-
Wechselstrommeßgerät
Es sind Wechselstrommeßgeräte bekannt, bei denen
ein drehbar gelagerter, aus hysteretischem Werkstoff bestehender oder mit einem
solchen Werkstoff belegter Läufer verwendet wird. Dieser Läufer kann sich unter
dem Einfluß eines Drehfeldes hin und her drehen, das durch zwei gegeneinander verschobene,
von einem Magnetgestell besonderer Art erzeugte Kraftflüsse gebildet wird.
-
Das Magnetgestell ist aus mit ausgeprägten Polen versehenen Scheiben
zusammengesetzt, wobei die Pole kreisförmig an einer oder mehreren Erreger spulen
angeordnet sind. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die Kraftlinien im wesentlichen
längs !des Umfanges des z. B. als kreisförmige Scheibe ausgebildeten Läufers verlaufen.
Da dem Läufer radial durchsetzende Kraftlinien also völlig fehlen, kommen bei dieser
Ausführung auch alle Zugkräfte in Wegfall, die die Einstellung des mit dem Läufer
starr verbundenen Zeigers erschweren würden, so daß sich solche Meßgeräte durch
einen geringen Eigenverbrauch auszeichnen.
-
Andererseits haben diese bekannten, wie alle übrigen nach dem Hystereseprinzip
arbeitenden Meßgeräte den Nachteil, daß bei plötzlicher Abschaltung der Betriebsspannung
kein einwandfreies Einspielen des Meßgerätezeigers in die Nullstellung stattfindet.
Dies ist auf den in dem hysteretischen Werkstoff zurückbleibenden Restmagnetismus
zurückzuführen, der wie die Pole eines Dauermagneten anziehende und abstoßende Kräfte
auf die eisernen Pole des Erregersystems ausübt.
-
Es sind nun schon verschiedene Mittel in Vorschlag gebracht worden,
die dazu dienen sollen, das Nichteinspielen des Zeigers in die Nullstellung
nach
der Abschaltung der Betriebsspannung zu beseitigen. Ein Teil der vorgeschlagenen
Mittel war aber nicht geeignet, den erwähnten Nachteil restlos zu beheben; andere
Mittel wieder führten nur innerhalb gewisser Stromstärkenbereiche zum Erfolg, wie
das z. B. bei einer vorgeschlagenen, periodisch gedämpft verlaufenden Entmagnetisierung
des hysteretischen Werkstoffes des Läufers der Fall ist.
-
Die Erfindung betrifft ein Wechselstromgerät für die verschiedensten
Meßzwecke, beispielsweise für die Stromspannungs- und Leistungsmessung, bei dem
der beim Abschalten der bisherigen Hystereseinstrumente auftretende Nachteil des
verbleibenden Restmagnetismus nicht auftritt. Gemäß der Erfindung wird bei einem
Wechselstrommeßgerät mit zwei zur Erzeugung eines Drehfeldes dienenden eisenlosen,
gekreuzt ineinandergesteckten Erregerspulen, deren in einer Ebene liegende Wickelachsen
aufeinander senkrecht stehen und die in ihrer Phasenlage gegeneinander verschobene
Ströme führen, als Läufer eine mit hysteretischem Werkstoff belegte Scheibe oder
Trommel verwendet, die unterhalb der Sättigungsgrenze des Hysteresewerkstoffes eine
dem Verhältnis der Spulenströme entsprechende Einstellung erhält, wobei der eine
Strom ein konstanter Hilfsstrom und der andere ein ihm gegenüber phasenverschobener
Meßstrom sein kann.
-
Es sind wohl bereits Meßspulensysteme mit zwei eisenlosen, gekreuzt
ineinandergesteckten Erregerspulen, deren in einer Ebene liegende Wickelachsen aufeinander
senkrecht stehen, für Phasenmesser bekannt. Bei einem derartigen Phasenmesser wird
aber nicht das Verhältnis zweier Ströme zueinander, sondern nur ihre Phasenlagen
miteinander verglichen. Demzufolge kommt der Vorteil, den die Verwendung eines Hystereseläufers
gegenüber anderen Dreheiseninstrumenten besitzt, nicht zur Geltung, da es bei Messung
des Phasenwinkels eben lediglich nur auf den Unterschied in der Phasenlage ankommt,
wobei die Belastung der Spulen keine wesentliche Rolle spielt.
-
Das charakteristische Merkmal des erfindungsgemäßen Wechselstrominstrumentes
ist also darin zu sehen, daß ein an sich bekanntes, eisenloses Spulensystem mit
einem Hystereseläufer in dem vorstehend erwähnten Sinne zusammenarbeitet. Der Läufer
selbst wird zweckmäßig so angeordnet, daß seineDrehachse durch denSchnittpunkt derWickelachsen
der eisenlosen Erregerspulen verläuft und senkrecht auf der Ebene der Wickel achsen
steht.
-
Um die Drehachse des Läufers zum Zwecke ihrer Lagerung bei der beschriebenen
Anordnung der Erregerspulen aus letzteren herausführen zu können, werden die Erregerspulen
in weiterer Ausbildung der Erfindung jeweils in zwei symmetrisch zur Drehachse des
Läufers angeordneten Hälften aufgeteilt. Der axiale Abstand wird dabei zweckmäßig
nur so groß bemessen, daß die verhältnismäßig dünne Achse des Meßwerkes in diesem
Spalt Platz findet und mit ihren Lagerspitzen beiderseitig aus den feststehenden
Spulen herausragt.
-
Das Meßgerät nach der Erfindung bringt den großen Vorteil, daß der
Restmagnetismus des hysteretischen Werkstoffes des Läufers keine Möglichkeit hat,
anziehende oder abstoßende Kräfte zu erzeugen, da durch das Weglassen jeglichen
Ständereisens keinerlei Eisenteile mehr in der Nähe des Läufers vorhanden sind.
Als Mittel zur Befestigung der Spulen, für die bisher das eiserne Magnetgestell
selbst herangezogen wurde, lassen sich ohne weiteres entsprechend ausgebildete Teile
aus Preßstoff verwenden. Das Meßgerät nach der Erfindung hat außerdem den Vorteil,
daß es praktisch frequenzunabhängig ist, da die Frequenzabhängigkeit solcher Meßgeräte
im wesentlichen von Eisenverlusten herrührt, die bei diesem eisenlosen Spulensystem
naturgemäß nicht auftreten.
-
Durch die besondere Anordnung der Erregerspulen und eine zweckmäßige
Formgebung des aus hysteretischem Werkstoff hergestellten Läufers wird erreicht,
daß der Leistungsaufwand bei dem Meßgerät nach der Erfindung nur unwesentlich ansteigt,
obwohl das sonst verwendete Eisen im Meßwerk bekanntlich einen wesentlich kleineren
magnetischen Widerstand aufweist, als dies hier bei den von Luft erfüllten Zwischenräumen
der Fall ist.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Meßgerät kann die Stärke eines Wechselstromes
im Verhältnis zu einem Hilfsstrom von gleicher Frequenz gemessen werden. Wird der
Hilfsstrom so groß gemacht, daß er in dem Bereich, in dem er den Läufer tangential
durchsetzt, diesen magnetisch sättigt, dann ist die Anzeige des Gerätes praktisch
unabhängig von der Stärke des Hilfsstromes. Werden dagegen der Hilfsstrom und der
zu messende Wechselstrom so groß gemacht, daß der Läufer in allen seinen wirksamen
Teilen magnetisch gesättigt wird, dann ist die Anzeige des Gerätes nur noch abhängig
von dem Phasenwinkel zwischen den beiden an das Meßgerät gelegten Strömen.
-
Zum besseren Verständnis des Meßgerätes nach der Erfindung dient
das in den Abb. I bis 3 dargestellte Ausführungsbeispiel.
-
Abb. I zeigt in schematischer Weise den Verlauf der magnetischen
Kraftlinien; die Abb. 2 und 3 zeigen Schnitte durch das Meßgerät längs der Drehachse
des Läufers jeweils in Richtung eines der Kraftlinienfelder.
-
In den Abbildungen ist mit C der aus hysteretischem Werkstoff bestehende
Läufer bezeichnet, der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als flache Ringscheihe
ausgebilldet ist. Der Läufer C steht, wie in Abb. I gezeigt, unter dem Einfluß eines
Drehfeldes, das durch zwei gleichfrequente Wechsel felder E und F verschiedener
Phasenlage gebildet wird Diese Wechselfelder werden durch die beiden ineinandergreifenden
Erregerspulen erzeugt, von denen jede in zwei zur Drehachse D des Läufers C symmetrische
SpulenhälftenAl und A2 bzw. B, und B2 unterteilt ist. Durch diese Unterteilung der
Spulen kann die Drehachse D in einfacher Weise nach außen zu ihren nicht dargestellten
Lagerstellen herausgeführt werden. Die Anordnung der Spulen A1, A2 und Bt, B2 und
der
Läuferdrehachse D ist so getroffen, daß die Wickelachsen der
Spulen in einer Ebene liegend senkrecht aufeinander stehen und daß die Drehachse
D des Läufers senkrecht zur Ebene der Spulenachsen durch den Schnittpunkt der letzteren
verläuft. Eine der Spulen A1, A2 und B1, B2 wird von der zu messenden, die andere
von einer Hilfsspannung gleicher Frequenz erregt. Die magnetischen Flüsse E und
F durchsetzen den Läufer im wesentlichen längs seines Umfanges, wie dies in Abb.
I veranschaulicht ist, wobei der eine der beiden um go0 gegeneinander versetzten
Magnetflüsse, F, in seinem Verlauf über den Läufer C der lDbersichtlichkeit wegen
nicht eingezeichnet, sondern nur in seiner Richtung angedeutet ist.
-
Abschließend sei noch erwähnt, daß die Erfindung nicht auf das dargestellte
Ausführungsbeispiel beschränkt ist; im Gegensatz zu den Abb. 2 und 3, bei denen
die Erregerspulen in Form von Kreis-bzw. Rechteckringen gewickelt sind, können die
Erregerspulen auch andere Formen haben. Entsprechendes gilt auch für den Läufer,
der bei dem Ausführungsbeispiel als kreisringförmige Scheibe ausgebildet ist; der
Läufer kann z. B. auch die Form eines Zylinders haben. Endlich ist es auch möglich,
den Läufer aus irgendeinem Preßstoff herzustellen, wobei an dessen äußerem Umfang
Rillen angebracht sind, in die der hysteretische Werkstoff dann z. B. in Form von
Drähten eingelegt und befestigt ist.