DE235913C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- Ju 235913-KLASSE 21 e. GRUPPE- Ju 235913-CLASS 21 e. GROUP

durch Eisen geführtem Kraftlinienverlauf.line of force guided by iron.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 27. November 1909 ab.Patented in the German Empire on November 27, 1909.

Bei Meßgeräten für Wechselstrom, beson-, ders bei Wattmetern, wurde bisher im allgemeinen die Verwendung größerer Eisenmassen vermieden, und zwar deswegen, weil durch die im Eisen auftretenden Wirbelströme und die. Hysteresis eine nicht unbedeutende Phasendifferenz zwischen dem das System magneti-; sierenden Strom und der Feldstärke auftritt.. Zur Aufhebung dieser Phasendifferenz sind'In the case of measuring devices for alternating current, however, in the case of wattmeters, the use of larger masses of iron has been the general rule avoided because of the eddy currents occurring in the iron and the. Hysteresis is a not insignificant phase difference between which the system magneti-; sizing current and the field strength occurs .. To cancel this phase difference are '

ίο dann entweder besondere Kompensationen notwendig, von denen eine größere Anzahl bekannt: ist, oder aber man muß, um eine genügend hohe Genauigkeit in den Angaben der Meßgeräte zu erzielen, die Eisenmassen fortlassen.ίο then either special compensations are necessary, of which a larger number is known: is, or one must, in order to make one sufficient to achieve high accuracy in the data of the measuring devices, which omit iron masses.

Die Verwendung von Kompensationen und Ausgleichseinrichtungen ist aber bekanntlich für die Praxis sehr lästig, und überdies ist oft die Wirkung dieser Einrichtungen ziemlich unsicher. Dagegen bietet die Verwendung von Eisen zur Leitung der Kraftlinien einen so großen Vorteil in bezug auf die erzielbare Größe der Kräfte (Empfindlichkeit), daß dauernd neue Konstruktionen von eisenhaltigen Meßgeräten auftauchen.The use of compensations and compensation devices is known, however very burdensome in practice, and what is more, the effect of these devices is often quite considerable unsure. In contrast, the use of iron to guide the lines of force offers one so great advantage in terms of the achievable size of the forces (sensitivity) that New constructions of ferrous gauges keep popping up.

Gemäß der Erfindung lassen sich nun Meßgeräte für Wechselstrom, insbesondere Wattmeter, herstellen, deren Angaben eine sehr hohe Genauigkeit besitzen und bei denen dennoch der überwiegend größte Teil des Kraftlinienweges in Eisen verläuft. Die der Erfindung zugrunde liegende neue Erkenntnis ist folgende:According to the invention, measuring devices for alternating current, in particular wattmeters, produce, the details of which have a very high accuracy and in which the overwhelming majority of the The path of the line of force runs in iron. The new knowledge on which the invention is based is the following:

Die Phasenverschiebung des Kraftlinienflusses gegenüber der magnetisierenden Kraft ist nicht; allein abhängig von der Größe der im Eisen auftretenden Verluste, sondern von dem Verhältnis dieser Verluste zu der gesamten durch das Eisen geleiteten magnetischen Energie. Gemäß der Erfindung ergibt sich, daß die Phasenverschiebung klein ist, wenn die ganze oszillierende magnetische Energie des Systems im Verhältnis zu den durch Hysteresis und Wirbelströme verursachten Verlusten sehr groß ist. Der Größe der oszillierenden magnetischen Energie eines Wechselstrommagnetsystems entspricht nun bei gegebener Frequenz eine bestimmte Anzahl wattloser Voltampere in der erregenden Spule. Es ergibt sich daher, daß die Phasendifferenz des magnetischen Kraftflusses gegenüber der erregenden. Kraft nur sehr klein sein wird, wenn die durch ein Wechselfeld induzierten Voltampere der Spule gegenüber den in Watt ausdrückbaren Verlusten infolge Hysteresis und Wirbelströme groß sind. Auf diese Weise ist es möglich, die Fehler des Instrumentes innerhalb zulässiger Grenzen, also etwa unter 1 v. H. bei cos. φ = ο zu erhalten. Es ist also mit anderen Worten die Forderung aufzustellen::The phase shift of the flux of the lines of force opposite to the magnetizing force is not; solely dependent on the size of the iron occurring losses, but on the ratio of these losses to the total through the iron conducted magnetic energy. According to the invention it follows that the Phase shift is small when all the oscillating magnetic energy of the system in relation to the losses caused by hysteresis and eddy currents is great. The amount of oscillating magnetic energy in an AC magnet system corresponds to a certain number of wattless volt-amperes at a given frequency in the exciting coil. It follows, therefore, that the phase difference of the magnetic Flow of force compared to the exciting. Force will only be very small when passing through one Alternating field induced volt-amperes of the coil compared to the losses that can be expressed in watts due to hysteresis and eddy currents are large. In this way it is possible to keep the errors of the instrument within allowable Limits, i.e. under 1 v. H. at cos. φ = ο to be obtained. So it is with in other words to make the requirement:

Eisen Verluste =Iron losses =

wobei E J die wattlosen Voltampere in der erregenden Spule bezeichnet. Die den Gegenstand der Erfindung bildenden; Meßgeräte sind nun so gebaut, daß sie dieser Forderung genügen. . ' ,.where EJ denotes the wattless volt-amperes in the energizing coil. The subject matter of the invention; Measuring devices are now built in such a way that they meet this requirement. . ',.

Vergrößert man ζ. B. bei einem der bereits bekannten Eisen enthaltenden Wattmeter die Windungszahl der Hauptstromspule um das Doppelte und vergrößert man gleichzeitig bei gegebener Eisenmenge den Arbeitsluftspalt ζ. B. dadurch, daß man einen weiteren, sonst unnötigen Luftspalt in den Weg der Kraftlinien einfügt, und wählt man diese Verhältnisse derart, daß trotz der doppelten AnzahlIf you enlarge ζ. B. in one of the already known iron containing wattmeters The number of turns of the main current coil is doubled and is increased at the same time given iron quantity the working air gap ζ. B. by having another, otherwise inserts unnecessary air gap in the path of the lines of force, and one chooses these ratios such that despite the double number

ίο von Amperewindungen das neue Instrument genau die gleiche Feldlinienzahl (Gesamtfluß) besitzt wie das frühere Instrument, so wird natürlich die Zugkraft auf die bewegliche Spule, also die Empfindlichkeit des Apparates in beiden Fällen die gleiche sein. Weiter ergibt sich, daß die beiden Instrumente mit Rücksicht darauf, daß auch das Eisengewicht bei beiden nahezu das gleiche ist, auch die gleichen Verluste durch Hysteresis und Wirbelströme aufweisen werden. Da aber das neue Instrument die doppelte Windungszahl auf der Hauptstromspule besitzt, so wird auch die in der Hauptstromspule induzierte elektromotorische Kraft doppelt so groß sein wie bei dem früheren Instrument. Da also.die beiden Instrumente ungefähr die gleichen Eisenverluste aufweisen, dagegen bei dem zweiten Instrument die Voltampere der Erregerspule doppelt so groß sind wie bei dem ersten, so ergibt sich, daß bei dem zweiten Instrument auch nur eine etwa halb so große Phasen- ^: Verschiebung und somit auch nur ein halb so großer Fehler infolge der Eisenverluste bei stark phasenverschobenen Strömen, z. B. bei cos. φ = ο vorhanden sein wird.If the new instrument has exactly the same number of field lines (total flow) of ampere-turns as the earlier instrument, the tensile force on the movable coil, i.e. the sensitivity of the apparatus, will of course be the same in both cases. It also follows that the two instruments, in view of the fact that the iron weight is almost the same in both, will also have the same losses due to hysteresis and eddy currents. But since the new instrument has twice the number of turns on the main current coil, the electromotive force induced in the main current coil will also be twice as great as with the earlier instrument. ^Shift: since both instruments also.die approximately the same iron loss have, on the other hand, in the second instrument, the volt-ampere of the excitation coil are twice as large as in the first, so that in the second instrument, only one half as large phase results and thus only half the error due to iron losses in the case of currents that are strongly out of phase, e.g. B. at cos. φ = ο will be present.

Diese Wirkung ist, wie ausdrücklich bemerkt sei, nicht allein durch die Vergrößerung des Luftspaltes herbeigeführt, sondern durch die Vergrößerung der oszillierenden Feldenergie (gemessen in Voltampere). Denn verdoppelte man bei den bekannten Wattmetern mit Eisen im magnetischen Felde allein den Luftweg, so würde dadurch die Feldstärke auf etwa die Hälfte des vorherigen Wertes sinken. Dagegen würde der Fehler des Instrumentes, welcher durch die Eisenverluste hervorgerufen wird, nicht bedeutend verringert werden, obwohl die Empfindlichkeit des Instrumentes auf die Hälfte herabgesetzt wäre. Tatsächlich werden zwar in diesem Falle die Eisenverluste verhältnismäßig verringert, gleichzeitig aber sinkt die Energie des magnetischen Feldes. Das Verhältnis der aufgewendeten Energie zu den Eisenverlusten steigt in diesem Falle nur deswegen um einen geringen Betrag, weil die Verluste rascher abnehmen als das Feld. Demgegenüber wird gemäß der Erfindung durch gleichzeitige Vergrößerung der Zahl der erregenden Windungen und des Luftspaltes der infolge der Phasenverschiebung auftretende Fehler nahezu auf die Hälfte herabgesetzt.As it should be expressly noted, this effect is not due to the magnification alone of the air gap, but rather by increasing the oscillating field energy (measured in volt amperes). Because you doubled the known watt meters with iron in the magnetic field alone the airway, the field strength would thereby be increased to about half of the previous value. On the other hand, the error of the instrument which is caused by the iron losses cannot be significantly reduced, though the sensitivity of the instrument would be reduced by half. Indeed Although in this case the iron losses are relatively reduced, at the same time but the energy of the magnetic field decreases. The ratio of energy used to the iron losses only increases by a small amount in this case because the Losses decrease faster than the field. In contrast, according to the invention by simultaneous increase in the number of exciting turns and the air gap of the errors occurring as a result of the phase shift are reduced by almost half.

Bisher hat man bei Meßgeräten, insbesondere solchen mit Eisen im magnetischen Felde, sich bemüht, den magnetischen Widerstand so klein als möglich zu machen, um an Erregungsenergie (Amperewindungen) zu sparen. Gemäß der Erfindung wird aber dieser Standpunkt verlassen, indem der magnetische Widerstand nicht möglichst klein gewählt zu werden braucht und auch der Verbrauch an Voltampere nicht auf ein Minimum beschränkt wird: Hierbei ist keine bestimmte Zahl oder Grenze festzusetzen, da es gemäß der Erfindung im wesentlichen auf das Verhältnis der zur Erregung dienenden Voltampere zu den Eisenverlusten ankommt. Um bestimmte, durch die praktischen Anforderungen gegebene Fehlergrenzen nicht zu überschreiten, ist dieses Verhältnis an bestimmte Zahlenwerte gebunden. Unter der Voraussetzung, daß zur Zeit an technische Wattmeter die Anforderung gestellt wird, daß der Fehler nur etwa einen Skalenteil auf 100 oder weniger Skalenteile (bei cos. ψ = ο) betragen darf, muß das Verhältnis der induktiven Voltampere zu den Eisenverlusten die Zahl 100 oder mehr ergeben. Wird dieser Bedingung bei den Instrumenten genügt, so ist im allgemeinen die besondere Bauart und die gegenseitige Anordnung der einzelnen Teile von untergeordneter Bedeutung. So kann es z. B. für den jeweiligen Fall zweckmäßig sein, das Feld hufeisenförmig, oval oder rund zu gestalten und mit einer oder mehreren Erregerspulen zu versehen usw. Auch kann als Erregerspule unter Umständen statt einer Stromspule eine Spannungsspule dienen. Desgleichen ist die Größe und Anzahl der Luftspalte dem jeweiligen Bedürfnis entsprechend zu wählen. Es kommt stets nur darauf an, daß die Luftwiderstände in einem derartigen Verhältnis zu den erregenden Amperewindungen stehen und das Instrument in Bezug auf Eisenwege, Eisengewichte, magnetische Beanspruchung der Eisenteile usw. so ausgeführt ist, daß das Verhältnis der induktiven Voltampere der erregenden Spule zu den Eisenverlusten in Watt eine möglichst hohe Zahl ergibt. Ist diese Verhältniszahl 100 oder darüber, so wird in den weitaus meisten Fällen die Genauigkeit des Instrumentes genügend groß und eine weitere Kompensierung der Phase überflüssig sein.So far, efforts have been made in measuring devices, especially those with iron in the magnetic field, to make the magnetic resistance as small as possible in order to save on excitation energy (ampere turns). According to the invention, however, this point of view is abandoned in that the magnetic resistance does not need to be selected as small as possible and the consumption of volt-amperes is not restricted to a minimum: no specific number or limit is to be set here, since according to the invention it is essentially the ratio of the volt-amperes used for excitation to the iron losses is important. In order not to exceed certain error limits given by the practical requirements, this ratio is tied to certain numerical values. Assuming that the requirement is currently placed on technical wattmeters that the error may only be about one division to 100 or less divisions (with cos. Ψ = ο), the ratio of the inductive volt-amperes to the iron losses must be 100 or more. If this condition is met in the case of the instruments, the special design and the mutual arrangement of the individual parts are generally of subordinate importance. So it can be For example, it may be appropriate for the respective case to make the field horseshoe-shaped, oval or round and to provide it with one or more excitation coils, etc. A voltage coil can also serve as the excitation coil instead of a current coil. Likewise, the size and number of the air gaps must be selected according to the respective requirements. The only thing that matters is that the air resistances are in such a relationship to the exciting ampere-turns and that the instrument with regard to iron paths, iron weights, magnetic stress on the iron parts, etc. is designed in such a way that the ratio of the inductive volt-amperes of the exciting coil to the Iron losses in watts result in the highest possible number. If this ratio is 100 or more, then in the vast majority of cases the accuracy of the instrument will be sufficiently high and further compensation of the phase will be superfluous.

Meßgeräte, welche gemäß der Erfindung ausgebildet sind, besitzen gleichzeitig auch noch den Vorteil, innerhalb sehr weiter Grenzen unabhängig von der Wechselzahl zu sein. Denn bei Änderungen der Frequenz ändern sich beide Glieder des Verhältnisses, auf welches es im vorliegenden Falle ankommt, in gleichem Sinne. Bei sinkender Frequenz sinken die Verluste etwas rascher als die VoltampereMeasuring devices which are designed according to the invention also have at the same time nor the advantage of being independent of the number of changes within very wide limits. Because when the frequency changes, both members of the relationship change to which one it matters in the present case, in the same sense. As the frequency decreases, decrease the losses a little faster than the volt-amperes

der Selbstinduktion, weil die Wirbelströme dem quadratischen Gesetz folgen, während die Verluste der Hysteresis proportional sinken. Hieraus ergibt sich also noch ein weiterer Vorteil des Instrumentes, daß bei sinkender Wechselzahl die Genauigkeit noch zunimmt. Infolgedessen bleibt das Instrument auch bei Gleichstrom (Frequenz = o) sehr gut verwendbar. the self-induction, because the eddy currents follow the law of the square, while the Losses of hysteresis decrease proportionally. So there is another one out of this The advantage of the instrument is that the accuracy increases as the number of changes decreases. As a result, the instrument remains very usable even with direct current (frequency = o).

Claims

Patent Claims:

i. Dynamometric alternating current meter, in particular wattmeter, with line of force essentially guided by iron, characterized in that that the airways around the exciting ampere-turns are sized so that the amount of oscillating magnetic Energy (expressed as the number of inductive volt-amps) relative to that expressed in watts Losses in the iron framework is very large.

2. Dynamometric alternating current measuring device according to claim 1, characterized in that that the ratio of inductive volt-amps to watt loss in iron is about 100 or more.