DE293594C

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Publication number: DE293594C
Application number: DENDAT293594D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

■■- JVe 293594 KLASSE 21 e. GRUPPE

Zeitzähler für Wechselstrom nach Ferrarisschem Prinzip.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 27. April 1915 ab.

Die Zeitzähler für Wechselstrom nach Ferrarisschem Prinzip beruhen darauf, daß zwei Wechselfelder (J)₁ und φ₂, welche räumlich und zeitlich gegeneinander verschoben sind, auf eine drehbar gelagerte Metallscheibe einwirken. Das treibende Drehmoment D eines solchen Apparates bei einer Netzfrequenz f und zeitlicher Verschiebung ψ ist:

D =

• f · sin ψ.

Erzeugt man beide Felder durch eine Spannungswicklung hoher Eigeninduktivität und legt an diese Wicklung die Netzspannung Eu, so sind beide Felder annähernd proportional den Quotienten aus Netzspannung Eu und Frequenz f:

Φι oo C ^k

P₂ CVD C₂ · ■

Eu_ f ,

Die zeitliche Verschiebung ψ zwischen beiden Feldern erreicht man durch eine sinngemäß angebrachte, einen Teil des gesamten Feldes beeinflussende Kurzschlußwindung. Vereinigt man die Konstanten c, C₁, c₂ zu einer Konstanten c_3> so kann man das treibende Drehmoment auch schreiben:

■ f · sin xb.

Durch die Drehung der Scheibe in dem Gesamtfelde werden in ihr Wirbelströme erzeugt,

die zusammen mit dem Felde φ ein bremsendes Drehmoment Dg ergeben; dies kann ausgedrückt werden:

D_B = A₁-Cp₂-W;

hierbei sind u die Umdrehungen der Scheibe pro Zeiteinheit. Da man den Gesamtfluß φ annähernd proportional dem Quotienten aus Netzspannung und Frequenz setzen kann:

φ co A₂

E_k

so kann man das bremsende Drehmoment auch schreiben:

= A₃ ■

Ik

Für den Gleichgewichtszustand ist das treibende Drehmoment gleich dem bremsenden Drehmoment:

D=z D_B,

und die Gleichung für die Umdrehungen wird

El
C ί

f . sin ψ

Gleichgültig, wie man die Kurzschlußwindungen anbringt, ist die Tourenzahl einer solchen Vorrichtung also unabhängig von der Netzspannung. Von der Frequenz dagegen ist die Tourenzahl nur dann unabhängig, wenn der Sinus des Verschiebungswinkels zwischen beiden

motorisch wirkenden Feldern annähernd umgekehrt proportional der Frequenz ist:

sin ψ

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung bezweckt nun, eine Anordnung zu treffen, welche diese Bedingung erfüllt. Die grundsätzliche räumliche Anordnung zeigt Fig. i. Ein Eisenkern α trägt eine Spannungswicklung b; in dem Luftspalt c kann die Scheibe rotieren. Ein Eisenwinkel d mit Kurzschlußwindung f bildet einen Nebenschluß zum Luftspalt, in dessen Weg ein Luftspalt e eingeschaltet ist. Durch die gestrichelten Linien ist die Verteilung der magnetischen Flüsse angedeutet. Man sieht, daß die Flüsse (J)₁ und (J)₂ räumlich gegeneinander verschoben sind. Die zeitliche Folge der magnetischen und elektrischen Größen zeigt das in Fig. 2 dargestellte Diagramm. X sind die gesamten von der Spannungswicklung b erzeugten AW. X_hl sind die den Eisenverlust für den Fluß (J)₁ deckenden AW, X_Ul, die magnetisierenden AW sind die Differenz von X und X/,,; mit ihnen in Phase ist der Fluß (J)₁. Die gesamten A W X sind außerdem gleich der geometrischen Summe der AWX₂ und X₂₃, deren Bedeutung aus Fig. ι hervorgeht. Die entsprechenden magnetisierenden AWX₁₁₁ und X„,₃ unterscheiden sich von den AW X₂ und X₂₃ wiederum um die Beträge der Verlust-AWX,_h und X_h._2s. Bezeichnet man mit X_R die entgegen den AW X₂

wirkenden AW der Kurzschlußwindung f, so sind die für den Eisenwinkel d aufzuwendenden AWX^. Mit den AW X₁₁., ist der Fluß (J)₂ in Phase, mit den AWZ„₃ der Fluß φ₃. Die Summe beider ist der Fluß (J)₂₃; mit ihm in

Phase sind die AWX_u,₃. Der Gesamtfluß φ ist schließlich die Summe der Flüsse (J)₁ und φ_{2 3}. Ihm eilt um 90 ° vor die EMK. E; die Netzspannung Ej₁ ergibt sich schließlich aus der Summe von E und dem Ohmschen Spannungsabfall i · r.

Aus dem Diagramm ersieht man, daß der Hilfsfluß (J)₂ dem Hauptfluß (J)₁ um den Winkel ψ voreilt. Man kann nun durch richtige Wahl der Dimensionen und des Materials des Eisenwinkelst und der Kurzschlußwindung f leicht erreichen, daß der Winkel ψ mit steigender Frequenz abnimmt, so daß das Produkt f ■ sin ψ konstant bleibt.

Eine Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung zeigen die Fig. 3 und 4 in zwei Ansichten. Auf dem Eisenkern α sitzt eine Wicklung b. Im Luftspalt c läuft eine Ferrarisscheibe g um. Das Hilfsfeld wird erzeugt durch einen Eisenwinkel d in Verbindung mit einer Kurzschlußwindung f. Der Luftspalt β 6ο des Nebenschlusses ist hier nicht vorhanden, sondern ersetzt durch den Luftwiderstand der unteren Fortsetzung h des Eisenwinkels g gegen den Eisenkern a. Der eine Schenkel i des Eisenkernes α kann um die Achse k gedreht werden, wodurch in der Hauptsache die Größe des Hauptflusses (J)₁ verändert wird; dagegen bleiben die Verhältnisse des Diagramms und infolgedessen das Verhalten des Apparates bei Frequenzänderungen unverändert bestehen.

Claims

; Patent-Ansprüche:

1. Zeitzähler für Wechselstrom nach Ferrarisschem Prinzip, bei dem ein von einer Spannungswicklung erzeugter magnetischer Fluß in zwei räumlich und zeitlich gegeneinander verschobene Teile, einen Hauptfluß und einen Hilfsfluß, zerlegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an dem einen Schenkel des Triebkernes ein Eisenwinkel mit Kurzschlußwicklung befestigt ist, welcher um die Triebscheibe herumgreift und ein Hilfsfeld zum Hauptfeld erzeugt, das dem Hauptfeld zeitlich voreilt und sich so mit der Frequenz ändert, daß der Sinus des Verschiebungswinkels zwischen den beiden Feldern umgekehrt proportional der Frequenz ist, zum Zwecke, die Tourenzahl des Apparates nicht nur von Spannungsänderungen, sondern auch von Frequenzänderungen in weiten Grenzen praktisch unabhängig zu machen.

2. Zeitzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Tourenzahl der eine Schenkel des Triebkernes verschoben werden kann, so daß durch ihn in der Hauptsache nur die Größe und räumliche Verschiebung des Hauptfeldes geregelt wird, während das Hilfsfeld im wesentlichen unverändert bestehen bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.