DEP0048062DA - Wattmetrisches System in Wechselstromkreisen - Google Patents

Description

'.YattcietriBChes System Wechaelstrom

In der Technik werden häufig für mess-, steuer-, regel- oder schatztechnische -wecke wattmetrische Systeme benötigt. In manchen fällen wird nur die Feststellung der ^tCnergierichtuiig benötigt z. bei TToerwachungseinrichtungen zur Kontrolle der Leistungslieferung eines Generators oder oei Erdschlussmeldeeinrichtungen zur feststellung der Erdsctilusstelle. "Bei einer, bestimmten Energierichtung hat in diesem Fall meist schon bei einer sehr geringen Leistung das wattmetrische System anzusprechen und einen Kontakt zu betätigen, ^ei engegengesetzter Energierichtung bleibt das System in Euhe₉ wouei aber die Leistung sehr gross werden kann gegenüber der Arn Sprechleistung bei umgekehrter Richtung, sodass also das Syetem dauernd durch eine gegenüber der Ansprechleistung sehr grosse Leistung beansprucht Wird₀ In andern Fällen.soll, das wattrretrische System bei Erreichen einer oestimmten Leistung ansprechen, und ζ. τ*, durch ein Signal das Personal vor "oerlastung einer -Destimmten Anlage gewarnt werden. In diesem Fall wird möglichst genaues Arbeiten des Systems verlangt,, so dass die meldung auch tatsächlich oei der gewünschten, meist am System einstellbaren Leistung erfolgt.

Wattmetrische Systeme für Pegelzwecke sollen' uei Über- oder Unterschreiten einer Gestimmten leistung auf den nachfolgenden Regelkreis und damit korrigierend auf die Leistung ν einwirken. Solche Systeme sollen mit einem möglichst kleinen Unempfindlichkeitsbereieh aroeiten. .

Selbstverständlich können alle wattmetrischen Systeme so aufge-Daut werden, dass sie auf Wirkleistung oder ⁰Iindleistung ansprechen.

Tn manchen Fällen, z.^. oei cοs~y -Regelung soll das wattmetrische System bei der Abweichung eines uest.immten Verhältnisses von Wirkleistung zu blindleistung ansprechen und etwa üoer Regeleinrichtungen korrigierend einwirken, ;

'Vattmetrische Systeme hauen also je fisch, ihrem Verwendungszweck den verschiedensten Ansprüchen zu genügen,und dementsprechend sind auch zahlreiche solche Systeme entwickelt worden, die aoer dann nur jeweils für ihren oesonderen !⁷Weck verwendoar sind. "Die .bisher üblichen Systeme - meist als dynamometri sehe oder Ferraris- Systeme ausgeführt - entsprechen ihrem Aufoau nach Leistungsmesser^ oder Zählern, also i.^ressinstrumenten. "Da aoer der Redarf.für wattmetrische ~:ys te me im Gegensatz etwa zu Gleichstrorninstrmrsnten gering ist, und zudem von. Fall zu Fall verschiedene Gerate benötigt werden, kanu eine Massenfabrikation nicht in ¹^rage kommen, sodass solche wattmetrischen Systeme im allgemeinen teuer werden verglichen etwa mit Gleichstromme s sins tr ument en . ■ ,

■c.—ν Ti^#4r^uR^gemä93 B0ll-en-ji-iese Sohwierigkeiten dadurch oehooen werden, dass durch geSääfSi^i'Schaltungen erreicht wird, dass für watt metrische Systeme bevJ,-&3gg£&g-33-c-eh-sw-e-m normale Gleichstromamperemeter-oder Voltmeter für die Messung und normale Gleichstromr-e-lais" fÜr Regeln und Steuerzwecke Verwendung finden kennen.

"ⁿHd 1 zeigt die einfachste Schaltung für ein Wirkstromrelais etwa als T'esswerk in einem Regelkreis. 1 ist ein Snunt, der vom ^elastungsstrom unmittelbar oder üuer einen Stromwandler durchflossen und in der Kitte angezapft ist. 2 ist ein Transformator, der die Span nung ^t J ₁ am Verbraucher auf die für das System erforderliche Spanaung U₉ umspannt, 3 und- 4 sind Gleichrichter in Grätzschaltung und 5 ist ein polarisiertes Gleichstromrelais mit den zwei Wicklungen I und II und dem Ifontaktsystem F. ·

Die Wirlcung«weise ist die folgende: "ierui zunächst angenommen wird, dass eine Ohmeche belastung -vorhanden ist, so sind die .Spannungen Up am Transformator und TJj am Shunt in Phase, in den Zlemnen des Gleichriehtere 3 liegt Up - Uj/2, an denen des Gleichrichters 4 Up + U»/2 . Durch die Wicklung I fliesst also ein Ftrom proportional U_a= U,/2 , durch TI ein ^c^trom proportional U₂ + U_j/2 . Rührt man nun die oeiden "Vicklungen gleich aus und schaltet sie ausserdem so, dass sie gegeneinander arbeiten, so wird als'/^esultierende Durchflutung vom Pelais die Differenz oeider wirksam, die Durcnflutung wird also proportional

θ - ( U₂- Uj/2 ) - ( U_a+ U_T/2 ) = - U₁

Man sielrt-, dass am Helais eine dem ^cTtrom 1 proportionale Erregung wirksam ist, "Bei einem bestimmten Itrom wird also das Relais Fon-"talrt geben. Dr<=ht der ^trom seine dichtung um, so wird sich jetzt im Stromkreis Ton 'Vicklung I Spannung U_? und U,/2 addieren und umgekehrt im Stromkreis von 'Vicklung II. Die resultierende Durchflutung ändert also ihre dichtung und d^s polarisierte Relais wird auf der entgegengesetzten Seite Fonta.it ge^en.

Bis ,letzt war angenommen, d^ss TJ₁ und I in Phase oder Tegenphase stehen. Häufig wird aoer die ^el-3stung nicht rein ohlfsch sondern gemischt ohmsch'und induktiv sein, so Aase zvisch^an Ll_iUnd I eine gewisse Phasenverschieoung auftritt, !,'acht man nun Ug genügend gross gegen JJj, so wird trotzdem das Relais praktisch nur vom "^:irkstrcm Deeinflasst, wie aus Diagramm Rild 2 hervorgeht. Xassgeoend für die Relaisdarchflatung ist die Differenz der aosoluten Grösse von TT und U . Die vom blindstrom I_ herrührende Komponente von ϋ_γ/2 steht senkrecht auf Up_f ueeinflusst also, solange sie klein oleiut gegenüber Up₅ die resultierende Aosolutgrosse von Up ± U_T/2 praktisch nicht. Dagegen kommt die' gleichphasig zu Up vom ^rVirkStrom I™ herrührende Komponente von U _t/2 in ihrer Trosse voll zur Wirkung, 'sodass also am Relais praktisch wieder nur der Wirkstrom und damit cei konstanter Spannung, die Wirkleistung wirksam wird.

Die bisher Deschriebene Anordnung kann also z.p. dezu verwendet werden, etw$ den Deistungsaustausch zwischen zwei Ketzen auf Kuli zu halten. SoDald Wirkleistung in einer oder anderer Richtung auftritt, spricht das Relais in einer oder anderer Richtung an und kanu durch Beeinflussung irgendwelcher Taseniuen oder Apparate Korrigierend auf den Ieistungsfluss einwirken.

Dreht man die Spannung Up durch irgendeine Rh.'äspnscnie^rkompinatiom oder durch Tprwendung einer anderen "⁰Iiesenspannung uei Drehstrom um 90°, so vertauschen Wirk- und -lindstrom ihre ^olle und das Relais ist zum "^lind stromreis is geworden.Der blindstrom kann auf Fuji geregelt werden. Dreht man die Spannung um weniger als 90 , z₀R_e 45 , so kann das Relais zur Konstanthaltung des entsprechenden Leistungsfaktors von cos f gleich cos 45 gleich 0,7 verwendet v.erden. IJur wenn dieser Deistungsfaktor auftritt, besitzt dann der Strom keine Komponente in Richtung der gedrehten Spannung Up und oefindet sich demnach dann das Relais in seiner Mittellage. Düren das Relais kann uei einer solchen cos y -Regelung z.p. die Rrregung eines Generators, der mit konstantem cos y arbeiten soll, Beeinflusst werden.

Rild 3 zeigt , wie mit dem System uei einer Teleistungsregelung nicht nur die Leistung Null, sondern auch jede oelieedge gewünschte leistung eingeregelt werden kann. Die -chaltung entspricht der von "^t5Hd 1, nur ist noch der Spannungsteiler 6 für die Spannung Up vorgesehen, sodass für die Wicklungen I und II verschiedene Spannungen abgegriffen werden. °ei Wirkstrom TTull sind in diesem

G^all die beiden Ströme in αen'Ticklung-en I und TI verschieden, sodass vdas Relais anspricht und regulierend eingreifen kann, ^ei einem oe-Stinniten Tirkstrom, dessen Spannungskomponente am Shunt 1 sich dann zu der niedrigeren Spannung am Spannungsteiler 6 addieren und von der höheren subtrahieren muss, werden die beiden Ströme in I und II gleich und das Selais oefindet sich in seiner ^ittellage. "^rird der Tirkstrom grösser, -.so wird auf der einen Seite, wird, er kleiner auf der entgegengesetzten T°ite ^rontakt gege.oen.

-^ei der cisher pe schrie Denen Anordnung entsprechend "°ild 3 arbeitet d<=rs System als '"irkstrom- und nicnt als •Virkleistungsrelais. "°el fallender Spannung ζ.^,-Β. wird deP gleiche Tirkstrom₁ also eine et» twas geringere Wirkleistung eingeregelt. Durch die in Sild 4 aufgezeichnete Zusatzeinrichtung kann aoer -da 8φ $~έ1 aJTs^inn erhal-b gewisser Spannungsgrenzen auch als Tirkleistungsrelais Verwendung finden,. "Das ReiBis 5 erhält eine weitere -icklung III, die über einen Gleichrich ter 7 an der Spannung-U_n liegt. Der Strom-durch diese '·":icklung'wird oei Normalspannung so eingestellt, dass ihre Ourchflutung gerade die halbe Differenzdurchflutung von Wicklung I und TI aufheot. Gegenüber betrieb' ohne Ticklung III kommt also das Relais jetzt schon Del halbem ^t^trom in seine Mitteliage dzw. kann der Spannungsabfall am Shunt bei sonst gleichen Verhältnissen auf die Hälfte reduziert werden. Teicht nun die Spannung U₇vom Sollwert ao, ist sie z.S, um 5* zu niedrig, so wird die entsprechende Durchfiutung von Ticklung III auch um 5% niedriger, d.h. der Tirkstrom muss um 5'^ ansteigen^ bis des Relais -wieder in seine Kittellage kommt. Da die Spannung um '5 * gefallen, der Tirkstrom =vber. um S 1 gestiegen ist , ist somit die Wirkleistung die gleiche wie vor der Spannungsaosenkung. Das System kann ?SLso für nicht zu grosse Aoweichungen der Spannung als Tirkieistungssystem aufgefasst werden,

An dip Stelle des Shunts 1 - ¹ι■,a ·kann such ein "trcmwandler treten, mit Eittelanzapfung auf der Sekundär seite.J" an der Tirkungsweise der Anordnung iindert sich damit praktisch nichts.

Sei d era. ^wei spiele»> ^ild ^psSanasä 4 entsprechenä.muss ein polarisiertes Relais Verwendung finden, das im allgemeinen*nur eine verhältnismässig geringe Schaltleistung' aufweist.. Ausserdem wird das Seibis, ■wenn es z.-. als R ü ckl ei st ung sre 1 si s mit sehr geringer Ansprechleistung ausgebildet wird, bei normaler Xeistungrichtung und entsprechend grossem - Strom thermisch stark beansprucht. Ausserdem ist bei, der bisher behändelten ' Schaltung eine uhmitteloare Messung; des "•^irkstromes nicht möglich.

Um nun normale Gleichstromrelais verwenden oder die thermische ^isOerlastung vermeiden oder eine unmltteluare Messung des Tirkstromes möglich zu machen, kan^A;ie^ Schaltung noch entsprechend Sild 5 umgewandelt werden. SZZiiⁱⁱ. Ζ"Λ'"'"'· ν _·

An Stelle des Shunts "ϊήϊ~%Τ£τ*~'ein Stromwandler 1 mit zwei getrennten, genau gleichen Sekundärwicklungen getreten. Auch die Sekundärwicklung ··.._ des ^riSpannungsyiandlers 2 ist unterteilt, sodass die Gleichrichter 3 und 4 auf der Techselstromselte galvanisch getrennt -sind und dementsprechend auf der Gleichstroms.eite zusammen und zwar gegeneinander geschaltet werden können. Sind die Spannungen, an den Gleichrichtern gleich, was dann der "Seil ist, wenn der strom Kuli ist oder reiner blindstrom fliesst, so wird ihre DifferenzAU auch Kullί ein etwa angeschlossenes.Sleichstromvoltmeter zeigt also Kuli, dzw. ein angeschlossenes Gleichstromrelais f'ihrt keinen Strom. Sritt nun Tirkstrom in der einen oder anderen-Richtung auf, so überwiegt entweder die Spannung am Gleichrichter S- oder 4 und dementsprechend tritt eine Differenzspannung auf, deren Sichtung von der Tirkstromrichtung und deren Grösse von der Tirkstromgrösse abhängt. Sin angeschlossenes Voltmeter

kann also unmittelDar oei linearer Skala als Tlrkstrommesser geeicht werden, ein einfaches Gleichstronirelais spricht oei einem ganz bestimmten Tirkstrom an. Versieht men ein solches ¹Relais entsprechend "ⁿIl" 4 noch nit einer zweitenyeinem der Spannung U proportionalen ^tHrom durchflossenen Wicklung, so aroeitet es in einem gewissen Spannungsb^ich wie oei ^ild 4 oeschrieben als ^rZirkleistungsrelais. Da die Gleichrichter Strom nur in einer "Richtung durchlassen, müssen noch die '"iderstände 5 und 6, normal gleich gross, vorgesehen werden. Term ζ."*³, die Spannung von Gleichrichter "5 überr.iegt, fliesst entsprechend den eingetragenen Pfeilen durch ^widerstand 5 der Gleiohrichterstrom verringert um den strom i im Ausserikreis, durch Widerst τ nd 6 der Gleichrichterstrom erhöht um den Strom i. Wird nun der' "trom i so .cross, dass der Spannungsabfall am Tiderstand 6 gleich der Gleicrficnt« r s ρ^nuung an 4 wird , so oeteiligt sich der Gleichrichter 4 nicht mehr an Stromfluss und nur Gleichrichter 3- mit den jeweiligen hälftigen "fekandärwicklung^n von Stromwandler 1 und Spannungswandler 2 führt "trom. Die Differenzspannung.ΔU nimmt aber unabhängig davon noch weiterhin proportional mit dem Wirkstrom zu. Die Spannung am Gleichrichter 4, als Differenz von Stromwandler- und Spaniiungswandlerspannung wird allmählich iTull, ändert weehselstromseitig inre dichtung und steigt dann wieder an. Damit steigt auch die Gleichspannung am Gleichrichter 4 und zwar selbstverständlich mit der ursprünglichen Polarität und v.'ird schliesslich grösser als der Spannungsabfall am Widerstand 6, so dass ,jetzt auch Gleichrichter 4 wieder Strom führt und seine Spannung für die DiffereiizspannurigAU massgebend wird. Im Gleichrichter 3 liegt die Spannung TJj/2 + Up/2 , am Gleiciirichter jetzt Vj/2 - TTp/2 . ^rIe Differenz der Absolutbeträge wird damit einfach gleich Δ U=Up = const. Das Dedeutet aber , dass von einem oe- · stimmten Tirkstrom ab,_r die DifferenzspannungAU konstant öle ibt. Δ U aß händig von I_w wird "also den in "°ild 6 aufgezeichneten grundsätzlichen "erlauf nehmen, also Proportionalität zwischen AU und I_w ois zu einem bestimmten °trom, dann konstanter Tert für AS. Durch geeignete Bemessung der Spannungen· LV und U₂ und Widerstände^ 5 und 6 kann die Droportionalitat ois zu belieuigem, gewünschten Tert eingestellt werden. Γ an si°ht aus dem Verlauf der Zennlinie ¹³Ild 6, dass es oei dieser Schaltung"ohne weiteres möglich ist, Instrumente oder Relais, die von A ^t* gespeist werden, vor Überlastung zu schützen.- Vexi kann also z. ~°. ein sehr empfindliches "Relais vorsehen, das schon oei sehr geringem Tirkstrom anspricht, aoer trotzdem au^h oei noch so grossem Strom nicht überlastet werden kann.

Claims (1)

1. Pstenfansurfehe

   1. Wiittaetrisehes SysteK Ieeheel strom,, bei" des p.iaainl al« Sobbs and SA axe liffawas aus βIaer der Bpaanung and einer fi«m StfQtt vsrh&ltRisgleiehea Spanaaag gebildet IIIS un3 ■ fclelehgeafiehtet *4a»6._f d!?äarch geüt-umaaichnet, dass eia von der resultlereadea Gleichspannung beeinflusstes Relssia noch eia© Snsatzwieklang erhalt, die über einen Gleiehricht©? ton der Hetg spannung so gespeist Wira _fAass die eatspreeheade -Dnrehflatting bei Normalöpaanuag Äe* öc Iben zm. Aaspreahaa des Sslais ©rforder1 ie he a Buys hf Intang entsprichtunä so iss Heinis bei aieht zu grossen Ketzspsnnaagsab- «eiehangen je aaeh Sehiiltung als Wirk-oaer B1 infllgl, s taagayel&ls urbeitcx.'i;.-; 7,,'.

   /■ ΆΣ^ΒΆϊί^Γ^'"'"· ^■esprusi I_fSsdureh gekeanaetcanetjß-ss sin polariniir$iti-i HsI-Ib ver^c-näet wird»

   • *λ' γ ff:J" ' ' dill. V

   3. AaeiMiflaiMfcC" ü*&5a Ansmsh 1, ds-dure h, ge kenn ζ e i e ha a t, da s s aus der' Sua-

   aen-nnd Di f fereass sp aairwrg *filSe~Tpe"s£L fieren de Gleiehspannung gebildet six* und von dieser ein© Wiekluag eines Gleiehetroarel&ls gespeist wird,da.s durch ©ine gfelte Wifkluag noeh elae der Netisspannung verhhltnisgleiehe Dure hfl at ung erhält^ -''· ■ ^J .'·"'-«

   4, Aattuetrieeäes Byatca nach lv^eHF^aaei-.,dadurch gekeaaseiehnet»ökrs durch Z-BeekmⁱSiH·ige Ifchl öer Spwaaungea uaö ¥ide*st§B-de Stf.τ gesorgt, wird,dt; es ein--? 7bs-rl--.stung eines von de· isp,-.nnung ge spei a tea Helais oder Xa a timaeats vermieden w-trä«