Leistungsfaktormesser
Es ist ein Leistungsfaktormesser bekannt, bei dem ein wattmetrisches Instrument verwendet wird, dessen Strompfad von einer Systemphase gespeist wird und bei dem die drei Systemphasen über je einen hochohmigen Widerstand mit den Eckpunkten von drei in Dreieck(Ring)-Schaltung geschalteten Widerständen einer Potentiometereinrichtung verbunden sind. Diese Potentiometereinrichtung besitzt zwei um 1800 el. gegeneinander versetzte drehbare Abgriffe, zwischen die der Spannungspfad des wattmetrischen Instrumentes geschaltet ist.
Die aus den drei Widerständen gebildete Potentiometereinrichtung ist derart aufgebaut, dass auf zwei einzelnen Ringkörpern je einer der drei Widerstände und je die Hälfte des dritten Widerstandes aufgebracht ist. Offensichtlich stellt die Potentiometereinrichtung mit der speziellen Aufteilung der drei Widerstände und den notwendigen zwei beweglichen Abgriffen eine Sonderausführung dar, die kompliziert und dadurch teuer wird.
Es ist ferner ein Anlege-Leistungsfaktormesser bekannt, der aus einem Wattmeter besteht. Das Wattmeter kann entweder eine feststehende Stromspule aufweisen, die durch einen Anlegestromwandler erregt wird, oder der Eisenkern des Wattmeters ist gleich als Zange ausgebildet, so dass die umfasste elektrische Leitung als Stromspule wirkt. Die Drehspule des Wattmeters ist einerseits über einen Umschalter und anderseits über ein Potentiometer mit einem Abgriff an die Phasen spannung des Netzes geschaltet. Das Potentiometer ist dabei mit zwei Phasen des Netzes verbunden und kann über den Umschalter mit der dritten Phase verbunden werden. In Reihe mit der Drehspule ist ausserdem ein strombegrenzend'er Widerstand angeordnet.
Das Potentiometer ist mit einer Skala versehen, auf der der Leistungsfaktor unmittelbar abgelesen werden kann. Die Messung erfolgt derart, dass der Zeiger des Wattmeters durch Verstellung des Potentiometerabgriffes auf Null gebracht und der eingestellte Wert am Abgriff d;ann abgelesen wird.
Ein Nachteil dieses bekannten Leistungsfaktormessers besteht darin, dass nur eine Messung des Leistungsfaktors von 1 bis 0,5 möglich ist. Ferner muss für vor- oder nacheilenden Leistungsfaktor noch eine Umschaltung vorgenommen werden. Für eine universelle Verwendbarkeit bei einfacher Handhabung muss jedoch auch eine Leistungsfaktormessung unter 0,5 und ohne Umschaltung möglich sein.
Bei einem anderen bekannten Leistungsfaktormesser wird ein als Anlegeinstrument ausgebildetes Dreheisenmesswerk mit zwei feststehenden Stromspulen und zwei in deren Feld drehbar und unsymmetrisch angeordneten Eisen verwendet. Spulen und Dreheisen sind d im Luftspalt eines ringförmigen Eisenkernes an- geordnet, der aufklappbar ist und den Leiter umfasst.
In Reihe mit den feststehenden Stromspulen sind fre- quenzabhängige Glieder geschaltet.
Auch mit diesem Leistungsfaktormesser ist ein Leistungsfaktor unter 0,5 nicht messbar. Ferner ist die Messung stark frequenzabhängig. Beim bekannten Leistungsfaktormesser ist durch die Spitzenlagerung und durch den unsymmetrischen Aufbau des beweglichen Organs mit beträchtlichen Messfehlern zu rechnen.
Schliesslich sind auch Schalttafel-Leistungsfaktor- messer bekannt, deren Messwerk eine feste strom durchflossene und zwei bewegliche und ; gekreuzte Spulen aufweist. Es handelt sich hier um ein sogenanntes aufgelöstes elektro dynamisches Kreuzspul Messwerk. Eine weitere Art ist als elektrodynamisches Kreuzfeld-Messwerk ausgebildet.
Dieses Messwerk besteht aus einer beweglichen Stromspule und zwei festen Spulenpaaren, die auf vier nach innen gerichteten Polen eines ringförmigen Eisenkernes angeordnet sind. Zwei gegenüberliegende Spulen bilden ein Spulenpaar, wobei das eine Spulenpaar an der Messspannung und das andere Paar an einer gegenüber der Messspannung um 90o phasenverschobenen Spannung liegt. Diese Schalttafel-Leistungsfaktormesser stellen Spezialinstrumente mit besonderem Aufbau dar und sind in Anwendung auf Anlege-Leistungsfaktormess er nicht geeignet.
Die Nachteile der obigen Leistungsfaktormesser werden durch die Erfindung in einfacher Weise ver mieten. Es werden darüber hinaus durch die Erfindung eine Vielzahl von Schaltungsmöglichkeiten des Leistungsfaktormessers erreicht.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsfaktormesser mit einem elektrodynamischen Messwerk, dessen Strompfad mit einer Systempbase verbunden ist und dessen Spannungsspule mit dem einen Ende an den beweglichen Abgriff eines an zwei Systemphasen angeschlossenen Potentiometers und mit dem anderen Ende an die dritte Systemphase geschaltet ist.
Erfindungsgemäss ist dieses Ende der Spannungsspule an den Verbindungspunk-t mindestens zweier Widerstände geschaltet, deren vom Verbindungspunkt abgewandte Anschlüsse mit den Systemphasen verbunden sind.
Die Erfindung wird an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Elemente tragen gleiche Bezeichnungen.
In der Fig. la ist die einfachste Anordnung dargestellt, die aus einem normalen Potentiometer 2 besteht, das mit seinen Enden beispielsweise an die Leiter R, S geschaltet ist. Der Spannungspfad 3 des Messwerkes ist an den beweglichen Abgriff 4 des Potentiometers 2 und an den Sternpunkt der aus den drei Wi derständen 5 bestehenden Schaltung geschaltet, wobei die Widerstände jeweils mit einem Ende an den Leitern R, S, T liegen. Der Strompfad 6 des Messwerkes ist in bekannter Weise entweder an einen Anlegestromwandler 7 geschaltet, der einen Leiter umgreift, oder das Messwerk hat einen aufklappbaren Eisenkern, der von einem Leiter durchsetzt wird. In der Fig. lb ist das entsprechende Vektordiagramm dargestellt. Mit R, S, T sind die drei Systemphasen bezeichnet.
Das Potentiometer liegt zwischen R und S.
Zwischen R und S ist ungefähr die sich durch die Schaltung ergebende Leistungsfaktorskala angedeutet.
Es ergibt sich ein Bereich von 0... 1... 0,87 ohne Umschaltung. Der Spannungspfad des Messwerkes ist zwischen den Abgriff A des Potentiometers und den Sternpunkt P geschaltet. J ist der Vektor des Stromes im Leiter R, der auch den Strompfad des Messwerkes durchfliesst. Ist der Abgriff auf den Skalenpunkt 1 gestellt, so steht der Vektor AP senkrecht auf dem Vektor J. Dies entspricht, wie angedeutet, dem Leistungsfaktor 1. Strom und Spannung am Messwerk weisen eine Phasenverschiebung von 90o aüf, und das Messwerk zeigt Null an.
Hat der Strom J' beispielsweise eine Voreilung von 600 gegenüber der Lage von J, wie gestrichelt angedeutet, so würde sich am Messwerk bei unveränderter Stellung des Potentiometerabgriffes auf 1 ein Ausschlag am Messwerk ergeben, d'a der Phasenwinkel von Strom und Spannung am Messwerk von 90" abweicht. Durch Verstellung des Potentiometerabgriffes in die gestrichelte Stellung verschiebt sich der Spannungsvektor AP gegen den Uhrzeigersinn, so dass wieder eine Phasenverschiebung von 90 zwischen Strom- und Spannungspfad des Messwerkes herrscht und somit Null angezeigt wird. Der Leistungsfaktor ergibt sich aus dem Winkel M und kann unmittelbar von der Potentiometerskala abgelesen werden.
Die Fig. lc zeigt schliesslich die Ausbildung des Potentiometers, das aus dem Schleifdraht 2 und dem veränderbaren Abgriff 4 besteht. Mit 8, 9 sind die Anschlüsse des Potentiometers bezeichnet.
Fig. 2a zeigt praktisch die gleiche Schaltungsan ordnung, jedoch weist das Potentiometer 2 einen festen Abgriff 10 auf, der an die dritte Phase geschaltet ist. In der Fig. 2b ist das entsprechende Vektordiagramm dargestellt, das nach dem oben Gesagten ohne weiteres verständlich sein dürfte. In Fig. 2c ist die Ausbildung des Potentiometers 2 dargestellt. Mit einer derartigen Schaltungsanordnung wird ein cos Bereich von 0... 1... 0 erreicht. Die Fig. 2d zeigt eine etwas abgeänderte Schaltung. Das mit einem festen Abgriff 10 versehene Potentiometer 2 ist über Widerstände 11 mit den Systemphasen verbunden.
Der Spannungspfad 3 des Messwerkes ist zwischen einen aus Widerständen 5 gebildeten Sternpunkt und den Abgriff 4 des Potentiometers 2 geschaltet, wobei das Potentiometer 2 elektrisch den halben Umfang der Dreieckschaltung bildet. Die Bemessung der Widerstände 11 kann dabei so gewählt werden, dass sie entweder grösser als die Widerstände der Potentiometereinrichtung sind oder mit dieser etwa übereinstimmen.
12 ist ein in Reihe mit dem Potentiometer 2 geschalteter Widerstand.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss der Fig. 3a wird wieder nur ein normales Potentiometer 2 verwendet, das an einen Leiter und an den Mittelpunkt eines zwischen zwei Leitern angeordneten Widerstandes 13 geschaltet ist. Der Spannungspfad des Messwerkes ist dabei an den Abgriff 4 des Potentiometers 2 und an den festen Abgriff eines weiteren Spannungsteilers 14 geschaltet. Mit dieser Schaltungs anordnung ergibt sich ein cos-Bereich von 0,5... 1... 0,5, wenn die Wi derstände 13 einander gleich und die Widerstände 14 einander gleich sind. Durch Änderung dieser Wider ständige kann eine entsprechende Verschiebung des Bereiches erreicht werden. Die Fig. 3b zeigt wieder das entsprechende Vektordiagramm mit zwei Leistungsfaktoreinstellungen.
Der Einfachheit halber ist die Speisung des Strompfades und die Ausbildung des Potentiometers 2 weggelassen.
In der Fig. 4a besitzt das Potentiometer 2 eine feste Anzapfung 10, die symmetrisch zu den Anschlüssen 8, 9 liegt. Alle drei Anschlüsse des Potentiometers werden an R, S, T geschaltet. Der Spannungspfad 3 des Messwerkes ist an den veränderbaren Abgriff 4 des Potentiometers 2 und an den festen Ab griff eines symmetrischen Spannungsteilers 15 geschaltet. Der cos cp-Bereich ergibt sich bei dieser Schal tungsanordnung zu 1... O... 1, das heisst der Nuil- wert liegt auf der Skalenmitte. Die Fig. 4b, 4c zeigen das Vektordiagramm und die Ausbildung des Potentiometers.
Die Fig. 5a zeigt eine Anordnung, bei der ein Potentiometer 2 ohne festen Abgriff verwendet wird.
Das Potentiometer ist Teil einer vereinfachten Dreieckschaltung nach Fig. 4a, und der Spannungspfad 3 ist an den veränderbaren Abgriff 4 des Potentiometers 2 und an den symmetrischen Punkt des Spannungsteilers 15, der auch Teil der Dreieckschaltung ist, geschaltet. Bei dieser Anordnung überstreicht der Abgriff 4 einen Quadranten, so dass sich ein cos reich = O... 1 ergibt. Dadurch wird eine sehr auseinandergezogene Skala erreicht. Durch einfaches Umschalten mittels eines Schalters 16, wie in Fig. 6a dargestellt, ergibt sich die gleiche Skala für den benachbarten Quadranten (Fig. 6b).
Mit einem nach Fig. 2d ausgebildeten Leistungsfaktormesser ist unter Verwendung eines Messwerkes mit Spannbandlagerung des beweglichen Organs in den Bereichen 15 bis 1500 A und d 150 bis 600 V eine Anzeigegenauigkeit von < 1 t 5 O/o erreichbar, so dass die Leistungsfaktoren auf 0,05 genau angezeigt werden. Im Gebiet der grösseren cos cp-Werte wird jedoch eine weit genauere Anzeige erreicht, da in diesem Gebiet die Skalenteilung stark auseinandergezogen ist.
Der angezeigte Leistungsfaktor hängt bei der beschriebenen Ausbildung nur in geringem Masse vom Symmetriefehler des Phasensystems ab. Messungen haben ergeben, dass ein Unsymmetriegrad von 0,03 einen Fehler ergibt, der in der Grössenordnung der Messgenauigkeit liegt. Ein Leistungsfaktor von 0,5 wird also um den Betrag 0,05 falsch gemessen, wenn die Phasenspannungen 370, 380 und 390 V anstelle von 3 380 V betragen. Eine Stromunsymmetrie tritt nicht störend in Erscheinung.
Die Messung der Drehfeldrichtung wird stets der Leistungsfaktormessung vorangehen, ist also als eine vorbereitende Messung anzusprechen. Durch die erfindungsgemässe Ausbildung wird vermieden, dass die Einrichtung zur Drehfeldrichtungsmes sung mit ihrem aufklappbaren Eisenkern einen Leiter des Systems umfassen muss. In vielen Fällen ist unter den gegebenen Platzverhältnissen und der gegebenen Verlegung der Leiter eine Einstellung und Ablesung der Einrichtung bei umfasstem Leiter nur unter Schwierigkeiten möglich. Wenn dies für die Leistungsfaktormessung schon nicht zu vermeiden ist, so kann dieser Nachteil jedoch für die Messung der Drehfeldrichtung durch die Erfindung behoben werden.