75 éves az indukciós váltakozóáramú fogyasztásmérő. A Ganz Elektromos Készülékek és Mérőműszerek Gyára, a Műszer és

Átírás

1 VAJDA PÁL 75 éves az indukciós váltakozóáramú fogyasztásmérő A Ganz Elektromos Készülékek és Mérőműszerek Gyára, a Műszer és Irodagépértékesitö Vállalattal, a Méréstechnikai és Automatizálási Tudományos Egyesülettel karöltve 1965 elején jól dokumentált kiállitást rendezett az indukciós váltakozóáramú fogyasztásmérő szabadalmaztatásának, illetve gyártása megindításának 75. és Bláthy Ottó Titusz halálának 25. évfordulója alkalmából. Nem érdektelen tehát, ha megismerkedünk a váltakozóáramú áramszámláié történetével. Az izzólámpa feltalálása után igyekeztek minél előbb használható villamos elosztóhálózatokat, illetőleg rendszereket kiépíteni és igy a villamos energigiát általánosan használhatóvá tenni. Ezután társaságok alakultak, amelyek áramtermelésre és eladásra rendezkedtek be. Az eladott.vagyis elfogyasztott villamos munkát a fogyasztás és áramelosztás miatt mérni kellett. Ezért az árameladők pályázatot hirdettek egy olyan eszközre, műszerre, mely a fogyasztást "valahogyan" mérje, Ez a követelmény igen tág határokat szabott meg s ennek megfelelően igen különböző mérőműszerek kerültek forgalomba. A számításba vehető mérőműszerek a következő elveken alapultak: I. az elektromosság kémiai hatásán, II. a/ elektromágneses mezők egymásra hatásán, b/ elektrodinamikus mezők egymásra hatásán. Ezeknek a hatásoknak megfelelően a számláló mérőrendszereket a kö-

2 vetkezőképpen osztályozhatjuk: 1. kémiai számlálókra (elektronikus számlálók), 2. magneto-mechanikai számlálókra, melyek a/ magneto-villamos mérórendszerüek (amperóra-számlálők), b/ dinamó-villamos mérórendszerüek (motor-számlálók), c/ indukciós mérórendszerüek (Ferraris-rendszer). A váltakozóáramú hálózatok fogyasztását méró számlálók közül általában az indukciós mérőrendszeren alapulók terjedtek el. Az indukciós váltakozőáramú fogyasztásmérő alapelvét Galileo Ferraris ( ) olasz fizikus és elektrotechnikus fektette le a turini Akadémiához március 18-án benyújtott dolgozatában.ferraris a következőket észlelte: egyenlő periódusú, egymásra merőleges, fázisban közel 1/4 periódussal eltolt váltakozó mágnesterek összetételéből egyenletesen forgó mágnesteret kapunk. Ebbe a me - zőbe tengely körül forgathatóan elhelyezett fémtárcsában a forgómező örvényáramokat létesít. Az örvényáramok és a forgőmezö egymásra hatása a tárcsa forgását eredményezi. Találmánya rendkívül fontosnak bizonyult az árammérők fejlődésére. Ferraristói függetlenül az első indukciós árammérőt (amperóra mérőt) Francois Borel svájci elektrotechnikus készítette 1886-ban. / Ilyen rendszerű á- 2 rammérőket használtak már 1887-ben a svájci Vevey-Montreux-ben és igen jól beváltak. Borel valószínűleg nem ismerte Ferraris munkásságát, ezért tehát öt kell az indukciós árammérő feltalálójának tekintenünk. / 3 Az indukciós árammérőt azonban függetlenül a fent emiitettektől még harmadszor is feltalálták áprilisban Olivér B. Shellenberger az amerikai Westinghouse Electric Company főmérnöke elektromos váltakozó áramú ivlámpával kísérletezett laboratóriumában. Munka közben a szerkezeten egy kis spirálrugó meglazult és ráesett a főáramkörű szabályozó mágnesre. A rugó, mint ahogy Shellenberger megfigyelte, a szőrt mágneses terek hatására elkezdett lassan forogni az áramerősséggel arányosan. Ezen a megfigyelésen továbbdolgozva, szerkesztette meg Shellenberger a Westinghouse Co. indukciós amperóra- számlálóját. 4/ Mindezek a készülékek azonban csak amper-óra mérők voltak, tehát

3 egy olyan készüléket, amely a munkamennyiséget mérte, 1889-ben hozta forgalomba a Ganz gyár Bláthy Ottó Titusz szabadalma alapján. " A váltakozóáramú fogyasztásmérés alapja egy forgó tárcsa és ennek kerületén két elektromágnes. Ezek egyike a terheléssel van sorbakapcsolva, mig a másikat a hálózatról párhuzamosan leágaztatott feszültséggel gerjesztik. A készülék akkor működik pontosan, ha a terhelő árammal gerjesztett mágnes mágneses tere a hálózati feszültséghez képest fázisban 90 -ra el van tolva. Bláthy a mágnesek szellemes térbeli elrendezésével elérte, hogy a hálózati feszültséggel gerjesztett mágnes fluxusának csak kisebb része hatol át a forgó tárcsán, mig a nagyobb rész mágneses mellékzáron át záródott. Ennek folytán a tárcsát metsző fluxus fázishelyzetét ugy lehetett szabályozni, hogy fázisban már pontosan vagy elenyésző tűréssel 90^-ra legyen az áram mágneses teréhez képest eltolva. 6/ Stumpner megállapítása szerint a Bláthy-féle árammérő elektromos viszonyai olyan szerencsésen voltak megválasztva, hogy az áram sikja a feszültség síkjához viszonyitva kb. 90 kal volt elfordítva, a m i előfeltétele annak, hogy az i n dukciós árammérő függetlenül a fáziseltolódástól a tiszta wattórákat mutassa. Az egyéb készülékek (pl. Hűmmel, Hartmann és Braun) ezt a feladatot nem tudták 7/ megoldani. ' 1912-ben - hosszú kutatómunka után - jelent meg Bláthy újabb konstrukciója, a "B-l" tipus. 8/ Az új fogyasztásmérő átütő sikert aratott mind bel-, mind külföldön. Terjedelme lényegesen csökken, súlya az 1889-ben megjelent wattóra mérési pontosság tekintetében pedig világviszonylatban az első helyen állt. Ebben az időben a fogyasztásmérők általános hiányossága az volt, hogy a hálózati ingadozással változott mérési pontosságuk, vagyis a fogyasztásmérő csak egyetlen hálózati feszültségen mért pontosan. Ezt a hibát Bláthy azzal küszöbölte ki, hogy a feszültségmágnesben a mágneses indukciót növelte a mágnezesési görbe könyökén túl. Ennek következtében a feszültségkör mágneses fluxusa csaknem arányosan váltakozik a gerjesztő feszültséggel. A mérési hiba tehát a feszültség számláló 25 kg-jával szemben mindössze 2, 6 kg volt, 50 /o-os túlterhelést is elbirt, ingadozásától függetlenné vált. Hasonló módon lehetett a mérési hibának a hálózati frekvenciától nagymértékben való függetlenitését elérni. 9 / Az új fogyasztásmérő

4 mérési pontossága a készülék szétszerelése és összerakása után sem változott. Ezt abban az időben egyetlen más gyártmányú fogyasztásmérő sem tudta teljesíteni ben készült el Bláthy "Ba", típusú fogyasztásmérője, amely későbbi módosítás folytán "Bb", majd "Bd" típusjelet kapta. Ez a fogyasztásmérő minden képzeletet felülmúló sikert aratott 25 év a- latt ( ) több mint 2,5 millió darab került négy világrész 36 országába. Magyarországon sok lakásban megtalálhatók a " Bb", vagy " Bd" típusok évjáratú példányai, amelyek 40 évi használat után - az időszakos karbantartást leszámítva- még ma is pontosan és megbízhatóan működnek. A "Bd" típusból fejlesztette ki Bláthy 1934-ben a két- és háromvezetékes háromfázisú "Hd" tipusú villamosfogyasztás mérőket, melyeket 1953-ig gyártottak. Hibagörbéjük olyan jó volt, hogy úgyszólván valamennyi versenytársukat legyőzték. Életének utolsó szakaszában Bláthy elkészítette a fellépő külföldi igényeknek megfelelő "Up", négyszeresen terhelhető villamos-fogyasztásmérőjét. E- zekkel a számlálókkal Bláthy a korszerű fogyasztásmérők tervezésének alapjait rakta le és hosszú időre irányt mutatott a konstruktőröknek. Ami szerkezeti felépítésüket illeti, az amperóra-mérő lényege egy, a fogyasztókkal sorbakapcsolt tekercs, amelyen a fogyasztott áram keresztülfolyik. A tekercs egy permanens mágnes hatása alatt az áramerősséggel arányos sebességű forgást végez, bizonyos idő alatt a forgások száma arányos az ugyanazon idő alatt elfogyasztott amperórák számával. A forgások, illetve az ezzel összehitelesitett amperórák számát óramű jelzi. A wattóra-mérőnél függőleges tengely körül elforgatható aluminiumtárcsa alatt és fölött egy-egy elektromágnes helyezkedik el. A felső mágnes tekercsét a fogyasztókör feszültségére kötik. Az így gerjesztett mágnes erővonalai a tárcsát metszve a mágnes vasmagján át záródnak. Afelső mágneshez képest elforgatva elhelyezett alsó mágnes tekercsén a fogyasztókör árama halad át, az ennek megfelelő erővonalak a tárcsának egy másik részén haladnak át. Ezek az erővonalak az aluminiumtárcsában örvényáramokat hoznak létre. Az örvényáramok és a mágneses mezők kölcsönhatására a tárcsát forgató nyomaték jön létre. A tárcsá-

5 nak azonban egy állandó mágnes sarkai között kell forognia, amely ugyancsak örvényáramokat indukál benne. Ezek a tárcsát forgásban gátolni próbálják. Amikor a fogyasztásmérőn a felhasznált elektromos energia áthalad, a tárcsa a fékező nyomaték ellenében forgásnak indul. A forgás sebessége az áthaladó erővonalak sűrűségétől függ, ez viszont arányos a mágnestekercseken átfolyó áramerősségek kel. Az alsó tekercsen átfolyó áram a fogyasztói áramerősséggel egyenlő.a felső tekercs árama pedig arányos a fogyasztói feszültséggel. A tárcsa forgás közben egy számlálómüvet hajt, amely bizonyos számú fordulat után a számlálószerkezetet egy-egy számegységgel elforgatja. A fékező permanens mágnes feladata az, hogy állandó terhelésnél biztositsa a fordulatszám állandóságát. Ma már nem vitás, hogy Bláthy fogyasztásmérője volt a világon az első indukciós wattóra fogyasztásmérő, és a mai lényegesen tökéletesített fogyasztásmérők még mindig ugyanennek az alapelvnek a felhasználásával készülnek 6, 9 /. Bibliográfia 1/ F e r r a r i s G. : Rotazioni Elettrodinamiche prodotte per mezzo di correnti alternate = Atti della R. Accademia delle Scienze di Torino p = Industrie IV. p = Journal de Physique VIII p / La Lumière Electrique 14. VII p / Elektrotechnische Zeitschrift p / USA Pat /1888.La Lumière Electrique 8.IX. et 6.X / DRP 52739/1889; USA Pat /1890. Electical Review Elektrotechnische Zeitschrift p Lightning discharger electrodynamometer and Wattmeters. Constructed by Messers. Ganz and Co. Budapest = Engineering LXXI. Feb p / Edvi Illés P. - Téglás Gy. : Az indukciós fogyasztásmérő 75 éves jubileumára = Elektrotechnika sz. p / Stumpner W.: Zur Geschichte des Elektrizitatszahlers = Elektrotechnische Zeitschrift p. 601,646. = Geschichtliche Einzeldarstellungen aus der Elektrotechnik, Berlin T. I. p. 88.

6 8/ Kühnel R. : Aus der Geschichte der Herstellung elektrischer Messgeräte in Österreich = Elektrotechnik und Maschinenbau No. 9. p / K r u k o w s k i W.v.: Grundzüge der Zahlertechnik, Berlin p / Iljukovics A. M. : Elektricseszkije scsotcsiki, Moszkva p