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Phasenmesser mit beweglichem Eisenankersystem für nicht ausgeglichene
Dreiphasennetze Für Zwei- oder Dreiphasenstromkreise sind Phasenmesser mit drehbarem
Eisenanker bekannt, bei denen der Eisenanker die Form eines Z hat. Der dem Steg
des Z entsprechende Teil des Ankers liegt ungefähr parallel zur Drehungsachse des
beweglichen Systems, während die beiden Schenkel, die den Flanschen des Z entsprechen,
senkrecht dazu stehen. Der Eisenanker wird magnetisiert durch eine feste Spule,
deren Achse zusammenfällt .mit derjenigen des drehbaren Systems; die Wicklung der
Spule wird gewöhnlich von einer Stromstärke durchflossen, die proportional ist einer
der Spannungen des Stromkreises, von dem man die Größe cos p mißt. Ferner sind zwei
weitere Spulen - bei Zweiphasenstromkreisen - oder drei solcher Spulen - in Dreiphasennetzen
- vorgesehen, die unter sich in den Winkeln von n/2 oder 2 Z/3 stehen, gewöhnlich
durchflossen werden vom Netzstrom oder von Strömen, die proportional zu diesem sind
und ein radial liegendes magnetisches Drehfeld induzieren.
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Die Wirkung dieses Feldes auf den magnetisierten Eisenanker erteilt
diesem eine Lage, die abhängt von cos 99.
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Diese Bauart eines Phasenmessers bietet den Vorteil, einen Meßbereich
von 36o' zu gewähren sowie die Reibungskräfte zu vermindern, so daß diese letzteren
fast völlig vernachlässigt werden können, um so mehr, als das drehbare System sehr
viel leichter gemacht werden kann als bei anderen Bauarten von Phasenmessern.
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Aber ein Apparat dieser Art, also die meisten der gegenwärtig in Betrieb
befindlichen Phasenmesser, sind nur für den Fall geeignet, wo Spannungen und Stromstärken
ausgeglichen sind.
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Nun ist es bekannt, daß zwar die Spannungen praktisch ausgeglichen
sind, während die Stromstärken es im allgemeinen nicht sind. In diesem Fall ergibt
ein Phasenmesser der vorbeschriebenen Bauart einen nur schlecht definierten cos
9p.
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Wenn man die Spule, die den Anker magnetisiert, mit einem der- Ströme
des Netzes speist und die anderen Spulen mit Strömen, die proportional dazu sind
und in Phase mit den Spannungen, so mißt der Phasenmesser die Phasenverschiebung
des Nutzstromes gegenüber der entsprechenden Spannung oder gegenüber einer anderen
geeigneten Spannung.
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Man kann aber mit zwei oder mehr Eisenankern, die miteinander sich
drehen, und mit einer' geeigneten Anzahl von festen Spulen einen Phasenmesser herstellen,
der den cos 99 mittels eines Zweiphasen- oder Dreiphasenstromes mißt.
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Die vorliegende Erfindung gibt nun eine sehr viel einfachere Lösung
des Problems dadurch, daß ein drehbares System mit zwei
Eisenankern
verwendet wird, deren jeder durch eine besondere Spule magnetisiert wird. Die zwei
Anker drehen sich dabei in einem einheitlichen Magnetfeld, das erzeugt wird durch'
drei geeignete, fest angebrachte Spulen.
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Die Erfindung betrifft einen Phasenmesser' mit beweglichem Eisenankersystem
für nicht ausgeglichene Dreiphasennetze, dessen Anker die Form eines Z haben, von
fest angebrachten Spulen magnetisiert werden und unter der Wirkung eines einzigen
Spulensystems stehen, das ein auf alle Anker ein Drehmoment ausübendes Magnetfeld
hervorruft, und sie besteht darin, daß das Spulensystem aus drei von je einer Phase
gespeisten Spulen besteht, während das Ankersystem aus zwei gleichachsigen Eisenankern
zusammengesetzt ist, die je durch eine Phase eines, z. B. durch die Scottsche Schaltung,
aus dem Dreiphasennetz abgeleiteten Zweiphasennetzes magnetisiert sind.
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Es ist zwar das Gerät und die Schaltung je für sich bekannt. Die Anwendung
dieser bekannten Schaltung bei den an sich ebenfalls bekannten Geräten bringt aber
besondere und eigenartige Vorteile, die darin bestehen, daß der Phasenmesser auch
auf nicht ausgeglichene dreiphasige Netze angewendet werden kann lind daß er trotzdem
nur mit zwei Ankern (an Stelle von deren drei) auskommt. Das bedeutet eine erhebliche
Vereinfachung, die bei der praktischen Anwendung zu einer Raum-und Materialersparnis
führt. Das Drehfeld dagegen wird durch drei Spulen erzeugt, was wieder den Vorteil
einer besseren Gleichförmigkeit des Feldes mit sich bringt und wodurch ein Übersetzungsverhältnis
erzielt wird, das dem Wert 99 praktisch proportional ist.
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In Fig. i und 2 ist beispielsweise ein Phasenmesser nach der Erfindung
für ein Dreiphasennetz schematisch dargestellt mit zwei Eisenankern, die um 9o °
gegeneinander versetzt sind und magnetisiert werden durch zwei Spulen, die durchflossen
sind von Strömen, die proportional zu zwei diphasischen Spannungen verlaufen. Die
Schaltung ist aus Fig.3 ersichtlich, es ist hierbei das Scott-System angenommen.
Das Magnetfeld, in dem die Anker sich befinden, wird mit Hilfe von drei Spulen erhalten,
die von den Netzströmen durchflossen sind.
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Fig. i ist ein Schnitt durch die Achse des Phasenmessers, Fig. 2 eine
Teilansicht von oben. F1, F'1 und F2, F'2 sind die Flügel der beiden Anker, deren
Ankerkörper von Rohren aus Eisen Cl, C2, die Achse des beweglichen Systems . umgebend,
gebildet werden. b, b' sind die Spulen, die die Eisenanker magnetisieren.
B1, B2, B3 sind die Spulen, die das Magnetfeld erzeugen, in dem sich die
Anker bewegen. D ist eine metallene Scheibe, im allgemeinen aus Kupfer oder Aluminium
bestehend, die sich in dem Luftspalt eines oder mehrerer Magnete A dreht. A1 ist
der Zeiger, c, c' sind Gegengewichte, S ist der Sockel des Apparates, P sind Pfeiler,
die die Scheibe mit der Teilung g und den Deckel tragen. E und F sind eiserne Wandungen,
.die den eigentlichen Phasenmesser einschließen ünd den Einfluß äußerer Magnetfelder
ausschalten, insbesondere denjenigen der Magnete A.
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Fig. 3 zeigt das Schaltungsschema des Phasenmessers nach der Erfindung
in einem Dreiphasennetz: i, 2 und 3 sind die Netzleitungen, TI, T2 und T3 die Sekundärspulen
von drei Stromwandlern, P, P' die Primärspulen und s, s' die Sekundärspulen von
zwei Spannungswandlern T und T'. p1 und P2 sowie s1 und s2 sind Primär-
und Sekundärspulen eines Scott-Systems Sc. b und b' sind die beiden Spulen, die
die Eisenanker magnetisieren und Bi, B2 und B3 die drei Spulen, die das Magnetfeld
erzeugen.
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Die Wirkungsweise des Phasenmessers ist leicht zu verstehen. Der Einfachheit
halber sei angenommen, daß die Spannungen ausgeglichen sind und die Wicklungen b,
b' speisen, die die Eisenanker nach der Umwandlung in Zweiphasenstrom magnetisieren.
Jeder Anker unterliegt einer veränderlichen Magnetisierung, die zerlegt werden kann
in zwei rotierende Magnetisierungen, die gegenüber dem Anker mit einer Geschwindigkeit
w umlaufen, die gleich ist dem Wechsel der Spannungen und in doppeltem Sinn entgegengesetzt.
Mit anderen Worten, jeder Anker wirkt wie zwei Magnete, die sich im entgegengesetzten
Sinn gegenüber dem Ankerkörper drehen. Das magnetische Moment jedes dieser Magnete
ist proportional dem effektiven Wert U der Spannungen.
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Das Stromsystem, das als nicht ausgeglichen angenommen werden mag,
erzeugt in den drei festen Spulen B1, B2 und B3 (Fig. 3) zwei in entgegengesetztem
Sinn sich drehende Magnetfelder, deren eines der direkten Komponente Id und deren
anderes der umgekehrten Komponente I1 proportional ist.
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Für jeden Anker ergibt die Wirkung eines sich drehenden Magnetfeldes
auf die Magnetisierung, die im entgegengesetzten Sinn umläuft, ein mittleres Drehmoment
Null, während die Wirkung auf das Feld, das in demselben Sinn umläuft, ein konstantes
Drehmoment ergibt.
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Wenn 0d der Winkel ist, den das von der direkten Komponente des Stromes
erzeugte Drehmoment mit der Magnetisierung einschließt, die in, demselben Sinne
umläuft, so wird das Drehmoment des Feldes, das von der Komponente Id auf die Magnetisierung
irgendeines der beiden, in demselben Sinne umlaufenden Anker erzeugt wird, proportional
UId sin O,1 sein, wobei beide Drehmomente gleich sind.
Wenn dagegen
die beiden, durch. die Wirkung des umgekehrten Feldes auf die beiden Anker hervorgerufenen
Drehmomente gleich und die Vorzeichen entgegengesetzt sind, so wird jedes Drehmoment
proportional UIZ sin O= sein (wobei O= der Winkel ist, den das durch die umgekehrte
Stromkomponente hervorgerufene Feld mit der Magnetisierung des einen, im gleichen
Sinn umlaufenden Ankers einschließt). .
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Das resultierende Drehmoment ist daher proportional UId sin 0d, und
da kein entgegengesetzt gerichtetes Drehmoment entsteht, so nehmen die Anker diejenige
Stellung ein, in welcher Od = o ist.
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Nun aber hängt die Größe 0d von der Phasenverschiebung Pd zwischen
der direkten Komponente eines der Ströme und der zugehörigen Spannung ab, und es
ist bekannt, daß in einem Stromkreis, dessen Spannungen ausgeglichen sind, während
die Ströme möglicherweise nicht ausgeglichen sind, cos Td den cos 99 des Stromkreises
darstellt. Mit einem Wort, der Apparat kann nach cos 99 geteilt werden.