DE2004685A1 - Vorrichtung zur Messung der Leistungs aufnahme von Drehstromverbrauchern - Google Patents

Description

R. 9760
22.1.1970 Ka/Km

Anlage zur
Patentanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart V, Breitscheidstr.

Vorrichtunp; zur Messung der Lei stungs auf nähme von Drehstromverbrauchern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der έ

Leistungsaufnahme von Drehstromverbrauchern, insbesondere von Drehstrommotoren, mit Hilfe eines Einphasen-Wattmeters.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art ist der Strompfad des Einphasen-Wattmeters in eine Phase des Drehstromnetzes eingeschaltet und der Spannungspfad an zwei Phasen des Drehstromnetzes bzv/. an eine Phase und den Mittelpunkt si ei ter angeschlossen.

_ 2 —

109833/ 111S

BAD ORiGiNAL

Robert Bosch GmbH - 2 - _{R Qr?f}~ tr_/_K_

Stuttgart ^R* ^{97GO Ka/Km}

Mit dieser Anordnung des Einphasen-Wattmeters können Unsymmetrien bei der Belastung des Drehstromnetzes nicht erfaßt werden, so daß Verfälschungen des Meßergebnisses auftreten können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Leistungsmessung mit Hilfe eines Einphasen-Wattmeters zu entwickeln, mit der Verfälschungen des Meßergebnisses weitgehend vermieden werden können.

Die Aufgabe kann dadurch gelöst werden, daß gemäß der Erfindung in zwei der mit dem Drehstromverbraucher verbundenen Phasen die Primärwicklungen von zwei Stromwandlern angeordnet sind, deren Sekundärwicklungen an Wirk- und Blindwiderstände aufweisende Stromteiler zur Aufteilung des Sekundärstromes in mitlaufende und gegenlaufende Komponenten angeschlossen sind, wobei die die mitlaufende Komponente des Sekundärstromes führenden Stromteilerzweige mit dem Strompfad des Einphasen-Wattmeters verbunden sind.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und den dazugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Messung der Leistungsaufnahme eines Drehstrommotors.

Ein Drehstrommotor 10 ist an die Phasen R,S,T eines Drehstromnetzes angeschlossen. In Reihe zu der Phase S ist die Primärwicklung 11 eines Stromwandlers 13 und in Reihe zu

BAD ORIGINAL - 3 1 0 9 8 3 3 / 1 Π 6

Robert Bosch GmbH τ, nor^ ν /ν

Stuttgart ^Ε· ⁹⁷⁶° ^Ka/Km

der Phase T die Primärwicklung 14 eines Stromwandlers 16 geschaltet. Die Sekundär v/ick lung 12 des Stromwandlers 13 ist mit ihrem einen Ende an einen ersten Stromteiler 17 angeschlossen, der von dem Anschlußpunkt der Sekundärwicklung 12 ausgehende Stromteilerzweige 18 und 19 aufweist. In dem Stromteilerzv;eig 18 ist ein einstellbarer reeller Widerstand 20 und in dem Stromteilerzweig 19 ein komplexer Widerstand bestehend aus einem einstellbarem reellen Widerstand 21 und einer Drossel 22 mit veränderbarem Luftspalt vorgesehen. Analog dazu ist die Sekundärwicklung 15 des Stromwandlers 16 mit ihrem einen Ende an einen zweiten Stromteiler 25 ange- | schlossen, der von dem Anschlußpunkt der Sekundärwicklung

.zweige

ausgehende Stromteiler/24 und 25 aufweist. In dem Stromteilerzweig 24 ist ein einstellbarer reeller Widerstand und in dem Stromteilersweig 25 ein komplexer Widerstand bestehend aus einem einstellbaren reellen. Widerstand 27 und einer Drossel 28 mit veränderbaren Luftspalt vorgesehen. Die Stromteilerzweige 19 und 24 sind über eine Anschlußklemme 29 mit dem Strompfad JO eines Einphasen-Wattneters 31 verbunden, dessen andere Stronrofad-Anschlußklemme 32 mit

en

den zweiten Enden der Sekundärwicklung'12 und 15 der Stromwandler 13 und 16 verbunden ist. Der Spannungspfad 33 des Einphasen-Wattmeters 3I ist einerseits über eine Anschlußklemme 3^· ^an die Phase R angeschlossen und andererseits über " eine Anschlußklemme 35 mit den Widerständen 36 und 37 verbunden, die zusammen mit dem Spannungspfad 33 des Einphasen-Wattmeters 31 einen künstlichen Sternpunkt 38 des Drehstromnetzes bilden.

Mit dieser Schaltungsanordnung ist eine genaue Messung der unsymmetrischen Leistungsaufnahme von Drehstromverbrauchern möglich.

Wie aus der Theorie der Elektrotechnik bekannt ist, läßt sich

109833/1116 - 4 -

BAD OFUGlNAL

2Ü0AB85

Robert Bosch GmbH _{D ηη},. _{v /v}

Stuttgart ^R· 9760 Ka/Km

ein unsymmetrisches Dreiphasensystem von Spannungen in drei symmetrische Systeme, nämlich eine synchrone mitlaufende Komponente U , ein inverse gegenlaufende Komponente U und eine Nullkomponente U , bzw. ein unsymmetrisches Dreiphasensystem von Strömen in die entsprechenden Ströme I , I und

mg

I zerlegen.

Die Nullkomponente wird dadurch unterdrückt, daß in bekannter Weise der Spannungspfad 33 des Einphasen-Wattmeters 31 mit dem künstlichen Sternpunkt 38 verbunden wird. (Fig. 1). Die Leistungsgleichung für eine Phase lautet wie bekannt:

a b

Jg.I_m.cos

Die Gleichungsteile a,b, die die unsymmetrische Komponente bilden, verfälschen das Meßergebnis und können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltanordnung eliminiert werden. Gleichungsteil c ist bei den üblichen Netzen vernachlässigbar klein, kann aber auch durch eine geeignete Schaltung im Spannungspfad eliminiert werden.

Es bedeutet in der Gleichung I = Strom

U = Spannung

Index m = mitlaufende Komponente Index g = gegenlaufende Komponente

Jm'/g = Phasenwinkel zwischen den bezogenen Spannungen und Strömen

rm = Phasenwinkel zwischen U und U_g ^m

Unter der Annahme vernachlässigbar kleiner Fehler in den , Wandlern 13 und 16 sind die Sekundärströme

I₈' = I₈ und Ι_τ· = I_T

- 5 -109833/1116

Robert Bosch GmbH
Stuttgart

Diese Ströme teilen sich in

R. 9760 Ka/Km

"s s m

^¹ = I₀Z_1n und I_T'_g

und

Die Impedanzen der Stromteiler 13 und 16 sindj

im Stromteilerzweig 18: R₂Q

im Stromteilerzweig 19: Z^₀. =

im Stromteilerzweig 24: R_oc

im Stromteilerzweig 25: Zpc- =

21

2 2 ₈ + R₂

Bei Z
gegeneinander auf.

= R₂₀,

tritt eine Phasenverschiebung von

Für die Stromverteilung in den Stromteilerzweigen 18,19,24 und 25 gilt dann

M20° - 1/3 I

Vm

Vg ■ V5 I₈

Im'g - V3 I_T

^120° - 1/3 I

- 1/3 I₅

- 1/3 I_n

Summiert man nun je zwei Ströme beider Stromteiler 13 und 16, nämlich durch Verbindung zweier Stromteilerzweige 18 und 25 bzw. 19 und 24, so erhält man

109833/1116

Robert Bosch GmbH _Ώ anan νν,/Vm

Stuttgart ^R· ⁹⁷⁶° ^Kd/Km

' - I ' + I '
^X8 m ^{+ 1}T m.

I_T

Y -V_{8 5} /

- V3 I_n ^20° - 1/3 I + 1/3 Im /120° - 1/3 I«

Da aber - I - I^ = I_ß ergibt sich: 1/3 I_s^2^ + 1/3 Ι_Φ ^ΐ20° ₊ 1/3 I_ß =

1/3 I_c yJ20° + 1/3 I_T ^^20° + 1/3 I_R = I_g

Somit läßt sich mit Hilfe der Vorrichtung sowohl die mitlaufende als auch die gegenlaufende Komponente bilden und je nach Anschluß des Wattmeters getrennt messen.

Bei ausreichender Dimensionierung können zusätzlich zu dem Instrument auch noch Zweitinstrumente bzw. ein Schreibgerät an die Meßvorrichtung angeschlossen werden.

Der Phasenfehler, der bei nicht vernachlässigbarer Gesamtimpedanz des Strompfades von Wattmetern auftritt, kann man durch Einstellung dieser Impedanz beseitigen, in dem man den Phasenwinkel ξ gleich dem Phasenwinkel der parallel geschalteten Impedanzen H₂Q, Z^q, R₂^, Z₂,- macht. Den Amplitudenfehler kann man durch übliche Mittel korrigieren.

Wenn die gegenlaufende Spannungskomponente U₀ verhältnismäßig groß ist, dann ist das Glied c der Gleichung für P nicht mehr vernachlässigbar klein. Diese Unsymmetrie kann man durch die Schaltung nach Pig· 2 beseitigen.

109833/1116

2Ü04B85

Robert Bosch GmbH _{p Q9AO} -. _/v

Stuttgart ^E· ⁹⁷⁶° ^Ka/Km

Der Strompfad des Wattmeters ist dem in Fig. 1 gleich. Der Spannungspfad 33 ist jedoch durch eine Schaltung gespeist, die ebenfalls nur die mitlaufende Spannungskomponente U liefert und die gegenlaufende Spannungskomponente U unterdrückt. Wie aus Fig.2 zu sehen ist, sind zwei Widerstände 40 und 41 des künstlichen Sternpunktes zvri.sehen die Außenleiter R und S geschaltet. Der dritte Zweig der Sternschaltung, der den Widerstand des Spanhungspfades 33 enthält, ist dagegen an den Mittelpunkt eines komplexen Spannungsteilers angeschlossen. Dieser Spannungsteiler besteht aus einem Widerstand 42 und einem Kondensator 43. Die Phasenfehler, |

die durch die Belastung beider Spannungsteiler und eventueller induktiver Komponenten des Widerstandes 33 entstehen, können dirch eine Parallelkapazität 44 beseitigt werden.

109833/1116

Claims (1)

1. Robert Bosch GmbH _{n Q9An} _ _/v

   Stuttgart ^R· ⁹⁷⁶° ^Ka/Km

   Ansprüche

   ii.J Vorrichtung zur Messung der Leistungsaufnahme von Drehst romverbrauchern, insbesondere von Drehstrommotoren, mit Hilfe eines Einphasen-Wattmeters, dadurch gekennzeichnet, daß in zwei der mit dem Drehstromverbraucher (10) verbundenen Phasen (S,T) die Primärwicklungen (11,14) von zwei Stromwandlern (13,16) angeordnet sind, deren Sekundärwicklungen (12,15) an Wirk- und Blindwiderstände aufweisende Stromteiler (17,23) zur Aufteilung des Sekundärstromes in mitlaufende und gegenlaufende Komponenten angeschlossen sind, wobei die die mitlaufende Komponente des Sekundärstromes führenden Stromteilerzweige (19,24) mit dem Strompfad (30) des Einphasen-Wattmeters (31) verbunden sind.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Stromwandlern (13,16) verbundenen Stromteiler (17,23) je einen Stromteilerzweig mit einem reellen Wider stand (20 bzw. 26) und je einen Stromteilerzweig mit einem komplexen Widerstand (21,22 bzw. 27,28) aufweisen.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der komplexe Widerstand durch die Serienschaltung eines •reellen Widerstandes (21 bzw. 27) und einer Induktivität (22 bzw. 28), insbesondere einer Drossel mit veränderbarem Luftspalt gebildet ist. q

   109833/1116

   2ÜÜ4685

   Robert Bosch GmbH r> _Qn_{Cn Γη /Vm}

   Stuttgart ^R· ⁹⁷⁶° ^Ka/Km

   4-, Vorrichtung nach Anspruch 3s dadurch gekennzeichnet, daß der den reellen Widerstand (20) aufweisende Stromteilerzweig (18) des ersten Stromteilers (17) mit dem den komplexen Widerstand (27,28) aufweisenden Stromteilerzweig (25) des zweiten Stromteilers (23) verbunden und an das eine Ende des Strompfades (30) des Einphasen-Wattmeters (31) angeschlossen ist, während der zweite den komplexen Widerstand (21,22) aufweisende Stromteiler- Hi zweig (19) des ersten Stromteilers (17) mit dem den reellen Widerstand (26) aufweisenden Stromteilerzweig (24) des zweiten Stromteilers (23) verbunden und an das andere Ende des Strompfades (30) des Einphasen-Wattmeters (31) angeschlossen ist.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4·. dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensierung des Phasenfehlers im Strompfad des Einphasen-Wattmeters (31) Einstellmittel in diesem ä Pfad vorgesehen sind.

   6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungspfad 33 des Einphasen-Wattmeters 31 über einen künstlichen Sternpunkt 38 mit dem Drehstromnetz verbunden ist.

   -10 -

   109833/1116

   2Ü04685

   Hobert Bosch GmbH _D nncs\ v„ /W-.

   Stuttgart *· ⁹⁷⁶° ^Ka/Km

   7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungspfad 33 des Einphasen-Wattmeters (Bild 2) über eine künstliche Sternpunktschaltung (40, 41) einerseits und einen komplexen Spannungsteiler 42,43 andererseits mit dem Drehstromnetz verbunden ist.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensierung des Phasenfehlers im Spannungspfad (33) des Einphasen-Wattmeters (31) ein parallel geschalteter Kondensator 44 vorgesehen ist.

   109833/1116