DE2213512A1 - Phasenabgleichvorrichtung für Induktions-Elektrizitätszähler - Google Patents
Phasenabgleichvorrichtung für Induktions-ElektrizitätszählerInfo
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Description
WESTINGHOTJSE 4 7 USin 1Q70
ELECTRIC CORPORATION · Erlangen, den ''' mri ™u
Pittsburgh, Pa., USA . Werner-von-Siemens-Str.50
7PA 71/8344
Case-No. 42 373 Hs/Nit
Phasenabgleichvorrichtung für Induktions-Elektrizitätszähler
Die Erfindung bezieht sich auf eine Phasenabgleichvorrichtung
für Induktions-Elektrizitätszähler mit einem E-förmigen Spannungseisen und einem um die Läuferscheibe greifenden
Rückschlußbügel.
Bei einem bekannten Zähler dieser Art (US-Patent 3 212 005) ist zum Phasenabgleich zwischen dem Rückschlußbügel und dem
Mittelschenkel des Spannungseisens ein Kurzschlußring angeordnet,
in dessen Mittelöffnung eine im Rückschlußbügel geführte Schraube längsverschiebbar angeordnet ist. Der
Regelbereich einer solchen Phasenabgleichvorrichtung ist relativ gering.
Die Phasenabgleichvorrichtungen der Induktions-Elektrizitätszähler
sind abhängig von der Frequenz, für welche der Zähler ausgelegt ist. In manchen Fällen besteht der Wunsch beispielsweise
einen für ein 60 Hz-Netz ausgelegten Zähler auch in einem 50 Hz-Netz verwenden zu können. Ohne entsprechende
Kompensationsmittel würde in einem solchen Fall der Zähler,
insbesondere bei induktiver Belastung zu langsam laufen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Phasenabgleichvorrichtung
zu schaffen, mit der ein relativ großer Einstellbereich erzielbar ist, welcher auch noch ausreichend ist bei
Einsatz des Zählers in einem Netz mit anderer Betriebsfrequenz,
209840/0826
Die Phasenabgleichvorrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ruckschlußbügel und
Mittelschenkel des Spannungseisens ein die Läuferscheibe
nicht durchsetzender magnetischer Streuflußpfad vorgesehen
ist, der mit einem elektrisch leitenden Mittel belastet ist, und daß der die Läuferscheibe durchsetzende Spannungstriebfluß
ebenfalls mit einem elektrisch leitenden Mittel belastet ist, wobei die Wirkung zumindest eines der beiden
Belastungsmittel einstellbar ist. Vorzugsweise ist das den Spannungstriebfluß belastende Mittel eine auf den die
Läuferscheibe umgreifenden Teil des. Rückschlußbügels aufsteckbare
Kurzschlußbrille.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt ist, wird die Erfindung
näher erläutert; es zeigen:
Pig. 1 eine schematische Ansicht des Zählers im Aufriß,
Pig. 2 eine Ansicht von unten auf das Spannungseisen des Zählers gemäß Figur 1,
Pig. 3 eine Seitenansicht auf einen Teil des Spannungseisens gemäß Figur 2,
Pig. 4 eine Seitenansicht einer Brille zum Phasenabgleich für einen Zähler gemäß Figur 1,
Fig. 5 eine Frontansicht der Brille gemäß Figur 4.
Fig. 1 zeigt einen Wattstundenzähler 1 zur Messung der in einem Wechselstromnetz, welches durch die beiden Leitungen L1
und L2 dargestellt ist, fließenden Energie. Obwohl*dieser
Stromkreis meist ein Dreileiter-Einphasenstromkreis oder ein Mehrphasenstromkreis ist, wird angenommen, daß es sich im
vorliegenden Fall um einen Zweileiter-Wechselstromkreis handelt, welcher mit einer Frequenz von 60 Hz zur Übertragung
von elektrischer Energie zu einer Last dient. Der Wattstundenzähler 1 enthält ein Triebsystem, welches aus einem Spannungseisen
2, einem Stromeisen 3, einer Spannungsspule 5 und einer
Stromspule 7 besteht. Das Spannungseisen 2 ist E-förmig und hat einen Mittelschenkel als Spannungspol 11 und zwei äußere
Schenkel 13 und 15. Die Spannungsspule 5 umgibt den Spannungspol 11. Das Spannungseisen und das Stromeisen bestehen in
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üblicher Weise aus lameliierten Weicheisenblechen.
Das Stromeisen 3 U-förmig; weist somit zwei Strompole 17 und
19 auf, welche vom Spannungspol 11 durch einen "bestimmten Luftspalt 21 getrennt sind. Die Spannungsspule 5 hat eine
große Anzahl von Kupferwindungen mit kleinem Durchmesser,
während die Stromspule 7 eine relativ kleine Anzahl von Windungen mit großem Kupferquerschnitt aufweist. Es wird
bemerkt, daß der Spannungspol 11, die Schenkel 13 und 15 und die Strompole 17 und 19 in der gleichen Ebene liegen. In dem
Luftspalt 21 ist eine drehbare Läuferscheibe 23 angeordnet.
Ein Teil dieser Scheibe reicht in den Luftspalt eines Permanentmagneten 25zur Dämpfung. Der Aufbau des Wattstundenzählers
ist also an sich bekannt.
Sobald die Spannungsspule 5 und die Stromspule 7 in geeigneter
Weise über die Leitungen L1 und L2 erregt werden, entsteht in dem Luftspalt 21 ein magnetisches Wechselfeld, welches ein
Drehmoment zwischen der Scheibe 23 und dem Triebsystem hervorruft. Die Drehung der Scheibe 23 ist abhängig von dem Produkt
der Spannung zwischen den Leitungen L1 und L2, dem Strom durch diese Leitungen und der Phasenbeziehung zwischen Strom und
Spannung. Die Drehbewegung der Scheibe 23 wird in üblicher Weise auf ein auf der Zeichnung nicht dargestelltes Zählwerk
übertragen.
Um die Phasenbeziehung zwischen dem wirksamen Spannungsfluß
und der die Spannungsspule speisenden Spannung einstellen zu
können, ist ein Nebenschlußpfad (Streupfad) vorgesehen, der
von der Spule 5 gespeist wird. Dieser Streupfad ist verkettet mit einem elektrisch leitendem Material, wie es
beispielsweise in dem US-Patent 3 212 005 beschrieben ist.
Wie Mg. 1 und 2 zeigen, hat der Streupfad die Form einee
Bügels 29, welcher aus weichmagnetischem Material, z.B. kaltgerolltem Stahl besteht. Dieser Bügel 29 ist mit seinen
Enden an den beiden äußeren Schenkeln 13 und 15 des Spannungseisens 2 in geeigneter Weise befestigt, z.B. durch Nieten
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Der Bügel 29 weist eine Kröpfung auf, mit der er um den Spannungspol 11 herum geführt ist.
In der Mitte des gekröpften Teiles des Bügels 29 ist eine Gewindebohrung für eine Schraube 33 vorgesehen, welche aus
Weicheisenmaterial besteht. Die Spitze dieser Schraube erstreckt sinn in eine öffnung 35 des' Spannungspols 11.
Der Bügel 29 und die Schraube 33 bilden einen magnetischen Streupfad für den durch die Spannungsspule 5 hervorgerufenen
Spannungsfluß, welcher vom Spannungspol 11 zur Schraube 33
geht. Von der Schraube 33 setzt sich der Pfad fort über zwei parallele Zweige, welche durch die beiden Hälften des Bügels
29 und die äußeren Schenkel 13 und 15 gebildet sind. Der Betrag des magnetischen Streuflusses, der über diesen magnetischen
Pfad geht, kann durch Drehender Schraube 33 eingestellt
werden. Durch Drehen der Schraube 33 wird ihre axiale Stellung in Bezug auf den Spannungspol 11 geändert.
Der durch die Schraube 33 und den Bügel 29 gebildete magnetische Pfad wird zur Einstellung der Belastung der Spannungsspule 5 verwandt. Zu diesem Zweck ist der über diesen magnetischen
Pfad gehende magnetische Fluß mit einem elektrisch leitenden Mittel'verkettet. Gremäß Fig. 2 weist das elektrisch
leitende Mittel die Form einer Röhre 37 auf, welche die Schraube 33 konzentrisch umg-ibt. Das elektrisch leitende
Mittel besteht beispielsweise aus Kupfer.
Die Röhre 37 stellt eine geschlossene Sekundärwindung eines Transformators dar, dessen Primärwicklung die Spannungsspule 5 bildet. Die Verluste, welche durch den Stromfluß in
der Röhre hervorgerufen werden, werden rückübertragen auf
die Spannungsspule 5. Die Belastung kann durch Drehen der
Schraube 33 eingestellt werden, wodurch sich der Winkel zwischen dem durch die Spannungsspule 5 hervorgerufenen
magnetischen Pluß und der angelegten Spannung ändert. Durch diesen Behelf kann der wirksame magnetische Spannungsfluß
der Spannungsspule 5 in dem Luftspalt 21 und in dem Läufer 2 ">
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in Quadratur mit dem dur.cn die Stromspule 7 hervorgerufenen
magnetischen Stromfluß gebracht werden, sobald der Wattstundenzähler
wirksam ist bei einer bestimmten Belastung.
Eine .Klasse II Temperaturkompensation für den Wattstunden- '
zähler mag vorgesehen sein wie in dem vorerwähnten Patent. Wie in fig. 2 gezeigt, ist zu diesem Zweck eine Hülse 39
aus einer Austenit-Eisen-Nickel-Legierung zwischen der Schraube
33 und dem röhrenförmigen Teil 37 angeordnet. Eine solche Hülse hat einen im wesentlichen negativen Temperaturkoeffizienten
der Permeabilität über den normalen Temperaturbereich eines Wattstundenzählers.
Um den Wirkungsgrad des Wattstundenzählers zu verbessern, ist eine weichmagnetische Zunge 61 vorgesehen, welche sich
zwischen die Polflächen der Strompole 17 und 19 erstreckt, wobei ihre obere Fläche im wesentlichen in der-selben Ebene
wie die besagten Polflächen liegt. Diese Zunge ist über ein weichmagnetisches Teil 63 mit dem Mittelteil des Bügels 29
verbunden. Zunge 61, Teil 63 und Bügel 29 bilden vorzugsweise ein Teil aus weichmagnetischem Material.
Die Zunge 61 umgreift die Läuferscheibe 23 und steht der Polfläche
des Spannungspols 11 mit Abstand gegenüber. Der wirksame
magnetische Spannungsfluß tritt vom Spannungspol aus, durchsetzt diesen luftspalt und geht dann über die Zunge 61,
Teil 63, Bügel 29 und die beiden Schenkel 13 und 15 in zwei parallelen Zweigen zu dem Spannungspol 11 zurück.
Um eine gewünschte Genauigkeit des Wattstundenzählers über einen größeren Spannungsbereich sicherzustellen, mufl der
Teil 63 eine gewisse Sättigung aufweisen. Gemäß Figur 1 wird dies duroh eine Bohrung 65 erreicht.
Zur Kleinlaettinatellung des Zählere werden die Hilfspolflachen
13A und 15A der Schenkel 13 und 15 herangezogen. Magnetische Spannungaflüsse, die diese Polflächen führen,
durchsetzen, die Läuferscheibe 21 und erzeugen Hilfsdrehmomente,
welche die Läuferscheibe in entgegengesetzter
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Richtung zu drehen versuchen. Sie können zur sog. Kleinlasteinstellung
benutzt werden. So lange diese Drehmomente im Gleichgewicht sind, wirkt kein resultierendes Drehmoment auf
die lauferscheine.
Die Kleinlasteinstellung des Zählers wird hierbei durch eine Steuerung des Gleichgewichtes zwischen diesen Hilfsdrehmomenten
"bewirkt. Zu diesem Zweck sind weichmagnetisch^ Arme
67 und 69 vorgesehen, die gegen die Polflächen 13A und 15A gerichtet sind. Wenn diese Arme so eingestellt sind, daß sie
die Hilfsdrehmomente im Gleichgewicht halten, üben diese
magnetischen Flüsse kein Drehmoment auf die lauferscheibe aus.
Sobald aber der Arm 67 nach unten und der Arm 69 nach aufwärts gemäß Fig. 2 aus dieser Gleichgewichts- oder neutralen
Stellung bewegt wird, entsteht ein Ungleichgewicht, durch welches ein Drehmoment in der einen Drehrichtung der Läuferscheibe
hervorruft. Sobald die Bewegung der Arme in umgekehrter Hichtung erfolgt,* dreht sich auch die Richtung des
Drehmoments um. Obwohl die Arme unabhängig voneinander angeordnet und eingestellt sein könnten, sind sie vorzugsweise
doch über einen Hebel 71 miteinander verbunden. Der Hebel 71 ist mit Hilfe eines Niets 73 an einem horizontal verlaufenden
Plansch 75 eines Trägers 75 drehbar befestigt. Der Träger 75. ist mit einem vertikal verlaufenden Flansch 75B am Spannungseisen
2 befestigt. Der Hebel 71 kann aus nichtmagnetischem Material bestehen. Vorzugsweise sind Hebel 71 und die Arme
67 und 69 aus einem Stück Weicheisen gefertigt. Der Hebel 71 hat einen Teil 71A, welcher in einer horizontalen Ebene verläuft
und welcher zusätzlich einen vertikalen Flansch 71B zur Versteifung aufweist.
Zur Einstellung der Arme 67 und 69 ist an dem freien Ende 71A des Hebels 71 eine Mutter 79 drehbeweglich befestigt. Eine
in einem feststehenden Gehäuseteil 80 drehbar durchgeführte
Schraube 78 steht im Eingriff mit der Bohrung der Mutter 79. Zwischen der Mutter 79 und dem Gehäuseteil 80 ist eine Druckfeder
81 angeordnet. Durch die Feder 81 wird der Arm 71 um die Achse des Bolzens 73 in Uhrzeigerdrehrichtung gemäß
Fig. 2 verschränkt. Die Schraube 81 hat einen Schrauben-
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zieherschlitz und kann zur Kleinlasteinstellung von der
Vorderseite des Zählers aus betätigt werden.
Sofern der Träger 75 aus nichtmagnetischem Material, z.B.
Messing oder Aluminium besteht, kann sein vertikaler flansch 75B als nichtmagnetischer Abstandshalter für einen weichmagnetischen Nebenschluß 83 verwendet sein. letzterer besteht
aus einem Stahlstreifen, welcher sich über die freien Enden des Spannungspoles 11 und der Schenkel 13 und 15 erstreckt.
Ferner ist in dem nichtmagnetischen Abstandshalter in dessen Mitte ein Knopf 84 aus Messing oder Aluminium eingesetzt,
welcher in die öffnung 35 des Spannungspols 11 ragt und der Spitze der Schraube 33 gegenüber stehend angeordnet ist. Der
Knopf 84 hat einen Körper, der innerhalb der Öffnung 35 verläuft und einen Kopf mit größerem Durchmesser als diese
öffnung. Der Kopf bewirkt den Nebenschluß vom'Spannungspol 11
zu distanzieren. Durch Ersatz des Knopfes durch einen anderen mit einer anderen Dicke des Kopfes, kann der Nebenschluß mehr
oder weniger weit vom Pol entfern gehalten und damit auch seine Shuntwirkung entsprechend geändert werden. Die Nieten 31,
welche z.B. aus Messing oder Aluminium gefertigt sind, gehen durch Bohrungen in dem Nebenschluß 83, dem Plansch 75 A, der
Lamellen der Schenkel 13 und 15 und dem Träger 29, so daß diese Teile eine Einheit bilden.
Die Arme 67 und 69 liegen an ihren zugeordneten Polflächen 13A oder 15A durch Eigenelastizität an. Um eine gleitende
Bewegung der Arme über den Polflächen zu sichern, hat jeder Arm eine Einprägung 67A bzw. 69A, welche sich gegen die
zugeordnete Polfläche erstreckt.
Eine solche Kleinlasteinstellung ist beispielsweise in der OS 1 911 416 näher beschrieben.
Wie in dem Patent 3 212 005 bereits beschrieben wurde, dient eine Beilagscheibe 43 aus plastischem Material 43 dazu, eine
Veränderung der Einstellung der Schraube 33 unter dem Einfluß von Vibration oder Stoß zu verhüten. Wenn jedoch die
Schraube zu Einstellzwecken gedreht wird, können Beilag-
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scheibe 43, rohrförmiges Teil 37 und Hülse 39 als ganzes
sich drehen, wodurch die Gefahr besteht, daß der Spannungspol 11 aus der normalen Ebene des Spannungseisens 2 herausgedrückt
wird.
Gewisse Anwendungen erfordern einen vergrößerten Phasenabgleichbereich.
Angenommen, der Zähler ist normal für 60 Hz ausgelegt worden. Wenn nun derselbe Zähler in einem 50 Hz-Netz
verwendet^ werden soll, wird er bei c'ost^= 0,5 induktiv
langsamer laufen. Um dies zu kompensieren, muß der Spannungsfluss entsprechend verzögert werden.
Die zusätzliche Phasenverschiebung wird durch eine rechteckige Brille 87 aus elektrisch leitendem Material, z.B.
Kupfer bewirkt. Die rechtekcige Brille 87 hat ein Fester oder einen Schlitz 87A zum Empfang der Zung 61. Somit ist die
Schleife mit dem wirksamen magnetischen Spannungsfluß verkettet , welcher durch die Zunge 61 und die Läuferscheibe 23
geht. Weil die Zunge klein ist und der wesentliche Fluß durch diese geht, kann die Schleife auch klein und doch wirkungsvoll
sein. Dies ist wichtig bei allen Zählern und besonders wichtig bei Zählern mit kleinen Wattverlusten.
Die Brille 87 hat eine nicht runde öffnung 87 B, welche aus
zwei parallelen Flächen 87C und 87D und zwei bogenförmigen Flächen 87E und 87F gebildet ist. Die Bögen können kreisförmig
gestaltet sein. Der rohrförmige Teil 37 hat einen Kragen 37A, welcher so gestaltet ist, daß er in die öffnung
87B paßt. Durch die flachen Teile 87C und 87D wird eine Drehung des rohrförmigen Teils 37 verhindert. Von der
öffnung 87B erstreckt sich ein Schlitz 87G durch den äußeren Teil der Schleife.
Der Betrag der Phasenverschiebung, hervorgerufen durch das
Anbringen der Brille 87 ist abhängig von dem Widerstand des Pfades, den der induzierte Strom in der Brille nimmt. Der
Betrag der Phasenverschiebung kann also vergrößert oder verkleinert werden durch Vergrößerung oder Verkleinerung
der Dicke D der Schleife. Zu demselben Zweck kann auch die Weite W oder die Länge L des Strompfades geändert oder es
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kann der Schlitz 87G· gan-z weggelassen werden.
Besonders vorteilhaft ist, daß die Brille 87 keine besondere
Zählerkonstruktion erfordert, sondern sie kann vorgesehen sein oder -entfernt werden bei einem herkömmlichen Zähler. Somit
kann der Zähler gemäß Pig. 1 ausgelegt sein fürc60 Hz mit
einer dünnen Brille 87 oder auch mit keiner Brille 87. Bei 50 Hz-Betrieb kann dann die dünne Brille 87 ersetzt werden
durch eine dickere Brille 87, bzw. eine Schleife 87" wird
zusätzlich hinzugefügt zum Zwecke der Justierung des Zählers für 50 Hz-Betrieb.
Mit der Brille 87 kann somit eine grobe Einstellung der Phasenverschiebung vorgenommen werden, beispielsweise zur
Erzielung eines bestimmten EinstellbereicJaes, während die Feineinstellung mit Hilfe der Schraube 33 erfolgt. Beide
Einstellungen ergänzen sich also. Wenn es erwünscht sein sollte, die länge der Schraube 33 zu ändern, (z.B. um einen
zunehmenden Einstellbereich zu erzielen), wird die Dicke der Schleife zweckmäßigerweise so gewählt, daß die Mittelstellung
der Schraube 33 ausreichend mit der geeigneten Phasenkompensation für den Durchschnittszähler einer
gegebenen Konstruktion übereinstimmt.
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Claims (7)
- PatentansprücheM J Phasenabgleichvorrichtung für Induktions-Elektrizitätszähler mit einem E-förmigen Spannungseisen und mit einem um eine lauferscheibe greifenden Rückschlußbügel, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rückschlußbügel (29) und Mittelschenkel (11) des Spannungseisens (2) ein die Läuferscheibe (23) nicht durchsetzender magnetischer Streuflußpfad vorgesehen ist, der mit einem elektrisch leitenden Mittel (37) belastet ist, und daß der die Läuferscheibe (23) durchsetzende Spannungstriebfluß ebenfalls mit einem elektrisch leitenden Mittel (87) belastet ist, wobei die Wirkung zumindest eines der beiden Belastungsmittel (37 bzw. 87) einstellbar ist.
- 2. Phasenabgleichvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zwischen Rückschlußbügei (29) und Mittelschenkel (11) des Spannungseisens (2) ein rohrförmiger Teil (37) aus elektrisch leitendem Material angeordnet ist, in dessen Mittelöffnung eine im Mittelteil des Rückschlußbügels (29) geführte Schraube (33) aus ferromagnetischem Werkstoff längsverschiebbar angeordnet ist.
- 3. Phasenabgleichvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den Spannungstriebfluß belastende Mittel eine auf den die Läuferscheibe (23) umgreifenden Teil des Rückschlußbügels (29) aufsteckbare Kurzschlußbrille (87) ist.
- 4. Phasenabgleichvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußbrille (87) auf dem Rückschlußbügel (29) auswechselbar befestigt ist.
- 5. Phaeenabgleichvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußbrille (87) mit einem Ansatz den rohrförmigen Teil (37) des anderen Belastungsmittels umgreift.209840/0826-11-
- 6. Phasenabgleichvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der einen Kragen (37A) des rohrförmigen Teils (37) aufnehmenden Ausnehmung (87B) der Kurschlußbrille (87) so gestaltet ist, daß eine Verdrehung des rohrförmigen Teils (37) verhindert ist.
- 7. Phasenabgleichvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz der KuizsDhluß"brille (87) einen Trennungsschlitz (87G) aufweist.209840/0826Leerseite
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1972
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- 1972-03-22 BR BR1662/72A patent/BR7201662D0/pt unknown
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Publication number | Publication date |
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JPS535827B1 (de) | 1978-03-02 |
JPS4737470A (de) | 1972-12-01 |
BR7201662D0 (pt) | 1973-07-10 |
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