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Magnetwicklung für hohe Stromstärken mit gebrochener Windungszahl
Wenn in .einem Magneten von bestimmten Abmessungen ein bestimmter Fluß mit Strömen
verschiedener Stärke erzeugt werden soll, wie beispielsweise bei den Ausführungen
eines Zählermodells für verschiedene Nennstromstärken, so kann die Windungszahl
fast stets als ganze Zahl gewählt werden, solange die Nennstromstärke kleiner oder
gleich der Amperewindungszahl ist. Schwieriger werden die Verhältnisse, wenn die
Stromstärke größer als die Amperewindungszahl wird. In diesem Fall müßte nämlich
die'Windungszahl kleiner als r werden. Dies ist ,aber nicht möglich, weil in weniger
als einer Windung der Strom nicht um den Magneten geführt werden kann.
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Man kann sich zwar durch Vergrößerung der Luftstrecken in dem magnetischen
Kreis einen gewissen Spielraum' für die verwend= bare Höchststromstärke offen halten;
aber die störende Streuung der Kraftlinien setzt der Vergrößerung der Luftstrecken
bald eine Grenze.
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Eine andere Möglichkeit, die erwähnte Schwierigkeit zu iungehen, besteht
in der Verwendung von Stromwandlern. Der hohe Preis der Stromwandler ist aber ein
Mangel dieses Behelfs.
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Nach einem anderen Vorschlag wird ein um den Magnetkern verlegter
Ring verwendet, der an zwei Punkten seines Umfanges an zwei bifilar verlegte Zuleitungen
angeschlossen ist, wobei die eine Zuleitung von dem einen Punkt bis zum anderen
Punkt parallel zum Ring geführt ist.
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Eine derartige Spule hat aber den Nachteil, daß sie nicht ohne weiteres
für Wechselstrom verwendbar ist, weil sie gleichzeitig als Kurzschlußring und somit
als Belastung des magnetischen Flusses im Kern wirkt. Das hat zur Folge, daß der
Fluß gegen den Strom in der Phase zurückbleibt. Die Phasenverschiebung kann allerdings
durch Einschalten einer größeren Luftstrecke in den magnetischen Kreis des Kerns
klein gehalten werden.
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Die bekannte Einrichtung leidet aber auch weiterhin unter dem Maxigel,
daß sie fabrikationsmäßig nur schwer herzustellen ist für Magnete, bei denen die
Magnetwicklung auf die Schenkel eines zweischenkligen Eisenkerns verteilt werden
soll.
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Die Erfindung beseitigt die angeführten Mängel. Erfindungsgemäß, besteht
die W ickliing aus zwei parallel geschalteten, aber entgegengesetzt gewickelten
Teilen, verschiedenen Drahtquerschnittes.
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Ist die Magnetwicklung wie bei Stromeisen von Induktionszählern auf
einem zweischenkeligen Eisenkern unterzubringen, so werden; um Stromleertri:ebt
zu vermeiden, die
Windungen der einzelnen Wicklungsteile gleichmäßig
auf die beiden Schenkel verteilt.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, in
der als Ausführungsbeispiel eine Stromwicklung für einen Induktionszähler schematisch
dargestellt ist.
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Die Nennstromstärke, mit der das zweischenkelige Stromeisen i erregt
werden soll, betrage T Ampere. Die Amperewindungszahl eines Schenkels soll AW Amperewindungen
nicht übersteigen. Die Wicklung besteht aus zwei parallel geschalteten und entgegengesetzt
gewickelten Teilen 4, 5, die auf die beiden Schenkel 2, 3 je gleichmäßig verteilt
sind. Die Windungszahl je Schenkel des Wicklungsteils 4 sei mit s1, die des Wicklungsteils
5 mit s2 bezeichnet. Zur Berechnung des Drahtquerschnittes der Wicklungsteile 4,
5 wird in folgender Weise vorgegangen: Der Gesamtstrom J spaltet sich in zwei Teilströme
J1 und J2, d. h. -J=Jl+J2. Die GesamtamperewindungszahlAW setzt sich bedingungsgemäß
aus der Differenz der Teilamperewindungszahlen zusammen, d. h.
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AW=Jl--sl-J2-S2. Die Teilströme ergeben sich dann zu
und
Die Ströme verhalten sich unter Vernachlässigung der Reaktanzen umgekehrt wie die
Widerstände der Wicklungsteile. Der Widerstand des einen Wicklungsteils ist
der des zweiten
In den Gleichungen bedeuten: c=spezifischer Widerstand; g1 und g2=Drahtquerschnitte.
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Hieraus ergibt sich, daß sich die Querschnitte zueinander verhalten
wie die Teilamperewindungszahlen, d. h.
Spielen die Reaktanzen eine merkliche Rolle, so werden die Ohmschen Widerstände
der beiden parallelen Zweige so gewählt, daß die beiden Teilströme im gewünschten
Verhältnis zueinander stehen. Bei einem 75-Ampere-Zähler mit 5o Amperewindungen
pro Schenkel und den Windungszahlen s1 und s2 ergeben sich für il = 62,5 und 12
- 12,5 Ampere. Das Querschnittsverhältnis ist dann ql:q2=5.
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Wählt man die Windungszahl s@ = 2, so ändern sich die obenstehenden
Werte in J1 - 66,6 Ampere, J2 = ' 8,33 Ampere, ql:q2=4.
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Daraus ergibt sich, daß sich die günstigsten Querschnitte ergeben,
wenn man die Windungszahl so klein als möglich wählt.
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Zweckmäßig wählt man einen normalen Drahtquerschnitt für die Wicklung,
welche von dem kleineren Strom durchflossen wird, paßt diesem den Querschnitt des
Wicklungsteils für die größere Stromstärke an, der bei der Windungszahl i beispielsweise
aus einem Kupferblech o. dgl. geeigneter Stärke ausgestanzt werden kann. Schließlich
kann man auch noch eine weitere Abstufung dadurch erreichen, daß für die Wicklungsteile
Materialien verschiedener elektrischer Leitfähigkeit benutzt werden. Insbesondere
können durch die Verschiedenheit des elektrischen Materials etwa bestehende Temperaturfehler
ausgeglichen. werden.
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In ähnlicher Weise, wie vorher geschildert, vollzieht sich auch die
Berechnung bei einer Magnetwicklung, die beispielsweise auf dem Joch eines U-förmigen
Magneten sitzt.
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Bildet man das Verhältnis aus der Amperewindungszahl je Schenkel zu
der Amperewindungszahl einer von dem Gesamtstrom durchflossenen Windung, so zeigt
es sich, daß die vorgeschilderte Maßnahme auf die Bildung von gebrochenen Windungszahlen
hinausläuft. In den meisten, im Zählerbau vorkommenden praktischen Fällen wird die
aus dem Verhältnis der Amperewindungszahl je Schenkel zu der Amperewindungszahl
einer von deni Gesamtstrom durchflossenen Windung sich ergebende gebrochene Windungszahl
nicht größer als i zu wählen sein, weil die eingangs geschilderten Schwierigkeiten
insbesondere nur bei Zählern auftreten, bei denen die Stromstärke größer ist als
die Amperewindungszahl je Schenkel.