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Meßgerät Bei den bekannten elektrischen Verhältnismeßgeräten, wie
direkt zeigenden Widerstandsmessern oder Phasenmessern, müssen zu den beweglichen
Systemen Ströme zugeführt werden. Dieser Umstand wird bei anderen bekannten Phasenmessern
dadurch vermieden, daß das bewegliche System aus einem Z-förmigen Eisenteil besteht,
durch dessen Mittelstück die Drehachse hindurchgeht und der von einer fest angeordneten,
das Mittelstück des Eisenteils umschlingenden Wicklung, deren Wicklungsachse praktisch
mit der Drehachse zusammenfällt, magnetisiert wird. Die Einstellung des beweglichen
Eisenkerns erfolgt durch ein Drehfeld, welches von mehreren anderen von verschiedenphasigen
Strömen durchflossenen Wicklungen, deren Wicklungsachsen senkrecht zur Drehachse
stehen, aber in bezug auf diese gegeneinander räumlich um gewisse Winkel versetzt
sind, erzeugt wird.
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Bei solchen Instrumenten tritt aber ein Mangel auf. Außer den die
Solleinstellung des beweglichen Systems bewirkenden Kräften ruft das Drehfeld noch
Kräfte hervor, die den beweglichen Eisenkörper in Rotation zu versetzen suchen.
Diese Kräfte wirken störend auf die richtige Einstellung des beweglichen Systems.
Es ist nun gleichgültig, ob man bei solchen Instrumenten die Eisenkörper beweglich
und die das Drehfeld erzeugenden Wicklungen fest anordnet oder ob man umgekehrt
den Eisenkörper fest und die das Drehfeld erzeugenden Wicklungen beweglich anordnet,
immer werden durch die Wechselwirkungen zwischen Eisenkörper und Drehfeld Kräfte
ausgeübt, die den beweglich angeordneten Teil in Rotation zu versetzen suchen. Man
kann, wie dies bei einer bekannten Ausführung geschehen ist, auch auf der Drehachse
zwei unter einem bestimmten Winkel, vorzugsweise 9o°, versetzte Eisensysteme mit
Z-förmigem Kraftfluß anbringen, die, wenn es sich um Phasenmesser handelt, von Strömen
verschiedener Phase erregt "-erden. Es werden also hier nahe beieinander zwei um
einen gewissen Winkel räumlich versetzte Felder erzeugt, die auch eine Phasenverschiebung
gegeneinander haben. Das sind aber die Bedingungen für die Entstehung eines Drehfeldes.
Der Unterschied zwischen den beiden zuletzt genannten Ausführungsformen ist im wesentlichen
der, daß bei dem Gegenstand der ersteren die das Drehfeld erzeugenden Teile fest
um das Einphasenfeld beweglich angeordnet sind, während bei der zweiten umgekehrt
dic Teile, durch die das Drehfeld entsteht, beweglich sind und das einphasige Richtfeld
fest angeordnet ist.
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Diese Umkehrung der Verhältnisse mag in Fällen, wo keine geschlossenen
:Metallmassen um das bewegliche System herum angeordnet sind, die Rotationswirkung
verhindern. Legt man aber als Schirm oder zur Verstärkung der Einstellkräfte einen
geschlossenen Eisenring um das System, so tritt sofort eine Wechselwirkung zwischen
diesem und dem
im beweglichen System erzeugten Drehfeld ein, die
das bewegliche System in Rotation zu versetzen sucht. Es wird also dabei der vorher
genannte Mangel in gewissem Maße wieder auftreten.
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Vollkommen beseitigt wird diese unerwünschte Wirkung bei solchen Instrumenten
nur dann, wenn man die Entstehung von um die Drehachse des beweglichen Systems rotierenden
Drehfeldern überhaupt verhindert. Dies wird bei der nachstehend beschriebenen Erfindung
erreicht.
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Zur Entstehung von Drehfeldern gehören bekanntlich immer mehrere in
der Phase gegeneinander verschobene Einphasenfelder, die räumlich in der Rotationsrichtung
um gewisse Winkel gegeneinander versetzt sind. Ordnet man nun mehrere an sich bekannte
Z-förmige Eisenkerne so auf einer Drehachse an, daß sie in der Drehrichtung nicht
gegeneinander versetzt sind, so kann sich durch die in ihnen erzeugten Felder, selbst
wenn sie gegeneinander phasenverschoben sind, kein Drehfeld ausbilden. Dabei ist
es nicht nötig, daß die Z-Formen alle in der gleichen Weise an der gemeinsamen Achse
angeordnet sind, wie es in Abb. r schematisch dargestellt ist, es können auch einige
umgekehrt angebracht sein, wie schematisch durch Abb. a angedeutet. Bedingung ist
nur, daß die in der Längsrichtung durch die verschiedenen Eisen gelegten mittleren
Schnitte alle in einer Ebene liegen, daß sich also in der Aufsicht alle Eisen überdecken.
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Damit nun bei einer solchen Anordnung des beweglichen Systems die
z. B. für Phasenmesser notwendigen Einstellungskräfte erzielt werden, ist es notwendig,
das feste Richtfeld in so viele gleichphasige Teile zu zerlegen, als Z-Eisen auf
der gemeinsamen Achse vorhanden sind, und diese Teilfelder in der Drehrichtung um
bestimmte räumliche Winkel zu versetzen. Dabei soll je ein festes Teilfeld auf je
einen Eisenkern einstellend wirken. Auch durch diese festen Teilfelder kann, obgleich
sie räumlich gegeneinander versetzt sind, kein Drehfeld entstehen, da sie ja untereinander
gleichphasig sind.
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Es ist also durch diese Anordnung die Ausbildung von um die Drehachse
rotierenden Drehfeldern gänzlich verhindert und damit auch die Kraft, welche das
bewegliche System in Rotation zu versetzen sucht, vollkommen beseitigt.
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Es kann jetzt auch das Ganze zur Verstärkung der Einstellkräfte oder
zur Abschirmung fremder Einflüsse von einem Eisenring umgeben werden, ohne daß das
Auftreten der vorher genannten Rotationswirkung möglich ist.
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Durch die Abb. 3 und 4 ist die neue Anordnung als Phasenmesser beispielsweise
für zwei auf der Drehachse befestigte Eisenkerne dargestellt. k, und k2 sind die
beiden parallel zueinander auf der Drehachse angeordneten Z-förmigen Eisenkerne,
die jeder, wie Abb. 4 erkennen läßt, aus mehreren Teilen, nämlich einem rohrartigen
Mittelstück und den beiden segmentartig ausgebildeten Außenteilen, zusammengesetzt
sein können. Jedes Mittelstück eines Kernes wird von den Windungen fest und konzentrisch
zur Drehachse angeordneter Wicklungen w, und w2 umschlungen, die von verschiedenphasigen
Wechselströmen gleicher Frequenz durchflossen werden. Die festen Spulen a, und a2,
bl, und b2 bilden Wicklungspaare A und B,
die räumlich gegeneinander (hier
z. B. go°) verdreht sind und hier hintereinandergeschaltet vom selben Strom durchflossen
werden, so daß die Felder gleichphasig sind. Das Ganze kann zur Verstärkung der
Drehkräfte und zum Schutze gegen Beeinflussung durch fremde Felder noch von einem
oder mehreren Eisenringen e, und e2 umgeben sein.
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Die beschriebene Anordnung bringt noch einen anderen Vorteil mit sich.
Der Skalenverlauf ist bei solchen Instrumenten außer von der Form der Eisenkerne
noch von der Phasenverschiebung zwischen den die Eisenherne magnetisierenden Strömen
und von der Größe des räumlichen Versetzungswinkels der aktiven Felder abhängig.
Will man durch Verändern des Versetzungswinkels den Skalenverlauf beinflussen, so
ist dies bei dieser Erfindung ohne Störung des beweglichen Systems leicht möglich,
indem einfach die Lage der festen Wicklungen gegeneinander verändert wird. Sind
dagegen die verschiedenen Eisenkerne auf der gemeinsamen Achse gegeneinander versetzt,
so würde bei einer Veränderung dieser Versetzung jedesmal die Ausbalancierung des
beweglichen Systems gestört.
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Man kann auch zwei Eisenkerne zu einem vereinigen, wenn man sich die
beiden Z-Eisen in entgegengesetzter Richtung auf der Achse befestigt und so aneinandergerückt
denkt, daß sich die beiden nach derselben Seite stehenden Flügel zu einem vereinigen,
so daß ein Eisen von der Form, wie es durch Abb. 5 dargestellt ist, entsteht.
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Dasselbe Instrument kann außer zur Phasenmessung auch zur Bestimmung
anderer Größen benutzt werden, wenn man die verschiedenen Felder in die richtigen
Beziehungen zu der Meßgröße bringt. Wenn z. B. bei einem Instrument mit zwei Eisenkernen
auf der Drehachse der eine Kern durch die ihm zugehörende konzentrische Wicklung
von einem Wechselstrom, dessen Größe und evtl. auch Phase in einem Sinne von der
Frequenz
abhängig ist, der andere Kern dagegen durch seine konzentrische
Wicklung von einem Wechselstrom, dessen Größe und evtl. Phase im anderen Sinne von
der Frequenz. abhängig ist, magnetisiert wird, und wenn die Richtfelder durch einen
Strom von der gleichen Frequenz erzeugt werden, so mißt der Apparat die Frequenz.
Die festen Richtfelder können auch statt durch Wicklungen durch permanente Magnete
erzeugt werden. Wenn dann in der einen konzentrischen Wicklung ein der Spannung
an einem Widerstande proportionaler Strom, in der anderen konzentrischen Wicklung
der im Widerstand fließende Strom auftritt, mißt das Instrument den Widerstand.