DE854549C

DE854549C - Power factor meter and synchronoscope for three-phase and single-phase alternating current using Ferraris measuring mechanisms

Info

Publication number: DE854549C
Application number: DEP46194A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Wichmann
Original assignee: Metrawatt AG
Current assignee: Metrawatt AG
Priority date: 1949-06-18
Filing date: 1949-06-18
Publication date: 1952-11-06

Description

Leistungsfaktormesser und Synchronoskop für Drehstrom- und Einphasen -Wechselstrom unter Verwendung von Ferraris-Meßwerken Leistungsfaktormesser für Vierquadrantenanzeige, die, entsprechend dimensioniert und geschaltet, in prinzipiell gleicher Anordnung als Synchronoskop eingesetzt werden können, sind in verschiedensten Ausführungen bekannt. Kennzeichnend für diese Geräte ist es, daß sie sich im allgemeinen nicht für Ein- bis Zweiquadrantenanzeige vereinfacht darstellen lassen, ferner daß sie alle nur aus Bauelementen konstruiert sind, die ihrer besonderen Eigenart entsprcchen. Power factor meter and synchronoscope for three-phase and single-phase -AC using Ferraris measuring mechanisms Power factor meter for four-quadrant display, which, dimensioned and switched accordingly, in basically the same arrangement Can be used as a synchronoscope are in various designs known. It is characteristic of these devices that they are generally not for one to two-quadrant display can be shown simplified, also that they all are constructed from components that correspond to their particular characteristics.

Da beide Gerätearten nicht als ausgesprochenes Serienfabrikat angesprochen werden können, sind sie in der Fertigung verhältnismäßig ur.wirtschaftlich und daher teuer.Since both types of device are not addressed as a downright serial product can be, they are relatively primitive in production and therefore expensive.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Gerät, welches unter Verwendung der Bauelemente jedes beliebigen Ferraris-Meßwerkes, selbst ältester und für Leistungsmessung ungünstigster Konstruktion, erstellt werden, damit als Nebenprodukt einer Serienfabrikation äußerst wirtschaftlich und daher billig hergestellt werden kann und trotzdem nicht nur die Güte der bisher bekannten Geräte erreicht, sondern diese noch, wie später aus der Wirkungsweise ohne weiteres ersichtlich wird, in mancher Beziehung übertrifft. The present invention is a device which under Use of the components of any Ferraris measuring mechanism, even the oldest and for the most unfavorable construction for performance measurement, so as By-product of a series production extremely economical and therefore manufactured cheaply can be achieved and still not only achieve the quality of the previously known devices, but this as well, as will be readily apparent later from the mode of action, surpasses in some ways.

Ausgenutzt wird in der vorliegenden Erfindung die Tatsache, daß das Drehmoment eines Ferraris-Meßwerkes unter Voraussetzung konstanten Stromes und konstanter Spannung proportional dem Sinus des Winkels zwischen den wirksamen Flüssen und außerdem nahezu proportional der Eintauchtiefe der Scheibe in den Luftspalt zwischen den Statoren ist. Setzt man zwei Meßwerke an einer exzentrischen Scheibe so ein, daß die von ihnen erzeugten Drehmomente entgegen gesetzt gerichtet sind, so ergibt sich eine stabile Einstellung der Scheibe. Diese Tatsache ermöglicht es, in bereits bekannter Weise zwei Ferraris-Meßwerke als Quotientenmesser einzusetzen. The present invention makes use of the fact that the Torque of a Ferraris measuring mechanism assuming constant current and constant Voltage proportional to the sine of the angle between the effective flows and in addition almost proportional to the depth of immersion of the disc in the air gap between the Stators is. If you set two measuring mechanisms on an eccentric disk so that the torques generated by them are directed in opposite directions, this results in a stable setting of the disc. This fact enables to use two Ferraris measuring units as quotient meters in a known manner.

Nach der Erfindung werden zwei räumlich um I80" versetzte, an zwei auf einer Achse befestigte exzentrische Scheiben oder vier räumlich um je 900 versetzte Ferraris-Meßwerke an einer oder zwei an der Achse befestigten exzentrischen Scheiben eingesetzt und so abgeglichen oder in das Drehstrom- oder Einphasen-Wechselstromnetz geschaltet, daß die entsprechenden Triebflüsse der Meßwerke annähernd gleich groß sind und ferner die innere Phasenverschiebung von einem Meßwerk zum benachbarten, die räumliche Anordnung zyklisch durchlaufend, um je go" verschoben ist. According to the invention, two are spatially offset by 180 ", at two Eccentric disks attached to one axis or four spatially offset by 900 each Ferraris measuring mechanisms on one or two eccentric discs attached to the axis used and so calibrated or in the three-phase or single-phase alternating current network switched so that the corresponding drive flows of the measuring mechanisms are approximately the same and also the internal phase shift from one measuring mechanism to the neighboring the spatial arrangement is cyclically continuous, shifted by go ".

Fig. I zeigt den grundsätzlichen Aufbau des Geräts bei Einsatz von vier Meßwerken, wobei diese an zwei Scheiben S1 und S2 eingesetzt sind, um die sonst stark auftretende gegenseitige Beeinflussung der um 900 in der Phase gegeneinander verschobenen wirksamen Spannungsflüsse zu vermeiden. In Fig. I sind I bis IV die Ferraris-Meßwerke mit den Spannungswicklungen al . . . a4 und den Stromwicklungen bs . . . b4. Fig. 2 zeigt die Drehmomentverteilung bei Änderung des Phasenwinkels um 900 im zu messenden Kreis. Die Meßwerke I bis IV sind dabei schematisch dargestellt an einer exzentrisch gelagerten Scheibe angeordnet. Die jeweilige Stellung der Scheibe bei verschiedenen Phasenwinkeln im zu messenden Kreis ist durch den Pfeil auf derselben gekennzeichnet. Das Drehmoment als Funktion der gegenseitigen Phasenlage der wirksamen Flüsse in den einzelnen Meßwerken, gleiche Eintauchtiefe der Scheiben vorausgesetzt, ist in seiner Richtung durch die den Meßwerken zugeordneten Pfeile und in seiner Größe durch die an den Pfeilen eingetragenen Zahlen symbolisch gekennzeichnet. Fig. 2 A zeigt einen stabilen Zustand der Scheibe bei einem beliebigen Phasenwinkel q, im zu messenden Kreis, Fig. 2B den stabilen Zustand bei einem Phasenwinkel f = = + 30°; Fig. 2C bei einem Phasenwinkel p= + 60° und Fig. 2D bei einem Phasenwinkel fip = + 900. Durch Vergleich von Fig. 2A und Fig. 2D kann man sich davon überzeugen, daß sich der beschriebene Vorgang analog für die weiteren drei Quadranten anwenden läßt. Fig. 3 zeigt die Schaltung des Meßwerkes für Leistungsfaktormesssung im Drehstromnetz und Fig. 4 im Einphasen-Wechselstromnetz. Zur Verwendung als Synchronoskop sind nur die Stromwicklungen durch Spannungswicklungen ersetzt worden und das Gerät geschaltet wie in Fig. 5. Hinsichtlich der Drehmomentbildung gelten dann dieselben Überlegungen wie beim Leistungsfaktormesser. Fig. I shows the basic structure of the device when using four measuring mechanisms, these being used on two disks S1 and S2, in order to avoid the otherwise strong mutual influence of around 900 in the phase against each other to avoid shifted effective voltage flows. In Fig. I, I to IV are the Ferraris measuring units with the voltage windings al. . . a4 and the current windings bs. . . b4. Fig. 2 shows the torque distribution when the phase angle changes around 900 in the circle to be measured. The measuring units I to IV are shown schematically arranged on an eccentrically mounted disc. The respective position of the disc at different phase angles in the circle to be measured is indicated by the arrow on the same marked. The torque as a function of the mutual phase position of the effective Flows in the individual measuring units, provided the discs are immersed at the same depth, is in its direction by the arrows assigned to the measuring mechanisms and in its Size indicated symbolically by the numbers entered on the arrows. Fig. 2 A shows a stable state of the disk at an arbitrary phase angle q, in the circle to be measured, FIG. 2B, the stable state at a phase angle f = = + 30 °; FIG. 2C with a phase angle p = + 60 ° and FIG. 2D with a phase angle fip = + 900. By comparing Fig. 2A and Fig. 2D one can convince yourself that that the process described can be used analogously for the other three quadrants leaves. Fig. 3 shows the circuit of the measuring mechanism for power factor measurement in a three-phase network and FIG. 4 in a single-phase alternating current network. For use as a synchronoscope are only the current windings have been replaced by voltage windings and the device switched as in FIG. 5. The same considerations then apply with regard to the generation of torque as with the power factor meter.

Selbstverständlich läßt sich das Gerät auch unter Zugrundelegung der prinzipiell gleichen Überlegungen mit zwei Meßwerken in Ein- oder Zweiquadrantenanzeige ausführen. In diesem Fall liegt jedoch nach einer Phasenverschiebung von 900 im äußeren Kreis kein definiertes Einstellmoment mehr vor, so daß nur eine Skala für etwa 80° Phasenwinkelanzeige erreicht werden kann; diese läßt sich jedoch bei Verwendung von zwei Scheiben entsprechender Form auf eine Skalenlänge von einem maximalen Bogenmaß von 360" verzerren, so daß ein äußerst genau abzulesender Meßwert angezeigt wird. Man muß in diesem Fall lediglich dafür sorgen, daß die Funktion der Eintauchtiefe der Scheiben in den Luftspalt zwischen den Statoren in Abhängigkeit vom Verdrehungswinkel a im Bereich o; = o ... 360° die Zahlenwerte cos 100 bis cos 80" durchläuft. Aus der Tatsache, daß das Drehmoment von der Eintauchtiefe der Scheiben in den Luftspalt zwischen den Statoren abhängt, resultiert auch ferner, daß sich in bekannter Weise durch besondere Gestaltung der Scheiben innerhalb gewisser Grenzen jeder beliebige Skalenverlauf erreichen läßt. Of course, the device can also be used as a basis basically the same considerations with two measuring units in one- or two-quadrant display carry out. In this case, however, after a phase shift of 900 im outer circle no more defined setting torque, so that only a scale for about 80 ° phase angle display can be achieved; However, this can be used when using of two disks of the same shape to a scale length of a maximum radian measure by 360 "so that an extremely accurate reading is displayed. In this case you only have to ensure that the function of the immersion depth of the disks in the air gap between the stators as a function of the angle of rotation a in the area o; = o ... 360 ° runs through the numerical values cos 100 to cos 80 ". Off the fact that the torque depends on the depth of immersion of the discs in the air gap Dependent between the stators also results in a known manner due to the special design of the panes, any one within certain limits Can achieve scale progression.

PATENTANSPROCHE I. Leistungsfaktormesser, dadurch gekennzeichnet, daß zwei räumlich um I80" versetzte, an zwei auf einer Achse befestigte exzentrische Scheiben oder vier räumlich um je 90° versetzte Ferraris-Meßwerke an einer oder zwei an der Achse befestigten exzentrischen Scheiben eingesetzt und so abgeglichen oder in das Drehstrom-oder Einphasen-Wechselstromnetz geschaltet sind, daß die entsprechenden Triebflüsse der Meßwerke annähernd gleich groß sind und ferner die innere Phasenverschiebung von einem Meßwerk zum benachbarten, die räumliche Anordnung zyklisch durchlaufend, um je 900 verschoben ist. PATENT APPROACH I. Power factor meter, characterized in that that two spatially offset by 180 ", attached to two eccentric ones on one axis Discs or four Ferraris measuring units spatially offset by 90 ° each on one or two eccentric disks attached to the axis are used and thus aligned or in the three-phase or single-phase alternating current network that the corresponding The drive flows of the measuring mechanisms are approximately the same and also the internal phase shift from one measuring mechanism to the neighboring, the spatial arrangement running through cyclically, is shifted by 900 each.

Claims

2. Power factor meter according to claim I, characterized in that that due to the special shape of the discs, any scale course within certain limits and if two measuring units are used on two disks, one can also be used Scale length up to a maximum radian of 3600 is achieved.

3. Power factor meter according to claim I, characterized in that that when using four measuring mechanisms, these are dimensioned so that the device can be used as a synchronoscope with phase and angular velocity proportional display of the time vectors single-phase connected to the machine and single- or two-phase to the busbar.

Attached publications: Archive for technical measurement J 751-2.