Induktions-Elektrizitätszähler für Drehstrom
Die Bestrebungen, die Abmessungen von Mehrphasen-, insbesondere Drehstrom-Vierleiterzählern, zu ver kleinern, haben von Zählern mit drei Läuferscheiben über zwei Scheiben zur Entwicklung von Zählern geführt, bei denen die drei Triebsysteme auf eine einzige, gemeinsame Läuferscheibe wirken. Einscheibenzähler sind aber mit dem Mangel der Drehfeldabhängigkeit behaftet, die darauf zurückzuführen ist, dass die von jedem der vorhandenen Triebsysteme herrührenden Scheibenströme sich ungehindert bis in den Luftspalt der benachbarten Triebsysteme ausbreiten können.
Man unterscheidet hinsichtlich ihrer Entstehung drei Arten dreh feldabhängiger Störmomente : Leertriebe zwischen den Spannungsflüssen, Leertriebe zwischen den Stromflüssen und Wechseltriebe zwischen den Spannungsflüssen und den Stromflüssen verschiedener Triebsysteme bzw. Messwerke.
Es sind auch schon Lösungen bekannt, mit denen diese Störmomente beseitigt oder zumindest vermindert werden können. Beispielsweise ist bekannt, die Läufer- scheibe aus mehreren aufeinanderliegenden Einzelscheiben zusammenzusetzen, die mit Radialschlitzen versehen sind und derart aufeinanderliegen, dass ihre Schlitze gegeneinander im Kreis versetzt sind. Diese Massnahme ermöglicht eine starke Herabsetzung der gegenseitigen Beeinflussung der Triebsysteme, hat aber den Mangel, dass die Schlitze das Antriebsdrehmoment des Zählers herabsetzen. Ein weiterer Mangel ist, dass die radialen Schlitze im Bereich kleinster Drehmomente einen un gleichmässigen Lauf des Zählers bewirken und dadurch den Vorabgleich des Zählers erschweren, weil sie für den Läufer mehrere Haltepunkte bieten.
Bekannt sind auch Läuferscheiben, die durch einen zur Läuferwelle konzentrischen isolierenden Ringspalt in zwei Teile unterteilt sind : in eine kleine Kreisscheibe innerhalb des Ringspaltes und eine Ringscheibe ausserhalb des Ringspaltes. Auch diese Massnahme ergibt aber einen Drehmömentverlust. Es ist auch schon beobachtet worden, dass der Drehfeldfehler gegenüber einer vollen Scheibe ein umgekehrtes Vorzeichen aufweisen kann.
Hinzu kommt, dass man durch Versuche zwar eine optimale Ringscheibenbreite ermitteln kann, bei der der Drehfeldfehler zwar bei kleiner Last zum Verschwinden gebracht wird, bei grosser Last aber immer noch eine beträchtliche Grosse behält, weil die Leertriebe zwischen den Stromflüssen zu gross sind.
Ferner ist es bekannt, bei Verwendung einer, wie vorerwähnt, durch einen Ringspalt unterteilten Läufer- scheibe Leitwege zur Erzielung einer Kompensation der Leertriebe vorzusehen. Zur Kompensation der Leertriebe zwischen den Spannungsflüssen wird ein mehrarmiger Kompensationsstern in einer solchen Anordnung vorgesehen, dass seine Arme zum rückwärtigen Ende je eines Spannungseisens der Triebsysteme hinführen und einen Ausgleich der Spannungs-Störflüsse ermöglichen ; und zur Kompensation der Leertriebe zwischen den Stromflüssen werden an den Stromeisen befestigte Leitbleche zu einer an der Läuferwelle in der Nähe der Läuferscheibe angebrachten, mitumlaufenden runden Kompensationsscheibe hingeleitet, über die sich die Strom-Störflüsse ausgleichen können.
Im ersteren Falle, also bei der Kompensation der Spannungs-Störflüsse, können die Arme des feststehenden Kompensationssternes an den feststehenden Spannungseisen zwar fest anliegen, ihre magnetische Ankopplung an die Spannungseisen muss aber einstellbar sein, wozu der Kompensationsstern verdrehbar ist. Durch ein unbeabsichtigtes Verdrehen des Kompensationssternes kann die optimale Einstellung unter Umständen verloren gehen. Bei der Kompensation der Strom-Störflüsse dagegen dürfen die Leitbleche die mit dem Läufer mitumlaufende Kompensationsscheibe möglichst nicht berühren, und wenn sie aus diesem Grunde an der Kompensationsscheibe frei enden, können sie sich unter Umständen verbiegen und hierdurch ebenfalls ihre optimale Einstellung verlieren.
Die Erfindung lehrt eine Lösung, die eine einwandfreie Kompensation der drehfeldabhängigen Störmomente unter Vermeidung der aufgeführten Mängel ermöglicht.
Dies geschieht bei einem Induktions-Elektrizitätszähler für Drehstrom, insbesondere zur Verwendung in einem Vierleitersystem, mit einer Anordnung der drei Triebsysteme an einer gemeinsamen Läuferscheibe in einem gegenseitigen Winkelabstand von 120 , mit Mitteln zum Kompensieren der Störtriebmomente in der Läufer- scheibe, erfindungsgemäss in der Weise, dass als Kompensationsmittel symmetrisch zwischen je zwei einander benachbarten Triebsystemen ein Hilfstriebpol vorgesehen ist und sowohl von einem Teilfluss des ihm diametral gegenüberliegenden Spannungspols als auch von je einem Teilfluss des Stromeisens der beiden ihm benachbarten Triebsysteme in einem solchen Schaltungssinn erregt wird,
dass der Richtungssinn der von den Hilfstriebpolen in der Läuferscheibe erzeugten Triebdrehmomente dem Richtungssinn der Störtriebmomente entgegengesetzt ist.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispiels- weise beschrieben. Es beziehen sich
Fig. 1 bis 5 auf die Kompensation der Leertriebe zwischen den Spannungsflüssen,
Fig. 6 bis 8 auf die Kompensation der Leertriebe zwischen den Stromfl ssen,
Fig. 9 bis 12 auf die Kompensation der Wechseltriebe zwischen Spannungs-und Stromfl ssen,
Fig. 13 auf eine beispielhafte Ausbildungsform eines Kompensations-Hilfspoles des Zählers nach der Erfindung.
In Fig. 1 sind die nur schematisch angedeuteten drei Spannungseisen I, II und III eines Drehstromzählers um je 120 gegeneinander versetzt an der durch einen Kreis angedeuteten Läuferscheibe des Zählers angeordnet. Die nicht mitgezeichneten Erregerwicklungen der Spannungseisen sind mit ihren Anschlussklemmen I und 2 angedeutet. Jedem der drei Spannungseisen diametral gegen über ist in Fig. 1 ein Hilfspol zu sehen. Diese Hilfspole bestehen ähnlich wie die Spannungseisen im wesentlichen aus je einem Eisenkern mit einer Erregerwicklung, deren Anschlussklemmen mit 3 und 4 bezeichnet sind.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist jedes der drei Triebsysteme in bekannter Weise zwischen einen Phasenleiter (R, S, T) und dem Nullpunkt eines Vierleiternetzes angeschlossen, im vorliegenden Falle aber in Reihe mit der Erregerwicklung des ihm gegenüberliegenden Hilfspoles. Die Windungszahl der Erregerwicklungen der Hilfspole kann beispielsweise etwa 10 /o der Windungszahl der Erregerwicklungen der Spannungseisen betragen. Bei richtiger Polung der Erregerwicklungen der Triebsysteme und der Hilfspole ergeben sich bei der Annahme der normalen Netzphasenfolge RST die in Fig. 2 dargestellten Spannungs-Leertriebe, wobei sich der Richtungssinn der Leertriebe aus dem zugehörigen Zeigerbild in Fig. 3 ergibt.
Zur Vereinfachung der Erläuterung ist dabei angenommen. dass die Hilfsflüsse in Phase mit den Hauptflüssen liegen. Tatsächlich eilt der Spannungs-Hilfsfluss dem Spannungsfluss der Triebsysteme zwar um etwa 10 vor- aus. was aber auf die Kompensationswirkung keinen negativen Einfluss hat. Wie aus Fig. 2 und 3 erkennbar, aber auch rechnerisch nachweisbar ist, heben sich die St¯r- und Gegenmomente, hervorgerufen durch die Spannungsfliisse, im richtigen Drehfeld RST auf. Beispielsweise wird das durch Zusammenwirken der Spannungsfl sse or, und (PUTT entstehende Störmoment durch zwei halb so grosse Gegenmomente zwischen ça. l und 01-Tllfl einerseits und ?UIIIH uns ?UII andererseits aufgehoben.
Desgleichen heben sich auch die Stör- momente zwischen den Spannungsflüssen çTFT und TTIll durch den Hilfspol Tm und den Spannungsflüssen 0,-,, und çt'TtI durch den Hilfspol . jjj auf.
Entsprechend ist die Wirkung der Hilfspole auch im vertauschten Drehfeld, wie es in Fig. 4 und 5 dargestellt ist.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist ausserdem ge währleistet, dass sowohl im normalen als auch im vertauschten Drehfeld bei Ausfall einer oder zweier Spannungen kein Leerlauf des Zählerläufers eintritt. Ist beispielsweise die Spannung UIII nicht vorhanden, so wirkt nur noch ein Störmoment c ò ?UI ò ?UII dem Hauptdrehmoment entgegen. Kompensiert wird dieses Störmoment durch die beiden Momente c ò ?UIIH ò ?UI und c ò ?UII ò ?UIH
Die zu kompensierenden Strom-Leertriebe sind in Fig. 6 dargestellt. Die darin ausgezogen gezeichneten Pfeile zeigen die Leertriebe im normalen Drehfeld RST, die gestrichelt gezeichneten Pfeile im vertauschten Drehfeld RTS.
Die gezeichnete Richtung der Störflusspfeile ergibt sich wiederum aus den zugehörigen Zeigerbildern, in Fig. 7 für die normale Phasenfolge RST und in Fig. 8 für die vertauschte Phasenfolge RTS. Wie aus den Pfeilrichtungen in Fig. 6 zu erkennen ist, drehen sich die Strom-Leertriebe im vertauschten Drehfeld um und erzeugen damit einen Drehfeldfehler, der besonders bei grosser Last und cosp = 0, 5 ind. sehr störend ist. Zur Kompensation der Strom-Leertriebe werden die gleichen Hilfspole verwendet, die, wie oben geschildert, bereits zur Kompensation der Spannungs-Leertriebe vorgesehen werden. Es ist dazu lediglich erforderlich, jeden der in Fig. 1 gezeigten Hilfspole zusätzlich noch mit einer zweiten Erregerwicklung zu versehen, die vom Erregerstrom der Stromwicklungen der beiden dem Hilfspol beiderseits benachbarten Triebsysteme erregt wird.
Hierdurch wird am Hilfspol ein lastabhängiger Stromfluss erzeugt, der dem vorhandenen Strom-Leertrieb entgegenwirkt. Bezeichnet man die in den Hilfspolen erzeugten Flüsse mit ?JA, ?JB und ?JC, SO ist also < PjA=K-(jn-ji) çJB ? K (0JIJIII) und °JC K (0JIII çJII) worin K eine Konstante ist.
Die Strom-Leertriebe werden im normalen und im vertauschten Drehfeld kompensiert, wenn c ò ?JI ò (-?JII) = C1 ò ?JI ò ?JA + c1 ò ?JA ò (-?JII) ist.
Das gleiche gilt sowohl fiir das Störmoment zwischen +?UI Und -?UII als auch fur das Störmoment. das von den beiden Stromflüssen-jj und + < PjTu hervorgeru- fen wird.
In der gleichen Weise wie die Spannungs-und die Strom-Leertriebe werden durch die Hilfspole auch die WPchseltriebe zwischen den Strom-und den Spannungs- fl ssen kompensiert, ohne dass es dazu zusätzlicher Maqsnahmen bedaR. Auch dies gilt nicht nur für gleich seitige. sondern auch für einseitige Belastung des ZÏhlers. In Fig. 9 und 10 sind die Wechseltriebe bei normaler und bei vertauschter Phasenfolge gezeigt, und zwar finir eine Belastung bei casm = 0, 5i, in Fig. 11 und 12 die dazugehörigen Zeigerbilder.
Sogar bim Ausfall einer Phase werden beim ZÏhler durch die Hilfqpole sämtliche drehfeldabhängiçen Stör- momente komnensiert. Weder bei normaler noch bei vertauschter Phasenfolge bleibt ein Leertrieb wirksam.
In Fig. 13 schliesslich ist noch ein einfaches Aus führungsbeispiel für die bauliche Ausbildung eines bei einer Ausführungsform des Zählers nach der Erfindung verwendbaren Hilfspoles gezeigt. Der Hilfspol wird von einem im wesentlichen U-förmigen Hilfspoleisen 5 gebildet, das, die Läuferscheibe 6 am Rande umgreifend, ihre beiden Polenden der Läuferscheibe zukehrt. Das Hilfspoleisen trägt zwei Erregerwicklungen 7 und 8. Mit der Wicklung 7 wird es, wie in Fig. 1 gezeigt, von einem Teilfluss des Spannungsflusses des gegenüberliegenden Triebsystems erregt und mit der Wicklung 8 von je einem Teilfluss des Stromflusses der beiden ihm benachbarten Triebsysteme.
Da sich die Hilfspole symmetrisch zwischen je zwei Triebsystemen befinden, also an denjenigen Stellen des Läuferscheibenumfanges, an denen üblicherweise Bremsmagnete angeordnet werden, so ist auch in Fig. 13 ein Bremsmagnet 9 von an sich bekannter Ausbildung gezeichnet, der von dem Hilfspoleisen 6 umgriffen wird. An sich könnten aber Hilfspoleisen und Bremsmagnet auch in beliebig anderer Ausbildung und Anordnung vorgesehen werden, sofern nur wenigstens der Hilfspol symmetrisch zwischen den Triebsystemen angeordnet ist. Das in Fig. 13 dargestellte Umgreifen des Bremsmagneten durch das Hilfspoleisen gibt die Möglichkeit, dass die Bremsmagnete in an sich bekannter Weise am optimalen Hebelarm wirkend belassen werden können. Zur Einstellung bzw.
Justierung des Hilfsflusses des Hilfspoles ist in Fig. 13 noch ein magnetischer Nebenschluss angebracht, der in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise verstellt werden kann.