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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- JK£ 217200 -KLASSE 21 e. GRUPPE - JK £ 217200 - CLASS 21 e. GROUP

SIEMENS & HALSKE AKT.-GES. in BERLIN.SIEMENS & HALSKE AKT.-GES. in Berlin.

Leistungsmesser für Gleichstrom. Patentiert im Deutschen Reiche vom 9. Oktober 1908 ab.DC power meter. Patented in the German Empire on October 9, 1908.

Zur Messung der Leistung eines Gleichstromes benutzt man gewöhnlich Meßinstrumente nach dem dynamometrischen System, und zwar in der Weise, daß der Strom die feststehende Wicklung unmittelbar durchfließt, während die bewegliche Spule an die Spannung angeschlossen wird. Derartige Instrumente haben den Vorteil, daß sie auch für Wechselstrom verwendbar sind, was besonders fürMeasuring instruments are commonly used to measure the power of a direct current according to the dynamometric system, in such a way that the current flows directly through the fixed winding, while the moving coil is connected to the voltage. Such instruments have the advantage that they can also be used for alternating current, which is especially good for

•ίο Laboratoriums- und ähnliche Zwecke von Bedeutung ist. Als Schalttafelinstrumente zur dauernden Messung bzw. Anzeige der Leistung eines Gleichstromes haben diese Instrumente dagegen den schwerwiegenden Nachteil, daß sie trotz verhältnismäßig großen Energieverbrauches nur wenig Kraft besitzen, wenn man nicht das bewegliche System sehr schwer ausführt, wodurch wieder die Transportfähigkeit der Instrumente leiden würde. Diese Schwierig-, keiten treten in wesentlich erhöhtem Maße bei registrierenden Instrumenten dieser Art auf. Außerdem werden die Angaben derartiger Instrumente in praktisch unzulässigem Maße von äußeren Magnetfeldern oder in der Nähe vorbeigeführten Stromleitern o. dgl. beeinflußt. Es sind nun Instrumente bekannt geworden, welche von den letztgenannten Nachteilen frei sind. Das Prinzip derartiger »elektromagnetischer« Instrumente ist folgendes: Den feststehenden Teil des Systems bildet ein Elektromagnet, dessen Pole so gestaltet sind, daß sich die den beweglichen Teil bildende Drehspule in einem praktisch homogenen Kraftlinienfeld bewegen kann. Die Schaltung ist zweckmäßig eine derartige, daß die Wicklung des Elektromagneten an die Spannung angeschlossen ist, während die bewegliche Spule an den Klemmen 45 • ίο laboratory and similar purposes are important. As control panel instruments for continuous measurement or display of the power of a direct current, these instruments have the serious disadvantage that they have little power despite relatively high energy consumption if the movable system is not carried out very heavily, which would again impair the transportability of the instruments. These difficulties occur to a much greater extent with recording instruments of this type. In addition, the information provided by such instruments is influenced to a practically inadmissible degree by external magnetic fields or current conductors or the like that are passed by in the vicinity. Instruments have now become known which are free from the last-mentioned disadvantages. The principle of such "electromagnetic" instruments is as follows: The fixed part of the system is formed by an electromagnet, the poles of which are designed so that the moving coil forming the moving part can move in a practically homogeneous field of lines of force. The circuit is expediently such that the winding of the electromagnet is connected to the voltage, while the movable coil is connected to terminals 45

eines Nebenschlusses, abgezweigt ist, welcher von dem Strom durchflossen wird. Das auf die Drehspule wirkende Drehmoment ist in diesem Falle von der Stärke des Magnetfeldes und der Stromstärke in der Drehspule bzw. der dieser proportionalen Stromstärke im Nebenschluß abhängig. Da nun dem Drehmoment die Torsion einer Feder entgegenwirkt, deren Kraft proportional dem Drehwinkel ist, so muß sich auch das von Magnetfeld und Strom ausgeübte Drehmoment proportional zum Drehwinkel verändern.' Da nun die Verdrehung auch dem Produkt aus Strom und Spannung proportional sein soll, so ist für ein genaues Arbeiten des Meßinstrumentes erforderlich, daß das Magnetfeld der Spannung proportional ist.of a shunt, through which the current flows. That on the The rotating coil acting in this case depends on the strength of the magnetic field and the Current intensity in the moving coil or the current intensity proportional to it in the shunt dependent. Since the torsion of a spring counteracts the torque, its force is proportional the angle of rotation, the torque exerted by the magnetic field and current must also be proportional to the angle of rotation change.' Since the twist is now proportional to the product of current and voltage should be, it is necessary for an accurate working of the measuring instrument that the magnetic field is proportional to the voltage.

Fig. ι der Zeichnung zeigt schaubildlich den Zusammenhang zwischen Spannung und Magnetfeld, und zwar ist die erstere E auf der. Abszissen-, die letztere Z auf der Ordinatenachse abgetragen. Die Proportionalität beider Werte würde durch die mit α bezeichnete gerade Linie dargestellt. In Wirklichkeit wird aber die erforderliche Proportionalität wegen der Erscheinungen der Hysteresis bzw. Remanenz im : Magneteisen und der Krümmung der Magnetisierungskurve nicht erreicht.Fig. Ι of the drawing shows graphically the relationship between voltage and magnetic field, namely the former E is on the. The abscissa, the latter Z on the ordinate axis. The proportionality of both values would be represented by the straight line labeled α. In reality, however, the required proportionality is not achieved because of the phenomena of hysteresis or remanence in the magnet iron and the curvature of the magnetization curve.

In Fig. ι ist die wirklich erhaltene, mit b bezeichnete Kurve unter Berücksichtigung der Hysteresiserscheinungen dargestellt, und zwar für den Fall, daß die Spannung zwischen den Werten E_mi_n und E_max schwankt. Vermindert können diese Fehler dadurch werden, daß man in dem _m Kraftlinienweg größere Luftstrecken vorsieht; jedoch bedingt dies einen wesentlich höheren Energieverbrauch und entsprechend vergrößerte Abmessungen der Instrumente.In Fig ι. Is represented really obtained with b curve designated taking into account the Hysteresiserscheinungen, and for the case that the voltage between the values E _m i _n and E _max fluctuates. Reduces these errors can thereby be that larger in the _m magnetic path clearances providing; however, this requires a significantly higher energy consumption and correspondingly larger dimensions of the instruments.

Die Erfindung betrifft nun eine Anordnung, bei welcher mit wesentlich geringerem Energieverbrauch eine für die Praxis im allgemeinen ausreichende Genauigkeit erzielt werden kann. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch Anwendung polarisierter Elektromagnete und beweglicher Systeme, die so miteinander verbunden sind, daß ihre Drehkräfte sich entgegenwirken. The invention now relates to an arrangement in which with significantly lower energy consumption an accuracy which is generally sufficient in practice can be achieved. This is achieved according to the invention by using polarized and movable electromagnets Systems that are interconnected in such a way that their torsional forces counteract each other.

ίο Derartige Einrichtungen können sowohl für Leistungszeiger als auch für Zahler Verwendung finden.ίο Such facilities can be used both for Find performance indicators as well as for payers use.

Fig. 2 gibt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der neuen Anordnung.Fig. 2 gives a schematic representation of an embodiment of the new arrangement.

Das Magnetsystem besteht aus den Magnetschenkeln S₁ und S₂ mit ihren Polschuhen P₁ und p₂, den Kernen A₁ und A₂, den Verbindungsstücken /, alles aus weichem Eisen und den in gleichem Sinne. magnetisierten permanenten · Stahlmagneten m. Die Schenkel S₁ und s₂ tragen Wicklungen W₁ und W₂, welche unter Vorschaltung des Widerstandes V_n, zwischen' die + und ■— Leitung geschaltet sind, zwischen denen die Spannung E herrscht. In dem Luftraum zwischen den Kernen ^₁ bzw. A₂ und den entsprechenden Polschuhen J)₁ bzw. p₂ bewegen sich in bekannter Weise die Drehspulen ^₁ bzw. d₂, welche in Reihe geschaltet und mit einem Vorschaltwiderstand ν an die Klemmen eines Nebenschlusses η angelegt sind, der in die eine der von dem Strome / durchflossenen Leitungen eingeschaltet ist. Statt in Reihenschaltung könnten die beiden Drehspulen auch in Parallelschaltung miteinander verbunden werden.The magnet system consists of the magnet legs S ₁ and S ₂ with their pole pieces P ₁ and p ₂ , the cores A ₁ and A ₂ , the connecting pieces /, all made of soft iron and those in the same sense. magnetized permanent steel magnets with legs S ₁ and s ₂ carry windings W ₁ and W ₂ , which are connected between the + and ■ - lines, between which the voltage E prevails, with the resistor V _n connected upstream. In the air space between the cores ^ ₁ or A ₂ and the corresponding pole pieces J) ₁ and p ₂ move in a known manner, the moving coils ^ ₁ and d ₂ , which are connected in series and with a series resistor ν to the terminals of a Shunt η are applied, which is switched into one of the lines through which the current / flows. Instead of being connected in series, the two moving coils could also be connected to one another in parallel.

Die beiden Drehspulen A₁ und d₂ sind in irgendeiner bekannten Weise so miteinander gekuppelt, daß ihre Drehkräfte sich entgegenwirken. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß die beiden Spulen derart miteinander starr verbunden werden, daß sie sich um eine gemeinsame Achse drehen können und daß bei gleicher Lage der Pole der Wicklungssinn bei den beiden Spulen entgegengesetzt ist.The two rotating coils A ₁ and d ₂ are coupled to one another in some known manner so that their rotational forces counteract one another. This is achieved, for example, in that the two coils are rigidly connected to one another in such a way that they can rotate about a common axis and that, given the same position of the poles, the direction of winding is opposite in the two coils.

Die Wirkung der Anordnung ist, wie in Fig. 3 der Zeichnung schaubildlich dargestellt, folgende: Ist die Spannung E = 0, so sind auch die von den Elektromagneten erzeugten Kraftlinienfelder beider Systeme gleich ο und die Felder Z₁Z₂, die allein von den permanenten Magneten, deren Feldstärke durch die Linie c veranschaulicht wird, gebildet sind, einander gleich. Wenn die Spannung steigt, so verschieben sich die Kraftlinien infolge der Wirkung des Stromes i_e in den Magnetspulen W₁ und w₂ in der Weise, daß das Kraftlinienfeld Z₁ zunimmt, während das Feld Z₂ abnimmt. Fig. 3 gibt eine Darstellung der Veränderungen der Kraftlinienfelder Z₁ und Z₂ unter Berücksichtigung der Hysteresiserscheinungen in Abhängigkeit von dem Strome i_e bzw. von der Spannung E, namentlich für die Spannungsschwankungen zwischen den Werten Ε_η;_η und E_max. Es ist hierbei angenommen worden, daß bei der Spannung E_max das Feld Z₂- gerade bis auf ο geschwächt wird, so daß sich bei weiterer Erhöhung der Spannung die Kraftlinienrichtung umkehren würde.The effect of the arrangement is, as shown diagrammatically in Fig. 3 of the drawing, the following: If the voltage E = 0, then the force line fields generated by the electromagnets of both systems are the same ο and the fields Z ₁ Z ₂ , which are solely from the permanent magnets, the field strength of which is illustrated by the line c , are formed equal to each other. When the voltage increases, the lines of force shift as a result of the effect of the current i _e in the magnet coils W ₁ and w ₂ in such a way that the force line field Z ₁ increases while the field Z ₂ decreases. 3 shows the changes in the force line fields Z ₁ and Z ₂ , taking into account the hysteresis phenomena as a function of the current i _e or the voltage E, namely for the voltage fluctuations between the values Ε _η ; _η and E _max . It has been assumed here that at the voltage E _max, the field Z ₂ - is just weakened down to ο, so that if the voltage were further increased, the direction of the line of force would be reversed.

Nun sind die auf die Spulen H₁ und d₂ ausgeübten Drehmomente, wie oben bei der Erklärung von Fig. 1 auseinandergesetzt, abhängig von den auf sie einwirkenden Magnetfeldern und der Stärke des sie durchfließenden Stromes. Da nun diese Drehmomente einander entgegengerichtet sind, ergibt sich ein auf die gemeinsame Spulenachse wirkendes Gesamtdrehmoment, das der Differenz der Einzeldrehmomente entspricht, und folglich, da der Strom in beiden Spulen der gleiche ist, der Differenz der Magnetfelder proportional ist. Die Abhängigkeit dieses Differenzwertes von der Spannung E ist in Fig. 3 durch die Doppelkurve Z (= Z₁ -ZJ dargestellt.Now the torques exerted on the coils H ₁ and d ₂ , as explained above in the explanation of FIG. 1, are dependent on the magnetic fields acting on them and the strength of the current flowing through them. Since these torques are now opposite to one another, the result is a total torque acting on the common coil axis which corresponds to the difference between the individual torques and, consequently, since the current in both coils is the same, the difference in the magnetic fields is proportional. The dependence of this difference value on the voltage E is shown in FIG. 3 by the double curve Z (= Z ₁ -ZJ.

Die nicht unbeträchtlichen Abweichungen des Wertes Z₁ — Z₂ von der Proportionalität können durch Anordnung eines Luftspaltes (r in Fig. 2) verringert werden, insbesondere kann man ohne zu großen Energieverbrauch erreichen, daß die beiden durch die Hysteresiserscheinungen verursachten Zweige der Schleife nahe genug beieinander liegen, jedoch bleibt noch die Krümmung der ganzen Magnetisierungskurve übrig, deren Einfluß nicht ausgeglichen ist. Dieser Nachteil zeigt sich besonders bei größerer Induktion im Eisen, die man zweckmäßig bei starken Magnetfeldern anwendet, wie sie insbesondere für registrierende Meßinstrumente zur Erzielung genügend großer Drehkräfte erforderlich sind.The not inconsiderable deviations of the value Z ₁ - Z ₂ from the proportionality can be reduced by arranging an air gap (r in Fig. 2), in particular one can achieve, without excessive energy consumption, that the two branches of the loop caused by the hysteresis phenomena are close enough lie together, but the curvature of the entire magnetization curve remains, the influence of which is not balanced. This disadvantage is particularly evident in the case of greater induction in iron, which is expediently used in the case of strong magnetic fields, such as those required in particular for recording measuring instruments in order to achieve sufficiently large rotational forces.

Es gibt nun bei der neuen Anordnung ein einfaches Mittel, um die Neigung der Kurve innerhalb gewisser Grenzen beliebig verändern zu können. Es ist dazu nur erforderlich, die Magnetfelder Z₁ und Z₂ für den Fall, daß die Spannung E =0 ist, ungleich zu machen. Sorgt man dafür, daß in diesem Falle Z₁ kleiner als Z₂ wird, so kann man eine genügende Annäherung an die Proportionalität erreichen. Die entsprechenden Kurven sind in Fig. 4 dargestellt. Die Verschiedenheit der Magnetfelder no kann erreicht werden durch eine entsprechende Verschiedenheit der Magnetform, des Eisenmaterials, der Luftspalte in den beiden Systemen oder auch durch Anordnung eines magnetischen Nebenschlusses zu einem oder beiden Systemen. Letztere Anordnung hat den Vorteil der einfachen Regelbarkeit.With the new arrangement there is now a simple means of being able to change the inclination of the curve at will within certain limits. It is only necessary to make the magnetic fields Z ₁ and Z ₂ unequal in the event that the voltage E = 0. If one ensures that in this case Z ₁ becomes smaller than Z ₂ , then one can achieve a sufficient approximation of the proportionality. The corresponding curves are shown in FIG. The difference in the magnetic fields no can be achieved by a corresponding difference in the magnet shape, the iron material, the air gaps in the two systems or by arranging a magnetic shunt to one or both systems. The latter arrangement has the advantage of being easy to regulate.

Anstatt die Magnetfelder verschieden stark zu machen, kann man auch, da die Einzeldrehmomente sowohl von der Feldstärke als auch dem Spulenstrom abhängig sind, die Anordnung so treffen, daß die Ströme in den beiden Dreh-Instead of making the magnetic fields differently strong, you can also use the individual torques both of the field strength and the coil current are dependent, make the arrangement so that the currents in the two rotary

spulen verschieden sind. Bei geeigneter Bemessung der einzelnen Werte ist es dann leicht, ein Verhältnis des Gesamtdrehmomentes zur Spannung zu erhalten, das ebenfalls durch die Kurve Z (— Z₁ — Z₂,) in Fig. 4 zum Ausdruck gebracht wird.coils are different. With a suitable dimensioning of the individual values, it is then easy to obtain a ratio of the total torque to the tension, which is also expressed by the curve Z (- Z ₁ - Z ₂ ,) in FIG.

Bei Hintereinanderschaltung der beiden Drehspulen kann die Verschiedenheit der sie durchfließenden Ströme durch Anordnung eines gegebenenfalls regelbaren Nebenschlusses zu einer der Spulen, bei Parallelschaltung durch entsprechende Vorschaltung von Widerständen erreicht werden. Eine Anordnung der ersteren Art ist in Fig. 5 der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Es ist danach ein Nebenschlußwiderstand χ zu der Spule ^₁ parallel geschaltet. Wie punktiert angedeutet, kann natürlich auch ein zweiter, passend bemessener Nebenschluß X₁ für die Spule iü₂ vorgesehen werden.When the two moving coils are connected in series, the difference in the currents flowing through them can be achieved by arranging an optionally controllable shunt to one of the coils, with parallel connection by corresponding upstream resistors. An arrangement of the former type is shown in Fig. 5 of the drawings, for example. A shunt resistor χ is then connected in parallel to the coil ^ _1. As indicated by dotted lines, a second, suitably dimensioned shunt X ₁ can of course also be provided for the coil _2.

Abweichend von den dargestellten Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes ist es auch möglich, das Magnetsystem durch den zu messenden Strom, die Drehspulen dagegen von der Spannung beeinflussen zu lassen.Deviating from the illustrated embodiments of the subject matter of the invention it is also possible to control the magnet system through the current to be measured, but the moving coils to be influenced by the tension.

Claims

Patent Claims:

i. Power meter for direct current, characterized in that several of Current or voltage influenced moving systems that were so connected to one another are that their torsional forces counteract each other, through the simultaneous action of permanent magnets and tension or current connected electromagnets are influenced in such a way that the torque one system is weakened, that of the other is strengthened and in this way the effect of the magnetic fields on the total torque becomes approximately proportional to the voltage.

2. Power meter according to claim 1, characterized in that for elimination the influence of the curvature of the magnetization curve the magnetic fields of both systems, for example by the difference in the magnet shape, the iron material, the air gaps in both systems or by Arrangement of magnetic shunts, also unequal for the zero value of the voltage are.

3. Power meter according to claim 1, characterized in that for elimination the influence of the curvature of the magnetization curve, the currents in both ports coil, for example, by arranging shunts or series resistors are different.

1 sheet of drawings.