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Phasen- oder Leistungsfaktormesser für Mehrphasenstrom. Es sind durch
die Patente Nr. 128 739, 146 218 und 155 863 Leistungs- und Arbeitsmesser für Drehstrom
beschrieben, und es sind ferner Blindleistungsmesser für Mehrphäsenstrom mit ungleich
belasteten Phasen vorgeschlagen worden, bei denen das eigentliche Meßgerät dadurch
sehr einfach wird, daß das Hauptstromfeld des Meßgerätes aus mehreren Komponenten
zusammengesetzt ist, die einzeln proportional den für die Messung in Betracht kommenden
Arbeitsströmen des Mehrphasensystems und in entsprechender Weise gegen diese durch
beliebige Hilfsmittel verschoben sind.
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Denselben Grundgedanken kann man auch zur Messung des Gesamtleistungsfaktors
eines ungleich belasteten Mehrphasensystems verwenden.
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Definiert man den Gesamtleistungsfaktor einer ungleich belasteten
Mehrphasenanlage als den Kosinus desjenigen Winkels, dessen Tangente gleich dem
Verhältnis aus der gesamten Blindleistung und der gesamten Wirkleistung ist, so
kann man unter Anwendung des obengenannten Grundgedankens diese Größe mit jedem
beliebigen Leistungsfaktormesser, wie solche zur Messung des Leistungsfaktors oder
der Phasenverschiebung zwischen einem Strom und einer Spannung verwendet werden,
messen.
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Beispielsweise würde bei Anwendung von Phasenmessern, wie sie im Prinzip
durch das Patent 96 039 bekannt geworden sind, das Hauptstromfeld des Meßgerätes
proportional der Resultierenden aus mehreren Feldern oder Strömen gemacht, die ihrerseits
einzeln proportional den für die Messung in Betracht kommenden Arbeitsströmen des
Mehrphasensystems und in entsprechender Weise gegen diese durch beliebige Hilfsmittel
verschoben sind. Die Spannungskreise des Kreuzspulsystems solcher Instrumente können
dabei an nur eine Spannung von bestimmter Phase angelegt werden. Es ist dann die
notwendige Phase der Ströme in dem Kreuzspulsystem durch künstliche Hilfsmittel,
wie Drosselspulen o. dgl., herzustellen. Man kann aber auch solche künstliche Hilfsmittel
vermeiden oder wenigstens vereinfachen, wenn man die Einzelkreise des Kreuzspulsystems
an verschiedene Spannungen von entsprechender Phase des Mehrphasensystems anlegt.
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Natürlich kann auch jeder andere Einphasenleistungsfaktormesser in
der vorbeschriebenen Weise zur Messung des Gesamtleistungsfaktors ungleich belasteter
Mehrphasensysteme benutzt werden.
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Zum leichteren Verständnis ist in folgendem ein Leistungsfaktormesser
für ungleich belasteten Drehstrom mit nur 3 Leitungen beschrieben. Abb. i stellt
das Vektordiag-ramm dar, aus welchem dite vorgenommenen Phasenverdrehungen und die
Resultierende, die die Hauptstromspule des Meßgerätes durchfließt, sowie alle anderen
Werte der Größe und Phase nach zu ersehen sind. Es stellen El, EZ und E3 der Reihe
nach die verketteten Spannungen zwischen den Außenleitern II-I bzw. III-II bzw.
I-III dar, während e1, e, und e3 der Reihe nach die Sternspannungen zwischen dem
Neutralpunkt und den Leitern I, II bzw. III sind. Der Strom J, im Außenleiter I
ist gegen die Sternspannung e, um den Winkel p" der Strom J. im Außenleiter II gegen
die Sternspannung e2 um den Winkel (p= und der Strom 1, im Außenleiter III
gegen die Sternspannung e3 um den Winkel (p3 in der Phase verschoben. Der Strom
J, ist in die beiden Komponenten J', und J", zerlegt, von denen J', um 30° rückwärts,
J",
um 30° vorwärts gegen J, verschoben ist. In gleicher Weise ist der Strom 1in die
Komponenten J'" und J"" zerlegt, von denen J'2 um 3o° rückwärts und J"., um 30°
vorwärts gegen 1Z verschoben ist. Die Komponenten J', und J", sind zur Resultierenden
JR zusammengesetzt. Abb. 2 gibt eine schematische Darstellung der Apparatur mit
beispielsweisen Mitteln zur Erzielung der notwendigen Verschiebungen.
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Der Strom 11 fließt über einen Stromwandler T1, dessen Sekundärstrom
als in Phase mit dem Primärstrom angenommen wird. Der Sekundärstrom wird durch den
induktionsfreien Widerstand W, und den induktiven Widerstand X, in zwei um 6o° gegeneinander
verschobene gleiche Teile J", und J', zerlegt. In gleicher Weise wird der Strom
J; durch den Stromwandler T., und den induktionslosen Widerstand TV, und
den induktiven Widerstand X, in zwei um 6o° gegeneinander verschobene gleiche
Teile J'. und J".. zerlegt. Die Teile J', und J"., werden gemeinsam durch die Hauptstromspule
H des Instruments geleitet, setzen sich hier also zum resultierenden Strom JR zusammen.
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Die Wirkleistung ist in diesem Falle gegeben durch E.,J2 cos (30 +
(p=) - EJ, cos (30 Nun ist der Strom J', proportional J, und um 3o° rückwärts
gegen letzteren verschoben. Damit wieder dieselben Phasenverhältnisse zwischen J',
und der verwendeten Meßspannung bestehen, muß zur Bestimmung des zweiten Gliedes
des vorstehenden Ausdruckes eine Spannung verwendet werden, die ebenfalls um 30°
rückwärts gegen (- E..) verschoben ist. Für das erste Glied der Wirkleistung kommt
bei der Messung der Strom J", in Betracht. Dieser ist gegen J_ um 30° vorwärts verschoben.
Um daher das erste Glied der Wirkleistung richtig zu messen, muß eine Meßspannung
verwendet werden, die gegen E, um ebenfalls 30° vorwärts verschoben ist. Hiernach
fallen aber die Meßspannungen für beide Wirkleistungsglieder in die gleiche Phase,
nämlich in die von (- e,). Es kann daher die eine Wicklung S des Kreuzspulensystems
unter Vorschaltung eines genügend großen induktionsfreien Widerstandes an diese
Spannung (- e3) angeschlossen werden. Man kann aber diesen Spannungskreis auch an
die Spannung (- E.) anschließen, wenn man seine Selbstinduktion so wählt, daß der
Strom in ihm 30° gegen ( - E,) nacheilt. In jedem Falle ist das auf
diese Kreuzspule ausgeübte Drehmoment proportional der gesamten Wirkleistung.
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Die Blindleistung ist gegeben durch Ej@ sin (30+ g)2) -E?J, sin (30-(p,).
Dieser Ausdruck unterscheidet sich von dem für die Wirkleistung nur dadurch, daß
an Stelle der Kosinusse die Sinusse der gleichen Winkel treten. Damit das Drehmoment,
welches das Hauptstromfeld auf die andere Kreuzspule S ausübt, proportional der
Blindleistung wird, muß daher der Strom in dieser anderen Kreuzspule um 9o° gegen
den in der ersten Kreuzspule verschoben werden. Um dies zu erreichen, wählt man
für den Anschluß des die Spule S, enthaltenden Kreises eine passende Spannung und
bringt den Strom in S, durch Anwendung von Vorwiderständen mit entsprechender Induktion
auf die richtige Phase. In der Abb. 2 ist die Spule S1 unter Vorschaltung eines
entsprechenden induktiven Vorwiderstandes an die Spannung (- E3), die Spule S.,
unter Anwendung eines induktionsfreien Vorwiderstandes an die Spannung (- E,) angeschlossen.
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Im übrigen ist das Meßinstrument so beschaffen, daß es als Verhältnismesser
arbeitet, es mißt also das Verhältnis aus gesamter Blindleistung und gesamter Wirkleistung
und damit die Tangente der ideellen Phasenverschiebung. Selbstverständlich kann
die Skale eine Kosinusteilung erhalten, so daß der ideelle Leistungsfaktor des ungleich
belasteten Drelistromsystems angezeigt wird.