DE52793C - Elektricitätszähler für Wechselströme - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Gegenstand dieser Erfindung bildet ein Elektricitätszähler für Wechselströme, welcher die Aufgabe hat, die in einem Stromkreise während einer beliebigen Zeit verbrauchte elektrische Arbeit zu messen bezw. durch die in dieser Zeit ausgeführte Umdrehungszahl eines Drehkörpers auszudrücken.

Im Wesen besteht dieser Zähler aus einem metallischen Drehkörper (Scheibe, Cylinder u. s. w.), welcher der Einwirkung zweier in ihren Phasen gegen einander verschobener Magnetfelder oder zweier Gruppen von solchen ausgesetzt wird; die Verschiebung der Phasen wird hierbei dadurch erzielt, dafs das eine Feld oder die eine Gruppe von Feldern vom Hauptstrom erzeugt wird, während das andere Feld oder die andere Gruppe von Feldern durch eine Spule von sehr grofser Selbstinduction erregt wird, die man von zwei Punkten des Stromkreises, zwischen denen die verbrauchte Arbeit ,gemessen werden soll, abzweigt. Die magnetischen Felder sind jedoch, im Gegensatz zu der bekannten Anordnung von Ferraris, in der Masse des Drehkörpers nicht gekreuzt, sondern durchsetzen unabhängig von einander verschiedene Theile desselben.
. Fig. .1 und 2 zeigen' eine einfache Form dieses Zählers mit zwei magnetischen Feldern.

Der Drehkörper, welcher der Einwirkung der zwei in ihren Phasen gegen einander verschobenen Felder H und N ausgesetzt wird, hat hier die Form einer Scheibe M, die aus einem beliebigen Metall, wie Kupfer, Eisen, Aluminium, Neusilber oder dergleichen hergestellt sein kann. Wenn die Bewickelung des Elektromagneten H in den Hauptstrom und die des Elektromagneten N in Nebenschlufs geschaltet wird (s. Fig. 3), wo A eine Wechselstromquelle bedeutet und L parallel geschaltete Stromverbraucher sind, so geräth die Scheibe M in Drehung. Die Drehungsrichtung ist durch die Einschaltungsweise der beiden Elektromagnete bestimmt; sind beide so eingeschaltet, dafs die Kraftlinienrichtung ohne Phasenverschiebung in beiden dieselbe wäre, so erfolgt die Drehung vom Hauptstrommagneten zum Nebenschlufsmagneten; bei entgegengesetzter Schaltung ist auch die Drehrichtung die entgegengesetzte.

Die Umdrehungszahl wird an einem geeigneten Zählwerk U abgelesen.

Die Erklärung dieser Drehung ist folgende: Sowohl der Elektromagnet N, als auch der Elektromagnet H erzeugen infolge des Wechsels der erregenden Ströme _ in der Scheibe M Wirbelströme (auch Foucault - Ströme genannt). Der ungefähre Verlauf der Ströme ist in den Fig. 4 und 5 durch die punktirten Bogenlinien FH und FJV angedeutet. Wenn nun der erregende Widerstand der Nebenschlufsbewickelung N gegen den Ohm'sehen derselben sehr grofs ist, so ist die Phase der Magnetisirung derselben gegen die des Hauptstrommagneten H um beinahe Y₄ Wellenlänge verschoben, wie in Fig. 6 und 7 dargestellt, wo ZH die Welle der Hauptstrommagneti-

sirung und ZN die der Nebenschlufsmagnetisirung bedeutet. Fig. 6 zeigt den Fall, wo beide Magnete die oben angedeutete scheinbar gleiche Polarität haben; in diesem Falle bleibt die Phase des Nebenschlufsmagneten N gegen die des Hauptstrommagneten H zurück; folglich bleibt auch die Phase der von ersterem erzeugten Wirbelströme (durch die punktirte Wellenlinie FN dargestellt) gegen die Phase der vom zweiten erregten Wirbelströme FH um beinahe Y₄ Wellenlänge zurück, d. h. wenn die Wirbelströme der einen Ordnung auf dem Höhepunkt ihrer Stärke sind, so sind die anderen auf ο und umgekehrt. Die höchsten Werthe der Wirbelströme FH und FJV fallen jedoch annähernd mit denen der Magnetisirung Z N und ZH zusammen; wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, und zwar so, dafs die Wirbelströme F H von dem Magneten JV immer angezogen (Fig. 5, Pfeil 1) und die Wirbelströme FN von dem Magneten H immer abgestofsen werden (Fig. 4, Pfeil 1), d. h. die Drehung ist in der Richtung von H nach N eine bestimmte und stetige.

Fig. 7 zeigt den Fall, wo die zwei Elektromagnete auf scheinbar entgegengesetzte Polarität geschaltet sind; aus dieser ,Figur sieht man auch, dafs die Wirbelströme FH von dem Magneten abgestofsen und die Wirbelströme FN von dem Magneten H angezogen werden; die Bewegungsrichtung ist daher die des punktirten Pfeiles 2 in Fig. 4 und 5.

Die Drehung der Scheibe durch die. beiden Magnetfelder hindurch erzeugt in der Scheibe selbst wieder Wirbelströme, deren Verlauf aus den Fig. 8 und 9 ersichtlich ist. . Diese Wirbelströme B H und B N trachten die Scheibe M zu bremsen, da zur Erzeugung derselben eine gewisse Arbeitsleistung erforderlich ist, welche der Anziehung bezw. Abstofsung der Felder N und if auf die Wirbelströme FH und FN entnommen wird; die Umdrehungszahl der Scheibe wird sich immer so einstellen, dafs der Arbeitsaufwand der Arbeitsleistung gleich ist.

Wie schon erwähnt, kann man statt zweier einfacher Felder auch zwei Gruppen von Feldern auf die Scheibe wirken lassen. Fig. 10 und 11 zeigen beispielsweise eine Anordnung mit zwei Hauptstromfeldern H¹ H² und zwei Nebenschlufsfeldern JV¹ IV², damit die anziehenden und abstofsenden Wirkungen der Felder H¹H²N¹N² auf die in den beiden Hälften der Scheibe entstehenden Wirbelströme F N₁ und FN₂, Fig. 12, und FH₁ und FH₂ in Fig. 13 sich addiren, müssen die zu-derselben Gruppe gehörigen Elektromagnetspulen auf entgegengesetzte Kraftlinienrichtung geschaltet sein; z. B. wenn die Kraftlinien von H¹ von oben durch die Scheibe hinuntergehen, so müssen die Kraftlinien von H² von unten durch die Scheibe heraufkommen. Aus diesem Grunde kann man für solche Gruppenanordnungen mit Vortheil Elektromagnete von den in Fig. 14, 15 und 16 dargestellten Formen anwenden. In Fig. 14 dienen je zwei zur Scheibe symmetrisch liegende Elektromagnete zur Erzeugung von je einer Feldgruppe. In Fig. 15 und 16 ist je einer dieser Elektromagnete durch ein unbewickeltes Schlufsstück S¹ und S² ersetzt; während jedoch in Fig. 15. beide Elektromagnete auf der einen Seite der Scheibe liegen und beide Schlufsstücke auf der anderen^ sind in Fig. 16 auf der einen Seite ein Elektromagnet und ein Schlufsstück und auf der anderen Seite der zu diesem Schlufsstück gehörige Elektromagnet und das zu jenem Elektromagneten gehörige Schlufsstück angeordnet.

Die äufsere Form der magnetische'n Felder kann in sehr verschiedener Weise ausgeführt werden, ohne das Wesen dieses Zählers zu beeinträchtigen. Beispielsweise ist noch eine zweischenklige Form in Fig. 17 und 18 dargestellt. In jedem Falle müssen die Felder H und N von einander unabhängig sein und mit einander nirgends zusammenhängen, d. h. dieselben dürfen sich nirgends . kreuzen und in keinem ihrer Theile gemeinsam verlaufen.

Anstatt einer Scheibe kann ein beliebiger anderer Drehkörper verwendet werden, z. B. eine Hohltrommel; Fig. 19 zeigt einen Zähler, in welchem zwei über einander angeordnete zweifache Felder H¹ und H², N¹ und JV² auf eine metallische Hohltrommel M einwirken. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist genau dieselbe, wie die der früher beschriebenen. Die wirksamen und bremsenden Wirbelströme verlaufen hier in der Mantelfläche der Hohltrommel, in deren Innern eine oder mehrere untertheilte Eisenmassen 5 untergebracht sind, um den magnetischen Widerstand der Felder H und JV zu verringern. Diese Eisenmassen sind zweckmäfsig festliegend, können sich indessen auch mit dem Drehkörper drehen.

Die Form und Zahl der magnetischen Felder kann hier ebenso abgeändert werden, wie bei den früher beschriebenen Anordnungen. Beispielsweise ist noch in Fig. 21 eine Abänderung mit zwei Paar Magneten, d'. h. mit acht Feldern H¹ bis H¹ und JV¹ bis JV⁴ dargestellt.

Dieser Elektrizitätszähler soll die Eigenschaft haben, dafs die Umdrehungszahl seines Drehkörpers innerhalb weiter Grenzen der verbrauchten Kraft proportional bleibt.

Anstatt den ganzen Hauptstrom durch die. Vorrichtung gehen zu lassen, kann man auch in bekannter Weise einen zum Hauptstrom proportionalen Strom benutzen, indem man den Strom für den Zähler den Enden eines festen Widerstandes entnimmt, der vom Hauptstrom durchlaufen wird; ebenso kann man

sowohl Hauptstrom als Nebenschlufsstrom zuerst umwandeln und dann erst in den Zähler einleiten.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   In einem Elektricitätszähler_/ für Wechselströme die Verwendung zweier unzusammenhängender und unabhängiger magnetischer Felder N und H oder mehrerer Gruppen solcher Felder, von denen das oder die Felder H nüt vom Hauptstrom oder von einem zu diesem proportionalen Strom und das oder die Felder N nur im Nebenschlufs oder proportional hierzu erregt werden, in der Weise, dafs beide auf einen metallischen Drehkörper stromerregend und bewegend einwirken.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.