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KAISERLICHES

PATENTAMT.

In dem Patent Nr. 63350 ist eine Methode angegeben worden, die Arbeit eines Drehstromes durch Messung von nur zwei Producten aus Strom und Spannung zu bestimmen. Soll die Messung mittelst eines nach dem Ferrarisschen Princip arbeitenden Motorzählers geschehen, so müssen die den. Zuführungsstrom und die Spannung messenden Ströme um 90 ° gegen einander verschoben sein. Das soll durch folgende Anordnung bewirkt werden.

In den Figuren mögen die Punkte ABC, die zur Andeutung der Symmetrie die Ecken eines gleichseitigen Dreiecks bilden, die Klemmen bedeuten, die einerseits an die drei Drehstromleitungen angeschlossen sind und andererseits den Strom für irgend welche Stromaufnehmer, wie Lampen und Motoren, abgeben. Die nach A, B und C einfliefsenden Ströme mögen mit I_a, I/, und I_c, die Spannung zwischen A und B möge E_c , die zwischen B und C E_a, die zwischen C und A möge . E/, genannt werden. Die Arbeit des von den Klemmen A, B und C gelieferten Drehstromes wird dann bekanntlich durch die Differenz zweier Dynamometerablesungen bestimmt, von denen die eine durch die Combination des Stromes I_a mit der Spannung Ei_n die andere durch die Combination des Stromes Ib mit der Spannung E_a entsteht. Diese Combinationen mögen durch die Symbole [I_aEi,] und [Ib E_a] bezeichnet werden.

Die Arbeit ist demnach

A=

E_a\.

Man kann indessen zur Arbeitsmessung auch ein Instrument verwenden, das auf dem Princip des' Drehfeldes beruht. Ein solches Instrument ist in Fig. 2 in einer möglichen Ausführungsform dargestellt. Ein äufserer, aus Blechen und Papierzwischenlagen hergestellter Eisenring RR hat vier nach innen gerichtete PoI-ansä'tze, von denen zwei einander gegenüberliegende mit dickdrähtigen Spulen 5 S und die beiden anderen mit dünndrähtigen'Spulen D D versehen sind. Innerhalb dieses Eisenringes RR befindet sich ein Eisencylinder EE, der in gleicher Weise hergestellt ist. Zwischen beiden bleibt ein Raum von einigen Millimetern frei. In diesem ist eine Trommel F aus Kupferblech oder einem anderen Metall drehbar angebracht. Die Arbeit wird in diesem Falle wieder durch die Differenz zweier Ablesungen bestimmt, von denen die eine wieder durch eine Verknüpfung von I_a mit Eb, die andere durch eine Verknüpfung von I^ mit E_a entsteht. Diese Verknüpfung mufs jetzt indessen anderer Art sein als vorher. Während das eine Spulenpaar S S (Fig. 2) wieder von dem einen der Nutzströme durchflossen ist, mufs das andere Spulenpaar D D von einem Strome durchflossen werden, dessen Amplitude der Amplitude der Spannung Eb proportional ist, dessen Phase indessen um genau 90⁰ gegen die Spannung Eb verschoben ist. Die gleiche Regel gilt für ■ die zweite Ablesung. Mit anderen Worten, die Phasen der von den Spannungen Ef, und E_a abhängigen Ströme müssen um 90° gegen die Phasen der Spannungen Eb und E_a verschoben sein. Das Symbol einer Spannung, die gleich einer Spannung E, aber um 90° gegen diese in der

Phase verschoben ist, sei E E; die Arbeit wird also mit dem zuletzt genannten Instrument durch die Differenz der Verknüpfungen [I_a j E/,] und [Ij, j E_a\ gemessen. Man hat also

A = [I_a/E_b]-[I_b/E_a].

Die Phasenverschiebung um genau 90 ° kann man nun nach Patent Nr. 94564 mit Hülfe einer Wheatstone'sehen Brücke erzielen. Bel· Drehstrom kann man indessen diese Aufgabe auf einfachere Weise lösen, indem man nämlich statt der Spannung Ej, und E_a zwei andere Spannungen benutzt, die diesen Spannungen gleich oder proportional sind, aber eine Phasenverschiebung von 90° gegen jene besitzen. Schaltet man nämlich (Fig. 3) zwischen die Klemmen A und C einen Widerstand und theilt ihn durch die Klemme O in zwei gleiche Theile Wa und W_y, so hat die Spannung zwischen B und O eine Phasenverschiebung von 90° gegen die Spannung E/,. Man kann also die Spulen D D für die erste Messung zwischen B und O einschalten, während man die Spulen S S in die Zuleitung zu A einschaltet. Für die zweite Messung schaltet man zwischen C und O den Widerstand W_y, zwischen B und O den gleich grofsen Widerstand Wg₁ , legt die Spulen D D .zwischen A und O und die Spulen 5S in die Zuleitung zu B, wie Fig. 4 zeigt. Man mufs dabei durch vorgeschalteten inductionsfreien Widerstand dafür sorgen, dafs der in den Spulen DD entstehende Strom mit der erzeugenden Spannung gleiche Phase hat. Man kann auch, indem man für gleichzeitige Ablesung zwei Instrumente anwendet, ein für alle Mal die Spulen D₁D₁ des einen Instrumentes in die Verbindung B O und die Spulen D₂ D₂ des anderen Instrumentes in die Verbindung A O schalten, wie Fig. 5 schematisch anzeigt. Man hat dann nur dafür zu sorgen, dafs der Widerstand der Spulen D₂ Z)₂, vermehrt um den inductionsfreien vorgeschalteten Widerstand im Zweige A O, gleich der entsprechenden Summe im Zweige B O und gleich dem Widerstände im Zweige C O ist. Fig. 6 zeigt dasselbe Schema etwas mehr ausgeführt. Zwischen die Klemmen A, B und C sind Lampen geschaltet, und zwar beliebig viele, da die Methode auch für ungleiche Belastung gilt. Ferner können an die Klemmen ABC Motoren angeschlossen sein. Der Consumstrom geht von der Speiseleitung ^₀ durch die Spulen .S₁ S₁ des Instrumentes M₁ zu A, ferner von der Speiseleitung B₀ durch die Spulen .S₂ S₂ des Instrumentes Ai₂ nach B, endlich von C₀ direct nach C., Ferner liegen zwischen A und O der Vorschaltwiderstand WJ und die Spulen D₂ D.₂ des Instrumentes M₂, zwischen B und O der Vorschaltwiderstand Wß' und die Spulen D₁ D₁ des Instrumentes M₁, endlich zwischen C und O der Widerstand W_y. Die drei Zweige A O, B O und C O haben gleichen Gesammtwiderstand.

Zum Beweise dieser Sätze wählen wir wieder die graphische Darstellung, bei der die drei Spannungen E_a Et, E_c eine geschlossene Figur, d. h. ein gleichseitiges Dreieck abc (Fig. 7) bilden. Dies mufs der Fall sein, weil die Summe ihrer Momentanwerthe in jedem Augenblick gleich Null ist. Es werde nun in Fig. 3 durch den Widerstand W_a ein Spannungsverlust α ο und durch den gleich grofsen Widerstand W_y ein Spannungsverlust co hervorgerufen , wobei a 0 und c 0 zugleich die Gröfse und die Phase des Spannungsverlustes angeben. Die Strecken a 0 und co müssen den gemeinsamen Punkt 0 haben, weil die Summe der Momentanwerthe von a 0 und c 0 in jedem Augenblick gleich dem Momentanwerth von α c = Et sein mufs. Aus demselben Grunde mufs b 0 den Spannungsverlust in den Spulen JD D nebst vorgeschaltetem inductionsfreien Widerstand darstellen. Wenn man nun überall von Selbstinduction absieht, so müssen auch die Ströme in den Zweigen A O, B O und C O (Fig. 3) die Phasen haben, die durch die Richtungen der Strecken α o, b ο und c 0 gekennzeichnet sind, weil zwischen den Strömen und den sie erzeugenden Spannungen dann keine Phasenverschiebung vorhanden sein kann. Angenommen nun, b 0 stände nicht senkrecht auf ac, so kann auch nicht ao = co sein, wenn 0 nicht mit, b zusammenfällt. Wir nehmen nun an, α ο sei gröfser als co, dann mufs auch der Strom in A O gröfser sein als der in C O, da nach Annahme W_a = W_y ist, Wir setzen, indem wir die drei von ABC nach O fliefsenden Ströme in richtiger Beziehung mit J_a Jg J_y bezeichnen, J„ = α ο und J_y = c 0. Bilden wir dann den aus J« und J_y resultirenden Strom, der gleich und entgegengesetzt Jß sein mufs, da die Summe der Momentanwerthe der drei Ströme stets gleich Null ist, so erhält man die Strecke d 0. Diese Strecke theilt α c stets in e in zwei gleiche Theile und kann daher nur dann mit ο b zusammenfallen, wenn die Verlängerung von b ο auch den Punkt e trifft. Dann aber sind a 0 und c ο gleich grofs und b 0 steht senkrecht auf α c. Hiermit ist bewiesen, dafs, wenn W_a = W_y ist, auch a 0 = c 0 sein und b ο senkrecht auf a c stehen mufs. Sind alle drei Widerstände W_a Wß W_y einander gleich, so mufs a 0 = b 0 = c ο seih und a 0 senkrecht auf b c, b 0 senkrecht auf α c und c 0 senkrecht auf a b stehen.

Von diesen Beziehungen hat Behn-Eschenburg in der E. T. Z. 1896, Heft 12, Seite 182, zu einer Methode der Messung der Drehstromarbeit Gebrauch gemacht. Er benutzt ein Elektrodynamometer, durch dessen dickdrähtige Spule er einen der drei Hauptströme (J_a)

schickt, während er die dünndrähtige Spule j einerseits an den zugehörigen Hauptleiter A, andererseits an einen Punkt O anschliefst, der durch zwei gleich grofse Vorschaltwiderstände T₁ und r₂ mit dem zweiten und dritten Hauptleiter B und C verbunden ist, wie Fig. 8 zeigt. Diese Methode gilt nur für gleiche Belastung in den drei Zweigen des Drehstromnetzes, wie die Herren v. Dolivo-Dobrowolsky und Bauch in der E. T. Z. 1896, Heft 14, Seite 226, gezeigt haben. Sie setzt aber aufserdem voraus, dafs der Zweig A O inductionsfrei sei, was bei einer Dynamometerspule ohne Vorschaltwiderstand nicht angenommen werden darf. Unter diesen beiden Einschränkungen beruht die Richtigkeit der Messung darauf, dafs die Spannung A O den Winkel BAC halbirt, also ebenfalls darauf, dafs A O senkrecht auf B C steht. Der Unterschied zwischen der hier beschriebenen Methode besteht also darin, dafs Behn-Eschenburg die Spannung AO mit dem Strom J_a combinirt und ein Elektrodynamometer benutzt, während bei der neuen Methode die Spannung A O mit dem Strom Jt, oder J_c combinirt wird und ein auf dem Princip des magnetischen Drehfeldes nach Ferraris . beruhendes Mefsinstrument Verwendung findet. Die B eh η-Eschen bürg'sehe Methode erfordert nur eine Messung und ist nur für gleiche Belastung der drei Zweige gültig; die vorbeschriebene Methode erfordert zwei Messungen oder die Combination von zwei Messungen und ist bei jeder Belastung gültig.

Man kann die rotirenden Trommeln, die unter dem Einflufs der Spulen S S und D D stehen, auch auf eine gemeinsame Achse setzen und eine Spiralfeder anordnen, die bei einer bestimmten Verbiegung der Differenz der auf die Trommeln ausgeübten Drehungsmomente das Gleichgewicht hält, und auf diese Weise durch einen Zeiger direct die Gesammtarbeit anzeigen lassen. Man kann ferner unter Anwendung geeigneter Dämpfungsvorrichtungen die Trommeln rotiren und durch ein Zählwerk direct die Arbeit zählen lassen. Diese Methode, die Arbeit zu messen oder zu zählen, ist nur richtig, wenn die drei Spannungen E_aEbE_c gleich sind, hierfür mufs aber auch in der Praxis aus anderen Gründen bis zu einem gewissen Grade der Annäherung gesorgt werden. Es kann daher hierin nur in besonderen Fällen ein Bedenken gegen die Anwendung der Methode erblickt werden.

Diese Schaltung ist keineswegs auf ein Instrument von der durch Fig. 2 angedeuteten Construction beschränkt, sie kann in allen Fällen angewendet werden, wo zum Messen ein Drehfeld benutzt wird, das durch zwei von Strom und Spannung abhängige phasenverschobene Ströme erzeugt wird. Das Instrument kann z. B. statt der Trommel eine kreisrunde ebene Scheibe besitzen, wie es z. B. bei dem von Bl at hy angegebenen Zähler der Fall ist.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Bei einem nach Patent Nr. 63350 angeordneten Zähler in der Anwendung auf Motorzähler zur Messung der Spannung zwischen je einer Zuführung und einer dritten mittelst eines dieser Spannung proportionalen Stromes die Schaltung der Mefsspule zwischen der zweiten Zuführung und einem Punkte einer Brücke zwischen der ersten und dritten Zuführung, welcher von diesen beiden durch gleich grofse Widerstände getrennt ist, wodurch gleichzeitig eine Phasenverschiebung zwischen dem Strom der ersten Zuführung und demjenigen Strom, welcher der Spannung zwischen dieser ersten und der dritten Zu-

- führung proportional ist, erzeugt wird.

2. Die Combination von zwei Mefsgeräthen für Drehstrom nach Anspruch 1, von denen die dickdrähtigen Spulen oder Spulengruppen des ersten in den Stromkreis A einer Drehstromschaltung ABC (Fig. 6) oder in eine Abzweigung zu A, die entsprechenden Spulen oder Spulengruppen des zweiten in den Stromkreis B oder in eine Abzweigung zu ihm, von denen weiter die dünndrähtigen Spulen oder Spulengruppen des ersten zwischen B und Klemme O, die des zweiten zwischen A und O geschaltet werden, wobei O durch einen Widerstand mit C verbunden ist, so dafs je zwischen A und O, B und O und C und O gleich viel Widerstand eingeschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.