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Vorrichtung zur Messung eines elektrischen Gleichstromes hoher Stärke
mit Hilfe eines diesen Strom umschließenden magnetischen Kreises und eines im Kraftfluß
dieses magnetischen Kreises sich drehenden induzierten Läufers Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Messung eines elektrischen Gleichstromes hoher Stärke, die
auf der Anwendung eines induzierten Läufers beruht, der sich in einem von dem zu
messenden Strom erregten Magnetfeld dreht. Eine derartige Vorrichtung, deren Wirkungsweise
in der französischen Patentschrift 626 436 und den zugehörigen Zusatzpatentschriften
näher erläutert ist, gibt die Zeichnung in schematischer Darstellung wieder.
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Gemäß der Zeichnung ist der Leiter A, der von dem zu messenden Strom
durchflossen ist, von dem magnetischen Kreis C umgeben, der aus einem Eisenring
besteht. Dieser Ring magnetisiert sich in einem bestimmten Maße, und sein Kraftfluß
ist eine Funktion des Stromes im Leiter A. Ein kleiner induzierter Läufer D, der
im Luftspalt E des Ringes C angeordnet ist, dreht sich mit konstanter Geschwindigkeit
und erzeugt eine EMK, die eine Funktion des Kraftflusses im magnetischen Kreis C
ist. Die den Ring C umgebende Wicklung B wird mit einem Ausgleichsgleichstrom von
einer geeigneten Stromquelle aus beschickt, und man regelt die Stärke dieses Hilfs-
oder Ausgleichsstromes, bis der Kraftfluß im Kreis C aufgehoben ist. Wenn man an
den Läufer D einen empfindlichen Spannungsmesser anschließt und diesen durch entsprechende
Regelung des Stromes der Wicklung B auf Null einstellt, erhält man einen bestimmten
Wert der Stromstärke in der Wicklung B, der ein Maß für die Stromstärke im Leiter
A gibt.
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Man erhält mit dieser bekannten Einrichtung auf diese Weise ein Differentialamperemeter.
Außerdem hat man auch ein direkt anzeigendes Amperemeter, wenn man den die regelbaren
Amperewindungen liefernden Hilfsstromkreis nicht verwendet und die Spannung an den
Klemmen des Läufers abliest, dessen Geschwindigkeit als konstant angenommen ist.
Die Meßgenauigkeit sowohl des Differentialamperemeters wie des direkt anzeigenden
Amperemeters ist abhängig von der Symmetrie, mit welcher der Hauptleiter vom Strom
durchflossen ist, sowie von der Symmetrie der Lage dieses Leiters gegenüber dem
magnetischen Kreis der Anordnung und von der Symmetrie dieses magnetischen Kreises
selbst.
Die Meßgenauigkeit des Differentialamperemeters hängt ferner
von der Gleichmäßigkeit der Verteilung des elektrischen Hilfsstromkreises ab, ist
aber unabhängig von den Geschwindigkeitsänderungen des Läufers, da die Messung nach
der Nullmethode ausgeführt wird. Bei dem direkt anzeigenden Amperemeter dagegen
hängt die Genauigkeit der Messungen von der Geschwindigkeit des Läufers ab.
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In der Praxis verfügt man im allgemeinen nicht über einen symmetrischen
und gleichförmig von dem zu messenden Strom durchflossenen Hauptleiter, vielmehr
tritt sehr häufig der Fall auf, daß dieser Leiter in Wirklichkeit ein Bündel von
Stäben ist, von denen einige sehr stark und andere weniger oder gar nicht mit Strom
belastet sind. Auch ist es, selbst wenn ein einziger symmetrischer und gleichförmig
vom Strom durchflossener Leiter vorhanden ist, sehr schwierig, das Amperemeter genau
symmetrisch iim ihn anzuordnen. Ferner besteht wegen des Luftspaltes am Läufer eine
weitere große praktische Schwierigkeit darin, den Magnetkreis des Amperemeters symmetrisch
zu gestalten.
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Außerdem ist es für das Differentialamperemeter häufig wegen des Vorhandenseins
des Läufers unmöglich, eine ganz gleichmäßige Verteilung des elektrischen Hilfsstromkreises
auszuführen, und in vielen praktischen Fällen ist es lästig und zeitraubend, mit
Hand den Strom in dem elektrischen Hilfs- und Ausgleichsstromkreis zu regeln. Für
das direkt anzeigende Amperemeter ist es überdies notwendig, die Geschwindigkeit
des Läufers konstant zu halten.
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Die Erfindung bezweckt die eingangs gekennzeichnete Meßvorrichtung
in der Weise zu verbessern, daß diese Übelstände der Unsymmetrien der praktischen
Anwendung vermieden werden. Diese sowohl für das Differentialamperemeter wie auch
das direkt anzeigende Amperemeter wirksame Verbesserung besteht erfindungsgemäß
darin, daß der magnetische Kreis aus einem inneren magnetischen Ring, dessen Kraftfluß
allein den Läufer beeinflußt, und einem oder mehreren diesen Ring mit Abstand umgebenden
und allseitig umschließenden sowie gegenseitig durch Luftzwischenräume getrennten
magnetischen Mänteln oder Ringen gebildet wird.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß die Störungswirkung, die durch
die Unsymmetrie der Verteilung des zu messenden Stromes und die Unsymmetrie der
Lage des von diesem Strom durchflossenen Leiters gegenüber dem Magnetkreis des Amperemeters
sowie durch die Unsymmetrie dieses Magnetkreises und ferner die Unsymmetrie der
Verteilung der Windungen des elektrischen Hilfs- oder Ausgleichsstromkreises hervorgerufen
wird, insbesondere an dem äußeren magnetischen Mantel oder Ring auftritt und sich
weniger an dem nächstfolgenden Ring geltend macht sowie bei dem innersten magnetischen
Ring praktisch verschwindet.
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Um eine genaue Messung zu erzielen, genügt es dann, den Läufer lediglich
in einer im innersten Ring vorgesehenen Höhlung umlaufen zu lassen. Im Falle des
direkt anzeigenden Amperemeters kann man Luftzwischenräume sowohl im innersten magnetischen
Ring wie auch in den diesen umgebenden Ringen oder Mänteln vorsehen, um die übermäßige
Sättigung des Eisens zu verhindern. Die Luftspalten können in der Richtung eines
zur Achse des magnetischen Kreises senkrechten Querschnittes vorgesehen sein.
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Die den inneren Ring umschließenden Ringe sind in ihrer Wirkung -nicht
mit den bei den gewöhnlichen elektrischen Meßgeräten vorgesehenen magnetischen Schirmen
zu vergleichen, die ganz oder teilweise die Gesamtheit des magnetischen und des
elektrischen Kreises des Gerätes umhüllen, während die magnetischen Ringe nach der
Erfindung selbst von den elektrischen Stromkreisen umfaßt sind. Die üblichen magnetischen
Schirme sind nicht magnetisiert oder sie sind es nur teilweise durch äußere Felder,
während der Hauptmagnetkreis des geschützten Meßgerätes ganz magnetisiert sein kann.
Anordnungen bei Transformatoren zur Behebung der Unsymmetrie von mehreren innerhalb
des Kernes angeordneten Leitern mittels eines magnetischen Schutzbleches, das zwischen
den Leitern und dem Kern angeordnet ist, sind bekannt. Die magnetischen Außenringe
der Vorrichtung nach der Erfindung, die den den Läufer beeinflussenden Ring allseitig
umgeben, sind ebenso wie der innere Ring magnetisiert, in dessen Kraftfluß der Läufer
sich dreht. Die Anordnung nach der Erfindung stellt eine von den bekannten magnetischen
Schutzschirmen verschiedene Art des Schutzes einer Meßvorrichtung für hohe Stromstärken
dar.
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Die Erfindung bezweckt fernerhin auch der Tatsache Rechnung zu tragen,
daß bei Verwendung der eingangs geschilderten Vorrichtung als direkt zeigendes Amperemeter
die Geschwindigkeit des Läufers D möglichst konstant gehalten werden muß. Um von
dieser Notwendigkeit frei zu werden und die ganze Meßvorrichtung zu vereinfachen,
kann man erfindungsgemäß den Läufer D Wechselspannungen in der Art eines Wechselstromerzeugers
liefern und Stromkreise mit großer Selbstinduktion und geringem Widerstand speisen
lassen. Der Wechselstrom in diesen
Stromkreisen ist dann proportional
dein induzierenden Kraftfluß und somit auch dem m1 messenden Strom und praktisch
unabhängig von der Drehgeschwindigkeit des Läufers D. Man braucht daher nur diesen
Wechselstrom zu messen, um ein Maß für die Stromstärke im Leiter A zu haben.
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Wenn man ein Milliamperemeter für Gleichstrom wegen seiner hohen Empfindlichkeit
verwenden will, kann man den Wechselstrom auf irgendeine geeignete Weise, z. B.
durch einen auf die Achse des Läufers D gesetzten Kollektor oder sonst einen Wandler,
in Gleichstrom umwandeln. In diesem Falle erhält der Läufer eine bestimmte Zahl
von Schleifringen und einen kleinen Kollektor, und die Bürsten der Schleifringe
werden an Selbstinduktionsspulen und die Bürsten des Kollektors an das Gleichstrommilliamperemeter
angeschlossen.