DE217200A - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JK£ 217200 -KLASSE 21 e. GRUPPE

SIEMENS & HALSKE AKT.-GES. in BERLIN.

Leistungsmesser für Gleichstrom. Patentiert im Deutschen Reiche vom 9. Oktober 1908 ab.

Zur Messung der Leistung eines Gleichstromes benutzt man gewöhnlich Meßinstrumente nach dem dynamometrischen System, und zwar in der Weise, daß der Strom die feststehende Wicklung unmittelbar durchfließt, während die bewegliche Spule an die Spannung angeschlossen wird. Derartige Instrumente haben den Vorteil, daß sie auch für Wechselstrom verwendbar sind, was besonders für

•ίο Laboratoriums- und ähnliche Zwecke von Bedeutung ist. Als Schalttafelinstrumente zur dauernden Messung bzw. Anzeige der Leistung eines Gleichstromes haben diese Instrumente dagegen den schwerwiegenden Nachteil, daß sie trotz verhältnismäßig großen Energieverbrauches nur wenig Kraft besitzen, wenn man nicht das bewegliche System sehr schwer ausführt, wodurch wieder die Transportfähigkeit der Instrumente leiden würde. Diese Schwierig-, keiten treten in wesentlich erhöhtem Maße bei registrierenden Instrumenten dieser Art auf. Außerdem werden die Angaben derartiger Instrumente in praktisch unzulässigem Maße von äußeren Magnetfeldern oder in der Nähe vorbeigeführten Stromleitern o. dgl. beeinflußt. Es sind nun Instrumente bekannt geworden, welche von den letztgenannten Nachteilen frei sind. Das Prinzip derartiger »elektromagnetischer« Instrumente ist folgendes: Den feststehenden Teil des Systems bildet ein Elektromagnet, dessen Pole so gestaltet sind, daß sich die den beweglichen Teil bildende Drehspule in einem praktisch homogenen Kraftlinienfeld bewegen kann. Die Schaltung ist zweckmäßig eine derartige, daß die Wicklung des Elektromagneten an die Spannung angeschlossen ist, während die bewegliche Spule an den Klemmen 45

eines Nebenschlusses, abgezweigt ist, welcher von dem Strom durchflossen wird. Das auf die Drehspule wirkende Drehmoment ist in diesem Falle von der Stärke des Magnetfeldes und der Stromstärke in der Drehspule bzw. der dieser proportionalen Stromstärke im Nebenschluß abhängig. Da nun dem Drehmoment die Torsion einer Feder entgegenwirkt, deren Kraft proportional dem Drehwinkel ist, so muß sich auch das von Magnetfeld und Strom ausgeübte Drehmoment proportional zum Drehwinkel verändern.' Da nun die Verdrehung auch dem Produkt aus Strom und Spannung proportional sein soll, so ist für ein genaues Arbeiten des Meßinstrumentes erforderlich, daß das Magnetfeld der Spannung proportional ist.

Fig. ι der Zeichnung zeigt schaubildlich den Zusammenhang zwischen Spannung und Magnetfeld, und zwar ist die erstere E auf der. Abszissen-, die letztere Z auf der Ordinatenachse abgetragen. Die Proportionalität beider Werte würde durch die mit α bezeichnete gerade Linie dargestellt. In Wirklichkeit wird aber die erforderliche Proportionalität wegen der Erscheinungen der Hysteresis bzw. Remanenz im : Magneteisen und der Krümmung der Magnetisierungskurve nicht erreicht.

In Fig. ι ist die wirklich erhaltene, mit b bezeichnete Kurve unter Berücksichtigung der Hysteresiserscheinungen dargestellt, und zwar für den Fall, daß die Spannung zwischen den Werten E_mi_n und E_max schwankt. Vermindert können diese Fehler dadurch werden, daß man in dem _m Kraftlinienweg größere Luftstrecken vorsieht; jedoch bedingt dies einen wesentlich höheren Energieverbrauch und entsprechend vergrößerte Abmessungen der Instrumente.

Die Erfindung betrifft nun eine Anordnung, bei welcher mit wesentlich geringerem Energieverbrauch eine für die Praxis im allgemeinen ausreichende Genauigkeit erzielt werden kann. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch Anwendung polarisierter Elektromagnete und beweglicher Systeme, die so miteinander verbunden sind, daß ihre Drehkräfte sich entgegenwirken.

ίο Derartige Einrichtungen können sowohl für Leistungszeiger als auch für Zahler Verwendung finden.

Fig. 2 gibt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der neuen Anordnung.

Das Magnetsystem besteht aus den Magnetschenkeln S₁ und S₂ mit ihren Polschuhen P₁ und p₂, den Kernen A₁ und A₂, den Verbindungsstücken /, alles aus weichem Eisen und den in gleichem Sinne. magnetisierten permanenten · Stahlmagneten m. Die Schenkel S₁ und s₂ tragen Wicklungen W₁ und W₂, welche unter Vorschaltung des Widerstandes V_n, zwischen' die + und ■— Leitung geschaltet sind, zwischen denen die Spannung E herrscht. In dem Luftraum zwischen den Kernen ^₁ bzw. A₂ und den entsprechenden Polschuhen J)₁ bzw. p₂ bewegen sich in bekannter Weise die Drehspulen ^₁ bzw. d₂, welche in Reihe geschaltet und mit einem Vorschaltwiderstand ν an die Klemmen eines Nebenschlusses η angelegt sind, der in die eine der von dem Strome / durchflossenen Leitungen eingeschaltet ist. Statt in Reihenschaltung könnten die beiden Drehspulen auch in Parallelschaltung miteinander verbunden werden.

Die beiden Drehspulen A₁ und d₂ sind in irgendeiner bekannten Weise so miteinander gekuppelt, daß ihre Drehkräfte sich entgegenwirken. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß die beiden Spulen derart miteinander starr verbunden werden, daß sie sich um eine gemeinsame Achse drehen können und daß bei gleicher Lage der Pole der Wicklungssinn bei den beiden Spulen entgegengesetzt ist.

Die Wirkung der Anordnung ist, wie in Fig. 3 der Zeichnung schaubildlich dargestellt, folgende: Ist die Spannung E = 0, so sind auch die von den Elektromagneten erzeugten Kraftlinienfelder beider Systeme gleich ο und die Felder Z₁Z₂, die allein von den permanenten Magneten, deren Feldstärke durch die Linie c veranschaulicht wird, gebildet sind, einander gleich. Wenn die Spannung steigt, so verschieben sich die Kraftlinien infolge der Wirkung des Stromes i_e in den Magnetspulen W₁ und w₂ in der Weise, daß das Kraftlinienfeld Z₁ zunimmt, während das Feld Z₂ abnimmt. Fig. 3 gibt eine Darstellung der Veränderungen der Kraftlinienfelder Z₁ und Z₂ unter Berücksichtigung der Hysteresiserscheinungen in Abhängigkeit von dem Strome i_e bzw. von der Spannung E, namentlich für die Spannungsschwankungen zwischen den Werten Ε_η;_η und E_max. Es ist hierbei angenommen worden, daß bei der Spannung E_max das Feld Z₂- gerade bis auf ο geschwächt wird, so daß sich bei weiterer Erhöhung der Spannung die Kraftlinienrichtung umkehren würde.

Nun sind die auf die Spulen H₁ und d₂ ausgeübten Drehmomente, wie oben bei der Erklärung von Fig. 1 auseinandergesetzt, abhängig von den auf sie einwirkenden Magnetfeldern und der Stärke des sie durchfließenden Stromes. Da nun diese Drehmomente einander entgegengerichtet sind, ergibt sich ein auf die gemeinsame Spulenachse wirkendes Gesamtdrehmoment, das der Differenz der Einzeldrehmomente entspricht, und folglich, da der Strom in beiden Spulen der gleiche ist, der Differenz der Magnetfelder proportional ist. Die Abhängigkeit dieses Differenzwertes von der Spannung E ist in Fig. 3 durch die Doppelkurve Z (= Z₁ -ZJ dargestellt.

Die nicht unbeträchtlichen Abweichungen des Wertes Z₁ — Z₂ von der Proportionalität können durch Anordnung eines Luftspaltes (r in Fig. 2) verringert werden, insbesondere kann man ohne zu großen Energieverbrauch erreichen, daß die beiden durch die Hysteresiserscheinungen verursachten Zweige der Schleife nahe genug beieinander liegen, jedoch bleibt noch die Krümmung der ganzen Magnetisierungskurve übrig, deren Einfluß nicht ausgeglichen ist. Dieser Nachteil zeigt sich besonders bei größerer Induktion im Eisen, die man zweckmäßig bei starken Magnetfeldern anwendet, wie sie insbesondere für registrierende Meßinstrumente zur Erzielung genügend großer Drehkräfte erforderlich sind.

Es gibt nun bei der neuen Anordnung ein einfaches Mittel, um die Neigung der Kurve innerhalb gewisser Grenzen beliebig verändern zu können. Es ist dazu nur erforderlich, die Magnetfelder Z₁ und Z₂ für den Fall, daß die Spannung E =0 ist, ungleich zu machen. Sorgt man dafür, daß in diesem Falle Z₁ kleiner als Z₂ wird, so kann man eine genügende Annäherung an die Proportionalität erreichen. Die entsprechenden Kurven sind in Fig. 4 dargestellt. Die Verschiedenheit der Magnetfelder no kann erreicht werden durch eine entsprechende Verschiedenheit der Magnetform, des Eisenmaterials, der Luftspalte in den beiden Systemen oder auch durch Anordnung eines magnetischen Nebenschlusses zu einem oder beiden Systemen. Letztere Anordnung hat den Vorteil der einfachen Regelbarkeit.

Anstatt die Magnetfelder verschieden stark zu machen, kann man auch, da die Einzeldrehmomente sowohl von der Feldstärke als auch dem Spulenstrom abhängig sind, die Anordnung so treffen, daß die Ströme in den beiden Dreh-

spulen verschieden sind. Bei geeigneter Bemessung der einzelnen Werte ist es dann leicht, ein Verhältnis des Gesamtdrehmomentes zur Spannung zu erhalten, das ebenfalls durch die Kurve Z (— Z₁ — Z₂,) in Fig. 4 zum Ausdruck gebracht wird.

Bei Hintereinanderschaltung der beiden Drehspulen kann die Verschiedenheit der sie durchfließenden Ströme durch Anordnung eines gegebenenfalls regelbaren Nebenschlusses zu einer der Spulen, bei Parallelschaltung durch entsprechende Vorschaltung von Widerständen erreicht werden. Eine Anordnung der ersteren Art ist in Fig. 5 der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Es ist danach ein Nebenschlußwiderstand χ zu der Spule ^₁ parallel geschaltet. Wie punktiert angedeutet, kann natürlich auch ein zweiter, passend bemessener Nebenschluß X₁ für die Spule iü₂ vorgesehen werden.

Abweichend von den dargestellten Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes ist es auch möglich, das Magnetsystem durch den zu messenden Strom, die Drehspulen dagegen von der Spannung beeinflussen zu lassen.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Leistungsmesser für Gleichstrom, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere von Strom oder Spannung beeinflußte bewegliehe Systeme, die so miteinander verbunden sind, daß ihre Drehkräfte sich entgegenwirken, durch die gleichzeitige Wirkung von Dauermagneten und von an Spannung bzw. Strom angeschlossenen Elektromagneten derart beeinflußt werden, daß die Drehkraft des einen Systems geschwächt, die des anderen verstärkt wird und auf diese Weise die von den Magnetfeldern ausgeübte Wirkung auf das Gesamtdrehmoment annähernd proportional der Spannung wird.
2. 2. Leistungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beseitigung des Einflusses der Krümmung der Magnetisierungskurve die Magnetfelder beider Systerne, beispielsweise durch Verschiedenheit der Magnetform, des Eisenmaterials, der Luftspalte in beiden Systemen oder durch Anordnung magnetischer Nebenschlüsse, auch für den Nullwert der Spannung ungleich sind.
3. 3. Leistungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beseitigung des Einflusses der Krümmung der Magnetisierungskurve die Ströme in beiden Drel· spulen beispielsweise durch Anordnung^von Nebenschlüssen oder Vorschaltwiderständen verschieden sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.