DE114308C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand ein Verfahren, um die Geschwindigkeit einer dynamoelektrischen Maschine oder die Wechselzahl des von ihr erzeugten Stromes zu messen.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, dafs man einen Strom mittelbar oder unmittelbar vom Stromerzeuger in einen örtlichen Stromkreis leitet,, in dem ein inductiver und ein Ohm'scher Widerstand hinter einander geschaltet sind, und dann mittelst eines geeigneten Mefsgeräthes die Voltzahl an den Klemmen des Inductionswiderstandes mifst. Der Ohm'sche Widerstand ist so bemessen, dafs der Potentialabfall zwischen seinen Klemmen in Bezug auf denjenigen zwischen den Klemmen des Inductionswiderstandes so grofs ist, dafs die Stärke des durch die Ortsleitung fliefsenden Stromes wesentlich durch den Ohm'schen Widerstand geregelt und bestimmt wird. Wird nun die Potentialdifferenz der Maschine und somit auch die des Zweigstromkreises constant erhalten und ändert sich die Wechselzahl des Stromes, so ist es klar, dafs die Spannung von den Klemmen des Inductionswiderstandes sich ebenfalls entsprechend der Wechselzahl und somit entsprechend der Geschwindigkeit der Hauptmaschine ändert. Die Erfindung enthält ferner die Mittel, um die Angaben des Mefsgeräthes der Wechselzahl des Stromes proportional und von den Aenderungen der Potentialdifferenz der Hauptleitung unabhängig zu machen.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigt Fig. 1 ein Schema einer Anlage, die mit der Einrichtung zur Messung der Geschwindigkeit des Stromerzeugers oder dessen Wechselzahl versehen ist.

Fig. 2 zeigt ein ähnliches Schema einer anderen Ausführungsform.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform.

Fig. 4 und 5 sind Diagramme der Magnetisirungscurven.

In den Fig. 1, 2 und 3 bedeutet 1 den Stromerzeuger, der die Hauptleitungen 2 und 3 speist; 4 und 5 bilden die Ortsleitung, die den Ohm'schen Widerstand 6 und den inductiven 7 in Reihenschaltung enthält. Der Inductionswiderstand besitzt einen Eisenkern 8 und ist an seinen Klemmen mit einem Voltmeter 9 verbunden, wobei er so angeordnet ist, dafs der Kern etwas übersättigt wird. Der Ohm'sche Widerstand 6 ist von solcher Gröfse, dafs die Potentialdifferenz zwischen seinen Klemmen so grofs ist in Bezug auf die Potentialdifferenz zwischen den Klemmen des Inductionswiderstandes 7, dafs die Stärke des in der Ortsleitung fliefsenden Stromes wesentlich durch ihn geregelt wird. Wenn die Voltzahl des Stromerzeugers 1 sich gleich bleibt und die Geschwindigkeit sich ändert, so wird der durch die Widerstände 6 und 7 fliefsende Strom ebenfalls im Wesentlichen constant bleiben und die Spannung an den Klemmen des Widerstandes- 7, die durch das Voltmeter 9 gemessen wird, sich der Wechselzahl und somit der Geschwindigkeit entsprechend ändern. Das Voltmeter, kann zu diesem Zweck entweder direct in die Wechselzahl oder Um-

drehungen eingetheilt sein, anstatt die Spannung in Volts anzuzeigen.

Es ist augenscheinlich, dafs, falls die Gröfse des Ohm'sehen Widerstandes 6 so gewählt ist, dafs er allein genügt, um die Stromstärke des den Ortsstromkreis durchfliefsenden Stromes zu bestimmen oder zu regeln, d. h. wenn ein Wechsel der Schwingungszahl keine Aenderung des Stromes hervorriefe, die Potentialdifferenz an den Klemmen des Inductionswiderstandes der Wechselzahl genau proportional sein würde. In der Praxis nun können diese Bedingungen beinahe so erfüllt werden, dafs die entstehenden geringen Fehler vernachlässigt werden können. Die Potentialdifferenzen an den Klemmen der Widerstände 6 und 7 stimmen nicht mit einander überein, sondern sie weisen einen Phasenunterschied von im Wesentlichen 90 ° auf, und diese Differenz trägt zur Verminderung des Fehlers bei. Wenn das Mefsinstrument und die übrige Einrichtung in der Weise geaicht wird, dafs die Wechselzahl geändert wird, so werden seine Angaben natürlich richtig sein.

Diese Angaben finden Anwendung in solchen Fällen, wo eine constante Potentialdifferenz an den Klemmen des Stromerzeugers aufrecht erhalten wird, und sind richtig, gleichgültig ob der Eisenkern 8 des'Inductionswiderstandes gesättigt oder nicht gesättigt ist; aber es ist klar, dafs eine Aenderung der Spannung der Maschine, die von einer Aenderung der Wechselzahl begleitet ist oder nicht, eine Aenderung der Anzeige des Voltmeters 9 hervorruft, was, falls das letztere als ein die Wechselzahl anzeigendes Instrument angewendet ist, einen Irrthum hervorrufen würde. Um diesen Uebelstand zu vermeiden, wird der Eisenkern des Inductionswiderstandes so ausgeführt, dafs er etwas übersättigt wird.

Fig. 4 veranschaulicht eine Magnetisirungscurve für den Kern 8, in welcher die Ordinaten die elektromotorische Kraft und die Abcisse den Strom darstellen. An der Stelle 10 der Curve ist der Eisenkern normal erregt, und die Ordinate in diesem Punkte giebt die Spannung an den Klemmen des Inductionswiderstandes und die Abcisse die entsprechende Stromstärke. Nimmt man nun an, die Spannung der Maschine andere sich so, dafs der Strom in der Ortsleitung bis auf den Betrag sinkt, der durch die Linie o-11 dargestellt ist, die einem Punkte 12 auf der Curve entspricht, so wird die Klemmenspannung des Inductionswiderstandes durch die Länge der Linie 11-12 dargestellt werden und der Spannungsabfall durch die Linie 10-13.

Es ist sofort ersichtlich, dafs unter diesen Bedingungen die Aenderung der Klemmenspannung des Inductionswiderstandes einen bedeutend kleineren Theil der vollen Spannung beträgt, als die Aenderung der Stromstärke in Bezug auf den vorher durch den Widerstand fliefsenden Strom, so dafs es dadurch, dafs man für den Kern dieser Widerstandsspule eine Eisenart wählt, deren Magnetisirungscurve eine plötzliche Krümmung oder ein Knie aufweist, möglich ist, durch das Voltmeter sichere Angaben zu erhalten, die nicht allzu sehr von normalen Spannungsänderungen, sondern hauptsächlich durch Aenderungen in der Wechselzahl des Stromes der Maschine beeinfiufst werden, oder, was auf dasselbe hinauskommt, durch die Geschwindigkeit, mit welcher die Maschine läuft.

In Fig. 2 ist aufser den Widerständen 6 und 7 ein Transformator angeordnet, dessen Primärspule 14 in den Ortsstromkreis eingeschlossen ist, während die Secundärwicklung 1 5 mit dem Mefsinstrument 9 derartig verbunden ist, dafs ihr Potential dem des Inductionswiderstandes 7 entgegenwirkt. In der Zeichnung ist der Transformator als mit einem Eisenkern versehen dargestellt, doch ist dieses nicht wesentlich. Findet er jedoch Anwendung, so darf nicht ganz an oder über die Sättigung auf ihn eingewirkt werden, also nur bis an den Theil der Curve unterhalb des Kniees, welcher annähernd gerade verläuft. Das durch die Hinzufügung dieses Apparates erhaltene Resultat wird durch die Fig. 5 veranschaulicht; in dieser Figur ist die Linie 0-16 eine Curve ähnlich derjenigen in Fig. 4; die Linie 0-17 dagegen stellt die Beziehungen zwischen Strom und elektromotorischer Kraft des Transformators dar; diese Linie 0-17 mufs entsprechend den obengenannten Voraussetzungen über die Sättigung des Eisenkernes des Transformators eine, gerade sein; hierbei ist der Strom horizontal und die elektromotorische Kraft vertical, aber auf der negativen Seite des Achsenkreuzes gezeichnet; die Angaben des Voltmeters 9 werden dann der algebraischen Summe der Ordinaten der beiden Curven proportional sein, d. h. proportional der Ordinate der Curve 0-18; der obere Theil dieser Curve 0-18 (d. h. über dem Knie) ist dann wesentlich horizontal. Die Angaben des Voltmeters 9 werden daher unabhängig von Spannungsänderungen des Stromerzeugers sein.

Diese Unabhängigkeit der Angaben des Voltmeters von den Spannungsänderungen des Stromerzeugers wird sehr leicht in einem gewünschten Grade von Genauigkeit dadurch erreicht, dafs man die Bemessungen des Transformators ändert. Es kann sogar der obere Theil der Curve 0-18 gezwungen werden, sich ein wenig zu senken, d. h. die Angaben des Voltmeters werden genöthigt, gröfser zu werden bei dem Fallen der Spannung des Stromerzeugers 1. Man wird bemerken, dafs die durch die Secundärspule des Transforma-

tors erhaltene Spannung nur gering ist im Vergleich zu derjenigen an den Klemmen des Inductionswiderstandes.

In Fig. 3 ist der Hauptstromerzeuger mit. einer kleinen Wechselstrommaschine 19 verbunden gezeichnet, deren Wechselzahl oder Geschwindigkeit gemessen wird, wie es in Bezug auf Fig. ι beschrieben ist. Bei dieser Anordnung braucht 1 keine Wechselstrommaschine zu sein, sondern es kann eine Gleichstrommaschine oder von irgend einer Art von Rotationsmaschinen sein.

An Stelle eines Inductionswiderstandes 7, wie in den Zeichnungen veranschaulicht, kann auch ein Transformator angewendet werden, dessen Primärspule mit dem Ohm'schen Widerstände 6 in dem Ortsstromkreis in Hintereinanderschaltung und dessen Secundärspule mit dem Voltmeter 9 verbunden ist. Aehnlich der in Fig. 2 veranschaulichten Einrichtung können zwei Transformatoren an Stelle des einen und einer Drosselspule verwendet werden, oder einer dieser beiden Theile kann ein Transformator sein und der andere eine Drosselspule.

Es ist jedoch zu beachten, dafs derjenige Theil, welcher zum Voltmeter parallel geschaltet ist, gleichgültig ob es ein Transformator oder eine Drosselspule ist, so construirt werden mufs, dafs sein Kern übersättigt wird, und dafs der des anderen Theiles, wenn zwei, wie in Fig. 2 gezeigt, angewendet werden, ungesättigt sein mufs, einerlei ob dieser Theil aus einem Transformator oder einer Drosselspule besteht.

Anstatt die Widerstände so anzuordnen, wie in den Figuren angegeben, ist es thunlich und innerhalb des Rahmens der Erfindung, die Ohm'sche und die inductive Widerstandsspule auf einem und demselben Kern anzubringen, und wenn zwei Kerne angewendet werden, wie in Fig. 2, so kann der Ohm'sche Widerstand entweder auf den gesättigten oder den ungesättigten Kern aufgebracht werden. Durch bifilare Wickelung wird dabei der Widerstand 6 vor Induction bewahrt. Bei einer derartigen Anordnung jedoch mufs der Kern, auf dem sich der Ohm'sche Widerstand befindet, getrennte primäre und secundäre Windungen besitzen, die in Bezug auf Gröfse, Zahl der Drehungen und Widerstand so berechnet sind, dafs sie die geeignete inducirende Wirkung in dem Kern hervorbringen.

Von dem in der britischen Patentschrift 26723 v. J. 1898 beschriebenen Verfahren unterscheidet sich das vorliegende Verfahren dadurch, dafs es sich dort um Parallelschaltung des Ohm'schen und inductiven Widerstandes handelt, was einen anderen Arbeitsgang bedingt.

Claims (4)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit einer Wechselstrommaschine oder der Wechselzahl des von ihr erzeugten Stromes, dadurch gekennzeichnet, dafs ein Strom entweder unmittelbar oder mittelbar von der Maschine in einen Ortsstromkreis geleitet wird, in welchem ein Ohm'scher und ein inducüver Widerstand hinter einander geschaltet sind, wobei der Spannungsunterschied an den Klemmen des Inductionswiderstandes gemessen wird.

2. Für das unter Anspruch 1 geschützte Verfahren die Bemessung des mit einem Inductionswiderstande hinter einander geschalteten Ohm'schen Widerstandes von der Gröfse, dafs er allein genügt, um den durch den Orfsstromkreis fiiefsenden Strom zu regeln, wobei der Spannungsunterschied an den Klemmen des Inductionswiderstandes sich mit der Wechselzahl des Stromes ändert und im Wesentlichen von. der Klemmspannung der Maschine unabhängig ist.

3· Eine Ausführungsform der in Anspruch 2 geschützten Einrichtung, in welcher der Eisenkern des Inductionswiderstandes über den Sättigungsgrad erregt wird, oder bei welcher in dem Ortsstromkreis ein Transformator vorgesehen ist, dessen Secundärspule hinter einander geschaltet ist mit dem Voltmeter, welches zur Messung des Spannungsunterschiedes an den Klemmen des Inductionswiderstandes angewendet wird, wobei in dem Voltmeter die Differenz der elektromotorischen Kräfte zur Wirkung kommt und die Angaben des Voltmeters unabhängig von den Spannungsänderungen des Stromerzeugers werden.

4. Eine Ausführungsform der ■ im Anspruch 2 gekennzeichneten Einrichtung, zum Zwecke, die Geschwindigkeit einer Maschine zu messen, wobei der Ortsstromkreis an die Klemmen einer mit der Hauptmaschine in mechanischer Verbindung stehenden Wechselstrommaschine angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.