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XU .Lilitgang. ,ELEKTROTECHNISCHE RUNDSCHAU.“ No. 1 8. 1893/94. 160 Spule selbst verlegt werden, indem wir sie mit hohem Widerstande bewickeln, so daß wir möglichst wenige Windungen und doch noch das nötige magnetische j Moment erhalten. Wir kommen dann ein solches geaichtes nnd oben be schriebenes Wattmeter benutzen, um den in einem induktiven oder induktionslosen i Stromkreise konsumierten Effekt zu bestimmen. Handelt es sich um den in einem induktiven Stromkreise absorbierten Effekt, besonders bei hoher Spannung, wie beim Messen des in dem primären Stromkreise eines Transformators verbrauchten Effektes, so ist die beste Methode, | einen Hilfstransformator in Verbindung mit dem Dynamometer-Wattmeter, wie oben beschrieben, zu gebrauchen. IV. Die Messung der Energie der Wechselströme. In dieser vierten und letzten Vorlesung beabsichtige ich, die praktische Messung der Energie nnd Quantität des Wechselströme zu besprechen. Dabei will ich mit der Behandlung des leichteren Problems der Messung solcher Größen beginnen, wenn nämlich die Stromkreise, welchen die Energie oder der Strom zugeführt wird, induktionslos sind, und dann erst zu der Betrachtung des schwierigeren Falles übergehen, in welchem wir es mit induktiven Stromkreisen j zu thun haben, wie sie bei den Primärleitungen von Wechselstromstationen mit hoher Spannung Vorkommen. Instrumente zur Messung der Energie oder Quantität der Wechselströme j heißen Elektrizitä*szähler und werden in Ampere - Stunden - Zähler und Watt- j Stunden - Zähler eingeteilt. Eine vollständige Klassifikation aller verschiedenen j bereits erfundenen Formen auf einer ganz korrekten Basis wäre eine ziemlich schwierige Sache. Wir werden in erster Linie die einfachsten Formen der Zähler befrachten, zu welchen die graphischen Amperemeter oder Wattmeter ge hören. Von diesen sind zwei, nämlich Holdens Ameremeter und Mengarinis Watt meter geeignete Repräsentanten. Beide Instrumente enthalten einen die Feder tragenden Hebelarm über einer mit Papier überzogenen Trommel, welche durch ein Uhrwerk in 24 Stunden einmal gleichförmig umgedreht wird. Die Be wegungen, welche die Feder macht, reguliert ein Teil des Instrumentes, der einfach aus einem Amperemeter oder Wattmeter besteht; ihre Verschiebung ist proportional der Stromstärke oder dem Effekte, welcher diesen messenden Teil durchwandert. Wird also das Diagramm von der Trommel abgeschnitten und ausgebreitet, so finden wir auf dem Papiere eine Kurve, welche durch ihre Or- dinaten entweder die Stromstärke oder den Effekt in jedem Augenblicke dar stellt. Wird die ganze Fläche der Kurve integriert, so stellt der erhaltene Flächeninhalt die gesamte Quantität oder Energie vor, welche im Verlaufe von 24 Stunden den Apparat passierte. Diese Instrumente haben somit den Vorteil, daß sie praktisch zwei Größen zugleich aufzeichnen und zwei Zwecke erfüllen, indem sie die augenblicklichen Werte der Stromstärke oder des Effektes und die gesamte Stromquantität oder Energie angeben: dagegen den Nachteil, daß sie nicht selbst integrieren. In Bezug auf die Einfachheit stehen ihnen am nächsten die selbstinte grierenden Amperemeter und selbstintegrierenden Wattmeter. Eines der ein fachsten selbstintegrierenden Amperemeter, das sich indessen nur zur Messung von Wechselstrom-Quantitäten mit Vorteil verwenden läßt, ist der wohlbekannte Shallenbergersche Zähler. Sein Prinzip ist leicht zu verstehen. Derselbe besteht aus einem kleinen Transformator, d. h. einer Spule mit horizontaler Axe, welche wir Primärspule heißen können und die mit dem Strom kreise, den der zu messende Strom durchfließt, in Beihen geschaltet ist. Der Kern des Transformators besteht in einer horizontalen kleinen Scheibe aus weichem Eisen, welche sich um eine vertikale Axe drehen kann. Diese Axe ist an ihrem oberen Ende mit einem Zählmechanismus verbunden, welcher die An zahl der Umdrehungen der Scheibe angiebt, während sie an ihrem unteren Ende eine Fahne oder einen Fächer aus dünnem Aluminiumblech trägt, welcher zur Verzögerung der Eotation der Scheibe bestimmt ist. Den sekundären Strom kreis des Transformators bildet eine kleine, in sich selbst geschlossene Kupfer spule, welche die bewegliche Scheibe eng umschließt, ohne sie zu berühren, und deren Axe mit der Axe der sie umgebenden Primärspule einen Winkel von 45° einschließt. Durchfließt der Strom die Primärspule, so bewirkt er zweierlei: er magnetisiert den Eisenkern und induziert einen Sekundärstrom in dem ge schlossenen Sekundärkreise, Es läßt sich leicht einsehen, daß die Phase dieses Sekundärstromes ungefähr 90° hinter der des Primärstromes zurück sein muß, nnd ebenso, daß der Magnetismus der Eisenscheibe, deren Ebene im rechten Winkel zu der Ebene der Primärspule steht, ebenfalls um beiläufig 90° hinter der Phase des Primärstroraes nachfolgt. Dfer Magnetismus der Eisenscheibe und der induzierte Sekundärstrom halten somit gleichen Schritt. Infolge der Ab stoßung des magnetischen Feldes der Sekundärspule und des von der Primär spule in der Eisenscheibe induzierten Magnetismus dreht sich die Scheibe dauernd um ihre Axe. Wäre jetzt keine Reibung irgend welcher Art vorhanden, so würde die Geschwindigkeit der Scheibe fortwährend zunehmen ; weil sich jedoch die Luftreibung annähernd mit dem Quadrate der Geschwindigkeit ändert und die mittlere Triebkraft dem mittleren Quadrate der Stromstärke proportional ist, so folgt, daß die Gesamtzahl der Umdrehungen, welche die Scheibe in einer gegebenen Zeit macht, proportional der gesamten mittleren Quantität oder den Ampere-Stunden ist, welche die Primärspule passiert haben. Man kann deshalb solche Zähler mit einem konstanten Strome so aichen, daß sie direkt Ampere- Stunden anzeigen, eventuell, bei konstanter Spannung in der Hauptleitung, Kilo watt-Stunden abzulesen gestatten. Die Shallenbergerschen Zähler sind sehr leicht zu bauen und arbeiten sehr genau, weshalb sie eine große Verbreitung fanden. Da die Geschwindig keit der Scheibe stets proportional der mittleren Stärke des den Zähler pas sierenden Stromes bleibt, so können wir das Instrument da, wo der Strom leidlich konstant bleibt, auch als Amperemeter gebrauchen. Durch Veränderung der Stellung der Sekundärspule , läßt sich der ELektrizitätszälUer. nach der je weiligen Frequenz regulieren; er kann aber auch für eine bestim mte Frequenz bei welcher er arbeiten soll, geaicht werden. Sowohl in Bezug auf Einfachheit, als auf Aehnlichkeit im Prinzipe steht- dem Shallenbergerschen Instrumente am nächsten der Elektrizitätszähler von Wright-Ferranti. Er ist auch ein selbstintegrierendes Instrument, mißt in jedem Augenblicke das mittlere Quadrat der Stromstärke und giebt uns die mittlere Quantität, welche ihn passiert. Die Eisenscheibe des Shallenbergerschen Zählers ist hier durch ein Rad ersetzt, das auf seinem Umfange einen leichten Eisenreif trägt und sich zwischen gebogenen Hörnern aus weichem Eisen bewegt. Diese Hörner sitzen auf den gegenüberliegenden Ecken eines Rechteckes, welches aus Eisenlamellen zusammen gesetzt ist, Das Rechteck bildet den Kern für zwei Drahtspulen, einer Serien spule für den zu messenden Strom und einer Nebenschlußspule, deren Bedeutung gleich angegeben werden wird. Die Enden der gebogenen Hörner wechseln ihre magnetische Polarität fortwährend und induzieren entgegengesetzte Pole in dem Reif des Rades. Da aber auf jedes Horn einige Kupferringe aufgesetzt sind, entstehen in diesen Induktionsströme; infolge dessen treten magnetische Kraft linien seitlich aus dem Horn und kehren zu ihm wieder zurück. Das so ent stehende Feld stößt den von der Hauptmagnetisierung des Hornes induzierten Magnetismus des Radreifens ab, und so entsteht eine dauernde Bewegung des Rades. Geht ein Wechselstrom durch das Instrument, so ist ei bestrebt, das Rad mit einer Geschwindigkeit zu treiben, welche dem mittleren Quadrate der Strom stärke proportional ist und daraus folgt, daß die Zahl der von dem Rade in einer gewissen Zeit gemachten Umdrehungen proportional der in Ampere Stunden gemessenen mittleren Quantität ist, welche in dieser Zeit den Zähler passierte. Ich habe erwähnt, daß auf dem rechteckigen Elektromagnete noch eine zweite Wickelung, die Nebenschlnßspule, vorhanden ist. Dieselbe bat den Zweck die nötige Triebkraft zu liefern, um die Reibung des Zählerwerkes zu über winden. Wäre der Nebenschluß nicht da, so müßte stets ein Reibungswider stand überwunden werden, bevor der Zähler überhaupt zu laufen anfinge. Sowohl der Shallenbergersche als der Wright-Ferranti-Zähler erfordern eine Aichung für die besondere Frequenz, für welche sie bestimmt sind, und zeigen nur Kilowatt-Stunden, wenn die Spannung zwischen den Hauptleitungen konstant bleibt. Solche Elektrizitätszähler zeigen die Quantität direkt an und den Fffekt nur unter der Voraussetzung konstanter Spannung. Ein anderer Zähler, von leidlich einfachem Charakter, welcher auch zur Messung von Ampere-Stunden dient, ist der von Professor Forbes vor einigen Jahren angegebene Windmühlzähler. Derselbe enthält eine Drahtspule, welche durch den zU messenden Strom erwärmt wird. Die erwärmte Spule erzeugt einen aufsteigenden Luftstrom und dieser setzt eine sehr sorgfältig gebaute Wind mühle mit Glimmerflügeln in Bewegung. Das mit der Windmühle verbundene Zählerwerk giebt die Anzahl der Umdrehungen in einer gegebenen Zeit an. Obgleich das hier verwendete Prinzip sich wenig zu empfehlen scheint, giebt dieser Zähler doch vorzügliche Resultate. Wir wenden uns jetzt der Betrachtung der zweiten grossen Klasse von Elektrizitätszählern zu, nämlich den selbstintegrierenden Watt-Stunden-Zählern, welche sich wieder in zwei Klassen teilen lassen, nämlich in fortwährend integrierende und intermittierend integrierende. Nehmen wir die letzte Klasse zuerst, so ist diese durch den Fragerschen Zähler recht gut repräsentiert. Der selbe besteht aus zwei getrennten Teilen, erstens dem Wattmeterteil, welcher jeden Augenblick den Effekt mißt, und zweitens dem integrierenden Teile, welcher in gewissen Intervallen den Effekt und die Zeit integriert. Ersterer besteht aus einem Wattmeter mit einer dicken Spule, welche als Serienspule dient, und einer an einem Stahldrahte aufgehängten beweglichen Spule, welche im Nebenschluß liegt. Die Pole der Nebenschlußspule sind mit den zwei Drähten der Hauptleitung verbunden, und der Strom, der gemessen werden soll, geht durch die Serienspule. An der beweglichen Nebensehlußspule ist ein langer Arm befestigt, und die Verschiebung dieses Armes variiert mit dem Effekte, welcher das Instrument passiert. Neben diesem Wattmeter ist auf derselben Basis ein elektrisches Uhrwerk angebracht, welches eine gekrümmte Metallplatte, „Schnecke“ genannt, im Kreise bewegt. Der vorhin genannte lange Arm an dem Wattmeter trägt am Ende eine Stahlspitze. Dreht sich die Schnecke, so läuft sie unter jenen Arm und hebt ihn einige Zeit, bis sie ihn wieder fallen läßt. Letzteres geschieht um so früher, jemehr Effekt das Wattmeter, passiert. Fällt der Arm wieder, so setzt sich der Zählmechanismus in Bewegung. Bei jeder Umdrehung der Schnecke macht derselbe eine Anzahl Umdrehungen, welche dem mittleren Effekte oder den Watts proportional sind, welche das Instrument passiert haben;. Deshalb ist die Gesamtzahl der Umdrehungen in einer gegebenen Zeit auch den Wattstunden proportional. Die Schnecke dreht sich in beiläufig drei Minuten einmal herum; der das Wattmeter passierende Effekt wird also nur in Intervallen von drei Minuten gemessen. Wenn der Strom sich nicht sehr rapid ändert, dürfte ein solcher intermittierende Registrierzähler sehr genaue Resultate geben; es giebt jedoch viele Fälle, wie in Theatern, in welchen die Intensität des den Zähler passierenden Stromes sehr unregelmäßig ist und sich oft plötzlich ändert. Unter solchen Verhältnissen wird die Wattmeter-Nadel in einer Weise umhergeschleudert, daß der thatsächlich auf den Zifferblättern bei jeder Umdrehung registrierte Effekt nicht immer der in dem Zwischenräume zweier Umdrehungen hindurchgegangene wahre mittlere Effekt ist, und die Ablesungen an dem Zähler können dann ganz falsch sein. Die Praxis hat diese Befürchtungen bestätigt; und obgleich das Fiagersche Instrument in manchen Fällen ein sehr genaue]' Zähle) ist, so giebt es wieder Verhälnisse, unter welchen seine Angaben nicht zuverlässig sind. Wir kommen jetzt zu den fortwährend registrierenden Watt-Stunden- Zählern, jener Klasse von Elektrizitätszählern, welche als die bestgeeignetsten für die allgemeinen Bedürfnisse bezeichnet werden dürfen. Einer der wirk samsten kontinuierlich registrierenden Watt - Stunden - Zähler ist der von Prof. Etihu Thomson erfundene. Derselbe enthält eine Spule, Serienspule genannt, weichen den, zu messenden Strom leitet. Diese Serienspule bildet eigent lich den Feldmagnet eines ganz kleinen Elektromotors. Der Anker dieses Motors ist sehr schön, hat einen kleinen Stromabgeber und Bürsten von der üblichen