Ferrariszähler

Ferraris-Drehstromzähler (geöffnet) mit zwei starr gekoppelten Ferrarisscheiben:
1 - Rollenzählwerk
2 - justierbare Wirbelstrombremse (Dauermagnet)
3 - eine der drei Stromspulen
4 - eine der drei Spannungsspulen

Der Ferraris-Zähler, benannt nach Galileo Ferraris, ist ein Stromzähler und wird zur Anzeige der elektrischen Arbeitsleistung sowie zur Zählung der übertragenen Energie von einphasigem oder mehrphasigem Wechselstrom benutzt.

Ferrariszähler bestehen aus einem Ferrarisläufer (Asynchronmotor) in Verbindung mit einer mechanischen Zähleranzeige.

Der Ferrarismotor hat einen Läufer in Form einer drehbar gelagerten Aluminiumscheibe, die durch die Felder zweier überkreuz angeordneter Erregerspulen läuft. Der Magnetfluss in dem einen Spulenjoch, auch „Spannungstriebkern“ genannt, ist proportional zu der elektrischen Spannung des Netzes, der Magnetfluss in dem anderen Joch, auch „Stromtriebkern“ genannt, ist proportional zum Stromfluss durch den oder die nachgeschalteten Verbraucher (Verbrauchsmittel).

Die zueinander phasenverschobenen Wechselströme in den Spulen induzieren in der Scheibe Wirbelströme, die zusammen mit den magnetischen Flüssen ein Drehmoment erzeugen (siehe Asynchronmaschine).
Wesentlich ist ein Permanentmagnet, durch dessen Feld sich die Scheibe ebenfalls bewegt; dieser bremst die Scheibe durch Wirbelströme mit einem drehzahlabhängigen Moment (siehe Wirbelstrombremse), wodurch die Drehzahl proportional zur Wirkleistung wird.

Die Scheibe treibt ein Rollenzählwerk, das die Anzahl der geleisteten Umdrehungen in Form der Einheit Kilowattstunde anzeigt. Zur Justierung sind oft Kurzschlussbügel aus Widerstandsdraht vorhanden, mit denen das Drehmoment pro Leistung abgeglichen werden kann.

Voraussetzung für die Erzeugung eines zur Leistung P proportionalen Drehmomentes ist die phasenrichtige Produktbildung aus Strom- und Spannungs-Momentanwert I und U:

$P = U \cdot I \cdot \cos(\phi)$

Das Drehmoment eines zweiphasigen Asynchronmotors, der weit unterhalb der Mitnahmedrehzahl läuft, ist proportional zum Produkt der beiden das Drehfeld bildenden Magnetfeldern. Damit diese zu den Strom- und Spannungswerten proportional werden, ist die Spannungsspule eine große Induktivität; ihr Magnetfeld ist proportional zur Spannung, folgt dieser jedoch mit 90° Phasenverschiebung.
Die Stromspule ist dagegen niederohmig (dicker Draht) und erzeugt ein zum Strom proportionales, jedoch nicht phasenverschobenes Magnetfeld.
Zusammen mit dem drehzahlabhängigen Bremsmoment der Wirbelstrombremse entsteht eine zur Leistung proportionale Drehzahl. Die Umdrehungen werden gezählt bzw. aufsummiert, sodass die Zahlenanzeige gemäß

$W = \int P(t) \ \mathrm dt$

die elektrische Wirkenergie anzeigt. Blindleistungen werden nicht gezählt, da deren um 90° phasenverschobene Ströme kein Drehmoment erzeugen.
Es gibt jedoch spezielle Blindleistungszähler, bei denen gerade diese Phasenverschiebung das Drehmoment erzeugt.

Für höhere Ströme wird die Stromspule über einen Stromwandler angeschlossen, für höhere Spannungen wird die Spannungsspule an einen Spannungswandler angeschlossen.

Drehstromzähler besitzen drei gleichartige Spulenpaare für je eine Phase (siehe Bild). Die Drehmomente addieren sich.

Bei Rück-Einspeisung elektrischer Energie in das Netz läuft ein Ferrariszähler korrekt rückwärts. Ein Ferrariszähler zählt auch bei nicht sinusförmigen Strömen weitgehend genau.

Siehe auch

• Intelligenter Zähler
• Synchronous Modular Meter