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Magnetischer Nebenschluß für Stromeisen von Induktionszählern od.
dgl.
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Bei Elektrizitätszählern und anderen Meßgeräten werden häufig sogenannte
magnetische Nebenschlüsse verwendet, die einen Teil des Flusses der Triebmagnete
vom Meßgeräteanker abziehen und dadurch für die Drehmomentsbildung unwirksam machen.
Bei den Spannungstriebmagneten von Elektrizitätszähllern werden z. B: solche Nebenschlüsse
verwendet, um dem Spnnungstriebfluß eine bestimmte Phasenlage gegenüber der erregenden
Spannung zu geben. Zu einem ähnlichen Zweck, nämlich um den Stromtriebfluß in eine
gewisse Phasenlage gegenüber dem Hauptstrom zu zwingen, wird bei einigen Blindverbrauchszählern
am Stromeisen ein Nebenschluß angebracht. Des weiteren verwendet man Nebenschlüsse,
um die magnetilschen Widerstands verb'ältni sse der Triebmagnete und ihrer Fluß
pfade zu beeinffussen und auf diese Weise bei der Massenfabrikation von Zählern
Unterschiede in den magnetischen Widerstandsverhältnissen der angelieferten Blechsorten
auszugleichen. Durch Verschieben dieses Nebenschlusses können die Widerstandsverhältnisse
des Hauptstromflußkreises geregelt werden. So ist es z. B. auch bekannt, im Joch
des Hauptstromtriebmagneten zwischen die Strommagnetpole einen magnetischen Nebenschluß
einzusetzen, der fast bis zur Mitte des Pol abstandes vorspringende
Fortsätze
der Strompole überdeckt. Durch im Jochteil des Stromeisens vorgesehene zusätzliche
Luftspalte wird hierbei eine wesentliche Verbesserung der Meßgenauigkeit bei niedrigen
und mittleren Zählerlasten, etwa 5 bis 60% der Nennlast, erzielt.
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Die bekannten magnetischen Nebenschlüsse für Stromeisen von Induktionszählern
od. dgl., die die Aufgabe haben, die sogenannte Fehlerkurve des Zählers im Überlastungsbereich
von etwa 150 bis 200% der Belastung zu verbessern, bestehen im allgemeinen aus einer
einteiligen oder lamellierten magnetischen Brücke, die unter Belassung von magnetisch
schlecht leitenden Zwischenräumen an die Stromeisenpole angeschlossen ist und solche
Abmessungen hat, daß sie sich im Bereich der höheren Zählerlasten zu sättigen beginnt.
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Während im Bereich der kleineren und mittleren Lasten die Brücke einen
verhältnismäßig großen Anteil des gesamten Hauptstromtriebflusses in sich aufnimmt,
nimmt wegen der Sättigungserscheinung im Bereich der größeren Lasten das Verhältnis
des Nebenschlußflusses zum Gesamtfluß des Stromeisens immer mehr ab. Der wirksame
Anteil des Stromtriebflusses wächst also in diesem Bereich mehr als proportional
mit der Zählerbelastung an. Dadurch ist es möglich, den sonst durch die sogenannte
Stromdämpfung bedingten Abfall der Fehlerkurve des Zählers in einem bestimmten Bereich
auszugleichen.
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Da solche magnetische Nebenschlüsse nach Wirkungsweise und Aufbau
in der Zählertechnik schon seit vielen Jahren bekannt sind, erübrigt sich ein veiteres
Eingeben auf Einzelheiten. Zwecks Erläuterung der Erfindung ist es jedoch erforderlich,
die Wirkungsweise dieser Nebenschlüsse einer genaueren Betrachtuiig zu unterziehen.
Während die übrigen Teile des Hauptstrommagnetpfades, die meist sehr reichlich bemessen
sind und wegen Reihenschaltung mit dem hohen magnetischen Widerstand, der sich aus
der Einschaltung des für den Zähleranker erforderlichen Luftspaltes im Magnetkreis
ergibt, nie bis zum Sättigungsbereich magnetisiert sverden, durchläuft bei allmählich
ansteigender Zählerlast der magnetische Nebenschluß einen sehr großen Teil der bekannten
Magnetisierungskurve. Der Verlauf dieser Kurve, insbesondere das bekannte Knie derselben
kurz vor der Sättigung des Eisens, kommt im Verhalten des Stromflusses trotz der
Verwischung, die durch den Luftspalt im Magnetkreis und durch den überlagerten,
vom Nebenschluß nicht beeinflußten Anteil des Stromeisenflusses bedingt ist, noch
deutlich zum Vorschein. Der Einfluß dieses Kurvenverlaufes läßt sich auch noch unschwer
aus dem Veilauf der Fehlerkurve erkennen, wenn sich hier auch noch die Wirkung der
Stromdämpfung überlagert. Da nun dieses Knie der Magnetisierungskurve ziemlich stark
ausgeprägt ist und sich nur auf einen verhältnismäßig kleinen Bereich erstreckt,
erhält auch die Fehlerkurve des Zählers an der entsprechenden Stelle eine verhältnismäßig
starlie, sich nur auf einen kleineren Bereicll erstreckende Krümmung. Wegen dieser
Krümmung kann in dem Gebiet der höheren Zählerlasten die Fehlerkurve ohne weiteres
gehoben werden, ja es läßt sich der Einfluß der Stromdämpfung nicht nur ausgleichen,
sondern sogar überkompensieren, so daß sich an Stelle der sonst negativen Fehler
positive Fehler ergeben. Bei noch höheren Zählerlasten beginnt aber die Fehlerkurve
wegen 4er durch das Magnetisierungsknie des Nel,enschlusses bedingten Krümmung trotzdem
verhältnismäßig sehr rasch abzufallen. Wollte man in diesem Bereich größere negative
Fehler i'ermeiden, so war dies bei den bekannten Nebenschlüssen nur dadurch möglich,
daß man in dem unmittelbar vorhergehenden Bereich größere positive Fehler in Kauf
nahm.
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Der durch den Verlauf der Magnetisierungskurve bedingten Wirkung des
magnetischen Nebenschlusses überlagerte sich bei der Anordnung des Nebenschlußteils
zwischen den Polen des Hauptstrommagneten und auf der dem wirksamen Spannungspol
gegenüberliegenden Seite des Ankers noch eine weitere Wirkung. Sie ist dadurch bedingt,
daß die dem Spannungspol zunächst liegenden Randzonen der Hauptstrompole, die für
die Drehmomentsbildung im Zusammenwirken mit t dem Spannungstriebfluß besonders
wirksam sind, im Bereich der kleinen Lasten praktisch keine Kraftlinien in den Anker
aussenden, weil ihre Kraftlinien durch den Nebenschluß abgeleitet werden. Erst wenn
der Nebenschluß in den Sättigungsbereich gelangt, können von diesen Randzonen Kraftlinien
in den Anker übertreten. Dadurch ergibt sich mit zunehmender Zählerbelastung eine
Verlagerung der effektiven Hauptstrompole von außen nach innen gegen den Spannungspol
zu, also in einem für die Drehmomentsbildung wirksameren Bereich. zur auch diese
Wirkung der Polverlagerung ist bei den bekannten magnetischen Nebenschlüssen verhältnismäßig
rasch er schöpft.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Wirkung des magnetischen
Nebenschlusses, die bei zunehmender Zählerbelastung verhältnismäßig rasch auftritt
und rasch wieder verschwindet, über einen größeren Bela.stungsbereich zu verteilen,
derart, daß sich die fehlerkurvenhebende Wirkung des Nebenschlusses bis auf weit
höher liegende Zählerlasten, z. B.
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300 bis 4000/0 der Nennlast, erstreckt. Die Erfindung geht von einem
magnetischen Nebenschluß für Stromeisen von Induktionszählern od. dgl. aus, der
unter Belassung von magnetisch schlecht leitenden Zwischenräumen zwischen den Stromeisenpolen
angebracht ist und der sich fast bis zur Mitte zwischen den Stromeisenpolen erstreckende
Fortsätze dieser Pole überdeckt. Erfindungsgemäß ist dieser Nebenschluß derart bemessen
und angeordnet, daß im Bereich sehr hoher Zählerlasten (150 los 4000/0 Belastung)
mit steigender Zählerbelastung der zunächst auf eine mittlere Zone beschränkte Sättigungsbereich
sich mehr und mehr@ gegen die Enden des Nebenschlusses räumlich ausbreitet, so daß
in diesem Überlastungsbereich bei steigender Belastung eine fortschreitende Verringerung
des Verhältnisses von Nebenschlußfluß zu Gesamtfluß und/oder eine Verlegung der
effektiven Stromeisenpole in für das Zusammenwirken mit dem Spannungsfiuß wirksamere
Zonen erzielt wird. Wählrend also bei den bekannten magnetischen Nebenschlüssen
zur Verbesserung der Fehlerkurven im Bereich der hohen Zählerlasten nur mit einer
Änderung des Sättigungsgrades gearbeitet wird, macht die Erfindung außerdem noch
von einer Änderung des Sättigungsbereiches Gebrauch. Erst die zusätzliche Änderung
des Sättigungsbereiches gibt die Möglichkeit, die fehlerkurvenhebende Wirkung des
magnetischen Nebenschlusses auf einen sehr großen Überlastungsbereich zu erstrecken.
Diese Wirkung läßt sich dadurch erklären, daß die einzelnen Bereiche des Nebenschlusses
bei steigender Belastung nacheinander das Knie der Magnetisierungskurve durchlaufen.
Während also beispielsweise bei einer Belastung von 150% der mittlere Abschnitt
des magnetischen Nebenschlusses schon das Magnetisierungsknie durchlaufen hat, beginnen
die sich an diesen Abschnitt anschließenden, weiter außen liegenden Teile des Nebenschlusses
erst mit dem Durchlauf des Knies, und wenn diese das Knie durchlaufen haben, dann
setzterst der entsprechende Durchlauf der noch weiter gegen die Enden zu liegenden
Teile des Nebenschlusses ein.
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Bei der Durchführung dieser Maßnahme läßt sich auch die Wirkung der
Polverlagerung in einem viel größeren Umfange ausnutzen als bei den bekannten Zählern
mit magnetischem Nebenschluß. Während z. B. bei einem bekannten Zähler, bei dem
der magnetische Nebenschluß die einander zugekehrten, inneren Ränder der Stromeisenpole
überdeckt, die effektiven Strompole, also jene Teile, aus denen die kraftlinien
in den Anker übertreten, bei steigender Zählerlast sich von außen mehr und mehr
nach innen verlegen oder aushreiten, ist es nach der Erfindung bei Anbringung des
Nebenschlusses zwischen den Hauptstrompole möglich, einen Teil der Kraftlinienaustrittsstellen
des Nebenschlusses von einem weniger wirksamen inneren Bereich nach einem mehr wirksamen
äußeren Bereich zu verlagern. In analoger Weise können bei mehr radialer Anordnung
des Nebenschlusses die Kraftlinienaustrittstellen in höherem Grade als bisher, z.
B. von einem radial weiter innen liegenden unwirksameren Bereich in einen radial
weiter außen liegenden wirksameren Bereich verlagert werden. In welcher Richtung
und in welchem Grade die Polverlagerung erfolgen soll, hängt im wesentlichen von
der Form und den Eigenschaften der verschiedenen Zählertriebsysteme ab. Es wird
aber keine Schwierigkeiten machen, auf Grund der Erfahrung für jedes Zählersystem
die günstigste Art der Polverlagerung durch entsprechende Anordnung und Ausführung
des magnetischen Nebenschlusses herbeizuführen.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung erläutert werden. Fig. 1
zeigt beispielsweise ein gemäß der Erfindung ausgeführtes Zählertriebsystem. 2 ist
der mittlere Schenkel des Spannungsmagneten mit der gestrichelt angedeuteten Wicklung
4, 6 sind die beiden Schenkel des Hauptstrommagneten mit den Wicklungen 8, den Polen
12 und den nach innen gerichteten Fortstzen 14, die bis auf einen kleinen Luftspalt
einander genähert sind. 18 ist eine unmagnetische Zwischenlage, die die Nebenschlußbrücke
16 von den Hauptstrommagnetpolen 12 und seinen Fortsätzen 14 trennt. 10 ist der
Zähleranker.
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Die Fig. 2 zeigt demgegenüber eine bekannte Ausführungsform des magnetischen
Nebenschlusses, bei der die Fortsätze 14 der Hauptstrompole fehlen.
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An Hand der Fig. 3 und 4 soll die Wirkungsweise des Nebenschlusses
näher erläutert werden.
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Im Bereich der kleineren Zählerlasten hat der Nebenschluß 16 eine
verhältnismäßig hohe Permeabilität, er nimmt also einen entsprechenden Anteil von
Kraftlinien aus den benachbarten Teilen der Magnetschenkel 6 auf. Insbesondere werden
aus den vom Nebenschluß 16 überlappten Polfortsätzen 14 über ihre ganze Länge P
Kraftlinien durch die unmagnetische Zwischenlage 18 in den Nebenschluß 16 übertreten.
Wegen der Überlappung der Teile 16 und 14 ist die Kraftliniendichte im Gegensatz
zur bekannten Ausführungsform nach Fig.2 nicht an allen Stellen des Nebenschlusses
gleich groß, sondern sie hat in der Mitte des Nebenschlusses, also in der Nähe des
Luftspalts zwischen den Fortsätzen 14 ein stark ausgeprägtes Maximum, Steigt nun
die Zählerbelastung weiter an, dann wird
zunächst nur in diesem
Maximumbereich, Zone wegen beginnender Sättigung die Permeabilität geringer werden.
Es werden also wegen der Erhöhung des magnetischen Widerstandes im Nebenschluß prozentual
mehr Kraftlinien in den wirksamen Haupt stromtriebfad hinüberwandern. Auch werden
zu beiden Seiten der Zone S Kraftlinien aus dem Nebenschluß unmittelbar in den Anker
übertreten.
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Steigt die Zählerbelastung weiter an, dann werden nacheinander auch
noch die Zonen S1, S2, S3 magnetisch weniger leitfähig; infolgedessen werden auch
nicht mehr über die ganze Länge der Fortsätze 14 Kraftlinien nach dem Nebenschlnß
übertreten, sondern die Ubertrittsgebiete werden nacheinander auf die Längen P1,
P2 zusammenschrumpfen. Die Anordnung wird sich also ähnlich verhalten, wie wenn
die Fortsätze 14 mehr und mehr verkürzt würden. Aus dem gleichen Grunde werden die
vorher zu beiden Seiten der Zone S liegenden Austrittstellen der Kraftlinien aus
dem Nebenschluß 16 mehr und mehr nach außen in die Zonen S1, S2, S3 abwandern, also
in für die Drehmomentbildung wirksamere Bereiche gelangen. Der magnetische Nebeuschluß
wird also nicht mit einem Mal, sondern nur ganz allmählich schwächer werdend für
die Verbesserung der Fehlerkurve ausgenutzt. Infolgedessen hat der magnetische Nebenschluß
nach der Erfindung in dem Bereich. in dem die Wirkung des bekannten Nebenschlusses
bereits abgeklungen ist, immer noch starke Reserven, die eine Ausnutzung des Nebenschlusses
für noch viel höhere Zählerlasten sichern.
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In Fig. 4 sind in Abhängigkeit von der in Prozenten angegebenen Zählerbelastung
die Zählerdrehzahlen aufgetragen. Die gerade Linie A bzw. A' stellt die angestrebte
Idealkurve dar. Die stärker gekrümmte Kurve C entspricht der Wirkungsweise der bekannten
Nebenschlüsse nach Fig. 2, während die flachere Kurve 17 den Drehzahlverlauf bei
dem Nebenschluß nach Fig. 3 darstellt. Die Kurve B paßt sich sehr gut dem Verlauf
der Geraden d' an, da sie wesentlich schwächer gekrümmt ist als die Kurve C. Infolgedessen
sind auch bis hinauf zu 4000/0 Belastung die prozentualen Abweichungen bei einem
nach der Kurve B arbeitenden Zähler wesentlich kleiner als bei Verwendung der bekannten
Nebenschlüsse.
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Die Fortsätze 14 der Hauptstrompole erstrecken sich längs des magnetischen
Nebenschlosses I6 bis in Zonen, die für das Zusammenwirken des Stromtriebflusses
mit dem Spannungstriebfluß weniger wirksam sind.
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Im Ausführungsbeispiel liegen die Enden der Fortsätze etwa der Mitte
des Spannungspols gegenüber. Wollte man eine radiale Polverlagerung in Abhängigkeit
von der Zählerbelastung anstreben, dann müßten sich analog die Pol fortsätze radial
nach innen oder nach außen erstrecken, je nachdem man durch die Polverlagerung eine
Drehmomentsteigerung dadurch erzielen will, daß man die effektiven Hauptstrompole
von einem radial innenliegenden Bereich in einen wirksameren äußeren Bereich oder
von der unwirksameren Randzone des Zählerankers in die wirksamere radial weiter
innen liegende Zone verlegen will.