DE231108C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- JVe 231108 KLASSE 21 e. GRUPPE- JVe 231108 CLASS 21 e. GROUP

KEISER & SCHMIDT in CHARLOTTENBURG.KEISER & SCHMIDT in CHARLOTTENBURG.

Elektrizitätszähler nach Ferrarisschem Prinzip. Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. März 1909 ab. Electricity meter based on the Ferraris principle. Patented in the German Empire on March 23, 1909.

Das treibende Moment, welches auf die Scheibe eines Elektrizitätszählers nach dem Induktionsprinzip ausgeübt wird, ist bei konstanter Wechselzahl bekanntlich proportional dem Feld im Hauptstrom- und Nebenschluß eisen sowie dem Sinus des Zeit winkeis, den beide Felder miteinander bilden. Ist der Zeitwinkel φ, so geht derselbe bei einer im Netz bestehenden Phasenverschiebung φ über in (P₁ — φ, und der Ausdruck für das Drehmoment des Meßgerätes lautet demnach:The driving moment, which is exerted on the disk of an electricity meter according to the induction principle, is known to be proportional to the field in the main current and shunt iron as well as the sine of the time angle that both fields form with each other. If the time angle is φ, then if there is a phase shift φ in the network, it changes to (P ₁ - φ, and the expression for the torque of the measuring device is accordingly:

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D = c I_n I_n (sin D = c I _n I _n (sin

ep),ep),

worin J/, den in den Hauptstromwindungen, I_n den in der Nebenschlußwicklung fließenden Strom darstellt. Diesem treibenden Moment steht nun ein hemmendes Moment gegenüber, welches in der Häuptsache durch das Umlaufen der Metallscheibe im Feld eines permanenten Magneten, des sogenannten Bremsmagneten, hervorgerufen wird. Außer diesem Magneten wirken aber auf die Brennscheibe noch zwei Magnetfelder, welche gleichfalls eine Bremswirkung ausüben, nämlich das Feld des Nebenschluß- und Hauptstromeisens. Für den stationären Geschwindigkeitszustand der Scheibe gilt daher die Beziehung :where J /, the current in the main current windings, I _{n is} the current flowing in the shunt winding. This driving moment is now opposed to an inhibiting moment, which is mainly caused by the rotation of the metal disc in the field of a permanent magnet, the so-called brake magnet. In addition to this magnet, however, two magnetic fields also act on the burner disk, which also have a braking effect, namely the field of the shunt and main current iron. For the steady state of the speed of the disk, the following equation applies:

C I_h I_n (sin Cp₁ — φ) CI _h I _n (sin Cp ₁ - φ)

= C (M* η + I_h* η + In² η) = C (M * η + I _h * η + In ² η)

worin M die Feldstärke des Bremsmagneten und η die Tourenzahl pro Sekunde darstellt. Unter der Annahme nun, daß der Winkel φ_χ den Wert 90 ° besitzt, was durch besondere Anordnung und Dimensionierung der Triebkerne des Apparates erreicht werden kannfss, geht die obige Gleichung über in:where M is the field strength of the brake magnet and η is the number of revolutions per second. Assuming now that the angle φ _{χ has} the value 90 °, which can be achieved by special arrangement and dimensioning of the drive cores of the apparatus, the above equation changes into:

e i cos φ = C (M² η + J/,² η + J₁V² η). e i cos φ = C (M ² η + J /, ² η + J ₁ V ² η).

Zwischen den zu messenden Wattsekunden und der Umdrehungen des Meßgerätes kann demnach niemals Proportionalität herrschen, da nach obigem Ausdruck das Bremsmoment Faktoren enthält, welche von der jeweiligen Belastung des Apparates und der angelegten Spannung abhängig sind. Diese Tatsache wird auch durch die Beobachtung an Induktionszählern bestätigt, indem dieselben bei Zunahme des Verbrauchsstromes und der Spannung starke Tendenz zum Minusgange zeigen. Besonders unangenehm macht sich der bremsende Einfluß des Hauptstromes bemerkbar, da durch denselben die Fehlerkurve des Zählers bei höherer Belastung stark unter die Nullinie gesenkt wird. Durch die Wahl eines äußerst schwachen Hauptstromfeldes ist man wohl in der Lage, diesem Ubelstande abzuhelfen, jedoch kann dies, wie leicht einzusehen ist, nur auf Kosten der Triebkraft des betreffenden Apparates geschehen. Soll die Triebkraft nicht vermindert werden, so verlangt die Schwächung des Hauptstromfeldes eine Verstärkung des Feldes im Nebenschlußeisen, wodurch aber die Einstellung des zwischen den motorisch wirkenden Feldern erforderlichen Zeitwinkels bedeutend er- ^: schwert wird und nur unter Zuhilfenahme besonderer Reaktanzapparate, wie Drosselspulen o. dgl., ermöglicht wird.Accordingly, there can never be proportionality between the watt-seconds to be measured and the revolutions of the measuring device, since according to the above expression the braking torque contains factors which are dependent on the respective load on the device and the voltage applied. This fact is also confirmed by observations on induction meters, in which they show a strong tendency to go down as the consumption current and voltage increase. The braking influence of the main current is particularly unpleasant, as it reduces the error curve of the meter significantly below the zero line when the load is higher. By choosing an extremely weak main current field, one is in a position to remedy this problem, but, as is easy to see, this can only be done at the expense of the driving force of the apparatus in question. Should not be reduced, the driving force, the weakening of the main power panel requires a strengthening of the field in shunt iron, but which significantly ER setting the required between the motor acting fields time ^angle: is more difficult and special only with the aid Reaktanzapparate as inductors or the like. ., is made possible.

Die Erfindung bezweckt nun, das bremsende Moment des Hauptstromfeldes zu verringern,The invention now aims to reduce the braking moment of the main current field,

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ohne dabei an Drehmoment einzubüßen. Versuche über die Bremswirkung von Magneten 'an umlaufenden Metallscheiben haben gezeigt, daß die bremsende Wirkung, außer von der relativen Lage der beiden zueinander, von der Leitfähigkeit der Scheibe und der Feldstärke des Magneten und im großen Maße von der Form der Polflächen abhängig ist. Es hat sich dabei die Tatsache ergeben, daßwithout sacrificing torque. Experiments on the braking effect of magnets '' on circumferential metal disks have shown that the braking effect, apart from the relative position of the two to one another, of the conductivity of the disk and the field strength of the magnet and to a large extent depends on the shape of the pole faces. The fact has emerged that

ίο unter sonst gleichen Verhältnissen Magnete mit einer wirksamen Polfläche' von großem Umfange bedeutend geringere Wirkung ausüben als solche mit kleinem Umfange. Gemäß der Erfindung soll nun diese Erscheinung dadurch nutzbar gemacht werden, daß man den Polflächen des Hauptstromeisens rechteckige Gestalt von möglichst großem Umfange gibt. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß bei einem dergestalt ausgeführten Meßgerät das Spannungsfeld nur einen geringen Betrag zur Triebkraft beizutragen hat und sich daher der erforderliche Phasenverschiebungswinkel zwischen Nebenschluß- und Hauptstromfeld ohne Verwendung von Drosselspulen erzielen läßt.ίο all other things being equal, magnets with an effective pole face 'of large size exert significantly less effect as those of small size. According to the invention, this phenomenon should now be made usable by making the pole faces of the main current iron rectangular As large as possible. Another advantage of this arrangement lies in the fact that in a measuring device designed in this way, the stress field only contributes a small amount to the driving force and therefore the required Phase shift angle between shunt and main current field without use can be achieved by inductors.

Das nach derartigen Gesichtspunkten aufgebaute Meßgerät besteht im wesentlichen, wie Fig. ι zeigt, aus einem bis auf den Luftspalt für die Drehscheibe möglichst geschlossenen Eisenkern N, dessen einer Schenkel die Nebenschlußwicklung trägt, und zwei an jeder Seite von N symmetrisch angeordneten Hauptstromspulenkernen H. Zur Erreichung großer Triebkraft bei guter Proportionalität gibt man den Polflächen des Nebenschlußeisens kreisförmige, oder quadratische Form, damit ihr Umfang im Vergleich zum Querschnitt der Fläche gering wird. Die wirksamen Polflächen der Hauptstromtriebkerne werden derart gewählt, daß das Verhältnis ihres Umfanges zum Querschnitt einen möglichst hohen Wert annimmt. Fig. 3 zeigt diese Anordnung und gibt zugleich ein Bild der unter dem Einfluß der Drehung in der Scheibe verlaufenden Stromfäden von bremsender Wirkung. Wie bereits zu Beginn der Beschreibung hervorgehoben, kann nunmehr durch die Möglichkeit der Verwendung einer größeren Hauptstromtriebkraft der Magnetkreis des Nebenschlußeisens Kraftlinien erhalten, die motorisch unwirksam sind, dagegen wesentlich zur Vergrößerung der Phasenverschiebung in der Nebenschlußspule beitragen. Zu diesem Zwecke erhält das Nebenschlußeisen des beschriebenen Meßgerätes einen magnetischen Nebenschluß, welcher, wie Fig. 2 zeigt, drehbar zwischen den beiden Schenkeln gelagert ist. Mit Hilfe dieser Einrichtung ist man in der Lage, auf bequeme Weise die die Nebenschlußwicklung durchsetzende Kraftlinienzahl zu regeln und somit leicht den gewünschten Phasenverschiebungswinkel einzustellen.The measuring device constructed according to such aspects essentially consists, as Fig. Ι shows, of an iron core N which is as closed as possible except for the air gap for the turntable, one leg of which carries the shunt winding, and two main current coil cores H symmetrically arranged on each side of N To achieve a high driving force with good proportionality, the pole faces of the shunt iron are given a circular or square shape so that their circumference is small compared to the cross section of the surface. The effective pole faces of the main current drive cores are selected in such a way that the ratio of their circumference to the cross section is as high as possible. 3 shows this arrangement and at the same time gives a picture of the current filaments running under the influence of the rotation in the disk and having a braking effect. As already pointed out at the beginning of the description, the possibility of using a larger main current driving force can now give the magnetic circuit of the shunt iron lines of force which are ineffective in terms of the motor, but contribute significantly to increasing the phase shift in the shunt coil. For this purpose, the shunt of the measuring device described is provided with a magnetic shunt which, as shown in FIG. 2, is rotatably mounted between the two legs. With the help of this device, one is able to regulate the number of lines of force penetrating the shunt winding in a convenient manner and thus easily set the desired phase shift angle.

Die Erfindung stellt demnach einen Zähler dar, bei welchem durch die Eigenart der Anordnung gute Proportionalität auf dem ganzen Meßbereich mit geringem Energieverbrauch im Nebenschluß vereinigt ist und jedwede Reaktanzapparate, wie Drosselspulen u. dgl., fehlen.The invention accordingly represents a counter in which by the nature of the arrangement good proportionality over the entire measuring range is combined with low energy consumption in the shunt and any Reactance apparatus, such as choke coils and the like, are missing.

Claims

Patent claim:

Electricity meter according to the Ferraris scheme Principle, characterized in that the pole piece of the main current iron is practical for its cross-section Has the largest possible scope, for the purpose of keeping the braking force of the main current magnet small.

1 sheet of drawings.