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Leistungsfaktor

Auszüge des Handbüchleins "Elektrische und wärmetechnische Messungen" der Firma Hartmann & Braun AG Frankfurt/Main, 2. Auflage, 1941 (H&B Druckschrift 481a / 20.000 / 6.41). Entsprechend UrhG §66 ist die Schutzfrist inzwischen abgelaufen (Stand von 2012), der Inhalt ist daher gemeinfrei. Das gescannte Büchlein findet sich im Abschnitt Schrifttum als PDF Datei.

Aus den Formeln S. 23 ergibt sich für Wechsel- bzw. Drehstrom:

cos φ = N / (U * I) bzw. cos φ = N / ( √3 * U * I )

Der Wert für cos φ heißt Leistungsfaktor. Er kann also bestimmt werden, wenn Strom, Spannung und Leistung gemessen werden. Bei Drehstrom gilt die Formel nur bei gleichbelasteten Phasen. Dabei ist für U die verkettete Spannung einzusetzen. Bei Drehstrom mit ungleichbelasteten Phasen ist der cos φ nur ein angenäherter Mittelwert aus drei Einzelwerten. Er ist um so ungenauer, je verschiedener die Belastung der drei Phasen ist. Bei genauen Messungen ist deshalb für jede Phase der cos φ einzeln zu messen.

Leistungsfaktormesser (Phasenmesser)

Zur Messung des cos φ bei Wechsel- und Drehstrom wird ein elektrodynamisches Meßwerk verwendet (Bild 53). Dieses besteht aus einer auf der Zeigerachse befestigten, beweglichen Spule und zwei festen Spulenpaaren, von denen jedes aus zwei gegenüberliegenden Spulen besteht.

Durch die bewegliche Spule fließt der Meßstrom. Von den beiden festen Spulenpaaren liegt das eine an der Spannung, die in Phase mit dem Meßstrom ist und die andere an einer gegen den Meßstrom um 90° verschobenen Spannung. Bei Meßwerken für Drehstrom wird das eine der festen Spulenpaare an die dem Meßstrom v zugeordnete Sternspannung, das andere an die gegen diese um 90° phasenverschobene verkettete Spannung gelegt. Bei Meßwerken für Wechselstrom wird die Phasenverschiebung um 90° durch einen induktiven Widerstand erzielt.
Der Einstellwinkel der beweglichen Spule gibt unmittelbar den gesuchten Phasenwinkel an, unabhängig von der Größe des Stromes und der Spannung. Änderungen des Stromes und der Spannung ändern nur die Einstellkraft; damit diese nicht zu klein wird, muß im Meßstromkreis mindestens 20% des Nennstromes fließen. Im stromlosen Zustand hat der Zeiger keine feste Ruhelage, da keine Rückstellfeder vorhanden ist.
Die Stromspule wird in der Regel für 5 A bemessen; bei größeren Strömen ist daher ein Stromwandler erforderlich. Für Elektrizitätswerke, die mit anderen parallel arbeiten, werden Leistungsfaktormesser mit vier Quadranten gebaut, mit denen der Leistungsfaktor bei Abgabe und Bezug sowie bei Vor- und Nacheilung gemessen werden kann.