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Leistungsfaktormesser In dem Patent 969 300 ist ein Leistungsfaktormesser
beschrieben, bei dem ein wattmetrisches 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.
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Die aus den drei Widerständen gebildete Potentiometereinrichtung
ist derart aufgebaut, daß auf zwei einzelnen Ringkörpern je einer der drei Widerstände
und je 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.
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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 andererseits
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 strombegrenzenderWiderstand angeordnet.
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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.
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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.
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Bei einem anderen bekannten Leistungsfaktormesser wird ein als Anlegeinstrument
ausgebildetes Dreh eisenmeßwerk 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.
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In Reihe mit den feststehenden Stromspulen sind frequenzabhängige
Glieder geschaltet.
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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 Organs mit beträchtlichen Meßfehlern zu rechnen.
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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 Spulenpaaren, 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 900 phasenverschobenen Spannung liegt. Diese Schalttafel-Leistungsfaktormesser
stellen Spezialinstrumente mit besonderem Aufbau dar und sind in Anwendung auf Anlege-Leistungsfaktormesser
nicht geeignet.
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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.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsfaktormesser für Dreiphasennetze
mit einem elekt
dynamischen Meßwerk, dessen Spannungsspule mit einem
Ende an den beweglichen Abgriff eines über zwei Xetzphasen gespeisten Potentiometers
und mit dem anderen Ende über einen Widerstand mit der dritten Netzphase verbunden
ist. Die Erfindung besteht darin, daß das andere Ende der Spannungsspule durch eine
Widerstandsanordnung das Potential des Sternpunktes oder das zwischen zwei Phasen
liegende Potential des Dreiphasensystems erhält. Zweckmäßig besitzt das Potentiometer
einen zusätzlichen festen, an der dritten Phase liegenden Abgriff. Einer weiteren
Ausbildung entsprechend ist das eine Ende des Potentiometers an den Verbindungspunkt
eines zwischen den beiden anderen Phasen liegenden symmetrischen Spannungsteilers
angeschlossen.
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Die Erfindung wird an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Gleiche Elemente tragen gleiche Bezugszeichen.
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In der Fig. la ist die einfachste Anordnung dargestellt, die aus
einem normalen Potentiometer 2 besteht, das mit seinen Enden heispielsweise 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 P 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 Meßwerk 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.
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In der Fig. 1 b 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 Leistungsfaktorskala
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
Sternpunkt P geschaltet. J ist der Vektor des Stromes im Leiter R, der auch den
Strompfad des Meßwerk durchfließt. Ist der Abgriff auf den Skalenpunkt 1 gestellt,
so steht der VektorAP senkrecht auf dem Vektor J. Dies entspricht, wie angedeutet,
dem Leistungsfaktor 1. Strom und Spannung am Meßwerk weisen eine Phasenverschiebung
von 900 auf, und das Meßwerk zeigt Null an. Hat der Strom J' beispielsweise eineVoreilung
von 600 gegenüber der Lage von J, wie gestrichelt angedeutet, so würde sich am Meßwerk
bei unveränderter Stellung des Potentiometerabgriffes auf 1 ein Ausschlag am Meßwerk
ergeben, da der Phasenwinkel von Strom und Spannung am Meßwerk von 900 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 5n und kann unmittelbar von
der Potentiometerskala abgelesen werden.
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Die Fig. 1 c zeigt schließlich die Ausbildung des Potentiometers,
das aus dem Schleifdraht2 und dem veränderbaren Abgriff 4 besteht. Mit 8, 9 sind
die Anschlüsse des Potentiometers bezeichnet.
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Fig. 2a zeigt praktisch die gleiche Schaltungsanordnung, jedoch weist
das Potentiometer 2 einen festen Abgriff 10 auf, der an die dritte Phase geschaltet
ist.
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In der Fig. 2 b ist das entsprechende Vektordiagramm dargestellt,
das nach dem oben Gesagten ohne weiteres verständlich sein dürfte.
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In der Fig. 2 c ist die Ausbildung des Potentiometers 2 dargestellt.
Mit einer derartigen Schaltungsanordnung wird ein cos -Bereich von 0... 1... 0 erreicht.
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Die Fig. 2d zeigt eine etwas abgeänderte Schaltung.
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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.
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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.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 3 a wird wieder nur ein normales
Potentiometer2 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 o-Bereich von 0,5... 1... 0,5, wenn die Widerstände 13 einander gleich
und die Widerstände 14 einander gleich sind. Durch Änderung dieser Widerstände kann
eine entsprechende Verschiebung des Bereiches erreicht werden.
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Die Fig. 3 b zeigt wieder das entsprechende Vektordiagramm mit zwei
Leistungsfaktoreinstellungen. Der Einfachheit halber ist die Speisung des Strompfades
und die Ausbildung des Potentiometers 2 weggelassen.
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In der Fig. 4 a besitzt das Potentiometer 2 eine feste Anzapfung
10, die symmetrisch zu den Anschlüssen 8,9 liegt. Alle drei Anschlüsse des Potentiometers
werden an R, S, T geschaltet. Der Spannungspfad 3 des Meßwerkes ist an den veränderbaren
Abgriff 4 des Potentiometers 2 und an den festen Abgriff eines symmetrischen Spannungsteilers
15 geschaltet. Der cos reich ergibt sich bei dieser Schaltungsanordnung zu 1...
0... 1, d. h., der Nullwert liegt auf der Skalenmitte.
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Die Fig. 4b, 4c zeigen das Vektordiagramm und die Ausbildung des
Potentiometers.
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Die Fig. 5 a zeigt eine Anordnung, bei der ein Potentiometer 2 ohne
festen Abgriff verwendet wird.
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Das Potentiometer ist Teil einer vereinfachten Dreieckschaltung nach
Fig. 4a, und der Spannungspfad 3 ist an den veränderbaren Abgriff 4 des Potentiometers
2 und an den symmetrischen Punkt des Spannungsteilers 15, der auch Teil der Dreieckschaltung
ist, geschaltet. Bei dieser Anordnung überstreicht der Abgriff 4 einen Quadranten,
so daß sich ein cos reich = 0... 1 ergibt. Dadurch wird eine sehr auseinandergezogene
Skala erreicht. Durch einfaches Umschalten mittels eines Schalters 16, wie in Fig.
6 a dargestellt, ergibt sich die gleiche Skala für den benachbarten Quadranten (Fig.
6b).
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Mit einem nach Fig. 2d ausgebildeten Leistungsfaktormesser ist unter
Venvendung eines WIeßwerkes mit Spannbandlagerung des beweglichen Organs in den
Bereichen 15 bis 1500 A und 150 bis 600 V eine Anzeigegenauigkeit von < + S0lo
erreichbar, so daß die Leistungsfaktoren auf 0,05 genau angezeigt werden. Im Gebiet
der größeren cos r-Werte wird jedoch eine weit genauere Anzeige erreicht, da in
diesem
Gebiet die Skalenteilullg stark auseinandergezogen ist.
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Der angezeigte Leistungsfaktor hängt bei der erfindungsgemäßen Ausbildung
nur in geringem Maße vom Symmetriefehler des Phasensystems ab. Diese sungen haben
ergeben, daß ein Unsymmetriegrad von 0.03 einen Fehler ergibt, der in der Größenordnung
der Meßgenauigkeit liegt. Ein Leistungsfaktor von 0,5 wird also um den Betrag 0,05
falsch gemessen wenn die Phasenspannungen 370, 380 und 390 V an Stelle von 3 380
V betragen. Eine Stromunsym metrie tritt nicht störend in Erscheinung.