DE959744C

DE959744C - Device for monitoring an average power factor in an electrical system

Info

Publication number: DE959744C
Application number: DEF13025A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Kurt Fleischmann
Original assignee: KURT FLEISCHMANN DIPL ING
Current assignee: KURT FLEISCHMANN DIPL ING
Priority date: 1953-10-15
Filing date: 1953-10-15
Publication date: 1957-03-14

Description

Einrichtungen, die darüber wachen, daß das Verhältnis der in einer bestimmten Zeit einem elektrischen Netz entnommenen Blindarbeit zu der im gleichen Zeitraum entnommenen Wirkarbeit konstant bleibt oder sich nicht unter oder über einen gewissen festgelegten Betrag ändert, sind bekannt.Bodies that watch over that the relation of in a certain time an electric Reactive work withdrawn from the network is constant to the real work withdrawn in the same period remains or does not change below or above a certain fixed amount are known.

Diese Einrichtungen· gehen davon aus, die Blind^u arbeit dauernd gleich Null zu halten, und versuchen, die Lösung der eigentlichen Aufgabe sodann dadurch zu erreichen, daß das die Blindarbeit messende Gerät an eine Spannung gelegt wird, die gegen die Netzspannung um einen gewissen Winkel phasenverschoben ist.These facilities · assume the dummy ^u work continuously to keep equal to zero, and try to solve the actual task then thereby to achieve that the reactive energy measuring device is applied to a voltage which is opposite the mains voltage by a certain angle is out of phase.

Die Lösung der primären Aufgabe (Nullhaltung der Blindarbeit) geschieht durch Zuschaltung von Kondensatoren, die nach Entnahme einer gewissen induktiven Blindarbeit erfolgt. Die Kondensatoren werden wieder abgeschaltet, sobald die durch Erreichung des Sollzustandes (Blindarbeit = Null) erforderliche kapazitive Blindarbeit dem Netz entnommen worden ist.The solution to the primary task (zero holding of reactive energy) is done by switching on Capacitors, which takes place after a certain amount of inductive reactive work has been removed. The capacitors are switched off again as soon as the target state is reached (reactive energy = zero) required capacitive reactive work has been taken from the network.

Die bisher bekannten Einrichtungen dieser Art haben folgende Nachteile:The previously known devices of this type have the following disadvantages:

1. Es muß die Voraussetzung erfüllt sein, daß der Blindzähler des Werkes gegen Rückwärtslauf nicht gesperrt ist, eine Voraussetzung, die keineswegs immer erfüllt ist.1. The prerequisite must be fulfilled that the blind counter of the factory is against backward rotation is not blocked, a requirement that is by no means always met.

2. Selbst wenn die eben genannte Voraussetzung erfüllt ist, bedeutet die Tatsache einen, grundsätzlichen und wesentlichen Nachteil, daß immer erst2. Even if the just mentioned requirement is met, the fact means a fundamental one and major disadvantage that always first

eine bestimmte induktive Blindarbeit verbraucht sein muß, bevor die Einrichtung den Verbrauch kapazitiver Blindarbeit zur Kompensation· der bereits verbrauchten, induktiven Blindarbeit einleitet. Diese Einrichtungen, sind also nicht imstande, Änderungen sofort oder auch nur praktisch sofort entgegenzuwirken. ·a certain inductive reactive work must be consumed before the device consumes it capacitive reactive work to compensate · the already initiates consumed, inductive reactive work. These bodies, therefore, are unable to make changes to counteract immediately or even practically immediately. ·

3. Die Drehung der Netzspannung um einen bestimmten Winkel erfordert ein eigenes Gerät, also zusätzliche Kosten. Sie ist ein ausgesprochener Notbehelf. Die von dem Gerät gemessene Blindarbeit ist nur in Ausnahmefällen' identisch mit der tatsächlich aus dem Netz entnommenen Blindarbeit. Das zeigt eine einfache Rechnung oder Dia,-grammbetrachtung. 3. The rotation of the mains voltage by a certain angle requires its own device, so additional costs. It is a definite stopgap measure. The reactive energy measured by the device is only identical to that in exceptional cases reactive energy actually taken from the network. This is shown by a simple calculation or a slide-gram view.

Die Nachteile zusammenfassend kann also gesagt werden: Einrichtungen dieser Art lösen die eigentliche Aufgabe nicht, sie versuchen sie obendrein nur auf Umwegen zu lösen.In summary, the disadvantages can be said be: Institutions of this kind do not solve the actual task, they try to do it on top of that only to be solved in a roundabout way.

Gegenstand der Erfindung ist ein© Einrichtung, die die genannten; Nachteile nicht besitzt, die also die Konstanthaltung eines bestimmten Verhältnisses von Blind- und Wirkarbeit unmittelbar sicherstellt. Nach der Erfindung wird von einem normalen Wirkarbeitszähler α und einem normalen Blindarbeitszähler b je ein. Schleifring gedreht, und zwar so, daß die Übersetzung von der Welle des Zählers zur Welle des Schleifrings (z. B. über ein Schneckengetriebe) bei beiden Zählern je nach der konstant zu haltenden Phasenverschiebung verschieden ist.The invention relates to a © device that includes the above; Does not have any disadvantages, which therefore directly ensures that a certain ratio of reactive and active work is kept constant. According to the invention, a normal real energy meter α and a normal reactive energy meter b each one. Slip ring rotated in such a way that the translation from the shaft of the counter to the shaft of the slip ring (e.g. via a worm gear) is different for both counters depending on the phase shift to be kept constant.

Entspricht beispielsweise bei beiden ZählernCorresponds to both counters, for example

ι kWh die gleiche Anzahl Umdrehungen; der Scheibe, wobei normale Bauart angenommen ist, so ist beispielsweise bei konstant zu haltendemι kWh the same number of revolutions; the Disc, assuming normal construction, is for example to be kept constant

tg φ = — die Übersetzung von Scheibenwelle zutg φ = - the translation of disk shaft to

Schleifringwelle r : % beim Wirkzähler, 1:2η beim Blindzähler, so daß beiSlip ring shaft r:% for the effective counter, 1: 2η for the blind counter, so that at

Scheibendrehzahl des Wirkzählers _ 2 Scheibendrehzahl des Blindzählers 1Disc speed of the active counter _ 2 Disc speed of the blind counter 1

der Blindschleifring bei tg φ = — die gleiche Winkelgeschwindigkeit besitzt wie der Wirkschleifring. Allgemein: Bei konstant zu haltendem tg<p = — ist ü_w = τ : η und ü_B = 1 : (α· · η), wenn ü_w die Übersetzung — beim Wirkzähler bedeutet, üg die *= Schleifring ^D the blind slip ring at tg φ = - has the same angular velocity as the knitted slip ring. General: In constant to haltendem tg <p = - is above _w = τ: η and u _B = 1: (α · η) when u _{w is} the translation - is the active counters, üg the * = slip ring ^D

beim Blindzähler. Die Drehgeschwindigkeit der Schleifringe wird zweckmäßig sehr gering gehalten. Beispielsweise wird die Übersetzung so gewählt, daß die Ringe ähnlich wie der Minuten- oder Stundenzeiger einer Uhr umlaufen, je nach der gewünschten Empfindlichkeit der Regelung. with the blind meter. The speed of rotation of the slip rings is expediently kept very low. For example, the translation is chosen so that the rings are similar to the minute or hour hand a clock, depending on the desired sensitivity of the regulation.

Nach der Erfindung wird der eine Schleifring c vollständig aus elektrisch leitendem Werkstoff hergestellt, der andere, d, aber aus vier Segmenten, von denen zwei aus elektrisch leitendem Material e und /, die übrigen zwei aus nichtleitendem Material f und /' hergestellt sind. Die nichtleitenden Segmente / und f haben gegenüber den leitenden eine sehr kleine Länge. Sie sind im folgenden Isoliersegmente genannt. Der abwechselnd aus leitendem und nichtleitendem Werkstoff hergestellte Schleifring d ist im folgenden als »geteilter Schleifring« bezeichnet.According to the invention, one slip ring c is made entirely of electrically conductive material, the other, d, but from four segments, two of which are made of electrically conductive material e and /, the other two are made of non-conductive material f and / '. The non-conductive segments / and f have a very short length compared to the conductive segments. They are called insulating segments in the following. The slip ring d , made alternately from conductive and non-conductive material, is hereinafter referred to as "split slip ring".

Erfindungsgemäß schleift auf dem ungeteilten Schleifring c eine feste Bürste g, die mit einem Pol P einer Gleichstromquelle verbunden ist, während der andere Pol N fest mit den beiden nachstehend genannten Motoren W₁ und W₂ verbunden ist. Auf dem geteilten Schleifring d schleifen zwei um i8o° versetzte feste Bürsten h und Ή, von denen die eine zum Anker eines Gleichstrommotors W₁ einer Drehrichtung, die andere zu einem anderen Gleichstrommotor W₂ der anderen Drehrichtung führt¹. Diese Motoren treiben — über eine große Übersetzung ins Langsame — entweder Drehkondensatoren an, oder eine Schaltwalze, mit deren Hilfe Kondensatoren ab- und zugeschaltet werden,. Der ungeteilte Schleifring c steht mittels einer mit ihm umlaufenden Bürste k in mechanischer Verbindung mit dem geteilten Schleifring d. According to the invention, a fixed brush g, which is connected to one pole P of a direct current source, grinds on the undivided slip ring c , while the other pole N is permanently connected to the two motors W ₁ and W ₂ mentioned below. Two fixed brushes h and Ή, offset by 180 °, slide on the split slip ring d , one of which leads to the armature of a direct current motor W _{1 in} one direction of rotation, the other to another direct current motor W _{2 in} the other direction of rotation ¹ . These motors drive either variable capacitors or a switching drum, with the help of which capacitors are switched on and off, via a large gear ratio. The undivided slip ring c is mechanically connected to the divided slip ring d by means of a brush k rotating with it.

Im Sollzustand stehen, beide Schleifringe c und. d relativ zueinander still, und die mit dem ungeteilten Schleifring c umlaufende Bürste k befindet sich dann, dauernd auf einem der Isoliersegmente/ oder f. Die Gleichstrommotoren W₁ und W₂ sind nicht eingeschaltet: Nennt man· die beiden. Motoren Vorwärtsmotor W₁ und Rückwärtsmotor W₂, so würde nach einer halben Umdrehung des geteilten Schleifringes beispielsweise der Vorwärtsmotor eingeschaltet sein, wenn der Rückwärts motor eingeschaltet sein müßte, und umgekehrt. Erfindungsgemäß wird deshalb durch einen mechanisch betätigten Umschalter dafür gesorgt, daß die Anschlüsse beider Motoren nach je einer halben Umdrehung — einer halben Umdrehung des Schleifringes d nicht relativ zum Ring c, sondern absolut vertauscht werden.Both slip rings c and. d is still relative to one another, and the brush k rotating with the undivided slip ring c is then permanently on one of the insulating segments / or f. The DC motors W ₁ and W ₂ are not switched on: what is the name of the two. Motors forward motor W ₁ and reverse _{motor W 2} , after half a revolution of the split slip ring, for example, the forward motor would be switched on if the reverse motor should be switched on, and vice versa. According to the invention, a mechanically operated switch ensures that the connections of both motors after half a turn - half a turn of the slip ring d are not relative to the ring c, but absolutely reversed.

. Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet wie folgt:. The device according to the invention works as follows:

Im Sollzustand stehen beide Schleifringe relativ zueinander still, Vorwärts- und Rückwärtsmotor sind nicht eingeschaltet, Kondensatoren sind nicht eingeschaltet.In the target state, both slip rings stand still relative to each other, forward and reverse motor are not switched on, capacitors are not switched on.

Wird die auf die Wirkarbeit bezogene Blindrarbeit größer als der geforderte tg ψ (das Verhältnis ist dimensionslos), so läuft die mit dem ungeteilten Wirkschleif ring c umlaufende Bürste k (Wirkschleifring bedeutet den vom Wirkzähler angetriebenen Schleifring) gegen den anderen Schleifring d nach, sie verläßt das Isoliersegment uni schaltet einen der beiden Gleichstrommotoren — er sei Vorwärtsmotor W₁ genannt — ein; der Motor schaltet stetig oder unstetig Kapazität zu, worauf die Bürste sich wieder auf das Isoliersegment zurückbegibt und den Motor wieder abschaltet. Ver- iao schwindet der Zuwachs an induktiver Blindarbeit, der die Nacheilung der Bürste bewirkt hatte, wieder, so ist die bezogene Blindarbeit kleiner als der tg φ, und die Bürste eilt vor und schaltet den Rückwärtsmotor W₂ ein, der die Kapazität wieder stetig oder unstetig wegnimmt.If the reactive work related to the real work is greater than the required tg ψ (the ratio is dimensionless), the brush k rotating with the undivided knitted slip ring c (knitted slip ring means the slip ring driven by the kneaded counter) continues to run against the other slip ring d and leaves it the insulating segment uni switches on one of the two direct current motors - this is called the forward motor W ₁ ; the motor switches on capacity continuously or discontinuously, whereupon the brush returns to the insulating segment and switches the motor off again. If the increase in inductive reactive work, which had caused the lag of the brush, disappears again, then the related reactive work is smaller than the tg φ, and the brush hurries forward and switches on the reverse _{motor W 2} , which increases the capacity continuously or again takes away discontinuously.

Da in jedem Falle die eindeutige Tendenz besteht, daß die Bürste sich auf einem Isoliersegment, z. B. f, befindet — sie strebt von beiden Seiten immer wieder dieser Lage zu —, so kann immer nur eine sehr kleine Restabweichung vom geforderten tg φ bestehen. Der theoretisch denkbare Fall — relative Voreilung oder Nacheilung eines Schleifringes gegen den anderen tun mehr als i8o° — kann also praktisch kaum vorkommen. Die Trägheit bzw. die Empfindlichkeit der Einrichtung hängt von den Übersetzungen von den Wellen der Zahler zu den Wellen der Schleifringe und von der Breite des Isoliersegmentes ab. Je breiter dieses ist, desto weniger häufig wird Kapazität zu- und abgeschaltet und desto größer ist die Restabweichung vom Sollwert. Ob man. die gesamte Kapazität, die je nach dem Fall maximal erforderlich sein kann, mehr oder weniger fein unterteilt, ob man Kapazität stetig oder unstetig zuschaltet, sind reine Betriebs- und Kostenfragen, die mit der Erfindung selbst nichts zu tun haben.Since in each case there is a clear tendency that the brush is on an insulating segment, e.g. B. f, is - it strives to this position again and again from both sides - then there can only ever be a very small residual deviation from the required tg φ . The theoretically conceivable case - relative lead or lag of one slip ring against the other do more than 180 ° - can hardly occur in practice. The inertia or the sensitivity of the device depends on the translations from the shafts of the counter to the shafts of the slip rings and on the width of the insulating segment. The wider this is, the less often the capacity is switched on and off and the greater the remaining deviation from the target value. If you. the total capacity, which may be required as a maximum depending on the case, more or less finely divided, whether one connects capacity continuously or discontinuously, are pure operational and cost issues that have nothing to do with the invention itself.

Da es möglich ist, daß auch ohne Kondensatoren die bezogene induktive Blindarbeit geringer wird als der Sollwert, könnte einer der Motoren. (Vorwärts- bzw. Rückwärtsmotor) im Sinne einer Ka,-pazitätsabschaltung laufen, ohne daß Kondensatoren da wären, die abgeschaltet werden könnten, oder — bei Verwendung eines Drehkondensators ■— ohne daß der Drehkondensator auf kleinere Kapazität gebracht werden könnte, weil er ja in diesem Falle bereits auf Null steht. Für diesen, Fall wäre ein Endausschalter für den betreffenden Motor vorzusehen. Da die Verwendung eines solchen Endausschalters in einem solchen Falle eine technische Selbstverständlichkeit darstellt, ist auf einen Unteranspruch hierfür verzichtet. Das gleiche gilt für die Frage, die Motoren durch einen einzigen, zu ersetzen und die wechselweise Schaltung für Vorwärts- und Rückwärtslauf in bekannter Weise schaltungstechnisch sicherzustellen.Since it is possible that the related inductive reactive work is lower even without capacitors as the setpoint, one of the motors could. (Forward- or reverse motor) run in the sense of a Ka, capacitance shutdown without capacitors there would be that could be switched off, or - if a variable capacitor is used ■ - without that the variable capacitor could be brought to a smaller capacity, because it is in this Trap is already at zero. In this case, a limit switch would have to be provided for the relevant motor. Since the use of such a limit switch in such a case is a technical one It goes without saying that a subclaim for this is waived. The same goes for that Question to replace the motors with a single one and the alternating circuit for forward and to ensure reverse running in a known manner in terms of circuitry.

Dies gilt jedoch nicht für den Gedanken, Wirk- und Blindarbeitszähler, die die beiden Schleifringe anzutreiben haben, zu ersetzen durch ein einziges Gerät, das durch Umschaltung der Spannungsspule einmal zu einem Wirk- und einmal zu einem Blindarbeitszähler gemacht werden, kann, wobei diese Umschaltung laufend in kürzesten Zwischenräumen; zu geschehen hat, also durch einen Motor, der die diese Umschaltung vollziehende Schaltwalze dauernd antreibt. Eine solche Einrichtung würde zwar hinsichtlich der Güte der Regelung etwas schlechter sein, hinsichtlich des Gesamtpreises sich jedoch möglicherweise günstiger stellen können und bei geringeren Ansprüchen, an die Güte des Reglers vorteilhafter sein können.However, this does not apply to the idea of real and reactive energy meters that make up the two slip rings have to be replaced by a single device that switches the voltage coil can be made once to an active and once to a reactive energy meter, with this Changeover continuously in the shortest possible intervals; has to be done by a motor that drives the this switching-performing shift drum drives continuously. Such a facility would be a bit worse in terms of the quality of the regulation, in terms of the total price itself however, possibly cheaper and with lower demands on the quality of the Regulator can be more advantageous.

Claims

Patent claims:

1. Device for monitoring an average power factor (cos 95) of an electrical So system, characterized in that a real energy meter or a reactive energy meter drives a split slip ring and a reactive energy meter or an effective energy meter drives an undivided slip ring, the ratio of the meter shaft speeds = tg φ or its reciprocal value and the blind slip ring has the same angular speed as the active slip ring and furthermore the un divided slip ring is in permanent mechanical connection with the divided slip ring by a brush rotating with it, so that the brush is in permanent mechanical connection with the target state is on the insulating segment of the split ring, but if there is a deviation from the target state, an electrical circuit is connected via one of the conductive segments of the split ring in such a way that once Ka, capacitance is switched on and once capacitance is switched off.

2. Device according to claim i, characterized in that instead of the two counters for active and reactive work only a single counter is used, which is continuously switched from active work measurement to reactive work measurement and back by a continuously rotating switch drum at very short intervals.

Considered publications:
German patent specification No. 694620.

1 sheet of drawings