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Anordnung zur Messung der elektrischen Leistung Es ist bereits bekannt,
zur Messung der elektrischen Wirkleistung die geometrische Summe und die geometrische
Differenz aus einem dem Strom und einem der Spannung proportionalen Vektor zu biIden,
die denselben Phasenwinkel miteinander einschließen wie die Spannung und der Strom,
deren Leistung gemessen werden soll. Die so erhaltenen Größen werden nach Quadrierung
miteinander verglichen. Zu diesem Zweck dient bei der bekannten für Drehstromsysteme
ausgebildeten Anordnung, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Waagebalkenrelais mit den
Spulen I und 2, bei dem der Waagebalken um eine Achse 3 drehbar ist und einen beweglichen
Kontakt 4 besitzt, der sich zwischen den beiden feststehenden Kontakten 5 und 6
bewegt. Mit 7 ist eine an den linken Hebel angreifende Feder bezeichnet. Mit 8 ist
ein Stromwandler bezeichnet, zu dem parallel die Luftdrosselspule g geschaltet ist.
Zwischen der Mittelanzapfung des Stromwandlers und den unteren Enden der Spulen
I und 2 liegt die Sekundärwicklung des Spannungswandlers 10. Die oberen beiden Enden
der Spulen I und 2 sind mit den Enden der Drosselspule 9 verbunden.
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In Fig. 2 ist das Vektordiagramm dargestellt.
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Es bedeutet U die Sekundärspannung des Spanntmgswandlers, J . X die
in der einen Stromwandlerhälfte auftretende Spannung. Da wegen der Belastung des
Stromwandlers durch die Drosselspule 9 diese dem Strom proportionale Komponente
J X um 900 gegenüber dem Strom versetzt ist, ist der Spannungswandler, um das Relais
auf die Wirkleistung ansprechen zu lassen, an die beiden Phasenleitungen angeschlossen,
in welchen der Stromwandler 8 nicht liegt, so daß die Vektoren U und J X dieselbe
Phasenlage besitzen wie Phasenstrom und Phasenspannung. Zur SpannungU wird einmal
der stromproportionale Vektor addiert und das andere Mal subtrahiert.
so
daß auf die eine Spule des Waagebalkenrelais die Spannung U1, auf die andere die
SpannungEfW einwidt. Wegen der quadratischen bhängigkeit zwischen Zugkraft und Spulenspannung
ergibt sich, daß die Different beider Spulenkräfte der Wirkleistung propor)"; tional
ist. Die Differenz der Spulenkräfte wird in der Gleichgewichtslagre des Waagebalkens
gerade durch die gleichbleibende Kraft der Feder 7 aufgehoben so daß das Relais
nur bei einer bestimmten Leistung im Gleichgelricht sein kaml. bei Abweichung von
dieser Leistung nach rechts oder links Kontakt gibt.
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Bekannt sind ferner thermische Wattmeter, bei denen durch den Ileizdraht,
welcher zu der einen Thermoelementenreihe eines Systems gehört. ein dem Quadrat
der Summe des Stromes und der Spannung proportionaler Strom fließt. während in dem
anderen zur zweiten Thermodementenreihe desselben Systems gehörenden Heizdraht cin
dem Quadrat der Differenz dieser beiden Größen proportionaler Strom fließt. Die
beiden Thermoelementenreihen werden durch Gegeneinanderschaltung miteinander bezüglich
der in ihnen erzeugten Spannungen verglichen.
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WIit dieser bekannten Waitmeterschaltung könnten u. a. auch die dielektrischen
Verluste von Kondensatoren, wobei also ein schlechter Leistungsfaktor auftritt,
gemessen werden.
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Bei einer anderen bekannten Schaltungsanordnung zum Messen einer elektrischen
Leistung, bei der der Unterschied des Quadrats der Spannungen an zwei Widerständen
die zu messende Leistung angibt, sind zwei Entladungsröhren vorgesehen. an deren
Gitter die genannten Spannungen angelegt sind, während die Ruhespannungen der beiden
Entladungsröhren derart eingestellt sind, daß die Röhren im gebogenen Teil ihrer
Kennlinie arbeiten.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Anordnung zur Messung der Wirkleistung
bei schlechtem Leistungsfaktor unter Verwendung der Summe und der Differenz aus
einem der Spannung und einem dem Strom proportionalen elektrischen Vektor, die nach
Quadrierung miteinander mittels einer Anordnung, wo die Teilgrößen mechanisch getrennt
auftreten, insbesondere mittels eines Waageball;enrelais verglichen werden. Erfindungsgemäß
wird sowohl der elektrischen Summenals auch der elektrischen Differenzgröße ein
der Spannung bzw. dem Strom proportionaler elektrischer Vektor zugesetzt, und die
beiden Zusatzvektoren sind gegensinnig der Span. nung bzw. dem Strom verdreht. Durch
diese Maßnahme wird gegenüber den bekannten Anordnungen mit mechanischem Vergleichsorgan
bei gleich sorgfältiger Ausführung eine Erhöhung der Genauigkeit der Meßvorrichtung
erzielt bzw. die Erfindung ermöglicht es, allen bekannten Anordnungen gegenüber
bei gleicher Meßgenauigkeit mit nicht so sorgfiltig ausgeführten und dafür billigeren
und - einfacheren mechaniseben Vergleichsvorrichtungen zu arbeiten. Es ist dies
darauf zurückzuführen. daß durch die Hinzufügung der elektrisclien Vektoren dem
Waagebalkenrelais bzw. der äquivalenten Vorrichtung Vergleichsgrößen zugeführt werden,
deren Differenzgröße dieselbe geblieben ist, während die absoluten Größen sich wesentlich
vermindert haben, so daß das Waagebalkenrelais wesentlich kleineren Kräften ausgesetzt
ist und daher genauer arbeiten kann, insbesondere wenn es in seiner Dimensionierung
diesen geringen Kräften angepaßt ist. Man erreicht also, daß die die Vergleichswerte
bildenden Summen-und DiEferenzvektoren. also die jetzt z. B. auf die Spulen 1 und
2 einwirkenden Spannungen, klein gegenüber den ursprünglichen Werten gehalten werden
können. In Fig. 2 ist das Vektordiagramm einer derartigen Anordnung ebenfalls dargestellt.
Zur Spannung U werden in Durchführung des Erfindungsgedankens die Spannungen U3
und U4 addiert, die gegenüber der Spannung U gegensinnig verdreht sind. Zu den so
erhaltenenSpannungsvektoren J Ur, und U, wird in üblicher Weise wieder der dem Strom
proportionale VektorJ-X addiert und subtrahiert Auf die beiden Spulen des Waagebalkenrelais
wirken dann die Größen U und U5 ein. Man sieht, daß diese gegenüber den ursprünglichen
Größen U1 und U2 wesentlich kleiner sind, obwohl die Differenz der von ihnen erzeugten
Kräfte die gleiche geblieben ist. Die günstigste Versetzung der Spannungen wird
erhalten, wenn U;J . X ein Minimum im ganzen Arbeitsbereich ist.
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Statt zur Spannung spannungsproportionale Vektoren hinzuzufügen,
die gegenüber der Spannung gegensinnig verdreht sind, könnte man auch zur Summe
und zur Differenz je einen stromproportionalen Vektor hinzufügen, die gegenüber
dem Vektor J X gegensinnig verdreht sind.
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Statt zusätzliche Spannungs- oder Stromvektoren einzufügen, kann
man in Abänderung des Erfindungsgedankens bei Drehstrom systemen zur Bildung des
Summen- oder Differenzvektors unmittelbar zwei Spannungsvektoren U5 und U6 verwenden,
die gegensinnig gegenüber der Anfangsspannung U verdreht sind, es sind dies die
beiden anderen verketteten Spannungen. Das gleiche gilt umgekehrt für die Stromvektoren.
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In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in der abgeänderten
Form dargestellt. Soweit die Teile mit denen der Fig. 1 übereinstimmen, sind die
gleichen Bezugszeichen
gewählt. Zum Unterschied von der Anordnung
nach Fig. 1 sind Spannungswandler 10 und 1 1 vorgesehen, die Spannungen liefern,
welche gegenüber der Spannung des Wandlers 10 in Fig. 1 um D bzw. 6o versetzt sind,
so daß sie ungefähr den SpannungenU5 und U6 in Fig. 2 entsprechen. Die eine wirkt
zusammen mit dem Vektor + J.X J . X auf die eine, die andere mit dem Vektor J X
auf die andere Spule des Relais.
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Die Anordnung nach der Erfindung ist nicht auf die Verwendung eines
Waagebalkenrelais beschränkt, sondern kann überall da angewendet werden, wo die
Summe und die Differenz aus einem strom- und einem spannungsproportionalen Vektor
gebiIdet und die so erhaltenen Größen nach Quadrierung miteinander verglichen werden
unter der Voraussetzung, daß die Teilgrößen mechanisch getrennt auftreten, so daß
die Kräfte wirklich zur Auswirkung kommen.
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Zur Messung der Blindleistung bei gutem Leistungsfaktor kann die
Erfindung in sinngemäßer Weise angewendet werden, z. B. wäre in Fig. a der Strom
um 900 zu verdrehen.
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TNTRNSRÜCE: I. Anordnung zur Messung der Wirkleistung bei schlechtem
Leistungsfaktor unter Verwendung der Summe und der Differenz aus einem der Spannung
und einem dem Strom proportionalen elektrischen Vektor, die nach Quadrierung miteinander
mittels einer Anordnung, wo die Teilgrößen mechanisch getrennt auftreten, insbesondere
mittels eines Waagebalkenrelais, verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß
sowohl der elektrischen Summen- als auch der elektrischen Differenz größe ein der
Spannung bzw. dem Strom proportionaler elektrischer Vektor zugesetzt wird und die
beiden Zusatzvektoren gegensinnig gegenüber der Spannung bzw. dem Strom verdreht
sind.