DE99837C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

in NÜRNBERG.

Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein auf dem Ferraris'schen Princip beruhender Apparat, welcher die Phasenverschiebung zweier Wechselströme unabhängig von deren Stromstärke direct anzeigt. Der Apparat beruht auf folgender Erscheinung. Wenn auf einen Metallstreifen M (Fig. 4) zwei von Wechselströmen verschiedener Phase durchflossene Spulen S₁ und S₂ einwirken, welche die Felder N₁ und IV₂ erzeugen, erfährt derselbe eine Kraftwirkung in der Richtung A A, indem N₁ und IV₂ ein Drehfeld erzeugen. Bei gleicher Stärke der Drehfelder wird die Kraft abhängen von der Breite b des Streifens, indem bei gröfserer Breite die von dem Drehfeld inducirten Ströme stärker sind' als bei geringerer Breite desselben. Hat man also einen Metallstreifen M (Fig. 5) von veränderlicher Breite, der sich in der Geraden A A bewegen kann, so wird bei demselben Drehfeld die Kraft, welche auf den Streifen wirkt, von der Stellung des Streifens abhängen, sie wird eine Function von α sein; bewegt man M aus der Stellung α in die Stellung a_x , so wird dabei die Zugkraft K wachsen; K läfst sich so darstellen:

K= C-N₁-N₂Sm NJNr, ■ f (α),

wo C eine Constante, N₁ und .ZV₂ die Feldstärken von S₁ und S₂, Winkel N₁JN₂ den Verschiebungswinkel zwischen den Feldern und f (a.) eine Function von α bedeutet.

Soll in einem Stromkreise die Verschiebung zwischen dem Verbrauchsstrom J und der Verbrauchsspannung E bestimmt werden, so erhält der Apparat folgende Einrichtung: Eine vom Hauptstrom durchflossene Spule H (Fig. 1 und 2) wird zwischen zwei Spulen IV₉₀ und N₀ angeordnet, deren erste unter Vorschalten einer Drosselspule D, deren zweite unter Vorschalten eines inductionsfreien Widerstandes B von der zwischen den Hauptleitungen herrschenden Spannung E erregt wird, so dafs der Magnetismus in der Spule N₉₀ um go° gegen E verschoben ist, während der Magnetismus der Spule N₀ mit E zusammenfällt. Ueber den Spulen H, N₀ und IV₉₀ befindet sich eine aus leitendem Material bestehende Platte A von veränderlichem Querschnitt, welche von dem Arm C getragen wird und sich mit letzterem um den festen Punkt P dreht. Der Ausschlag kann vermittelst des mit dem Arm C verbundenen Zeigers Z, welcher vor der Scala S spielt, auf der letzteren abgelesen werden. Auf den beweglichen Theil ACZ wirken, wenn alle drei Spulen stromlos sind, keinerlei Kräfte ein.

Wird nun die Spule H von einem Strom durchflossen, welcher mit der Verbrauchsspannung E eines gegebenen Stromkreises in gleicher Phase ist, so haben die Ströme in IV₀ und H keine gegenseitige Verschiebung und H bringt mit IV₀ kein Drehfeld hervor. Dagegen sind die Ströme in IV₉₀ und H jetzt um 90° verschoben und bringen ein sehr kräftiges Drehfeld hervor. Die Wickelungen von IV₀ und IV₉₀ sind so gewählt, dafs beide Drehfelder HjN₀ sowie HJN₉₀ die Metallscheibe A gegen H hin zu bewegen suchen. Hat nun J keine Verschiebung gegen E, so tritt nur ein

Drehfeld HJN₉₀ auf, welches A nach unten bewegt; A kann erst zur Ruhe kommen, wenn es seine tiefste Stellung erreicht hat und dem Drehfeld HJN₉₀ nicht mehr ausgesetzt ist, so dafs A über H und N₀ steht, wobei der Zeiger Z auf O zeigt. Erhält nun. der Hauptstrom eine Verschiebung von go°, so Wirkt nur ein Drehfeld H/N_o von unten nach oben und A bewegt sich nach -oben, bis es den Bereich des Drehfeldes HJN₀ verlassen hat, so dafs A über H und N₉₀ steht, wobei Z auf go⁰ zeigt; A ist dabei in der in Fig. 2 gezeichneten Stellung.

Geht nun die Verschiebung von / gegen E von 90⁰ auf 45⁰ zurück, so treten zwei Drehfelder HjN,₎₀ von oben nach unten und HJN₀ von unten nach oben auf; dabei kann A nicht mehr in der in Fig. 2 gezeichneten Stellung bleiben, denn da das Drehfeld HJN₀ in der in Fig. 2 gezeichneten Stellung keine Kraft ausüben kann, wird das Drehfeld HjN₉₀ die Scheibe A nach unten bewegen; dabei nimmt jedoch die vom Drehfeld HJN₉₀ auf A ausgeübte Kraft infolge der veränderlichen Breite von A ab, da dabei schmälere Theile von A über N₉₀ zu stehen kommen; andererseits nimmt dabei die von HJN₀ auf A ausgeübte Kraft aus dem gleichen Grunde zu und A wird sich so lange nach unten bewegen, bis die von den beiden Drehfeldern auf A ausgeübten Kräfte gleich sind, dann wird A zur Ruhe kommen; bei gleich starken Feldern N₀ und N₉₀ wird dies der Fall sein, wenn A die in Fig. 1 gezeichnete symmetrische Stellung einnimmt, wobei Z auf 45° zeigt; fällt nun die Verschiebung von 45⁰ auf 20°, so wird das Drehfeld HJN₉₀ kräftiger, das Drehfeld HjN₀ schwächer. Infolge dessen wird das Gleichgewicht gestört, das Drehfeld HJN₉₀ wird A nach unten schieben, dabei wird jedoch infolge der verschiedenen Breite von.A die Wirkung des Drehfeldes HJN₉₀ auf A schwächer, die Wirkung des Drehfeldes HjN₀ stärker und A wird sich wieder so lange nach unten bewegen, bis die Wirkung der beiden Drehfelder auf A die gleiche ist; dabei steht der Zeiger Z zwischen 45⁰ und o°. Es erübrigt noch, zu zeigen, dafs die Einstellungen des Instrumentes von / unabhängig sind, was aus der folgenden theoretischen Betrachtung sich ergiebt.

Die Kraft K₉₀, die N₉₀ in der Richtung des Pfeiles ausübt (Fig. 1), ist

K₉₀ = J-cos φ ■/' (α) ι)

und die von N₀ ausgeübte Kraft K₀ ist

K_n

J ·^sin φ · Λ N ²)

wo J den Hauptstrom und α den Verschiebungswinkel zwischen E und /, J₁ (α) und f₂ (α) Functionen der Stellungen von A bedeuten, die von der Form von A abhängig sind; da weitere Kräfte auf A nicht wirken, ist

/· cos cp/j · (a) = J ■ sin φ -f₂ (a.). . 3)

tang ψ = F (a)

wo F eine andere Function von α bedeutet; dabei war vorausgesetzt, dafs die Wickelungen von N₀ und N₉₀ einander gleich sind und dafs N₀ um o°, N₉₀ um 90° gegen E verschobene Ströme führt; beides ist für die Wirkungsweise des Apparates nicht wesentlich. Man erkennt aus der Beziehung 4), in welcher die Gröfse J nicht vorkommt, dafs die Angaben des Instrumentes von der Stromstärke unabhängig sind.

Soll die Verschiebung, die zwei Ströme J₁ und J₂, haben, bestimmt werden, so läfst man den einen Strom, z. B. J₁, durch H, den andern, J₂₁ durch einen inductionsfreien Widerstand fliefsen, an dessen Enden man die beiden Spulen N₀ und N₉₀ anschliefst.

Eine der vielen möglichen Ausführungsformen des Apparates zeigt Fig. 3, wobei zwei Metallkörper A₁ und A.₂ und zwei Hauptstromspulen H₁ und H₂ verwendet sind. Statt bei den Stücken A₁ und A₂ die Breite, kann man auch deren Dicke abnehmen lassen; wesentlich ist nur, dafs auf die Stücke A^ A.₂ je nach ihrer Stellung die Drehfelder verschieden grofse Kräfte ausüben. Um eine Dämpfung zu erzielen, kann man auf der Achse P eine eigens hierfür bestimmte Scheibe befestigen, weiche sich zwischen den Polen eines Magneten bewegt, oder die Platte A direct hierzu verwenden.

Claims (1)

1. Patent-AnspR uch:

   Von der Stromstärke unabhängiger Phasenmesser nach Ferraris'schem Princip, dadurch gekennzeichnet, dafs auf ein oder mehrere beweglich auf einer Achse befestigte Metallstücke (A₁ A, .A₃ . . .) von abnehmendem Querschnitt eine oder mehrere Hauptstromspulen (H₁ H₂ H₃ . . .) und zwei Nebenschlufsspulen drehend einwirken, von denen die eine sehr grofse, die andere sehr kleine Selbstinduction besitzt, und die eine in der einen, die andere in der anderen Richtung ein Drehmoment ausübt, so dafs die Metallstücke unter der ausschliefslichen Wirkung dieser elektrischen Kräfte eine nur von der Phasenverschiebung (zwischen dem in der oder den Hauptstromspulen fliefsenden Strom und der die Nebenschlufsspulen speisenden Spannung) abhängige Gleichgewichtslage einnehmen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.