DE174392C

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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 174392 KLASSE 21 e. GRUPPE

OTTO TITUS BLATHY in BUDAPEST.

Ferraris'schem Prinzip.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 20. Januar 1906 ab.

Bei den Elektrizitätszählern nach Ferraris'schem Prinzip^ wird die Größe der Ablesungskonstante durch Schwankungen der Spannung und der Wechselzahl beeinflußt.
Die auf den beweglichen Anker ausgeübte Triebkraft ist proportional mit Hx JV, wo H das Feld des Hauptstrommagneten und JV das auf die Scheibe wirksame Feld des Nebenschlußmagneten bedeutet. Die Bremskraft ist

ίο mit der Summe der Quadrate der sämtlichen, auf die Scheibe wirkenden magnetischen Felder, also des Hauptstromfeldes H, des Nebenschlußfeldes JV und des Bremsfeldes B (Stahlmagnet), proportional. Aus diesen beiden Proportionalitätsgleichungen Triebkraft 00 H. H und Bremskraft co B² + JV² + H² ist die gemessene Energie =

H-N

B² + N'² + H² '

wo C die Zählerkonstante darstellt.

Da nun, wenn die Stärke des durch das

Meßgerät fließenden Stromes mit /, die Spannung mit V bezeichnet wird, E proportional mit I· V und H proportional mit / ist, so ergibt sich

H-V=C

B² + N² + H²

= jj.(B² + N² + HV.

Die Stärke des das Hauptfeld erregenden Stromes ändert sich zwischen weiten Grenzen. Um nun einen fühlbaren Einfluß der Änderung der Stärke des Hauptstromfeldes H auf die Zählerkonstante C zu vermeiden, wird das Hauptstromfeld H im Verhältnis zu dem Bremsfelde B und dem Nebenschlußfelde JV klein bemessen, so daß das Quadrat des Hauptfeldes in obigem Ausdrucke vernachlässigt werden kann. Bei den bekannten Zählerkonstruktionen ändert sich ferner das Nebenschluß feld JV mit der Spannung V pro-

portional, so daß -^ konstant ist und dementsprechend die Zählerkonstante C proportional mit J5² + JV² wird.

Änderungen in der Stärke des Neben-Schlußfeldes JV als Folge der Änderung der Spannung oder der Wechselzahl werden demnach auf die Größe der Zählerkonstante Einfluß üben, und zwar wirkt eine Abnahme der Wechselzahl in demselben Sinne wie eine Zunahme der Spannung.

Um diesen Einfluß nach Möglichkeit zu vermindern, trachtete man JV möglichst klein im Verhältnis zu B zu wählen. Dies konnte man entweder durch Anordnung sehr kräftiger Stahlmagnete erreichen, die jedoch infolge ihres hohen Preises die Zähler sehr verteuerten, oder aber, wenn man dies vermeiden wollte, verringerte man JV in entsprechendem Maße. Dies war jedoch mit dem schwerwiegenden Nachteil verbunden,

daß die Triebkraft, die, wie eingangs erwähnt worden, proportional mit dem Produkt von JV und (dem aus oben erwähnten Gründen ohnehin klein bemessenen) H ist, sehr geschwächt wird, so daß die Wirkungen der der Triebkraft entgegenwirkenden Bewegungswiderstände (Reibung in der Scheibenlagerung und im Zählwerke) zu sehr in den Vordergrund treten.

ίο Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden diese Nachteile durch Anordnung einer Einrichtung behoben, durch welche erreicht wird, daß sich die Stärke des wirksamen Nebenschluß feldes JV in größerem Maße andere als die Spannung V, so . daß also im Ausdruck

V

jT nicht mehr konstant bleibt, sondern bei der Änderung der Spannung ebenfalls einen Einfluß auf die Änderung der Zählerkonstante ausübt.

Wächst nun die Spannung V und nimmt hiermit die Stärke des wirksamen Nebenschlußfeldes JV in höherem Maße als einfach proportional mit V zu, so wird das Anwachsen von JV im Gliede B² -j- JV² wohl eine Vergrößerung der Konstante bedingen,

andererseits aber wird das Glied -^- zu einem echten Bruche, welcher die Zählerkonstante . zu vermindern trachtet. Durch geeignete Wahl der Größen kann nun erreicht werden, daß sich die beiden Einflüsse aufheben und daß demnach die Änderungen der Spannung bezw. der Stärke des Nebenschlußfeldes die Zählerkonstante nicht beeinträchtigen.

Wird beispielsweise V= 10, JV= 10 und B'² = 1000 angenommen, also die Bremskraft des Stahlmagneten das Zehnfache derjenigen des Nebenschlußfeldes, so ist

¹ = — (iooo -f ioo) = ι ioo.

IO '

Soll nun z. B. beim Anwachsen von V um 10 Prozent, also auf 11, die Konstante sich nicht ändern, also C wieder = 1100 sein, so läßt sich der Wert von JV aus

1100 = —— (1000 -f N₁ ²)

berechnen. Für JV₁ ergibt sich hieraus der Wert von 11,28. Aus diesem geht es also hervor, daß die Anordnung derart zu treffen ist, daß beim Anwachsen der Spannung V um 10 Prozent, die Stärke des wirksamen Nebenschlußfeldes um 12,8 Prozent steigt.
Dieser Ausgleich der Wirkung der Spannungsschwankungen auf die Zählerkonstante ermöglicht es auch, für das Bremsen statt der bisher ausschließlich verwendeten Stahlmagnete von der Spannung gespeiste Elektromagnete zu verwenden, da durch entsprechend stärkeres Anwachsenlassen des Nebenschlußfeldes JV bei Zunahme der Spannung auch der Einfluß der veränderlichen Stärke des Bremsmagneten ausgeglichen werden kann.

Ist z. B. wie oben B² = 1000, JV² = 100 und F = 10, so ist C= 1100.

Ist nun B ein von der Spannung gespeister Elektromagnet, dessen Feldstärke sich proportional mit der Spannung V ändert, und soll C beim Anwachsen der Spannung F um 10 Prozent, also von 10 auf 11, konstant bleiben, so ergibt sich aus

C = -^- (B* + N₁V,

11

1100 = -— (1210 + JV₁ ²) für JV₁ = 14. j

Wenn also beim Anwachsen der Spannung V um 10 Prozent die Stärke des wirksamen Nebenschlußfeldes JV um 40 Prozent zunimmt, so ist bei den oben angenommenen Verhältnissen der Einfluß der Spannungsänderungen auf die Zählerkonstante ausge- glichen. -

Es müßte also das wirksame Feld sich in vierfach größerem Verhältnis ändern als die Spannung, was aber gewisse Nachteile mit sich bringt. Durch entsprechende Konstruktion des Bremselektromagneten können jedoch, wie weiter unten auseinander gesetzt, die Verhältnisse günstiger gestaltet werden.

Dieses Verhalten des Nebenschlußfeldes kann dadurch erreicht werden, daß das durch die Spannung erzeugte Gesamtfeld in einen für die Treibkraft wirksamen und in einen nichttreibend wirkenden Kreislauf getrennt wird, in welch letzterem die Stärke des magnetischen Flusses durch eingeschaltete, bereits durch den schwächsten in Betracht kommenden Magnetisierungsstrom gesättigte Einschnürungen begrenzt ist, so daß die durch die Spannungs- bezw. Wechselzahlschwankungen hervorgerufenen Feldänderungen auf den für die Triebkraft wirksamen Teil des Spannungsfeldes konzentriert werden.

Eine solche Anordnung ist in Fig. 1 gezeigt, wo JV den Spannungselektromagneten und JVs einen magnetischen Nebenschluß desselben darstellt, durch welchen das Gesamtfeld in der oben beschriebenen Weise in einen wirksamen und einen unwirksamen Teil geteilt wird. In dem Nebenschluß ist eine Einschnürung χ angebracht, die bereits durch den in Betracht kommenden schwächsten. Magnetisierungsstrom gesättigt wird.

Obwohl das gesamte Feld des Nebenschlußmagneten sich -selbstverständlich proportional mit der Spannung ändert, wird die beabsichtigte Wirkung dadurch erreicht, daß infolge der Sättigung der' Brücke χ der durch diese abgeleitete Teil des Gesamtfeldes nahezu konstant bleibt, und demnach der andere Teil des Feldes, nämlich der die Scheibe A durchsetzende wirksame magnetische

ίο Fluß, sich in größerem Verhältnis ändert als die Spannung.

Die gleiche Wirkung kann auch, wie in Fig. 2 dargestellt, erreicht werden durch eine mit der Spannungsspule in Reihe geschaltete Selbstinduktionsspule /, in deren Eisenkern die oben gekennzeichnete Einschnürung χ vorgesehen ist.

Auch hier wird die Summe der in den beiden Feldern JV und / induzierten Kraftlinien sich proportional mit der Spannung

. ändern. Da aber durch den gesättigten

f Steg χ die Kraftlinienzahl in dem F"elde / nahezu unveränderlich gehalten ist, so wird nahezu die ganze Änderung der Summe der Felder JV und / in dem Teil N verlaufen.

Das von der Spannung induzierte Gesamtfeld kann auch derart in zwei Teile geteilt werden, daß der eine durch die eingeschalteten Einschnürungen möglichst konstant gehaltene Teil das besondere, den Stahlmagneten ersetzende Bremsfeld bildet, also ebenfalls für die Treibkraft unwirksam ist; denn es ist selbstverständlich, daß bei Anwendung eines Bremselektromagneten dieser mit der Hauptspule kein Drehmoment auf die Scheibe üben darf. Eine solcheAnordnung ist in Fig. 3 veranschaulicht. JV ist der gewöhnliche Nebenschlußmagnet und B ist ein Bremselektromagnet, in dessen Eisenkern die Einschnürungen χ, χ dadurch gebildet werden, daß in die zum Aufbau des Eisenkerns benutzten Bleche Löcher d gestanzt werden. Doch kann die Anordnung, wie in Fig. 4, welche das Polende eines Elektromagneten zeigt, ersichtlich, auch derart getroffen werden, daß an den Polen bloß einzelne Bleche b ununterbrochen bis zur Polfläche geführt werden, während die übrigen Bleche bei e unterbrochen sind. In die durch die Bleche b gebildeten Stege können außerdem noch Löcher d gestanzt sein. Die Wicklungen des Spannungselektromagneten und des Bremsmagneten sind in Reihe geschaltet, so daß das durch die Spannung induzierte Gesamtfeld in den beiden Magneten B und JV verteilt ist. Bei Schwankungen der Spannung ändert sich die Stärke des Gesamtfeldes auch hier proportional zur Spannung; da jedoch durch die gesättigten Einschnürungen χ das Feld des Magneten B nahezu konstant gehalten wird, werden die Änderungen des Gesamtfeldes auf das Feld JV konzentriert,, so daß sich dieses in größerem Verhältnis ändern wird als die Spannung. Durch diese Anordnung wird also ein doppelter Effekt erreicht, da einerseits das Spannungstreibfeld JV in größerem Verhältnis geändert wird als die Spannung, womit die bezweckte Korrektion erreicht wird, andererseits aber die Änderungen des Bremsfeldes bei den Änderungen der Spannung sehr vermindert werden, so daß die Einflüsse dieser Änderungen des Bremsfeldes durch das oben gekennzeichnete Verhalten des Nebenschlußfeldes ohne Schwierigkeit korrigiert werden können.

Außerdem kann aber auch bei dieser Anordnung zur Erhöhung des Effektes der Nebenschlußtreibmagnet JV mit der in Fig. 1 dargestellten Korrektion ausgestattet sein, wie dies aus Fig. 5 ersichtlich ist.

Eine andere Art der Teilung des durch die Spannung erzeugten Gesamtfeldes in einen für die Treibkraft unwirksamen möglichst konstanten und in einen treibend wirkenden, möglichst die ganzen Änderungen des Gesamtfeldes erfahrenden Teil ist in Fig. 6 im Grundriß und in Fig. 7 im Aufriß dargestellt. Hier ist bloß eine einzige von der Spannung gespeiste Spule S vorhanden. Der Eisenkern ist jedoch derart verzweigt, daß das durch die Spule S erzeugte Feld die Scheibe A an zwei Stellen kreuzt, welche mit Bezug auf das nicht dargestellte Hauptstromfeld derart gewählt sind, daß durch das Zusammenwirken des einen Kraftlinienkreislaufes JV mit dem Hauptstromfelde ein Drehmoment auf die Scheibe ausgeübt wird, während der andere Kreislauf B mit dem Haupt-. stromfelde kein Drehmoment erzeugt. Die Stärke des Flusses im Kreislauf B wird durch die Einschnürungen χ möglichst konstant gehalten, so daß die Änderungen des durch die Spule S induzierten Gesamtfeldes auf den Kreislauf JV konzentriert werden.

Es kann auch der Bremsmagnet B und der Nebenschlußtreibmagnet JV jeder mit einer besonderen Korrektion versehen werden, und ist es dann nicht notwendig, die beiden Magnete in Reihe zu schalten, sondern es können beide, jeder für sich, von der Spannung gespeist werden. Fig. 8 zeigt eine solche Anordnung, wo die Zweiteilung des in dem Bremsnebenschluß induzierten Feldes durch eine mit dem Bremsmagneten in Reihe geschaltete Selbstinduktionsspule Z erfolgt, welche ungesättigt ist und vorteilhaft einen Luftzwischenraum / aufweist, doch kann die Zweiteilung des Bremsmagnetfeldes im Sinne der Fig. 9 auch mittels zweier über die Stege χ, χ angeordneter Hörner a, a, zwischen welchen ein Luftzwischenraum / gelassen ist, bewirkt werden.

Wie bereits eingangs erwähnt worden ist, wirkt eine Änderung der Wechselzahl in entgegengesetztem Sinne wie eine Änderung' der Spannung, d. h. eine Verminderung der Wechselzahl wird die gleiche Wirkung ausüben wie eine Zunahme der Spannung. Es ist also klar, daß die oben beschriebene Korrektion nicht nur den Einfluß der Spannungsänderungen, sondern auch den Einfluß der

ίο Wechselzahländerungen aufhebt.

Endlich soll bemerkt werden, daß die Stege χ sowohl bei dem Nebenschlußmagneten als auch beim Bremsmagneten bezw. in der Selbstinduktionsspule des Nebenschlußmagneten derart kurz bemessen werden können, daß sie nicht nur durch die Hauptstromwelle, sondern tunlichst auch durch die höheren harmonischen Schwingungen, deren Intensität in der Regel nur Bruchteile der Hauptwelle bildet, gesättigt werden.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Einrichtung zum Ausgleich der Wirkung von Spannungs- und Wechsel-Zahlschwankungen auf die Zählerkonstante von Elektrizitätszählern nach Ferrarisschem Prinzip, gekennzeichnet durch eine Anordnung, durch welche die Stärke des wirksamen Nebenschlußfeldes in größerem Maße sich ändert als die Spannung bezw. die Wechselzahl.

2. Eine Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Spannung erzeugte Gesamtfeld in einen für die Triebkraft wirksamen und in einen nicht treibend wirkenden Kreislauf getrennt ist, in welch letzterem die Stärke des Flusses durch eingeschaltete, bereits durch den schwächsten in Betracht kommenden Magnetisierungsstrom gesättigte eingeschnürte Stege begrenzt ist, so daß die durch die Spannungs- bezw. Wechselzahlschwankungen hervorgerufenen Feldänderungen auf den wirksamen Teil des Spannungsfeldes konzentriert werden.

3. Eine Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungselektromagnet für die Kraftlinien, bevor diese in den beweglichen Anker gelangen, einen durchwegs durch paramagnetischen Stoff gebildeten Nebenschluß besitzt, welcher mit einer (oder mehreren) derart kurz und dünn bemessenen Einschnürungen versehen ist, daß dieser eingeschnürte Teil bereits durch die geringste in Betracht kommende Spannung gesättigt wird.

4. Eine Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsspule mit einer Selbstinduktionsspule in Reihe geschaltet ist, deren Eisenkern eine unter 3. gekennzeichnete Einschnürung besitzt, wobei der Kern des Spannungselektromag- neten im Bedarfsfalle außerdem noch einen unter 3. gekennzeichneten magnetischen Nebenschluß aufweisen kann.

5. In Verbindung mit der Einrichtung nach Anspruch 1 und 2 die Verwendung eines von der Spannung gespeisten Elektromagneten als Bremsmagnet derart, daß A die Einflüsse der durch die Spannungs- ^ bezw. Wechselzahlschwankungen hervor- * gebrachten Feldänderungen des Bremsmagneten auf die Zählerkonstante durch die unter 1. gekennzeichnete Einrichtung des Spannungsfeldes aufgehoben werden.

6. Ein Bremselektromagnet zur Einrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Spannung erzeugte Gesamtfeld desselben in einen die Scheibe nicht durchsetzenden unwirksamen ungesättigten und in einen durch die Scheibe gehenden wirksamen Teil getrennt ist, in welch letzterem die Stärke des Flusses durch eingeschaltete, bereits durch den schwächsten in Betracht kommenden Magnetisierungsstrom gesättigte Einschnürungen begrenzt ist, so daß die durch die Spannungsbezw. Wechselzahlschwankungen bedingten Feldänderurigen nahezu gänzlich in dem auf die Scheibe unwirksamen Teil des Feldes abfließen.

7. Eine Einrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung des durch die Spannung induzierten Feldes derart erfolgt, daß der durch die Einschnürungen konstant gehaltene Teil das Bremsfeld bildet, also der Treibwirkung entzogen wird, wodurch die durch die Spannungs- bezw. Wechselzahlschwankungen bewirkten Änderungen der Feldstärke auf das Nebenschlußtreibfeld konzentriert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.