DE2149405A1

DE2149405A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Antrieb einer Kolbensirene durch temperaturabhaengige Regelung einer Antriebsquelle

Info

Publication number: DE2149405A1
Application number: DE19712149405
Authority: DE
Inventors: Holm Bengt Lennart
Original assignee: Kockums Mekaniska Verkstads AB
Current assignee: Kockums Mekaniska Verkstads AB
Priority date: 1970-10-05
Filing date: 1971-10-04
Publication date: 1972-04-06
Also published as: SE346044B; GB1312747A; JPS5237357B1

Description

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PATENTANWÄLTE
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'ΐ.ίίΣ.ίΑ' π'οη und Vorrichtung gum Arstζίχ^_-J₁Pg_r__K^o_lt_enüireηe durch ter.pe rat urabhängige Regelung eine r_ A η t r-i e b s q u el Ie

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antrieb einer Kolbonsirene durch temperaturabhängige Regelung der Ilutzdrehzahl einer Antriebsquelle, deren Drehmoment :Im Bereich der Betriebsdrehzahl mit zunehmender Drehzahl abnimmt. ₅ sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Beim Antrieb einer Kolbensirena vii.t einer Antriebsquelle, beispielsweise einem Elektromotor, der über ein Getriebe und eine Kurbelwelle an den Kolbenmechanisr.üis der Sirene angeschlossen sein kann., besteht die Belastung auf die Anfcriebsquelle aus von einem akustischen Resonator herrührenden Druckschwankungen auf der äusssren Kolbenfläche, die mit dem genannten auf eine Frequenz unmittelbar über der Eigenschwingung der Kolbenbewegung abgestimmten Resonator· in direkter Verbindung steht. Infolge dieser Abstimmung werden die durch die schwingende Luftsäule im Resonator auf den Kolben einwirkenden Druckkräfte verhältnismässig gross und ermöglichen sonit das Erzeugen von hohen akustischen Wirkungen.

Eine bedeutende praktische Schwierigkeit ist indessen., dass die Drehzahl der Antriebsquelle, die die Xolbenfrequenz direkt bestirnt, zwecks Erhaltens einer hinreichenden, akustischen Wirkung der Eigenschwingung des Resonators genau angepasst sein muss. Die Eigenschwingung wird jedoch unter der Einwirkung der Temperatur in bedeutendem Umfang verlagert, indem die Wellengeschwindigkeit temperaturabhängig ist. Die Drehzahl der Antriebsquelle muss sich deshalb der mit der Temperatur schwankenden Belastung anpassen können. Eine Antriebsquelle in der Form eines Asynchronmotors hat in gewissem Masse diese Fähigkeit, jedoch reicht dies für den hier infragestehenden Zweck nicht aus.

Um einen stabilen Zustand aufrechterhalten zu können, muss die Antriebsquelle normalerweise mit einer Drehzahl arbeiten, die teils einer etwas niedrigeren Frequenz als der Eigenschwingung und teils einem Drehmoment entspricht, welches niedriger ist als das

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bei der Eigenschwingung auftretende Höclistbelac tangs-mo^ent. \lenn die Eigenschwingung gegen niedrigere Werts verlagert :-iirü_s was bei ab™ nennender Temperatur zutrifft, so tritt also die Höchstbelastung bei niedrigeren Drehzahlen als bisher auf, Ein Asynchronmotor hat beispielsweise ein Drehmoment, -das bei niedrigeren Drehsahlen höher ist als die normale Betriebsdrehzahl, Dafür arbeitet der Asynchronmotor· aber Dei den niedrigeren Drehzahlen mit höher?:! Stromstärken und niedrigerer Leistung. Falls das Drehmoment des Motors bei einer niedrigeren Drehzahl, bei v/elcher das Hochs tbelastungsnioment bei einer niedrigeren Temperatur auftritt, grosser ist als dieses Koehstbelastungsmonisnt, so ist der Betrieb nicht länger stabil, sondern die Drehzahl ;les Motors nimmt raa^h bis auf fast die synchrone Drehzahl 3u, wo die Belastung des akustischen Resonators sshr niedrig ist, so dass nur eine sehr niedrige, akustische Leistung erhalten wird.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, ein Verfahren und eine Vorrichtung au schaffen ₃ durch die die Betriebsdrehzahl der Antriebsquelle derart'geändert werden kann, dass sie stets einer etwas niedrigeren Frequenz als der Eigenschwingung entspricht=

Zu diesem Zweck zeichnet sich clas erfinäungsgenässe Verfahren dadurch aus, dass das DrahGoms^l; der Antriebsquelle in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur derart geregelt wird, dass im Änderungsbsreich der. Umgebungstemperatur das auf die Kolbensirene wirkende Drehmoment der Ant-riebsquelle und das Belastungsmoment der Kolbensirene bei einer Drehzahl unmittelbar unter der den Köchstbf-lastungsmoment der Kolbensirene entsprechenden^ in Abhängigkeit von der Temperatur verlagerten Drehzahl s'oets gleich sind.

Die Erfindung umfasst en.c¹!' i?i;-s Vorrichtung s:-ur temperaturabhängiren Drehsahlregelung eines Draiphaa&n-AsyiiChroKiiotors zum Antrieb einer Kolbensirene ₃ u/.d di^s-:- 7oi-v-iehU:.::^ l;eignet sich dadurch aus_> dass Mittel ϊ-γ^ϊ,^1;;ϊ. ■-:..!nc;, weleLi --Euto^iEti.sch eine Zusatzspannung derselben odor entgega-gesstater Polarität· und einer' solchen Grosse in Reihe mit einem oder mehreren der Phasenleiter in der Stromzufuhrleitung des Motors beim Ueberschreiten eines von einer Anzahl vorbestimmter Temperaturwerte in einer gewissen Richtung durch die Umgebungstemperatur aufdrücken, dass im Änderungsbereich der Umgebungstemperatur das auf die Kolbensirene wirkende, mit zunehmender Drehzahl abnehmende Drehmoment des

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'■*c:ors und das Belactungsnoment der Kolbensirene bei einer Drehzahl unmittelbar unter der den; Höchstbelastungsmoment der Kolbencirene entsprechenden j in Abhängigkeit van der Temperatur verlagerten Drehzahl stets gleich sind.

Die Erfindung ist nun anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fi,~· 1 ein Diagramm, welches das Drehmoment eines Asynchronmotors und das Belastungsmoment der Kolbensirene als Funktion der Motordrehzahl veranschaulichet, und

Fig, 2 ein Schaltbild der Regelvorrichtung,

Das in Fig. 1 veranscnaulichte Diagramm zeigt das Drehmoment eines Asynchronmotors als Funktion der Motordrehzahl η nittels einer mit vollen Linien gezeigten Kurve M , das Drehmoment desselben Motors bei reduzierter Zufuhrspannung mittels einer strichpunktierten Kurve H _} und das Belastungsmoment einer Kolbensirene mit der Temperatur als Parameter mittels dreier gerissener Kurven M, _Ί , M, „ und M,-,, wo höhere Indexwerte höhere Temperatur anzeigen. Wie aus den Diagramm ersichtlich, besteht die Gefahr., dass das Drehmoment des Motors das Höchstbelastungsmomsnt der Kolbensirene überschreitet, wenn cli<? Umgebungstemperatur sinkt und somit die Kurve des Belastuagemoir^ntes gegen niedrigere Drehzahl in Diagrann verlagert wird, falls r,.i-jht gleichzeitig oss Drehmoment des Motors durch z.B. ein Herabsetzen der Zufuhr-spannui-g des Motors reduziert vrird. Bei zunehmender Temperatur kann es dagsgen erforderlich sein, das Drehmoment des Motors durch Erhöhen der Zufuhrspannung zu steigern, um einen Arbeitspunkt zu erreichen, wo die Drehzahl oder die Kolbenfrequenz dem Höchstpunkt der Belastungskurve hinreichend nahe liegt und somit eine annehmbare akustische Leistung bietet.

Fig. 2 zeigt einen Dreiphasen-Asynchronmotor 1, der mittels eines schematisch angedeuteten Getriebe- und Kurbelwellensystems 2 mit dem in einem Zylinder 3 arbeitenden Kolben k einer Kolbensirene verbunden ist. Ein Resonator in der Form eines akustischen Hornes 5 ist direkt mit den Zylinder 3 verbunden und auf eine zweckdienliche Eigenschwingung abgestimmt. Zur Steuerung des Motors ist ein Kontaktor 6 in eine Dreiphasen-Leitung 7 zwischen dem Motor 1 und einer nicht gezeigten, dreiphasigen Stromquelle eingeschaltet.

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Ein Transformator 8 zum Erwärmen der Hotorwicklung und zur Drehzahlregelung ist mit seiner Primärleitung vor den Kontaktor zwischen zwei Phasenleitern der Leitung 7 eingeschaltet. Der Transformator 8 hat auf seiner Sekundärseite einen ersten und einen zweiten Endanschluss sowie einen mittleren Anschluss. Der erste Endanschluss ist direkt an einen ersten der Phasenleiter nach dem Kontaktor angeschlossen, während der mittlere Anschluss über einen Unterbrechungskontakt 9 in Kontaktor 6 an den einen Kontaktteil eines Thermostaten 10 angeschlossen ist, dessen zweiter Kontaktteil an einen zweiten der Phasenleiter nach dem Kontaktor angeschlossen ist. Ein Relais 11 hat einen Schliesskontakt, der zwischen dem zweiten Endanschluss und dem ersten der Phasenleiter nach dem Anschlusspunkt des ersten Endanschlusses eingeschaltet ist, sowie einen Unterbrechungskontakt, der in dem ersten der Phasenleiter zwischen dem Anschlusspunkt des ersten Endanschlusses und dem Anschlusspunkt des Schliesskontaktes reihengeschaltet ist. Die Spule des Relais 11 ist in Reihe mit einem Thermostaten 12 mit der Spule des Kontaktors 6 parallelgeschaltet.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung arbeitet wie folgt. Wenn der Kontaktor 6 ausgeschaltet ist und der Motor 1 somit nicht arbeitet, ist der mittlere Anschluss elektrisch an den einen Kontaktteil des Thermostaten 10 angeschlossen. Der Thermostat 10 ist derart eingestellt, dass er seine zwei Kontaktteile sehliess'c=, wenn die Umgebungstemperatur einen vorbestimmten Wert, beispielsv/eise +5 C₃ unterschreitet j und schaltet dabei den Teil der Sekundärwicklung zwischen dem ersten Endanschluss und dem mittleren Anschluss über den ersten und zvieiten Phasenleiter ein, wodurch der- Motorwicklung zwecks Erwärmens und Verhinderns von Kondensation eine Spannung aufgedrückt wird. Wenn die Umgebungstemperatur über beispielsweise +10⁰C steigt, schaltet der Thermostat 10 aus, und das Erwärmen der I'Iotorwicklung hört auf.

Wenn der Kontaktor 6 mittels einer nicht gezeigten Stromquelle und eines Schalters betätigt wird, so v/ird die Verbindung· zwischen dem mittleren Anschluss und dem Thermostaten 10 mittels des Unterbrechungskontaktes 9 des Kontaktors 6 unterbrochen, wodurch das nun unnötige Ausnützen des Transformators 8 für das Erwärmen verhindert wird, und der Motor gestartet wird.

Der Thermostat 12 ist derart eingestellt, dass er seine

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Kontaktteile bei einer von den Drehmoment- und Belastuncsmomentkurven des Motors abhängigen Temperatur, beispielsweise -5°C, schliesst, einer Temperatur unter der normalen Umgebungstemperatur, wobei ein Stromkreis zur Spule des Relais 11 geschlossen wird und dieses Relais anspricht. Dabei unterbricht der Unterbrechungskontakt des Relais 11 die Direktverbindung im ersten Phasenleiter zwischen dem Kontaktor 6 und dem Motor 1, und der Schliesskontakt des Relais 11 schaltet die gesamte Sekundärwicklung in Reihe mit dem ersten Phasenleiter. Von der so eingeschalteten Sekundärviicklung wird nun eine Zusatzspannung entgegengesetzter Polarität in Reihe mit dem ersten Phasenleiter aufgedrückt, wodurch die Zufuhrspannung und somit das Drehmoment des Motors in erwünschtem Ausmass reduziert v/erden. Der Thermostat 12 kann derart eingestellt sein, dass er den Stromkreis zur Spule des Relais 11 bei einer Temperatur von z.B. 0⁰C unterbricht. Bei Bedarf kann natürlich mehreren Phasenleitern eine Zusatzspannung aufgedrückt werden, und es können auch ein Polwechsler und ein weiterer Thermostat eingeschaltet werden, um bei höheren Temperaturen eine Zusatzspannung der gleichen Polarität in Reihe mit einem oder einigen der Phasenleiter aufzudrücken.

Die oben beschriebene Vorrichtung v/eist u.a. den Vorteil auf, dass sie einfach ist und weder im Motor noch in den Kraftversorgungsmitteln irgendwelche Eingriffe erforderlich sind. Ferner verlangt sie im Vergleich zur Verwendung von Reihenwiderständen eine geringe Verlustleistung, und es kann mit Vorteil dieselbe Transformatorwicklung verwendet werden, die zum Erwärmen der Motorwicklung zwecks Verhinderung von Kondensationsschäden währand Ruheperioden ausgenützt wird.

Für einen Motor mit einer Betriebsspannung von 440 V ist eine Erwärmungsspannung von 30-40 V hinreichend, und es hat sich in der Praxis gezeigt, dass eine Spannungsänderung von etwa 10ί, d.h. etwa 40 V, die erwünschte Herabsetzung oder Steigerung des Drehmoments herbeiführt.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Antrieb einer Kolbensirene durch temperaturabhängige Regelung der ilutzdrehzahl einer Antriebsquelle, deren Drehmoment in Bereich der Betriebsdrehzahl mit zunehmender Drehzahl abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment der Antriebsquelle in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur derart geregelt wird, dass im Änderungsbereich der Umgebungstemperatur das auf die Kolbensirene wirkende Drehmoment der Antriebsquelle und das Belastungsmoment der Kolbensirene bei einer Drehzahl unmittelbar unter der dem Höchstbelastungsmoment der Kolbensirene entsprechenden, in Abhängigkeit von der Temperatur verlagerten Drehzahl stets gleich sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Antriebsquelle ein Dreiphasen-Asynchronmotor ist, dadurch gekennzeichnet, dass day Drehmoment des Motors dadurch eingeregelt wird, dass eine Zusatzspannung derselben oder entgegengesetzter Polarität automatisch in Reihe mit einem oder mehreren der Phasenleiter in der Zufuhrleitung des Motors aufgedrückt wird, wenn die Umgebungstemperatur einen von einer Anzahl vorbestimmter Temperaturwerte in einer gewissen Richtung überschreitet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzspannung mittels eines Transformators erzeugt wird, dessen Sekundärwicklung zum Erwärmen der Motorwicklung benutzt wird, wenn der Motor stillsteht, jedoch völlig oder teilweise in Reihe mit einem der Phasenleiter mit Hilfe eines Relais automatisch einge-. schaltet wird, wenn der Motor arbeitet und die Umgebungstemperatur einen der vorbestimmten Temperaturwerte in einer gewissen Richtung überschritten hat.
¹I. Verfahren nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, dass Thermostatkontakte benutzt werden, um dem Relais das Ueberschreiten eines der vorbestimmten Temperaturwerte in einer gewissen Richtung durch die Umgebungstemperatur anzuzeigen, und um das Ausnutzen der Sekundärwicklung des Transformators zwecks Erv/ärmens der Motor- . wicklung einzuleiten.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur temperaturabhängigen Drehzahlregelung eines Drei-

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phasen-Asynchronmotors zum Antrieb einer Kolbensirene, gekennzeichnet durch Mittel, welche automatisch eine Zusatzspannung derselben oder entgegengesetzter Polarität und einer solchen Grosse in Reihe mit einem oder mehreren der Phasenleiter in der Stromzufuhrleitung des Motors beim Ueberschreiten eines von einer Anzahl vorbestimmter Temperaturwerte in einer gewissen Richtung durch die Umgebungstemperatur aufdrücken, dass im Änderungsbereich der Umgebungstemperatur das auf eine Kolbensirene wirkende, mit zunehmender Drehzahl abnehmende Drehmoment des Motors und das Belastungsmoment der Kolbensirene bei einer Drehzahl unmittelbar unter der dem Höchstbelastungsmoment der Kolbensirene entsprechenden, in Abhängigkeit von der Temperatur verlagerten Drehzahl stets gleich sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Mittel einen Transformator umfassen, dessen Sekundärwicklung zum Erwärmen der Motorwicklung ausgenutzt wird, wenn der Motor stillsteht, sowie Schaltmittel zum automatischen Einschalten der Sekundärwicklung oder eines Teiles davon in Reihe mit einem der Phasenleiter, wenn der Motor arbeitet und die Umgebungstemperatur einen der vorbestimmten Temperaturwerte in einer gewissen Richtung überschritten hat.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel ein Relais umfassen, und dass der Spule des Relais in Reihe mit einem Thermostatkontakt und gleichzeitig der Spule eines zur Steuerung des Motors vorgesehenen Kontaktors eine Spannung aufdrückbar ist, was vorzugsweise durch Parallelschalten der beiden Spulen zustandegebracht ist.

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