Verfahren zum Symmetrieren eines Spannungsdreiecks und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Symmetrieren eines aus komplexen Sternspannungen UOR, UOS und UOT bzw. komplexen verketteten Spannungen URs, UST und UTR gebildeten Spannungsd reiecks.
Die Erfindung bezieht sich ausserdem auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Eichung von Blindleistungszählern wird zur Einstellung des Eichwertes ein Wattmeter an eine Spannung angeschlossen, die gegenüber der Spannung am Zähler um 900 phasenverschoben ist. Bei einem Dreisystemzähler in Sternschaltung gelingt dies am einfachsten, wenn das Wattmeter an die zur Sternspannung senkrecht stehende verkettete Spannung angeschlossen wird. Analog wird ein Zweisystemzähler an verkettete Spannungen und das Wattmeter an die zur verketteten Spannung senkrecht-stehende Stern spannung angeschlossen.
Diese Messmethode setzt ein genau symmetrisches Spannungsdreieck mit dem Nullpunkt im Schwerpunkt voraus. Beispielsweise würde ein Winkelfehler von einem Grad zwischen Strom und Spannung bei sin g = 0,5 bereits einen Messfehler von drei Prozent verursachen.
In vielen Fällen wird jedoch eine Messgenauigkeit von einigen Promille verlangt.
Bei einem bekannten Verfahren zum Symmetrieren eines Spannungsdreiecks wird die Unsymmetrie mit einem Gerät gemessen, das zwei getrennte zweisystemige Zähler aufweist, von denen jeder unmittelbar einen Zeiger bewegt. Auf jedes Zählersystem wirken zwei Messwerke mit entgegengesetztem Drehsinn. Das Spannungsdreieck ist symmetrisch, wenn beide Zeiger stillstehen. Nachteilig ist der zur Kontrolle der Messgenauigkeit des Gerätes erforderliche grosse Aufwand. Zudem sind die Leistungsaufnahme und damit auch die Anforderungen an die Spannungswandler, an welche das Gerät angeschlossen wird, sehr gross. In der Nähe des abgeglichenen Zustandes tritt infolge der Lagerreibung eine erhebliche Anzeigeunempfindlichkeit auf, die in den beiden Drehrichtungen unterschiedlich gross ist.
Die Nachteile des bekannten Verfahrens werden erfindungsgemäss dadurch behoben, dass die Beträge der Spannungen UOR und Uos sowie die Beträge der Spannungen Uos und UOT auf gleiche Werte abgeglichen werden, und dass nachher die Beträge der Spannungen (URs + UTR) und - (URS - UTR) sowie die Beträge 1/3 der Spannungen (#ST + #TR) und-(#ST - UTR) durch #3 Einstellen der Phasenwinkel der Sternspannungen auf gleiche Werte abgeglichen werden.
Eine Schaltungsanordnung zur Durchfühmng des Verfahrens ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Vergleichsmesser in einer ersten Schaltstellung von Schaltkontakten an Abbilder der Spannungen UOR und U05 und ein zweiter Vergleichsmesser an Abbilder der Spannungen U05 und UOT angeschlossen ist, während in einer zweiten Schaltstellung der Schaltkontakte dem ersten Vergleichsmesser Abbilder der Span
1 nungen (#RS + #TR) und-(#RS - #TR) und dem zwei #3 ten Vergleichsmesser Abbilder der Spannungen (#ST +
1 #RT) und-(#ST - #TR) zugeführt sind.
3
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 bis 4 Vektordiagramme und
Fig. 5 ein Schaltschema.
In der Fig. 1 ist ein aus komplexen Sternspannungen UOR, UOS und UOT und komplexen verketteten Spannungen URS, UST und UTR gebildetes Spannungsdreieck dargestellt. Dieses Spannungsdreieck ist verzerrt, d.h. die einzelnen Vektoren sind nicht gleich lang und die Phasenwinkel oc, p und y sind nicht gleich gross.
In einem ersten Verfahrensschritt werden gemäss der Fig. 2 die Vektoren der Sternspannungen UOR, #OS und UOT auf gleiche Länge abgeglichen. Dazu wird der Betrag der Spannung UOS einerseits mit demjenigen der Spannung UOR und andererseits mit demjenigen der Spannung UOT verglichen. Dieser Vergleich erfolgt vorteilhaft mittels der sog. Differenz-Messmethode, bei welcher die zu vergleichenden Spannungen gleichgerichtet und die Differenz der gleichgerichteten Spannungen gebildet wird.
In einem zweiten Verfahrensschritt werden die Vektoren tiOR und UOT derart gedreht, dass cc = = y = 1200 wird. Die dazu erforderliche Winkelmessung wird auf eine im nachfolgenden anhand der Fig. 3 und 4 erläuterte Betragsmessung übergeführt.
Gemäss der Fig. 3 werden die verketteten Spannungen URS und UTR zu (ÜRs + UTR) und (URs - UTR) vektoriell addiert bzw. subtrahiert. Bei einem abgeglichenen Spannungsdreieck stehen die Längen der resultierenden Vektoren (ÜRs + UTR) und (URs - UTR) ZUeinander im Verhältnis 1 : 1/3. Somit ist der Längenunterschied zwischen dem Vektor (#RS + #TR) und dem
1 Um den Faktor - verkürzten Vektor (#RS - #TR) ein
1/3 betragsmässiges Abbild für die Abweichung der Winkel y und ss vom abgeglichenen Wert.
Demzufolge können die Beträge der Spannungen (URs + UTR) und ¯ (URs -
1/3 UTR) miteinander verglichen und durch Verschieben der Phase der Spannung UOT auf gleiche Werte abgeglichen werden. Analog werden gemäss Fig. 4 die Vektoren (ÜST + UTR) sowie (UST - UTR) gebildet und durch Verschieben der Phase der Spannung UOR, d.h. durch Variation der Winkel α und ss die Beträge der Spannun
1 gen (#ST + #TR) und-(#ST - #TR) auf gleiche Werte
1/3 abgeglichen.
An sich müsste der Abgleich gemäss der Fig. 3 Hand in Hand mit demjenigen gemäss der Fig. 4 erfolgen, denn beim Abgleich des einen Winkels wird ja vorausgesetzt, dass der andere Winkel 1200 misst. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass bei einem Spannungsdreieck mit y = 120 + 30 zuerst der Abgleich gemäss der Fig. 3 und anschliessend der Abgleich gemäss der Fig. 4 mit einer Genauigkeit von einem Promille erfolgen kann, ohne dass durch den zweiten Abgleich der erstgenannte wesentlich beeinflusst wird. In diesem Fall besteht praktisch ein linearer Zusammenhang zwischen dem Winkelfehler und der Längendifferenz der miteinander verglichenen Vektoren.
Die in der Fig. 5 dargestellte Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens weist Spannungswand ler 1, 2 und 3 auf, welche primärseitig über Schaltkontakte a1 bis a6, b1 bis b6 und c1 bis c6 von Relais A, B und C an Sammelschienen R, S, T und 0 angeschlossen sind.
Sekundärseitig sind die Spannungswandler 1, 2 und 3 über Schaltkontakte d1 bis d5 und e1 bis e12 von Relais D und E mit Differenzmessgeräten 4 und 5 verbunden.
Eine Primärwicklung 6 des Spannungswandlers 1 weist einen Wicklungsteil 7 auf, dessen Windungszahl zur gesamten Windungszahl der Primärwicklung 6 annähernd im Verhältnis 1 : 1/3 steht. Das Verhältnis der Windungszahlen von Sekundärwicklungen 8 und 9 beträgt genau 1: 1/3.
Der Spannungswandler 2 besitzt eine Primärwicklung 10 mit einem Wicklungsteil 11 und Sekundärwicklungen 12 und 13, während die entsprechenden Teile des Spannungswandlers 3 mit 14 bis 17 bezeichnet sind.
Das Differenzmessgerät 4 enthält ein Mikroampère- meter 18, dessen Ausschlag der Differenz der aus Messgleichrichtern 19 und 20 gewonnenen Gleichspannungen entspricht. Das Differenzmessgerät 5 besteht aus einem Mikroampèremeter 21 und Messgleichrichtern 22 und 23.
Die Erregerwicklungen der Relais A, B und C sind über Kontakte 24, 25 und 26 eines Stufen schalters 27 an eine Spannungsquelle 28 angeschlossen. Die Erregerwicklung des Relais D ist in Reihe mit der Parallelschaltung von Schaltkontakten a7 und b7 und diejenige des Relais E in Reihe mit einem Schaltkontakt c7 mit der Spannungsquelle 28 verbunden.
Vor dem Symmetrieren des Spannungsdreiecks, das durch die den Sammelschienen R, S, T und 0 zugeführten Spannungen gebildet ist, wird die oben beschriebene Schaltungsanordnung abgeglichen. Dazu wird der Schaltarm des Stufenschalters 27 auf den Kontakt 24 gedreht, wodurch die Relais A und D anziehen. Die Wicklungsteile 7, 11 und 15 sind nun über die Schaltkontakte al bis a6 an die Spannung UOS gelegt. Die Sekundärwicklung 9 ist über die Schaltkontakte d1 und d3 an den Messgleichrichter 19, die Sekundärwicklung 13 über die Schaltkontakte d3, d4, d7 und d5 an die Messgleichrichter 20 und 23 und die Sekundärwicklung 17 über die Schaltkontakte d5 und d6 an den Messgleichrichter 22 angeschlossen.
Somit ist allen Messgleichrichtern ein gleiches Abbild der Spannung Uos zugeführt. Mit in der Zeichnungsfigur nicht dargestellten Reguliermilleln kann der Ausschlag an den Mikroampèremeter 18 und 21 auf Null eingestellt werden.
Nun wird der Schaltarm des Stufenschalters 27 auf den Kontakt 25 weitergedreht. Das Relais A fällt ab, das Relais B zieht an und das Relais D bleibt erregt. Der Wicklungsteil 7 ist jetzt über die Schaltkontakte b1 und b3 an die Spannung ÜOR, der Wicklungsteil 11 über die Schaltkontakte b3 und b4 an die Spannung Uos und der Wicklungsteil 15 über die Schaltkontakte b5 und b6 an die Spannung UOT angeschlossen. Dem Messgleichrichter 19 ist somit ein Abbild der Spannung UOR, den Messgleichrichtern 20 und 23 ein Abbild der Spannung U05 und dem Messgleichrichter 22 ein Abbild der Spannung UOT zugeführt.
Der Ausschlag am Mikroampèremeter 18 ist ein Mass für die Differenz der Beträge der Spannungen LIOR und Uos und der Ausschlag am Mikroamperemeter 21 ein Mass für die Differenz der Beträge der Spannungen Uns und UoT. Durch Variation der Grösse der Spannungen UOR und UOT können diese Differenzen auf Null abgeglichen werden.
Beim Winkelabgleich steht der Schaltarm des Stufenschalters 27 am Kontakt 26. Die Relais C und E sind angezogen, die Relais A, B und D abgefallen. Die Primärwicklung 6 ist über die Schaltkontakte c1 und c2 an die verkettete Spannung URS, die Primärwicklung 10 über die Schaltkontakte c3 und c4 an die Spannung UTR und die Primärwicklung 14 über die Schaltkontakte c5 und c6 an die Spannung UST angeschlossen. Die Sekundärwicklungen 9 und 13 sind durch die Schaltkontakte e1, e3 und e3 in Reihe geschaltet und an den Messgleichrichter 19 gelegt.
Ebenso ist über die Schaltkontakte e4, e5 und e die Reihenschaltung der Sekundärwicklungen 8 und 12 mit dem Messgleichrichter 20, über die Schaltkontakte e7, e8 und e5 die Reihenschaltung der Sekundärwicklungen
13 und 17 mit dem Messgleichrichter 22 und über die Schaltkontakte el0, e11 und e13 die Reihenschaltung der Sekundärwicklungen 12 und 16 mit dem Messgleichrichter 23 verbunden.
Am Messgleichrichter 19 liegt somit ein Abbild der Spannung (URS + UTR), am Messgleichrichter 20 ein Abbild der Spannung - (URs - UTR), am Mess
1/3 gleichrichter 22 ein Abbild der Spannung (UST + UTR) und am Messgleichrichter 23 ein Abbild der Spannung - (UST - UTR). Durch Verschieben der Phase der 1/3 Sternspannung UOR und UOT können nun die Ausschläge an den Mikroamperemetern 18 und 21 auf Null eingestellt werden. Damit ist vollkommene Symmetrie des Spannungsdreiecks erreicht.
Die erzielbare Messgenauigkeit hängt einerseits von der Empfindlichkeit der Differenzmessgeräte 4 und 5, andererseits von der Güte der Spannungswandler 1, 2 und 3 ab. Die Genauigkeit von Spannungswandlern gegebener Grösse ist bekanntlich um so höher, je kleiner die Bürde gehalten werden kann. Weil bei der beschriebenen Schaltungsanordnung die Spannungswandler 1, 2 und 3 nur durch die Messgleichrichter 19, 20, 22 und 23 belastet werden, kann diese Bürde sehr klein gehalten werden.
Differenzmessgeräte mit grosser Empfindlichkeit sind ebenfalls ohne weiteres realisierbar, so dass mit der beschriebenen Schaltungsanordnung ohne grossen technischen Aufwand ein Spannungsdreieck symmetriert werden kann, dessen Rest-Ungleichheiten kleiner als ein Promille sind.
Bei der Umschaltung der Spannungswandler 1, 2 und 3 von Sternspannungen auf verkettete Spannungen wird gleichzeitig das Übersetzungsverhältnis derart verältnis derart verändert, dass die Messgleichrichter 19, 20, 22 und 23 in den beiden Messschaltungen an annähernd gleich grossen Spannungen liegen. Dadurch wird die Messempfindlichkeit der Differenzmessgeräte 4 und 5 optimal ausgenützt.
Anstelle der Differenzmessgeräte 4 und 5 können grundsätzlich auch andersartige Vergleichsmesser, die nicht auf der Differenzmethode beruhen, verwendet werden. Differenzmessgeräte der beschriebenen Art weisen jedoch den Vorteil weitgehender Unabhängigkeit von der Frequenz, der Temperatur und von Oberwellen auf.
Die beschriebene Schaltungsanordnung ist derart aufgebaut, dass die Spannungswandler 1, 2 und 3 und damit auch die Spannungsquellen, an welche die Sammelschienen R, S, T und 0 angeschlossen sind, in allen drei Messstellungen des Stufenschalters mit der gleichen Bürde belastet sind. Dies wirkt sich auf die Messgenauigkeit in erhöhendem Sinne aus.