-
Verfahren zur Messung und Anzeige kleiner Drehzahlen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung von kleinen Drehzahlen ohne Anwendung
mechanischer Zwischengetriebe.
-
Es ist bereits bekannt, zur Drehzahlmessung eine Drehstrom-Asynchronmaschine
zu verwenden, die von einem Netz konstanter oder annähernd konstanter Frequenz gespeist
und deren Rotor durch die Arbeitswelle, deren Drehzahl zu messen ist, in Richtung
ihres Drehfeldes angetrieben wird. An den Läufer der als Drehstrommaschine ausgebildeten
Tachometermaschine ist ein Voltmeter angeschlossen, so daß die an der Tachometermaschine
abgenommene Spannung gemessen wird. Diese Spannung ist proportional der zu bestimmenden
Drehzahl.
-
Diese Spannungsmessung setzt voraus, daß die vom Netz der Tachometermaschine
zugeführte Spannung weitgehend konstant ist, da sonst die Messung mit Fehlern behaftet
ist. Das Netz muß auf Spannungskonstanz stabilisiert werden.
-
Weiter ist eine Einrichtung zum Messen der Geschwindigkeit elektrischer
Maschinen unter Verwendung einer Asynchronmaschine in Verbindung mit einem Frequenzmesser
bekannt. Ein solcher Frequenzmesser ist gerade für sehr kleine Drehzahlen nicht
ohne erheblichen technischen Aufwand herzustellen, insbesondere wenn es auf große
Genauigkeit ankommt.
-
Demgegenüber betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung und
Anzeige kleiner Drehzahlen, bei dem die hinsichtlich ihrer Drehzahl zu messende
Welle den Rotor oder Stator eines Schleifringläufer-Asynchronmotors antreibt, dessen
Stator oder Rotor aus einem Netz konstanter Frequenz erregt wird, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Frequenzen der Stator- und Rotorspannung in einem als Synchronoskop
bekannten Meßgerät verglichen werden.
-
Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Vorrichtung ist, daß nur
bekannte Bauteile, die allgemein zur Verfügung stehen, verwendet werden und daß
kein spannungsstabilisiertes Netz notwendig ist.
-
Es sind bereits Vorrichtungen zur Drehzahlmessung bekannt, die hinsichtlich
der Bauteile und der Schaltung eines größeren Aufwandes bedürfen, ohne daß hieraus
bemerkenswerte technische Vorteile abzuleiten wären. So werden mittels einer bekannten
Vorrichtung Lichtmarken auf dem umlaufenden Teil durch eine Photozelle abgetastet,
wobei zweckmäßig dieser umlaufende Teil einen größeren Durchmesser aufweisen muß,
als ihn Wellen, Achsen usw. gewöhnlich haben. Anderenfalls können die Impulse nur
mittels eines Oszillographen meßbar gemacht werden. Die bekannten Drehzahlmesser,
deren Anzeige in Abhängigkeit von den Fliehkräften des umlaufenden Teiles erfolgt,
eignen sich nicht zur Messung kleiner Drehzahlen, da die dabei auftretenden Kräfte
zu gering sind. Andere bekannte Einrichtungen messen Drehzahlen mit Hilfe magnetfeldabhängiger
Widerstände. Die hierbei auftretenden Spannungsimpulse müssen stets in Verstärkeranordnungen
verstärkt werden. Hydraulische Systeme besitzen neben einer gewissen Anzeigeträgheit
den Nachteil, einen besonderen Aufwand hydraulischer Hilfseinrichtungen zu benötigen,
soweit diese Anlagen nicht sowieso unmittelbar zur Verfügung stehen. Schaltungen
mit Induktionsspulen im magnetischen Kreis bedürfen konstanter Erregung, die eine
genaue Spannungsgleichhaltung erfordert. Vorrichtungen mit Permanentmagneten eignen
sich infolge der Alterungserscheinungen, die diese bei den unvermeidliden Flußschwankungen
haben, nicht zu exakten Messungen.
-
Die Messung einer Drehzahl erfolgt nach der Erfindung wie folgt:
Die Welle, deren Drehzahl gemessen werden soll, wird mit dem Rotor einer bekannten
Schleifringläufer-Asynchronmaschine gekuppelt. Der Stator dieser Maschine soll eine
Polpaarzahl haben, die größer als Eins ist. Der Stator wird aus einem Wechselspannungsnetz
konstanter Frequenz, beispielsweise Netzfrequenz, erregt. Über die Schleifringe
wird die im Rotor induzierte Spannung abgenommen. Diese wird dann mittels eines
Synchronoskops bekannter Bauart hinsichtlich Frequenz und Phase mit der Statorspannung
verglichen.
-
Das Meßwerk des Synchronoskops läuft mit einer Frequenz um, die die
Differenz zwischen der Stator-und Rotorfrequenz darstellt, also schlupfabhängig
ist.
-
Istp die Polpaarzahl der Maschine und nW die Drehzahl der zu messenden
Welle, ergibt sich die Umlaufdrehzahl des Synchronoskops nS zu nS = P lW Die Polpaarzahl
der Maschine stellt also das Übersetzungsverhältnis zwischen den Drehzahlen dar.
-
Bei Stillstand der zu messenden Welle ist die Frequenz der an den
Schleifringen abgenommenen Spannung gleich der Frequenz des Netzes. Das Synchronoskop
steht absolut still. Wird nun der Rotor durch die Welle angetrieben, ändert sich
die Schleifringspannung nach Größe und Frequenz. Treibt die Welle den Rotor im Umlaufsinn
des Statorfeldes an, so nehmen Spannungshöhe und Frequenz der Schleifringspannung
linear mit dem Schlupf ab, bis beim Synchronismus, d. h. mit dem Schlupf s = 0,
beide zu Null werden. Bei übersynchronem Lauf wird das Synchronoskop im anderen
Drehsinn angetrieben.
-
In Abänderung der Erfindung ist es auch möglich, die Spannung konstanter
Frequenz in den Rotor einzuspeisen und die unter Einfluß der Drehzahl variierte
Frequenz dem Stator zu entnehmen, indem dieser angetrieben wird.
-
Das bisher beschriebene Verfahren gestattet, im wesentlichen festzustellen,
ob die bezüglich der Drehzahl zu messende Welle umläuft oder nicht bzw. erlaubt,
geringe Drehzahlen am Synchronoskop auszuzählen und daraus, übersetzt über die Polpaarzahl
der Asynchronmaschine, die Drehzahl der zu messenden Welle zu ermitteln. Höhere
Drehzahlen der zu messenden Welle können nun in Weiterbildung der Erfindung derart
gemessen werden, daß die Umläufe des Synchronoskops ihrerseits mittels einer an
sich bekannten Vorrichtung, wie Tachometergenerator, Drehzahlmesser usw., direkt
anzeigend gemessen werden.
-
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung ist der,
daß das Verfahren eine exakte Drehzahlmessung von kleinsten Drehzahlen erlaubt,
ohne daß jedoch bei plötzlich auftretenden höheren Drehzahlen Schäden an den eingesetzten
Instrumenten zu befürchten sind. Es ist weiterhin vorteilhaft, daß ohne Einschaltung
von Meßwertumformern eine Fernanzeige an Schalttafeln usw. möglich ist.
-
Die Zeichnung stellt das Prinzip der Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens an einem Beispiel dar.
-
Mit 1 ist eine Welle bezeichnet, deren Drehzahl gemessen werden soll.
2 stellt eine Kupplung dar. Mit 3 ist der Rotor, mit 4 der Stator einer bekannten
Schleifringläufer-Asyncbronmaschine bezeichnet.
-
5 stellt eine Ausführungsform eines als Synchronoskop bekannten Meßgerätes
dar, mittels dessen Frequenz- und Phasendifferenzen zwischen zwei Netzen verglichen
werden. 6 ist ein an sich bekanntes Drehzahlmeßgerät, das zusätzlich bei hohen Drehzahlen
der zu messenden Welle die Drehzahl des Synchronoskops zu messen gestattet. Damit
werden die Umläufe des Synchronoskops in einen Zeigerausschlag umgeformt bzw. können
auch als Istwert in einen Regelkreis eingeführt werden.
-
PATENTANSPRSCHE 1. Verfahren zur Messung und Anzeige kleiner Drehzahlen,
bei dem die hinsichtlich ihrer Drehzahl zu messende Welle den Rotor oder Stator
eines Schleifringläufer-Asynchronmotors antreibt, dessen Stator oder Rotor aus einem
Netz konstanter Frequenz erregt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen
der Stator- und Rotorspannung in einem als Synchronoskop bekannten Meßgerät verglichen
werden.