DE596583C - - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 15. MAI 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 74 b GRUPPE

W. H. Joens & Co. G. m. b. H. in Düsseldorf

Einrichtung zur elektrischen Integrierung von Meßgrößen

Zusatz zum Patent 558

Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. Juli 1931 ab Das Hauptpatent hat angefangen am 27. Mai 1931.

In dem Hauptpatent 558 455 ist eine Schaltungsanordnung zur elektrischen Integrierung von Meßgrößen beschrieben.

Die in diesem Patent behandelten Spezialschaltungen werden zweckmäßig in Verbindung mit sog. spannungsunabhängigen Induktionszählern benutzt, und es wurde in dem in dem erwähnten Patent angegebenen Beispiel angenommen, daß der Zähler in an sich bekannter Weise durch einen von der Stromquelle erregten Elektromagneten gebremst wird, um die Integrierung von Spannungsschwankungen der Stromquelle unabhängig zu machen. Außerdem bewirkt dieser Elektromagnet, daß die Drehzahl der Zählerscheibe von jeglichen Schwankungen des Meßstromes unabhängig wird, die z. B. durch die Änderungen des von der Schleif bürstenstellung abhängigen Kombinationswiderstandes der Fernsenderstromverzweigung und , durch Änderungen des an der Schleifbürste auftretenden Übergangswiderstandes hervorgerufen werden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zur elektrischen Integrierung von Meßgrößen, die gegenüber der in dem Hauptpatent beschriebenen Einrichtung insofern Vorteile bietet, als die Meßanordnung noch einfacher und bezüglich der Unabhängigkeit von .Spannungsschwankungen der Stromquelle noch vollkommener ist.

Gemäß der Erfindung wird in Verbindung mit den in dem Hauptpatent beschriebenen Schaltungen ein Induktionszähler mit permanentem Bremsmagneten benutzt, und zwar in, der Weise, daß auf dem Triebsystem dieses Zählers mehrerie von ieinem gemeinsamen Strom erregte Spulen oder Spulengruppen vorgesehen sind und daß das Verhältnis der von diesen Spulen oder Spulengruppen erzeugten magnetischen Flüsse zu dem vom permanenten Bremsmagneten erzeugten magnetischen Fluß derart gewählt ist, daß die Drehzahl der Zählerscheibe von der Stärke des die Spulen oder Spulengruppen durchfließenden Stromes in weitgehendem Maße unabhängig ist.

Es soll nun im folgenden an Hand eines Beispiels das Wesen und die Wirkungsweise der Erfindung auf theoretischer Grundlage exakt behandelt werden. Für den nächstliegenden Fall, daß eine einzige Meßgröße integriert werden soll, kann die in Abb. 1 dargestellte Einzelschaltung angewandt werden, welche die Grundanordnung der verschiedenartigen Schaltungen, die bereits in dem Hauptpatent behandelt wurden, darstellt.

Bei der in Abb. 1 schematisch dargestellten Meßanordnung wird eine auf der Achse A befestigte und mit einem Zählwerk Z gekuppelte Aluminiumscheibe S eines Einphaseninduktionszählers durch zwei Elektromagnete M ■ und N angetrieben und von einem permanenten Magneten P gebremst. Auf dem Eisenkern von M (Stromeisen) sind zwei Spulen S₁

und 5"₂ angeordnet, welche in die in Abb. ι gekennzeichnete normale Fernsenderstromverzweigung eingefügt und als Differentialspulen geschaltet sind, so daß die in ihnen fließenden Ströme das Stromeisen in entgegengesetztem Sinne magnetisieren. Eine auf dem Eisenkern von N (Spannungseisen) sitzende Spule S_s ist mit der Fernsenderstromverzweigung in Reihe geschaltet und

ίο unter Zwischenschaltung eines Schutztransformators T an das Wechselstromnetz angeschlossen.

Die beiden Enden der Fernsenderwicklung F und die auf dieser Wicklung schleifende, vom Gebergerät (z. B. Wassermesser) gesteuerte Schleifbürste sind über drei Fernleitungen und zwei Abgleichwiderstände W₁ und W₂ mit den übrigen Teilen der Meßschaltung verbunden. Die Schleifbürste teilt den von ihr überstrichenen Bereich des Fernsenderwiderstandes nach Abb. 1 in zwei Teilwiderstände Y₁ und r₂, deren veränderliches

Φ μ = const 'z_r J ' —=

Verhältnis von den Spulen 6\ und S₂ erfaßt wird. Die Veränderung von Y₁ und Y₂ geschieht dabei derart, daß -der Ohmsche Widerstand des einen Zweiges der Fernsenderstromverzweigung jeweils um ebensoviel zunimmt, wie der des anderen Zweiges abnimmt. Der magnetische Fluß Φ_Μ des Stromeisens M ist verhältnismäßig der geometrischen Differenz der jeweilig wirksamen Amperewindungen von S₁ und 6\>· Bezeichnen Z₁ und z_% die Windungszahlen von ,S₁ und ,S₂, stellt η = Z₂Jz₁ das Verhältnis dieser Windungszahlen dar und bedeuten

R₁ und R₂ die gesamten Ohmschen Widerstände der Zweige 1 und 2,

L₁ und L₂ die Induktivitäten der Spulen ,S₁ und ^₂, M die gegenseitige Induktivität dieser Spulen, a> die Kreisfrequenz,

/ den in der Stromverzweigung fließenden Gesamtstrom,

J₁ und J₂ die beiden Zweigströme,
so gilt für den Fluß Φ_Μ

R₁-K-R₂ ,.

Y(R₁ + R₂)" + ω² (L₁ + L, +

Bezeichnen Q₁ = R₁ — T₁ und Q₂ = R₂ — r₂ die von der Schleifbürste nicht überstrichenen Teile von R₁ und! R₂ und stellt r = Y₁ -f- r₂

Φ_Μ — const 'Z₁

ρ₂

(2)

I₁ + R₂Y²+ ω² (L₁ + L₂ + Wählt man die Ohmschen Widerstände der Fernsenderstromverzweigung derart, daß

■ = Qi + r (3)

ist, so gilt

φ_Μ — const · Z₁ · / · ν (ι -f n)
und

Y(R₁ + R₂)' + ω² (Ζ;

A. (ΦM, J) = const.

= const · / · T₁ (4)

(5)

den konstanten, zwischen den beiden Grenzstellungen der Schleifbürste liegenden Widerstand dar, so kann man schreiben

Bei den folgenden Betrachtungen wird der Einfachheit halber angenommen, daß die Spulen S₁ und S₂ gleiche Windungszahl haben (^₁ = z₂ = Z, n = l), und zwar sollen diese Spulen praktisch aus zwei gleichzeitig miteinander aufgewickelten Drähten bestehen (L₁ = L₂ = M ^= L). In diesem Spezialfall ist der Fluß Φ_Μ der geometrischen Differenz der jeweilig wirksamen Zweigströme J₁ und J₂ proportional, und es gilt

Ji J₁ — J

Macht man

so wird
und .

Φ μ = const 'Z-(J₂ —J₁),
R₁ — R-2 _ j Q₁

+ R₂)²+ω² (4L)² Q₁ = Q-2 + r , R₁-— R₂ = 2 Y₁

A-7W-2-r, ■Q-2-

Y(R₁ + R₂)² +ω² (4 L)²

Y(R₁ + Ao)²H-

(8)

(9)

(ίο)

Das Diagramm in Abb. 2 zeigt die aus Gleichung (io) sich ergebende Lage der einzelnen

tgct =

Der magnetische Fluß Φ_Ν des Spannungseisens N ist verhältnisgleich dem die Spule S_a und die Fernsenderstromverzweigung durch-Stromvektoren. Der Phasenwinkel cc ist konstant : · ' '

(II)

R₁ + R₂ * fließenden Gesamtstrom / und somit der geometrischen Stimme der Zweigströme Z₁ und /₂:

Φ_Ν = const · / = const · (J₂ + (12)

Die durch die Scheibe tretenden Flüsse Φ_Μ und Φ_Ν sind nach dein Diagramm in Abb. 3 gegen (J₂ — J₁) bzw. (J₂ + J₁) um die Phasenwinkel sm bzw. ε_Ν nach rückwärts verschoben, da diese Flüsse durch-die im Eisen auftretenden Hystere- und Wirbelstromverluste und vor allem durch die in der Schieibe von ihnen induzierten Ströme belastet sind.

Bei einem nach Abb. ι geschalteten In-. duktionszähler mit permanentem Bremsmagneten gilt für das Antriebsmoment D, wenn ^: (5 = cc■ -j- ε_Μ — ε_Ν nach Abb. 3 den Phasenwinkel zwischen den Flüssen Φ μ und Φ_Ν und Cρ eine von dem konstruktiven Aufbau und den magnetischen Eigenschaften des Zählers abhängige Proportionalitätskonstante bezeichnet, bei konstanter Frequenz ganz allgemein

D = C_n · Φ_Μ · Φ_Ν · sin δ (13)

Stellt Φ ρ den magnetischen Fluß des permanenten Magneten P dar und bedeuten

bp = Cp - Φ'ρ den Bremsfaktor desFlusses(£p, &_M = Cm · Φ\ι den der Stromdämpfung entsprechenden Bremsfaktor des Flusses Φμ, δjv = Cn· Φ'ν den der Spannungsdämpfung entsprechenden Bremsfaktor des Flusses Φ #,

η die Drehzahl der Scheibe, so ergibt sich das gesamte Bremsmoment B aus der Gleichung

+ b_M + b_N) · η = {Cp-Φρ + Cm-ΦΙ; + C_n · Φ'_Ν) · η .

(14)

Da im stationären Zustande B = D sein muß, so gilt unter der Voraussetzung, daß die Rei-< bung gleich Null ist: ⁹⁵

Cn -Φμ·Φν' sin δ

^P+Cu^li+Cn^lt'

(15)

Setzt man in Gleichung (15) für Φ sich ergebenden Werte ein, so wird und Φ_Ν die aus den Gleichungen (6), (10) Und (12)

η =:

const J' -T₁ · J · sin δ

Cp-Φρ+ const · Cμ - (/ · T₁)'² + const -C_n-J² '

(16)

Bei den in der Starkstromtechnik gebräuchlichen Induktionszählern wählt man die Dämpfung durch den permanenten Magneten (bp) groß gegen die Dämpfung des Strom- und Spannungsflusses (b_M -f- b_N), um zu er-

reichen, daß der Bremsfaktor b = bp-\-b_M-\-b_N unter normalen Betriebsbedingungen praktisch konstant bleibt. Würde man einen nach Abb.i geschalteten Zähler in dieser Weise abdampfen, so ergäbe sich für die Drehzahl angenähert

η — const · p >r_x (17)

und, da der Strom / der Netzspannung proportional ist, bei Y₁ = const für + 10 °/₀ Spannungsschwankung eine Drehzahländerung von + 20 °/o Dies ist selbstverständlich unzulässig. Um die Drehzahl von Spannungsschwankungen unabhängig zu machen, kann man bekanntlich in manchen Fällen den permanenten Bremsmagneten ganz weglassen und den Zähler unter sehr starker Vergrößerung des Spannflusses in sich abdämpfen. Bei einem nach Abb. 1 geschalteten Zähler wird in diesem Falle für T₁ — const

const · /" · sin δ . _e

η — ■-- .r., ^ const · sin 0 .

const · J-

Unter der Voraussetzung, daß der Phasenwinkel <5 bei Spannungsänderungen konstant bleibt, ist η spannungsunabhängig.

Abb. 4 zeigt die Drehzahl η eines nach Abb. ι geschalteten Zählers als Funktion des der Meßgröße proportionalen Widerstandes T₁ bei verschiedenen Spannungen (180 und 210 Volt) >für den Fall, daß kein Bremsma-

; gnet vorgesehen ist. Es ergibt sich hier die

to merkwürdige, hauptsächlich in Änderungen der.',· Phasenverhältnisse begründete Erscheinung, daß die Drehzahl des Zählers für r_x = const bei steigender Spannung abnimmt und umgekehrt bei sinkender Spannung zunimmt, und zwar entspricht einer Spannungsabnahme von 15 °/₀ eine Drehzahlzunahme von etwa 6 °/₀. Der Zähler ist also sozusagen überkompensiert.. Dieser Fehler wird nun gemäß

·/ der vorliegenden Erfindung dadurch beseitigt, daß man in den Zähler einen permanenten Bremsmagneten einsetzt und das Verhältnis der Fläche Φ_Μ \ιηάΦ_Ν zu dem von diesem Magneten erzeugten Fluß Φ_Ρ derart wählt, daß die Drehzahl der Scheibe vom Strome/ und somit von Spannungsschwankungen des Netzes unabhängig ist.

In Abb. 4 ist außer den bereits erwähnten Kurven auch die Kurve eingetragen, die unter sonst gleichen Versuchsbedingungen, jedoch nach dem Einsetzen und Einregulieren eines richtig bemessenen permanenten Magneten erhalten wurde. Die Drehzahl stimmt hier bei den Spannungen 180 und 120 Volt im ganzen Arbeitsbereich des Zählers uberein; die Abweichungen liegen stets innerhalb der praktisch erzielbaren Meßgenauigkeit. Die Drehzahl ergibt sich auch in diesem Falle aus der ganz allgemein gültigen Gleichung (15); je-.- doch wird hier durch besondere Wahl des Größenverhältnisses der einzelnen Bremsfaktoren bp, bfA und b^ erreicht, daß η bei Änderungen von / konstant bleibt.

Das hier angeführte Beispiel zeigt, daß sich die dem Erfindungsgegenstand entsprechende Einrichtung durch eine ganz besondere Einfachheit auszeichnet und andererseits eine erhöhte Meßgenauigkeit gewährleistet, da es hier möglich ist, durch günstige Einstellung des permanenten Bremsmagneten die Drehzahl des Zählers von Spannüngsschwankungen der Stromquelle in einem solchen Maße !unabhängig zu machen, daß der Einfluß der betriebsmäßig auftretenden Spannungsschwankungen von + io°/o nicht mehr wahrnehmbar ist.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zur elektrischen Integrierung von Meßgrößen nach Patent 558 455, dadurch gekennzeichnet, daß als Motorzähler ein Induktionszähler mit permanentem Bremsmagneten (P) benutzt wird und daß fernerauf dem Triebsystem (MyN-) 'dieses Zählers mehrere von einem gemeinsamen Strom erregte Spulen oder Spulengruppen (S₁, S₂, S₃) vorgesehen sind und daß endlich das Verhältnis der von diesen Spulen oder Spulengruppen (S₁, S₂, ^3) erzeugten magnetischen Flüsse zu dem vom permanenten Bremsmagneten (P) erzeugten magnetischen Fluß derart gewählt ist, daß die Drehzahl (n) der Zählerscheibe (S) von der Stärke des die Spulen oder Spulengruppen (S₁, S₂, S₃) durchfließenden Stromes (/) und somit auch von Spannungsschwankungen der Stromquelle in weitgehendem Maße unabhängig ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen