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Einrichtung zum Messen des Leistungsfaktors Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung zu schaffen, mit welcher der mittlere Leistungsfaktor
bei Drehstromnetzen, auch bei unsymmetrischer Belastung, direkt gemessen bzw. angezeigt
werden kann.
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Bekanntlich ergibt sich der Leistungsfaktor cos f aus dem Verhältnis
von Wirkleistung zu Scheinleistung. Er läßt sich auch aus dem Verhältais von Wirkleistung
zu Blindleistung errechnen, was oft vorteilhaft ist, denn die Blindleistung ist
meßtechnisch einfacher zu erfassen als die Scheinleistung.
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Es ist eine Anzahl von Schaltungen bekannt, die den Leistungsfaktor
mittels eines Quotientenmessers zur Anzeige bringen ; diese Schaltungen haben aber
den Nachteil, daß sie entweder symmetrische Belastung des Drehstromnetzes voraussetzen
oder aber nur eine Phase erfassen können. Bei Drehstrom ist es aber nicht sinnvoll,
den cos ç der einzelnen Phasen zu kennen, sondern wichtig ist der Gesamtleistungsfaktor.
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Es ist auch eine andere Schaltung bekannt, mit der es möglich ist,
den Gesamtleistungsfaktor bei beliebiger Belastung der einzelnen Phasen zu messen.
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Es werden hierfür zwei Einphasenwattmeter in Aronschaltung verwendet.
Dabei ist aber für jedes Instrument eine Kunstschaltung erforderlich, die diese
Anordnung recht teuer macht.
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Eine weitere bekannte Schaltung ermöglicht zwar die Messung des mittleren
Leistungsfaktors mit direkter Anzeige mittels eines Potentiometers, setzt aber symmetrische
Belastung des Drehstromnetzes voraus.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, daß die der Wirkleistung
und Blindleistung entsprechenden Meßwerte in proportionale Gleichströme (Iwe Ib)
oder Gleichspannungen (Uw, Ub) umgeformt und einer selbstabgleichenden Brückenschaltung
(RI, R2, R3, R4) derart zugeführt-werden, daß der eine Meßwert (Uw) an der einen
Diagonale (1, 2) und der andere Meßwert (Ub) an einem Widerstand (R5) liegt, der
zusammen mit einer Verstelleinrichtung, welche die Brücke auf Null abgleicht, die
andere Diagonale bildet. Durch diese Maßnahme läßt sich auch bei ungleicher Belastung
eines Drehstromnetzes der Gesamtleistungsfaktor cos ç direkt messen bzw. anzeigen.
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Durch die Umformung der Wirk-und Blindleistung in proportionale Gleichströme
bzw. proportionale Gleichspannungen wird erreicht, daß alle Störeinflüsse, wie Spannungs-oder
Frequenzschwankungen, verzerrte Wellenform, ungleiche Belastung des Drehstromnetzes
u. dgl., ausgeschaltet werden. Dar-
über hinaus macht die Brückenschaltung die Messung
nahezu unabhängig vom Absolutwert der Wirk-und der Blindleistung, was bei den bekannten
Schaltungen mit Quotientenmeßwerken nur sehr schwer zu erreichen ist.
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Die Erfindung ist an Hand eines Prinzipschaltbildes erläutert und
im folgenden näher beschrieben.
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Die elektrische Brücke besteht aus den Festwiderständen R3 und R4
und den als Potentiometer ausgebildeten verstellbaren Teilwiderständen Ri, R2.
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Um die Brücke möglichst empfindlich zu machen, sind die Widerstände
so dimensioniert, daß die Summe der Potentiometerwiderstände Ri und R2 gleich der
Summe der Festwiderstände R3 und R4 ist.
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Die dem Gleichstrom Iw entsprechende Gleichspannung Uw, welche der
Wirkleistung proportional ist, liegt an den Klemmen 1 und 2. Auf Grund des gewählten
Verhältnisses der Widerstände wäre die Brücke abgeglichen, wenn der Potentiometerabgriff
5 so eingestellt ist, daß Ri = R2 ist. Durch Einbringen eines der Blindleistung
proportionalen Gleichstroms Ib (bzw. Gleichspannung Ub) an den Klemmen 3 und 4 wird
die Brücke über den in der Diagonale liegenden Widerstand R5 entsprechend der Phasenverschiebung
zwischen Ib und Iw verstimmt. Ein Nullmotor 7, der in der Brückendiagonale liegt
und der vom Verstärker 8 gespeist wird, gleicht die Brücke selbsttätig ab. Die Verstellung
des Potentiometerabgriffs 5, die
der Motor 7 zur Herbeiführung der
Stromlosigkeit der Brückendiagonale ausführt, ist ein Maß für den Leistungsfaktor.
Dies ergibt sich aus folgender Beziehung : Is ßr13 Ri + R2 R3 + R4 = cotg ç.
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Tub
bei R1 + R2 = R3 + R4.
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R5(R1+R2) cotg # = = f (cos #) R1-R3 Die Verstellung des Potentiometers
R1/R2 durch den Nullmotor 7 ist also ein direktes Maß fiir cos, so daß ein Zeiger
5a mit dem Potentiometerabgriff 5 verbunden werden kann, der an einer in cos 92
geeichten Skala 6 den Leistungsfaktor anzeigt. Das Vorzeichen von cos ? (positiv
oder negativ bzw. kapazitiv oder induktiv) ist ebenfalls mitberücksichtigt, da die
Richtung der Phasenverschiebung durch Is in die Messung eingeht. Bei der Verstellung
durch den Nullmotor 7 wird der Potentiometerabgriff 5 mit dem Zeiger 5a entsprechend
dem Vorzeichen der Phasenverschiebung nach » induktiv « oder » kapazitiv « verschoben.
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Der Meßbereich der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ist durch entsprechende
Dimensionierung der Brückenwiderstände beliebig groß wählbar, z. B. von-0, 6 über
1 bis +0, 6 oder von-0, 1 über 1 bis +0, 1.
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Die Meßeinrichtung kann auch besonders vorteilhaft zur Fernübertragung
des Leistungsfaktors verwendet werden. Hierfür werden entweder die beiden proportionalen
Gleichströme in bekannter Weise von der Meßstelle übertragen, während sich die Brückenschaltung
an der Empfangsstelle befindet ; es ist aber genauso möglich, die Fernübertragung
nach dem bekannten Potentiometerverfahren durchzuführen ; dabei wird ein Doppelpotentiometer
verwendet, bei dem vom Nullmotor 7 die beiden Potentiometerabgriffe gleichartig
verstellt werden.