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Publication number: DEL0018652MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 24. April 1954 Bekanntgemacht am 26. April 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung des Leistungsfaktors in symmetrisch belasteten Dreiphasennetzen.

Es sind Schaltungen bekannt, bei denen zur Messung des Leistungsfaktors in Einphasen- oder Mehrphasensystemen wattmetrische Meßwerke benutzt werden. Bei der einen der bekannten Schaltungen werden in den Spannungspfad des Meßwerks Widerstände eingeschaltet, die aus einem

ίο nicht regelbaren Blindwiderstand und einem regelbaren Wirkwiderstand bestehen. Durch Veränderung des letzteren wird die Phase des Stroms im Spannungspfad gegen diejenige des Stroms im Strompfad um 90⁰ verschöben. Der Betrag des einzuschaltenden Wirkwiderstandes gibt dann ein Maß für die Größe des Leistungsfaktors. Derartige Kombinationen von Wirk- und Blindwiderständen sind ihrer Natur nach frequenzabhängig, so· daß die Skala eines derartigen Instruments, die in Leistungsfaktoren geeicht ist, nur für eine bestimmte Frequenz Gültigkeit hat. Diesen Nachteil vermeidet eine andere bekannte Schaltung. Bei dieser wird nach Fig. 1 ein Potentiometerwiderstand ι an die Spannungen zweier Außenleiter, ζ. B.R und T, des Dreiphasensystems gelegt und der Spannungspfad des wattmetrischen Meßwerks 2 an den dritten Außenleiter S und den Potentiometerabgriff, während der Strom des Strompfades beispielsweise dem Leiter R unmittelbar oder über einen Transformator 3 entnommen wird. Das

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Vektordiagramm 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 möge zwischen R und T liegen, der Spannungspfad des Meßwerks zwischen S und dem Potentiometerabgriff P auf RT. J möge der Vektor des Stroms in dem einen der Leiter sein, der die Stromspule des Meßwerks

xo durchfließt. Liegt der Abgriff P im Punkt T, so steht die Spannung zwischen S und P senkrecht zur Phase des Stroms /. Diese Stellung von P möge dem Leistungsfaktor 1 entsprechen; sie wird dadurch angezeigt, daß das Meßwerk keinen Aus-

15, schlag gibt. In der anderen Grenzstellung von P im Punkti? ist die;. Phase der Spannung RP um 6o° gedreht. In dieser Stellung hat der Vektor SP eine Phasenverschiebung von 90⁰ gegen den Strom /', der eine Nacheilung von 6o° gegenüber der Lage von / hat. Die zweite Grenzstellung entspricht also einem Leistungsfaktor von 0,5 (cos φ — 6o°). Kleinere Leistungsfaktoren als 0,5 können in dieser Schaltung nicht gemessen werden, vielmehr ist es nötig, die Schaltung so zu ändern, daß der Strom für den Strompfad versuchsweise einem anderen der Leiter des .Dreiphasensystems entnommen wird. Wird auch hier durch Verändern des Potentiometerabgriffs keine Phasenverschiebung von 90⁰ zwischen dem Strom im Spannungspfad und dem Spannungspfad des Meßwerks erreicht, so muß der Strom dem dritten Außenleiter entnommen werden. Die Nachteile dieser bekannten Schaltungen beruhen also in der Notwendigkeit, gegebenenfalls Umschaltungen bei der Messung vornehmen zu müssen. Hiermit ist der weitere Nachteil verbunden, daß die Eichskala des Instruments entsprechend den drei Schaltungsmöglichkeiten drei ■verschiedene Teilungen haben muß.

Alle Nachteile der bekannten Schaltungen werden bei einer Schaltungsanordnung zur Messung des Leistungsfaktors in symmetrisch belasteten Dreiphasennetzen, bei der ein wattmetrisches Instrument zur Anwendung gelangt, dessen Strompfad von einer Netzphase gespeist wird, dadurch vermieden, daß die drei Phasenleitungen des Drehstromnetzes über je einen hochohmigen Widerstand mit den Eckpunkten· von drei in Dreieck-(Ring-)Schaltung geschalteten Widerständen einer Potentiometereinrichtung verbunden sind, die im Verhältnis zu den genannten hochohmigen Widerständen niederohmig sind, und daß die beiden drehbaren, um i8o° el. gegeneinander versetzten Potentiometerabgriffe mit dem Spannungspfad eines wattmetrischen Instruments verbunden sind.

Die Wirkungsweise einer Schaltung nach der Erfindung möge an einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 erläutert werden. In Fig. 3 sind mit 4 die drei hochohmigen, ihrem Widerstandsbetrag nach gleich großen Widerstände bezeichnet, die die Verbindung zwischen den drei Leitern des Dreiphasensystems und den drei in Dreieck-(Ring-) Schaltung geschalteten niederohmigen Widerständen 5 einer Potentiometeranordnung herstellen.

Mit 6 sind die Potentiometerabgriffe bezeichnet, deren Kontakte um i8o° el. gegeneinander versetzt sind. Werden die Kontakte um 360⁰ gedreht, so ändert sich auch die Phasenlage zwischen den Abgriffspunkten der Kontaktarme um den gleichen Betrag. Die Abgriffkontakte sind unmittelbar oder über einen Transformator 7, der die Spannung auf den gewünschten "Betrag transformiert, mit dem Spannungspfad 8 eines wattmetrischen Meßwerks verbunden. Die Stromspule 9 des" Meßwerks wird unmittelbar oder über einen Transformator 10 von dem Strom der Phase R gespeist. In dem Vektordiagramm nach Fig. 4 sind sechs verschiedene Lagen der Vektoren der Spannungen zwischen den Spannungsabgriffen der Potentiometereinrichtung eingetragen. Ein in dem Leiter R fließender Strom, der keine Phasenverschiebung gegen seine Spannung hat, ergibt mit dem Strom im Spannungspfad, dessen Phasenlage derjenigen des Spannungsvektors aa' entspricht, kein Drehmoment. Der Zeiger des Meßwerks verbleibt in der Nullage. Die der Lage des Spannungsvektors aa' entsprechende Stellung des Abgriffes des Potentiometers zeigt also den Leistungsfaktor 1 an. Hat der Strom eine induktive Verschiebung von 30⁰, so müssen die Abgriffe aus der ersten Lage um 30⁰ gedreht werden, so daß der Spannungsvektor die Lage bb' einnimmt. Diese Stellung der Abgriffe zeigt demnach den Leistungsfaktor 0,866 an usf. Es ist ersichtlich, daß bei einer Drehung der Abgriffe um 90⁰ sämtliche induktiven Leistungsfaktoren zwischen 1 und ο erfaßt werden. Den kapazitiven Verschiebungen des Stromvektors kann durch eine entsprechende Drehung der Abgriffe bis zu 90⁰ in entgegengesetzter Richtung entsprochen werden. Die Stellung der Potentiometerabgriffe kann an einer Skala abgelesen werden. Jeder Stellung der Abgriffe entspricht eindeutig ein bestimmter Wert des Leistungsfaktors, sobald der Zeiger des Instruments in die Nullage zurückgeführt ist. Die Skala der Potentiometerabgriffe kann daher in Werten des Leistungsfaktors geeicht werden.

Werden die drei Widerstände der Potentiometereinrichtung, wie bisher angenommen, kreisförmig in einer Ebene angeordnet, so wird für die Messung aller Leistungsfaktoren, zwischen ο und 1 vor- und nacheilend, nur die Hälfte des gesamten Kreisbogens in Anspruch genommen. Eine weitere wesentliche Verbesserung^l wird erzielt, wenn die drei Widerstände des Potentiometers auf zwei konzentrisch angeordneten ringförmigen Potentiometern derart verteilt sind, daß die beiden Ringe je einen der drei Widerstände und außerdem die Hälfte des dritten Widerstandes tragen, wobei die drei Widerstände wiederum in Ringschaltung geschaltet sind und die beiden auf gemeinsamer Achse befindlichen Potentiometerabgriffe um i8o° el. gegeneinander verschoben sind. Die Anordnung ist schematisch in Fig. 5 dargestellt, wobei die beiden konzentrischen Ringe der Deutlichkeit halber in die gleiche Ebene verlegt sind und der zweite Ring mit kleinerem Durchmesser gezeichnet ist, während es natürlich zweckmäßig ist, beiden Ringen den

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gleichen Durchmesser zu geben und sie konzentrisch in zwei Ebenen anzuordnen. Der eine Ring trägt zwischen den Punkten R und 6* den einen der drei Widerstände, während der zweite Widerstand zwischen den Punkten S¹ und T zur Hälfte von dem ersten Ring, zur anderen Hälfte von dem zweiten Ring getragen wird. Der dritte Widerstand liegt auf dem zweiten Ring zwischen den Punkten T und R. In dieser Anordnung steht für die Messung

ίο der Leistungsfaktoren von ο bis i, induktiv und kapazitiv, die ganze Länge von 360° des Kreisbogens zur Verfugung, so daß eine sehr übersichtliche und deutliche Skala entsteht, wie sie als Beispiel in Fig. 6 für eine Hälfte dargestellt ist. Die eine Hälfte der Skala zeigt induktive, die andere kapazitive Verschiebungen an. Die Feststellung, ob im Einzelfall eine induktive oder kapazitive Verschiebung vorliegt, wird in bekannter Weise mit Hilfe eines Blindwiderstandes vorgenommen,

,20 der wahlweise in den Spannungspfad des Meßwerks eingeschaltet wird. Die Zuordnung der Skalenteile zur Stellung der Potentiometerabgriffe ist so gewählt, daß bei jedem der angezeigten Leistungsfaktoren die Stromphase im Spannungspfad des wattmetrischen Instruments senkrecht zu der Phase des Stroms im Strompfad des Instruments steht.

Um die Empfindlichkeit" des Meßwerks auf den gewünschten Betrag abstimmen zu können, ist es vorteilhaft, zwischen Potentiometeranordnung und Meßwerk einen Transformator einzuschalten.

Für viele Zwecke der Praxis ist es zweckmäßig, das in der Schaltungsanordnung verwendete wattmetrische Meßinstrument als Zangen- oder Anlegeinstrument auszubilden. Bei einem solchen Instrument bildet der Leiter des Dreiphasensystems, dem der Strom entnommen wird, die Stromspule des Meß werks.

Claims

Patentansprüche:

I. Schaltungsanordnung zur Messung des Leistungsfaktors in symmetrisch belasteten Dreiphasennetzen, bei der ein wattmetrisches Instrument zur Anwendung gelangt, dessen Strompfad von einer Netzphase gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Phasenleitungen des Drehstromnetzes über je einen hochohmigen Widerstand mit den Eckpunkten von drei in Dreieck-(Ring-) Schaltung geschalteten Widerständen einer Potentiometereinrich- 5c tung verbunden sind, die im Verhältnis zu den genannten hochohmigen Widerständen niederohmig sind, und daß die beiden drehbaren, um i8o° el. gegeneinander versetzten Potentiometerabgriffe mit dem Spannungspfad eines wattmetrischen Instruments verbunden sind,
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Widerstände der Potentiometereinrichtuhg auf zwei konzentrisch angeordneten, ringförmigen Potentiometern derart verteilt sind, daß die beiden Ringe je einen der drei Widerstände und außerdem die Hälfte des dritten Widerstandes tragen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Abgriffen der Potentiometereinrichtung und dem Spannungspfad des Wattmeters ein Transformator geschaltet ist, mittels dessen der Strom im Spannungspfad auf die gewünschte Stärke gebracht wird.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentiometereinrichtung eine nach Leistungsfaktoren geteilte Skala trägt, bei der die Zuordnung der Skalenteilung zu der Stellung der Potentiometerabgriffe so gewählt ist, daß bei jedem der angezeigten Leistungsfaktoren die Stromphase im Spannungspfad des wattmetrischen Instruments senkrecht zu der Phase des Stroms im Strompfad des Instruments steht.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Anzeige in der Schaltungsanordnung verwendete wattmetrische Meßinstrument als Zangen- oder Anlegeinstrument ausgebildet ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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