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Triebsystem für Meßgeräte, im besonderen für Elektrizitätszähler,
dessen Triebflächen durch einen U- und T-förmigen Kern des Spannungseisens vergrößert
sind. Durch das Patent 381048 ist ein Triebsystem für Induktionsmeßgetäte
bekannt geworden, bei dem die Triebflächen des Spannungsfeldmagneten durch das aus
einem U- und einem T-förmigen Kern gebildete, radial angeordnete Spannungseisen
ein Vielfaches vom Querschnitt des Triebschenkels, auf dem die Spannungsspule sitzt,
erhalten haben. Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung eines derartigen
Triebsystems, c_as in bezug auf L'rehmoment
und Eigenverbrauch
einen gf..nstigen Wirkungsgrad aufweist. An dem U-förmigen Kern des Spannungseisens
ist ein Drosselnocken angebracht, und der T-förmigeTriebkern ist derart unsymmetrisch
und verstellbar ausgebildet, daß der Luftspalt zwischen Nocken und Triebkern in
seiner Größe geändert und dadurch eine veränderliche Drosselwirkung erzielt wird.
Ein derartiges Meßgerät kann auf diese Weise mit der einen auf dem T-förmigen Triebschenkel
befindlichen Spannungsspule bis, zur doppelten Nennspannung verwandt werden, ohne
daß dadurch Drehmoment, Charakteristik sowie Effektverbrauch im Spannungskreis wesentlich
geändert werden.
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Bei den bisher bekannten Triebsvstemen müssen z. B. für iio und 22o
Volt Nebenschlußspulen, die für die jeweilige Spannung auf der Basis einer bestimmten
Umdrehungszahl des Rotors bei gleichbleibendem Verhältnis von Drehmoment und permanenten
Magneten bedingt und bei möglichst gleichbleibendem Eigenverbrauch berechnet sind,
also im vorliegenden Falle zwei Spulen, verwendet werden. Der Fabrikant, der ja
nie im voraus wissen kann, für welche Spannung die eingehenden Zählerbestellungen
sein werden, ist dadurch genötigt, zwei Spulensorten zu fabrizieren und, wenn er
schnellstens liefern will, dieselben auch auf Lager zu halten.
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Die Nebenschlußspule, welche die eigentliche Seele des Zählers ist,
erfordert infolge ihrer hohen Windungen aus feinem Draht - es werden normalerweise
Drähte von o,i bis o,2 mm Durchmesser bei einer Windungszahl von 3 000 bis 15 ooo
pro Spule verwandt - eine sehr sorgfältige und zeitraubende Fabrikation. Ein Auflagerarbeiten
ist deshalb in den seltensten Fällen und nur bei einem großen, sehr teuren Maschinenpark
möglich.
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Um nun für die hauptsächlich in Frage kommenden Zähler, z. B. iio
und 22o Volt, mit nur einer Nebenschlußspule auszukommen und dadurch die Fabrikation
zu vereinfachen sowie zu verbilligen, besteht das Neue der Erfindung darin, durch
zwangsweise Änderung des Stromes dieser einen N ebenschlußspüle das Drehmoment ebenfalls
auf der eingangs erwähnten Basis bei beiden Spannungen gleich zu halten, so daß
eine Verwendung zweier Spulen sich erübrigt. Da ferner bei einem Triebsystem mit
nur einer Spule für einfache sowie für doppelte Spannung normalerweise die Summe
der Kupfer- und Eisenverluste gesetzmäßig nach ungefähr der zweiten Potenz, also
im Verhältnis von etwa 1:4, erfolgt, so bedingt der Erfindung 'gemäß die zwangsweise
Änderung des Nebenschlußstromes eine solche Änderung des Kupferverlustes, daß dadurch
die Zu- oder Abnahme des Eisenverlustes so ausgeglichen wird, daß die Summe der
Verluste, also der Eigenverbrauch, nicht im Verhältnis von etwa 1:4 sondern nur
von etwa i :2, mithin annähernd proportional der Spannung erfolgt.
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Der spannungsseitige Eigenverbrauch eines Triebsystemes - der stromseitige
soll, weil für diese Betrachtungen ohne Einfluß, weiter nicht berücksichtigt werden
- setzt sich bekanntlich zusammen aus dem Eisenverlust (Hysteresis-und Wirbelstromverlust)
des Spannungseisens, dem Kupferverlust der Nebenschlußspule und dem Energieverbrauch
des Rotors. Bedeutet nun T' das Volumen in cm 3 und B die maximale Induktion im
Spannungseisen, v die Frequenz der Spannung, die diese Induktion hervorruft, ri
den Steinmetzschen und P den Wirbelstrcmkoeffizienten des Spannungseisens, E die
E.M.K. in Volt, die in der Rotorscheibe durch die im Triebluftraum herrschende Induktion
hervorgerufen wird., J den Strom in Amp., der durch die E.M.K. in der Rotorscheibe
entsteht, i den Strom in Amp. und R den Widerstand in Ohm der Nebenschlußspule,
so ist in Watt pro Zeiteinheit dieser Effektverbrauch Ni = vV (j B',6+ vßB2)
io-7+ EJ
i2R .................. (i). In dieser Gleichung stellt vT%rB',Clio-7
die Hysteresisverluste, v2V,ßB2io-7 die W'irbelstromverluste, F_ J den Energieverbrauch
(Faktor des Drehmomentes) im Rotor und i2 R die Kupferverluste dar.
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Wird nun dieses Tiiebsstem ohne jede Änderung an die doppelte* Spannung
angeschlossen, so wird gesetzmäßig auch das doppelte Drehmoment auftreten und beträgt
dann der spannungsseitige Effektverbrauch N.= v v ('l L2 B7 1,6+ v
ß [2B] 2) 1o-7 + 4EJ+ (2 i) 2R............... (2) Betrachtet man diese
beiden Gleichungen und wendet den Gedanken der Erfindung aus Gründen der eingangs
erwähnten Basis vom gleichen Drehmoment bei doppelter Spannung auf Gleichung :z
an, so kann, da eine Änderung des Gliedes v V (r [2 B)1,1+ vß [2 B] 2)io-7
unmöglich ist, ein Reduzieren des Drehmomentfaktors 4 B J (doppeltes Drehmoment)
auf E J
(Drehmoment bei einfacher Spannung) nur durch (2 i) 2R zu erreichen
sein. Da nun weiter die Nebenschlußspule die gleiche geblieben ist, so kann sich
naturgemäß der Widerstand R auch nicht geändert haben; daraus folgt, daß nur
(2 i) 2, also der Strom i, geändert werden kann. Bezeichnet n den
Faktor der Stromverkleinerung bei dem erreichten gleichen Drehmoment, so wird jetzt
die Gleichung für diesen Efiektverbrauch N2= VV (r [2B]'>'+ VP [2B[2)
io-7 +EJ+7a(2i)2R ..............(3)
lauten, oder in `'orte
übersetzt: Soll das Drehmoment dasselbe bleiben, so kann durch Änderung der Größe
des Luftspaltes zwischen ?N ocken und T-förmigem Triebkern durch den entstehenden
magnetischen Nebenschluß der Strom, der durch die doppelte Spannung z i geworden
ist, gedrosselt (verkleinert) und dadurch das Produkt (2 i) "R ebenfalls zz-mal
verkleinert werden, das heißt, es fällt der Kupferverlust und damit auch der spannungsseitige
Gesamteffektverbrauch des Triebsystemes.
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Aus dieser Überlegung geht nun ohne weiteres hervor, daß ein nach
Gleichung i und 3 gebautes Triebsystem sowohl für einfache ur_c doppelte Spannung
sowie für jede beliebige Spannungskombination, die innerhalb des Verhältnisses von
1:2 liegt, eingerichtet werden kann. Elektrizitätswerke, hauptsächlich Überlandzentralen,
die in ihren Bezirken verschiedene Spannungen, z. B. iio :22o, iio : igo, 127:220,
220:380 oder 220:44o Volt, im Betriebe haben, sind mit nach der Erfindung gebauten
Zählern in der Lage, ihren Lagervorrat, der wegen Reparaturauswechselung und Betriebserweiterung
vorhanden sein muß, um die Hälfte zu vermindern. Dies bedeutet eine nicht unerhebliche
Verkleinerung des für diese Zwecke nutzlos investierten Kapitals.
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Das Spannungseisen des Triebsystems nach Patent 3810.18 ist, in einem
Ausführungsbeispiel in den Abb. i bis 3 dargestellt, der Erfindung gemäß so ausgebildet
worden, daß an dem U-förmigen Kern a ein Drosselnocken 7z angebracht ist, und daß
der T-förmige Triebkern b, der die Spannungsspule trägt, derart unsymmetrisch und
verstellbar ausgebildet ist, daß über C en Schenkel b1 (Abb. 2) der Luftspalt f
und über den Schenkel b, (Abb. 3) der Luftspalt f1 entsteht. Ist der Luftspalt f
(Abb. 2) eingestellt und so groß gewählt, daß praktisch kein magnetischer Nebenschluß
eintreten kann, so gilt für den Effektverbrauch die Gleichung i, d. h. es ist das
Triebsystem für einfache Spannung. Wird der T-förmige Triebschenkel b verstellt,
und zwar derart, daß durch den Schenkel b., der Luftspalt f1 (Abb. 3) entsteht,
so wird ein magnetischer Nebenschluß gebildet, es gilt für den Effektverbrauch die
Gleichung 3. Das Triebsystem ist dann mit derselben Spannungsspule für die doppelte
bzw. für die gewünschte Verhältnisspannung bei gleichem Drehmoment und gleicher
Charakteristik bemessen. Der Nocken n kann, wenn der T-förmige Triebschenkel b nicht
verstellbar ist, auswechselbar angeordnet sein, so daß der Luftspalt f und f1 dadurch
eingestellt werden kann. M@ird per U-förmige Kern a ohne den Nocken n ausgebildet,
so können die Schenkel b1 und b2 des unsymmetrisch und verstellbaren T-förmigen
Triebkernes F; so verlängert werden, daß sie den Luftspalt f und f, in ,einer Größe
ändern. In dem Tiiebluftspalt c (Abb. 1 bis 3) des magnetisch gutgeschlossenen EisenkörFerF,
der aus den Teilen a und b gebildet wird, befindet sich die Rotorscheibe
ci. An dem U-förmigen Kern a, gern T-förmigen Triebkern b gegenüber, ist der bekannte
U-förmige Hauptstrommagnet angeordnet.