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Einrichtung zur Erhöhung der Meßgenauigkeit von Wechselstromeinrichtungen,
insbesondere bei Induktionszählern und Stromwandlern Bei Induktionszählern verläuft
die Fehlerkurve bekanntlich so, daß im Bereich kleiner und großer Lasten negative
Fehler auftreten. Bei kleiner Belastung wird dieser Fehler im wesentlichen durch
Reibungswiderstände, bei großer Belastung durch die Eigenbremsung der Triebfelder
verursacht. Der auf Reibungswiderstände zurückzuführende Fehler kann durch Hilfstriebmomente
zum Teil ausgeglichen werden; völlig läßt sich der Einfluß dieser Fehlerquelle aber
nicht beseitigen, da durch den entgegengerichteten Charakter des Hilfstriebmomentes
eine Verlagerung des Fehlers von der negativen nach der positiven Seite erfolgt.
Bei kleiner Belastung ist auch die verschiedene Magnetisierbarkeit des Eisens von
Einfluß auf die Fehlerkurve des Zählers.
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Es ist bereits bekannt; z. B. bei Wandlern, Hilfskerne anzuordnen.
Dasselbe wurde für Induktionsmeßgeräte vorgeschlagen. Bei der letzteren bekannten
Ausführung kam es darauf an, zur Erhöhung der Meßgenauigkeit bei geringer Belastung
ein Korrektionsfeld wirksam werden zu lassen. Dies wurde insbesondere durch sich
schnell sättigende magnetische Nebenschlüsse, Polverbreiterungen usw. verursacht.
Die Anwendung eines Hilfskerns ist umständlich und teuer, sie bedingt einen erhöhten
Eigenverbrauch, außerdem beansprucht der Hilfskern viel Raum. Nebenschlüsse, Polansatzbleche
usw. stören und verzerren das wirksame Feld, bewirken Streuungen, wechselnde Verlagerungen
des Feldes und wirken auch ungünstig auf die Abgleichung eines Meßwerkes ein. Ferner
ist der Aufbau einer derartigen Einrichtung schwierig, Die Erfindung vermeidet diese
Nachteile. Sie bezweckt in einfacher Weise eine Verbesserung der Fehlerkurve, insbesondere
bei kleiner Belastung, wobei die Kurve so gestreckt werden soll, daß die auftretenden
Fehlerquellen in weitem Umfange beseitigt werden. Angestrebt wird, daß der magnetische
Pfad für den Triebfluß, insbesondere den Stromfluß, so ausgelegt wird, daß der Anstieg
des magnetischen Flusses so beeinflußt wird, daß ein möglichst proportionales Anwachsen
des magnetischen Flusses mit dem Strom erreicht wird. Ermöglicht wird dies dadurch,
daß das Triebeisen aus zwei Blechsorten mit voneinander verschiedener Permeabilität
aufgebaut wird, und zwar werden Bleche mit hoher Anfangspermeahilität, insbesondere
eine Nickel-Eisen-Legierung, und hoher Endpermeabilität in richtigem Verhältnis
zusammengefügt.
Es entsteht auf diese Weise eine resultierende Perineabilität
und damit Induktion oder Fluß, welcher durch entsprechende Bemessung der Kraftflußpfade
in das gewünschte Verhältnis zu der erregenden Stromstärke. (- Feld H) gebracht
werden kann.
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Dieses Verhältnis wird dann am günstigsten sein, wenn der Verlauf
des durch, die verbesserte Magnetisierbarkeit des Stromeisens verringerten Stromflußfehlers
(d.li. des durch die verschieden große Magnetisierbarkeit des Stromeisens bedingten
Fehlers) mit gleicher oder ähnlicher Charakteristik aber spiegelbildlich wie der
durch die Spannungshilfskraft hervorgerufene Gang des Zählers ist. Da ersterer dann
ein Spiegelbild des letzteren ist, so muß der resultierende Fehler annähernd in
einer geraden Linie verlaufen, so daß durch entsprechende Eichung des Zählers eine
auch bei geringerer Last fast völlig .gestreckte Fehlerkurve erzielt wird.
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Die vorliegende Erfindung ist aber nicht allein für Induktionszähler.
verwendbar, sondern allgemein für Wechselstromgeräte, bei denen ein hoher Grad von
Genauigkeit verlangt wird, ein Anwendungsgebiet der Erfindung ist daher z. B. bei
Meßwandlern gegeben, aber auch bei anzeigenden Geräten, Relais usw. Die Erfindung
gestattet, die Perineabilität des bei diesen Wechselströingerätzn verwendeten Kerns
so zu verändern, daß eine gewünschte Permeabilitätscharakteristik in dem Bereich
der Flußdichte erhalten wird, in dem die Apparate normaler Weise arbeiten. Dadurch
können die Schwierigkeiten und Fehler, die durch die Veränderlichkeit der Permeabilität
entstehen, verringert oder vollständig beseitigt werden. Es ist im übrigen bekannt,
durch Zusammensetzung von in der Achsrichtung aufeinandergelegten Einzelmagnetkernen
einen Mischkern aufzubauen, der eine resultierende Permeabilität aufweist.
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Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Einrichtung zur Erhöhung der
Meßgenauigkeit von W echselstromeinrichtungen, insbesondere bei Induktionszählern
und Stromwandlern, bei der ein aus parallel zur Flußrichtung angeordneten Blechen
verschiedener Permeabilität zusammengesetzter Eisenkern benutzt wird, und besteht
darin, daß ein Teil der Bleche aus einer Legierung mit hoher Anfangspermeabilität,
z. B. einer Nickel-Eisen-Legierung, der andere Teil aus einer Siliziumlegierung,
insbesondere Siliziumstahl, besteht. Sie ermöglicht die Anwendung der Mischkerne
bei aus Blechen geschichteten Zähler-und Stromwandlereisen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Abb. i zeigt eine Meßanlage, bestehend aus einem Wandler und einem Zähler. Abb.
2 zeigt eine beispielsweise Ausführung der Erfindung in Anwendung auf das Stromeisen
des in Abb. i dargestellten Zählers. Abb.3 zeigt Permeabilitätskurven verschiedener
Materialien.
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In Abb. i ist mit io ein Stromkreis bezeichnet, i i ist das Spannungseisen
des Zählers, 13 das Stromeisen. Die Stromwicklung 14 ist an den Stromwandler 18
angeschlossen. Der Anker des Zählers ist mit 15, der Bremsmagnet mit 16 bezeichnet.
Eine Ausführung des Stromkerns, der ein vorzugsweise nach einer hyperbolischen Kurve
verlaufendes Verhältnis von Stromfluß zu Strom ergibt, wie es erforderlich ist,
um den bei kleinen Lasten des Zählers auftretenden Fehler zu kompensieren,. ist
in Abb. 2 dargestellt. Dabei ist der Kern teilweise aus Blechen von gewöhnlichem
Siliziumstahl und teilweise aus Blechen eines Materials zusammengesetzt, das eine
wesentlich höhere Anfangspermeabilität als Siliziumstahl besitzt. Würde man den
gesamten Magnetkreis aus einer Legierung mit hoher Permeabilität aufbauen, so würde
der Abfall der Permeabilität bei niedrigen Induktionen so gering sein, daß der Fehler
bei kleiner Belastung praktisch vermieden wäre. Die Schwierigkeit bei der Verwendung
von Legierungen mit hoher Permeabilität im gesamten Magnetkreis besteht jedoch darin,
daß sich diese zu schnell sättigen würden und den Verlauf der Fehlerkurve bei Überlastung
ungünstig beeinflussen würden. Um den Zähler sowohl bei kleiner als auch bei normaler
Last und bei Überlastungen verwenden zu können, wird ein Teil des Magnetkreises
aus Siliziumstahl und ein Teil aus einem Material hoher Anfangspermeabilität hergestellt.
Bei der in Abb.2 dargestellten Ausführungsform sind zwei Drittel der Lamellen aus
gewöhnlichem Siliziumstahl und ein Drittel aus dem. Material mit hoher Anfangspermeabilität
hergestellt. Das Verhältnis der beiden Materialien hängt jedoch im einzelnen Falle
von ihren Permeabilitätscharakteristiken ab. Die Lamellen mit hoher Anfangspermeabilität
werden bei einem Induktionszähler zweckmäßig zwischen den Lamellen aus Siliziumstahl
angeordnet. In der Zeichnung sind nur drei Lamellen dargestellt; doch ist es selbstverständlich
möglich, jede einzelne Lamelle weiter zu unterteilen.
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Als Material zum Aufbau eines Stromkerns nach Abb.2 eignet sich eine
Legierung, die aus 76 Teilen Nickel, 1¢Teilen Eisen und 8 Teilen Kupfer besteht.
2 Teile der Legierung bestehen aus Verunreinigungen, die ohne wesentlichen Einfluß
auf die Wirkungsweise des Materials sind. In der Abb. 3 ist das Verhältnis der Permeabilitäit
der genannten Legierung zu der Permeabilität des Siliziumstahls dargestellt, und
zwar zeigt die Kurve S die Abhängigkeit der Perrneabilität von der Flußdichte
des
Siliziumstahls und N die entsprechende Kurve für die vorstehend beschriebene Legierung.
Aus der Abb. 3 geht hervor, daß die Permeabilität der Legierung viel größer ist
als die des Siliziumstahls bei kleiner Flußdichte, daß sie hingegen kleiner ist
bei höherer Flußdichte. Würde der Magnetkreis zur Hälfte aus Stahl, zur Hälfte aus
der Legierung hergestellt sein, so würde eine resultierende Permeabilitätskurve
entstehen, die in der Zeichnung mit R bezeichnet ist. Wenn entsprechend der Abb.
2 ein Drittel des Stromeisens eines Zählers aus Blechen eines Materials mit hoher
Permeabilität und zwei Drittel aus Siliziumstahlblechen hergestellt ist, ergibt
sich eine resultierende Permeabilität, die einen Abfall der Fehlerkurve bei kleiner
Last nicht zur Folge hat.
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Als Material für die erfindungsgemäß anzuordnende Bleche hoher Anfangspürmeabilität
eignet sich auch eine bekannte Nickel-Eisen-Legierung, die aus etwa ; 8'/2 Teilen
Nickel, im iibrigen aus Eisen mit geringen Verunreinigungen besteht. Die PermeabilitätscharalC-teristik
dieses Materials ist in Abb. 3 durch die Kurve P dargestellt. Bei niedriger Flußdichte
hat das Material eine sehr hohe Permeabilität und sättigt sich bereits bei Flußdichten,
die klein sind im Verhältnis zu dem Sättigungspunkt des Siliziumstahls.
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Bei Anwendung der Erfindung auf einen Wandler gelten entsprechende
Verhältnisse, Hierbei ist es aber nicht unbedingt erforderlich, daß die Lamellen
aus Nickeleisen zwischen denen aus Siliziumstahl liegen, es genügt auch, daß sie
an diesen liegen, da bei einem Wandler z. B. die Feldverteilung im Eisen nicht die
entscheidende Bedeutung hat wie bei einem Induktionszähler. Wenn dann der Wandler
so ausgeführt ist, daß er in dem zwischen den Punkten X und Y der
Kurve R liegenden Bereich der Flußdichte arbeitet, wird der erregende Strom direkt
proportional der sekundären Bürde ausfallen. Die Übersetzungs- und' Winkelfehler
werden dabei nicht nur kleiner als bei einem normalen Stromwandler, sondern die
Fehler werden auch über den ganzen Arbeitsbereich konstant bleiben, was einen großen
Vorteil bedeutet. Ein gemäß der Erfindung ausgeführter Stromwandler kann bei Einhaltung
der Genauigkeit in einem größeren Bereich der Flußdichten arbeiten. als ein gewöhnlicher
Stromwandler und außerdem kleiner ausgeführt werden. Bei Verwendung eines Wandlers
gemäß der Erfindung zusammen mit einem Zähler, dessen Stromeisen ebenfalls nach
der Erfindung ausgeführt ist, wie dies in Abb. i dargestellt ist, ergibt sich eine
besonders hohe Meßgenauigkeit.
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Die Form der in Abb. 3 dargestellten Kurve kann durch verschiedene
Wärmebehandlung der Legierungen verändert werden.
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An Stelle der beschriebenen Kupfer-Nickel-Eisen-Legierung können auch,
andere bekannte Legierungen Verwendung finden.