DE708949C - Wirk- und Blindstromzeiger - Google Patents

Description

• Wirk- und Blindstromzeiger Für viele Zwecke der Stark- und Schwachstromtechnik ist ein Gerät erwünscht, das den Wirk- - oder Blindstrom mittelbar oder unmittelbar anzeigt. In der Starkstromtechnik werden dazu gewöhnlich dynamometrische Instrumente, insbesondere nach diesem Prinzip gebaute Wattmeter oder Leistungsfaktormesser, verwendet. In der Fernmeldetechnik sind die zu messenden Leistungen meist recht klein, so daß man hier auf Idie Dreiveitmetermethode und Kompensationsmethoden zur Wirkstrommessung angewiesen ist.
• Die dynamometrischen und elektrostatischen Wirkstrommesser beruhen auf der Messung des Drehmoments, das durch zwei Meßgrößen verursacht wird. Neben dem meist stark beschränkten Meßbereich sind diese Meßgeräte bzw. Meßmethoden meist auf sehr kleine Frequenzbereiche beschränkt.
• Bei vielen Messungen besteht jedoch das Bedürfnis nach einem Meßgerät zur Wirk-oder Blindstrommessung, dessen Meßbereich nach oben und nach unten möglichst weit ausdehnbar und.das außerdem für möglichst großen Frequenzbereich verwendbar ist. Mit den dynamometrischen Instrumenten kann keine dieser Forderungen erfüllt werden. Dasselbe gilt für elektrostatische Geräte und die bekannten Kompensations- und Brückenmethoden.
• Der Frequenzbereich ist ferner auch für eine andere bekannte Anordnung, bei der eine gasgefüllte Röhre als phasenabhängiger Schalter wirkt, für viele Fälle nicht ausreichend.
• Verläßt man diese Meßprinzipien und mißt die Differenz zweier Größen mit einem oder mehreren Wechselstrommeßwerken, so sind die vorgenannten Forderungen Jeichter zu erfüllen, insbesondere dann, wenn die Messung über irgendwelche Wechselstromgleichstrom. umformer mit Hilfe eines oder snehrer,er Drehspulenmeßwerke erfolgt. Die bisher bekannten, nach diesem Prinzip arbeitenden Anordnungen beschränken sich aber einesteils auf die Messung der Wirkleistung. anderenteils ist die Anzeige des Wirkstromes mit vektorieller Addition einer dem Strom und einer der Spannung proportionalen Größe nicht selbsttätig. Diesem Übelstand wird durch die nachstehend näher beschriebene Erfindung eines selbsttätigen Wirkstromzeigers abgehol -fen. Der Efindergedanke besteht in der Messung des Wirkstromes J . cos # durch die Messung der linearen Differenz zweier Spannungen. von denen die eine der vektoriellen Summe aus einer dem Meßstrom und einer der Meßspannung proportionalen Größe und die andere der geometrischen Differenz aus diesen beiden GrH5en entspricht, wobei die der Melispamlung proportionale Größe groß gegen die dem Meßstrom proportionale Größe ist-Für die Durchführung des Erfindungsgedankens ergeben sich verschiedene mögliche Schaltanordnungen: eine davon ist in Abb. gezeigt, wo unter Verwendung von Gleichrichtern ein Gleichstrommeßwerk benötigt wird.
• Der Meßstrom J durchfliei?t den Widerstand R1 Über einen Transformator T liegt die Meßspannung U an den Klemmen c, e der Sekundärwicklung W2. Parallel zu R1 liegen der Widerstand R2, die Gleichrichter G2 und G1 and der Widerstand R3 un Reibe. Der Verbindungspunkt d der beiden Gleichrichter liegt @er den Kondensator C und den Widerstand R1 an Klemme e der Sckundärwicklung W2. Die Sekundärwicklung W2 liegt mit dem anderen Ende c an dem Mittelpunkt des Widerstandes R1. Parallel zu dem Kondensator C liegt das Drehspulenmeßwerk d. Stellt man nun die Widerstände R2 und RQ so ein, daß das Drehspulenmeßwerk keinen Ausschlag zeigt, wenn nur die Spannung U oder nur der Strom 1 am Gerät liegt, so ist der Ausschlag des Drehspulenmeßwerks im Normalbetrieb proportional J cos (p, d. h. proportional dem Wirkstrom.
• Die Grundidee des Erfindergedankens geht aus dem in Abb. 4 dargestellten Vektorendiagramm hervor. Der Spannungsabfall 0,5 . J . R1 addiert bzw. subtrahiert sich geometrisch zu der an den Klemmen, c (Abb. I) liegenden Spannung U2. Die an den Klemmen a, e bzw. b, e liegenden Spannungen ergeben sich damit als Bei linearer Gleichrichtung wird im Drehspulenmeßwerk D die Differenz der Spannungen Uac-Ube gemessen. Bemißt man nun die Schaltung so, daß U2 groß gegen J . R1 wird, so ergibt diese Differenz in guter Näberung J . R1 . cos #, d.h. aber, daß die Anzeige des Drehspulenmeßwerks proportional dem Wirkstrom J . cos # ist.
• Dreht man in für derartige Messungen bekannter Weise mit Hilfe eines Netzwerkes die Phase der Spannung oder des Stromes um einen beliebigen Vinkel R so ist die Anzeige der vorbeschriebenen Anordnung proportional 1. cos (# - # oder, wenii man den Winkel # = 90 macht, schließlich J . sin . Man erzielt also durch diese Abänderung, daß jetzt die Anzeige des Gerätes proportional dem Blindstrom ist.
• Der Meßbereich des als Ausführungsbeispiel vorstehend beschriebenen Meßgeräts läßt sich nach oben beliebig erweitern; nach unten ist er durch die Empfindlichkeit der Wechselstromgleicstromumformer und des Drehspulenmeßwerks begrenzt.
• Zwei weitere Ausführungsbeispiele sind in Abb. 2 und 3 dargestellt. Hierbei wird im Gegensatz zu der in Ann. 1 gezeigten Anordnung ein Differentialmeßwerk verwendet. Die beiden Spulen des Meßwerks D1 und D1 (Al)b. 2 und 3) sind so geschaltet, daß ihre Drehmomente einander entgegenwirken, im Meßwerk selbst also die Differenz der beiden Ströme gemessen wird. Im übrigen entsprechen die Bezeichnungen denen von Abb. 1, nur drall in Abb. 2 zwei Kondensatoren C1 und C2, in Abb. 3 zwei Gleichrichterbrücken und in beiden Abbildungen noch ein Widerstand R5 verwendet ist. Letzterer kann durch einen Eisenwasserstoffwiderstand zur Spannungskonstanthaltung gebildet werden. Die in Abb. 3 dargestellte Schaltung hat den weiteren Vorzug geringerer Abhängigkeit von der Kurvenfprm. Die Frequenzabhängigkeit dieser beiden Schaltungen (Abb. 2 und 3) ist ebenfalls geringer als die der in Abb. i gezeigten Schaltung.
• In den Schaltungen nach Abb. 1, 2 und 3 können an Stelle der mechanischen oder elektrischen Gleichrichter auch Thermoumformer verwendet werden, wenn U3 hinreichend groß gegen J- R1 gemacht wird. Ebenso ist die Verwendung von Richtverstärkern möglich In Verbindung mit bekannten Gleichstromzählern lassen sich die vorbeschriebenen Anordnungen als Wirk- und Blindstromamperestundenzähler verwenden.
• Verbindet man den vorbeschriebenen Wirk strom- und Blindstromzeiger mit den beiden Meßwerken eines bekannten lÇoordinatenschreibers, so läßt sich diese Anordnung als Vektorenscreiber verwenden.

Claims (7)

1. P A T E N T A N S P R Ü C H E: 1. Anordnung zur Messung des Wirkstromes mit vektorielier Addition einer dem Strom und einer der Spannung proportionalen Größe und Anzeige an !einem Wechselstrommeßwerk bzw. nach Umformung an einem Gleichstrommeßwerk, gekennzeichnet durch die selbsttätige Anzeige des Wirkstromes J. cos # durch Messung der linearen Differenz zweier Größen, die der vektodellen Summe und der vektoriellen Differenz aus einer der Meßspannung und einer dem Meßstrom proportionalen Größe entsprechen, wobei die der Meßspannung proportionale Größe groß gegen die dem Meßstrom proportionale Größe ist.
2. 2. Abänderung der Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Netzwerks, das eine Phasendrehung um den Winkel # bewirkt, J . cos (# + #), insbesondere J . sin #, d.h. der Blindstrom gemessen wird.
3. 3- Anordnung nach Anspruchs und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige zwei mechanisch oder elektrisch gekoppelte Gleich- oder Wechselstrommeßwerke verwendet werden, insbesondere in Form eines Differentialgleichstrom- oder -wechselstrommeßwerks.
4. 4. Anordnung nach Anspruchs bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Verwendung von Gleichstrommeßwerken erforderliche Wechselstromgleichstromumformung durch mechanische, elektrische, thermische Umformer bzw. Gleichrichter oder Richtverstärker erfolgt.
5. 5. Anordnung nach Anspruchs bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige durch die Wahl. und Bemessung der Schaltelemente weitgehend unabhängig von der Frequenz wird.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung als Vektorenschreiber in Verbindung mit einem Koordinatenschreiber.
7. 7. Anordnung nach Anspruchs bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Messung der Wirk- oder Blindamperestunden in Verbindung mit einem Gleichstromzähler.