Schaltungsanordnung zur Messung des Leistungsfaktors
Die Erfindung betrifft eine SehalAmgsan- ordnung zur Messung des Leistungsfaktors in symmetrisch belasteten Dreiphasennetzen.
Es sind Schaltungen bekannt, bei denen zur Messung des Leistungsfaktors in Ein phasen-oder Mehrphasensystemen wattmetrische Messwerke benutzt werden. Bei der einen der bekannten Sehaltungen werden in den Spannungspfad des Messwerkes Wider- stände eingeschaltet, die aus einem nicht regel barmen Blindwiderstand und einem regelbaren Wirkwiderstand bestehen. Durch Verände- rung des letzteren wird die Phase des Stromes im Spamnmgspfad gegen diejenige des Stro- mes im Strompfad um 90¯ verschoben.
Der Betrag des einzuschaltenden Wirkwiderstan- des gibt dann ein Mass für die Grosse des Leistungsfaktors. Derartige Kombinationen von Wirk-und Blindwiderst. änd'en sind ihrer Natur nach frequenzabhängig, so dass die Skala eines derartigen Instrumentes, die in Leistungsfaktoren geeicht ist, nur finir eine bestimmte Frequenz Gültigkeit hat. Diesen Nachteil vermeidet. eine andere beka. nnte Schaltung.
Bei dieser wird nach Fig. 1 ein Potentiometerwiderstand 1 an die Spannun- gen zweier Aussenleiter R und T des Drei phasensystems gelegt und der Spannungspfad des wattmetrischen Messwerkes 2 an den dritten Aussenleiter S und den Potentiometer- abgriff, während der Strom des Strompfades dem Leiter B über einen Transformator 3 entnommen wird. Das Vektord-iagramm in Fig. 2 veranschaulicht die Wirkungsweise dieser Schaltung. In dem Diagramm mögen RS, ST und TR die verketteten Spannungen eines symmetrischen Dreiphasensystems darstellen.
Der Potentiometerwiderstand m¯ge zwischen li und T liegen, der Spannungspfad des Mess werkes zwischen S und dem Potentiometerabgriff P auf RT. J m¯ge der Vektor des Stromes in dem einen der Leiter sein, der die Stromspule des Messwerkes durchfliesst.
Liegt der Abgriff P im Punkt T, so steht die Spannung zwischen S und P senkrecht zur Phase des St, romes J. Diese Stellung von P m¯ge dem Leistungsfaktor 1 entspreehen ; sie wird dadurch angezeigt, dass das Messwerk keinen Ausschlag gibt. In der ändern Grenz- st, von P im Punkt BistdiePhaseder Spannung RP um 600 gedreht. In dieser Stellung hat der Vektor SP eine Phasenverschie- bung von 90 gegen den Strom J', der eine Naeheilung von 60 gegenüber der Lage von J bat. Die zweite Grenzstellung entspricht also einem Leistungsfaktor von 0, 5 (cos cp = 60¯).
Kleinere Leisitungsfaktoren als 0, 5 können in dieser Schaltung nicht gemessen werden, vielmehr ist es nötig, die Schaltung so zu Ïndern, da¯ der Strom f r den Strom, pfad versuchsweise einem andern der Leiter des Dreiphasensystems entnommen wird.-Wird auch hier, durch Verändern des Potentiometer- agriffes keine Phasenverschiebung von 90 zwischen dem Strom im Spannungspfad und dem Spannungapfad d'es Messwerkes erreicht, so muss der Strom dem dritten Au¯enleiter entnommen werden. Die Nachteile dieser bekannten Schaltungenberuhen also in der Notwendigkeit, gegebenenfalls Umschaltungen bei der Messung vornehmen zu müssen.
Hiermit, ist der weitere Nachteil verbunden, dass die 13iehskalatdses In6trumentes entspreehend den drei Sehaltungsmoglichkeiten drei ver. schiedene Teilungen haben mu¯.
Alle Nachteile der bekannten Schaltungen werden bei einer Schaltungsanordnung zur Messung des Leistungsfaktors in symmetriseh belasteten Dreiphasennetzen, bei der ein wattmetrisches Instrument zur Anwendung gelangt, dessen Strompfad von einer Netzphase gespeist wird, erfindungsgemäss dadurch ver mieden, dass die drei Phasenleitungen des Drehstromnetzes über je einen hoehohmigen Widerstand mit den Eckpunkten von drei in Dreieckschaltung geschalteten WiderstÏnden einer Potentiometereinriehtung verbunden sind, die im Verhältnis zu den genannten hoehohmigen Widerständen niederohmig sind, und dass die beiden drehbaren,
um 180 elektrische Grade gegeneinander versetzten Poten tiometerabgriffe mit dem Spannungspfad des wattmetrischen Instrumentes verbunden sind.
Die Wirkungsweise einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung möge an einem Ausf hrungsbeispiel nach Fig. 3 erläutert werden. In Fig. 3 sind mit 4 die drei hoch ohmigen, ihrem Widerstandsbetrag naeh gleieh gro¯en WiderstÏnde bezeichnet, die die Verbindung zwischen den drei Leitern des Dreiphasensystems und den drei in Dreieckschal tlmg geschalteten niederohmigen Widerstän- den 5 einer Potentiometeranordnung herstel len. Mit 6 sind die Potentiometerabgriffe bezeichnet, deren Kontakte um 180 elektrische
Grade gegeneinander versetzt sind.
Werden die Kontakteum360 gedreht, so Ïndert sich auch die Phasenlage zwisclien den Abgriffs- punkten der Kontaktarme um den en gleichen Betrag. Die Abgriffkontakte sind unmittel- bar oder über einen Transformator 7, der die Spannung auf den gew nschten Betrag transformiert, mit dem Spannungspfad 8 eines wattmetrischen Messwerkes verbunden. Die Stromspule 9 des Messwerkes wird unmittelbar oder ber einen Transformator 10 von dem Strom der Phase R gespeist.
In dem Vektordiagramm naeh Fig. 4 sind sechs verschiedene Lagen der Vektoren der Spannungen zwi- schen den Spannungsabgriffen der Potentio metereinrichtung eingetragen. Ein in dem Leiter R fliessender Strom, der keine Phasenverschiebung gegen seine Spannung hat, ergibt mit dem Strom im Spann-Liligspfad, dessen Phasenlage derjenigen des Spannungsvektors aa'entspricht, kein Drehmoment. Der Zeiger des Messwerkes verbleibt in der Nullage. Die der Lage des Spannungsvektors aa'entspre- chende Stellung des Abgriffes des Potentiometers zeigt also den Leistungsfaktor 1 an.
T3at der Strom eine induktive Venschiebun g von 30 , so müssen die Abgriffe aus der ersten Lage um 30 gedreht werden, so dass der Spannungsvektor die Lage bb' einnimmt.
Diese Stellung der Abgriffe zeigt demnach den Leistungsfaktor 0, 866 an und so fort. Es ist ersichtlich, dass bei einer Drehung der Agriffe, um 90 sämtliche induktiven Leistungsfaktoren zwischen 1 und 0 erfasst, werden. Den kapazitiven Verschiebnngen des Stromvektors wird durch eine entsprechende Drehung der Abgriffe bis zu 90 in ent gegengesetzter Richtung entsprochen. Die Stellung der Potentiometerabgriffe wird an einer Skala abgelesen. Jeder Stellung der Abgriffe entspricht eindeutig ein bestimmter Wert des Leistungsfaktors, sobald der Zeiger des In Strumentes in die Nullage zur ckgef hrt ist.
Die Skala der Potentiometerabgriffe ist daher in Werten des Leistungsfaktors eichbar.
Werden die drei WiderstÏnde der Potentiometereinrichtung, wie bisher angenommen, kreisförmig in einer Ebene angeordnet, so wird f r die Messung aller Leistungsfaktoren, zwischen 0 und 1 vor-und nacheilend, nur die Hälfte des gesamten Kreisbogens in An sprucli genommen.
Eine weitere wesentliche Verbesserung wird erzielt, wenn die drei Widerstände des Potentiometers auf zwei konzentrisch angeordneten ringförmigen Potentio- metern dera. rt verteilt sind, class die beiden Ringe je einen der drei Widerstände und ausserdem die Hälfte des dritten Wider- standes tragen, wobei die drei WiderstÏnde wiederum in Ringschaltung geschaltet sind und die beiden auf gemeinsamer Achse be findlichen Potentiometerabgriffe um 180 elektrische Grade gegeneinander versehoben sind.
Die Anordnung ist schematisch in Fig. 5 dargestellt, wobei diie beiden konzentrischen Ringe der Deutlichkeit halber in die gleiche Ebene verlegt sind und der zweite Ring mit kleinerem Durchmesser gezeichnet ist, während es nat rlich zweckmässig ist, beiden Ringen den gleichen Durchmesser zu geben und sie konzentrisch in zwei Ebenen anzuordnen. Der eine Ring trägt zwischen den Punkten R und S den einen dler drei Widerstände, während der zweite Widerstand zwischen den Punkten S und T zur Hälfte von dem ersten Ring, zur andern Hallte von dem zweiten Ring getragen wird.
Der dritte Widerstand liegt auf dem zweiten Ring zwischen dien Punkten T und R. In dieser Anordnung steht für die Messung der Leistungsfaktoren von 0 bis 1, indwktiv und kapazit. iv, die ganze LÏnge von 3600 des Kreisbogens zur Verfügung, so dass eine sehr übersichtliehe und deutliche Skala entsteht, wie sie als Beispiel in Fig. 6 für eine Hälfte dargestellt ist. Die eine EIälfte der Ska. la zeigt induktive, die andere kapazitive Verschiebungen an.
Die Feststellung, ob ini Einzelfall eine induktive oder kapazitive Verschiebung vorliegt., wird in bekannter Weise mit Hilfe eines Blindwiderstandes vorgenom- men, der wahlweise in den Spannungspfad des Messwerkes eingeschaltet wird Die Zuordnung der Skalenteile zur Stellung der Potentiometerabgriffe ist so gewählt, dass bei jedem der angezeigten Leistungsfaktoren die Stromphase im Spannungapfad des wattmetrischen Instrumentes senkrecht steht zu der Phase des Stromes im Strompfad des In strumentes.
Um die Empfindlichkeit des Messwerkes auf den gewünschten Betrag abstimmen zu können, ist es vorteilhaft, zwischen Potentiometeranordnung und Messwerk einen Trans forma. tor einzuschalten.
F r viele Zweeke der Praxis ist es zweckmϯig, das in der Schaltungsanordnung ver wendete wattmetrische Messinstrument als Zangeninstrument auszubilden. Bei einem solchen Instrument bildet der Leiter des Drei phasensystems, dem der Strom entnommen wird, d. ie Stromspule des Messwerkes.