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Elektrizitätszähler nach dem Ferrarisprinzip Zur Verbesserung der
Meßeigenschaften bei Zählern nach dem Ferrarisschen Prinzip ist es bekannt, das
Verhältnis des induktiven zum ohmschen Läuferwiderstand zu erhöhen, und zwar durch
Beimischung von magnetisch leitendem Material zu dem elektrisch gut leitenden Läuferbaustoff.
Hierbei ist dieses Verhältnis von 1 verschieden gemacht worden, wobei sich jedoch
Resteigenfehler ergeben, die nur durch besondere Kompensationsmittel, z. B. in Form
von Oberwellenfeldern, weiter herabgesetzt werden können.
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Außerdem ist die Verwendung des aus einer Mischung, z. B. Sinterung,
von elektrisch und magnetisch leitenden Stoffen bestehenden Läufers insofern nachteilig,
als eine wesentliche Erhöhung des Verhältnisses von induktivem zum ohmschen Läuferwiderstand
durch die Beimischung von viel magnetisch leitendem Material die elektrische Leitfähigkeit
stark herabsetzt und demzufolge bei gegebenen Triebfiüssen das Drehmoment stark
abnimmt, was nur durch ein entsprechend großes Ankervolumen bzw. -gewicht wieder
ausgeglichen werden kann.
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Die Erfindung hezieht sich auf einen Elektrizitätszähler nach dem
Ferrarisprinzip, bei den ebenfalls Mittel zur Erhöhung des Verhältnisses von induktivem
zu ohmschem Läuferwiderstand vorgesehen sind.
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Die Erfindung besteht nun darin, daß der Läufer als ein aus magnetisch
und elektrisch leitenden Stoffen bestehender, an sich bekannter Käfigläufer ausgebildet
ist, dessen Verhältnis von induktivem zu ohmschem Widerstand bei Netzfrequenz gleich
1 ist.
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Durch die Verwendung eines aus getrennten magnetisch und elektrisch
leitenden Baustoffen bestehenden Käfigläufers bleibt die elektrische Leitfähigkeit
des elektrisch leitfähigen Baustoffes und andererseits die magnetische Leitfähigkeit
des magnetisch leitfähigen Baustoffes voll erhalten. Durch Wahl des Verhältnisses
vom induktiven zum ohmschen Widerstand 1 werden die Kippmomente der Drehmoment-Charakteristik
in die Drehzahl ii=O (Schlupf=1) gelegt. Es läßt sich nachweisen, daß nur auf diese
Weise in dem für den Zähler gültigen Drehzahlbereich ein praktisch horizontaler
Verlauf der Drehmomentkennlinien für den Lastpunkt erreicht wird, wobei das Stillstandsmoment,
abgesehen von Permeabilitätsfehlern, streng proportional den Belastungsströmen ist,
wodurch eine praktisch fehlerfreie Anzeige entsteht. Dies läßt sich mit den eingangs
erwähnten bekannten Verfahren nicht erreichen. In einem bekannten Fall ist das Verhältnis
von induktivem zum ohmschen Widerstand größer als 1 gemacht worden, um zu erreichen,
daß die Maxima der Drehmomentkurven in dem Bereich der durch den Nullpunkt gehenden
Bremsgeraden zu liegen kommen und damit die Zählerdrehzahlen fast genau proportional
der Zähler-
last werden zu lassen. Es läßt sich jedoch nacllweisen, daß bei einem
Verhältnis von induktivem zum ohmschen Widerstand größer als 1 die Maxima der Drehmomentkurven
nicht auf einer der Bremsgeraden entsprechenden Geraden durch den Nullpunkt liegen,
sondern auf einer nicht durch den Nullpunkt gehende Kurve, und infolgedessen das
Ziel, die Zählerdrehzahlen proportional der Zählerlast zu machen, auch nicht annähernd
erreicht werden kann.
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Nach einem anderen bekannten Vorschlag sollen die Eigenfehler des
Zählers verschwinden, wenn das Verhältnis tg# von induktivem zum ohmschen widerstand
so abgeglichen wird, daß
ist, wobei bj0 = C Ca Jo2 C und Ca Konstante, JO der Nennstrom, M0 das Nenndrehmoiment
und #0 = n0/ns, ferner n0 die Nenndrehzahl und ns die synchrone Drehzahl des Drehfeldes
sind. Bei der Aufstellung dieser technischen Lehre ist aber von einer falschen Drehmomentformel
ausgegangen worden, und somit kann diese Lehre offenbar nicht zutreffend sein. Mau
kann auch auf Grund dieser Lehre nicht zu dem allein richtigen Wert des Verhältnisses
vom induktiven zum ohmschen Widerstand 1 kommen, denn für diesen Wert würden sich
auf Grund der bekannten unrichtigen Lehre praktisch unverwirklichbare Verhältnisse
ergeben, denn für diesen Wert müßte bJ0 = # M0 # #0
werden, was
bedeuten würde, daß entweder das Drehmoment Mo oder die Drehzahl nO = 0 oder der
Zählernennstrom J0 unendlich groß sein müßten. Durch diese Lehre wird der Techniker
also angeleitet, den Wert für tg # größer als 1 zu machen, während Fehlerfreiheit
nur beim Wert tg 3 = 1 vorhanden ist.
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Es sei noch erwähnt, daß zwar bereits ein Antriebsmotor für Zähler
bekannt ist, dessen Anker als Käfiganker ausgebildet ist, jedoch ist dieser Käfiganker
nicht in der erfinduiigsgemäßen Weise mit einem Verhältnis vom induktiven zum ohmschen
Widerstand gleich 1 ausgeführt.
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An Hand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert. In Fig.
1 ist ein Ausführungsbeispiel des Käfigläufers und in Fig. 2 eine Drehmomentcharakteristik
dargestellt.
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Auf der Achse 1 der Fig. list der magnetisch leitfähige Läuferkörper
2 aufgesetzt, der z. B. aus lameltiertem Eisen (Blechpaket) besteht und in dessen
axiale Nuten die Läuferstäbe 3 aus elektrisch leitfsihigem Baustoff eingesetzt bzw.
eingespritzt sind. Mit den Kurzschluß ringen 4 bilden sie den in sich geschlossenen
Käfigläufer. Durch die besondere Ausl>ildung der Nuten und der Nutenstege kann
in einfacher Weise das Verhältnis von induktivem zu ohmschen Läuferwiderstand gleich
1 gemacht werden.
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In Fig. 2 ist für den Fall, daß das Verhältnis von induktivem zu
ohmschem Läuferwiderstand gleich 1 ist, der Verlauf der Drehmomentkennlinien in
Ahhängigkeit von der auf die synchrone Drehzahl bezogenen Läuferdrehzahl mit der
Belastung als Parameter eingetragen. Sie zeigen für den in Frage stehenden Drehzahlbereich
des Zählers praktisch horizontalen Verlauf, wobei die Stillstandsmomente streng
lastproportional sind, solange keine Permeabilitätsfehelr wirlren. Weiter ist in
der Figur die Bremsgerade eingezeichnet, die in Abhängigkeit von der auf die synchrone
Drehzahl bezogenen Läuferdrehzahl das Bremsmoment wiedergibt, das ein geeigneter
nicht
dargestellter Bremsmagnet auf eine mit der Läuferachse fest verbundene ebenfalls
nicht dargestellte elektrisch leitfähige Läuferscheibe oder Läuferzylinder ausübt.
Die Abzissenwerte der Schnittpunkte der Brenisgeraden mit den einzelnen Drehmomentkennlinien
ergelen dann die fiir die einzelnen Lastpunkte sich einstellenden Drehzahlen. Auf
Grund des in dem in Frage kommenden Zählerdrehzahlbereich praktishc horizontalen
Verlaufs der Drehmomentkennlinien und ihres lastproportionalen Ordinatenabstandes
sind die für die verschiedenen Lastpunkte sich einstellenden Zählerdrehzahlen ebenfalls
praktisch lastproportional, und damit ist das Meßergebnis in dem betrachteten Drehzahlbereich
praktisch fehlerfrei.