-
Verfahren zum Messen der Wirk- oder Blindkomponente von Wechselströmn
oder -spannungen Zum Messen des jeweiligen Wertes des Leistungsfaktors eines Wechselstromsystems
ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem ein Stromwandler mit offenem Eisenkern
benutzt wird, der teine besondere abschaltbare Spannungswandlerwicklung und eine
Sekundärwicklung trägt, an die ein elektisches Meßgerät angeschlossen ist. Mit dieser
Meßeinrichtung wird unter Zuhilfenahme magnetischer Felder mit gemeinsamem Kraftlimenweg
aus einem von dem Strom und einem von der Spannung herrührenden Vektor ein resultierender
Vektor gebildet und die Größe der Vektoren so eingestellt, daß die Wirkung einer
der Vektoren auf das elektrische Meßgerät ein Maß für den Leistungsfaktor bildet.
Zu diesem Zweck sollen nacheinander die den Vektoren entsprechenden Magnetfelder
auf einen gewünschten Wert eingestellt und danach durch Überlagerung der Felder
die geometrische Summe an dem Meßinstrument erkennbar gemacht werden.
-
Es hat sich nun gezeigt, daß dieses Verfahren durch verhältnismäßig
geringe Abänderungen so ausgebildet werden kann, daß es zum Messen der Wirk- oder
Blindkomponente des Stromes oder der Spannung benutzt werden kann. Durch Multiplikation
der so gemessenen Werte der Wirk- oder Blindkomponente des Stromes bzw. der Spannung
mit der zugehörigen Spannungs. bzw. Stromstärke kann dann die Wirk- oder Blindleistung
ermittelt werden.
-
Zu diesem Zweck wird gemäß der vorliegenden Erfindung zum Bestimmen
der Wirkkomponente eines Wechselstromes oder einer Wechselspannung der resultierende
Vektor aus der geometrischen Summe des positiven Strom- bzw. Spannungsvektors und
des negativen Spannungs- bzw. Stromvektors gebildet und die Wirkung des resultierenden
Vektors auf das elektrische Meßgerät durch im Spannungs- bzw. Stromkreis angeordnete
Regelmittel so eingestellt, daß sie die gleiche wird wie die von dem Strom- bzw.
Spannungsvektor herrührende, worauf die von der Spannung bzw. von dem Strom herrührende
Wirkung auf das Meßgerät als Maß für die gegesuchte Wirkkomponente des Stromes bzw.
der Spannung dient.
-
Wenn es sich um die Bestimmung der Blindkomponente eines Wechselstromes
oder einer Wechselspannung handelt, so kann gemäß der Erfindung der resultierende
Vektor
aus der geometrischen Summe des positiven Spannungs- bzw.
Stromvektors und des negativen Strom- bzw. Spannungsvektors gebildet und die Wirkung
des resultierenden Vektor auf das elektrische Meßgerät durch im Spiaig : nungskreis
angeordnete Regelmittel auf eine Mindestwert eingestellt werden, worauf die von
dem resultierenden Vektor herrührende Wirkung auf das Meßgerät als Maß für die Blindkomponente
der Spannung bzw. des Stromes dient.
-
Es ist eine Meßeinrichtung bekanntgeworden, bei der durch Zusammensetzen
von Vektoren die Wirkkomponente eines Stromes oder einer Spannung ermittelt werden
kann, indem man eine Komponente so einstellt, daß sich an einem Meßinstrument eine
Minimalablesung ergibt, die der gesuchten Wirkkomponente entspricht. Bei dieser
bekannten An ordnung handelt es sich aber nicht um eine vektorielle Zusammensetzung
von Magnetfeldern, sondern von elektrischen Strömen oder Spannungen, und es wird
dabei vorausgesetzt, daß im Hauptstromkreis Drosselspulen, Kondensatoren oder andere
Anordnungen zum Erzeugen einer Hilfsspannung vorgesehen sind, die unabhängig von
ihrer Größe in der Phase stets genau senkrecht zu dem Stromvektor gerichtet ist.
Es hat sich nun gezeigt, daß diese Bedingung wohl bei Hochfrequenzanlagen, wofür
die bekannte Anordnung in erster Linie bestimmt ist, nicht aber für Messungen in
Niederfrequenzanlagen zu erfüllen ist. Das bekannte Verfahren arbeitet vielmehr
bei Messungen in Niederfrequenzanlagen sehr ungenau und ist in' manchen Fällen überhaupt
nicht anwendbar, weil die erforderliche Einstellung auf einen Minimalwert des betreffenden
Vektors nicht möglich ist.
-
Dagegen ist mit dem neuen Verfahren gemäß der Erfindung, das auf
der vektoriellen Zusammensetzung von Magnetfeldern beruht, in allen Fällen eine
genaue Messung der Wirk- und Blindkomponente möglich, und zwar mit wesentlich einfacheren
Mitteln als bei Verwendung des bekannten Verfahrens.
-
Man kann bei dem neuen Verfahren im wesentlichen die gleichen Anordnungen
benutzen, wie sie auch zur Bestimmung des Leistungsfaktors geeignet sind. So kann
zum Messen-der Wirkkomponente eines Wechselstromes oder einer Wechselspannung z.
B. eine Anordnung nach Fig. I benutzt werden, bei der auf dem offenen U-förmigen
Eisenkern eines Stromwandlers I eine Spannungswicklung 2 angeordnet ist, die über
eine Taste 3, einen festen Widerstand 4 und einen regelbaren Widerstand 5 an die
Wechselspannung 6, 7 angeschlossen ist. Die Sekundärwicklung 8 des Stromwandlers
ist über eine Vierweggleichrichteranordnung 9 an ein Gleichstrommeßgerät 10 angeschlossen.
Um mit dieser Anordnung die Wirkkomponente J#cos # cines Wechselstromes J zu messen,
kann man @olgendermaßen vorgehen: - Nachdem man den Stromwandlerkern so über die
den Strom führende Leitung in gesteckt hat, daß diese die für die Strommessung vorgesehene
Stellung am Anschlag 12 einnimmt, liest man an der Skala des Meßwerke 10 den von
der Stromstärke J herrührenden Wert ab. Bei der gleichen Stellung des Stromwandlers
schließt man sodann die Taste 3 und stellt den Regelwiderstand 5 so ein, daß der
nunmehr von dem resultierenden Strom- und Spannungsfelde herrührende Ausschlag am
Meßgerät 10 wieder der gleiche ist wie vorher. Wenn man nun den Stromwandler I von
der Stromleitung 1 1 entfernt, so bildet der jetzt nur noch von der Spannung E herrührende
Ausschlagam Meßgerät 10 ein Maß für die Wirkkomponente cos # des Stromes.
-
Die diesbezüglichen Verhältnisse sind in dem Vektordiagramm der Fig.
2 dargestellt.
-
Wenn die Vektoren +J und J E gleich F groß werden, ergibt sich J.
cos = Æ « Man kann daher aus dem nunmehr an der Skalenteilung abzulesenden Betrag
den gesuchten Wert der Wirkkomponente J-cos (p durch Teilung mit 2 ermitteln. Gegebenenfalls
kann natürlich auch eine besondere Teilung für J#cos # vorgesehen sein, so daß der
Betrag unmittelbar abgelesen werden kann.
-
In ähnlicher Weise kann entsprechend dem Vektordiagramm der Fig.
3 mit der beschriebenen Anordnung die Wirkkomponente E. cos (P der Spannung bestimmt
werden.
-
In diesem Falle wird zunächst bei abgeschaltetem Stromwandler der
Wert der Spannung für die der Eichung zugrunde gelegte Einstellung des Regelwiderstandes
5 an einer Spannungsteilung des Meßgerätes 10 abgelesen und sodann die Lage des
Stromwandlers zu der Leitung 1 1 so eingestellt, daß das Meßgerät den gleichen Ausschlag
zeigt wie vorher. In diesem Falle ist E cos # = und in entsprechender Weise aus
der Ablesung an der Spannungsskala des Meßgerätes zu ermitteln.
-
Um die Wirkleistung zu erhalten, ist der abgelesene Betrag J#cos
# mit der Spannung E oder der abgelesene Betrag E#cos # mit der StromstärkeJ zu
multiplizieren. Dabei hat das Verfahren zum Bestimmen der Leistung unter Benutzung
der Wirkkomponente des Stromes den Vorteil, daß der Stromwandler in bezug auf den
Stromleiter nicht verschiebbar zu sein braucht und daher
auch als
eisengeschlossener Wandler ausgebildet sein kann. Zum Abschalten des Wandlers kann
dann der Primärkreis geöffnet oder die Primärwicklung kurzgeschlossen werden.
-
Auch zum Bestimmen der Blindkomponente eines Wechselstromes oder
einer Wechselspannung sind die gleichen Anordnungen geeignet. Die Erklärung der
Wirkungsweise des Verfahrens ergibt sich aus dem Vektordiagramm der Fig. 4. Dabei
ist angenommen, daß es sich um die Messung der Wirk- oder Blindkomponente der Spannung
E handelt.
-
Aus der Fig. 4 erkennt man ohne weiteres, daß der Mindestwert des
resultierenden Vektors E - J senkrecht auf dem Velrtor -J steht. Infolgedessen ist
E-f sin= E also E E.sinci,=E-L Ebenso ergibt sich aus dem Vektordiagramm der Fig.g
die Beziehung J sin ci, J - E.
-
Mit einer Anordnung gemäß Fig. 1 kann man z. B. die Blindkomponente
J. sin ci, messen, indem man zunächst bei geöffneter Taste mittels des Stromwandlers
I die Stromstärke J an der Stromskala des Meßgerätes 10 abliest und sodann bei gedrückter
Taste 3 den Regelwiderstand 5 so einstellt, daß der Ausschlag am Meßgerät 10, der
nunmehr von J - E herrührt, einen Mindestwert erreicht. Dieser Mindestwert gibt,
abgelesen an der Stromskala, unmittelbar die gesuchte Blindkomponente J#sin #.
-
Auch bei der Wahl dieses Meßverfahrens kann man also die Stromkomponente
messen ohne eine Verschiebung des Stromwandlers zur Stromleitung, während dies beim
Messen der Spannungskomponente erforderlich ist.
-
Wenn man also mit einem eisengeschlossenen Wandler arbeiten will,
was an sich den Vorzug einer größeren Genauigkeit der Messung bietet, so ist, wenn
es sich um die Bestimmung der Leistung handelt, das durch Fig. 2 oder das durch
Fig. 5 veranschaulichte Verfahren zum Bestimmen der betreffenden Stromkomponente
zu empfehlen.
-
Die Leistung des Wechselstromes erhält man durch Multiplikation mit
der Spannung, die gegebenenfalls auch an der Spannungsskala des Meßgerätes abgelesen
werden kann.