DE976806C

DE976806C - Device for measuring the maximum value of the average electrical power consumed by a consumer

Info

Publication number: DE976806C
Application number: DEL12860A
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl-Ing Roth
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1952-07-15
Filing date: 1952-07-15
Publication date: 1964-04-30

Description

Einrichtung zur Messung des Höchstwertes der von einem Verbraucher beanspruchten mittleren elektrischen Leistung Bei der Verrechnung elektrischer Energie besteht insbesondere bei größeren Abnehmern die Aufgabe, den Mittelwert der vom Verbraucher beanspruchten Leistung, bezogen auf eine Zeit von in der Regel I5 Minuten, zu messen und den dabei im Verlauf einer Ableseperiode aufgetretenen Höchstwert festzuhalten. Auf diese Größe wird der vom Verbraucher zu tragende Anteil an den festen Kosten bezogen.Device for measuring the maximum value of a consumer claimed average electrical power When billing electrical energy there is the task of calculating the mean value of the from Consumers demanded power, based on a time of usually 15 minutes, and the maximum value that occurred in the course of a reading period to hold on. The proportion to be borne by the consumer in the fixed costs.

Ein herkömmliches Meßgerät für diesen Zweck ist als Maximumzähler bekannt, der abschnittsweise, immer I5 Minuten lang, die bezogene Arbeit mißt und, da die einzelnen Zeitabschnitte gleich groß sind, unmittelbar Leistungseinheiten anzeigt. A conventional meter for this purpose is a maximum counter known who measures the related work in sections, always for 15 minutes, and since the individual time segments are of the same size, immediate power units indicates.

Der höchste in einer Ableseperiode aufgetretene Wert wird von einem Schleppzeiger festgehalten.The highest value that occurred in a reading period is taken from a Drag pointer held.

Diese Methode ist deshalb nicht ganz befriedigend, weil einmal zur Bestimmung des 15-Minute-n-Taktes eine besondere Schaltuhr nötig ist, weil weiterhin die Anzeige davon beeinflußt wird, wie die Meßzeitabschnitte zum Verlauf der Leistung über der Zeit liegen und weil endlich die Genauigkeit des Zählers selbst, der ja auch noch die Kilowattstunden anzeigen soll, darunter leidet, daß er in der Regel aus eigener Kraft das Maximumwerk antreiben muß. This method is not entirely satisfactory because once to the Determination of the 15-minute-n-cycle a special timer is necessary because it continues the display is influenced by how the measuring time segments on the course of the performance lie over time and because finally the accuracy of the meter itself, the yes should also display the kilowatt hours, which suffers from the fact that it usually suffers must drive the maximum work out of its own strength.

Es sind ferner Maximumzähler mit gleitender Registrierperiode bekannt. Bei derartigen Zählern wird jeweils nach einer bestimmten Anzahl von Ankerumdrehungen auf einem Transportband eine Markierung vorgenommen und etwa der erste Teil eines Differentialgetriebes verstellt. An einer räumlich versetzten Stelle des Bandes, die beispielsweise nach viertelstündiger Laufzeit erreicht wird, wird der zweite Teil eines Differentialgetriebes in entgegengesetztem Sinne verstellt, während der dritte Teil des Differentialgetriebes ein Maximumwerk betätigt. Bei solchen Geräten mit gleitender Registrierperiode ist man zwar unabhängig von dem Zeitpunkt, in dem eine höhere Belastung einsetzt oder aufhört, jedoch setzen solche Geräte naturgemäß einen komplizierten Aufbau voraus, der entsprechend störanfällig ist. There are also known maximum counters with a sliding registration period. In counters of this type, after a certain number of armature revolutions made a marking on a conveyor belt and about the first part of a Differential gear adjusted. At a spatially offset point on the belt, which is reached after a quarter of an hour, for example, becomes the second Part of a differential gear adjusted in the opposite sense, during the third part of the differential gear operated a maximum work. With such devices with a sliding registration period one is independent of the point in time in which a higher load sets in or ceases, but such devices set naturally a complicated structure, which is accordingly prone to failure.

Andere bekannte Maximumzähler arbeiten mit einer Reihe von Mitnehmern für einen gemeinsamen Maximumzeiger. Bei diesen Geräten werden die Mitnehmer periodisch, aber innerhalb einer Periode gestaffelt in die Ausgangslage zurück geführt. Auch diese Geräte haben sich in der Praxis aus den obenerwähnten Gründen nicht durchsetzen können. Other known maximum counters work with a number of drivers for a common maximum pointer. With these devices, the drivers are periodically but returned to the starting position in stages within a period. Even these devices have not established themselves in practice for the reasons mentioned above can.

Weiterhin sind zur Messung der Höchstbelastung in elektrischen Verbrauchsanlagen sogenannte thermische Maximumzeiger bekannt. Das sind praktisch thermische Meßgeräte mit sehr großer Trägheit, die einen Mittelwert, bezogen auf eine Zeiteinheit von z. B. 15 Minuten, anzeigen oder registrieren können. Diese Geräte sind jedoch nur für Zweileiteranlagen geeignet, da sie in der Ausführung für Drei-und Vierleiteranlagen nur mit einem sehr hohen Aufwand hergestellt werden können. They are also used to measure the maximum load in electrical consumption systems so-called thermal maximum pointer known. These are practically thermal measuring devices with very great inertia, which has an average value, based on a time unit of z. B. 15 minutes, can view or register. However, these devices are only Suitable for two-wire systems, as they are designed for three- and four-wire systems can only be produced with a great deal of effort.

Es ist schließlich eine Einrichtung zur Messung des Höchstwertes der von einem Verbraucher beanspruchten mittleren elektrischen Leistung bekanntgeworden, bei der eine auf einen Zählerläufer einwirkende Gegenkraft verwendet wird, welche mit wachsender Belastung größer wird und den Zählerläufer nach bestimmten Zeiten zum Stillstand bringt. Als Gegenkraft dient eine Spiralfeder, die von dem Zählerläufer gespannt wird und diesen schließlich anhält. Diese Anordnung läßt sich jedoch ohne besondere Mittel nur zur Messung der Maximalbelastung innerhalb ganz kleiner Zeiten z. B. 2 Minuten benutzen, da bei dem üblichen Drehmoment der Zähler die die Gegenkraft bewirkende Feder unverhältnismäßig stark sein müßte. It is, after all, a device for measuring the maximum value the average electrical power used by a consumer has become known, in which a counterforce acting on a counter rotor is used, which with increasing load becomes larger and the counter rotor after certain times brings to a standstill. A spiral spring from the counter rotor acts as a counterforce is tense and this finally stops. However, this arrangement can be used without special means only for measuring the maximum load within very short times z. B. use 2 minutes, because with the usual torque of the counter the counterforce causing spring would have to be disproportionately strong.

Diese Anordnung kann auch so eingerichtet werden, daß eine Messung der Maximalbelastung über größere Zeitintervalle möglich ist. Die Gegenkraft wird dann von einer langsamlaufenden Achse erzeugt bzw. vergrößert, während sie auf eine schnelllaufende Achse oder auf den Anker selbst bremsend oder dämpfend einwirkt. Bei der bekannten Anordnung kann die Bremsung oder Dämpfung sowohl durch Reibung als auch durch eine Feder sowie durch eine der Ankerdrehung entgegenwirkende Spule erfolgen. Eine Rückführung des Maximumzeigers ist nicht vorgesehen, so daß eine einwandfreie Mittelwertbildung über einen bestimmten Zeitabschnitt nur dann möglich ist, wenn die Belastung nicht schwankt. This arrangement can also be set up so that a measurement the maximum load is possible over longer time intervals. The counterforce will then generated or enlarged by a slow-moving axis while it is on a high-speed axis or acts braking or damping on the armature itself. In the known arrangement, the braking or damping can both by friction as well as a spring and a coil counteracting the armature rotation take place. A return of the maximum pointer is not provided, so that a Correct averaging over a certain period of time is only possible then is when the load does not fluctuate.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung des Höchstwertes der von einem Verbraucher beanspruchten mittleren'elektrischen Leistung mit von einem oder mehreren Zählertriebsystemen an einem Zählerläufer erzeugten, der Meßgröße proportionalem Drehmoment und einem von einem oder mehreren Bremsmagneten erzeugten Gegendrehmoment, bei der dem der Meßgröße proportionalen Drehmoment eine oder mehrere entgegenwirkende Spiralfedern vorgesehen sind, die direkt oder über eine tSbersetzung am Zählerläufer angreifen und dauernd mit diesem gekuppelt sind. The invention relates to a device for measuring the maximum value the average electrical power required by a consumer with of one or more meter drive systems generated on a meter rotor, the measured variable proportional torque and one generated by one or more brake magnets Counter torque in which the torque proportional to the measured variable has one or more counteracting spiral springs are provided, which are directly or via a transmission attack the counter rotor and are permanently coupled to it.

Erfindungsgemäß werden die oben angeführten Nachteile bekannter Anordnungen dadurch vermieden, daß auf den Zählerläufer von einem oder mehreren Bremsmagneten ein so starkes, zusätzliches Gegendrehmoment einwirkt, daß die vom Zählerläufer über eine Ubersetzung bestimmte Stellung eines Instrumentenzeigers einer kontinuierlichen Mittelwertbildung der Leistungsmomentanwerte nach der Bezeichnung entspricht, wobei N (-r) alle bereits wirksam gewesenen Leistungswerte und T die Zeitkonstante bedeuten.According to the invention, the above-mentioned disadvantages of known arrangements are avoided in that one or more brake magnets act on the counter rotor with such a strong additional counter-torque that the position of an instrument pointer determined by the counter rotor via a translation enables a continuous averaging of the instantaneous power values according to the designation corresponds to, where N (-r) denotes all power values that have already been effective and T denotes the time constant.

Zweckmäßigerweise wird die Zeitkonstante so groß gewählt, daß bei Wirkung einer konstanten Leistung go°/o des Sollwertes nach einer Zeit von i5 Minuten erreicht werden. The time constant is expediently chosen so large that at Effect of a constant output go% of the setpoint after a period of 15 minutes can be achieved.

Bei der Erfindung fallen im Gegensatz zu den üblichen, mechanisch wirkenden Maximumzählern die Meßzeitabschnitte weg. Demnach entfällt auch das kurzzeitige Entkuppeln des Mitnehmers des Maximumzeigers sowie dessen Rückfuhrung in die Ausgangslage und das darauf erfolgende Wiederankuppeln des Mitnehmers. Weiterhin entfallen die dadurch entstehenden Totzeiten der Messungen, und die für die Bestimmung der Meßzeitabschnitte erforderliche Schaltuhr wird überflüssig. Weiterhin hat die Erfindung den Vorteil, daß sie im Gegensatz zu den anderen bekannten Maximumzählern sehr einfach aufgebaut ist und ohne Schwierigkeiten für den Gebrauch in Drei-und Vierleiteranlagen ausgeführt werden kann. Schließlich erfolgt bei der Einrichtung nach der Erfindung eine einwandfreie Mittelwertbildunggemäß der oben angegebenen Gleichung. In the case of the invention, in contrast to the usual, mechanical acting maximum counters away the measuring time segments. Accordingly, the short-term is also omitted Uncoupling of the driver of the maximum pointer and its return to the starting position and the subsequent recoupling of the driver. Furthermore, the the resulting dead times for the measurements and those for determining the measurement time segments required time switch becomes superfluous. Furthermore, the invention has the advantage that, in contrast to the other known maximum counters, they have a very simple structure is designed for use in three and four-wire systems without difficulty can be. Finally, in the device according to the invention, a faultless one takes place Averaging according to the equation given above.

Der Erfindungsgegenstand, der zwar auch eine träge Meßeinrichtung darstellt, läßt sich auch nicht ohne weiteres mit den allgemein bekannten trägen Leistungsmessern vergleichen, die den Momentanwert der Leistung durch ein, sich nach einer gedämpften oder aperiodischen Schwingung einstellendes Anzeigeglied anzeigen, denn durch die erfindungsgemäße Anordnung wird eine kontinuier- liche Mittelwertbildung der Momentanwerte erreicht. Während also bei den bekannten Leistungsmessern lediglich Schwingungen des Anzeigeorgans um den tatsächlichen Meßwert durch ein träge ausgebildetes Meßwerk ausgeschaltet werden soll, fordert die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe die Mittelung des zeitlich schwankenden Momentanwertes und geht damit erheblich über die Fähigkeiten eines normalen Leistungsmeßgerätes hinaus. Bei den bekannten Geräten tritt zwar im gewissen Sinne auch eine Mittelung des Momentanwertes der Leistung ein, jedoch ergibt sich dabei der ermittelte Wert durch die Beziehung Dabei bedeuten T die Periodendauer und u, i die Augenblickswerte von Spannung und Strom. Dieser » Effektivwert « der Leistung ist jedoch von dem mit dem Erfind'ungsgegenstand gemessenen Mittelwert völlig verschieden.The subject of the invention, which also represents a sluggish measuring device, cannot easily be compared with the generally known sluggish power meters, which display the instantaneous value of the power by a display element that adjusts itself after a damped or aperiodic oscillation, because the arrangement according to the invention a continuous averaging of the instantaneous values is achieved. While in the known power meters only oscillations of the display element around the actual measured value are to be switched off by a sluggishly designed measuring mechanism, the task on which the invention is based requires the averaging of the instantaneous value, which fluctuates over time, and thus goes well beyond the capabilities of a normal power meter. In the known devices, the instantaneous value of the power is averaged in a certain sense, but the determined value results from the relationship T mean the period and u, i mean the instantaneous values of voltage and current. This "effective value" of the power is, however, completely different from the mean value measured with the subject of the invention.

In der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, bedeuten i einen Zählerläufer, 2 ein Triebsystem, 3 einen starken Zählerbremsmagnet, 4 eine ebene Spiralfeder, 5 Ubersetzungsräder, 6 einen Instrumentenzeiger, 7 eine Instrumentenskala und 8 einen Schleppzeiger. Werden an das Triebsystem 2 Strom und Spannung gelegt, so wird der Zählerläufer r mit einem der Leistung proportionalen Drehmoment M angetrieben und dreht sich so lange gegen die Spiralfeder 4, bis das von dieser erzeugte Gegenmoment gleich dem antreibenden Drehmoment ist. Die Bewegung des Zählerankers erfolgt nach der Gleichung : wobei # das Trägheitsmoment des Zählerläufers, t der Ausschlagswinkel, p die Dämpfungskonstante und D das Rückstellmoment der Feder (bezogen auf den Winkel i) ist.In the drawing, which shows an embodiment of the invention, i denotes a counter rotor, 2 a drive system, 3 a strong counter brake magnet, 4 a flat spiral spring, 5 translation wheels, 6 an instrument pointer, 7 an instrument scale and 8 a drag pointer. If current and voltage are applied to the drive system 2, the counter rotor r is driven with a torque M proportional to the power and rotates against the spiral spring 4 until the counter-torque generated by this is equal to the driving torque. The movement of the meter armature occurs according to the equation: where # is the moment of inertia of the counter rotor, t is the deflection angle, p is the damping constant and D is the restoring torque of the spring (based on the angle i).

Bei der im vorliegenden Fall verwendeten hohen Dämpfungskonstante p kann das erste Glied der Gleichung (i) vernachlässigt werden, so daß die Gleichung übrigbleibt, die für konstantes M die Lösung hat. Dabei ist die Zeitkonstante T = 1).With the high damping constant p used in the present case, the first term of equation (i) can be neglected, so that the equation remains which is the solution for constant M. Has. The time constant T = 1).

Der Ausschlag cp wird von den Zahnrädern auf den Zeiger 6 übertragen. The deflection cp is transmitted to the pointer 6 by the gears.

Während also beim herkömmlichen Maximumzähler der Zeiger nach dem Einschalten einer konstanten Leistung mit konstanter Geschwindigkeit hochläuft, nach 15 Minuten den Sollwert erreicht, dann durch das Signal der Schaltuhr wieder auf Null zurückgesetzt wird, um dann wieder hochzulaufen, bewegt sich der Zeiger 6 des beschriebenen Gerätes mit exponentiell abnehmender Geschwindigkeit auf denselben Sollwert, um, wenn das Drehmoment des Zählers weiterhin. konstant bleibt, dort stehenzubleiben. Wird die Leistung abgeschaltet, so geht der Zeiger 6 wieder exponentiell auf die Nullstellung zurück. Der vom Instrumentenzeiger 6 bzw. von einer entsprechenden Zählwerksrolle mitgeschleppte Maximumzeiger 8 bzw. eine zusätzliche Zählwerksrolle bleibt auf dem höchsten, im Verlauf einer Ableseperiode aufgetretenen Wert stehen und kann durch eine nicht dargestellte, von außen bedienbare Vorrichtung in die Anfangslage zurückgestellt werden. So while with the conventional maximum counter the pointer after the Switching on a constant power starts up at a constant speed, after 15 minutes the setpoint is reached, then again by the signal from the timer is reset to zero and then ramp up again, the pointer moves 6 of the described device with exponentially decreasing speed on the same Setpoint to if the counter torque continues. remains constant, to stop there. If the power is switched off, the pointer 6 again moves exponentially to the Reset to zero. From the instrument pointer 6 or from a corresponding one Counter roll dragged maximum pointers 8 or an additional counter roll remains at the highest value that occurred in the course of a reading period and can by an externally operated device, not shown, in the Initial position can be reset.

Bei sich ändernder Leistung N (t) ist die Anzeige des herkömmlichen Maximumzählers Tt= I5 Minuten, die des Gerätes nach der Erfindung Dabei werden alle bereits wirksam gewesenen LeistungswerteN (T), exponentiell abnehmend, um so weniger berücksichtigt, je weiter sie zeitlich zurückliegen. Die Anzeige entspricht dem kontin. uierlich gemittelten Leistungswert, dessen Höchstwert vom Schleppzeiger 8 festgehalten wird.When the power N (t) changes, the display of the conventional maximum counter is Tt = 15 minutes that of the device according to the invention All the power values N (T) that have already been effective, decreasing exponentially, are taken into account the less, the further back they are in time. The display corresponds to the contin. Averaged power value, the maximum value of which is recorded by the drag pointer 8.

Voraussetzung für die Brauchbarkeit des Gerätes ist, daß die Zeitkonstante T genügend groß gemacht werden kann. Daß dies bei Verwendung moderner starker Bremsmagnete und entsprechender Dimensionierung der übrigen Teile möglich ist, zeigt die folgende Rechnung. The prerequisite for the usability of the device is that the time constant T can be made large enough. That this is done when using modern, powerful brake magnets and appropriate dimensioning of the other parts is possible, shows the following Invoice.

Es sei gegeben ein Zählertriebsystem mit einem Nenndrehmoment von 5 cmg. Die Zeitkonstante soll so groß sein, daß nach 15 Minuten go°/o des Endausschlages erreicht werden. Dann muß also sein Mit zwei modernen Bremsmagneten läßt sich ein Zähler von 5 cmg Nenndrehmoment ohne Schwierigkeit auf zwei Umdrehungen pro Minute ahbremsen, d. h. d# 2# = 2# = 0,21 s-1. dt 60 Daraus ergibt sich die Dämpfungskostante Das notwendige Rückstellmoment der Feder ergibt sich aus Dämpfungs-und Zeitkonstante zu D= =-= 0, 061 cmg.Let there be a counter drive system with a nominal torque of 5 cmg. The time constant should be so large that after 15 minutes go% of the final deflection is reached. Then it has to be With two modern brake magnets, a counter of 5 cmg nominal torque can be braked without difficulty to two revolutions per minute, ie d # 2 # = 2 # = 0.21 s-1. dt 60 This gives the damping constant The necessary restoring torque of the spring results from the damping and time constants as D = = - = 0.061 cmg.

' 3I Der sich mit diesen GröBen ergebende Endausschlag des Zählerläufers wird M 5 82 # = = = 82; = 13 Umdrehungen. '3I The final deflection resulting from these values of the counter rotor becomes M 5 82 # = = = 82; = 13 turns.

D 0,061 2# Da es schwierig ist, auf der Läuferachse selbst eine Rückstellfeder anzubringen, die nach 13 Umdrehungen das Gegenmoment von 5 cmg aufbringt, ist zwischen Läufer und Feder eine Übersetzung eingeschaltet. Bezeichnet man das Drehmoment der nach der Ubersetzung angreifenden Feder (bezogen auf den Winkelbogen i) mit Du den Ausschlag der Feder mit #u, die Übersetzung mit ü #/#n, so muß sein M Dx 6 oder M'p = D-. D 0.061 2 # Because it is difficult to have a return spring on the rotor axis itself to be attached, which applies the counter-torque of 5 cmg after 13 revolutions, is between Runner and spring switched on a translation. The torque is called the after the translation acting spring (based on the angle arc i) with you The deflection of the spring with #u, the translation with ü # / # n, must be M Dx 6 or M'p = D-.

Wählt man beispielsweise eine Feder, die bei po' Verdrehung ein Moment von 5 cmg aufbringt, so ist II3 -I 8 Umdrehungen.If, for example, one chooses a spring that applies a moment of 5 cmg with po 'twisting, so is II3 -I 8 turns.

27S Für die Ubersetzung von der Läuferachse zur Federachse ergibt sich # 82 ü = = = 7,2 : 1. 27S For the translation from the rotor axis to the spring axis results # 82 ü = = = 7.2: 1.

#u 11,35 Für die Ubersetzung von der Läuferachse zur Zeigerachse ergibt sich, wenn der Ausschlag des Zeigers bei Nennlast 90° betragen soll Das Reibungsmoment des Schleppzeigers, beispielsweise 2 cmg, macht dann---= 0, 8"/o des Nenndrehmomentes aus.#u 11.35 The translation from the rotor axis to the pointer axis results when the deflection of the pointer should be 90 ° at nominal load The friction torque of the drag pointer, for example 2 cmg, then makes up --- = 0.8 "/ o of the nominal torque.

Für die Anzeige können statt der Zeiger 6 und 8 und der Instrumentenskala 7 auch Rollen wie bei normalen Zählwerken verwendet werden. Genauso wie hier für Wechselstrom beschrieben, kann die Anordnung natürlich auch für Drei-oder Vierleiternetze in Verbindung mit zwei oder drei Triebsystemen verwendet werden. Instead of the needles 6 and 8 and the instrument scale 7 rolls can also be used as with normal counters. Just like here for As described in alternating current, the arrangement can of course also be used for three or four-wire networks used in conjunction with two or three drive systems.

Zur Verringerung des Temperaturfehlers wird zweckmäßig für den Zählerläufer ein Material mit niedrigem Widerstandstemperaturkaeffizienten verwendet. To reduce the temperature error, it is useful for the counter rotor a material with a low temperature coefficient of resistance is used.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for measuring the maximum value of the average electrical power consumed by a consumer with a torque proportional to the measured variable generated by one or more counter drive systems on a counter rotor and a counter torque generated by one or more brake magnets, at which the torque proportional to the measured variable has one or more counteracting spiral springs are provided that attack the counter rotor directly or via a gear ratio and are permanently coupled to it, characterized in that one or more brake magnets act on the counter rotor with such a strong additional counter-torque that the position of an instrument pointer determined by the counter rotor via a gear ratio a continuous averaging of the instantaneous power values according to the designation corresponds to, where N (r) denotes all power values that have already been effective and T denotes the time constant.

2. Device according to claim i, characterized in that the occurring Time constant is preferably so large that a constant power is effective go * / o of the setpoint can be reached after a time of ig minutes.

3. Device according to claim l and 2, characterized in that instead of the instrument pointer and the scale, counter rollers for the display are used.

4. Device according to claim i to 3, characterized in that the indicating instrument pointer or the indicating register roller a maximum pointer or drag along an additional counter roller, the one at the highest in the course A value that has occurred during a reading period will be stopped and an externally operable one Device can be reset to the initial position.

5. Device according to claim i, characterized in that to reduce of the temperature error for the counter rotor is a material with a low temperature coefficient of resistance is used.

Considered publications: German Patent No. 225 937; Swiss patents No. 217274, I70 492.