DE868941C - Anordnung zur Messung des Leistungsfaktors - Google Patents

Anordnung zur Messung des Leistungsfaktors

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DE868941C
DE868941C DEST2882A DEST002882A DE868941C DE 868941 C DE868941 C DE 868941C DE ST2882 A DEST2882 A DE ST2882A DE ST002882 A DEST002882 A DE ST002882A DE 868941 C DE868941 C DE 868941C
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DE
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voltage
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tube
current transformer
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DEST2882A
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Rudolf Staudigl
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RUDOLF STAUDIGL ELEKTROTECHNIS
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RUDOLF STAUDIGL ELEKTROTECHNIS
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R25/00Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Description

  • Anordnung zur Messung des Leistungsfaktors Um in elektrischen Anlagen ohne Auftrennen der Leitungen den Leistungsfaktor messen zu können, werden Meßanordnungen verwendet, bei denen ein Stromwandler mit offenem Eisenkern als sogenannter Anleger über oder an den zu messenden Leiter geschoben oder gelegt wird. Diese bekannten Meßanordnungen können nur bei verhältnismäßig hohen Stromstärken des zu messenden Leiters brauchbare Meßwerte ergeben. Außerdem mußte man die Relativlage des Eisenkerns und der Leitung so lange ändern, bis der Zeiger des Meßinstruments der bekannten Meßanordnung einen bestimmten Wert anzeigte. Störfelder von Nachbarleitungen des zu messenden Leiters konnten überdies relativ hohe Störspannungen induzieren, die das Meßergebnis fälschten. Außerdem sind diese bekannten Meßanordnungen nicht für Registriermessungen über längere Zeitabschnitte verwendbar, weil die verwendeten Stromwandler das Meßergebnis in zu starke Abhängigkeit von Strom- und Spannungsgrößen brachten.
  • Die Erfindung vermeidet diese Mängel - durch Verwendung einer Meßanordnung mit einer Phasendetektorröhre und eines Stromwandlers zum Anlegen an oder über die zu messende Leitung, der für die jeweilige Nennfrequenz kompensiert und gegen Fremdfelder abgeschirmt ist.
  • Es sind zwar schon Schaltungen zur Messung der Phasendifferenz zweier Spannungen bekanntgeworden, bei denen Mehrgitterröhren mit z. B. zwei Steuergittern verwendet werden, aber hier wurden die den Steuergittern zugeführten Phasenverschiebürigen nicht kprnpensiert. Infolgedessen müssen die Größen der Wechselspannungen an den Gittern vor der Messung auf passende Werte eingestellt werden. .Schwanken die Spannungsgrößen während des Meßvorganges, so ergeben sich Meßfehler. Schon in geringen Grenzen kann hier die Größe der Betriebsspannung das Meßergebnis beeinflussen. -Auch diese Nachteile werden durch die Erfindung vermieden. Dies gelingt durch die Verwendung einer in dreifacher Hinsicht stabilisierten Phasendetektorröhre; vorzugsweise einer Neunpolröhre, und durch die Anwendung weiterer Verstärkereinrichtungen mit entsprechenden Schaltungen und solchen Schalteinrichtungen, die die Verwendung der neuen Einrichtung bei beliebigen Stromstärken und Spannungen ermöglichen. Durch die erfindungsgemäße Verbindung dieser Merkmale ist ein Gerät entstanden, das die bisherigen Nachteile vermeidet und zuverlässige Meßwcrte gibt, Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Abbildung.
  • Die Anordnung besteht aus folgenden Haupt= teilen: a) dem .Stromwandler mit Kompensationseinrichtung und Einstellvorrichtung der induzierten Spannung, b) der Einstellvorrichtung für die .jeweilige -Netzspannung durch Sehalter- S2 und die Einsdiältung der Netzspannung, c) der Eichein, richtung, d) der Verstärkereinrichtung; Vorverstärkung VJ, Leistungsverstärkung T12, e) der Vergleichseinrichtung mit Anzeige, f) der Stabilisierungseinrichtung der Betriebskonstanz durch T14, .rgy.dem Röhrenvoltmeter T15.. in Verbindung mit dem Instrument A, h) dem Netzgerät.
  • Der .Stromwandler: Der Stromwandler besteht in an sich bekannter Weise aus einem U-förmigen, lamellierten Eisenkern mit konstantem Luftspalt und einer Spannungswicklung.
  • Der isolierte Eisenkern, der gegen Einflüsse durch Streufelder abgeschirmt werden kann, wird einfach über oder an den zu messenden Leiter geschoben, an- oder aufgelegt. In der Spannungsspule wird durch den im umfaßten Leiter fließenden Strom eine Spannung induziert. Die ,Spuleninduktivität des Wandlers wird durch den Kondensator G1 und den Abgleichwiderstand R1 so kompensiert; daß die induzierte Spannung in Phase mit dem Netzstrom ist. Das Potentiometer R2 greift einen pässenden-Teil dieser Spannung ab. Dieser Anteil wird über den Schälten S1 (in Stellung b) dem Vorverstärker zugeführt.
  • Die Netzspannung des, in dem Leiter q. fließenden Netzstromes wird durch den Schalter S3 eingeschaltet. Uni das Gerät, insbesondere den Netzansehlußteil, an die jeweils vorhandene Netzspannung. anzupassen, wird die Netzspannung über den Spannungswähler S2 an eine entsprechende Anzäpfung des Netztransformators gelegt. Auf diese Weise ist das Gerät -für .jede normaler Weise vorkommende Spannurig im Bereich von z. B. 12,7 bis 5 od Volt- verwendbar: -Natürlich kann die Spannung von dem= eingestellten Sollwert noch geringe Ab- weichungen zeigen. Diese werden mit dem Potentiometer. Ris = ausgeglichen. R3 ist eire hochohmiger Widerstand; der mit dem Ankopplungskondensator C2 zusammen den Arbeitspunkt der Röhre V1 nach dem Prinzip der Gittcrgleichrichtung automatisch richtig einstellt. Der Kondensator C3 legt das Schirmgitter für Wechselstrom auf Nullpotential. Über R4 und R6 erhält das Schirmgitter die notwendige positive Gleichspannung gegenüber der Kathode aus dem -Netzteil. RE bildet mit C4 eine eingliedrige Siebkette für schädliche Wechselstromreste im Netzteil. Am Außenwiderstand R5 erzeugt der Anodenwechselstrom der Röhre eine entsprechende Anodenwechselspannung, die über den Kopplungskondensator C5, der die Gleichspannung zurückhält, und über den UKW-Sperrwiderstand R9 an das Gitter der zweiten Verstärkerröhre I12 weitergegeben wird. R7 ist deren Gitterableitwiderstand, der den Gitterkreis galvanisch schließt. Der Anodengleichstrom der Röhre T12 erzeugt an Rio einen Spannungsabfall, der dem Steuergitter gegenüber der Kathode die notwendige automatische Vorspannung erteilt. über R11 als Schutzwiderstand .wird dem Schirmgitter positive Gleichspannung gegenüber der Kathode aus dem Netzteil zugeführt. Die Röhre T12 ist gleichzeitig Leistungsverstärker und besitzt daher wegen des hohen Anodengleichstromes eine Drossel D1 als (imaginären) Außenwiderstand. Über den Spannungsteiler R., R5 wird ein Teil der Anodenwechselspannung von T12 an deren Steuergitter (über C6, R9) zurückgeführt. Diese Spannungskopplung hat die Aufgabe, den Innenwiderstand von T12 so weit herabzusetzen, daß ein stabiles Arbeiten auf T13 gewährleistet ist. Die Anodenwechselspannung von T12 wird nämlich über den Kopplungskondensator C6, der die Gleichspannung zurückhält, an das Gitter 5 von T13 geführt, wobei mit einem relativ hohen Gitterstrom zu rechnen ist. Das heißt, die Röhre Il 3 entzieht der Röhre T12 Energie, und ein hoher Innenwiderstand von T12 würde ein Zusammenbrechen der abgegebenen Anodenwechselspannung zur Folge haben. R12 ist der Gitterableitwiderstand des Gitters 5, der den Gitterkreis galvanisch schließt. Außerdem wird die am Gitter 5 liegende Wechselspannung über den Kopplungskondensator Cs, der wieder als Gleichstromsperre dient, dem Röhrenvoltmeter T15 (in Verbindung mit dein Instrument A) zugeführt. Der Spannungsteiler R21, R19 stellt eine so hohe negative Grundgitterspannung für T15 ein, daß im Ruhezustand kein wesentlicher Anodenstrom in T15 fließen kann: R.2 schließt den Gitterkreis; die Stromgegenkopplang R29 bestimmt die Steilheit von T15 und damit den Vollausschlag des Röhrenvoltmeters. In der gezeichneten Schalterstellung a von S1 (Schalterstellung Verstärkung) liegt das Instrument A im Anodenkreis von V5 und zeigt damit die Größe der Wechselspannung an, die am Gitter 5 der Röhre T13 liegt. Da die Röhre T12 am stabilsten arbeitet; wenn diese* Spannung etwa 5o Volt beträgt, ist R29 des Röhrenvoltmeters auf einen Vollausschlag von 6o Volt eingestellt. In der Schalterstellung a (S1) wird R2 so eingestellt, daß das Instrument A die passende Spannung von 50 Volt anzeigt. Die Zeigerstellung für 5o Volt ist auf der Skala der Wert von cos cp = i.
  • S1 schaltet in Stellung c an Stelle des Anlegers den Spannungsteiler R23 . . . R28 und R31 an den Eingang des Verstärkers hl, T12. Während der Abgriffzweig R31 einen festen Widerstandswert besitzt, wird der Vorschaltzweig R23. . . R20 entsprechend der Netzspannung mit S2 umgeschaltet. Die Eichwiderstände R23 ... R20 sind- so gewählt, daß im Spannungsteiler jeweils der gleiche Querstrom fließt und an R3, eine gleichbleibende Spannung abfällt. R31 ist so abgeglichen, daß diese Spannung nach ihrer Verstärkung gerade die erforderlichen 50 Volt am Gitter 5 der Röhre I13 hervorruft. Da dem Gitter 3 der Röhre T13 ebenfalls die Netzspannung übertragen wird, realisiert die Schalterstellung c von S1 den Wert cos 9p = i (Stellung »Eichen«).
  • Der Anodenstrom I" der Röhre T13 hängt, wie bereits beschrieben, von der Phasenverschiebung zwischen den Wechselspannungen ab, die an den Gittern 3 und 5 gelegt werden. Ist die Phasenverschiebung cp = o°, so erreicht der Anodenstrom IQ ein Maximum, für 9p = ± i80° wird er Null. Geht man von (P = ± go° aus, so steigt I", wenn (p abnimmt und umgekehrt. Da es zweckmäßig ist, für kleine Phasenverschiebungen (p und damit kleinen cos 99 einen geringeren und für wachsenden cos T einen größeren Ausschlag am Instrument A ablesen zu können, ist in den Spannungspfad eine Phasenbrücke C9, R27 und R29 eingeschaltet. Durch diese wird mit R29 eine Anfangsphasenverschiebung im Spannungspfad von g7 = + go° eingestellt. Der sich hierfür ergebende Ausschlag von A wurde auf vier Fünftel des Vollausschlages verlegt. Weist jetzt der Netzstrom eine negative Verschiebung (-(p) gegenüber der Netzspannung auf (induktive Belastung des Netzes), so beträgt die gesamte Phasenverschiebung zwischen den Spannungen am Gitter 3 und 5 der Röhre T13 jetzt cpl = 99 - 990 = (9p -I- 9o°). Der Absolutbetrag von 991 wird also größer und der Ausschlag kleiner. Für cp = -go° wird cpi =-i80° und IA = Null. Damit ist eine rechtspositive Einteilung der Skala von A erreicht. Um positive Phasenverschiebung (kapazitive Netzbelastung) zu messen, wird der Anleger einfach um 1800 gedreht.
  • Wird der Netzanschluß des Gerätes nicht, wie bisher angenommen, an den Nulleiter und an eine Phase geklemmt (Vierleitermessung), sondern an zwei Phasen angeschlossen, so weist der in einer der Phasen fließende Strom im Fall cos 9a = i bereits eine Phasenverschiebung von cp = 9o° gegenüber der verketteten Netzspannung auf. Um diese Anfangsverschiebung wieder wettzumachen und damit die gleiche Skala von A verwenden zu können, ist eine zweite Phasenbrücke, C1., R2$ und Rio, vorgesehen, die mit Rio auf cpo = -I- 18o eingestellt wird. Die Umschaltung der Brücken übernimmt der Netzschalter S2, der beispielsweise folgende Schalterstellungen besitzt: 500, 380, 2a0 und 127 Dreieck, 22o und 127 aus der Sternschaltung. Mit dem Schalter S1 wird bei Stellung a (Eichen) in jedem Fall die 9J-Brücke, C9, R30 und R28, eingeschaltet. Die Spannung, die der Phasenbrücke und über diese dem Gitter 3 der Röhre Z'3 zugeführt wird, beträgt wieder 5o Volt und wird einer passenden Wicklung des Netztransformators entnommen. Der Netztransformator weist infolge seiner Streuinduktivität eine Phasenverschiebung von etwa -f- 2o0 auf. Der Verstärker V1, T12 besitzt wegen der großen Kopplungskondensatoren C2, C5 und C8 nur eine geringe Verschiebung von etwa -h 2°. Es ergibt sich also eine resultierende Verschiebung von 2o-2 = i80, die von den beiden Phasenbrücken berücksichtigt wird. Die Brücke C9, R27 und R29 schiebt selbst nur um 90-18=721, die Brücke Clo, R28 und Rio um i8o-i8=i62°. Die Regelwiderstände R29 und Rio werden einmal abgeglichen und bleiben dann fest.
  • Der Anodengleichstrom der Röhre T13 erzeugt an R13 die erforderliche automatische Gittervorspannung. Der Gitterkreis von Gitter 3 ist über die Widerstände bzw. Transformatorenwicklung der Phasenbrücke geschlossen. Der Gitterkreis von Gitter 5 wurde bereits beschrieben. Im Anodenstromkreis bei Schalterstellung b und c liegt das Instrument A. Der Widerstand R1$ belastet das Röhrenvoltmeter T15, das ohne Rl$ einen Gitterstrom aufweist, der die Spannung am Gitter 5 von der Röhre T13 durch Dämpfung herabsetzen würde. Die Röhre T13 arbeitet gleichzeitig als Strombegrenzer, d. h. ein Anwachsen der Steuergitterspannungen über einen Mindestwert läßt den Anodenstrom nicht weiter steigen; die Anzeige von A bleibt konstant, wenn der Netzstrom um ± 50% schwankt. Eine Schwankung der Netzspannung wird ebenfalls ausgeglichen. Dazu dient zunächst die Gitterkombination R14 und C7 in Gitter i der Röhre V3. Dieses Glied stabilisiert nach dem Gittergleichrichtungsprinzip jede Schwankung des Anodenstroms, die von Heizspannungsschwankurigen herrührt. Weiter dient der Betriebskonstanz die Stabilisatorröhre T14, welche die Schirmgitterspannung der Gitter 2, q. und 6 von T13 durch Querstromregelung in Verbindung mit R17 auf gleichem Wert hält. Mit Rio, durch R15 und R17 begrenzt, wird die Schirmgitterspannung von T13 in Schalterstellung a (Eichen) vorher auf den genauen Wert gebracht (Ausschlag von A auf die Marke cos cp = i bringen).
  • Der Aufbau des Netzteiles erfolgt in der üblichen und bekannten Form.
  • Der Aufbau des Meßgerätes kann tragbar und stationär erfolgen. Durch geeignete Maßnahmen in Verbindung mit einem Schreibgerät kann dieses Meßgerät nicht nur als Revisionsgerät, sondern auch als Betriebsgerät Verwendung finden.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zum Messen des Leistungsfaktors bei Verwendung eines Stromwandlers mit offenem Eisenkern, an dessen Sekundärwicklung die Meßeinrichtung angeschlossen ist, dadurch' gekennzeichnet, daß die induzierte Spannung des Stromwandlers über Verstärker einerseits und die Netzspannung andererseits an zwei verschiedene Gitter einer Phasendetektorröhre gelegt sind, deren Elektronenfluß als Meßgröße für den Leistungsfaktor dient.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur automatischen Amplitudenregelung der induzierten Spannung des Stromwandlers und der Netzspannung das Steuergitter der Röhre (V1) mit einem Ankopplungskondensator (C2) und mit einem Widerstand (R3) so geschaltet ist; daß infolge Gittergleichrichtung eine selbsttätige Verlagerung des Arbeitspunktes der Röhre (V1) eintritt.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die induzierte .Spannung des Stromwandlers durch Potentiometer (R2) in großen Grenzen einstellbar ist.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die lyleßeinriehtung entsprechend den jeweiligen Netzspannungswerten über Eichwiderstände (R23 . . . R26) eichbar ist.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzspannung von Drei-und Vierleiternetzen über einstellbare Phasenbrücken der Phasendetektorröhre zugeführt wird und daß ferner ein Ausgleichpotentiometer (Ris) zur Feineinstellung der Amplitude vorgesehen ist.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Heizspannungsschwankungen der Phasendetektorröhre (V3) durch eine Gitterkombination (R14 und C7) am Gitter (i) derselben ausgeglichen werden.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendetektorröhre gegen Schwankungen der Betriebsspannung an den Schirmgittern zusätzlich stabilisiert ist. B. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Spuleninduktivtät des Stromwandlers mit Hilfe eines Kondensators (Ci) und Abgleichwiderstandes (R1) kompensiert ist. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 679 533, 695 553; schweizerische Patentschrift Nr. 179 ö02.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH179802A (de) * 1933-02-13 1935-09-30 Ferranti Ltd Einrichtung zur Ermittlung der Phasendifferenz zweier elektrischer Schwingungen.
DE679533C (de) * 1933-03-06 1939-08-08 Ernst Reich Anordnung zum Messen des jeweiligen Wertes des Leistungsfaktors mittels eines umschaltbaren elektrischen Messgeraets
DE695553C (de) * 1934-03-06 1940-08-28 Ernst Reich Verfahren zum Messen des Sinus des Phasenverschiebungswinkels ªŽ zwischen Strom und Spannung in einem Wechselstromkreis

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH179802A (de) * 1933-02-13 1935-09-30 Ferranti Ltd Einrichtung zur Ermittlung der Phasendifferenz zweier elektrischer Schwingungen.
DE679533C (de) * 1933-03-06 1939-08-08 Ernst Reich Anordnung zum Messen des jeweiligen Wertes des Leistungsfaktors mittels eines umschaltbaren elektrischen Messgeraets
DE695553C (de) * 1934-03-06 1940-08-28 Ernst Reich Verfahren zum Messen des Sinus des Phasenverschiebungswinkels ªŽ zwischen Strom und Spannung in einem Wechselstromkreis

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