DE156457C

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Publication number: DE156457C
Application number: DENDAT156457D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bestimmung des Leistungsfaktors in Wechselstromkreisen, d. h. desjenigen Faktors, mit welchem die scheinbare Arbeit zu multiplizieren ist, um die wirkliche Arbeit in Watt zu erhalten.

Die Vorrichtung besteht aus einem dreispuligen Transformator t (Fig. i), dessen Spule b_l vom Hauptstrom durchflossen wird,

ίο während die aus einigen Windungen dicken Drahtes gebildete Spule b₂ an einen selbstinduktionslosen Widerstand r angeschlossen und die dritte Spule b₃ einesteils mit dem Leitungsdraht I₁, anderenteils mit einer der beiden Klemmen eines Voltmeters ν verbunden ist, dessen andere Klemme an den zweiten Leitungsdraht I₂ angeschlossen ist. Ein Stromwender c dient zur Vertauschung der Verbindungen mit den Drähten I₁ und I₂; zwei Umschalter/j undf.₂ gestatten die Benutzung des Voltmeters zum Messen der Spannung zwischen den Drähten I₁ und I₂ oder den Klemmen der Spule b_s.

Bei Vornahme einer Messung verfährt man folgendermaßen: Man verbindet zuerst mittels Umschalters Z₁ (wie in Fig. I punktiert dargestellt) das Voltmeter mit den Leitungen Z₁ I₂ und mißt die Spannung e₂ zwischen den Drähten I₁ und I₂. Hierauf bringt man den Umschalter/j wieder in die ausgezogene und den Umschalter/₂ in die punktierte Lage und ändert den Widerstand r so lange, bis die Hilfsspannung E₁ der Klemmen der Spule b_B gleich der Spannung e_x ist. Der Transformator t ist so konstruiert, daß bei obiger Bedingung die Phase der Klemmenspannung der Spule b_s merklich mit der Phase des Hauptstroms übereinstimmt und daß die Klemmenspannung der Spule b₃ in jedem Augenblick der Stromstärke des Hauptstroms proportional ist. Man bringt hierauf den Umschalter f₂ wieder in die ausgezogene Lage und erhält die Spannung Wi₁, welche sich aus der Verbindung von E₁ und C₁ ergibt, wobei E₁ entgegengesetzt von C₁ gerichtet ist. Hierdurch erhält man, wie weiter unten nachzuweisen, den Leitungsfaktor

cos φ

ι —

mi

Da e_x in der Praxis konstant ist, kann man auf dem Zifferblatt des Voltmeters ν eine besondere Skala anbringen, die entweder den Winkel φ oder den Leitungsfaktor

T

m;

2e

unmittelbar anzeigt.

Will man noch größere Genauigkeit haben, so bestimmt man die Potentialdifferenz m₂, welche sich aus der Verbindung von E₁ und e_x ergibt, wobei E₁ gleichgerichtet mit e_x ist. Dies geschieht durch Umschalten des Stromwenders c. Der Winkel φ bestimmt sich dann aus der Gleichung

wie leicht aus der Fig. 2 zu ersehen ist.

Zur Entwicklung der obengenannten Gleichung für cos φ diene folgendes.

Es bezeichne: .

e die Spannung im Wechselstromkreis in einem bestimmten Augenblick, C₁ die effektive

Spannung, i die Stromstärke in einem bestimmten Augenblick, Z₁ die effektive Stromstärke, T die reziproke Periodenzahl, W die Arbeit in Watt, ε die HilfsSpannung vom Transformator in einem bestimmten Augenblick, E₁ den effektiven Wert von ε, Jw₁ den effektiven Wert der Resultante aus e und ε. Man hat zu bestimmen:

t = τ ei dt

t = 0.

t == τ

Hierbei ist

mithin

t = O.

Die Ablesung auf dem Voltmeter gibt:

ι = τ

Nun ist

t = 0.

t = τ

oder

ι / e"¹

— \esdt = -J-

i
~K

Reguliert man den Widerstand der Sekundärspule, so daß E₁ = (3j ist, so wird

W= —eJl ι

2 e?

^cos

— \ --ι

woraus sich ergibt:

cos ω = ι —

Das Voltmeter ν muß einen genügend großen Widerstand haben, damit sein Stromverbrauch die Messungen nicht stört. Zu diesem Zweck kann man vorteilhaft ein Gleichstromvoltmeter anwenden, hinter das eine elektrolytische Zelle geschaltet ist, die nur den positiven Strom durchläßt, beispielsweise eine Aluminiumzelle.

Man könnte die Spule b₂ auch entbehren

und den Rheostaten r mit den Klemmen der Spule b₃ verbinden. Aber in diesem Falle müßte der Rheostat einen bedeutend höheren Widerstand haben und aus einem langen, dünnen Draht anstatt aus starken Stäben oder Schienen bestehen, und dies würde die fortwährende Änderung des Widerstandes mit Hilfe eines Schleifkontaktes erschweren. Lediglich um dieser Schwierigkeit aus dem Wege zu gehen, ist die das resultierende Kraftlinienfeld regelnde Hilfsspule b.₂ eingeschaltet.

Will man mit demselben Transformator schwache Ströme mit der gleichen Genauigkeit messen wie starke Ströme, so ist es vorteilhaft, die Spule b₁ in mehrere hinter- oder nebeneinander geschaltete Spulen mit annähernd gleicher Amperewindungszahl zu teilen.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Leistungsfaktors in Wechselstromkreisen unter Benutzung der bekannten Methode dreier Voltmeter, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle eines selbstinduktionsfreien Widerstandes ein Transformator benutzt wird, der gestattet, eine Hilfsspannung zu erhalten, deren Phase der der Stromstärke gegenüber gleich oder nur um einen kleinen, leicht bestimmbaren Betrag verschoben ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator außer einer vom Hauptstrom durchfiossenen Spule (b_x) und einer die Hilfsspannung erzeugenden Spule fb₃) eine aus einigen Windungen dicken Drahtes bestehende Spule (b.₂) besitzt, die mit einem veränderlichen Widerstand verbunden ist, zwecks bequemer Regelung des im Transformator erzeugenden Kraftlinienfeldes und Konstanthaltung der Spannung der Hilfsspule.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsphase des Rheostaten immer gleich der Klemmenspannung der die Hilfsspannung erzeugenden Spule (b_&) ist, zum Zweck, den Leitungsfaktor unmittelbar aus der gemessenen zusammengesetzten Spannung herzuleiten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromkreis des Voltmeters eine elektrolytische Zelle eingeschaltet ist, die nur positive Ströme durchläßt, zwecks Verminderung des Stromverbrauchs im Voltmeter bezw. Verwendung eines Voltmeters von sehr geringem Stromverbrauch, um die Rückwirkung der Amperewindungen des Stromkreises im Transformator zu vermeiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.