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.
Circuit arrangement for measuring the power factor
The invention relates to a SehalAmgsan- arrangement for measuring the power factor in symmetrically loaded three-phase networks.
Circuits are known in which wattmetric measuring units are used to measure the power factor in single-phase or multi-phase systems. In one of the known circuits, resistors are switched into the voltage path of the measuring mechanism, which consist of a non-controllable reactance and a controllable effective resistance. By changing the latter, the phase of the current in the spam path is shifted by 90¯ against that of the current in the current path.
The amount of active resistance to be switched on then gives a measure of the size of the power factor. Such combinations of active and reactive resistance. Changes are by their nature frequency-dependent, so that the scale of such an instrument, which is calibrated in power factors, is only valid for a certain frequency. Avoids this disadvantage. got another. nth circuit.
According to FIG. 1, a potentiometer resistor 1 is connected to the voltages of two outer conductors R and T of the three-phase system and the voltage path of the wattmetric measuring unit 2 is connected to the third outer conductor S and the potentiometer tap, while the current of the current path is connected to conductor B. is taken via a transformer 3. The vector diagram in Fig. 2 illustrates the operation of this circuit. In the diagram, let RS, ST and TR represent the line voltages of a symmetrical three-phase system.
The potentiometer resistance should lie between li and T, the voltage path of the measuring system between S and the potentiometer tap P to RT. J may be the vector of the current in one of the conductors that flows through the current coil of the measuring mechanism.
If the tap P is at point T, then the voltage between S and P is perpendicular to the phase of the current J. This position of P may correspond to the power factor 1; it is indicated by the fact that the measuring mechanism is not deflecting. In the other limit st, the phase of the voltage RP rotated by 600 from P at the bist point. In this position the vector SP has a phase shift of 90 relative to the current J ', which has a near healing of 60 relative to the position of J. The second limit position corresponds to a power factor of 0.5 (cos cp = 60¯).
Power factors smaller than 0.5 cannot be measured in this circuit, rather it is necessary to change the circuit so that the current for the current path is taken from another of the conductors of the three-phase system on a trial basis If the potentiometer handle does not change a phase shift of 90 between the current in the voltage path and the voltage path of the measuring mechanism, the current must be taken from the third external conductor. The disadvantages of these known circuits are based on the necessity of having to switch over during the measurement if necessary.
This has the further disadvantage that the instrument has to have three different divisions, corresponding to the three possibilities of viewing.
All disadvantages of the known circuits are avoided according to the invention in a circuit arrangement for measuring the power factor in symmetrically loaded three-phase networks, in which a wattmetric instrument is used whose current path is fed by a network phase, that the three phase lines of the three-phase network each have a high resistance Resistance are connected to the corner points of three resistors connected in a delta connection of a potentiometer unit, which are low in relation to the above-mentioned high resistance values, and that the two rotatable,
Potentiometer taps offset by 180 electrical degrees are connected to the voltage path of the wattmetric instrument.
The mode of operation of a circuit arrangement according to the invention will be explained using an exemplary embodiment according to FIG. 3. In Fig. 3, 4 denotes the three high-ohmic resistors, their amount of resistance close to the same large resistors, which establish the connection between the three conductors of the three-phase system and the three low-ohmic resistors 5 of a potentiometer arrangement connected in a triangular circuit. With 6 the potentiometer taps are designated, the contacts of 180 electrical
Degrees are offset from one another.
If the contacts are rotated by 360, the phase position between the tapping points of the contact arms also changes by the same amount. The pick-off contacts are connected directly or via a transformer 7, which transforms the voltage to the desired amount, to the voltage path 8 of a wattmetric measuring unit. The current coil 9 of the measuring mechanism is fed by the current of the R phase directly or via a transformer 10.
In the vector diagram near FIG. 4, six different positions of the vectors of the voltages between the voltage taps of the potentiometer device are entered. A current flowing in the conductor R, which has no phase shift with respect to its voltage, results in no torque with the current in the tension-Liligspfad, the phase position of which corresponds to that of the voltage vector aa '. The pointer of the measuring mechanism remains in the zero position. The position of the tap of the potentiometer corresponding to the position of the voltage vector aa 'thus indicates the power factor 1.
If the current has an inductive displacement of 30, the taps from the first position must be rotated by 30 so that the voltage vector assumes position bb '.
This position of the taps shows the power factor 0.866 and so on. It can be seen that when the Agriffe is rotated by 90 all inductive power factors between 1 and 0 are recorded. The capacitive displacements of the current vector are accommodated by rotating the taps up to 90 in the opposite direction. The position of the potentiometer taps is read on a scale. Each position of the taps clearly corresponds to a certain value of the power factor as soon as the pointer of the instrument has returned to the zero position.
The scale of the potentiometer taps can therefore be calibrated in terms of the power factor.
If the three resistors of the potentiometer device are arranged in a circle in a plane, as previously assumed, only half of the entire arc is used for the measurement of all power factors, between 0 and 1 leading and lagging behind.
A further significant improvement is achieved when the three resistors of the potentiometer on two concentrically arranged ring-shaped potentiometers dera. The two rings each carry one of the three resistors and also half of the third resistance, the three resistors in turn being connected in a ring circuit and the two potentiometer taps on a common axis being offset from one another by 180 electrical degrees.
The arrangement is shown schematically in FIG. 5, the two concentric rings being laid in the same plane for the sake of clarity and the second ring being drawn with a smaller diameter, while it is of course advisable to give both rings the same diameter and they to be arranged concentrically in two planes. One ring carries one or three resistances between points R and S, while the second resistance between points S and T is carried half by the first ring and the other by the second ring.
The third resistor is on the second ring between points T and R. In this arrangement stands for the measurement of the power factors from 0 to 1, inductive and capacitive. iv, the entire length of 3600 of the circular arc is available, so that a very clear and clear scale is created, as shown as an example in Fig. 6 for one half. One half of the ska. la shows inductive, the other capacitive.
The determination of whether there is an inductive or capacitive shift in an individual case is carried out in a known manner with the aid of a reactance that is optionally switched into the voltage path of the measuring mechanism. The assignment of the scale divisions to the position of the potentiometer taps is selected so that each of the displayed power factors, the current phase in the voltage path of the wattmetric instrument is perpendicular to the phase of the current in the current path of the instrument.
In order to be able to adjust the sensitivity of the measuring mechanism to the desired amount, it is advantageous to place a transformer between the potentiometer arrangement and the measuring mechanism. switch on the gate.
For many practical purposes it is expedient to design the wattmetric measuring instrument used in the circuit arrangement as a forceps instrument. In such an instrument, the conductor of the three-phase system from which the current is drawn, i.e. he current coil of the measuring mechanism.