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Vorrichtung zur Verbesserung der Fehlerkurve von Induktionszählern
Die
Induktionszähler zeigen im Bereich der hohen Lasten starke Minusfehler. Es ist bekamt,
diese Minusfehler durch einen magnetischen Nebenschluß am Stromeisen, der bei zunehmender
Zählerlast ein überproportionales Anwachsen des StromtriebAusses bewirkt, auszugleichen.
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Die Erfindung betrifft ein anderes Mittel für die Verbesserung der
Fehlerkurve.
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Erfindungsgemäß wirkt auf einen von einem oder mehreren Triebsystemen
angetriebenen Anker eines Zählers gegebenenfalls außer einem Bremsmagnet noch ein
abgleichbares Gleich- oder Wechselbremsfeld mit örtlich längs des Ankerweges wechselnder
Polarität und mit derartig z. B. gegen das andere Bremsmagnetfeld abgeglichener
Stärke und derartig eingestellter Polteilung ein, daß die Fehler, insbesondere die
Minusfehler, im Bereich hoher Zählerlasten verschwinden. Dieses Gleich-oder Wechoelbremsfeld
kann aber nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch überall gleiche Polarität
haben; seine Stärke soll aber örtlich längs des Ankerweges periodisch schwanken.
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Es stellt dann gewissermaßen ein Bremsfeld mit räumlich nicht schwankender
Polarität dar, dem ein Bremsfeld mit räumlich wechselnder Polarität überlagert ist.
Auch hier darf das Feld ein Gleich- oder Wechselfeld sein, also beispielsweise von
einem DaFuer- oder einem Wechselstrommagneten herrühren. Die Erfindung ist besonders
bei solchen Zählern anwendbar, deren Ankerbaustoff eine Permeabilität jt> I hat,
bei denen also der Anker beispielsweise aus feinem Eisen- und Kupferpulver gesintert
ist. Um die bezüglich des Ankers wirksame Polteilung solcher Bremsfelder einzustellen,
genügt
es, die Polflucht des Bremsfeldes gegen den Anker in der Ankerebene zu drehen. Man
kann sie natürlich außerdem auch noch gegenüber dem Anker verschieben. Im übrigen
können auch andere Mittel zur Einstellung der Polteilung verwendet werden, beispielsweise
Auseinanderziehen und Zusammenschieben der Pole durch Biegen, Spreizen od. dgl.
l'm zwecks Fehlerabgleichung das Verhältnis von der Wirkung eines gewöhnlichen Dauermagnethremsfeldes
und der Wirkung eines Bremsfeldes örtlich wechselnder Polarität od. dgl. regeln
zu können, empfiehlt es sich, die beiden Bremsmagnetarten an den Enden eines doppelarmigen
Hebels anzubringen, der gegenüber dem Anker verdreht oder auch verschoben werden
kann.
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Eine besonders einfache Lösung erhält man dadurch, daß man als Bremsfeld
mit örtlich pertodisch wechselnder Stärke gleich das Feld eines Triebmagneten, z.
B. des Spannungsmagneten, in der Weise heranzieht, daß man seine Pole zackt. ttm
genügend viele Zacken zu erhalten, kann man zu diesem Zweck den Spannungspol in
der Rexvegungsrichtung des Ankers genügend ]ang machen.
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Es ist vorgeschlagen worden, zwecks Fehlerverbesserung auf einen
Zähleranker ein vielpoliges Bremsfeld mit räumlich wechselnder Polarität einwirken
zu lassen. Hierbei ist aber die wirksame Polteilung nicht einstellbar, Die Erfindung
wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Auf einen Zähleranker 1 (Fig. I) aus gesintertem Baustoff wirkt gegebenenfalls
neben einem gewöhnlichen Bremsmagneten 3 noch eine Flucht 4 von Daurmagneten ein,
deren Polarität örtlich wechselt. Der Anker wird von einem Triebsystem angetrieben.
Die Wirkungsweise des Dauermagneten 3 ist bekannt, die der Pol flucht 4 läßt sich
auf folgende Weise erläutern.
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In Fig. 2 sind für die Belastungsfälle 50%, loo°yo, 2000/0, 300910
4000/0 die bekannten Drehmomentskurven 50, 100, 200, 300, 400 in Abhängigkeit von
der Drehzahl n aufgetragen. Sie schneiden meist unterhalb der synchronen Leerlaufdrehzahl
6 die n-Achse. Bei diesen Drehmomentskurven sind nur die Drehfeldgrundwellen des
Zählertriebsystems berücksichtigt, nicht dagegen die höheren Drehfeldharmonischen.
Die Polteilung der Polflucht 4 entspricht im Ausführungsbeispiel etwa der Wellenlänge
einer dritten Drehfeldharmonischen des Triebsystems. Wäre djs Triebsystem nicht
vorhanden und würde sich die Polfiucht 4 im Pfeilsinn gegen den Anker 1 mit einer
Geschwindigkeit bewegen, die gleich ist der dieser Drehfeldharmonischen, dann würde
sich eine Drehmomentskurve 42 ergeben mit dem synchronen Leerlaufpunkt 46. Selbstverständlich
wieder unter Vernachlässigung etwaiger höherer Harmonischer des Polsystems 4. Der
gleiche Drehmomentsverlauf, aber mit umgekehrtem Vorzeichen, ergibt sich nun, wenn
die dritte Drehfeldharmonische räumlich fest steht und der Zähleranker sich dagegen
bewegt, d. h. also, wenn das Polsystem 4 fest steht, w as tatsächlich der Fall ist.
Der synchrone Leerlaufpunkt entspricht dann der Drehzahl Null, und es würde sich
dann eine Drehmomentskurve 41 ergeben, die der Einfachheit halber als Kurve 40 mit
Vorzeichen vertauschten Ordinatenwerten in Fig. 2 eingetragen ist. Die Kurve ist
nur im Anfangsbereich geradlihig und krümmt sich dann wie die Drehmomentskurven
von Asynchronmotoren bei höheren Drehzahlen mehr und mehr. Der Grad der Krümmung
und überhaupt der ganze Kurvenverlauf hängt nun von der Polteilung des Polsystems
4 und von der. Stärke dieses Polfeldes ab, und, falls noch ein Bremsmagnet 3 vorhanden
ist, von dem Verhältnis der Felder dieser beiden Bremssysteme. Der Verlauf der Kurve
40 kann deshalb leicht und auf verschiedene Weise eingestellt werden.
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Die Erfindung nützt nun diese Einstellbarkeit der Kurve 40 aus, um
die Fehler des Zählers zu beseitigen. Bei den gewöhnlichen Induktionszählern mit
Bremsmagnet ist die Bremscharakteristik 5 (Fig. 2) eine gerade Linie (Bremsgerade),
deren Ordinatenwerte n-B' proportional sind, wobei B der Bremsfluß ist. Da die Drehmomentskurven
des Zählers (5o, 100 usw.) im Bereich der Bremsgeraden 5 nicht parallel verlaufen,
sind die Abstände der Schnittpunkte 105, 205, 305, 405 der Drehmomentskurven mit
der Bremsgeraden nicht gleich, sondern nehmen mit höherer Belastung ab.
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Fehlerfrei würde der Zähler sein, wenn die Schnittpunkte bei 250,350,450
liegen würden. Da sie tatsächlich tiefer liegen, ergeben sich die bekannten Minusfehler.
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Nimmt man aber an Stelle der Bremsgeraden 5 die Bremskurye 40 des
Polsystems 4 oder beider Polsysteme 3, 4, dann braucht die Kurve 40 nur so verlegt
zu werden, daß ihre Schnittpunkte 240, 340, 440 die gleichen Abszissen wie die Punkte
250, 350, 450 haben, um die Fehler zum Verschwinden zu bringen. Dies kann unschwer
mit den angegebenen Mitteln herbeigeführt werden.
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In bekannter Weise kann man ein Polsystem 4, wie Fig. 3 zeigt, dadurch
erhalten, daß man an den Polen eines Dauermagneten 44 Klauenbleche 43, 45 anbringt,
die mit ihren Klauen ineinandergreifen. Die wirksame Polteilung eines solchen Systems
läßt sich durch Drehung um eine Achse 7 ändern. Dadurch läßt sich auch der Verlauf
der Kurve 40 in der angegebenen Weise beeinqussen.
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Dem in Fig.3 dargestellten System kann auf der anderen Seite des gestrichelt
angedeuteten Ankers 1 ein gleiches Polsystem gegenüberstehen, das mit dem ersten
fest verbunden ist und gemeinsam damit verschwenkt werden kann. Unter Umständen
genügt auch ein gemeinsamer Eisenrückschluß auf der anderen Ankerseite, und schließlich
kann auch dieser wegfallen, wenn der Anker aus elektrisch und magnetisch leitfähigem
Baustoff, z. B. Sinterstoff, besteht. Natürlich kann die Polteilung eines solchen
Systems auch durch Auseinanderbiegen der Pollilauen oder bei elastischen oder drehbar
gelagerten Klauen durch Spreizen und Zusammenziehen usw. geändert werden.
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Die Wirkung der Polsysteme 3 und 4 (Fig. 1) kann man auch in einem
System zusammenfassen, indem man dem Feld 10 (Fig.4) mit räumlich wechselnder Polarität
ein Feld ii mit räumlich konstanter Polarität überlagert. Man erhält dann ein Feld
1 2 durchwegs gleicher. aber mit räumlich periodisch schwankender Stärke. Ein solches
Feld läßt sich in einfacher Weise dadurch erzielen, daß man einem Dauermagnet 4
kammartige Polschuhe 8 (nach Fig. 5) gibt. die den Anker 1 umgreifen. Verbindet
man mit diesem System noch einen Bremsmagneten 3 üblicher Bauform und bringt beide
Systeme an den Enden eines doppelarmigen Hebels 9 an, dann kann man durch Schwenken
des Hebels um die Achse 13 das Verhältnis der Bremsanteile der Magnetsysteme 3 und
8 am Verlauf der Kurve 40 bequem ändern und so die Fehler im Bereich der großen
Lasten zum Verschwinden bringen.
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Natürlich brauchen die Pole des Systems 4 (Fig. 1) mit räumlich wechselnder
Polarität oder die Pole 8 (Fig. 5) mit räumlich schwankender Feldstärke nicht von
einem Dauermagneten erregt zu werden, sondern man kann sie auch von einem Gleichstrom-
oder Wechselstromelektromagneten erregen lassen. Beim Gleichstromelektromagneten
ergeben sich die gleichen Verhältnisse w* bei Dauermagneterregung. Man hat hier
aber noch die weitere Möglichkeit, beispielsweise durch Anschluß der Feldwicklung
an das Netz über einen Gleichrichter die Feldstärke von der Netzspannung abhängig
zu machen. um dadurch gegebenenfalls besondere Effekte zu erzielen.
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Bei Verwendung einer Wechselstrommagneterregung ergeben sich die
Verhältnisse der Fig.6.
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Das Wechselfeld der Polflucht4 (Fig. l) kann in zwei gegenläufige
Drehfelder zerlegt werden. Das mitläufige Drehfeld ergibt eine Drehmomentskurve
14 mit dem synchronen Leerlaufpunkt 141, das gegenläufige eine Drehmomentskurve
16 mit dem synchronen Leerlaufpunkt 161. Diese beiden Kurven setzen sich zu einer
resultierenden Kurve 15 zusammen, die ganz ähnlich verläuft wie die Kurve 41 bzw.
die umgeklappte Kurve 40 der Fig. 2, also nur im Anfangsbereich gerade ist, sich
aber bei größeren Drehzahlen mehr und mehr krümmt.
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Das heißt, bei Wechselslromerregung ist zumindest qualitativ die Wirkung
ganz ähnlich wie bei Gleichstromerregung, und man kann die Kurve 15 (Fig. 6) durch
Änderung der Polteilung, durchVermischung mit der Wirkung eines Dauermagnetfeldes
usw. wieder so verlegen. daß die Fehler verschwinden.
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Sind nur schwache Krümmungen der Kurve 15 erfordcrlich. dann kann
man z: B. eine Anordnung gemäß Fig.7 wählen. Hier ist als Bremsmagnet mit räumlich
periodisch schwankender Feldstärke gleich ein Pol des Zählertriebmagneten, und zwar
des Spannungsmagneten 17, ausgenützt. Seine beiden Triebpole 171, 172 sind in der
Umlaufrichtung des Ankers 1 entsprechend breit gehalten und mit Zacken 173 versehen.
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Unter Umständen kann man die Wirkung der Zacken wie auch die aller
oben beschriebenen Mittel noch durch Anwendung bekannter Mittel zur Verbesserung
der Fehlerkurve unterstützen und z. B. so arbeiten, daß man in dem einen Lastbereich
durch die neuen, in dem anderen Lastbereich durch die bekannten Mittel die Fehler
ausgleicht.
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Natürlich können solche Bremssysteme auch bei Gleichstromzählern
und ähnlichen integrierenden Meßgeräten für Gleich- und Wechselstrom zwecks Verbesserung
der Fehlerkurve analog angewendet werden. Am besten wird das jeweils günstigste
Bremssystem für die einzelnen Zählermodelle durch Versuche ermittelt.
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PATENTAN 5 C' c IlE: 1. Vorrichtung zur Verbesserung der Fehlerkurve
von Induktionszählern, dadurch gekenllzeichnet, daß auf einen Zähleranker (1), dessen
Baustoff vorzugsweise eine Permeabilität ,u > I hat, gegebenenfalls außer einem
gewöhnlichen Bremsmagneten (3, Fig. 1) noch ein abgleichbares Gleich- oder Wechselbremsfeld
(4) mit örtlich längs des Ankerweges wechselnder oder schwankender Polarität und
mit derartig z. B. gegen das Feld des Bremsmagneten (3) abgeglichener Stärke und
derartig eingestellter Polteilung einwirkt, daß die Fehler, insbesondere die Minusfehler,
im Bereich hoher Zählerlasten verschwinden.