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Meßeinrichtung zur Messung eines Wechselstromes und seiner zwei Komponenten
gegenüber einer Festspannung (Wirk- und Blindstrom) nach dem Prinzip der Summen-
und Differenzbildung Bei Wechsel- und Drehstromanlagen genügt es in vielen Fällen
nicht, nur den Strom zu messen, sondern es interessiert auch noch Wirk- und Blindstrom
bzw. Wirk- und Blindleistung. Vielfach wird daher der Einbau folgender drei Instrumente
erforderlich: Strommesser, Leistungsmesser und Blindleistungsmesser. Wenn auch noch
die Spannung gemessen wird, ist es zwar möglich, mit nur zwei Instrumenten auszukommen,
da durch Strom, Spannung und Leistung z. B. auch die Blindleistung festliegt und
berechnet werden kann. Für eine Betriebsmessung ist aber diese Umrechnung etwas
umständlich und erschwert vor allem den klaren Überblick über die Betriebsverhältnisse.
Um an Stelle von Leistungs-und Blindleistungsmesser mit nur einem Instrument auszukommen,
baut man in bekannter Weise auch Instrumente, die durch entsprechende Umschaltung
sowohl als Leistungs-, als auch als Blindleistungsmesser verwendet werden können.
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Wattmetrische Systeme, wie sie für solche Instrumente üblich sind,
werden aber schon in normaler Ausführung erheblich teuerer als z. B. einfach Strom-oder
Spannungsmesser, und durch die Anordnung für die Umschaltung erhöht sich der Preis
noch weiter nicht unerheblich. Besonders bei kleinen Anlagen begnügt man sich daher
aus wirtschaftlichen Gründen vielfach mit der Messung des Stromes, wodurch aber
die Betriebsüberwachung sehr stark erschwert ist.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltung, bei der auf die eigentliche
Leistungs- und Blindleistungsmessung
mit den entsprechenden teueren
Instrumenten verzichtet wird und mit Hilfe eines einzigen Instrumentes außer dem
Strom selbst unter Umschaltung wahlweise die Komponenten gegenüber einer Festspannung
(Wirk- und Blindstrom) nach dem Prinzip der Summen- und Differenzbildung gemessen
werden.
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Nach diesem bekannten Prinzip wird einmal die Summe und einmal die
Differenz aus einer der Spannung und einer dem Strom verhältnisgleichen Spannung
gebildet, und diese Spannungen dann gleichgerichtet und ihre Differenz als Maß für
die Wirk-oder Blindleistung verwendet.
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Die Meßeinrichtung gemäß der Erfindung arbeitet in der Weise, daß
ein Umschalter mit drei Stellungen vorgesehen wird, wobei für die Messung des Stromes
die Zuleitung zum Spannungswandler und außerdem einer der beiden Sekundärkreise
unterbrochen wird, so daß eine einfache Stromwandlerschaltung mit Gleichrichtung
des Sekundärstromes vorliegt, für die Messung des Wirkstromes beide Sekundärkreise
geschlossen und dem Spannungswandler die Netzspannung direkt zugeführt wird, für
die Messung des Blindstromes die Sekundärkreise ebenfalls geschlossen und dem Spannungswandler
eine senkrecht auf die Netzspannung stehende Spannung zugeführt wird, so daß also
mit nur einem Instrument durch einfache Umschaltung der Strom selbst und Wirk- und
Blindstrom gemessen werden können, und zwar mit der gleichen Ableseskala.
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Das Bild zeigt ein Ausführungsbeispiel. Der zu messende Strom wird
über einen Stromwandler I mit zwei Sekundärwicklungen geführt. In Reihe mit diesen
Wicklungen liegen zwei Sekundärwicklungen eines Spannungswandlers 2, zwei Gleichrichter
3 und die Widerstände 4. Die Gleichrichter sind auf der Gleichstromseite über die
Widerstände 4 gegeneinander geschaltet. Fließt in beiden Gleichrichtern und damit
in den Widerständen 4 der gleiche Strom, so wird die Spannung zwischen den Punkten
A und B, an denen das Meßinstrument, ein normales Gleichstrom-MilAivolt- bzw. Amperemeter
liegt, Null. Das Instrument zeigt also keinen Ausschlag. Sobald die Ströme in den
beiden Kreisen verschieden werden, tritt aber zwischen A und B eine Spannung auf,
und durch das Instrument fließt ein dem Differenzstrom verhältnisgleicher Ausgleichstrom.
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Bei Stellung I des Instrumentenumschalters 6, die der einfachen Strommessung
entspricht, ist die Primärwicklung des Spannungswandlers 2 abgeschaltet, und außerdem
ist der eine der beiden Sekundärstromkreise des Stromwandlers I unterbrochen. Fließt
nun in der Primärwicklung des Stromwandlers ein Strom, so wird nach dem Stromwandlerprinzip
auch in der geschlossenen Sekundärwicklung ein diesem Primärstrom verhältnisgleicher
Strom auftreten, der sich über die Sekundärwicklung des Spannungswandlers, der zur
Vermeidung eines größeren Spannungsabfalles in dieser Stellung des Schalters 6 auch
primär direkt oder über Widerstände kurzgeschlossen werden kann, den Gleichrichter
3a und den Widerstand 4, schließt. Der Widerstand 4b bleibt, wenn vom Instrumentenstrom
abgesehen wird, stromlos, das Instrument liegt also über 4o parallel zu Widerstand
4aJ an dem ein dem Sekundärstrom und damit auch dem Primärstrom des Stromwandlers
I verhältnisgleicher Spannungsabfall auftritt.
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Es wird U = Wj r4 mit den im Bild einw2 getragenen Bezeichnungen.
Das Instrument zeigt also einen Ausschlag, der direkt ein Maß bildet für den Primärstrom
des Wandlers.
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Stellung II des Umschalters 6 entspricht der Wirkstrommessung. Die
beiden Sekundärstromkreise des Stromwandlers I sind geschlossen, und die Primärwicklung
des Spannungswandlers 2 liegt direkt an der Wechselspannung. Infolge der nun auch
an den Sekundärwicklungen auftretenden Spannungen werden jetzt auch bei Primärstrom
Null in den beiden Sekundärstromkreisen des Stromwandlers Ströme fließen.
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Bei richtiger Wahl der Sekundäranschlüsse des Spannungswandlers heben
sich die entsprechenden beiden Durchflutungen im Stromwandler auf, so daß nur der
Ohmsche Widerstand der Sekundärwicklungen wirksam wird. Die Spannungswandlerspannung
tritt daher an den beiden Gleichrichtern 3 und den Widerständen 4 auf. Durch genauen
Abgleich der Spannungen und Widerstände läßt sich erreichen, daß bei Strom.Null
auf der Primärseite des Stromwandlers zwischen den Punkten A und B keine Spannung
auftritt, das Instrument also keinen Ausschlag zeigt.
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Fließt nun primär ein Wirkstrom, so wird in bekannter Weise der Strom
in einem Sekundärkreis des Wandlers vergrößert, im andern verringert, so daß jetzt
zwischen den Punkten A und B eine dem Wirkstrom verhältnisgleiche Spannung auftritt.
Die Größe dieser Spannung wird 1L-w 2%2 zu 2 co ' 2 r4 = 3w Die Eichung des Instrumentes
für Strom gilt also auch jetzt für Wirkstrom.
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Wählt man die allein durch die Sekundärspannungen am Spannungswandler
erzeugten Ströme groß gegenüber den bei Primärstromfluß im Stromwandler auftretenden
zusätzlichen Strömen, so wird auch bei gleichzeitig auftretendem Blindstrom in bekannter
Weise trotzdem praktisch nur die Wirkstromkomponente gemessen.
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Bei Stellung III des Umschalters 6 wird der Blindstrom gemessen.
Die Schaltung entspricht der bei Wirkstrommessung, nur die dem Spannungswandler
2 zugeführte Spannung wird nicht direkt dem Netz, sondern einer Phasenschieberbrücke
entnommen, deren Ausgangsspannung gegenüber der Netzspannung um go" verschoben ist.
Damit beeinflußt jetzt nur noch die Blindstromkomponente die Differenz der beiden
Sekundärströme, und das Instrument zeigt bei gleichbleibender Eichung direkt den
Blindstrom an.
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Die Drehung der Spannung um 900 kann selbstverständlich auch durch
irgendeine andere Phasenschieberanordnung durchgeführt werden. Bei Drehstrom kann
für die Blindstrommessung auch die verkettete Spannung der beiden für die Strommessung
nicht verwendeten Phasen herangezogen werden.
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Um bei Ausführung eines solchen Apparates als Montageinstrument eine
möglichst große Vielseitig-
keit in der Verwendung zu erreichen,
ist es zweckmäßig, den Stromwandler I primär mit an Klemmen geführten Anzapfungen
zu versehen und so verschiedene Übersetzungsverhältnisse und damit verschiedene
Strommeßbereiche zu erzielen. Auch der Spannungswandler kann für verschiedene Primärspannungen
ausgeführt oder aber ein Zusatz-Spannungswandler für die verschiedenen gebräuchlichen
Netzspannungen vorgesehen werden.
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Bei Drehstrom mit Nulleiter wird zweckmäßigerweise die Spannung zwischen
der Phase, in der der Strom gemessen wird, und dem Nulleiter angeschlossen.
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Die Stellungen I bis III des Umschalters 6 entsprechen dann der Reihenfolge
nach Strom, Wirk-, Blindstrom.
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Bei Drehstrom ohne Nulleiter wird die verkettete Spannung der zwei
Phasen, in denen der Strom nicht gemessen wird, angeschlossen. Die Stellung II und
III des Umschalters vertauschen damit ihre Wirkung.
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StellungII entspricht jetzt Blind- und StellungIII Wirkstrom. Die
bei den beiden Schaltungen jeweils richtige Bezeichnung (Wirk- oder Blindstrom)
wird zweckmäßigerweise durch verschiedene Farben am Umschalter eingetragen, also
so, daß z. B. die schwarze Bezeichnung bei Anschluß Phase--Null, die rote Bezeichnung
bei Anschluß Phase-Phase gilt.
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PATENTANSPRX, CHE: 1. Meßeinrichtung zur Messung eines Wechselstromes
und seiner 2 Komponenten gegenüber einer Festspannung (Wirk- und Blindstrom) nach
dem Prinzip der Summen- und Differenzbildung derart, daß auf der Sekundärseite von
Strom- und Spannungswandlern einmal die Summe und einmal die Differenz aus einem
der Spannung und einem dem Strom verhältnisgleichen Strom gebildet wird, die beiden
Ströme gleichgerichtet und ihre Differenz als Maß für Wirk- und Blindstrom wirksam
wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschalter mit drei Stellungen vorgesehen
ist, und daß in der Stellung für die Messung des Stromes die Zuleitung zum Spannungswandler
und außerdem einer der beiden Sekundärkreise unterbrochen ist, in der Stellung für
die Messung des Wirkstromes beide Sekundärkreise geschlossen sind und dem Spannungswandler
die Netzspannung direkt zugeführt wird und in der Stellung für die Messung des Blindstromes
die Sekundärkreise ebenfalls geschlossen sind und dem Spannungswandler eine senkrecht
auf der Netzspannung stehende Spannung zugeführt wird.