DE489007C - Temperaturkompensation fuer elektrische Apparate, insbesondere fuer elektrische Zaehler, Messinstrumente und Relais - Google Patents

Temperaturkompensation fuer elektrische Apparate, insbesondere fuer elektrische Zaehler, Messinstrumente und Relais

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DE489007C
DE489007C DEA56185D DEA0056185D DE489007C DE 489007 C DE489007 C DE 489007C DE A56185 D DEA56185 D DE A56185D DE A0056185 D DEA0056185 D DE A0056185D DE 489007 C DE489007 C DE 489007C
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R11/00Electromechanical arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. of consumption
    • G01R11/02Constructional details
    • G01R11/17Compensating for errors; Adjusting or regulating means therefor
    • G01R11/18Compensating for variations in ambient conditions
    • G01R11/185Temperature compensation

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

  • Temperaturkompensation für elektrische Apparate, insbesondere für elektrische Zähler, 1Keßinstrumente und Relais Die Erfindung bezieht sich auf eine Temperaturkompensation für elektrische Apparate, insbesondere für Elektrizitätszähler, Meßinstrumente und Relais. Besondere Bedeutung hat die Erfindung bei Induktionszählern zur Kompensation der Temperaturfehler, die bei kleinem Leistungsfaktor auftreten. Die Temperaturkompensation wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß in den elektrischen Kreis eine Drossel eingeschaltet wird, deren Kern aus einem Material mit temperaturabhängiger Permeabilität besteht.
  • Das Wesen der Erfindung soll an Hand einiger Zeichnungen näher erläutert werden. Abb. i stellt die Abhängigkeit der Permeabilität von der Temperatur für ein Material dar, welches zum Aufbau des Kerns der Drossel Verwendung finden soll. Abb.2 zeigt eine temperaturabhängige Drosselspule, die in Reihe mit einem Wechselstromkreis liegt. Bei Abb. 3 ist die temperaturabhängige Drossel zu einem Widerstand parallel geschaltet. Bei der Anordnung nach Abb. ¢ ist die Drossel als Transformator ausgebildet und besitzt einen Kern aus einem Material, dessen Permeabilität mit wachsender Temperatur abnimmt. Abb.5 zeigt eine Anordnung zur Kompensierung der Temperaturfehler bei einem Induktionszähler, bei dem die temperaturabhängige Induktanz in Reihe mit der Kurzschlußwicklung des Zählers geschaltet ist. Abb. 6 und 7 zeigen Vektordiagramme des Spannungsflusses ohne und mit Kompensation.
  • Die in Abb. i dargestellte Kurve, die die Permeabilität in Abhängigkeit von der Temperatur darstellt, ist an einem Material aufgenommen, das im wesentlichen einen linearen, negativen Temperaturkoeffizienten der Permeabilität innerhalb weiter Grenzen der Temperatur besitzt. Ein solches Material stellt z. B. eine Legierung aus Kupfer, Nickel und einigen Prozent Eisen dar. Vorzugsweise soll eine-gießbare, magnetische Legierung aus 68 Teilen Nickel, 3o Teilen Kupfer und z Teilen Eisen Verwendung finden. Wenn eine derartige Legierung nach dem Gießen einer bestimmten Wärmebehandlung ausgesetzt wird, so besitzt sie zwischen o und ioo° C einen annähernd linearen, negativen Temperaturkoeffizienten der Permeabilität, wie es der Abb. i entspricht.
  • Bei der Anordnung nach Abb.2 stellt io ein Wechselstromspannungsrelais dar. Die Wicklung dieses Relais besteht aus Kupfer oder einem anderen Material mit 'einem positiven Temperaturkoeffizienten für den Widerstand. Beim Steigen der Temperatur steigt also der Widerstand -an, und der bei gleichbleibender Spannung durch die Spule fließende Strom wird kleiner. Um diesen Temperaturfehler zu kompensieren, wird eine temperaturabhängige Induktanz in Reihe mit der Relaisspule geschaltet. Die Induktanz besteht aus einer Wicklung ii, die auf einem geschlossenen Eisenkern 12 angeordnet ist. Der Eisenkern ist aus einem Material mit negativem Temperaturkoeffizienten der Permeabilität hergestellt und so angeordnet, daß er ungefähr der gleichen Temperatur ausgesetzt ist wie -das Relais io. Wenn der Kern 12 eine Charakteristik besitzt, wie sie der Abb. i entspricht, so hat die Drossel bei z. B. o ° C eine nennenswerte Induktivität, die linear mit zunehmender Temperatur abnimmt, bis bei ungefähr ioo° C die Permeabilität der Drossel ungefähr gleich der von Luft wird. Durch Veränderung der Windungszahl des induktiven Widerstandes kann der Relaiskreis so abgeglichen werden, daß die Zunahme des Widerstandes durch die Abnahme der Induktivität gerade kompensiert wird. Eine derartige Kompensation ist in den praktisch vorkommenden Temperaturgrenzen erreichbar. Bei der Anordnung ist vorausgesetzt, daß die Frequenz des Wechselstroms praktisch konstant bleibt. Es ist selbstverständlich ohne weiteres möglich, auch eine Über- oder Unterkompensierung der Temperaturänderungen vorzunehmen.
  • In Abb. 3 ist mit 13 ein Wechselstromvoltmeter bezeichnet, das einen Vorschaltwiderstand 14 besitzt. Wenn der Spannungsmesser und der Widerstand zusammen einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstands besitzen, ist das Meßinstrument einem Temperaturfehler unterworfen. Um diesen zu kompensieren, wird die temperaturabhängige Drossel ii, i2 einem Teil des Widerstandes parallel geschaltet. Dadurch kann erreicht werden, daß der Strom durch das Instrument 13 unabhängig von Temperaturschwankungen ist.
  • Bei Abb. 4 ist der induktive Widerstand als temperaturabhängiger Transformator ausgebildet. Mit 13 ist wie in Abb. 3 ein Spannungsmesser bezeichnet, dessen Wicklung einen positiven Temperaturkoeffizienten besitzt. 14 stellt den Kern des Transformators dar, der aus dem Material mit temperaturabhängiger Permeabilität besteht. 15 ist die Primärwicklung, 16 die Sekundärwicklung des Transformators. Die beiden Wicklungen sind in Sparschaltung verbunden. Die der Netzspannung entgegenwirkende Sekundärspannung wird bei steigender Temperatur kleiner, so daß durch geeignete Bemessung der Primär- und Sekundärwindungen erreicht werden kann, daß die Zunahme des Widerstandes bei steigender Temperatur gerade kompensiert wird. Die Primärwicklung des Transformators besitzt bei dieser Anordnung einen sehr hohen Widerstand, so daß der Strom nicht übermäßig ansteigt, wenn die Transformationswirkung bei hoher Temperatur kleiner wird. Bei den in Abb. 2 bis 4 beschriebenen Anordnungen handelt es sich darum, den Strom in einem einfachen Wechselstromkreis in Abhängigkeit von der Temperatur zu verändern. Da eine veränderliche Induktivität Verwendung findet, wird selbstverständlich auch der Phasenwinkel des Stromkreises verändert. Von dieser Eigenschaft soll bei der Anordnung nach Abb. 5 Gebrauch gemacht werden, um ein wattmetrisches Instrument gegen Temperaturfehler zu kompensieren, die eine Änderung der Phasenverschiebung zwischen den Spannungs- und Stromflüssen herbeiführen könnten. Bei Induktionswattmetern besteht zwischen Strom-und Spannungsfluß eine Phasenverschiebung von go ° bei cos cp = i. Der größere Teil dieser go°-Phasenverschiebung wird durch die Spannungsspule erzeugt, da sie eine sehr hohe Induktivität besitzt. Der verbleibende Teil der go°-Verschiebung wird durch eine Kurzschlußspule erzeugt. In Abb. 5 stellt 17 das Stromeisen, 18 die Stromspule, ig das Spannungseisen und 2o die Spannungsspule dar. Die Triebscheibe ist mit 21, der Bremsmagnet mit 22 bezeichnet. 23 ist die Kurzschlußspule, die aus einer oder mehreren geschlossenen Windungen besteht und in der Nähe des Endes der Spannungsspule angeordnet ist. Durch Veränderung des Widerstandes oder durch räumliche Verschiebung der Kurzschlußwicklung kann die genaue Abgleichung auf go° erfolgen. Abb.6 stellt das Vektordiagramm eines normalen Zählers dar, aus dem der Fehler, der durch Temperaturänderungen hervorgerufen werden kann, zu erkennen ist. Mit V ist die Klemmspannung, die der Spule 2o- aufgedrückt wird, mit E der induktive Spannungsabfall bezeichnet. Der Ohmsche Spannungsabfall der Spule 2o ist durch den Vektor jR dargestellt. Der Vektor des Spannungsflusses ist mit #PE bezeichnet und besitzt gegenüber dem Spannungsvektor V eine Phasenverschiebung, die kleiner als go ° ist. Um die Phasenverschiebung zwischen V und c-bE auf- go ° zu bringen, ist die Kurzschlußwicklung vorgesehen. Die in dieser durch Transformation erzeugte Spannung wird durch den Vektor EL dargestellt. Die Kurzschlußwicklung besteht in der Hauptsache aus Ohmschem Widerstand. Ihr Flußvektor ist durch (DL dargestellt. Die Resultierende aus cPE und chL ist cDR. Der resultierende Spannungsfluß cPR hat gegenüber der aufgedrückten Klemmspannung V bei einer bestimmten Temperatur die gewünschte go°-Phasenverschiebung. Da die Spannungsspule und die Kurzschlußwicklung gewöhnlich aus Kupfer hergestellt werden, verändert sich ihr Widerstand bei Änderungen der Temperatur. Bei hoher Temperatur wird der Ohmsche Spannungsabfall jR größer, was eine Verdrehung von cPE auf cDE' zur Folge hat. Die Vergrößerung des Widerstandes der Kurzschlußwicklung und die Abnahme des Stromes in dieser bei Temperaturzunahme hat zur Folge, daß der Fluß kleiner wird. Die Richtung des Flußvektors bleibt praktisch unverändert. Der Vektor der Kurzschlußwicklung bei hoher Temperatur ist mit d)L' bezeichnet. Der resultierende Spannungstriebfluß bei erhöhter Temperatur cDR' = cbE' + OL' hat gegenüber der aufgedrückten Klemmspannung V eine Phasenverschiebung, die kleiner als go' ist. Dies erklärt den Phasenfehler bei Temperatursteigerungen. Solange zwischen Strom und Spannung eine Phasenverschiebung von ungefähr i besteht, hat der Temperaturphasenfehler keinen starken Einfluß auf die Genauigkeit des Instrumentes. Bei kleineren Phasenverschiebungen zwischen Strom und Spannung macht sich aber der Temperaturphasenfehler in starkem Ausmaß bemerkbar. In dem Diagramm der Abb. 6 ist der Stromfluß nicht besonders eingezeichnet, da er nur von dem Leistungsfaktor der Anlage abhängig ist. Bei cos cp = i ist der Vektor des Stromtriebflusses mit dem Spannungsvektor V in Phase.
  • Um die an Hand der Abb. 6 dargelegten Fehlermöglichkeiten bei steigender Temperatur auszugleichen, wird gemäß der Erfindung in Reihe mit der Kurzschlußwicklung 23 ein temperaturabhängiger induktiver Widerstand geschaltet, wie dies in Abb.5 dargestellt ist. Um die Wicklung leichter aufbringen zu können, ist der Kern 12' der temperaturempfindlichen Drossel in zwei Teile geteilt, die durch Messingbolzen 24 nach Einsetzen der Spule ii auf den mittleren Schenkel zusammengehalten werden. Bei Versuchen mit einem normalen Zähler für 6o Perioden hat sich ergeben, daß eine Kurzschlußwicklung 23 mit sechs Kupferwindungen, die in Reihe mit ungefähr 25 Windungen der Drossel ii geschaltet waren, eine vollständige Temperaturkompensation ergibt. In dem Diagramm der Abb. 7, das einem kompensierten Zähler entspricht, sind dieselben Bezeichnungen gewählt wie bei dem Diagramm der Abb.6. Die Vektoren V, E, IR, EL und cbE bleiben unverändert. Der Vektor cDL hat infolge der in den Kurzschlußkreis eingeschalteten Drossel bei niedrigen Temperaturen eine vergrößerte Phasenverschiebung gegenüber dem Vektor EL. Die Resultierende cDR aus cDL und cDE ist um genau go' gegenüber dem Vektor V verschoben. Beim Anwachsen der Temperatur nimmt der induktive Widerstand in dem Kurzschlußkreis ab. Infolgedessen steigt der Strom in dem Kurzschlußkreis an. Die Phasenverschiebung zwischen dem neuen Vektor cDL' und der Spannung EL wird infolgedessen kleiner. Der resultierende Spannungsfluß des Zählers bei hoher Temperatur ist äDR = cDE' + cDL'. Diese Resultierende bei hoher Temperatur ist in bezug auf Größe und Richtung gegenüber dem Wert bei niedriger Temperatur unverändert. Hieraus geht hervor, daß durch die temperaturabhängige Induktivität sowohl die Veränderungen des Stroms als auch die Änderungen der Phasenverschiebung bei Temperaturänderungen kompensiert werden können, und zwar innerhalb der praktisch vorkommenden Temperaturveränderungen.
  • Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann ganz allgemein zur Kompensation bei Temperaturschwankungen Verwendung finden.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Temperaturkompensation für elektrische Apparate, insbesondere für elektriSCliA Zähler, Meßinstrumente und Relais, gekennzeichnet durch die Verwendung eines induktiven Widerstandes, dessen Kern aus einem Material mit temperaturabhängigem Permeabilitätskoeffizienten besteht.
  2. 2. Temperaturkompensation nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial des induktiven Widerstandes einen annähernd linearen, negativen Temperaturkoeffizienten der Permeabilität besitzt.
  3. 3. Temperaturkompensation nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Widerstand mit temperaturabhängiger Permeabilität in Reihe mit der Spannungsspule geschaltet ist. q..
  4. Temperaturkompensation nach -Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Widerstand mit temperaturabhängiger Permeabilität parallel zu einem Widerstand geschaltet ist.
  5. 5. Temperaturkompensation nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Widerstand mit temperaturabhängiger Permeabilität als Transformator ausgebildet ist.
  6. 6. Temperaturkompensation nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Widerstand mit temperaturabhängiger Permeabilität in Reihe mit der Kurzschlußwicklung, die zur Erzeugung der go'-Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung dient, liegt.
  7. 7. Temperaturkompensation nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahl des induktiven Widerstandes mit temperaturabhängiger Permeabilität veränderlich ist.
DEA56185D 1927-12-13 1928-12-14 Temperaturkompensation fuer elektrische Apparate, insbesondere fuer elektrische Zaehler, Messinstrumente und Relais Expired DE489007C (de)

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