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Leistungsfaktormesser
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dem ein watt-metrisches Instrument verwendet wird, dessen Strompfad. von einer Systemphase gespeist wird und bei dem die drei Systemphasen über je einen hochohmigen Widerstand mit den Eckpunkten von drei in Dreieck (Ring-) Schaltung geschalteten Widerständen einer Potentiometereinrichtung verbunden sind. Diese Potentiometereinrichtung besitzt zwei um 1800 el. gegeneinander versetzte drehbare Abgriffe, zwischen die der Spannungspfad des wattmetrischen Instrumentes geschaltet ist.
Die aus den drei Widerständen gebildete Potentiometereinrichtung ist derart aufgebaut, dass auf zwei einzelnen Ringkörpern je einer der drei Widerstände und j- : die Hälfte des dritten Widerstandes aufgebracht ist. Offensichtlich stellt die Potentiometereinrichtung mit der speziellen Aufteilung der drei Widerstände und den notwendigen zwei beweglichen Abgriffen eine Sonderausführung dar, die kompliziert und dadurch teuer wird.
Es ist ferner ein Anlege-Leistungsfaktormesser bekannt, der aus einem Wattmeter besteht. Das Wattmeter kann entweder eine feststehende Stromspule aufweisen, die durch einen Anlegestromwandler erregt wird, oder der Eisenkern des Wattmeters ist gleich als Zange ausgebildet, so dass die umfasste elektrische Leitung als Stromspule wirkt. Die Drehspule des Wattmeters ist einerseits über einen Umschalter und anderseits über ein Potentiometer mit einem Abgriff an die Phasenspannung des Netzes geschaltet. Das Potentiometer ist dabei mit zwei Phasen des Netzes verbunden und kann über den Umschalter mit der dritten Phase verbunden werden. In Reihe mit der Drehspule ist ausserdem ein strombegrenzender Widerstand angeordnet.
Das Potentiometer ist mit einer Skala versehen, auf der der Leistungsfaktor unmittelbar abgelesen werden kann. Die Messung erfolgt derart, dass der Zeiger des Wattmeters durch Verstellung des Potentiometerabgriffes auf Null gebracht und der eingestellte Wert am Abgriff dann abgelesen wird.
Ein Nachteil dieses bekannten Leistungsfaktormessers besteht darin, dass nur eine Messung des Leistungsfaktors von 1 bis 0,5 möglich ist. Ferner muss für vor-oder nacheilenden Leistungsfaktor noch eine Umschaltung vorgenommen werden. Für eine universelle Verwendbarkeit bei einfacher Handhabung muss jedoch auch eine Leistungsfaktormessung unter 0, 5 und ohne Umschaltung möglich sein.
Bei einem andern bekannten Leistungsfaktormesser wird ein als Anlegeinstrument ausgebildetes Dreheisenmesswerk mit zwei feststehenden Stromspulen und zwei in deren Feld drehbar und unsymmetrisch angeordneten Eisen verwendet. Spulen und Dreheisen sind im Luftspalt eines ringförmigen Eisenkernes angeordnet, der aufklappbar ist und den Leiter umfasst. In Reihe mit den feststehenden Stromspulen sind frequenzabhängige Glieder geschaltet.
Auch mit diesem Leistungsfaktormesser ist ein Leistungsfaktor unter 0,5 nicht messbar. Ferner ist die Messung stark frequenzabhängig. Beim bekannten Leistungsfaktormesser ist durch die Spitzenlagerung und durch den unsymmetrischen Aufbau des beweglichen Organes mit beträchtlichen Messfehlern zu rechnen.
Schliesslich sind auch Schalttafel-Leistungsfaktormesser bekannt, deren Messwerk eine feste, stromdurchflossene und zwei bewegliche und gekreuzte Spulen aufweist. Es handelt sich hier um ein sogenanntes aufgelöstes elektrodynamisches Kreuzspul-Messwerk. Eine weitere Art ist als elektrodynamisches Kreuzfeld-Messwerk ausgebildet.
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Dieses Messwerk besteht aus einer beweglichen Stromspule und zwei festen ; puli-rnpaaren, die auf vier nach innen gerichteten Polen eines ringförmigen Eisenkernes angeordnet sind. Zwei gegenüberliegende Spulen bilden ein Spulenpaar, wobei das eine Spulenpaar an der Messspannung und das andere Paar an einer gegenüber der Messspannung um 90 phasenverschobenen Spannung liegt. Diese Schalttafel-Leistungsfaktormesser stellen Spezialinstrumente mit besonderem Aufbau dar und sind in Anwendung auf Anlege-Leistungsfaktormesser nicht geeignet.
Die Nachteile der obigen Leistungsfaktormesser werden durch die Erfindung in einfacher Weise vermieden. Es werden darüber hinaus durch die Erfindung eine Vielzahl von Schaltungsmöglichkeiten des Leistungsfaktormessers erreicht.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsfaktor ! l1esser mit einem elektrodynamischen Messwerk. dessen Strompfad mit einer Systemphase verbunden ist und dessen Spannungsspule mit dem einen Ende an den beweglichen Abgriff eines an zwei Systemphasen angeschlossenen Potentiometers und mit dem andern Ende über einen Widerstand an die dritte Systemphase geschaltet ist. Erfindungsgemäss ist dieses Ende der Spannungsspule mit mindestens einer weiteren Systemphase über einen oder mehrere Widerstände verbunden.
Die Erfindung wird mit weiteren zweckmässigen Ausbildungen an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausfiihrungsbispielen näher erläutert. Gleiche Elemente tragen gleiche Bezeichnungen.
In der Fig. la ist die einfachste Anordnung dargestellt, die aus einem normalen Potentiometer 2 besteht, das mit seinen Enden beispielsweise an die Leiter R, S geschaltet ist. Der Spannungspfad 3 des Messwerkes ist an den beweglichen Abgriff 4 des Potentiometers 2 und an den Sternpunkt der aus den drei Widerständen 5 bestehenden Schaltung geschaltet, wobei die Widerstände jeweils mit einem Ende an den Leitern R, S, T liegen. Der Strompfad 6 des Messwerkes ist in bekannter Weise entweder an einen Anlegestromwandler 7 geschaltet, der einen Leiter umgreift, oder das Messwerk hat einen aufklappbaren Eisenkern, der von einem Leiter durchsetzt wird. In der Fig. 1b ist das entsprechende Vektordiagramm dargestellt. Mit R, S, T sind die drei Systemphasen bezeichnet. Das Potentiometer liegt zwischen R und S.
Zwischen R und S ist ungefähr die sich durch die Schaltung ergebende Leistlngsfaktorskala angedeutet. Es ergibt sich ein Bereich von 0... 1... 0, 87 ohne Umschaltung. Der Spannungspfad des Messwerkes ist zwischen den Abgriff A des Potentiometers und den 3ternpunkt P geschaltet. J ist der Vektor des Stromes
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stellt, so steht der Vektor AP senkrecnt auf dem Vektor J. Dies entspricht, wie angedeutet, dem Leistungsfaktor 1. Strom und Spannung am Messwerk weisen eine Phasenverschiebung von 90 auf und das Messwerk zeigt Null an.
Hat der Strom J'beispielsweise eine Voreilung von 600 gegenüber der Lage von J, wie gestrichelt angedeutet, o würde sich am Messwerk bei unveränderter Stellung deb Potentiometerabgriffe auf 1 ein Ausschlag am Messwerk ergeben, da der Phasenwinkel von Strom und Spannung am Messwerk von 90 abweicht. Durch Verstellung des Potentiometerabgriffes in die gestrichelte Stellung verschiebt sich der Spannungsvektor AP gegen den Uhrzeigersinn, so dass wieder eine Phasenverschiebung von 900 zwischen Strom- und Spannungspfad des Messwerkes herrscht und somit Null angezeigt wird. Der Leistungsfaktor ergibt sich aus dem Winkel cl und kann unmittelbar von der Potentiometerskala abgelesen werden. Die Fig. 1c zeigt schliesslich die Ausbildung des Potentiometers, das aus dem Schleifdraht 2 und dem veränderbaren Abgriff 4 besteht.
Mit 8,9 sind die Anschlüsse des Potentiometers bezeichnet.
Fig. 2a zeigt praktisch die gleiche Schaltungsanordnung, jedoch weist das Potentiometer 2 einen festen Abgriff 10 auf, der an die dritte Phase geschaltet ist. In der Fig. 2b ist das entsprechende Vektordiagramm dargestellt, das nach dem Obengesagten ohne weiteres verständlich sein dürfte. In der Fig. 2c ist die Ausbildung des Potentiometers 2 dargestellt. Mit einer derartigen Schaltungsanordnung wird ein cos 9-Bereich von 0... 1... 0 erreicht. Die Fig. 2d zeigt eine etwas abgeänderte Schaltung. Das mit einem festen Abgriff 10 versehene Potentiometer 2 ist über Widerstände 11 mit den Systemphasen verbunden.
Der Spannungspfad 3 des Messwerkes ist zwischen einen aus Widerständen 5 gebildeten Sternpunkt und den Abgriff 4 des Potentiometers 2 geschaltet, wobei das Potentiometer 2 elektrisch den halben Umfang der Dreieckschaltung bildet. Die Bemessung der Widerstände 11 kann dabei so gewählt werden, dass sie entweder grösser als die Widerstände der Potentiometereinrichtung sind oder mit dieser etwa übereinstimmen. 12 ist ein in Reihe mit dem Potentiometer 2 geschalteter Widerstand.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss der Fig. 3a wird wieder nur ein normales Potentiometer 2 verwendet, das an einen Leiter und an den Mittelpunkt eines zwischen zwei Leitern angeordneten Widerstandes 13 geschaltet ist. Der Spannungspfad des Messwerkes ist dabei an den Abgriff 4 des Potentiometers 2 und an den festen Abgriff eines weiteren Spannungsteilers 14 geschaltet. Mit dieser Schaltungsanordnung ergibt sich ein cos # - Bereich von 0, 5 ... 1 ... 0,5, wenn die Widerstände 13 einander gleich und die
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Widerstände 14 einander gleich sind. Durch Änderung dieser Widerstände kann eine entspref-hcnde Ver- schiebung des Bereiches erreicht werden. Die Fig. 3b zeigt wieder das entsprechende Vektordiagramm mit zwei Leistungsfaktor-Einstellungen.
Der Einfachheit halber ist die Speisung des Strompfades und die Ausbildung des Potentiometers 2 weggelassen.
In der Fig. 4a besitzt das Potentiometer 2 eine feste Anzapfung 10, die symmetrisch zu den Anschüssen 8,9 liegt. Alle drei Anschlüsse des Potentiometers werden an R S T geschaltet. Der Spannungpfad 3 des Messwerkes ist an den veränderbaren Abgriff 4 des Potentiometers 2 und an den festen Abgriff eines symmetrischen Spannungsteilers 15 geschaltet. Der cos o-Bereich ergibt sich bei dieser Schaltungsanordnung zu 1... 0... 1. d. h. d. er Nullwert liegt auf der Skalenmitte. Die Fig. 4b und 4c zeigen das Vektordiagramm und die Ausbildung des Potentiometers.
Die Fig. 5a zeigt eine Anordnung, bei der ein Potentiometer 2 ohne festen Abgriff verwendet wird.
Das Potentiometer ist Teil einer vereinfachten Dreieckschaltung nach Fig. 4a und der Spannungspfad 3 ist an aen veränderbaren Abgriff 4 des Potentiometers 2 und an den symmetrischen Punkt des Spannungsteileis 15, der auch Teil der Dreieckschaltung ist, geschaltet. Bei dieser Anordnung überstreicht der Abgriff 4 einen Quadranten, so dass sich ein cos cl - Bereich von 0... l'ergibt. Dadurch wird eine sehr auseinandergezogene Skala erreicht. Durch einfaches Umschalten mittels eines Schalters 16, wie in Fig. 6a dargestellt, ergibt sich die gleiche Skala für den benachbarten Quadranten, Fig. 6b.
Mit einem nach Fig. 2d ausgebildeten Leistungsfaktormesser ist unter Verwendung eines Messwerkes mit Spannbandlagerung des beweglichen Organes in den Bereichen 15 - 1500 A und 150 - 600 V eine Anzeigegenauigkeit von 5 % erreichbar, so dass die Leistungsfaktoren auf 0,05 genau angezeigt werden.
Im Gebiet der grösseren cos So - Werte wird jedoch eine weit genauere Anzeige erreicht, da in diesen Gebiet die Skalenteilung stark auseinandergezogen ist.
Der angezeigte Leistungsfaktor hängt bei der erfindungsgemässen Ausbildung nur in geringem Masse vom Symmetriefehler des Phasensystems ab. Messungen haben ergeben, dass ein Unsymmetriegrad von 0,03 einen Fehler ergibt, der in der Grössenordnung der Messgenauigkeit liegt. Ein Leistungsfaktorwn 0,5 wird also um den Betrag 0,05 falsch gemessen, wenn die Phasenspannungen 370,380 und 390 V an Stelle von 3 x 380 V betragen. Eine Stromunsymmetrie tritt nicht störend in Erscheinung.
Die Messung der Drehfeldrichtung wird stets der Leistungsfaktormessung vorangehen, ist also als eine vorbereitende Messung anzusprechen. Durch die erfindungsgemässe Ausbildung wird vermieden, dass die Einrichtung zur Drehfeldrichtungsmessung mit ihrem aufklappbaren Eisenkern einen Leiter des Systems umfassen muss. In vielen Fällen ist unter den gegebenen Platzverhältnissen und der gegebenen Verlegung der Leiter eine Einstellung und Ablesung der Einrichtung bei umfasstem Leiter nur unter Schwierigkeiten möglich. Wenn dies für die Leistungsfaktormessung schon nicht zu vermeiden ist, so kann dieser Nachteil jedoch für die Messung der Drehfeldrichtung durch die Erfindung behoben werden.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Leistungsfaktormesser mit Mitteln zur Bestimmung der Phasenfolge in Drehstromsystemen. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Verwendung aes Leistungsfaktormessers als Gerät zur Bestimmung der Phasenfolge des Drehstromsystems, indem mittels eines Schalters eine auf dem Eisenkern des wattmetrischen Messwerkes zusätzlich angeordnete Wicklung und die Drehspule des wattmetrischen Messwerkes je an eine von zwei vorzugsweise um 900 el. gegeneinander phasenverschobene, von der Leistungsfaktormesserschaltung abgeleitete Spannungen gelegt sind und die beiden phasenverschobenen Spannungen durch Reihenschaltung eines Blindwiderstandes mit der Drehspule gewonnen sind.
Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Fig. 7 zeigt eine der in den gesamten Figuren dargestellten elektrischen Schaltungsanordnungen, die Fig. 8 eine mögliche konstruktive Ausführungsform. Gleiche Elemente weisen gleiche Bezugszeichen auf.
In der Fig. 7 ist das wattmetrische Anzeigeinstrument mit 21 bezeichnet. Dieses besteht aus einem Eisenkern 22 mit Luftspalt 23, in welchem die drehbare Spannungsspule 24 angeordnet ist. Der Eisenkern ist ferner bei 25 aufklappbar ausgebildet und umfasst in bekannter Weise einen stromführenden Leiter.
Die Spannungsspule 24 ist für die Leistungsfaktormessung zwischen den Sternpunkt 26 eines aus Widerständen aufgebauten Spannungsdreieckes 27 und den Abgriff 28 eines Potentiometers 29 geschaltet. Die Widerstandsanordnung ist derart ausgebildet, dass sich ein cos cl - Bereich von 0... 1... 0 ergibt. Es sei bemerkt, dass auch andersartige Widerstandsschaltungen für die Anordnung 27 gewählt werden können, wie dem Hauptanspruch entnehmbar ist.
Wie aus der Fig. 8 ersichtlich, ist der veränderbare'Abgriff 28 des Potentiometers 29 mit einer di-
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rekt in Leistungsfaktoren von 0 kapazitiv üLer 1 nach 0 induktiv geeichten Skalenscheibe 210 gekuppelt.
Ferner ist die Einrichtung mit drei Anschlüssen R, S, T versehen. Die Leistungsfaktormessung erfolgt, indem durch Betätigung der Handhabe für den Abgriff 28 der Zeiger 211 des Messwerkes 21 auf die Nullmarke (Fig. 8) gestellt und der Wert an der Potentiometerskala abgelesen wird. Die Vorrichtung muss dabei einen Leiter 212 des Systems umfassen.
Um die Phasenfolge festzustellen, braucht die erfindungsgemässe Vorrichtung den Leiter 212 nicht zu umgreifen. Vielmehr kann die Vorrichtung unabhängig von den Leitern bequem in der Hand gehalten und die Drehfeldrichtung festgestellt werden.
In Ausführung der Erfindung ist der Eisenkern 22 mit einer Wicklung 213 versehen, die bei Betätigung des Schalters 214 beispielsweise an den Funkten S, T der Widerstandsanordnung 27 liegt und den Eisenkern 22 erregt. Die Drehspule 24 des Messwerkes 21 wird von einem um einen bestimmten Winkel gegen eine der Spannungen versetzten Strom gespeist, was durch die Einschaltung des Blindwiderstandes
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dieser beiden Phasen und gibt unmittelbar die Drehfeldrichtung an.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Leistungsfaktormesser mit einem elektrodynamischen Messwerk, dessen Strompfad mit einer Systemphase verbunden ist und dessen Spannungsspule mit dem einen Ende an den beweglichen Abgriff eines an zwei Systemphasen angescnlossenen Potentiometers und mit dem ankern Ende über einen Widerstand an die dritte Systemphase geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Ende der Spannungsspule mit mindestens einer weiteren Systemphase über einen oder mehrere Widerstände verbunden ist.
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