DE92860C

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Publication number: DE92860C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die vorliegende Erfindung besteht in einem auf das F er rar is'sehe Drehstromprincip gegründeten Mefsgeräth für Wechselstrom, dessen Angaben von dem Vorhandensein von Selbstinduetion und Capacitä't im Hauptstromkreis durch Erzeugung eines dritten Magnetfeldes im Geräth unabhängig gemacht sind, derart, dafs aus der Vereinigung dieses zusätzlichen Feldes mit dem durch die Nebenschlufsspule erzeugten Magnetfelde ein Magnetfeld resultirt, dessen Phase um 90 ° gegen die des Magnetfeldes der Hauptstromspule verschoben ist, wenn der Hauptstromkreis frei ist von Selbstinduetion und Capacität.

Da beim Phasenunterschied von go ° das Drehungsmoment seinen Höchstbetrag erreicht, beim Ueberschreiten oder Unterschreiten desselben aber entsprechend abnimmt und ein Zähler, der go° Phasenunterschied bei Nichtvorhandensein von Selbstinduction und Capacität im Hauptstromkreise aufweist, direct die richtigen Watts angiebt, so folgt, dafs auch bei Eintritt bezw. Auftreten von Selbstinduction, wie von Capacität die Angaben in den richtigen Watts gemacht werden, indem sowohl die Vergröfserung des Phasenunterschiedes durch die Selbstinduction, wie seine Verminderung durch die Capacität eine entsprechende Verminderung der Drehgeschwindigkeit veranlassen.

. Die Einrichtung, welche Erfinder trifft, um bei Abwesenheit von Selbstinduction und Capacität im Hauptstrom eine Phasenverschiebung der beiden Magnetfelder um 90° zu erzielen, besteht darin, dafs er die Wirkung der Nebenschlufsspule vereinigt mit der Wirkung einer Zusatzspule E, welche entweder in sich geschlossen und innerhalb der Nebenschlufsspule concentrisch zu derselben angeordnet ist (Fig. 1), so dafs sie von derselben inducirt wird oder als zweite Spannungsspule von der Hauptstromspule abgezweigt ist (Fig. 6) und die Wirkung dieser Zusatzspule so regelt, dafs bei Abwesenheit von Selbstinduction und Capacität im Hauptstrom das vereinigte Magnetfeld beider Spulen um 90° zum Magnetfeld der Hauptstromspule verschoben ist.

Durch diese Schaffung des Zusatzmagnetfeldes zum Magnetfeld der Nebenschlufsspule unterscheidet sich das vorliegende Wechselstromgeräth ganz wesentlich von dem Brugerschen Vorschlag (Elektrotechnische Zeitschrift 1895, S. 679) bei Stromkreisen, welche Apparate enthalten, die selbst eine Phasenverschiebung bewirken, im Zähler einen solchen Ueberschufs an Phasenverschiebung vorzusehen, dafs jener auf Aenderung der Verschiebung hinwirkende Einflufs neutralisirt wird unter Belassung einer möglichst grofsen Phasenverschiebung im Zähler, d. h. es wird nicht ein drittes Magnetfeld zur Ergänzung herangezogen. Andererseits ist der Unterschied gleich scharf gegenüber dem Derischen Vorschlag (Elektrotechnische Zeitschrift 1894, S. 353), welcher, ausgehend von der mit dieser Erfindung überwundenen Schwierigkeit, durch blos zweiseitige Verschiebung einen Phasenunterschied von genau 90 ° zu erzeugen , ebenfalls zur Abzweigung zweier Ströme greift, die drei Ströme aber so com-

binirt, dafs ein dreiphasiges Magnetfeld entsteht, von dessen drei Feldern jedes gegen das Nachbarfeld um 120⁰ verschoben ist.

In Fig. ι der beiliegenden Zeichnung ist die erste Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.

C ist die Hauptstromspule mit vorgeschaltetem Widerstände D von geringer Selbstinduction und A die Nebenschlufsspule mit vorgeschalteter, auf einen lamellirten Kern b gewickelter Inductanzspule B mit hohem Selbstinductionscoefficienten. Concentrisch in der Nebenschlufsspule A ist eine in sich geschlossene Spule E, d. i. die Zusatzspule, angeordnet. Indem diese der Induction durch die Nebenschlufsspule unterliegt, entsteht in ihr ein Wechselstrom, infolge dessen ein zusätzliches Magnetteid. Die Vereinigung dieses mit dem durch die Nebenschlufsspule erzeugten Magnetfelde erzeugt ein Magnetfeld, dessen Verschiebung zu dem Felde der Hauptstromspule abhängt von der Phase des in der Zusatzspule inducirten Stromes. Letztere ist von der Phase des iriducirenden Stromes um einen Betrag verschieden, der von der Construction der Zusatzspule abhängt, sich aber nothwendigerweise zwischen den Grenzen 90 bis i8o° halten mufs. Man hat es also in der Hand, dem inducirten Strom solche Phase zu ertheilen, dafs das aus der Vereinigung der Magnetfelder beider Spulen A und E resultirende Magnetfeld genau um 90 ° zum Felde der Spule C verschoben ist, wenn der Hauptstrom frei ist von Selbstinduction und Capacität.

Es stelle in Fig. 5 die Linie c durch ihre Länge die in einem gegebenen Augenblick auf einen gegebenen Stromkreis ausgeübte elektromotorische Kraft dar und sie entspreche in ihrer Winkellage der Phase des die Hauptstromspule C durchfliefsenden Stromes unter der Voraussetzung, dafs der Hauptstrom frei von Selbstinduction und Capacität ist; ferner stelle Linie α Stärke und Phasenwinkel des durch die Nebenschlufsspule A fliefsenden Stromes dar, der um weniger als 90° hinter der elektromotorischen Kraft zurückbleibt. Offenbar kann man nun ein durch Linie e angedeutetes Magnetfeld unter solchen Bedingungen bezüglich Stärke und Phase seines Erzeugungsstromes mit dem α entsprechenden Magnetfeld vereinigen, dafs ein durch Linie f angedeutetes Magnetfeld entsteht, welches gegen das c entsprechende Feld um genau 90° verschoben ist.

Die Regelung des Magnetfeldes der Zusatzspule erzielt man dadurch, dafs man genannte Spule mit Selbstinduction und zusätzlichem Widerstand versieht und beide regelbar macht, wie mit Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 beschrieben ist.

In Fig. 2 ist die Nebenschlufsspule A mit einem magnetischen Kern A¹ versehen und die Zusatzspule E auf denselben gewickelt. Ferner ist sie in Hintereianderschaltung mit einem regelbaren Widerstand G verbunden. Letzterer kann irgend eine passende Einrichtung erhalten; in der Figur ist eine bezüglich ihrer wirksamen Länge veränderbare Stange angenommen.

In der Ausführungsform Fig. 3 sind um den Kern A¹ zwei in sich geschlossene Spulen E¹ E- gewickelt, deren Bemessung und specifischer Widerstand so gewählt werden, wie es dem zu erzeugenden Phasenwinkel entspricht. Dies kann für das besondere Instrument, mit welchem die Spulen benutzt werden sollen, durch den Versuch festgestellt werden. Auch können diese Spulen so construirt werden, dafs, wie in Fig. 2, ihr Widerstand geregelt werden kann. \

In der weiteren Ausfuhrungsform Fig. 4 kann die Spule E längs des vom Gestell H herabhängenden Kernes A¹ vermittelst der Schraube H¹ verschoben werden, wodurch dieselbe Wirkung wie in der Ausführungsform Fig. 2 vermittelst des regelbaren Widerstandes G erzielt wird.

Die- zweite Ausführungsform, gemäfs welcher die Zusatzspule als zweite Spannungspule von der Hauptstromspule abgezweigt wird, ist in Fig. 6 veranschaulicht. Es bedeuten wiederum C die Hauptstromspule, A die Nebenstromspule mit vorgeschalteter Inductanzspule, der ein nicht inductiver Widerstand E³ vorgeschaltet ist. Die Zusatzspule besitzt nur geringe Selbstinduction, so dafs der sie dürchfliefsende Strom in der Phase wesentlich mit der an den Klemmen herrschenden elektromotorischen Kraft übereinstimmt. Unter diesen Umständen kann bei Abwesenheit von Selbstinduction und Capacität im Hauptstromkreis das Magnetfeld der Nebenschlufsspule A aus bereits erörterten Gründen vermittelst der Zusatzspule E genau auf die Phasenbeziehung 90 ° zur elektromotorischen Kraft zwischen den Leitungen 1, 2 oder dem die Spulen C C durchfliefsenden Strome gebracht werden.

Um den Phasenwinkel zwischen der elektromotorischen Kraft an den Klemmen und dem aus der Zusammenwirkung . der Spulen A und E sich ergebenden Magnetfeld gegen Aenderung durch Temperatureinflüsse zu sichern, wird eine Einrichtung dahin getroffen, dafs eine der stattfindenden Temperaturänderung entsprechende Aenderung der Selbstinduction des Stromkreises selbstthätig Platz greift. Ein Mittel bietet sich in der nachbeschriebenen, in Fig. 8 und 9 dargestellten Einrichtung der Inductanzspule. Der Kern / derselben ist dreitheilig gestaltet, so zwar, dafs der mittlere Theil 7¹ an der Innenseite der

Spule J zwei Lufträume i freiläfst. Die Seitentheile des Kernes I sind an Schienen K befestigt, und diese sind mit einander durch Schienen L verbunden, welche aus einem mit hohem Wärmeausdehnungscoefficienten begabten Metall hergestellt sind. Z. B. bestehen die Schienen L aus Zink, die Schienen K aus Eisen. Steigt nun die Temperatur des Kernes, so dehnen sich die Schienen K aus, mit der Folge entsprechender Erweiterung der Lufträume ii und Verminderung der Selbstinduction. Das Umgekehrte findet statt bei Temperaturerniedrigung. Es werden also die Temperaturveränderungen durch Veränderung des durch die Nebenschlufsspule A des Mefsapparates fliefsenden Stromes ausgeglichen.
: Derselbe Zweck wird nach Fig. io dadurch erreicht, dafs aus dem die Spule einseitig umfassenden Kern / ein keilförmiges, durch Materialwegnahme auf beiden Seiten verschmälertes Stück /² ausgeschnitten und an einer Zinkschiene L befestigt ist, die ihrerseits an beiden Enden fest mit den am übrigen Kerntheil angeordneten Eisenschienen KK befestigt ist. Tritt Temperaturerhöhung ein, so baucht sich L wegen seiner gröfseren Ausdehnung aus und hebt das Stück /² an unter entsprechender Erweiterung der Lufträume i. Das Stück I'² ist mittelst Schraube k höher öder tiefer einstellbar angenommen, um die anfängliche Weite der Lufträume i regelbar zu machen. In der Figur ist die Aufbauchung der Schiene L übertrieben dargestellt, um die Vorstellung ihrer Wirkungsweise zu erleichtern. In der Ausführungsform Fig. 11 und 12 wird die Veränderbarkeit der Lufträume i erreicht durch Zusammensetzung des Kernes / aus zwei umgekehrt zu einander gelegten L-förmigen Hälften I^s und /⁴, welche vermittelst der Eisenschienen K an den Zinkschienen L befestigt sind und je nach der Ausdehnung oder Zusammenziehung der letzteren unter entsprechender Veränderung der Lufträume i aus einander gezogen oder einander genähert werden. Mit dieser Ausführungsform des Kernes werden vorzugsweise zwei Spulen JJ benutzt; doch ist klar, dafs die Wirkung auch bei Anwendung nur einer Spule eintritt.

Anstatt die Wirkungen der Temperatureinflüsse vermittelst der Inductanzspule zu corrigiren, kann man hierzu auch den Widerstand G im Stromkreis der Zusatzspule E (Fig. 2) ausnutzen, indem man denselben in bekannter Weise so einrichtet, dafs er sich selbstthätig mit der Temperatur derartig ändert, dafs dem aus A und E resultirenden Magnetfeld die gehörige Phase gewahrt bleibt.

Die Anwendbarkeit des Erfindungsgegenstandes ist unabhängig von der besonderen Art und Weise, in welcher die primäre Winkelstellung des zu beeinflussenden Magnetfeldes erhalten wird, z. B. vermittelst Condensatoren oder Stromumwandler (Transformatoren).

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Ein Mefsgeräth für Wechselstrom nach Ferraris'schem Princip, dadurch gekennzeichnet, dafs die Wirkung der Nebenschlufsspule vereinigt wird mit der Wirkung einer besonderen Zusatzspule (EJ, welche entweder in sich geschlossen und von der Nebenschlufsspule inducirt oder als zweite Spannungsspule von der Hauptstromspule abgezweigt ist, zum Zweck, ein Magnetfeld zu erzeugen, dessen Phase gegen die Phase desjenigen, welches vom Hauptstrom — so lange er von Selbstinduction und Capacität frei ist — erzeugt wird, um genau 90° verschoben ist und so die Angaben des Zählers von den etwa im Hauptstrom auftretenden Selbstinductionen und Capacitäten und von ihren Aenderungen unabhängig zu machen.

2. Eine Ausführungsform des unter 1. geschützten Zählers, dadurch gekennzeichnet, dafs die Zusatzspule behufs Regelung der Phase des in ihr inducirten Stromes mit einem regelbaren Widerstand versehen (Fig. ι bis 3) oder bezüglich ihrer Eintauchtiefe verstellbar angeordnet ist.

3. Eine Ausführungsform des unter 1. geschützten Zählers, dadurch gekennzeichnet, dafs zum Zweck der Correctur der Temperatureinflüsse die der Nebenschlufsspule vorgeschaltete Inductanzspule mit Lufträumen und einer Einrichtung zur selbstthätigen Regelung derselben unter dem Einflufs der Temperaturänderungen versehen ist, oder dafs mit der Zusatzspule ein sich unter dem Einflufs der Temperaturänderung selbstthätig ändernder Widerstand verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.