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Verfahren zur Beseitigung der Drehfeldabhängigkeit von Drehstromzählern
Die Erfindung setzt einen Drehstromzähler voraus mit wenigstens zwei auf einen gemeinsamenAnker
einwirkenden,wenigstens annähernd diametral angeordneten Triebsystemen. Es ist bekannt,
daß bei solchen Zählern nicht nur durch das Zusammenwirken des Stromtriebflusses
und des Spannungstriebflusses des gleichen Systems, sondern auch durch das Zusammenwirken
des Stromtriebflüsses dieses Systems mit dem Spannungstriebfluß des anderen Systems
Drehmomente auf den Anker ausgeübt werden. Durch das Zusammenwirken der beiden Spannungstriebflüsse
kann wegen der diametralen Anordnung. der Pole kein Drehmoment zustande kommen.
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Der vom Stromtriebfluß des einen Systems und vom Spannungstriebfluß
des anderen herrührende Anteil des Drehmoments fälscht die Messung, und zwar ruft
er zweierlei Fehler hervor: einen Fehler in dem Absölutwert des Gesamtdrehmoments
und einen Phasenfehler, der bewirkt, daß der Zähler bei einer anderen Phasenverschiebung
zwischen Spannung und Strom stehenbleibt, 'als es der inneren Abgleichung des Triebsystems
entspricht. Die erste Fehlerart, die nur unerheblich ist, kann leicht durch die
üblichen Mittel, z. B. durch Verstellen des Bremsmagnets, ausgeglichen werden. Schwierigkeiten
macht dagegen die Beseitigung der zweiten Fehlerart. Man hat sich bisher dadurch
zu helfen versucht, daß man die innere Abgleichung der einzelnen Triebsysteme derart
veränderte, daß dieser Phasenfehler verschwand, z. B. durch Aufbringen einer Kurzschlußwicklung
auf den Spannungsmagnet des einen, durch Vorschalten eines Ohmschen Widerstandes
vor die Wicklung des anderen Spannungsmagnets.
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Dieses Ausgleichsverfahren hat aber den Nachteil, daß es nur dann
richtig wirkt, wenn die einzelnen Leiter des Drehstromnetzes in der richtigen, dem
Drehfeld entsprechenden Reihenfolge an den Zähler angeschlossen werden. Ein solcher
Zähler zeigt jedoch erhebliche Fehler, sobald die Anschlußleiter nicht cyclisch
vertauscht werden, also der Drehsinn des Drehfeldes umgekehrt wird.
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Bei dem Verfahren, das den Gegenstand der Erfindung bildet, werden
die durch das Zusammenwirken der beiden Systeme hervorgerufenen Meßfehler durch
Mittel beseitigt, die bei beiden Drehfeldrichtungen im richtigen Sinne wirken. In
an sich bekannter Weise wird den Spannungstriebflüssen der beiden Systeme durch
Phasenverschiebung aus der Normallage, und zwar bei beiden Systemen im entgegengesetzten
Sinne, eine solche Phasenlage erteilt,
daß die durch die gegenseitige
Beeinflussung der beiden Systeme entstehenden Phasenfehler gerade ausgeglichen werden.
Erfindungsgemäß wird die Wicklung des Spannungsmagnets jedes Systems außer der Einwirkung
der dazugehörigen Meßspannung noch der Einwirkung einer anderen Spannung des Drehstromnetzes
ausgesetzt. Die Phasenlage jedes Spannungstriebflusses wird deshalb nicht wie bisher
durch die Lage zweier Punkte des Drehstromvektordiagramms, nämlich die Endpunkte
des Vektors der dazugehörigen Meßspannung, sondern durch drei Pünkte dieses Diagramms
bestimmt, wie dies an Hand der Zeichnung nach näher erläutert werden soll.
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In der Abb. r der Zeichnung ist das Vektordiagramm der Spannungswicklungen
eines bekannten Drehstromzählers in Aron-Schaltung dargestellt. Die Abb. 2 zeigt
das dazugehörige Schaltbild.
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In die Phasen R und T des Drehstromnetzes RS T sind die Stromspulen
i, 2 der beiden Triebsysteme A, B eingeschaltet. Die dazugehörigen Spannungsspulen
3, 4 sind zwischen die Leiter RS und die Leiter TS geschaltet. Die Spannungsvektoren
der Klemmenspannungen der Wicklungen 3, 4 würden normalerweise, wenn die Triebsysteme
sich nicht gegenseitig beeinflußten, mit den Meßspannungen RS und TS zusammenfallen,
also die Lage 3, 4a im Diagramm der Abb. i haben. Nun soll aber zwecks Beseitigung
der durch das Zusammenwirken der beiden Systeme entstehenden Phasenfehler den Spannungstriebflüssen
eine von der normalen Abgleichung abweichende Phasenlage erteilt werden. Zu diesem
Zweck wird der Spannungstriebfluß des Systems 3 beispielsweise mit einer Kupferbrille
belastet, während der Wicklung 4 ein Ohmscher Widerstand 5 vorgeschaltet wird. Der
Spannungsvektor der Wicklung 4 (Abb. 2) wird dadurch im Diagramm der Abb. i aus
der Lage 4a in die Lage 4 gedreht. Diese Phasendrehung ist übertrieben stark hervorgehoben,
in Wirklichkeit beträgt sie bei normalen Zählern nur i bis 2'. Durch diese Maßnahmen
wird der Spannungstriebfluß des Systems A in der Phase zurückverschoben, der des
Systems B vorverschoben. In dem Diagramm der Abb. i sind die Flüsse der Einfachheit
halber weggelassen.
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Wird nun der Drehsinn des Drehfeldes vertauscht, dies kann im Diagramm
beispielsweise dadurch geschehen, daß man das Dreieck RST um die Seite TS in die
Lage R'ST klappt, so bleibt dabei die Richtung und Lage des Spannungsvektors TS
unverändert und infolgedessen auch die Richtung und Lage der Spannungsvektoren 4,
5, die nur von der Richtung und Lage des Spannungsvektors TS abhängig sind. Die
beiden letzten Vektoren nehmen deshalb zu dem umgeklappten Diagramm R'ST eine ganz
andere Lage an als zu dem Diagramm RST. Entsprechendes gilt für die Spannungstriebflösse.
Dies macht sich bei der Messung dadurch bemerkbar, daß der Zähler, der bei dem Umlaufsinn
RST des Drehfelds richtig gezeigt hat, bei dem Umlaufsinn R'ST falsch zeigt sowohl
infolge des Zusammenwirkens der beiden Triebsysteme wie infolge der erwähnten künstlich
herbeigeführten Phasenverschiebung der Spannungsflüsse aus der Normallage.
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Bei der Erfindung wird nun beispielsweise die durch den Ohmschen Widerstand
5 (Abb. i) erzeugte Phasenverschiebung des Spannungsvektors 4a in die Lage 4 durch
eine derartige Schaltung erreicht, daß beim Umklappen des Diagramms um eine Seite
sämtliche Vektoren mit umgeklappt werden, das umgeklappte Diagramm somit ein Spiegelbild
des früheren ist.
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Eine Ausführungsart des Verfahrens, unter die auch der Gegenstand
des Hauptpatents 594 $92 fällt, besteht darin, daß man die Wicklung jedes Spannungsmagnets
in eine Haupt-und Hilfswicklung unterteilt, von denen die Hauptwicklung an die dazugehörige
Meßspannung, die Hilfswicklung an eine andere Spannung des Drehstromsystems angeschlossen
wird: Zur Erläuterung ist in der Abb. 3 das Vektordiagramm einer im Hauptpatent
beschriebenen Schaltung, in Abb.4 das dazugehörige Schaltbild dargestellt.
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Der Spannungsmagnet des Systems A trägt die Hauptwicklung 3i und die
Hilfswicklung 32, der des Systems B die Hauptwicklung 41 und die Hilfswicklung 42.
Die Hilfswicklung 42 ist mit der Hauptwicklung 31, die Hilfswicklung 32 mit der
Hauptwicklung 41 in Reihe geschaltet. Da alle Wicklungen die gleiche Zeitkonstante
haben, d. h. die gleiche Phasenverschiebung zwischen Klemmenspannung und Strom,
sind das Spannungsvektordiagramm und das Amperewindungsdiagramm der Systeme ähnliche
Figuren. Die Amperewindungen der Wicklungen 31, 32 setzen sich zu den resultierenden
Amperewindungen 33, die Amperewindungen der Wicklungen 41, 42 zu den resultierenden
Amperewindungen 43 zusammen, die in der gewünschten Weise gegen die Meßspannungen
zwecks Beseitigung des Phasenfehlers verschoben sind.
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Wird nunmehr das Diagramm (Abb.3) um die Seite TS geklappt, so ändern
beispielsweise auch die Vektoren 42, 43 ihre Lage; man erhält ein spiegelbildliches
Diagramm, weil die Lage der Vektoren 42, 43 nicht bloß von der 1 Lage der einen
Spannung TS, sondern auch von der Lage der Spannung RS abhängig ist. Ein Zähler
mit dieser Schaltung zeigt deshalb stets richtig, gleichgültig, in welcher Reihenfolge
die Phasen angeschlossen sind.
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Eine weitere nicht im Hauptpatent erwähnte Schaltung ist im Vektordiagramm
in der Abb.5;
im Schaltbild in der Abb. 6 dargestellt. Auch hier
hat das Triebsytem A zwei Wicklungen 31, 32; das Triebsystem B zwei Wicklungen 41,
42. Erfindungsgemäß sind jedoch die Hüfswicklungen 32, 42 in Reihe mit einem Widerstand
6 von im wesentlichen gleicher Zeitkonstante an die von den Hauptwicklungen 31,
41 freie verkettete Spannung RT angeschlossen. Die Phasenlage der resultierenden
Vektoren 33, 43 gegen das Dreieck RS T ist dieselbe wie in- Abb.3, jedoch sind diese
Vektoren in Abb. 5 größer als die in Abb. 3. Dieser Größenunterschied kann aber
leicht durch bekannte Mittel, z. B. durch Verstellen des Bremsmagnets, ausgeglichen
werden. Auch bei dieser Schaltung ist die Reihenfolge der Anschlüßleiter gleichgültig.
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Will man - die Wicklung der Spannungsmagnete nicht unterteilen, so
verbindet man nach- einer weiteren Ausführungsaxt des Verfahrens jede Spannungswicklung
wenigstens einpolig. mit einem Punkt zwischen den Enden eines Widerstandes, der
an eine andere als die zu dieser Wicklung gehörende Meßspannung, insbesondere an
die. der Meßspannung im Diagramm folgende Spannung des Drehstromsystems, angeschlossen
ist. Man braucht diesem Widerstand nicht die gleiche Zeitkonstante zu geben wie
.der angeschlossenen Spannungswicklung, wenn man ihn so bemißt, daß der in die Spannungswicklung
abgezweigte Teilstrom, verhältnismäßig klein ist gegen den den Widerstand durchfließenden
Gesamtstrom. Man muß aber dann einen hohen Eigenverbrauch des Zählers mit in Kauf
nehmen. Dieser Nachteil fällt fort, wenn man dem Widerstand die gleiche Zeitkonstante
gibt.
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Das Vektordiagramm einer derartigen Schaltung ist in Abb.7, das dazugehörige
Schaltbild in Abb.8 dargestellt. Die Spannungswicklung 3 des Systems A ist zwischen
die Phase R und den Punkt 34 des Widerstandes 35, die Wicklung 4 des Systems B zwischen
die Phase T und den Punkt 44 des Widerstandes 45 eingeschaltet. Die Widerstände
35, 45 @können fortgelassen und durch einen wesentlich kleineren Widerstand ersetzt
werden unter gleichzeitiger Herabsetzung des Eigenverbrauchs, wenn man, wie die
Abb. 9 und =o zeigen, die Spannungswicklung des einen Systems zu einem Teil des
für den Anschluß des zweiten Systems erforderlichen Widerstandes macht. Hier sind
die Wicklungen 3, 4 mit den einen Polen an die Phasen RT, mit den anderen Polen
gemeinsam an das eine Ende des Widerstandes 7 ange= schlossen, dessen anderes Ende
mit der Phase S verbunden ist. Der Widerstand 7 hat die gleiche Zeitkonstante wie
die Widerstände der Wicklungen 3, 4.
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Die Widerstände 6, 7, 35, 45 können innerhalb oder außerhalb des Zählers
untergebracht werden. Die beschriebenen Schaltverfahren sind für Wirkverbrauch-,
Blindverbrauch- und Mischverbrauchzähler verwendbar;. nur muß dann immer die Zeitkonstante
der Widerstände entsprechend den Zeitkonstanten der Spannungswicklungen geändert
werden. So müßte z. B. bei der Schaltung nach Abb.5 und 6 beim Wirkverbrauchzähler
der Widerstand 6 eine Drosselspule, beim Blindverbrauchzähler je nach der Art der
inneren Abgleichung ein Ohmscher Widerstand oder ein gemischter Widerstand sein
Das Verfahren ist auch für Drehstromvierleiterzähler geeignet und hier sogar noch
leichter und in größerer Mannigfaltigkeit ausführbar, weil hier außer den -verketteten
Spannungen noch die Phasenspannungen zur Verfügung stehen. Es wird hier also beispielsweise
der Spannungsmagnet einer bestimmten Phase nicht nur der Einwirkung der dazugehörigen
Phasenspannung, sondern auch der Einwirkung einer anderen Phasenspannung oder einer
anderen verketteten Spannung des Drehstromsystems ausgesetzt, in der Weise, daß
der gewünschte Ausgleich der durch das Zusammenwirken mehrerer Systeme entstehenden
Phasenfehler erfolgt.
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Bei den angeführten Ausführungsbeispielen ist eine diametrale Anordnung
zweier auf eine gemeinsame Scheibe einwirkender Triebsysteme der Einfachheit halber
vorausgesetzt; ebensogut läßt sich die Erfindung auch auf Zähler mit anderer Triebsystemanordnung
anwenden; nur muß dann auch das durch das Zusammenwirken der Spannungstriebflüsse
verschiedener Systeme entstehende zusätzliche Drehmoment ausgeglichen werden. Mittel
zu diesem Ausgleich sind aber bekannt und brauchen deshalb nicht besonders erläutert
zu werden.