<Desc/Clms Page number 1>
Gerät zum Messen von Strom, Spannung und Leistungsfaktor
Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen von Strom, Spannung und Leistungsfaktor mit einem Messwandler, der eine primäre Stromwicklung, eine primäre Spannungswicklung und eine gemeinsame Sekundärwicklung aufweist.
Es sind Geräte zum Messen von Strom, Spannung und Leistungsfaktor bekannt, welche mit Anschlussklemmen in den zu messenden Stromkreis eingeschaltet werden. Ein Nachteil derartiger Geräte besteht darin, dass nur die Spannung-un Stromwerte unmittelbar ablesbar sind, wogegen der Leistungsfaktor lediglich nach dem Ablesen der Spannung, des Stromes sowie der vektoriellen Differenz der Spannung und des Stromes aus Berechnungstabellen oder Nomogrammen ermittelt werden kann. Da sich aber die Grösse des Spannungsvektors und des Stromvektors bei der Bildung der vektoriellen Differenz ändert, kann die Grösse des Leistungsfaktors nicht genàu festgestellt werden.
Es ist auch bereits ein Messtransformator mit offenem Eisenkern bekanntgeworden, der im wesentlichen zwei Wicklungen, nämlich eine Spannungswicklung und zur Wahrnehmung der Strom- und Spannungskomponenten eine gemeinsame Sekundärwicklung enthielt, wobei eine weitere vom Eisenkern entfernbare Hilfswicklung vorgesehen war. Dieses Gerät ist für den festen Einbau z. B. auf einer Schalttafel nicht geeignet und kann nur in jenen Fällen angewendet werden, in welchen es einer Einzelleitung derart genähert werden kann, dass die Messung durch das Feld eventuell vorhandener weiterer Leitungen nicht gestört wird. Die Hilfswicklung wurde nur für die Erfassung kleiner Stromstärken vorgesehen.
Erfindungsgemäss besteht der Eisenkern des Messwandlers aus einem Statorteil und einem in den Kraftlinienweg eingefügten verdrehbaren Anker, wobei die drei Wicklungen dauernd am Messwandler derart angebracht sind, dass an einem der beiden erwähnten Eisenkernteile die primäre Strom wicklung und am andern die in parallelen Wicklungsebenen gewickelten beiden andern Wicklungen, d. h. die primäre Spannungswicklung und die gemeinsame Sekundärwicklung angeordnet sind. Hiebei sind die an den beiden Eisenkernteilen angeordneten Wicklungen gegeneinander von einer Lage, in der alle Wicklungsebenen parallel liegen, bis in eine Lage, in der die Wicklungsebenen der an den beiden Eisenkernteilen angeordneten Wicklungen zueinander senkrecht liegen, durch den Anker verdrehbar angeordnet.
Weiters ist ein in den Stromkreis der primären Spannungswicklung mittels eines Umschalters einfügbares Potentiometer vorgesehen.
Die Erfindung ermöglicht eine Vereinfachung der umständlichen und schwerfälligen Messung des Leistungsfaktors und das unmittelbare Ablesen desselben auf der Skala eines Anzeigeinstrumentes, wobei auch die Strom- und Spannungswerte ablesbar sind. Bei dem erfindungsgemässen Gerät wird die Spannung E auf einen vorbestimmten Skalawert, z. B. auf cos = l, eingestellt und der von Null bis I einstellbare Strom-
EMI1.1
EMI1.2
EMI1.3
<Desc/Clms Page number 2>
Die Relativdrehbarkeit des Ankers gegenüber dem Stator kann dadurch verwirklicht werden, dass die primäre Stromwicklung verdrehbar und die primäre Spannungswicklung sowie die das Messinstrument speisende gelreinsame Sekundärwicklung - wobei die beiden letzteren mit parallelen Wicklungsebenen aus geführt sind-fest angeordnet sind. Dabei entspricht die parallele Lage der primären Stromwicklung der Lage der höchsten Induktion und die senkrechte Lage dem Null-Wert der Induktion. In gewissen Fällen ist es jedoch vorteilhaft, die primäre Stromwicklung feststehend und die Ebenen der gemeinsamen Sekundärwicklung und der primären Spannungswicklung verdrehbar auszuführen.
In der parallelen Lage der drei Wicklungsebenen zeigt das in den Stromkreis der gemeinsamen Sekundärwicklung geschaltete Anzeigeinstrument den der jeweiligen Belastung entsprechenden Strom I.
Wird aber die Ebene der Stromwicklung aus dieser Lage um 900 verdreht, so wird der Strom I in der Sekundärwicklung bis auf den Nullwert stufenlos herabgesetzt. Bei diesem Null-Wert des Stromvektors I kann der Spannungsvektor E auf einen vorbestimmten Skalawert, z. B. cos So = l, eingestellt werden.
Wird bei dieser Einstellung des Spannungsvektors E die primäre Stromwicklung aus dem Spannungsfeld des Messwandlers gegen die parallele Stellung verdreht, so wird jeweils ein Stromvektor I subtrahiert.
Bei einer bestimmten Stellung der primären Stromwicklung zeigt sich ein Minimum des Differenzvektors E-I, bei welcher Stellung sin so bzw. der Leistungsfaktor cos direkt von der Skala abgelesen werden kann.
Das erfindungsgemässe Gerät erübrigt auch bei Schalttafelausführung die Anwendung eines Wattmeters, da entweder mittels eines in das Gehäuse des Anzeigeinstrumentes oder mittels eines in ein. besonderes Gehäuse eingebauten kombinierten Messwandlers mit bekannten Umschaltern die wichtigsten Daten der Energiewirtschaft auf einem einzigen Anzeigeinstrument unmittelbar abgelesen werden können, wobei auch die Werte der Leistung E. I. cos cp bzw. E. 1. cos cp. V3 messbar bzw. berechenbar sind. Der Vorteil des in ein besonderes Gehäuse'eingebauten Messwandlers besteht darin, dass die Belastungsmessung der elektrischen Maschinen in beliebigem Zeitpunkt ohne Abschalten derselben durchgeführt werden kann.
So kann der Messwandler als Adapter eines Vielfachinstrumentes verwendet werden, wobei die Messbereiche dieses Instrumentes ausser zum Messen des Stromes, der Spannung usw. auch zum Messen des Leistungfaktors cos cp, sowie des Blindleistungsfaktors ergänzt werden können.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung, die beispielsweise Ausführungen des erfindungsgemässen Gerätes darstellt, erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch die Draufsicht des Messwandlers mit abgenommenem Lagerdeckel und das Schaltschema einer Ausführung, bei welcher der Messwandler mit dem Anzeigeinstrument in ein gemeinsames Gehäuse eingebaut ist und Fig. 2 stellt einen Schnitt durch den Messwandler nach Fig. 1 dar. In Fig. 3 ist die Draufsicht eines in einem besonderen Gehäuse eingebauten Messwandlers gezeigt, welcher als Stromwandler an ein Vielfachinstrument angeschlossen werden kann.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, besteht das Gerät aus einem Messwandler 1, dessen in einem Gehäuse 32, 33 untergebrachter Eisenkern aus zwei Hauptteilen, u. zw. dem mittels einer Welle 18 verdrehbaren, einen Blätterkern aufweisenden Anker 2 und dem ebenfalls einen Blätterkern aufweisenden Statorteil 3 besteht. Der Messwandler 1 enthält drei Wicklungen, nämlich die primäre Stromwicklung 8, die primäre Spannungswicklung 9 und die gemeinsame Sekundärwicklung 10. Die primäre Stromwicklung 8 ist in Nuten 4 des Ankers 2 angeordnet. Die gemeinsame Sekundärwicklung 10 und die primäre Spannungswicklung 9 sind auf den Statorteil 3 aufgewickelt.
Die primäre Stromwicklung 8 wird über die Klemmen 5,6 und über einen Stufen-Stromwandler 7, die primäre Spannungswicklung 9 über die Klemmen 37,38 in den jeweiligen zu messenden Stromkreis eingefügt.
In der in Fig. 1 dargestellten Lage der drei Wicklungen liegen die magnetischen Kraftlinien zueinander parallel, so dass das mit einem Gleichrichter 27 ausgerüstete, in den Stromkreis der gemeinsamen Sekundärwicklung eingeschaltete Anzeigeinstrument 26 bei der dargestellten höchsten Induktionslage den der tatsächlichen Stromstärke I entsprechenden Ausschlag zeigt. Wird die primäre Stromwicklung 8 mittels der Welle 18 um 900 verdreht, so wird der Strom I stufenlos bis Null vermindert.
Wird nun bei Strommessung der Stufen-Stromwandler 7 mittels der Klemmen 5,6 in den zu messenden Stromkreis eingeschaltet, so wird die Stromwicklung 8 durch die Sekundärwicklung 11 des Stufen-Stromwandlers 7 über die Klemmen 23, 12,13 sowie über die biegsame Spirale 36 gespeist, wobei das Anzeigeinstrument 26 über die Klemmen 14,15 der gemeinsamen Sekundärwicklung 10 durch einen Justierwiderstand 19 sowie durch den Gleichrichter 27 in den Messstromkreis eingefügt ist und den dem Strom I entsprechenden Ausschlag zeigt.
<Desc/Clms Page number 3>
Bei der Messung von Spannung und Leistungsfaktor wird die Ebene der primären Stromwicklung 8 parallel zu den Kraftlinien 20 der Wicklungen 9, 10 ausgerichtet, so dass die Induktionswirkung des Stromes I gleich Null ist. Die Erregung der primären Spannungswicklung 9 erfolgt von den Klem- men 37,38 her, wobei je nach der zu messenden Spannung entweder die Klemme für 250 oder jene für 500V benutzt wird, in der Stellung 30 des Umschalters 29 über den Arm 22 des Potentiome-
EMI3.1
eingestellt wird. Dies erfolgt in der Null-Lage der primären Stromwicklung 8. Hierauf wird der Wert des Stromvektors I durch Verdrehen des mit der Welle 18 verbundenen Drehknopfes 28 so lange erhöht, bis an der Skala ein minimaler Ausschlag des Differenzvektors (E - I) erzielt wird. In dieser Stellung entspricht die Anzeige dem gesuchten cos so-Wert.
Werden bei Drehstrommessung die Klemmen 5,6 in die Phase S eingefügt, die Phase R an die -Klemme 37 und die Phase T an die Klemme 38 für 250 oder 500 V angeschlossen, so wird beim Verdrehen des Drehknopfes 28 aus der Nullstellung bei induktiver Belastung der Vektor I vom Vektor E subtrahiert und bei kapazitiver Belastung zu dem Vektor E addiert, Im Falle der Addition werden die Phasen R, T an den Klemmen vertauscht.
Da bei Verdrehen des Drehknopfes 28 aus der Nullstellung im Falle einer induktiven Belastung immer eine Subtraktion und. bei kapazitiver Belastung eine Addition erfolgt, kann auch der Charakter der Belastung festgestellt werden. Im Falle einer induktiven Belastung kann aus der Subtraktion die Phasenfolge R, S, T unzweifelhaft festgestellt werden.
Das erfindungsgemässe Gerät ermöglicht zwei Methoden der Spannungsmessung. Die erste erfolgt über den Spannungswandler, welcher frequenzabhängig ist. Die zweite ist eine direkte Spannungsmessung ohne Spannungswandler mit einem Gleichrichter-Voltmeter.
Bei der ersten Methode, d. h. beim Messen mit dem Spannungswandler, ist für den Arm 22 des Potentiometers 21 eine bezeichnete Stellung 24 vorgesehen, in welcher die Widerstände 34,35 bzw. lediglich der Widerstand 35 des Voltmeters mit dem Widerstand des Potentiometers 21 in Serie geschaltet sind und bei 500 bzw. 250 V Spannung an der Skala des Anzeigeinstrumentes 26 eben ein Vollausschlag erfolgt. Zwecks bequemer Einstellung des Armes 22 in die Stellung 24 werden zweckmässiger Weise die Windungen mittels eines 2 - 3 mm breiten Metallplättchens 25'kurzgeschlossen.
Bei dieser Messung wird der Arm des Umschalters 29 in die Lage 30 gestellt.
Stellt man den Arm des Umschalters 29 in die Lage 31, so kann das Messen der Spannung frequenzunabhängig unmittelbar an der Skala des Gleichrichter-Voltmeters erfolgen.
Diese zweierlei Messmethoden ermöglichen die Feststellung einer von 50 Hz abweichenden Frequenz mittels zweier Ablesungen, z. B. mit Hilfe einer Tabelle oder durch Eichung.
Die beschriebene Methode ist deshalb vorteilhaft, weil die Messung des Leistungsfaktors praktisch unabhängig von der Frequenz ist, so dass z. B. von 50 bis 5000 Hz sowohl der Leistungsfaktor als auch die Frequenz gemessen werden kann.
Im Betrieb ist es wichtig, z. B. während der Betriebspausen, Kontrollmessungen vorzunehmen. Dazu
EMI3.2
diese Weise kann die Prüfung der im Betrieb befindlichen Maschinen rasch und in einem beliebigen Zeitpunkt vorgenommen werden.
Da Messwandler, welche auch zur Leistungsmessung verwendet werden können, teuer sind, kann die erfindungsgemässe Lösung nach Fig. 3 mit Vorteil angewendet werden. Bei dieser Ausführung ist der Stufen-Stromwandler 7 und der Messwandler 1 mit dem Potentiometer 21 und dem Umschalter 29 in ein gemeinsames Gehäuse eingebaut und in den Stromkreis eingefügt, wobei das in einem besonderen Gehäuse angeordnete Anzeigeinstrument 26 durch die steckbar ausgebildeten Klemmen 14,15 unmittelbar oder mittels Kabelleitungen an den in den Stromkreis bereits eingeschalteten Messwandler angeschlossen werden kann.
Es ist empfehlenswert, den Messwandler mit den gebräuchlichen Messbereichen von 0, 5 ; 1 ; 5 ; 10 ; 20 A auszuführen, da z. B. mittels eines geschlossenen Eisenkerns oder mittels eines Eisenkerns, welcher ge- öffnet werden kann, Stromstärken bis 20,40, 100 und 200 A gemessen werden können. Etwa oh der gebräuchlichen elektrischen Maschinen weisen eine Leistungsaufnahme von 10 kW bei 380 V auf, so dass bei einem höchsten Messbereich von 20 A kaum noch besondere Messwandler angewendet werden müs- sen.