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Phasenverschiebungsmeß- oder Registriereinrichtung Bei der Verrechnung
der ausgetauschten elektrischen Arbeit oder für Zwecke der Statistik oder Betriebsüberwachung
ist oft die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung während des Arbeitsaustausches
von Bedeutung. Dabei kommt es weniger auf die jeweiligen Augenblickswerte, sondern
auf Durchschnittswerte dieser Phasenverschiebung an. Schwierig wird die Messung
der Phasenverschiebung, wenn in einer Leitung nicht nur kapazitive und induktive
Belastungen abwechseln, sondern sich auch die Energies trömungsrichtung betriebsmäßig
umkehrt.
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Die Phasenverschiebung muß dann für alle vier Quadranten gemessen
werden. Der erste Quadrant entspricht beispielsweise einer Be lastung, bei der das
eine Werk Wirk- und Blindleistung liefert, der zweite Quadrant dem Fall, daß das
eine Werk Wirkleistung liefert und Blindleistung bezieht, der dritte Quadrant dem
Fall, daß das Werk Wirkleistung und Blindleistung empfängt, und der
vierte
Quadrant dem Fall, daß Wirkleistung empfangen, aber Blindleistung geliefert wird.
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Die meisten bekannten Phasenverschie. bungsmeßeinrichtungen zeigen
Augenblickswerte an, auch sind sie im allgemeinen nicht für alle vier Quadranten
geeignet. In bekannter Weise erhält man eine genügend träge arbeitende und Durchschnittswerte
anzeigende Phasenverschiebungsmeßeinrichtung bei einer meist zur Scheinverbrauchsmessung
verwendeten Meßeinrichtung mit Kurbelreibradgetriebe. Bei einem solchen Getriebe
ruht beispielsweise eine Kugel auf drei Reibrädern, deren Berührungspunkte die Ecken
eines sphärischen, rechtwinkligen Dreiecks bilden.
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Das eine Rad wird von einem Blindverbrauchszähler, das andere von
einem Wirkverbrauchszähler angetrieben während d.as dritte, an einem Schwenkarm
gelagerte Rad mitgeschleppt wird. Der Schwenkarm (Schleppteil) stellt sich dabei
jeweils in die Richtung der resultierenden Kugelbewegung ein. Es ist bekannt, an
diesem Schleppteil eine Anzeigevorrichtung für die Phasenverschiebung, insbesondere
für den Cosinus dieser Verschiebung anzubringen. Eine solche Anzeigevorrichtung
arbeitet aber nur für den Bereich eines Quadranten zuverlässig.
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Erfindungsgemäß erhält man dadurch eine vorteilhafte Phasenverschiebungsmeß-
oder Registriereinrichtung, z. B. cos-rp-Zeiger für alle vier Quadranten, daß mit
dem Schleppteil ein Umformer verbunden. wird, der seine Einstellung in eine beispielsweise
elektrische Größe (Spannung, Strom, Frequenz) umformt, die über zwei Weichen jeweils
einem Gerät eines nach den vier Quadranten aufgeteilten Meß- oder Registriergerätsatzes
zugeführt wird, daß diese Weichen je nach der Energieströmungsrichtung der Verbrauchsgrößen
durch Richtungsrelais umgelegt werden, während die beiden Reibräder des Reibradgetriebes
unabhängig von dieser Strömungsrichtung stets im gleichen Sinn durch die Zähler
fortgeschaltet werden Man vermeidet dadurch, daß beim Hinüberwechseln der Belastungsverhältnisse
von dem einen zu einem an deren Quadranten das Kugel reibradgetriebe in Unordnung
kommt und die Antriebsrichtung der Reibräder umgekehrt werden muß, und erhält den
Vorteil, daß die Anzeigevorrichtung für die Phasenverschiebung getrennt von dem
Kugelreibradgetriebe aufgestellt werden kann. Günstig ist auch die getrennte Anzeige
für die vier Quadranten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
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Fig. I zeigt die Gesamtanordnung; Fig. 2 und 3 zeigen Einzelheiten
für das Reibradgetriebe; in Fig. 4 ist eine bevorzugte Aus.führungsform eines Richtungsrelais
für das Umstellen der Stromweichen dargestellt, das durch von den Zählern ausgesandte
Impulse betätigt wird, also keine Meßsysteme benötigt. Jedoch können an Stelle dieses
Relais auch Richtungsrelais treten, die bei Änderung der Strömungsrichtung ihren
Dreh sinn ändern.
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Die Leitung L verbindet die Kraftwerke A B, die untereinander Wirk-
und Blindleistung austauschen. I, 2 sind zwei Ävirkverbrauchszähler mit Rücklaufhemmung
und Kontaktgebern I0, 20. Bei Lieferung von A nach B läuft beispielsweise der Zähler
I, während der Zähler 2 durch die Rücklaufhemmung festgehalten ist. Wenn ,4 von
B elektrische Arbeit bezieht, läuft der Zähler 2, während der Zähler I stillsteht.
Der Blindleistungsdurchgang wird durch die Blindverbrauchszähler 3, 4 mit Rücklaufhemmungen
und Kontaktgebern 30, 40 gemessen. Ist die Strömungsrichtung der Blindleistung von
A nach B gerichtet. dann läuft der Zähler 3, der Zähler 4 steht still, ist sie von
B nach 4 gerichtet, dann läuft der Zähler 4, und der Zähler 3 steht still. Die Kontaktgeber
10, 20 der Wirkverbrauchszähler 1, 2 sind über Magnetwicklungen 11, 21 eines Richtungsrelais
5 an eine Magnetwicklung 12 für die Fortschaltung eines Kugelreibradgetriebes 7
angeschlossen.
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Ebenso sind die Kontaktgeber 30, 40 der Blindverbrauchszähler 3, 4
über Magnetwicklungen 31, 41 eines Richtungsrelais 6 an eine Magnetwicklung 34 der
Reibradgetriebeeinrichtung 7 angeschlossen. Die Richtungsrelais 5, ó, deren Ausführungsform
an Hand der Fig. 4 später erläutert wird, steuern Stromweichen 51, 61 mit den Kontakten
52, 53 bzw. 62, 63. Das Richtungsrelais 5 legt, wenn der Zähler 1 läuft, also Impulse
durch die Wicklung 11 gehen, die Weiche 51 auf den Kontakt 52, wenn der Zähler 2
läuft, also Impulse durch d!ie Wicklung 21 gehen, auf den Kontakt 53. In ähnlicher
Weise legt das Richtungsrelais 6 die Stromweiche 61 auf den Kontakt 62, wenn der
Blindverbrauchszähler 3 läuft, also die Wicklung 31 Impulse erhält, auf den Kontakt
63 dagegen, wenn der Zähler4 läuft. die Impulse also über die Wicklung 41 gehen.
Die Fortschaltwerke 71, 72 der Getriebeanordnung 7, die in Fig. 2 noch besonders
dargestellt sind, werden aber im gleichen Sinn durch die Magnete 12, 34 betätigt,
gleich--gültig, ob der Zähler I oder 2 bzw. 3 oder 4 läuft. Die Wicklung 12 (Fig.
2) wirkt auf einen Anker 710 ein, der ein Klinkenrad 711 und den einen Teil 7I2
eines Differentialgetriebes D fortschaltet. Der zweite Teil 713 dieses Getriebes
wird in entgegengesetztem Sinn von einem Hilfsmotor 714 angetrieben, der mit einer
Bremsscheibe 715 und mit einem Reibrad 73 des Kugelreibradgetriebes mit der
Kugel
70 verbunden ist. Der dritte Teil 716 des Differentialgetriebes trägt einen Bremshebel
717, der mit der Bremsscheibe 715 zusammenarbeitet. Zwischen den einzelnen in Fig.
2 dargestellten Teilen sind Vorgelege eingeschaltet, die der Einfachheit halber
weggelassen sind. Diese Fortschalteinrichtung arbeitet derart, daß der durch Drehung
des Rades 711 vorgegebene Meßweg jeweils unter Nachdrehen des Rades 73 durch den
Hilfsmotor 714 aufgeholt wird, denn bei der Vordrehung des Rades 711 wird der Bremshebel
717 gelüftet und, sobald der Hilfsmotor 714 nachgedreht ist, wieder gegen die Bremsscheibe
715 gedrückt. Natürlich können für den Antrieb des Reibrades 73 auch andere Nachlaufsteuergetriebe
mit Hilfsmotor verwendet werden, jedoch kann das elektromagnetische Klinkwerk 12,
710, 712 auch unmittelbar das Reibrad 73 antreiben. In derselben Weise arbeitet
das Fortschaltgetriebe 72, das das Reibrad 74 antreibt.
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In Fig. 3 ist der Schleppteil 75 des Reibradgetriebes 7 dargestellt.
Er besteht aus einem Arm, der schwenkbar um die Achse 751 gelagert ist und eine
Laufrolle 752 trägt. Wie erwähnt, stellt sich der Arm 75 jeweils in Richtung der
resultierenden Kugelbewegung ein, deren Richtung sich bekanntlich mit der Phasenverschiebung
in der Leitung L ändert.
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Mit dem Arm 75 ist irgendein Umformer verbunden, der die Einstellung
dieses Armes in eine beispielsweise elektrische Größe (Spannung, Strom, Frequenz)
unformt. In der Zeichnung ist der Einfachheit halber ein Spannungsteilerwiderstand
753 dargestellt, über den ein mit dem Arm 75 verbundener Kontaktarm 754 schleift.
Die beiden Enden des Widerstandes 753 sind bei a, b an eine Spannungsquelle angeschlossen,
während die abgegriffene Spannung über die Kontakte c, d und die Stromweichen 51,
61 einem nach vier Quadranten aufgeteilten Satz 8 von Phasenverschiebungsanzeige-
oder Registriervorrichtungen zugeführt wird. Die einzelnen Meßgeräte 81 bis 84 sind
den einzelnen Quadranten I bis IV zugeteilt.
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Das in Fig. 4 dargestellte Richtungsrelais 5 setzt sich folgendermaßen
zusammen. In dem Stromkreis des Impulsgebers 10 des Zählers I liegt das elektromagnetische
Klinkwerk 11.
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In der Ruhestellung nimmt die Klinke 13 des Klinkwerks 11 die mit
ausgezogenen Strichen dargestellte Stellung ein und holt beim Eintreffen eines Impulses
bis zu der gestrichelt angedeuteten Stellung I30 aus. Der Winkel a zwischen. den
Stellungen 13 und I30 entspricht dem Hubweg der Klinken. Die Zahnteilung des Klinkenrades
14 ist etwas größer als dieser Hubweg. Entsprechendes gilt für die Klinke 23 des
Klinkwerks 2I, das mit dem Impulsgeber 20 des Zählers 2 verbunden ist, jedoch ist
hier das Klinkeurnd 24 um den halben Hubweg, also a gegen das Klin-kenrad 14 versetzt.
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Beide Klinkenräder sitzen auf einer Schaltwelle 50, die mittels einer
unrunden Scheibe, Schaltstern 54, die Stromweiche 51 bis 53 steuert. Auf der Schaltwelle
50 sitzt ferner ein unter der Einwirkung einer Feder 55 stehendes Rastenrad 56,
dessen Teilung etwas größer ist als$. Das Rastengetriebe 55, 56 drängt infolgedessen
die Schaltwelle 50 in Stellungen, die um etwa einen halben Klinkenhub gegeneinander
versetzt sind.
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Arbeitet das Klinkwerk 11, dann bleibt die Welle 50 in der dargestellten
Lage und durch den Schaltstern 54 wird die Weiche 51 in Verbindung mit dem Kontakt
53 gehalten.
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Die Klinke I3 gleitet dabei an der Zahnflanke 15 des Klinkrades 14
entlang, ohne dieses fortzuschalten. Wird dagegen das Klinkwerk 21 betätigt, dann
schlägt die Klinke 23 in die Stellung 230 aus und bei der Rückkehr in die Stellung
23 wi.rd das; Schaltrad 24 um eine halbe Zahnteilung fortgeschaltet. Dadurch werden
auch die übrigen Teile um eine halbe Zahnteilung gedreht, das Sternrad 54 gibt die
Weiche 51 frei, die nunmehr zu dem Kontakt 52 hinüberfedert und dort liegenbleibt.
Bei allen weiteren Hüben der Klinke 23 gleitet dieser an einer Flanke des Zahnrades
entlang, ohne die Welle 50 fortzuschalten.
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Erst wenn das Klinkwerk 11 wieder betätigt wird, wird die Weiche 51
wieder auf den Kontakt 53 umgelegt. In der Fig. 2 ist noch eine andere Ausführungsform
gestrichelt angedeutet, bei der die Klinkwerke 11, 21 durch ein Kraftverstärkergetriebe
mit Hilfsmotor 150, Differentialgetriebe 16, Sperrdaumen 171, 172 und der unrunden
Scheibe 18 von der Schaltarbeit entlastet sind. Ein solches Getriebe arbeitet folgendermaßen:
Wird die Welle 50 in der Pfeilrichtung gedreht, dann macht der erste Teil 161 des
Differentialgetriebes 16 diese Drehung mit und verdreht dabei den zweiten Teil des
Differentialgetriebes 162 mit dem Sperrdaumen 171 aus dem Weg des Daumens 172. Der
dauernd unter Strom stehende Hilfsmotor 150 dreht dann die unrunde Scheibe 18 um
I80°, so daß die Weiche 51 auf den Kontakt 52 umgelegt wird und nimmt dabei den
dritten Teil I63 des Differentialgetriebes 16 in der Pfeilrichtung mit. Dadurch
wird der zweite Teil 162 des Differentialgetriebes mit dem Daumen 171 wieder in
den Weg des Sperrdaumens 172 zurückgedreht, so daß sich der Motor 150 und die Scheibe
18 nicht weiterdrehen können.
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Solange also der Wirkverbrauchszähler 1
läuft, wiegt
die Weiche 51 auf dem Kontakt 52, und wenn beim Betrieb im ersten Quadranten der
Blindverbrauchszähler 3 läuft, liegt die Weiche 61 auf dem Kontakt 62. Die an den
Klemmen c, d auftretende Spannung wird deshalb dem Meßgerät g1 für den Quadrant
ten 1 zugeführt. Beim Betrieb im Quadrant ten II läuft der Zähler I und der Zähler
4.
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Die Weiche 6I wird deshalb auf den Kontakt 63 umgelegt und nunmehr
das Meßgerät 82 des Quadranten II eingeschaltet. Beim dritten Quadranten läuft statt
des Zählers 1 der Zähler 2 und der Zähler 4. Dadurch wird die Weiche 51 auf den
Kontakt 53 umgelegt. Da die Weiche auf dem Kontakt 63 liegt, ist das Meßgerät 83
des Quadranten III eingeschaltet. Beim vierten Quadranten laufen die Zähler I und
3, die Weichen liegen an den Kontakten 52, 62, so daß das Meßgerät 84 des Quadranten
IV eingeschaltet ist. Das Kugelreibradgetriebe7 arbeitet in allen vier Quadranten
unter den gleichen Ve!rhältsissen, da sich die Räder 73 und 74 stets im gleichen
Sinn drehen.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, daß die Phasenverschiebung ohne
Störungen durch vorübergehende Schwankungen, für alle vier Quadranten zuverlässig
ermittelt werden kann. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß außer den verhältnismäßig
einfachen Meßgeräten 8I bis g4 keine besonderen elek; trischen Meßsysteme erforderlich
sind, da die Wirk- und Blindverbrauchszähler I bis 4 an sich für die Wirk- und Blindverbrauchszählung
vorhanden sein müssen.