DE596583C - - Google Patents
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Description
DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE
AUSGEGEBEN AM 15. MAI 1934ISSUED ON May 15, 1934
REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE
PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING
KLASSE 74 b GRUPPECLASS 74 b GROUP
W. H. Joens & Co. G. m. b. H. in DüsseldorfW. H. Joens & Co. G. m.b. H. in Düsseldorf
Zusatz zum Patent 558Addendum to Patent 558
Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. Juli 1931 ab Das Hauptpatent hat angefangen am 27. Mai 1931.Patented in the German Empire on July 24, 1931 The main patent started on May 27, 1931.
In dem Hauptpatent 558 455 ist eine Schaltungsanordnung zur elektrischen Integrierung von Meßgrößen beschrieben.In the main patent 558 455 is a circuit arrangement for electrical integration described by measurands.
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.The specialty circuits discussed in this patent are conveniently combined used with so-called voltage-independent induction counters, and it was used in the in the example given in the mentioned patent assumed that the counter in per se known Way is braked by an electromagnet excited by the power source, so that the integration of voltage fluctuations of the power source is independent close. In addition, this electromagnet causes the speed of the counter disk of any fluctuations in the measuring current is independent of the z. B. by the changes in the brush position of the grinding dependent combination resistance of the remote transmitter current branching and, through changes to the grinding brush occurring transition resistance are caused.
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.The present invention relates to a device for electrical integration of measured variables, which offers advantages over the device described in the main patent, as the measuring arrangement even easier and with regard to the independence from voltage fluctuations in the Power source is even more perfect.
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.According to the invention is described in connection with those in the main patent Circuits an induction counter with permanent brake magnet is used, namely in, in such a way that on the instinctual system of this counter several of the one common Current excited coils or coil groups are provided and that the ratio of the magnetic fluxes generated by these coils or coil groups to the vom permanent brake magnet generated magnetic flux is chosen such that the The speed of the counter disc depends on the strength of the coil or coil group flowing through it Stromes is largely independent.
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.In the following, the essence and the mode of operation will now be explained using an example of the invention can be dealt with exactly on a theoretical basis. In the closest case, a single one If the measured variable is to be integrated, the individual circuit shown in Fig. 1 can be used which are the basic arrangement of the various circuits that are already were dealt with in the main patent.
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 In the measuring arrangement shown schematically in Fig. 1, an aluminum disk S of a single-phase induction meter attached to the axis A and coupled to a counter Z is driven by two electromagnets M and N and braked by a permanent magnet P. On the iron core of M (current iron) are two coils S 1
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 Ss ist mit der Fernsenderstromverzweigung in Reihe geschaltet undand 5 "2 arranged, which are inserted in the in Figure ι. marked normal remote transmitter power branch and connected as differential coils so that the currents flowing in them currents magnetize the current iron in the opposite direction. A on the iron core of N (voltage iron) seated coil S s is connected in series with the remote transmitter power branch and
ίο unter Zwischenschaltung eines Schutztransformators T an das Wechselstromnetz angeschlossen. ίο with the interposition of a protection transformer T connected to the AC mains.
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 veränderlichesThe two ends of the remote transmitter winding F and the grinding brush, which slides on this winding and is controlled by the transmitter device (e.g. water meter), are connected to the other parts of the measuring circuit via three long-distance lines and two balancing resistors W 1 and W 2. The abrasive brush divides the range of the remote transmitter resistance it sweeps over, as shown in Fig. 1, into two partial resistances Y 1 and r 2 , which are variable
Φ μ = const 'zr J ' —= 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 ΦΜ 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 bedeutenRatio of the coils 6 \ and S 2 is detected. The change in Y 1 and Y 2 takes place in such a way that the ohmic resistance of one branch of the remote transmitter current branch increases by as much as that of the other branch decreases. The magnetic flux Φ Μ of the current iron M is proportional to the geometric difference between the respective effective ampere turns of S 1 and 6 \> If Z 1 and z % denote the number of turns of, S 1 and, S 2 , η = Z 2 Jz 1 represents Ratio of these numbers of turns and mean
R1 und R2 die gesamten Ohmschen Widerstände der Zweige 1 und 2, R 1 and R 2 are the total ohmic resistances of branches 1 and 2,
L1 und L2 die Induktivitäten der Spulen ,S1 und ^2, M die gegenseitige Induktivität dieser Spulen, a> die Kreisfrequenz, L 1 and L 2 are the inductances of the coils, S 1 and ^ 2 , M the mutual inductance of these coils, a> the angular frequency,
/ den in der Stromverzweigung fließenden Gesamtstrom,/ the total current flowing in the current junction,
J1 und J2 die beiden Zweigströme,
so gilt für den Fluß ΦΜ J 1 and J 2 the two branch streams,
so applies to the river Φ Μ
R1-K-R2 ,. R 1 -KR 2,.
Y(R1 + R2)" + ω2 (L1 + L, + Y (R 1 + R 2 ) " + ω 2 (L 1 + 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 Q 1 = R 1 - T 1 and Q 2 = R 2 - r 2 denote the parts of R 1 and! R 2 and represents r = Y 1 -f- r 2
ΦΜ — const 'Z1 Φ Μ - const 'Z 1
ρ2 ρ 2
(2)(2)
I1 + R2Y2+ ω2 (L1 + L2 + Wählt man die Ohmschen Widerstände der Fernsenderstromverzweigung derart, daß I 1 + R 2 Y 2 + ω 2 (L 1 + L 2 + If one chooses the ohmic resistances of the remote transmitter current branching in such a way that
■ = Qi + r (3) ■ = Qi + r (3)
ist, so giltis, then applies
φΜ — const · Z1 · / · ν (ι -f n)
und φ Μ - const Z 1 / ν (ι -f n)
and
Y(R1 + R2)' + ω2 (Ζ; Y (R 1 + R 2 ) '+ ω 2 (Ζ;
A. (ΦM, J) = const. A. (ΦM, J) = const.
= const · / · T1 (4)= const / T 1 (4)
(5)(5)
den konstanten, zwischen den beiden Grenzstellungen der Schleifbürste liegenden Widerstand dar, so kann man schreibenthe constant resistance between the two limit positions of the grinding brush dar, so one can write
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 ΦΜ der geometrischen Differenz der jeweilig wirksamen Zweigströme J1 und J2 proportional, und es giltIn the following considerations, for the sake of simplicity, it is assumed that the coils S 1 and S 2 have the same number of turns (^ 1 = z 2 = Z, n = 1), and that these coils should practically consist of two wires wound together at the same time (L. 1 = L 2 = M ^ = L). In this special case, the flow Φ Μ is proportional to the geometric difference between the respective effective branch currents J 1 and J 2 , and the following applies
Ji J1 — J Ji J 1 - J
Macht manDo one
so wird
und .so will
and .
Φ μ = const 'Z-(J2 —J1),
R1 — R-2 _ j Q1 Φ μ = const 'Z- (J 2 - J 1 ),
R 1 - R-2 _ j Q 1
+ R2)2+ω2 (4L)2 + R 2 ) 2 + ω 2 (4L) 2 Q1 = Q-2 + r , R1-— R2 = 2 Y1 Q 1 = Q-2 + r, R 1 - - R 2 = 2 Y 1
A-7W-2-r, ■Q-2- A-7W-2-r, ■ Q-2-
Y(R1 + R2)2 +ω2 (4 L)2 Y (R 1 + R 2 ) 2 + ω 2 (4 L) 2
Y(R1 + Ao)2H- Y (R 1 + Ao) 2 H-
(8)(8th)
(9)(9)
(ίο)(ίο)
Das Diagramm in Abb. 2 zeigt die aus Gleichung (io) sich ergebende Lage der einzelnenThe diagram in Fig. 2 shows the position of the individual units resulting from equation (io)
tgct =tgct =
Der magnetische Fluß ΦΝ des Spannungseisens N ist verhältnisgleich dem die Spule Sa und die Fernsenderstromverzweigung durch-Stromvektoren. Der Phasenwinkel cc ist konstant : · ' 'The magnetic flux Φ Ν of the tension iron N is proportional to that of the coil S a and the remote transmitter current branching through current vectors. The phase angle cc is constant: ''
(II)(II)
R1 + R2 * fließenden Gesamtstrom / und somit der geometrischen Stimme der Zweigströme Z1 und /2: R 1 + R 2 * total flowing current / and thus the geometric voice of the branch currents Z 1 and / 2 :
ΦΝ = const · / = const · (J2 + (12) Φ Ν = const / = const (J 2 + (12)
Die durch die Scheibe tretenden Flüsse ΦΜ und ΦΝ sind nach dein Diagramm in Abb. 3 gegen (J2 — J1) bzw. (J2 + J1) um die Phasenwinkel sm bzw. εΝ 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. The fluxes Φ Μ and Φ Ν passing through the disk are shifted backwards by the phase angle sm and ε Ν according to the diagram in Fig. 3 against (J 2 - J 1 ) or (J 2 + J 1 ), since these Rivers are burdened by the hysteresis and eddy current losses occurring in the iron and, above all, by the currents they induce in the disk.
Bei einem nach Abb. ι geschalteten In-. duktionszähler mit permanentem Bremsmagneten gilt für das Antriebsmoment D, wenn : (5 = cc■ -j- εΜ — εΝ nach Abb. 3 den Phasenwinkel zwischen den Flüssen Φ μ und ΦΝ und Cρ eine von dem konstruktiven Aufbau und den magnetischen Eigenschaften des Zählers abhängige Proportionalitätskonstante bezeichnet, bei konstanter Frequenz ganz allgemein In a switched according to Fig. Ι In-. Reduction counter with permanent brake magnet applies to the drive torque D if : (5 = cc ■ -j- ε Μ - ε Ν according to Fig. 3 the phase angle between the fluxes Φ μ and Φ Ν and Cρ one of the structural design and the magnetic properties denotes the proportionality constant dependent on the counter, very generally at a constant frequency
D = Cn · ΦΜ · ΦΝ · sin δ (13) D = C n Φ Μ Φ Ν sin δ (13)
Stellt Φ ρ den magnetischen Fluß des permanenten Magneten P dar und bedeutenIf Φ ρ represents the magnetic flux of the permanent magnet P and mean
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 #, bp = Cp - p Φ'ρ the brake factor desFlusses (£, & M = Cm · Φ \ ι which the current damping factor of the corresponding brake flux Φμ, δjv = Cn · Φ'ν the corresponding one of the voltage attenuation factor of the brake flux Φ #,
η die Drehzahl der Scheibe, so ergibt sich das gesamte Bremsmoment B aus der Gleichung η is the speed of the disc, the total braking torque B results from the equation
+ bM + bN) · η = {Cp-Φρ + Cm-ΦΙ; + Cn · Φ'Ν) · η .+ b M + b N ) · η = {Cp-Φρ + Cm-ΦΙ; + C n ' Ν ) η .
(14)(14)
Da im stationären Zustande B = D sein muß, so gilt unter der Voraussetzung, daß die Rei-< bung gleich Null ist: 95 Since B = D in the steady state, the following applies under the assumption that the friction is equal to zero: 95
Cn -Φμ·Φν' sin δ Cn -Φμ ν ' sin δ
^P+Cu^li+Cn^lt'^ P + Cu ^ li + Cn ^ lt '
(15)(15)
Setzt man in Gleichung (15) für Φ sich ergebenden Werte ein, so wird und ΦΝ die aus den Gleichungen (6), (10) Und (12) If one substitutes the resulting values in equation (15) for Φ, then and Φ Ν becomes the values from equations (6), (10) and (12)
η =:η =:
const J' -T1 · J · sin δ const J '-T 1 · J · sin δ
Cp-Φρ+ const · Cμ - (/ · T1)'2 + const -Cn-J2 ' Cp-Φρ + const Cμ - (/ T 1 ) ' 2 + const -C n -J 2 '
(16)(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 (bM -f- bN), um zu er-In the induction meters commonly used in heavy current engineering, the damping by the permanent magnet (bp) is chosen to be large against the damping of the current and voltage flow (b M -f- b N ) in order to
reichen, daß der Bremsfaktor b = bp-\-bM-\-bN unter normalen Betriebsbedingungen praktisch konstant bleibt. Würde man einen nach Abb.i geschalteten Zähler in dieser Weise abdampfen, so ergäbe sich für die Drehzahl angenähertare sufficient for the braking factor b = bp - \ - b M - \ - b N to remain practically constant under normal operating conditions. If one were to evaporate a counter switched according to Fig.i in this way, the speed would be approximated
η — const · p >rx (17) 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 — constand, since the current / mains voltage is proportional, with Y 1 = const for + 10 ° / 0 voltage fluctuation a speed change of + 20 ° / o This is of course not permitted. In order to make the speed independent of voltage fluctuations, it is known that in some cases the permanent brake magnet can be omitted entirely and the counter can be dampened by greatly increasing the voltage flux. In the case of a counter switched according to Fig. 1, in this case T 1 - const
const · /" · sin δ . e const · / "· sin δ. e
η — ■-- .r., ^ const · sin 0 . η - ■ - .r., ^ const · sin 0.
const · J- const · J-
Unter der Voraussetzung, daß der Phasenwinkel <5 bei Spannungsänderungen konstant bleibt, ist η spannungsunabhängig.Assuming that the phase angle <5 remains constant in the event of voltage changes, η is independent of the voltage.
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-Fig. 4 shows the rotational speed of η according to Fig. Ι connected counter as a function of the measured variable proportional resistance T 1 at different voltages (180 and 210 volts)> for the case where no Bremsma-
; gnet vorgesehen ist. Es ergibt sich hier die; gnet is provided. The result is here
to merkwürdige, hauptsächlich in Änderungen der.',· Phasenverhältnisse begründete Erscheinung, daß die Drehzahl des Zählers für rx = 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 gemäßTo a strange phenomenon, mainly based on changes in the phase relationships, that the speed of the counter for r x = const decreases with increasing voltage and conversely increases with decreasing voltage, namely a voltage decrease of 15 ° / 0 corresponds to an increase in speed of about 6 ° / 0 . The counter is so to speak overcompensated. This error is now in accordance with
·/ der vorliegenden Erfindung dadurch beseitigt, daß man in den Zähler einen permanenten Bremsmagneten einsetzt und das Verhältnis der Fläche ΦΜ \ιηάΦΝ zu dem von diesem Magneten erzeugten Fluß ΦΡ derart wählt, daß die Drehzahl der Scheibe vom Strome/ und somit von Spannungsschwankungen des Netzes unabhängig ist.· / Eliminates the present invention by inserting a permanent brake magnet into the counter and selecting the ratio of the area Φ Μ \ ιηάΦ Ν to the flux generated by this magnet Φ Ρ such that the speed of the disc depends on the current / and thus from Voltage fluctuations of the network is independent.
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.In addition to the curves already mentioned, Fig. 4 also shows the curve that was obtained under otherwise identical test conditions, but after the insertion and adjustment of a correctly sized permanent magnet. The speed is the same for the voltages 180 and 120 volts over the entire working range of the meter; the deviations are always within the practically achievable measurement accuracy. In this case, too, the speed results from the very general equation (15); however, by choosing the size ratio of the individual braking factors bp, bfA and b ^ in a special way, η remains constant with changes in /.
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.The example given here shows that the corresponding to the subject matter of the invention Establishment is characterized by a very special simplicity and, on the other hand, an increased one Measurement accuracy guaranteed, as it is possible here, by means of a favorable setting of the permanent brake magnet the speed of the counter of voltage fluctuations to make the power source independent to such an extent that the influence of the operationally Occurring voltage fluctuations of + io% no longer perceptible is.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE (1) | DE596583C (en) |
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