DE171801C - - Google Patents

Description

KAISERLIC

PATENTAMT.

ή 171801 KLASSE 21 e.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Induktionszähler, bei welchem die Verschiebung zwischen dem Kraftlinienfelde der Spannung und dem Kraftlinien felde des Hauptstromes

gleich oder größer als — sein kann.

-. Das Prinzip, auf welchem dieser Zähler beruht, besteht im wesentlichen darin, die durch das Hauptstromfeld hervorgerufene

ίο Ankerrückwirkung so sehr als möglich zu vermindern, wodurch die Verzögerung des sich aus dem eigentlichen Hauptstromfelde und seinem rückwirkenden Felde ergebenden Feldes verringert wird.

Auf den Zeichnungen ist Fig. 1 ein das Prinzip, auf dem die Erfindung beruht, veranschaulichendes Diagramm,

Fig. 2 ist eine einen Zähler schematisch veranschaulichende Darstellung,

Fig. 3 veranschaulicht gleichfalls schematisch einen Zähler, der mit der Vorrichtung zur Verringerung der Ankerrückwirkung versehen ist, die durch das Hauptstromfeld hervorgerufen wird.

Fig. 4, 5, 6, 7 und 8 sind schematische Darstellungen verschiedener abgeänderter Ausführungsformen.

Fig. 9 ist eine schaubildliche Ansicht eines zur Ableitung des Hauptstromfeldes dienenden Teiles.

Fig. 10 und 11 sind eine Seiten- bezw. Vorderansicht eines Zählers, und

Fig. 12 veranschaulicht eine Art der Regelung der Phasenverschiebung des Zählers.

Bekanntlich ist es für die genaue Messung bei Induktionszählern Bedingung, daß das Spannungsfeld in bezug auf das Hauptstromfeld bei nichtinduktiven Stromkreisen um

Periode (—) zurückbleibt.

40

Um diese Bedingung zu erfüllen, sind bisher zahlreiche Kunstgriffe vorgeschlagen worden. Bei gewissen Zählern hat man auf den Polen des Spannungselektromagneten in sich selbst geschlossene Sekundärwicklungen angeordnet.

Bei anderen Zählern hat man sich darauf beschränkt, das Vermögen der. Scheibe, eine in sich geschlossene Sekundärwicklung zu bilden, zu benutzen, um ein zurückbleibendes resultierendes Spannungsfeld zu erzeugen. Die damit erzielten Erfolge sind jedoch ungenügend.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Beobachtung, daß das Feld des Hauptstromes in der beweglichen Scheibe eine rückwirkende Kraft erzeugt, die zusammen mit dem Hauptstromfelde das zurückbleibende resultierende Feld erzeugt. Dies ist genau aus der Fig. 1 zu erkennen, in welcher das Hauptstromfeld H¹, welches als Ausgang der Phasen genommen ist, mit dem von H¹ in der Scheibe erzeugten rückwirkenden Felde H² sich zu dem resultierenden Felde H zusammensetzt.

Der Winkel, der von H und der Linie h eingeschlossen ist, die dasjenige Feld angibt, welches aus dem Spannungsfelde h¹ und dem rückwirkenden Felde h² in der Scheibe resultiert, hat die Neigung, kleiner als 90 ° zu . werden.

Wenn man die in der Scheibe erzeugte Rückwirkung H² des Hauptstromfeldes H¹ verringert, so kann der Winkel zwischen H und h mindestens gleich oder größer als 90⁰ werden.

Wenn man nun einen Zähler (Fig. 2) betrachtet, der im Prinzip aus einem Elektromagneten A mit zwei Schenkeln, welche Spulen B aus dünnem Draht tragen, und einer sich drehenden Scheibe C besteht, und bei dem unterhalb der Scheibe ein magnetisches Schlußstück D von z. B. U-förmiger Gestalt angeordnet ist, das mit einer Spule E

so aus dickem Draht umgeben ist, so wird das von dieser Spule erzeugte Kraftfeld die Scheibe C in senkrechter Richtung schneiden. Die durch dieses Feld hervorgerufene Rückwirkung wird alsdann ziemlich bedeutend und die Verschiebung nicht genügend sein. Wenn aber im Gegensatz hierzu, wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, das magnetische Schlußstück D, welches unterhalb der Scheibe C angeordnet ist, die Form eines T erhält, auf dessen senkrechtem Schenkel die Spule E aus dickem Draht angeordnet ist, so schließt sich das Hauptstromfeld fast vollständig über den wagerechten Arm des. Stückes D und durch die Luft, und nur ein kleiner Teil des Feldes schneidet die Scheibe C, und zwar in schräger Richtung. Dies hat zur Folge, daß das die Scheibe mitnehmende Kräftepaar, das durch die Rückwirkung der Scheibe auf das Hauptstromfeld hervorgerufen wird, genügend geschwächt wird, und daß die Verschiebung zwischen dem Spannungsfelde und dem Felde

des Hauptstromes mindestens gleich — ist. Infolgedessen wirkt der Zähler auch genau in Stromkreisen mit großer Selbstinduktion im Gegensatz zu den meisten Zählern, die voreilen, wenn die Verschiebung zwischen der Spannung und dem Hauptstrome in der Leitung größer wird. Im allgemeinen ist jede Vorrichtung, die den senkrechten Durchgang des ganzen oder teil weisen von der Hauptstromwicklung erzeugten Feldes in dem Bereich der Einwirkung auf das Nebenschlußfeld herbeiführt, der gewünschten Verschiebung schädlich und begünstigt das motorische Kräftepaar, d. h. den Wirkungsgrad für einen gegebenen Energieverbrauch, und umgekehrt begünstigt jede entgegengesetzt wirkende Vorrichtung die Verschiebung und schädigt den Wirkungsgrad.

Von besonderem Nutzen ist es, die magnetische Brücke F von der Scheibe entfernt anzuordnen, um die Verschiebung ohne jedes andere Hilfsmittel als die in der beweglichen Scheibe hervorgerufenen Foucault-Ströme herbeizuführen. Durch Versuche wird in jedem Falle die zu wählende Entfernung bestimmt werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 besitzt der wagerechte Arm des Stückes D zwei Unterbrechungen an den Seiten des senkrechten magnetischen Schenkels, zu dem Zweck, nur den mittleren Teil des von der Spule E erzeugten Feldes nahezu senkrecht durch die Scheibe oder den beweglichen Leiter C gehen zu lassen, so daß das mitnehmende Kräftepaar verstärkt wird, wobei die Verschiebung beibehalten ist.

Der in Fig. 8 schematisch und in Fig. 10 und 11 in wirklicher Ausführung dargestellte Zähler besitzt zwei Elektrotnagnete, von denen der eine A durch den Spannungsstrom des Netzes, der andere D durch den Hauptstrom erregt wird, und welche in geeigneter Weise angeordnet sind, um gemeinschaftlich auf den Leiter C zu wirken, welcher aus einer runden, um die Achse α drehbaren Scheibe besteht und mittels eines geeigneten Getriebes b ein Zählwerk c antreibt.. Ein permanenter Magnet H, der als Wirbelstrombremse im Verhältnis zur Geschwindigkeit auf die Scheibe wirkt, vervollständigt die Einrichtung des Zählers.

Der von der Spannungsspule erregte Magnet A muß ein Feld erzeugen, das gegen die Spannung ebenfalls so sehr als möglich zurückbleibt. Zu diesem Zweck wird ein magnetischer Stromkreis durch die Stücke d, e,f aus vollem oder geblättertem Eisen (Fig. 8) gebildet, die in geeigneter Weise verbunden sind und einen magnetischen Übergang über den sehr kleinen und außerdem regelbaren Zwischenraum g bilden.

Da die Erregerspulen B auf den senkrechten Schenkeln e, e angeordnet sind, schließt sich ein Teil des erzeugten Feldes, der durch Veränderung der Zwischenräume regelbar ist, über den Zwischenraum g, und der Rest, nachdem er die Scheibe über die Zwischenräume A¹, h'² in senkrechter Richtung durchflossen hat, über die Teile / und K. Hierdurch wird dem Nebenschlußstromkreis eine große Selbstinduktion verliehen. Das Stück d, welches den Stromweg am oberen Ende schließt, ist mit Hilfe der Schrauben i verstellbar und gestattet durch die Veränderung der totalen Reluktanz des so geschaffenen magnetischen Stromkreises eine Regelung der Verschiebung des Feldes in bezug auf die Spannung, wobei deren Größe im Verhältnis iao zu den magnetischen Strom wegen bei g und h¹, h² steht, und welche bei einer Änderung

die Stärke des motorischen Feldes ändern würde. In Wirklichkeit verändern sich bei Verschiebung des Stückes d die Zwischenräume j, j, aber das Gesamtfeld bleibt ungefähr konstant, da es besonders von den Kernen e, e und der Wicklung B abhängt, die sich nicht verändern. Nur die Reluktanz des Weges, den das Feld verfolgt, verändert sich und demzufolge die Selbstinduktion und damit ίο auch die Verschiebung. Auf diese Weise ist es möglich, die Verschiebung in ziemlich weiten Grenzen zu verändern, ohne das motorische Kräftepaar in merkbarer Weise zu

beeinflussen, weil sich in der Nähe von — _t ■ 2

der Sinus des Winkels, dem das Kräftepaar proportional ist, sehr wenig verändert. Man könnte auch das Stück d fest anordnen und jedes andere Verfahren zur Regelung der Ver-Schiebung anwenden, z. B. in den Stromkreis aus dünnem Draht einen geeigneten ohmischen Widerstand einschalten. In diesem Falle könnte man die Erregungsspulen nach Belieben auf den Schenkeln e, e verschieben oder nur eine einzige Spule auf dem Stück d anordnen.

Nachdem das Feld durch die Scheibe C in senkrechter Richtung hindurchgedrungen ist, schließt es sich durch das Stück I, K. Dieses Stück besteht aus den beiden Teilen /, / (Fig. 9) aus magnetischem Material, die sich gegenüber den Polen des Elektromagneten befinden und miteinander durch die Brücke K magnetisch verbunden sind. Diese Brücke kann auch dazu dienen, dieses Stück /, K auf den Kernen e, e zu befestigen (Fig. 11).

Diese Brücke könnte, wie in Fig. 5 dargestellt, auch an anderer Stelle angeordnet werden. Man könnte sie auch ganz weglassen, ohne etwas anderes als die Stärke des Nebenschlußfeldes und damit das motorische Kräftepaar zu ändern. Dieses Stück K ist bei dem beschriebenen Zähler aus vollem Eisen hergestellt, so daß das Nebenschlußfeld bei seinem Durchgang durch die von ihm erzeugten Foucault-Ströme eine weitere Verzögerung erleidet, welche dem verfolgten Zweck sehr vorteilhaft ist. Es könnte aber auch aus geblättertem Eisen hergestellt werden.

Ebenso könnte es für die Verschiebung von Vorteil sein, den magnetischen Stromkreis d, e, f aus vollem Eisen herzustellen, aber aus Rücksicht auf die magnetischen Eigenschaften und die Erhitzung infolge der Hysteresis und Foucault-Ströme wird er aus geblättertem Eisen hergestellt.

Das dem Hauptstrom proportionale Feld wird durch eine Spule mit oder ohne Eisen erzeugt, die zwischen den beiden Teilen /, I des das Nebenschlußfeld schließenden Stückes /, K angeordnet ist. .

Unterhalb der Scheibe ist ein vorzugsweise geblätterter Eisenkern D mittels zweier mit Schlitzen versehenen Füße k, k befestigt, der die Hauptstromwicklung E trägt.

Der Kern ist von den Teilen /, I durch zwei gleiche oder ungleiche Zwischenströme I getrennt, deren Größe verschieden oder selbst gleich Null sein kann. In diesem letzteren Falle gleicht die Anordnung der in Fig. 3 dargestellten. Diese Zwischenräume haben gerade den Zweck, das erforderliche motorische Kräftepaar zu schaffen, und dabei die durch die Anordnung nach Fig. 3 erzielten Vorteile der Verschiebung zum großen Teile 75' beizubehalten.

Obwohl die für den Elektromagneten beschriebene Ausführungsform Vorteile besitzt, könnten auch andere, z. B. die in Fig. 2, 3 usw. dargestellten Formen angewendet werden, die einen magnetischen Übergang bieten, der von einem derart angeordneten Stück F gebildet wird, daß dadurch ein Teil des Feldes abgeleitet wird, während der andere Teil durch die Scheibe fließt und sich durch ein Stück schließt wie das eben beschriebene. Das Prinzip des Zählers nach vorliegender Erfindung ist davon unabhängig, ob der Elektromagnet für den Nebenschlußstrom diese oder jene Form erhält, und man könnte es auch durch eine einfache Umänderung der Formen auf Zähler mit Glocken anwenden.

Die Form und die Stellung des Hauptstrommagneten D gestattet, auf ihm eine beliebige Anzahl von Windungen anzubringen, die einzig und allein durch einen magnetischen Zustand des Eisens beschränkt wird, der das Verhältnis des Feldes zu den erzeugenden Amperewindungen wahrt.

Es ist auch sehr leicht, eine so vollkommene Isolierung der dickdrähtigen Windungen zu erzielen als es gewünscht wird.

Außerdem gestattet die Trennung der .Hauptstromspule und des Stückes /, K, die Spule beweglich zu machen und entweder ihre Entfernung von der Achse oder von der Scheibe zu verändern. Man kann z. B. das Kräftepaar dadurch ändern, daß man mit Hilfe der in den Füßen k, k vorgesehenen Führungen die Spule der Achse nähert oder von derselben entfernt, ohne daß hierdurch. die ein für allemal eingestellte Verschiebung praktisch geändert wird, jedoch unter der Bedingung, daß der Kern stets in bezug auf die Teile /, / dieselbe Stellung beibehält.

Man könnte auch zur Regelung die Verschiebung der Spule E längs des Kernes D verwenden.

Die Ungleichheit der Zwischenräume / würde die Drehung des Ankers unter der alleinigen Wirkung des Hauptstromfeldes durch ein J² proportionales Kräftepaar nach

sich ziehen, was bis zu einem gewissen Punkte benutzt werden kann, um die Kurve des Zählers bei Überlastung zu erhöhen, wenn man den Gangfehler vernachlässigt, der sich bei induktiven Stromwegen ergibt.

Man könnte die Spule E auch ohne den Eisenkern D anwenden, ohne daß das Prinzip des Zählers geändert würde. Aber das Kräftepaar ist dann notwendigerweise viel schwächer,

ίο und es ist ein viel größerer Energieverbrauch erforderlich, um dasselbe Kräftepaar zu erhalten.

In Fig. 5 ist eine andere Anordnung des Stückes -D veranschaulicht, auf welchem die Spule E und das Stück I, K angeordnet sind, und die die gleichen Vorteile sichert.

In Fig. 6 ist eine andere Anordnung der elektrischen Teile des Zählers veranschaulicht, bei welcher die Hauptstromspule E auf derselben Seite der Scheibe wie der Magnet A angeordnet ist. Hier spielen die Teile m, m der Pole e, e des Elektromagneten A die Rolle der Stücke /, / von K bei der in den Fig. 4 und 8 dargestellten Ausführungsform und auf der anderen Seite der Scheibe ist das Schlußstück K für das Nebenschlußfeld angeordnet, das zwischen seinen Armen /, / in der \^erlängerung des Hauptstrommagneten einen nichtmagnetischen Raum läßt.

Es ist verständlich, daß diese Anordnungen verallgemeinert und auf eine beliebige Anzahl von Polen ausgedehnt werden können, die auf einen Leiter von irgend welcher Gestalt, z. B. von ebener, zylindrischer oder anderer Gestalt einwirken. Fig. 7 veranschaulicht schematisch die bezügliche Anordnung der Pole und deren Polarität bei drei Polen. Die Erregung geschieht durch eine oder mehrere Spulen, die in geeigneter Weise verteilt sind, um die geeignete Polarität zu erhalten.

Der Zähler besitzt endlich eine Vorrichtung bekannter Art, um den beweglichen Teil lediglich durch die Spannung stillzusetzen, und um das Angehen zu erleichtern. Diese Vorrichtung besteht aus einer magnetischen Verlängerung η des Stückes K, die gegenüber den Kernen e liegt, und dessen Entfernung von den Kernen e mit Hilfe der Stellschraube ν geregelt werden kann. Auf diese Weise wird eine Dissymmetrie des abgeleiteten Feldes geschaffen, die das gewünschte Resultat herbeiführt.

Um die Verschiebung auf — wieder zurückzuführen, wenn der Zähler mit .mehr als —

arbeitet, kann die folgende Vorrichtung benutzt werden, die bei allen beschriebenen Ausführungsformen anwendbar ist. Diese Vor-So richtung beruht auf der Tatsache, daß jedes Eisenstück, welches derart angeordnet wird, daß es den normalen Durchgang des Hauptstromfeldes durch die Scheibe begünstigt, die Verschiebung verringert. Man ordnet eine Schraube u aus weichem Eisen an (Fig. 8 und 12), die auf der anderen Seite der Scheibe C über den Magneten D vorgedreht werden, kann, so daß sie einen veränderlichen Teil der Poloberfläche von D überdecken kann. Sie ist von den Polen e, e gleichweit entfernt und übt auf diese keinen störenden Einfluß aus. Diese Vorrichtung gestattet mit denselben Wicklungen eine fast augenblickliche Regelung der Verschiebung in sehr weiten Grenzen bei Änderungen der Perioden und der Spannung.

Der vorliegende Zähler eignet sich besonders zum Messen der Energie in Netzen mit Drei- oder Mehrphasenstrom. Es genügt zu diesem Zwecke, die Wirkungen mehrerer ähnlicher für Einphasenstrom dienenden Vorrichtungen, die nach den bekannten Meßverfahren in dem Netz angeordnet sind, auf ein einziges bewegliches Stück oder mehrere Stücke zu vereinigen, die ihre Wirkung gemeinschaftlich auf ein Zählwerk übertragen, und eine geeignete Bremsvorrichtung vorzusehen. Es ist bei diesen Zählern von Wert, die Wirkungen jeder für Einphasenstrom bestimmten Vorrichtung auszugleichen, und aus dem Vorhergehenden ist zu erkennen, wie leicht es ist, die Wirkung eines für Einphasenstrom bestimmten Zählers zu verändern.

Claims (7)

Patent-Ansprüche:

1. Induktionszähler mit einer Phasenverschiebung gleich oder mehr als —, ge-

kennzeichnet durch die Anordnung einer ' Hauptstromspule auf einem magnetisierbaren Kern mit ununterbrochenen oder unterbrochenen, parallel zur Ebene der sich drehenden Scheibe verlaufenden Schenkeln, und durch die Abwesenheit magnetisierbarer Massen an der dem Kern der Hauptstromspule gegenüberliegenden Stelle der anderen Scheibenseite; in Verbindung mit der Anordnung magnetisierbarer Teile gegenüber den Polen des Nebenschlußelektromagneten : zu dem Zweck, einerseits das senkrechte Ein- no treten von Hauptstromkraftlinien in die Scheibe und die damit verbundene Rückwirkung zu vermindern, andererseits den Kraftlinien des .Nebenschlußfeldes den senkrechten Durchtritt durch die Scheibe zu erleichtern.

2. Induktionszähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstromspule auf der einen Seite, der vom Neberischlußstrom erregte Elektromagnet aber auf der andern Seite der beweglichen Scheibe sich befindet.

3· Zähler nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem von dem Nebenschlußstrom erregten Elektromagneten (A) eine magnetische Brücke (F) angeordnet ist, zu dem Zweck, den einen Teil des Nebenschlußfeldes motorisch unwirksam zu schließen, um die Selbstinduktion des Spannungsstromes zu vermehren, wobei die Brücke stets in einer genügenden Entfernung von der Scheibe angeordnet ist, damit nicht eine Anziehung des von der Hauptstromspule erzeugten Feldes hervorgerufen wird.

4. Ausführungsform des Zählers nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstromspule auf einem Stück angeordnet ist, das- zwischen den Schenkeln des das Spannungsfeld erzeugenden Magneten auf derselben Seite der Scheibe wie dieser Magnet gelagert ist, und das einen Polschuh besitzt, der mit den Polen des Spannungselektromagneten einen magnetischen Stromkreis bildet, der zur Ableitung des größten Teiles des Haupt-Stromfeldes dient, und daß unter der Scheibe für das Spannungsfeld ein magnetisches Schlußstück angeordnet ist, das gegenüber dem Hauptstrommagneten eine Aussparung besitzt.

. 5. Bei dem Induktionszähler nach Anspruch I eine Ausführungsform des die Hauptstromspule des Hauptstromfeldes tragenden Stückes, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Stück von einem magnetischen vollen oder geblätterten Metallkern gebildet wird, der auf einem Magnetstück mit zwei seitlichen, gekrümmten Armen ruht, die sich bis in die Nähe des mittleren Magnetstückes erstrecken, so daß sie den größten Teil des Hauptstromfeldes ableiten.

6. Ausführungsform des Zählers nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem das Spannungsfeld erzeugenden Elektromagneten ein magnetisches Stück von besonderer Gestalt in der Weise befestigt ist, daß seine gekrümmten Enden einerseits Schenkel für die Ableitung des Hauptstromfeldes, andererseits ein magnetisches Schlußstück für das Spannungsfeld auf der dem Spannungselektromagneten entgegengesetzten Seite der Scheibe bilden.

7. Verfahren zur Regelung der Verschiebung des Hauptstromfeldes in bezug auf das Spannungsfeld bei Induktionszählern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schenkeln des Spannungselektromagneten eine magnetische Masse, z. B. eine Schraube, gegenüber dem Magnetkern der Hauptstromspule und auf der anderen Seite der Scheibe angeordnet ist, die mehr oder weniger tief zwischen die Schenkel des Spannungselektromagneten eingeführt werden kann, um eine gewisse Menge der Kraftlinien des Hauptstromfeldes durch die Scheibe zu leiten und so die von dem Hauptstromfeld ausgeübte Ankerrückwirkung zu verstärken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

Berlin, gedruckt in der reichsdruckerei.