Danas je nabavljen mjerač faktora snage (cos ϕ metar) na trofaznim izmjeničnim elektroenergetskim sistemima njemačkog proizvođača AEG iz 1920-tih godina.
Promjer prednje ploče instrumenta je 186 mm.
Tvrtka AEG (Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft) vuče korijene iz 1883. godine kada je njemački poduzetnik, industrijalac i strojarski inženjer Emil Rathenau u Berlinu osnovao tvrtku “Deutsche Edison-Gesellschaft für angewandte Elektricität” koja je pet godina kasnije promijenila naziv u Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft (AEG). Tvrtka je u početku imala težište na uvođenju rasvjete i gradnji malih elektrana koje su davale električnu energiju za rasvjetu, tramvaje i kućanske uređaje, a ubrzo se uključila i u izmjenične sustave prijenosa električne energije. Tijekom Drugog svjetskog rada kapaciteti tvrtke bili su pridruženi nacistima uz korištenje prisilnog rada zatočenika koncentracijskih logora. Stoga je nakon Drugog svjetskog rata tvrtka izgubila poslovanje u istočnom dijelu Njemačke.
Godine 1967. AEG se udružio sa tvrtkom Telefunken AG te je nova tvrtka dobila naziv AEG-Telefunken. Od 1970-tih godina javljaju se financijske poteškoće u poslovanju tvrtke što rezultira prodajom dijela imovine. Godine 1985. tvrtka je ponovno preuzela ime AEG, a ostatak tvrtke koji se uglavnom odnosio na distribuciju električne energije i elektromotornu tehniku kupio je Daimler-Benz. Pod vlasništvom Daimler-Benza, bivše tvrtke AEG-a na kraju su postale dio novoimenovanog Adtranza, a ime AEG više se nije koristilo. Electrolux, koji je 1994. godine kupio podružnicu za kućansku tehniku AEG Hausgeräte GmbH, sada posjeduje prava na korištenje i licenciranje marke AEG.
Simboli na skali instrumenta označavaju da se isti koristi u vertikalnom položaju, da je mjerni sistem kvocijentni elektrodinamski (ferodinamski) zatvoren željezom, da je predviđen na spajanje na trofazni trožični sistem frekvencije 50 Hz kod kojeg su sve faze podjednako opterećene pa se može koristiti jedan zajednički mjerni član.
Mjerači faktora snage se najčešće proizvode sa mjernim sistemima na koje se može dovesti napon do 100 V (naponski svici) i struja do 5 A (strujni svici), a to je naznačeno i na našem instrumentu. Stoga se ovaj instrument na trofaznu mrežnu spaja preko odgovarajućeg naponskog i strujnog mjernog transformatora.
Iznad serijskog broja stoji crvena zvjezdica koja označava ispitni napon od 2000 V. Ovakvo označavanje ispitnog napona bojama je po starim njemačkim pravilima za mjerne instrumente (VDE 0410) iz 1923. godine, a ona su se izmijenila međunarodnom standardizacijom IEC od 1935. godine (prozirna zvjezdica sa upisanim brojem). Osim samog izgleda i upotrijebljenih materijala ova oznaka nam je dobar pokazatelj razdoblja proizvodnje u koje možemo svrstati naš instrument.
Kod mjerenja utrošene snage trošila na izmjeničnim mrežnim sistemima razlikujemo dvije komponente ukupne ili prividne snage (S u VA): djelatnu ili radnu snagu (P u W) i jalovu ili reaktivnu snagu (Q u VAR). Djelatna komponenta snage je ona koja se troši na koristan rad trošila dok se jalova komponenta snage oscilira između izvora te kondenzatora i zavojnica u strujnom krugu i ne može se utrošiti za obavljanje korisnog rada.
Budući da je jalovi dio snage beskoristan i nepotrebno opterećuje mrežu teži se da isti bude što manje vrijednosti. U tu svrhu se koriste uređaji za kompenzaciju jalove snage koji sprječavaju prijenos iste unutar čitave dužine mrežnih linija, odnosno ograničavaju prisutnost jalove snage samo na kratkom dijelu linije između trošila i kompenzatora. Ukoliko jalova komponenta ima induktivni karakter (što je najčešći slučaj jer većina trošila sadrži neki oblik zavojnica) onda se za kompenzaciju jalove snage dodaju kondenzatori onog kapaciteta kod kojeg će se udjeli kapaciviteta i induktiviteta se međusobno poništiti. Isto tako kod kapacitivnog karaktera jalove snage vrijedi obrnuto. Sve ovo možemo promatrati kao ugađanje impedancije izvora i trošila za najbolji prijenos snage pomoću LC elemenata kakvim se bavimo i u radio tehnici.
Da bismo izvršili adekvatnu kompenzaciju jalove snage, svakako je prvo potrebno izmjeriti istu kako glede veličine iste tako i glede karaktera iste (induktivna ili kapacitivna). Općeniti izraz za jalovu snagu (Q) je:
Q (VAR) = U x I x sin φ
Vidimo da veličina jalove komponente ovisi o faznom pomaku između napona i struje (φ). Ako je φ = 0 onda je cos φ = 1 i u tom slučaju nema jalove snage, odnosno nema rekativnih elemenata u mreži ili su oni međusobno poništeni. Drugi krajnji slučaj je da fazni pomak φ iznosi π/2 i tada je cos φ = 0 što znači da je radna komponenta snage jednaka nuli. Skala našeg instrumenta je baždarena u rasponu cos φ = 1 do 0,5 (induktivno) i 1 do 0,5 (kapacitivno). Razlika je što kod kapacitivnog karaktera jalova struja prethodi naponu, a kod induktivnog je obrnuto. Izraz cos φ se naziva faktor snage, pa se ovakvi mjerači zovu mjerila faktora snage ili cos φ metri. Faktor snage je omjer između radne i prividne snage u mreži.
Postoji više načina i metoda za mjerenje prividne, radne i jalove komponente snage u jednofaznim i višefaznim mrežnim sistemima. Ovdje imamo primjer jednog kvocijentnog elektrodinamskog mjernog sistema sa zatvorenim željezom koji mjeri faktor snage.
Kao što vidimo na shemi mjerni sistem je sličan svakom drugom vatmetru i sastoji se od strujnih i naponskih zavojnica. Strujne zavojnice su nepomične (stator) i one unutar zatvorene željezne jezgre stvaraju uniformno magnetsko polje proporcionalno struji u liniji. Unutar tog polja na zakretni sistem sa kazaljkom montirane su dvije pomične naponske zavojnice jednim krajem spojene zajedno. Zakretni sistem nema balansirajućih (direkcionih) opruga nego kod zakretanja zauzima poziciju koja je isključivo određena magnetskim momentima stvorenim u obje zavojnice.
Ako kroz nepomični svitak teče struja I, a na jedan od pomičnih svitaka struja I1 ili I2 onda će na taj svitak djelovati zakretni moment koji je ovisan o kutu otklona svitka prema poprečnoj osi na nepomične svitke (α) i o faznom pomaku između struja I te I1 i I2. S obzirom da su oba naponska svitka spojena na isti napon onda je i omjer struja kroz oba svitka uvijek jednak tako da je otklon instrumenta isključivo ovisan o faznom pomaku između struje kroz nepomični svitak (struja) i struje kroz pomične svitke (napon).
Kada je faktor snage 1, struja je u fazi sa naponom. To znači da je struja I1 u fazi sa strujom I, a struja I2 zaostaje za 120°. Zakretni moment stoga djeluje samo na zavojnicu Z1 i postavlja njenu ravninu tako da je okomita na magnetske osi stacionarnih strujnih zavojnica. U drugom krajnjem slučaju, kada je faktor snage 0, struja zaostaje za naponom 120°. To znači da je sada struja I2 u fazi sa strujom I, a struja I1 je za 120° izvan faze. Zakretni moment stoga djeluje samo na zavojnicu Z2 te se sada zakretni sistem postavlja tako da je ravnina Z2 okomita na magnetske osi stacionarnih strujnih zavojnica.
Vidimo da je ukupni kut zakretanja mjernog sistema od minimalne do maksimalne vrijednosti mjerenja ovisan o kutu pod kojim su postavljene zavojnice Z1 i Z2. Taj kut će također ovisiti o željenom rasponu mjerne skale i da li se žele mjeriti obje reaktancije (struja zaostaje za naponom i napon zaostaje za strujom) ili samo jedna u praksi najčešća induktivna reakcija. Otklon našeg mjernog sistema je 150°, a pokazivanje je raspona -0,5 do +0,5. Vidimo da mjerna skala nije linearna, no ona nije linearna ni kod većine drugih mjerača faktora snage. Linearnost se može odrediti nejednolikim zračnim rasporom unutar zatvorenog željeza strujnih zavojnica, no sve ovisi od izvedbe do izvedbe. Najčešće se nastoji što više proširiti mjerna skala u početnom području od 1 do 0,7 jer se faktor snage u praksi mora održavati što većim (što bliže 1).
Ovdje ne želimo rastavljati osjetljivi mjerni sistem no može se primijetiti da su zakretne naponske zavojnice izvedene na specifičan način u obliku dva dvostruka namotaja pod kutom cca 120°.
Također se primjećuje poseban sistem elektromagnetskog prigušenja titranja kazaljke. Bočno su dva permanentna magneta u čijim zazorima se na osovini zajedno sa kazaljkom okreće metalna pločica. Kako se pločica okreće u polju permanentnih magneta tako se u njoj stvaraju vrtložne struje koje se svojim stvorenim magnetskim poljem suprotstavljaju okretanju pomičnog sistema. Što je brzina okretanja kazaljke veća, to će vrtložne struje biti jače kao i kočeće magnetsko polje suprotnog smjera. Slične kočeće sisteme vidjeli smo i u opisima strujnih brojila.
Zakretne zavojnice su povezane na stezaljke preko elastičnih traka koje ovdje ne djeluju kao opruge za balansiranje položaja zakretnog sistema već samo kao povezni vodovi.
Mjerila faktora snage široko su u potrebi na elektroenergetskim sistemima gdje su priključena velika induktivna ili kapacitivna trošila i gdje je potrebno izvršiti kompenzaciju jalove snage. Normalnim se smatra ako je faktor snage u granicama od 1 do 0,95.