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Phasenmesser und Relais. Da der Einfluß der Phasenverschiebung auf
die Wirtschaftlichkeit von Wechselstromanlagen von größter Bedeutung ist, so ist
es wünschenswert, sie selbsttätig auf diejenige Größe einzustellen, bei der die
Wirtschaftlichkeit ein Maximum erreicht. Ein hierzu brauchbares Leistungsfaktorrelais
ist dadurch in einfacher Weise herzustellen, daß man ein Meßgerät für Leistungsfaktormessung
mit Kontakten versieht, über die der Stromkreis eines Relais zur Regelung der Phasenverschiebung
geschlossen wird. Es kann hierfür die Skala des Leistungsfaktormessers durch die
bekannten Mittel der Änderung der Spulenmaße, der Stromstärke und der Phasenverschiebungen
so abgeändert werden, daß sie an der für die Kontaktgebung in Betracht kommenden
Zeigerstellung eine besonders große Empfindlichkeit aufweist. Die bekannten Leistungsfaktormesser
sind nun im allgemeinen als Quotienteninstrumente ausgeführt, weil der Leistungsfaktor
gewöhnlich durch den Quotienten von Wirkleistung und Blindleistung festgelegt ist.
Die gebräuchlichste Form der Ausführung ist die eines Kreuzspulinstrumentes, bei
dem zwei starr miteinander verbundene gekreuzte Spulen sich gegen eine fest angeordnete
dritte Spule bewegen. Ein Mangel dieser Meßgeräte besteht darin, daß die Hebelarme,
an denen die die Drehung der Kreuzspulen hervorrufenden elektrodynamischen Kräfte
angreifen, veränderlich sind.
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Gemäß der Erfindung wird die Empfindlichkeit derartiger Meßgeräte
dadurch erheblich gesteigert, daß bei der Wirkung der beweglichen Spulen nur der
Maximalhebelarm, der durch die Abmessung der Spulen gegeben ist, benutzt wird, indem
die beweglichen Spulen einander parallel liegen, und zwar so, daß in der Ruhelage
ihre Windungsflächen parallel zu den Kraftlinien der dritten Spule sind. Aus dieser
Anordnung ergibt sich ein Wesensunterschied gegenüber dem Kreuzspulinstrument, der
darin besteht, daß das Meßgerät nicht ein Quotienten-, sondern ein Differenzmeßgerät
ist. Da nämlich die Hebelarme beider Spulen im konstanten Verhältnis stehen, vorzugsweise
dem der Gleichheit, so findet Einstellung dann statt, wenn die Differenz der von
dem Feld auf die Ströme beider Spulen ausgeübten Kräfte gleich Null wird. Dieser
Unterschied gegenüber den Kreuzspulinstrumenten bedingt auch einen Unterschied in
der Abhängigkeit der Angaben des Instrumentes von Strom- und Spannungsschwankungen.
Der Einfluß der Schwankungen des Feldes, also in der gebräuchlichen. Anordnung der
Stromschwankungen, wird bei dem Erfindungsgegenstand nämlich dadurch beseitigt,
daß die Richtkraft, die von der einen der beiden beweglichen Spulen geliefert wird,
dem Strom der festen Spule proportional ist, also im gleichen Verhältnisse wächst
wie die Kraft der festen Spule auf die zweite bewegliche. Dies wird dadurch erreicht,
daß der Richtkraft gebende Strom durch Induktion von der festen Spule aus erzeugt
wird.
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In der Abb. z ist das neue Meßgerät rein schematisch angedeutet, z
und a bedeuten die Wechselstromleitungen, 3 ist die vom Wechselstrom durchflossene
feste Spule. q. ist eine um die zur Zeichenebene senkrecht stehende Achse 5 drehbare
Spule, die über einen Vorschaltwiderstand 6 an die Spannung der Wechselstromleitung
gelegt ist. 7 ist eine zweite mit der Spule4 fest verbundene Spule, die durch einen
äußeren Widerstand 8 kurzgeschlossen ist. In dieser Spule 7 wird durch das Feld
der Spule 3, das durch die Linien g angedeutet ist, ein Strom induziert, der um
so stärker ist, je mehr Kraftlinien die Spule 7 durchsetzen, d. h. je größer der
Ausschlagswinkel der Spule ist. Bei der Stellung der Windungsfläche parallel zu
den Kraftlinien ist Strom und Richtkraft der Spule gleich Null.
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Was die Abhängigkeit eines Meßgerätes nach
der Anordnung
der Abbildung von Strom- und Spannungsschwankungen betrifft, so erkennt man, daß
der Einfluß der Stromschwankung, wie oben erwähnt, verschwindet, denn in demselben
Maße wie etwa mit stärker werdendem Strom die Kraft der Spule 3 auf die Spule q.
wächst, in demselben Maße nimmt auch der in der Spule 5 von 3 aus induzierte Strom
und dessen Kraft zu, so daß, wenn die Kräfte an beiden Spulen q. und 7 bei einer
bestimmten Stromstärke der Spule 3 sich das Gleichgewicht hielten, sie dies - konstanten
Strom in der Spule q. vorausgesetzt - auch bei jeder anderen Stromstärke in 3 tun
werden. Um Unabhängigkeit von normalen Schwankungen der Spannung zu erzielen, muß
man eines der bekannten Mittel für diesen Zweck anwenden, beispielsweise kann man
eine Eisendrahtlampe mit Wasserstofffüllung als Vorschaltwiderstand vor die Spannungsspule
4. nehmen. Doch ist dies für Relais nicht von Wichtigkeit.
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Damit die beweglichen Spulen bei dem gewünschten normalen Leistungsfaktor
mit der Windungsfläche parallel zu den Kraftlinien liegen, in welcher Stellung die
die Richtkraft gebende Spule 7 das Drehmoment o hat, muß auch das Drehmoment der
beweglichen Meßstromspule q. bei dieser Stellung gleich Null sein. Dies wird durch
eine zusätzliche Phasenverschiebung erreicht, die mit der normalen zusammen den
Winkel von go ° bildet. Die Phasenverschiebung von go ° hat zugleich den Vorteil,
daß die Zunahme des Drehmoments mit der Änderung der Phase bei dieser Größe der
Verschiebung am stärksten ist. Der Kontakt gebende Druck bekommt also den höchsten
durch Phasenverschiebung erreichbaren Wert. Bei Mehrphasenanlagen können in bekannter
Weise die bestehenden Phasenunterschiede zur Verschiebung der Phase in der Meßspule
benutzt werden.
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Um eine einheitliche Fabrikation zu erhalten und um dasselbe Meßgerät
für verschiedene normale Phasenverschiebungen gebrauchen zu können, macht man zweckmäßig
die Phasenverschiebung der Meßstromspule q. regelbar, was durch bekannte Mittel,
vorzugsweise durch Verwendung eines einstellbaren Blindwiderstandes io geschieht.
Ebenso kann man die Empfindlichkeit durch Regeln der Stromstärke und Phase in der
Spule 7 mittels eines regelbaren äußeren Widerstandes nach Belieben einstellen.
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Läßt man an dem geschilderten Gerät die Anschläge fort, so ergibt
sich ein Anzeigegerät für Leistungsfaktormessung, bei dem freilich der Vorzug des
maximalen Hebelarmes über die ganze Skala nicht bewahrt werden kann, das aber eine
hohe Empfindlichkeit an der Stelle der Skala besitzt, die der gewünschten Phasenverschiebung
entspricht. Das obenerwähnte starke Anwachsen des Drehmomentes mit der Phasenverschiebung
an dieser Stelle erfordert einen entsprechend großen Ausschlag der Richtkraft gebenden
Spule zur Einstellung, gibt also hohe Empfindlichkeit.
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Die Anordnung der aufeinander wirkenden Teile des Spulenpaares q.,
7 einerseits und der Spule 3 anderseits läßt sich in bekannter Weise so abändern,
daß das Spulenpaar fest und die dritte Spule beweglich angeordnet werden. Ebenso
ist es für die Wirkung des Gerätes nicht entscheidend, welcher der Meßströme vom
Strom und welcher von der Spannung abhängig ist.
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Während aus Abb. i im wesentlichen die Ausbildung der neuen Einrichtung
als Meßgerät ersichtlich ist bis auf den nicht mitgezeichneten Zeiger, der an der
Achse 5 anzuordnen wäre, ist in Abb. 2 die Verwendung der Einrichtung als Relais
dargestellt. In diesem Fall spielt der an der Achse 5 sitzende Zeiger ii zwischen
den Kontakten 12 des von der Batterie 14 gespeisten Relaisstromkreises 13.