DE84676C

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Publication number: DE84676C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

CARL RAAB in KAISERSLAUTERN;

veränderlichen Phasenverschiebung.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 12. April 1895 ab.

Alle Wechselstrom-Motorzähler, welche als Anker einen aus Metall bestehenden Rotationskörper besitzen, der durch zwei Magnetfelder mit gegen einander verschobener Phase bewegt wird, von denen das eine der zu messende Strom, das andere ein Nebenschluß erzeugt, leiden an dem Mangel, daß ihre Angaben nur in selbstinductionsfreiem Stromkreis richtig sind, hingegen unrichtig, sobald Selbstinduction auftritt. Diese Störung wäre nicht vorhanden, wenn der Phasenunterschied zwischen beiden Magnetfeldern ganz genau 90 ° betragen würde. Einen solchen zu erzeugen, lassen aber constructive Rücksichten nicht zu. Ohne denselben auf 90 ° steigern zu müssen, wird durch vorliegende Neuerung, bei der 70 ° schon genügen, dieser Uebelstand in der Weise vollkommen beseitigt, daß die motorische Kraft von zwei Motoren ausgeht, die an einer gemeinsamen Achse befestigt sind. Ein jeder Motor besitzt hierbei einen Metallanker, ein vom Hauptstrom erregtes Feld und ein Nebenschlußfeld. Letzteres ist jedoch beim ersten Motor um 90° gegen das Meßstromfeld verschoben, während das Nebenschlußfeld des zweiten Motors gegen das Hauptstromfeld, insofern es selbstinductionsfrei ist, keine Phasenverschiebung besitzt. Eine Anordnung dieser Art zeigen die Fig. 1 und 2. An einer Achse C sind zwei Kupferscheiben A und B befestigt. Der Scheibe A gegenüber sind zwei Solenoide F und F₁ und Scheibe B gegenüber zwei gleichartige E und E₁ angebracht. Die Solenoide F und E werden vom Hauptstrom durchflossen. Die Solenoide E₁ und F₁ liegen im Nebenschluß, jedoch ist ein jedes in einem besonderen Stromkreis angeordnet. Der Spule F₁ ist ein starker inductiver Widerstand G und der Spule E₁ ein großer inductionsfreier Widerstand T vorgeschaltet. Ferner sind die Solenoidpaare F F₁ und E E₁, um ihre Scheiben A und B in Drehung ver-' setzen zu können, conaxial gegen einander verstellt. Die Dämpfung bewirkt ein Stahlmagnet D und die Tourenzahl ist an einem Zählwerk Z ablesbar.

Sind die Solenoide F und E frei von Selbstinduction, so hat F gegenüber dem Solenoid F₁ durch Drossel G einen Phasenunterschied von nahezu 90 °, während E gegenüber E₁ durch den inductionsfreien Widerstand T nur eine sehr geringe Phasendifferenz besitzt. Es wird demnach Achse C lediglich von Scheibe A und den Solenoiden F und F₁ in Drehung versetzt und der zweite Motor unthätig bleiben. Ist jedoch die Phase der Spulen F und E durch Einschalten von Bogenlampen oder Elektromotoren verschoben, dann wird die Phasendifferenz zwischen den Solenoiden F und F₁ geringer und der aus ihnen und der Scheibe A bestehende Motor schwächer. Hingegen wird jetzt der Motor, bestehend aus der Scheibe B und den Solenoiden E und E₁, wirksam, da deren Phasen von einander verschieden geworden sind. Je größer die Phasenverschiebung im Hauptstromkreis, desto schwächer wird der an Scheibe A wirkende Motor und desto stärker der zur Scheibe B gehörende, und wenn endlich durch weitere

Q. Auflage, ausgegeben am 2t. Mär\ igoSJ

Zunahme der Selbstinduction die Phase des Hauptstromes diejenige des Solenoides F₁ eingeholt hat, geht die Lieferung der Motorarbeit an den zur Scheibe B gehörenden Motor gänzlich über.

Die richtige Beseitigung des Einflusses der Selbstinduction auf die Tourenzahl des Zählers wird dabei in der Weise erzielt, daß man durch Regulirung der Stärke des zur Scheibe B gehörenden Motors, z. B. durch passende Wahl der Größe des Widerstandes T, die Tourenzahl pro Zeiteinheit auf dieselbe Größe bringt, welche der Zähler bei genau gleicher Belastung mit selbstinductionsfreiem Hauptstromkreis besaß.

Betreffs der Drehrichtung der beiden Motoren gilt folgende Regel: Wenn die Phase des Nebenschlußsolenoides gegen diejenige des Hauptstromsolenoides zurückbleibt und beide Solenoide scheinbar gleiche Polarität besitzen, erfolgt die Drehung des Ankers vom Hauptstrom- zum Nebenschlußsolenoid. Die Drehrichtung ist entgegengesetzt' bei umgekehrtem Phasenunterschied, oder wenn beide Solenoide auf scheinbar entgegengesetzte Polarität geschaltet sind.

In Bezug auf Beschaffenheit zweier in ihrer Phase gegen einander verschobener Magnetfelder, welche einen drehbar gelagerten Metallkörper in Drehung versetzen, giebt es bereits verschiedene Motoranordnungen, die gleichfalls zur Ausgleichung der Phasendifferenzwirkung brauchbar sind. Die beiden Motoren des Zählers der Fig. ι und 2 kennzeichnen sich als' solche mit eisenfreien Solenoiden, deren Achsen parallel zu einander sind und zur Rotationsfläche des Drehkörpers senkrecht . stehen. Statt dessen könnte man z. B. auch die Anordnung von Ferraris anwenden, nach welcher die Achsen der treibenden Solenoide sich kreuzen und zur Achse des Drehkörpers senkrecht stehen. Der Stahlmagnet D müßte jedoch alsdann entfernt werden, da-er das magnetische Feld des Hauptstromes fehlerhaft beeinflussen würde, und die Dämpfung wäre demzufolge andersartig auszuführen.

Auch solche Motoren sind für vorliegenden Zweck brauchbar, welche Eisen in ihrem Nebenschlußfeld besitzen, das außerdem noch den Vortheil, gleichzeitig die elektrodynamische Dämpfung zu bewirken, bietet. Dabei darf auch dasjenige Nebenschlußfeld mit Eisen versehen sein, welches gegen den inductionsfreien Hauptstrom einen möglichst geringen Phasenunterschied haben soll. Es muß nur der scheinbare Widerstand dieses Nebenschlusses gegenüber dem Ohm' sehen möglichst klein sein. Eine solche Anordnung zeigen die Fig. 4 und 5, welche im Nachstehenden noch näher erläutert werden.
Bei der Motorconstruction der Fig. 1 und 2 ist es möglich, die Solenoidpaare F F₁ und E E₁ in Verbindung mit einer einzigen Ankerscheibe anzuordnen, da deren wirksame Kraftlinien sich fast nur auf diejenigen Metalltheile erstrecken, welche ihnen in axialer Richtung gegenüberstehen. Aus gleichem Grund kann die Solenoidanordnung noch fernerhin vereinfacht werden, indem ein Solenoid' des Hauptstromes einerseits mit einem inductionsfreien und andererseits mit einem solchen, dessen Phase um 90° verschoben ist, den Scheibenanker in Drehung versetzt.

Eine derartige Ausführung zeigen die Fig. 3 und 4. M ist ein drehbar gelagerter Scheibenanker, P ein dämpfender Stahlmagnet und Q ein Zählwerk. G und H sind Hauptstromsolenoide, /, K und L Nebenschlußsolenoide, von denen K und L durch einen vorgeschalteten bifilaren Widerstand induetionsfrei sind, während die Phase von / mittelst einer Drossel Um 90 ° verschoben ist. Der inductive und der ■bifüare Widerstand sind, weil schon durch die Fig. 1 und 2 bekannt, nicht gezeichnet.

Solenoid K kann den Anker M nur mit Hülfe von Spule G und Solenoid L nur mit Hülfe der Spule H in Drehung versetzen, während Spule / mit G und mit H auf Scheibe M drehend einwirken kann. Die verfügbare Energie des Solenoides / wird also zweifach besser ausgenutzt als diejenige des inductionsfreien Nebenschlusses, und zwar deshalb, um ■/ einen möglichst kleinen Widerstand und somit in diesem Stromkreis eine möglichst starke Selbstinduction erzeugen zu können.

Obwohl die Solenoidpaare K J und L J neben einander liegen, übt ein j edes doch noch ein schwaches Drehmoment auf die Scheibe M aus, welch beide aber einander entgegengesetzt sind. Solenoid K erhält nun weniger Windungen als Solenoid L, damit das von L und / erzeugte Drehmoment größer ist als das von K und /, so daß in der Rotationsrichtung des Zählers im Sinne des Uhrzeigers beständig ein restirendes Drehmoment vorhanden ist, das gerade ausreicht, die Zapfenreibung der Achse zu compensiren, wodurch der Meßbereich des Zählers doppelt so groß wird.

Die Fig. 5 und 6 stellen die bereits erwähnte Motorconstruction mit Eisen im Nebenschluß dar, die außerdem noch in gleicher Weise wie die Anordnungen der Fig. 3 und 4 vereinfacht ist. Der metallische Drehkörper ist in diesem Falle ein Hohlzylinder N, dessen Cylindermantel zwischen den Polenden der Elektromagnete R und S rotirt. Zu bekanntem Zweck ist dem Elektromagneten 5 eine Drossel V und dem Elektromagneten R ein großer induetionsfreier Widerstand W vorgeschaltet. 1 Gegen R und S um 90 ° verstellt ist Cylinder N gegenüber ein Hauptstromsolenöid Q angebracht.

- Die Elektromagnete, R und S und Spule Q induciren in bekannter Weise im Cylinder N Ströme, wobei Q sowohl mit Hülfe von S als auch von R N in Drehung versetzen kann. Die Polarität der Felder von R und S ist so gewählt, daß sie im Verein mit Q in gleicher Drehrichtung wirken. Ist Q selbstinductionsfrei, so sind nur Q und S wirksam. Bei größter Phasenverschiebung in Q üben nur Q und R auf N ein Drehmoment aus.

Zur Erzielung des Ausgleichs des Fehlers der Phasenverschiebung dienten bisher zwei Nebenschlußfelder, von denen das eine um 90 ° verschoben, das andere inductionsfrei war. Wird das inductionsfreie Feld durch ein Nebenschlußfeld mit 180 ° Verschiebung ersetzt, so erreicht man denselben Effect. Ein solches Verfahren ist aus Fig. 7 zu ersehen. Die Scheiben A und B und die Achse C sind ebenso beschaffen wie in den Fig. 1 und 2. Solenoid X und Y werden vom Hauptstrom durchflossen, X₁ und Y₁ liegen im Nebenschluß. U ist theils eine Drossel, theils ein Transformator. Als Drossel dient U dazu, durch seine Bewickelung c das magnetische Feld der Spule X₁ um 90 ° zu bekanntem Zweck zu verschieben. Ein Theil der nach c zugeführten Energie wird in Bewickelung d transformirt und zu Solenoid Y₁ geleitet und somit dessen Feld gegen dasjenige von Y um nahezu 180 ° verschoben. Demzufolge wird die Mötorarbeit lediglich mittelst Scheibe A geliefert, so lange der Meßstromkreis von Selbstinduction frei ist. Tritt letztere auf, so werden die Spulen Y und Y₁ weniger als 180 ° Phasendifferenz von einander besitzen und im Verein mit Scheibe B die vom ersten Motor weniger gelieferte Arbeit ersetzen, und -bei größter Phasenverschiebung in X und Y wird der zu B gehörige Motor die ganze Arbeit liefern.

Auf dem Wege der Transformirung ist der Ausgleich des Fehlers der Selbstinduction noch in der Art ausführbar, daß man das Feld der Spule Y₁ um 360 ° verschiebt.

Die Beseitigung der Wirkung von Phasendifferenzen nach dem Verfahren der Fig. 7 ist auf alle Motoren anwendbar, gerade so wie dasjenige der Fig. 1 und 2, welche als Anker einen metallischen Drehkörper besitzen, der von zwei Feldern mit verschobener Phase getrieben wird.

Claims

Patent-Anspruch :

Ein Motorzähler für Wechselstrom, dessen Anker aus leitenden Drehkörpern ohne Stromzuführung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Anker insofern der Einwirkung zweier verschiedenartiger, je aus Haupt und Nebenschlußstrom zusammengesetzter drehender Magnetfelder unterliegt, als der zu messende Hauptstrom an der einen Stelle mit einer Spannungsspule von kleinerer Phasenverschiebung gegenüber dem Hauptstrom und an der anderen Stelle mit einer Spannungsspule von größerer Phasenverschiebung zur Bildung je eines drehenden Magnetfeldes vereinigt ist, zum Zwecke, den durch die Stromverbraucher erzeugten Einfluß von veränderlichen Phasenverschiebungen auf das Meßresultat zu eliminiren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.