DE679533C - Anordnung zum Messen des jeweiligen Wertes des Leistungsfaktors mittels eines umschaltbaren elektrischen Messgeraets - Google Patents

Anordnung zum Messen des jeweiligen Wertes des Leistungsfaktors mittels eines umschaltbaren elektrischen Messgeraets

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DE679533C
DE679533C DER89020D DER0089020D DE679533C DE 679533 C DE679533 C DE 679533C DE R89020 D DER89020 D DE R89020D DE R0089020 D DER0089020 D DE R0089020D DE 679533 C DE679533 C DE 679533C
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R11/00Electromechanical arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. of consumption
    • G01R11/48Meters specially adapted for measuring real or reactive components; Meters specially adapted for measuring apparent energy

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Description

  • Anordnung zum Messen des jeweiligen Wertes des Leistungsfaktors mittels eines umschaltbaren elektrischen Meßgeräts Die bekannten Geräte zum unmittelbaren Anzeigen des Leistungsfaktors weisen den Nachteil auf, daß sie nur in verhältnismäßig engen Strom und Spannungsgrenzen verwendbar sind und bei verzerrter Wellenform nicht richtig anzeigen. Man greift daher vielfach auf die Berechnung des Leistungsfaktors aus der Bestimmung der Wirk- und Blindleistung zurück.
  • Nun ist es bereits bekannt, eine Meßanordnung zu benutzen, bei der ein umschaltbares elektrisches Meßgerät benutzt wird, das nacheinander die Spannung, die Stromstärke und die geometrische Summe dieser beiden Größen zu messen gestattet, wobei eine der drei Meßgrößen auf einen gewollten Wert eingestellt wird. Dabei geht die Messung z. B. so vor sich, daß man mit dem betreffenden Instrument zunächst die Spannung E mißt und das Instrument sodann zum Messen der StromstärkeJ an die Sekundärwicklung eines Stromwandlers mit geschlossenem Eisenkern anschließt, der mit einer dritten, durch einen regelbaren Belastungswiderstand geschlossenen Wicklung versehen ist. Nach dem Umschalten des Instruments auf die Stromwandlerwicklung regelt man nun den Belastungswiderstand so ein, daß man am Instrument den gleichen Ausschlag erhält wie bei der Spannungsmessung. Wenn man nun die zu messende Spannung und die der Stromstärke J proportionale Sekundärspannung des Stromwandlers in Reihe schaltet, so erhält man einen Ausschlag entsprechend der geometrischen Differenz zwischen J und E, die bei konstanter Meßspannung nur noch von der Größe des Leistungsfaktors abhängig sein soll.
  • Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Art der Messung erhebliche Fehler aufweist.
  • Dies ist dadurch bedingt, daß beim Messen der geometrischen Differenz zwischen 1 und E die Spannung E über den Transformator, bei der Spannungsmessung aber unmittelbar gemessen wird. Infolgedessen arbeitet das Instrument bei der DiEerenzbildung mit einem anderen Widerstand als bei der Spannungsmessung. Hinzu kommt noch, daß der induktive Widerstand des Transformators sich mit der Belastung ändert, was sich besonders bei dem verwendeten geschlossenen Eisenkern bemerkbar macht. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß die Sekundärwicklung des Stromwandlers betriebsmäßig durch einen Schalter unterbrochen werden muß, was trotz des Vorhandenseins einer weiteren Wicklung zur Entstehung unerwünschter hoher Sekundärspannungen führen kann.
  • Diese Fehler werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß die geo, metrische Summe oder Differenz zweier von dem Strom und der Spannung herrührender Wechselfelder in einem gemeinsamen offenen Kraftlinienkreis gebildet wird durch Verwendung eines Stromwandlers mit offenem Eisenkern, der eine besondere abschaltbare Spannungswandlerwicklung und eine Sekundärwicklung trägt, an die ein Meßgerät angeschlossen ist.
  • Bei Verwendung eines geschlossenen Eisen-. kernes würde der Nachteil entstehen, daß bei wechselnder Belastung. der induktive Widerstand des Wandlers sich wesentlich ändert und daher das von der Spannung herrührende Wechsel feld nachträglich durch Hinzufügen des von dem Strom herrührenden Feldes beeinflußt wird. Außerdem hat man bei einem offenen Eisenkern die Möglichkeit, diesen so auszubilden, daß er über die geschlossene Stromleitung geschoben werden kann, so daß diese zum Zweck der Messung nicht unterbrochen werden muß.
  • Die Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung soll an Hand der Fig. I und 2 näher erläutert werden. Läßt man z. B. bei einem elektromagnetischen Meßgerät, bei dem die Größe des von der Spannung hervorgerufenen magnetischen Felaes und die Größe des von der Stromstärke hervorgerufenen, zweckmäßig auf das gleiche Meßsystem einwirkenden Feldes bekannt ist, den Strom J und die Spannung E gleichzeitig auf das System einwirken, dann stellt der Instrumentenanzeiger sich auf den in der Fig. I mit A bezeichneten Vektorialwert ein, der für den Leistungsfaktor kennzeichnend ist. Eine besonders einfache Beziehung zwischen dem Vektorialwert A und dem cos ç erhält man, wenn man den Stromvektor und den Spannungsvektor gleich groß wählt. Nach der bekannten Formel beträgt dann Zwischen A und cos 7 besteht demnach eine quadratische Beziehung.
  • Man kann die Vektoraddition auch gemäß Fig. 2 derart vornehmen, daß zu einem Spannungsvektor E eine gleich große Resultierende A = -J vektoriell addiert wird, wobei man dann J = 2 E cos ç erhält. Zwischen J und cos cp besteht in diesem Falle eine lineare Beziehung.
  • Um die erfindungsgemäße Messung durchführen zu können, muß die Meßanordnung Regel- und Schaltvorrichtungen aufweisen, um die Vektoren und J bzw. E und E-J unabhängig voneinander auf vorausbestimmte Größe einstellen und dann beide Vektoren gleichzeitig wirken lassen zu können.
  • In den Fig. 3 und 4 sind Ausführungsbeispiele von Anordnungen gemäß der Erfindung dargestellt. In der Fig. 3 ist mit I ein Transformator mit offenem Eisenkern bezeichnet, der eine Sekundärspule 2, eine Primärspule I6 und unter Umständen noch eine Hilfsspule 30 trägt. Die Primärspule 16 kann über einen Ohmschen Regelwiderstand I2 und einen festen Vorschaltwiderstand 9 an die NetzleitungIo, II angeschlossen werden mit Hilfe einer Druddaste 13. An die Sekundärspule 2 ist über einen Vierweggleichrichter 4 ein Meßinstrument 5 mit Zeiger 14 angeschlossen. In der Gabel des Transformators I ist in bekannter Weise ein Anschlag I5 angeordnet, gegen den bei dem Uberschieben des Transformators über die Leitung diese anstößt. Mit Hilfe der beschriebenen Anordnung kann die Phasenmessung in folgender Weise vorgenommen werden.
  • Zunächst wird die Sekundärwicklung I6 mit den daran befindlichen Schaltelementen an. Spannung geschaltet und die Taste I3 geschlossen. Dadurch wird in dem Eisenkern I ein von der Spannung abhängiges Feld erregt, dessen Größe nun mit Hilfe des regelbaren Widerstandes 12 so lange geändert wird, bis der Zeiger des an die Sekundärwicklung 2 angeschlossenen Meß instrumentes auf dem Teilstrich 71 der in hundert Teile geteilten Skala 6 steht. Der Teilstrich 100 71 = ist deshalb gewählt, weil dabei der #2 gesamte Meßbereich des Instrumentes ausgenutzt werden kann. Gibt man den Druckschalter 13 frei, so geht das Meßinstrument wieder auf Null zurück, weil der Spannungskreis geöffnet ist. Nunmehr wird durch Überschieben des Eisenkerns über die Leitung 3 bzw. 3' ein dem durch die Spannung vorhin erzeugten Feld gleich großes Feld erzeugt, indem man die Relativlage des Eisenkerns und der Leitung so lange ändert, bis der Zeiger 14 ebenfalls wieder auf dem Skalenstrich 7I steht. Um nun beide Vektoren zu addieren, wird der Taster I3 niedergedrückt, so daß die Summe der Felder des Spannungs- und Stromvektors im Eisenkern I auf die Sekundärwicklung 2 und damit auf das Meßgerät 5 zur Einwirkung kommt und der Zeiger 14 sich entsprechend der Resultierenden einstellt.
  • Um den cos # unmittelbar ablesen zu können, kann unter der Skala 6 eine mit I7 bezeichnete cos-Skala angebracht sein. Dazu ist es naturgemäß erforderlich, daß die Feldvektoren jeweils auf eine vorausbestimmte festliegende Größe eingestellt werden, und diese Größe wählt man, um eben den Skalenbereich voll auszunutzen, wie bereits oben ausgeführt, 00 zweckmäßig gleich vorausgesetzt, daß die Skala in 100 Teile eingeteilt ist.
  • Das in dem Kern I vom Strom 1 induzierte magnetische Feld ist mit dem durch die Leitung 3 bzw. 3'fließenden Strom in Phase.
  • Das von der Spannung induzierte magnetische Feld wäre ebenfalls mit der Spannung völlig gleichphasig, wenn der Spannungskreis rein Ohmsche Widerstände enthielte. Nun liegt aber im Kreis ein induktiver Widerstand in Form der Spule 16, so daß eine Phasenverschiebung zwischen Feld und Spannung unvermeidlich ist. Diese Phasenabweichung wird jedoch im allgemeinen sehr niedrig gehalten werden können, weil man die Widerstände g und I2 in der Regel sehr groß ß wählen kann. Infolgedessen wird man im allgemeinen diese Abweichungen vernachlässigen können. Man kann unter Umständen aber auch die Phasenabweichung in die cos-Skala eineichen und sie auf diese Weise berücksichtigen.
  • Bei kleinen Stromstärken in dem zu messenden Leitungssystenl genügt die Verwendung eines gestreckten Primärleiters für den Wandler nicht mehr. Aus diesem Grund ist die Hilfsspule 30 vorgesehen, über die bei besonders niedrigen Stromstärken der Strom geführt werden kann. Solange man diese Hilfsspule nicht verwendet, kann das Gerät ohne Unterbrechung des Stromkreises benutzt werden.
  • Es dürfte ohne weiteres klar sein, daß mit demselben Gerät neben der Messung des Leistungsfaktors auch die Spannung und die Stromstärke und dadurch mittelbar auch die Leistung in Watt gemessen werden kann.
  • Die Drucktaste 13 und den Regelwiderstand 12 kann man zweckmäßig baulich vereinigen, so daß man mit derselben Hand, die den Widerstand I2 einstellt, gleichzeitig die Taste 13 geschlossen halten kann.
  • Wenn man gemäß Fig. 2 den Leistungsfaktor nach der Formel 1 = 2 E cos ermitteln will, dann stellt man zweckmäßig den Spannungsvektor durch Vorschalten eines entsprechenden Teiles des Widerstandes 12 auf den Skalenstrich 50 ein und nähert bei niedergedrücktem Taster 13 den Eisenkern 1 dem Leiter 3' so lange, bis sich der Zeiger 14 auf den gleichen Teilstrich 50 eingestellt hat.
  • Nach Öffnen des Druckschalters I3 kann man dann auf der Skala 6 unmittelbar den cos ablesen. Es ist demnach eine zweite Skala nicht erforderlich.
  • Die beschriebene Messung hat den Vorzug, daß sie unabhängig von der Periodenzahl und von vorhandenen Fremdfeldern ist, weil beide auf die Strom- und Spannungsvektoren den gleichen Einfluß haben, so daß ihr Einfluß auf die Resultierende kompensiert wird. Die Skala I7 braucht nicht besonders geeicht zu werden, man kann sie vielmehr nach der Formel ausrechnen und im Manstab der geeichten btromskala emzeichnen. Eine Kontrolle über die Richtigkeit der eingezeichneten Skala hat man dadurch, daß man bei der Messung nach der Formel 1 = 2 E cos ç das gleiche Ergebnis erhalten muß.
  • Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei der ein Zwischenwandler 23 vorgesehen ist, dessen Primärwicklung 25 in die zu messende Stromleitung eingeschaltet werden kann, während die Sekundärwicklung 26 die Hilfswicklung 30 des Transformators 1 speist. Der Zwischenwandler 23 kann aber auch als Einleiterwandler benutzt werden, wobei der Stromleiter 3 durch den Eisenkern hindurchgesteckt wird. Natürlich kann das Eisenjoch des Zwischenwandlers auch in der üblichen Weise aufklappbar angeordnet werden, wenn der Leiter 3 nicht unterbrochen werden soll.
  • Die Verwendung eines Zwischenwandlers hat den Vorteil, daß die eigentliche Meßanordnung mit dem Zwischenwandler nur durch zwei Leitungen verbunden zu sein braucht, da man dabei den Wandler I mit der Meßanordnung baulich zu einem handlichen Gerät vereinigen kann, an das der Zwischenwandler durch eine bewegliche Leitung angeschlossen wird, während bei der Anordnung nach Fig. 3 wegen der baulichen Trennung des Wandlers von der eigentlichen Meßanordnung vier Leitungen erforderlich sind. Durch die Zwischenschaltung des Wandlers kann auch die Stromempfindlichkeit der Meßanordnung erheblich gesteigert werden. Mit I6 ist wieder die Spannungswicklung des Wandlers I und mit 2 die Sekundärwicklung bezeichnet.
  • Zum Anschalten der Spannung dienen einerseits eine Klemme 18 und andererseits je nach der Höhe der Spannung Klemmen 19 und 20. Diese können über feste Vorwiderstände ga und 9 mit Hilfe eines Schalters 8 in der mit E bezeichneten Stellung des Schalters unmittelbar an eine vor r dem Meßinstrument 5 liegende Gleichrichterschaltung 4 angeschlossen werden. Andererseits können sie mit Hilfe einer Drucktaste 13 zum Messen des Leistungsfaktors über einen regelbaren Widerstand 21 mit der Wicklung I6 des Wandlers I verbunden werden. Bei einer Strommessung kann ein gewünschter Meßbereich des Instruments mit Hilfe von Widerständen 22 eingestellt werden.
  • Die Messung des Leistungsfaktors mit einem derartigen Gerät kann in folgender Weise vor sich gehen: Man schaltet die Spannung an die Klemmen I8 und 19 bzw. 20. Der Schalter 8 wird auf die Stellung J cos ç umgelegt und bei geschlossener Drucktaste I3 mit Hilfe des Wi-Widerstandes 21 der gewünschte Skalenwert am Instrument 5 eingestellt. Sodann wird die Primärwicklung 25 eingeschaltet bzw. der Stromleiter 3 durchgesteckt und durch Regeln eines parallel zu der Hilfswicklung 30 angeordneten Widerstandes 24 der Stromvektor derart abgestimmt, daß bei geöffneter Drucktaste I3 das Instrument 5 den gleichen Skalenwert wie vorher anzeigt. Nunmehr wird die Drucktaste I3 geschlossen und an der cos q,-Skala des Instrumentes 5 der gewünschte Wert des Leistungsfaktors abgelesen.

Claims (5)

  1. P A T E N T A N S P R Ü C H E : 1. Anordnung zum Messen des jeweiligen Wertes des Leistungsfaktors mittels eines umschaltbaren elektrischen Meßgerätes, das nacheinander die Spannung, die Stromstärke und die geometrische Summe dieser beiden Größen nach vorheriger Einstellung einer der drei Meßgrößen auf einen gewollten Wert mißt, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Stromwandlers mit offenem Eisenkern (I), der eine besondere abschaltbare Spannungswandlerwicklung (I6) und eine Sekundärwicklung (2) trägt, an die ein Meßgerät (5) angeschlossen ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet. daß die e Spannungswandlerwicklung (I6) über eine Regeleinrichtung (I2) an die Meßspannung angeschlossen und über einen Schalter (13) eine und ausschaltbar ist und die Sekundärwicklung (2) über Gleichrichter (4) an ein Gleichstrommeßgerät (5) angeschlossen ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät (5) mit einer zweckmäßig in hundert Teile geteilten Skala (6) versehen ist, an der der Leistungsfaktor bei der Strommessung unmittelbar abgelesen werden kann, wenn vorher die Ausschläge bei der Spannungsmessung und bei der Messung der Differenz von Spannung und Strom auf den Teilstrich 50 eingeregelt wurden.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die bauliche Vereinigung des Schalters (I3) mit der Handhabe der Regeleinrichtung (I2), zweckmäßig zu einem drehbaren Druckknopf.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch I, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zur geometrischen Summierung der Vektoren dienende Transformator mit einer besonderen Primärwicklung (30) versehen ist, die unmittelbar oder über einen Zwischenwandler (23) von dem zu messenden Strom erregt wird.
DER89020D 1933-03-06 1933-10-19 Anordnung zum Messen des jeweiligen Wertes des Leistungsfaktors mittels eines umschaltbaren elektrischen Messgeraets Expired DE679533C (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE868941C (de) * 1950-12-15 1953-03-02 Rudolf Staudigl Elektrotechnis Anordnung zur Messung des Leistungsfaktors

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE868941C (de) * 1950-12-15 1953-03-02 Rudolf Staudigl Elektrotechnis Anordnung zur Messung des Leistungsfaktors

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