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Publication number: DEL0018652MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 24. April 1954 Bekanntgemacht am 26. April 1956Registration date: April 24, 1954. Advertised on April 26, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung des Leistungsfaktors in symmetrisch belasteten Dreiphasennetzen.The invention relates to a circuit arrangement for measuring the power factor in symmetrical loaded three-phase networks.

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 einemThere are known circuits in which to measure the power factor in single-phase or Multiphase systems wattmetric measuring units are used. In one of the known circuits are switched into the voltage path of the measuring element resistors, which consist of a

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. Dasίο there are non-controllable reactance and a controllable effective resistance. By changing the latter, the phase of the current in the voltage path is shifted ^{by 90 0 compared to that of the current in the current path.} The amount of the active resistance to be switched on then gives a measure of the size of the power factor. Such combinations of active and reactive resistances are by their nature frequency-dependent, so that the scale of such an instrument, which is calibrated in power factors, is only valid for a certain frequency. Another known circuit avoids this disadvantage. In this, according to FIG. 1, a potentiometer resistor ι is connected to the voltages of two outer conductors, ζ. B. R and T, placed the three-phase system and the voltage path of the wattmetric measuring unit 2 to the third outer conductor S and the potentiometer tap, while the current of the current path, for example, the conductor R is taken directly or via a transformer 3. The

609 507/147609 507/147

L 18652 VIHc/21 eL 18652 VIHc / 21 e

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 MeßwerksThe vector diagram in Fig. 2 illustrates the operation of this circuit. In the diagram, let RS, ST and TR represent the line-to-line voltages of a symmetrical three-phase system. The potentiometer resistance should be between R and T , the voltage path of the measuring mechanism between S and the potentiometer tap P to RT. Let J be the vector of the current in one of the conductors, which is the current coil of the measuring mechanism

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-xo flows through. If the tap P is at point T, the voltage between S and P is perpendicular to the phase of the current /. Let this position of P correspond to the power factor 1; it is indicated by the fact that the measuring mechanism does not

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.15, blow there. In the other limit position of P in point i? is the;. Phase of voltage RP rotated by 60 °. In this position, the SP vector has a phase shift of 90 ⁰ to the current / ', which has a retardation of 6o ° relative to the location of /. The second limit position corresponds to a power factor of 0.5 (cos φ - 60 °). Power factors smaller than 0.5 cannot be measured in this circuit, rather it is necessary to change the circuit so that the current for the current path is tentatively taken from another of the conductors of the three-phase system. Is also achieved here by altering the Potentiometerabgriffs no phase shift of 90 ⁰ between the current in the voltage path and the voltage of the measuring path, so the current has the third outer conductor are removed. The disadvantages of these known circuits are based on the necessity of having to switch over during the measurement if necessary. This has the further disadvantage that the calibration scale of the instrument must have three different divisions in accordance with the three possible circuits.

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.All the disadvantages of the known circuits become apparent in a circuit arrangement for measurement of the power factor in symmetrically loaded three-phase networks with a wattmetric instrument comes into use, the current path of which is fed by a network phase, thereby avoided that the three phase lines of the three-phase network each have a high resistance with the corner points · of three resistors connected in a triangle (ring) circuit one Potentiometer device are connected in relation to the aforementioned high resistance are of low resistance, and that the two rotatable ones are offset from one another by 180 ° el Potentiometer taps are connected to the voltage path of a wattmetric instrument.

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.The mode of operation of a circuit according to the invention may be based on an exemplary embodiment according to Fig. 3 are explained. In Fig. 3, 4 are the three high-resistance, their resistance value denoted by equal resistances, which form the connection between the three conductors of the three-phase system and the three low-ohmic resistors connected in delta (ring) connection 5 make a potentiometer assembly.

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.The potentiometer taps are denoted by 6, the contacts of which are offset from one another by 180 ° el. The contacts rotated 360 ^0, then the phase angle between the tapping points of contact arms by the same amount changes. The pick-off contacts are directly or via a transformer 7, the voltage to the desired "connected transformed amount with the voltage path 8 of a wattmetric measuring mechanism. The power coil 9 of the" measuring mechanism is fed directly or via a transformer 10 from the current of the phase R. In the vector diagram according to FIG. 4, six different positions of the vectors of the voltages between the voltage taps of the potentiometer device are entered. A current flowing in the conductor R , which has no phase shift with respect to its voltage, results in no torque with the current in the voltage path, the phase position of which corresponds to that of the voltage vector aa '. The pointer of the measuring mechanism remains in the zero position. The position of the tap of the potentiometer corresponding to the position of the voltage vector aa 'thus indicates the power factor 1. If the current has an inductive displacement of 30 ⁰ , the taps from the first position must be ^{rotated by 30 0} so that the voltage vector assumes position bb '. This position of the taps accordingly shows the power factor 0.866 and so on. It can be seen that when the taps are rotated by 90 ^0, all inductive power factors between 1 and ο are recorded. The capacitive displacements of the current vector of the taps can be up to 90 ⁰ met in the opposite direction by a corresponding rotation. The position of the potentiometer taps can be read on a scale. Each position of the taps clearly corresponds to a certain value of the power factor as soon as the pointer of the instrument is returned to the zero position. The scale of the potentiometer taps can therefore be calibrated in terms of the power factor.

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 denIf the three resistors of the potentiometer device, as previously assumed, are arranged in a circle in one plane, then only half of the entire arc is used to measure all power factors, between ο and 1 leading and lagging. A further substantial improvement ^l is achieved if the three resistors of the potentiometer are distributed over two concentrically arranged ring-shaped potentiometers in such a way that the two rings each carry one of the three resistors and also half of the third resistor, the three resistors in turn connected in a ring circuit and the two potentiometer taps on a common axis are shifted from one another by 180 ° el. The arrangement is shown schematically in Fig. 5, the two concentric rings are relocated for the sake of clarity in the same plane and the second ring is drawn with a smaller diameter, while it is of course appropriate to the two rings

507/147507/147

L 18652 VIIIc I'21 eL 18652 VIIIc I'21 e

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 Messunggive the same diameter and arrange them concentrically in two planes. One ring carries one of the three resistances between points R and 6 *, while the second resistance between points S ¹ and T is carried half by the first ring and the other half by the second ring. The third resistor is on the second ring between points T and R. In this arrangement stands for the measurement

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,ίο the power factors from ο to i, inductive and capacitive, the entire length of 360 ° of the arc is available, so that a very clear and a clear scale arises, as is shown as an example in FIG. 6 for one half. the one half of the scale shows inductive, the other half capacitive. The finding It is known whether there is an inductive or capacitive shift in the individual case made with the help of a reactance,

,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., 20 which is optionally switched into the voltage path of the measuring mechanism. The assignment of the Scale divisions for the position of the potentiometer taps is chosen so that with each of the displayed Power factors the current phase in the voltage path of the wattmetric instrument perpendicular to the phase of the current in the current path of the instrument.

Um die Empfindlichkeit" des Meßwerks auf den gewünschten Betrag abstimmen zu können, ist es vorteilhaft, zwischen Potentiometeranordnung und Meßwerk einen Transformator einzuschalten.In order to be able to adjust the sensitivity of the measuring mechanism to the desired amount, it is It is advantageous to connect a transformer between the potentiometer arrangement and the measuring mechanism.

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.For many purposes in practice it is expedient to use the wattmetric used in the circuit arrangement To train measuring instrument as a pliers or application instrument. With such an instrument the conductor of the three-phase system from which the current is drawn forms the current coil of the Measuring works.

Claims

Patent claims:

I. Circuit arrangement for measuring the power factor in symmetrically loaded Three-phase networks using a wattmetric instrument, its Current path is fed by a network phase, characterized in that the three phase lines of the three-phase network via a high-resistance resistor each with the corner points of three connected in a triangle (ring) circuit Resistors of a potentiometer device 5c are connected in relation to the called high-resistance resistors are low, and that the two rotatable to i8o ° el. offset potentiometer taps are connected to the voltage path of a wattmetric instrument,

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the three resistors der Potentiometereinrichtuhg on two concentrically arranged, ring-shaped Potentiometers are distributed in such a way that the two rings each have one of the three resistors and also carry half of the third resistance.

3. Circuit arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that between the taps of the potentiometer device and the voltage path of the wattmeter Transformer is connected, by means of which the current in the voltage path to the desired Strength is brought.

4. Circuit arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the potentiometer device according to power factors divided scale carries, in which the assignment of the scale division to the position of the potentiometer taps is chosen so that for each of the displayed power factors the current phase in the voltage path of the wattmetric instrument perpendicular to the phase of the current in the current path of the instrument.

5. Circuit arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that the used for display in the circuit arrangement wattmetric measuring instrument is designed as a forceps or application instrument.

For this purpose ι sheet of drawings