DE221210C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 e. GRUPPE

Dr. FELIX HORSCHITZ in KLADNO, Böhmen.

Vorrichtung zur Bestimmung der Schliipfung. Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. Februar 1909 ab.

Der Erfindungsgegenstand hat den Zweck, bei den an ein Wechsel- (Dreh-) stromnetz anzuschließenden elektrischen Maschinen, insbesondere bei großen Drehstrommotoren mit Kurzschlußankern, welche häufig für Drehstrom-, Wechselstrom-, Gleichstromumformer verwendet werden und vor dem Anschalten durch die als Motor arbeitende Gleichstromdynamo auf die richtige Umlaufszahl gebracht

ίο zu werden pflegen und bei asynchronen Generatoren erkennen zu lassen, ob die Umlaufszahl, welche durch den antreibenden Motor erteilt wird, eine mit dem Netz synchrone ist oder dieser nahe kommt. Dadurch wird einerseits vermieden, daß beim Anschalten die elektrische Maschine durch das Netz mit einem plötzlichen mechanischen Ruck in die synchrone oder in eine dem Synchronismus nahe, der Belastung entsprechende Umlaufszahl gebracht wird, anderseits, daß das Netz einen plötzlichen Stromstoß erhält, welchen es zu dem Zwecke abgeben muß, um die bei unrichtiger Umlaufszahl eingeschaltete elektrische Maschine auf die richtige Geschwindigkeit zu bringen.

Die Erfindung stützt sich zur Durchführung dieser Aufgabe auf das bekannte Prinzip, die Schlüpfung einer an ein Netz anzuschaltenden Wechselstrommaschine durch Inbeziehungsetzen der Wechselzahl des Netzes und der Umlaufszahl der Maschine über eine den Netzstrom in Abhängigkeit von der Polzahl und Drehzahl der Maschine an ein elektrisches Anzeigegerät weitergebende Vorrichtung zu messen. Gegenüber den bisher durchgeführten Verwirklichungen dieser Idee, bei denen infolge der Ausbildung der den Netzstrom an das Anzeigeinstrument überleitenden Vorrichtung als Stromunterbrecher nur ein Bruchteil der Stromwelle einer Periode für das Meßgerät nutzbar gemacht wird, weist die Erfindung den Fortschritt auf, daß hier statt des Stromunterbrechers ein Stromwender zur Anwendung kommt, wodurch beide volle Wellen einer Periode zur Stromlieferung an das Anzeigeinstrument herangezogen und somit eine Wirkungsverstärkung erzielt wird.

Zu diesem Zwecke werden auf der Achse der Maschine ein Stromwender K und zwei Schleifringe 5, S¹ angebracht (Fig. 1). Der Stromwender hat eine Lamellenzahl, welche der Polzahl der elektrischen Maschine im allgemeinen gleich ist oder zumindest in einem ganzzahligen Verhältnis zur Polzahl steht. Die einzelnen Lamellen sind voneinander isoliert. Bei der weiteren Beschreibung soll die erstere Anordnung betrachtet werden, aus der sinngemäß die letztere folgt.

Die am Umfange aufeinander folgenden Lamellen i, 2, 3, 4 in Fig. 2, woselbst die Schleifringe und der Stromwender abgewickelt gezeichnet sind, werden abwechselnd mit den Schleifringen S und S¹ elektrisch verbunden. Auf den Schleifringen S, S¹ gleiten Bürsten B₁, B₂, deren Stellung in bezug auf die Schleifringe belanglos ist. Zwei weitere Bürsten B₃, B₄ gleiten auf dem Stromwender K. Ihre Entfernung muß genau einer Kommutatorteilung, das ist der Bogenlänge eines Segmentes mit Einschluß der Isolationsstärke, entsprechen, oder aber 3, 5, 7 usw. solchen Längen. An diese Bürsten B₃, B₄ wird ein polarisiertes

Meßgerät M, ζ. B. ein Voltmeter nach dem System Deprez-d'Arsonval, angeschlossen.

Dasselbe soll je nach der Stromrichtung

Ausschläge nach beiden Seiten der Ruhelage des Zeigers ermöglichen. Die Bürsten B₁, B₂ werden an den Stellen A₁, A₂ entweder direkt oder durch Vermittlung eines Transformators mit dem Netz verbunden, mit welchem die Tourenzahl der Schleifringe in Beziehung gebracht werden soll.

Die beschriebene Vorrichtung bleibt prinzipiell und in der Wirkung gleich, wenn das Meßgerät und der Netzanschluß vertauscht werden, wie Fig. 3 zeigt.

Zweckmäßig wird der Vorschalt widerstand V des Meßgerätes nicht unmittelbar vor dieses, sondern in eine der Netzleitungen A₁, A₂ (Fig. 2 und 3) geschaltet. Es wird dabei vermieden, daß das Netz kurzgeschlossen wird, wenn entweder bei Schaltung nach Fig. 2 durch die Abnutzung eine der Bürstenspitzen B₃, B₄ so breit geworden ist, daß sie zwei benachbarte Lamellen gleichzeitig berührt, oder wenn bei Schaltung nach Fig. 3 die Bürsten B₃, B_i zufällig um weniger als eine Stromwenderteilung verstellt wären, so daß sie zeitweise gleichzeitig auf derselben Lamelle schleifen würden.

Die Wirkungsweise ist folgende: In Fig. 4 sei eine normale Wechselstromwelle in ihrer Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Der mit dem Stromwender versehene Drehstrommotor laufe völlig synchron mit dem Netz.
Wäre kein Stromwender vorhanden, so würde das Meßgerät von Wechselstrom durchlaufen werden, jedoch keinen Ausschlag geben, weil die mit der doppelten Periodenzahl einander folgenden Impulse abwechselnd entgegengesetzte Richtung haben, absolut aber stets gleich sein würden. Der Kommutator bewirkt jedoch, daß in einem angenommenen Zeitpunkte α der Strom in M verkehrt wird. Dies dauert so lange an, bis der Motor eine Polteilung zurückgelegt hat, das ist die Zeit einer halben Periode. Von da ab hört die Kommutierung für den Verlauf einer weiteren halben Periode auf, um sodann wieder in Kraft zu treten. In Fig. 4 bedeuten demnach die Strecken α bis b, c bis d usw. jene Zeiten, während welcher kommutiert ist. Dagegen die Strecken b bis c usw. jene Zeiten, während welcher der Wechselstrom in seiner ursprünglichen Richtung in das Instrument M fließt. Da nun die oberhalb der Abszissenachse liegenden positiven Stromimpulse die unterhalb derselben liegenden negativen Impulse überragen, erhält M einen dauernden positiven Ausschlag, dessen Größe und Richtung von der Lage des Punktes α innerhalb der Periode abhängt.

Liegt z. B. α in 1, so liegen sämtliche Impulse unterhalb der Abszissenachse, so daß das Instrument seinen negativen Maximalausschlag erhält (Fig. 5).

Liegt α in 2, so werden die ober- und unterhalb liegenden Wellen gleich groß, so daß das Instrument die Nullstellung einnimmt (Fig. 6).

Liegt α in 3, so liegen sämtliche Halbwellen oberhalb der Abszissenachse, so daß das Instrument seinen positiven Maximalausschlag gibt (Fig. 7).

Endlich entspricht die Stellung a in 4 wieder der Nullstellung des Instrumentes usw.

Läuft demnach der Motor asynchron, und zwar unter- oder übersynchron, so daß der Punkt a, . welcher den Kommutierungsbeginn bedeutet, gleichmäßig auf der Abszissenachse von links nach rechts oder umgekehrt wandert, so schwingt das Instrument mit gleichen Schwingungszeiten zwischen dem positiven und negativen Maximum. Die Schwingungsdauer wird desto größer, je näher die Umlaufszahl dem Synchronismus kommt. Bei völligem Synchronismus steht der Zeiger still (Fig. 4 bis 7). Es läßt sich somit aus der Raschheit, mit welcher die Schwingungen des Zeigers erfolgen, erkennen, inwieweit sich die Umlauf szahl des Läufers von der synchronen Umlaufszahl unterscheidet.

Der Apparat läßt sich auch zur Messung der Schlüpfung verwenden, wenn man in einer beliebig langen Zeit einerseits die vom Zeiger ausgeführten vollständigen Schwingungen z, anderseits die in derselben Zeit vollführten Umdrehungen u des Ankers zählt. Es läßt sich nämlich theoretisch ableiten und experimentell beweisen, daß die Schwingungsdauer T des Zeigers und die Schwingungsdauer t des Wechselstromes in umgekehrtem Verhältnis der Schlüpfung er stehen:

. t er

Bezeichnet man:

m Periodenzahl pro Sekunde m = —,

η Tourenzahl des Ankers pro Sekunde,

p Polpaarzahl des Motors,

ηο synchrone Tourenzahl des Ankers ^no

m /jv

n₀ = —; η = n₀ (I — &),

¹P

t₀ beliebig große Zeit in Sekunden,

u Umdrehungen des Ankers in der Zeit t₀

u = t_o n,

' ζ Schwingungen des Zeigers in der.Zeit t₀

so gelten folgende Beziehungen:

η = n₀ (I — σ)'= — (I
P

σ),

tn

ίο Aus den beiden letzten Gleichungen ergibt sich:

Z I

Da u und ζ durch die oben erwähnten Zählungen bestimmbar sind, p aber bekannt ist, so ist die mittlere Schlüpfung während der Zeit t₀ bestimmbar.

Zur Schlüpfungsmessung kann die Einrichtung auch so getroffen werden, daß ein handliches, ähnlich einem Umlaufszähler ausgebildetes Instrument, welches neben dem Zählwerk die eingangs erwähnten Schleifringe und den Kommutator trägt und mit einem eingebauten polarisierten Meßgerät versehen oder wenigstens elektrisch verbunden ist, mit seiner Körnerspitze in die Körnergrube der Maschine , eingesteckt wird. Von diesem Zeitpunkt ab zählt man die Schwingungen des Meßgerätes, während die Umdrehungen der Achse von dem eingebauten Zählwerk registriert werden.

An Stelle des Meßgerätes kann auch ein

magnetisches System treten, welches z. B. ganz ähnlich angeordnet sein kann, wie ein D e ρ r e ζ d'Arson ν al-Instrument. Ein weicher Eisenkern ist mit einer Spule bewickelt, durch welche der durch den Kommutator in der vorbeschriebenen Weise geänderte Strom durchgeführt wird. Der Eisenkern ist um eine Achse drehbar und wird durch Spiralfedern so eingestellt, daß die Spule in der neutralen Zone zwischen den Polen eines permanenten Magneten gehalten wird. Mit dem Eisenkern ist eine Klinke starr verbunden, welche dann, wenn der Eisenkern in einer bestimmten Richtung verdreht wird, das Zahnrad eines zweiten Zählwerkes vorschiebt. Die Spule und mit ihr der Eisenkern wird aus denselben Ursachen in Schwingung versetzt wie früher der Zeiger des Meßinstrumentes, und diese Schwingungen werden von dem zweiten Zählwerk selbsttätig registriert. Liest man nach irgendeiner Zeit die Zählwerke ab, so erhält man die Umdrehungszahl des Ankers und die Schwingungszahl ζ, aus welchen nach der obigen Formel die Schlüpfung <r berechnet oder aus einer Tabelle abgelesen werden kann.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch :

   Vorrichtung zur Bestimmung der Schlüpfung beim Netzanschluß elektrischer Wechselstrommaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromwender mit einer Lamellenzahl gleich der Polzahl oder einem ganzen Vielfachen der Polzahl der anzuschaltenden Maschine und zwei mit den ätromwenderlamellen wechselweise leitend verbundene Schleifringe gemeinsam auf einer mit der Anschlußmaschinenwelle kuppelbaren Achse angeordnet sind, wobei der Stromwender durch zwei eine Lamellenteilung oder ein ungerades Vielfaches einer solchen entfernte Bürsten mit einem polarisierten elektrischen Meßgerät und die beiden Schleifringe mit dem Netz oder umgekehrt die Schleifringe mit dem Meßinstrument und der Stromwender mit dem Netz verbunden sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.