömen und Spannungen ergeben. Wenn man nun während der Eich- und Prüfperiode die
Ströme und Spannungen des Prüflings bzw. des Drehstromnetzes so einstellt, daß diese
Zusatzprodukte bzw. ihr Zeitintegral verschwinden, dann müssen bei fehlerfreielri
Arbeiten des Prüflings die Angaben von Prüfung und Prüfgerät genau übereinstimmen.
Dieser Zustand läßt sich leicht mittels eines Hilfsgeräts (Relais, Anzeigegerät,
Zähler) herbeiführen, dessen Meßsysteme derart geschaltet sind, daß die Angaben
des Hilfsgeräts gerade diesen Zusatzprodukten entsprechen. Man braucht dann nur
den Prüfling bzw. das Drehstromsystem während der Prüfperiode derart einzustellen,
daß das Hilfsgerät dauernd Null zeigt oder, falls es ein integrierendes System ist,
die Angabe des Hilfsgeräts spätestens am Ende der Prüfperiode verschwindet.
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Die praktische Durchführung dieser Erkenntnis ist ohne weiteres unter
Zuhilfenahme vorhandener und bereits bekannter Bauelemente möglich, indem man das
Spannungssystem des Prüfgeräts über einen Wandlersatz an die in Betracht kommenden
Spannungen des Prüflings und das Stromsystem des Prüfgeräts über einen weiteren
Wandlersatz an die in Betracht kommenden Ströme des Prüflings anschließt. Die Primärseiten
der Wandlersätze liegen an den entsprechenden Spannungen bzw. Strömen des Prüflings,
die Sekundärseiten brauchen nur in der bekannten Summenschaltung hintereinander-
bzw. parallel geschaltet zu werden.
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Als Hilfsgerät kann beispielsweise ein gewöhnlicller Drehstromzähler
mit oder ohne Gegendrehmoment dienen, der mit seinen verschiedenen Systemen unter
entsprechender \~ertauschung der Anschlußklemmen an die Ströme und Spannungen des
Prüflings angeschlossen wird.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden:
In Fig. I sind RST die Leiter eines Drehstromsystems, das durch Widerstände t-V
mehr oder weniger symmetrisch belastet ist.
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ÄVie bei den bekannten Eichstationen sind die Belastungen bzw. auch
die Spannungen der einzelnen Phasen oder die verketteten Spannungen einstellbar.
P bzw. p ist das zu prüfende Drehstromgerät in der üblichen Schaltung. E ist das
einphasige Prüfgerät1 I ist das Hilfsgerät zur Überwachung der Zusatzprodukte, N
ist ein Spannungswandler satz, 61 ist ein Stromwandlersatz.
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Bei dem Prüfling P liegt die Stromspule 1 1 des Lileßsystems I in
der Phase R. Die Spaunungsspule 12 ist zwischen R und S eingeschaltet. Nach bekannten
Gesetzen ergibt das Meßsystem 1 ein Drehmoment, das proportional dem Vektorprodukt
URSS JR ist Die Stromspule 21 des Meßsystems 2 liegt in der Phase T, die Spannungsspule
22 zwischen den Phasen 7 und S. Das System 2 ergibt somit ein Drehmoment, das dem
Vektorprodukt UTS- JT proportional ist. Die Summe der Drehmomente der Systeme 1
und 2 ist nach dem Gesetz der Aronschaltung proportional der Leistung des Drehstromnetzes.
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Der Spannungswandlersatz N befindet sich in der sogenannten V-Schaltung,
wobei jedoch seine Sekundärwicklung umgepolt ist, und zwar ist die Primärwicklung
I4 des einen Wandlers I3 zwischen R und S und die Primärwicklung 24 des anderen
Wandlers 23 zwischen S und T eingeschaltet. Die Sekundärwicklungen 15 und 25 sind
unter Umpolung der einen Wicklurlg IS in Reihe geschaltet und an die Spannungswicklung3I
des Prüfgeräts E angeschlossen. Nach bekannten Gesetzen ergibt sich dann für die
Wicklung 3I eine Spannung, die proportional ist oder Vektorsumme UR-S + UTS-Bei
dem StromwandlersatzJl liegen die Primärwicklungen in den Phasen R und T, die Sekundärwicklungen
I6 und 26 sind parallel an die Stromwicklung 32 des Prüfgeräts E angeschlossen.
Außerdem ist die Sekundärwicklung I6 mit der Stromwicklung 27, die Sekundärwicklung
26 mit der Stromwicklung I7 des Hilfsgeräts H in Reihe geschaltet. Die Spannungswidclung
I8 des Iiilfsgeräts liegt an RS, die Spannungswicklung 28 an TS.
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Daraus ergibt sich folgende Wirkungsweise: Die Stromwicklung 32 des
Prüfgeräts E führt einen Strom, der der Vektorsumme JR + JT proportional ist, die
Stromwicklung
27 des Hilfsgeräts führt einen Strom proportional
1R und die Stromwicklung I7 einen Strom proportional JT, während die Spannungswicklung
I8 an der Spannung UR-S und die Spannungswidclung 28 an der Spannung UTS liegt.
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Das Drehmoment des Prüfgeräts E ist proportional dem Vektorprodukt
der auf die Wicklungen 31 und 32 wirkenden Spannungs-und Stromsummen, also proportional
(URS + UT-S) ' (JR + JT) oder = URS.JR + UR-S.JT+UT-S.JR+ UT-S'JR Das Drehmoment
des Prüflings P ist dagegen UR- S-JR + U7%~S JT Bei dem Prüfgerät E ergeben sich
also Zusatzprodukte ZllTS- je + UT5 JR. die im Prüfling P nicht vorhanden sind.
Diese Zusatzprodukte werden aber in dem Hilfsgerät H gemessen, denn durch das Zusammenwirken
der Wicklunge 17 und I8 ergibt sich das Vektorprodukt UR-S.JT und durch das Zusammenwirken
der Wicklungen 27, 28 das Vektorprodukt UT-S . JR. Wenn die beiden Wicklungspaare
auf eine gemeinsame Welle einwirken oder ihre beiden Anker entsprechend miteinander
gekuppelt sind, sind also die Angaben des Hilfsgeräts H proportional bzw. gleich
den Zusatzprodukten des Prüfgeräts E.
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Wird nun die Belastung W bzw, das Spannungspolygon des Drehstromnetzes
RST so eingestellt, daß das Hilfsgerät ii nichts anzeigt, dann heben sich im Prüfgerät
E die Zusatzprodukte gerade auf, und das Gerät zeigt, obwohl es nur einphasig ist,
genau die Leistung des Drehstromsystems an.
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Das Prüfgerät E kann ein Wattmeter oder ein Prüf- oder Eichzähler,
zweckmäßig aber ohne Bremsmagnet, sein, der nach irgendeinem Eichverfahren, vorzugsweise
nach dem Gleichlastverfahren, arbeitet. Durch Vergleich der Angaben des Prüflings
P und des Prüfgeräts E bzw. durch Ablesung des Prüfgeräts E bei abgestoppter Drehzahl
des Prüflings P läßt sich dann in bekannter Weise der Fehler des Prüflings ermitteln
bzw. der Prüfling eichen. Da das Prüfgerät E unter den angegebenen Verhältnissen
genau die Drehstromleistung mißt, kann mit ihm auch der Prüfling p in der bekannten
Dreisystemschaltung ohne weiteres geeicht werden.
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In Fig. 2 sind in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung q7 zwischen
Phasenstrom und Phasenspannung des Drehstromsystems durch die Kurve 187 und 287
die Drehmomente der Systeme I7 und I8 bzw. 27 und 28 des Hilfsgeräts H aufgetragen,
unter der Voraussetzung symmetrischer Belastung. Wie die beiden Kurven erkennen
lassen, sind bei allen Phasenlagen die Drehmomente der beiden Systeme stets gleich
groß und einander entgegengesetzt. Infolgedessen arbeitet das Hilfsgerät H sehr
ruhig, denn seine Angabe ändert sich auch dann nicht, wenn sich die Phasenlage der
Drehstrombelastung ändert. Die Drehmomente nach der Fig. 2 erhält man, wenn man
als Hilfsgerät einen Drehstromwirkverbrauchszähler mit entsprechend vertauschten
Anschlüssen gemäß Fig. 1 benützt. Nun gehen aber die Drehmomente gerade bei der
Phasenverschiebung Null, also bei induktionsfreier Belastung, durch Null hindurch,
sind also gerade an dem für die Messung wichtigen Punkt sehr klein.
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Wegen der Reibung zwischen den mechanischen Teilen des Hilfsgeräts
wird sich das Hilfsgerät auch dann noch nicht bewegen, wenn die beiden Drehmomente
nicht genau gleich groß sind. Der dadurch bedingte Fehler ist aber, wie Versuche
gezeigt haben, sehr klein. Man kann ihn noch weiter herabdrücken, wenn man an Stelle
von Wirkverbrauchssystewnen Systeme mit anderen inneren Abgleichungen, also beispielsweise
Blindverbrauchssysteme, verwendet, dann ergibt sich ein Drehmomentverlauf nach Fig.
3.
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In diesem Falle liegt das Maximalmoment bei Null. Es werden also bei
diesem Belastungsfall auch schon geringfügige Ungleichheiten der beiden Systeme
ein für die Bewegung des Hilfsgeräts ausreichendes Drehmoment ergeben.
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Sollte während der Prüfperiode infolge irgendwelcher Einflüsse das
Hilfsgerät H seine Nullstellung verlassen, dann wird dadurch der Prüfvorgang nicht
unbrauchbar, sondern es genügt, wenn man durch Nachregelung der Belastungsverhältnisse
das Hilfsgerät wieder auf Null zurückbringt. Bei diesem Zurückbringen auf Null werden
mathematisch genau die durch die Zusatzprodukte im Prüfgerät hervorgerufenen, bei
spielsweise positiven Fehler durch gleich große negative Fehler wieder ausgeglichen.
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An Stelle eines Zählers kann für das Hilfsgerät II auch ein Zähler
mit Gegenmoment (Feder), also ein in ein Relaisboder ein BTattmeter umgebauter Zähler
oder ein ähnliches Meßgerät verwendet werden. Wenn man dafür sorgt, daß während
der Eichung das Meßgerät stets auf Null bleibt, dann genügt als Hilfsgerät ein ganz
einfaches Meßgerät, das nur in der Nähe der Nullstellung richtig abgeglichen zu
sein braucht, also beispielsweise eine Stromwaage. Unter Umständen kann man als
Hilfsgerät einen Drehstromzähler mit exzentrischer Scheibe verwenden, die sich nach
bekannten Gesetzen je nach den Verhältnissen der beiden Systeme verschiedenartig
einstellt und damit ohne weiteres
eine Pressung des Ungleichförmigkeitsgrades
der Drehmomente gestattet.
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Gibt man durch entsprwchende Umschaltung oder Phasenabgleichung beispielsweise
des Wandlersatzes N dem Prüfgerät E eine andere Spannung, beispielsweise eine Spannung,
die in Fig. I um go0 gegen die Spannung URS + UT~S verschoben ist, dann kann man
auch Zähler mit abnormaler Innenabgleichung, beispielsweise Blindverbrauchszähler,
prüfen und eichen.
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In analoger Weise läßt sich das Prüf- und Eichverfahren auch für
Vierleiterdrehstromzähler durchführen, wenn man z. B. auf das Spannungssystem des
Prüfgeräts in positivem Sinne zwei Phasenspannungen und in negaeinem Sinne die dritte
Phasenspannung und auf das Stromtriebsystem zwei Phasenströme und in negativem Sinne
den dritten Phasenstrom je gemeinsam einwirken läßt. Auch hier ergeben sich dann
in dem Prüfgerät, außer den im Prüfling vorkommenden Stromspannungsprodukten, Zusatzprodukte,
die man mit Hilfe eines Hilfsgeräts auf Null einstellen kann. Das Verfahren, dessen
Gegenstand die Erfindung ist, läßt sich auch mit verschiedenen anderen Schaltungen
durchführen, wenn man bei der Prüfung oder Eichung darauf achtet, daß die im Prüfgerät
auftretenden Zusatzprodukte oder ihr Zeitintegral zu Null gemacht werden.