DE2416999B2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Drehzahlmessung bei einem Antriebssystem - Google Patents

Description

stehendes Gebilde darstellt. Extern oder intern angeordnete mechanische Drehzahlgeber, die einen Eingriff in dieses System erfordern würden, scheiden von vornherein aus. Dasselbe gilt für intern angeordnete optische und induktive Drehzahlmesser, da sie wiederum die Durchführung von Meßleitungen erforderlich machen und darüber hinaus kostspielig sind und nicht immer zuverlässig arbeiten.

Es sind bereits ein Verfahren und eine Überwachungsschaltung zur Überwachung eines solchen Antriebssystems vorgeschlagen worden (DE-OS 24 02 423). Hierbei wird im ungestörten Betrieb der Drehfeldmaschine eine Laufmeldung über den Betriebszustand der angetriebenen Zentrifuge abgegeben. Bei dem Vorschlag wird so vorgegangen, daß nacheinander der Winkel zwischen Spannung und Strom jeder Drehfeldmaschine gemessen und mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird und daß dann, wenn der Winkel unterhalb des vorgegebenen Grer^werts liegt, ein Meldesignal für einen ersten Betriebszustand und/oder dann, wenn der Winkel oberhalb des vorgegebenen Grenzwerts liegt, ein Meldesignal für einen zweiten Betriebszustand der Drehfeldmaschine abgegeben wird. Dieses Verfahren beruht auf einer schrittweise vorgenommenen indirekten Drehzahlmessung aus der Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom einer jeden Drehfeldmaschine. Die Ermittlung der Meßwerte erfolgt dabei außerhalb des Systems Drehfeldmaschine-Zentrifuge. Dadurch werden Durchführungen durch das Gehäuse nicht benötigt. Weiterhin treten bei diesem Verfahren unerwünschte Rückwirkungen auf den Lauf der einzelnen Zentrifugen nicht auf. In einem Störungsfall, bei dem die die Drehfeldmaschine speisende dreiphasige Wechselspannung ganz oder einphasig ausfällt, ist dieses Verfahren jedoch nicht immer anwendbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für das eingangs genannte Antriebssystem, das zum Antrieb einer größeren Anzahl von Zentrifugen vorgesehen ist, für den Störungsfall, in dem die speisende Wechselspannung nicht zur Verfügung steht, ein indirektes Verfahren zur Messung der genauen Drehzahl mindestens einer Zentrifuge anzugeben, das besonders einfach durchzuführen ist. Das Verfahren soll dabei keine Nachteile für den konstruktiven Aufbau und den Betrieb der einzelnen Zentrifugen nach sich ziehen. Weiterhin soll eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden, die kostengünstig herzustellen ist und zuverlässig arbeitet.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß bei Ausfall der speisenden Wechselspannung die Verbindungsleitung zwischen der Wechselspannungsquelle und der zu überwachenden Drehfeldmaschine kurzgeschlossen wird und daß anschließend der von der Drehfeldmaschine in die kurzgeschlossene Verbindungsleitung eingespeiste Kurzschlußstrom erfaßt und seine Frequenz gemessen wird. Insbesondere kann noch vorgesehen sein, daß bei Auftreten einer Störung zusätzlich die Energiezufuhr von der Wechselspannungsquelle gesperrt wird, wenn die Störung nicht durch einen Netzausfall hervorgerufen ist. Die Sperrung der Energiezufuhr kann hierbei leistungslos durch Gittersperre oder Impulsverschiebung an die Trittgrenze erfolgen, wenn als Wechselspannungsquelle ein mit steuerbaren Ventilen bestückter Umrichter oder Wechselrichter vorgesehen ist.

Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgernäß dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Verbindungsleitung zwischen der Wechselspannungsquelle und der zu überwachenden Drehfeldmaschine ein Kurzschlußschalter vorgesehen ist und daß in der Verbindungsleitung zwischen dem Kurzschlußschalter und der Drehfeldmaschine ein Strommeßglied angeordnet ist, das ausgangsseitig an ein Frequenzzählglied anschließbar ist.
Um eine gute Anpassung zwischen dem Frequenzzählglied und dem Strommeßglied zu erzielen, ist es zweckmäßig, wenn zwischen dem Strommeßglied und dem Frequenzzählglied eine Signalformerstufe angeordnet ist. Diese kann so ausgerüstet sein, daß sie ein zeitlich rechteckiges Ausgangssignal abgibt, dessen Flanken zeitlich mit den Nulldurchgängen des Kurzschlußstroms übereinstimmen.

Will man nacheinander die Drehzahlen mehrerer Drehfeldtnaschinen messen, so ist es aus Kosten- und Verschleißgründen angebracht, nur einen einzigen Kurzschlußschalter zu benutzen. Dieser Kurzschlußschalter ist dann zwischen der Wechselspannungsquelle und einer eine größere Anzahl von Drehfeldmaschinen speisenden Sammelschiene anzuordnen. Dieser Kurzschlußschalter wird bei jeder Messung nur von relativ geringen Kurzschlußströmen beaufschlagt, so daß ein Schalter kleiner Leistung eingesetzt werden kann.

Die Drehzahlmessung einer größeren Anzahl von Drehfeldmaschinen kann man prinzipiell nacheinander von Hand, wird man aber zweckmäßigerweise automatisch durchführen. Hierbei wird man sich einer elektronisch zu steuernden Umschalteinrichtung bedienen, die bei geschlossenem Kurzschlußschalter wahlweise einen oder nacheinander alle der durch Strommeßglieder erfaßten Kurzschlußströme der Drehfeldmaschinen an ihrem Ausgang abgibt.

Es ist von besonderem Vorteil, die Schaltungsanordnung zur Drehzahlmessung in eine Überwachungsschaltung zu integrieren, die im Normalbetrieb eine Laufmeldung über den Betriebszustand der Drehfeldmaschinen abgibt. Der Grund für diese Maßnahme ist darin zu sehen, daß dann die Strommeßglieder und — falls vorhanden — die Umschalteinrichtung gemeinsam verwendet werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand einer Figur näher erläutert. Diese Figur zeigt eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlmessung, die in eine Überwachungsschaltung zur Überwachung eines Antriebssystems mit einer Anzahl von Drehfeldmaschinen integriert ist.

Nach der schematischen Darstellung in der Figur enthält ein Antriebssystem eine größere Anzahl von Drehfeldmaschinen, z. B. eine Gruppe von tausend Drehfeldmaschinen, von denen nur die drei Drehfeldmaschinen 2, 3 und 4 dargestellt sind. Es handelt sich hierbei speziell um Hysteresemotoren, die im Normalbetrieb synchron laufen. Auch andere Synchronmaschinen, Maschinen mit magnetischer Vorzugsrichtung oder andere Hysteresemaschinen mit Remanenzverhalten, können verwendet werden. Die Drehfeldmaschinen 2,3

ω und 4 sind jeweils zum Antrieb einer reibungsarmen Zentrifuge 6, 7 bzw. 8 vorgesehen und mit dieser mechanisch gekoppelt. Drehfeldmaschine 2, 3 und 4 sowie Zentrifuge 6, 7 und 8 sind jeweils in einem vakuumdichten Gehäuse 10, 11 bzw. 12 untergebracht

^h> Das Gehäuse 10, 11, 12 steht unter einem Druck von beispielsweise 10~³Τογγ.

Die Drehfeldmaschinen 2, 3 und 4 sind über eine Drehstromschiene 13 an eine gemeinsame Wechsel-

Spannungsquelle 14 angeschlossen. Die Drehstromschiene 13 ist als Mittelfrequenznetz mit den Phasenleitern U, V, W ausgebildet. Die Frequenz dieses Mittelfrequenznetzes liegt im Nennbetrieb beispielsweise bei 1 kHz. Die Drehstromschiene 13 wird von einem steuerbaren Umrichter gespeist, der als gemeinsame Wechselspannungsquelle 14 vorgesehen und an ein übliches Drehstromnetz 15 mit den Phasenleitern R, S, T angeschlossen ist. Die Netzfrequenz dieses Drehstromnetzes 15 kann in üblicher Weise 50 oder 60 Hz betragen. Der steuerbare Umrichter besteht insbesondere aus einem gesteuerten, netzgeführten Gleichrichter und einem gesteuerten, last- oder selbstgeführten Wechselrichter. Beide sind dann über einen Gleichstromzwischenkreis miteinander verbunden. Der Spannungs- oder Stromsteuereingang des Umrichters ist mit 16, sein Frequenzsteuereingang mit 17 bezeichnet. Die Ausgangsfrequenz kann über den Frequenzsteuereingang 17 von einem Anfangswert bis zur Nennfrequenz gesteuert werden.

Eine Großanlage zur Urananreicherung kann eine Vielzahl von Zentrifugen-Gruppen und insgesamt bis zu 1 000 000 Zentrifugen aufweisen. Die Arbeitsdrehzahl dieser Zentrifugen 6,7,8, die z. B. als Gas-Ultrazentrifugen zur Trennung von gasförmigen Uranisotopenverbindungen wie Uranhexafluorid verwendet werden, beträgt bei der angegebenen Mittelfrequenz etwa 60 000 U/min. Jede Zentrifuge 6, 7 und 8 benötigt eine Antriebsleistung von etwa 100 Watt.

Um die Drehzahlen der Zentrifugen 6, 7, 8 einer Gruppe zu überwachen, ist eine elektronische Überwachungsschaltung vorgesehen. Diese fragt die Drehzahlen der einzelnen Zentrifugen 6, 7, 8 der Gruppe nacheinander auf indirektem Wege ab. Sie gibt immer dann ein Meldesignal s 1 ab, wenn sich die Drehfeldmaschine 2,3,4 der gerade abgefragten Zentrifuge 6,7,8 in einem ersten oder asynchronen Betriebszustand befindet. Und sie gibt immer dann ein Meldesignal s2 ab, wenn sich die Drehfeldmaschine 2, 3, 4 der gerade abgefragten Zentrifuge 6, 7, 8 in einem zweiten oder synchronen Betriebszustand befindet.

Die Überwachungsschaltung macht sich die Tatsache zunutze, daß sich bei einem Hysteresemotor der synchrone und der asynchrone Betriebszustand durch unterschiedliche Wirkleistungsaufnahme und damit unterschiedlichen Winkel zwischen aufgenommenem Strom und angelegter Spannung bemerkbar macht. Bei Hysteresemotoren gibt es einen Grenzwert φ* des Verschiebungswinkels ψ zwischen Strom /und verketteter Spannung u, der zwei verschiedene Betriebszustände oder Belastungszustände voneinander trennt. Liegt der Verschiebungswinkel ψ oberhalb dieses Grenzwerts ψ*, dann läuft der Hysteresemotor synchron, liegt er dagegen unterhalb dieses Grenzwerts ψ^#, dann läuft er asynchron.

Die Überwachungsschaltung ist demgemäß so konstruiert, daß sie nacheinander die Verschiebungswinkcl ψ 1, ψ 2, ψ 3 zwischen verketteter Spannung u und Strom /1, /2, /3 jeder Drehfeldmaschine 2, 3 bzw. 4 mißt. Sie enthält einen Abgriff 18, mit dem die verkettete Spannung u zwischen den beiden Phascnleitern L/und !Verfaßt wird. Diese verkettete Spannung u wird dem ersten Eingang einer Winkel-Vcrgleichsschaltung 19 zugeführt. Die Winkel-Vergleichsschaltung 19 besteht im wesentlichen aus digitalen Bausteinen. Am ersten Eingang befindet sich eine Signalformerslufe 20. Sie gibt eine zeitlich rechteckige Ausgangsspannung f ab, deren Nulldurchgänge mit den Nulldurchgängen der verketteten Spannung u übereinstimmen. Diese Ausgangsspannung f wird in den ersten Eingang eines Winkelmeßgliedes 21 gegeben.

In je einer Anschlußleitung der Drehfeldmaschinen 2, 3, 4 ist jeweils ein Strommeßglied oder Stromwandler 22,23 bzw. 24 angeordnet. Es handelt sich dabei jeweils um diejenige Anschlußleitung, welche die Verbindung mit dem Phasenleiter U herstellt. Durch die spezielle Anordnung des Abgriffs 18 und der Stromwandler 22, 23, 24 ist gewährleistet, daß jeweils ein Winkel kleiner als 90° gemessen wird. Die Strommeßglieder 22, 23, 24 erfassen im ungestörten Betrieb die Ströme /1, /2, /3 der Drehfeldmaschine 2, 3 bzw. 4. Die gemessenen Signale werden über eine Umschalteinrichtung 25, die nach Wahl eines dieser Signale an ihrem Ausgang abgibt, an den zweiten Eingang der Winkel-Vergleichsschaltung 19 gelegt.

Die Umschalteinrichtung 25 besteht aus einer Anzahl von Schaltgliedern 26,27 und 28 sowie einem Taktgeber 29 zu deren Ansteuerung. Die Schaltglieder 26, 27, 28 sind abweichend von der Darstellung bevorzugt kontaktlose elekfonische Schaltglieder, z. B. Transistoren, insbesondere Feldeffekt-Transistoren. Sie verbinden die einzelnen Stromwandler 22, 23, 24 mit einer Sammelleitung 30, die am zweiten Eingang der Winkel-Vergleichsschaltung 19 angeordnet ist. Der Taktgeber 29 schließt nacheinander durch Taktsignale, die über nicht näher bezeichnete Steuerleitungen auf die Steuereingänge der Schaltglieder 26,27 und 28 gegeben werden, je eines dieser Schaltglieder 26, 27 und 28. Die Taktfrequenz des Taktgebers 29 ist abhängig von der abzufragenden Zentrifugenanzahl und liegt hier einige Zehnerpotenzen unterhalb der Mittelfrequenz der Wechselspannungsquelle 13. Für eine Zeitdauer, die gleich dem Reziproken der Taktfrequenz ist, stehen die Meßsignale für die Ströme /1, /2, /3 nacheinander am zweiten Eingang der Winkel-Vergleichsschaltung 19 an. In der Figur ist durch den Taktgeber 29 gerade das Schaltglied 27 geschlossen, so daß im ungestörten Betrieb das Meßsignal für den Strom /2 der Drehfeldmaschine 3 weiterverarbeitet wird.

Am zweiten Eingang der Winkel-Vergleichsschaltung 19 liegt eine weitere Signalformerstufe 32. Diese Signalformerstufe 32 gibt eine rechteckförmige Ausgangsspannung (2 ab, deren Nulldurchgänge mit den Nulldurchgängen des Meßsignals an ihrem Eingang übereinstimmen, im vorliegenden Fall also mit den Nulldurchgängen des Stroms /2. Die Ausgangsspannung /2 wird in den anderen Eingang des Winkelmeßgliedes 21 gegeben.

Als Signalformerstufen 20, 32 können insbesondere Grenzwertmelder verwendet werden, die das eingegebene sinusförmige Meßsignal /' bzw. /1, /2 oder /3 mit einem Nullsignal vergleichen. Sie sind so aufgebaut, daß

^ri5 sie nur so lange, als der Wert des Meßsignals positiv ist, auch ein positives Ausgangssignal f bzw. f2 abgeben. Ein negativer Wert des Meßsignals ubzw. i 1, /2, /3 wird nicht berücksichtigt.

Das Winkelmeßglied 21, das z. B. als Zcitdiffercnz-

Mi Meßglied ausgeführt sein kann, gibt ein Ausgangssignal ab, das ein Maß für die zeitliche Differenz zwischen den Anstiegsflanken der Ausgangsspannungen /und i2 ist. Infolge der getroffenen Anordnung des Abgriffs 18 zwischen den Phasenleitern U und W und der

ι.·. Anordnung des Stromwandlers 23 in der Anschlußleitung zu dem Phasenleiter U erhält man vom Winkelmeßglied 21 ein Ausgangssignal, das ein Maß für den Verschiebungswinkel ψ 2 ist. Dieser Vcrschiebungs-

winkel ip2 ist der Winkel zwischen der verketteten Spannung u einerseits und dem Strom /2 der gerade ausgewählten Drehfeldmaschine 3 andererseits. Das Ausgangssignal ist wie der Verschiebungswinkel mit ψ 2 bezeichnet.

Anstelle des Verschiebungswinkels ψ 2 könnte man auch den Phasenwinkel φ 2 = ψ 2 + 30° messen. Dazu wäre der Abgriff 18 zwischen dem Phasenleiter U und dem Mittelpunktleiter M_p anzuordnen.

Das Ausgangssignal ψ 2 des Winkelmeßgliedes 21 ist einem Vergleichsglied 33 zugeführt. Dieses Verglcichsglied 33 vergleicht es mit einem vorgegebenen Grenzwert ψ*, der von einem Grenzwertgeber 34 geliefert wird. Der Grenzwertgeber 34, der an den Vergleichseingang des Vergleichsgliedes 33 angeschlossen ist, ist beispielsweise als Potentiometer eingezeichnet. Der vorgegebene Grenzwert ψ* ist am Grenzwertgeber 34 so eingestellt, daß er hier speziell die Grenze zwischen dem asynchronen und dem synchronen Betriebszustand jeder Drehfeldmaschine 2, 3, 4 bezeichnet. Der Grenzwert ψ* kann dabei um einen geringen Sicherheitszuschlag im synchronen Bereich liegen. Unterschreitet der Verschiebungswinkel ψ 2 den Grenzwert ψ*, so ist das ein Anzeichen dafür, daß die betreffende Drehfeldmaschine 3 vom ersten in den zweiten Betriebszustand, im vorliegenden Fall also vom synchronen in den asynchronen Betriebszustand, übergeht.

Das Vergleichsglied 33 ist als Grenzwertmelder anzusehen. Es gibt im vorliegenden Fall dann, wenn der Verschiebungswinkel ψ 2 unterhalb des vorgegebenen Grenzwertes ψ* liegt, ein Meldesignal si für den asynchronen Betriebszustand der Drehfeldmaschine 3 an einen Ausgang 38 ab. Liegt jedoch der Verschiebungswinkel ψ 2 oberhalb dieses Grenzwerts ψ*, so gibt es ein Meldesignal s2 für den synchronen Betriebszustand der Drehfeldmaschine 3 an einen Ausgang 39 ab. Entsprechendes gilt bei einer anderen Schaltstellung der Umschalteinrichtung 25 auch für die Betriebszustände der Drehfeldmaschinen 2 und 4.

Das Meldesignal si kann einer Anzeigeeinrichtung 35 zugeführt werden, die z. B. mit einem optischen oder mechanischen Zeiger ausgerüstet ist. Die Anzeigeeinrichtung 35 besitzt im eingezeichneten Fall als optischen Zeiger eine Lampe. Diese leuchtet auf, wenn ein Meldesignal s 1 ansteht. Anstelle oder zusätzlich zu der Anzeigeeinrichtung 35 kann der Winkel-Vergleichsschaltung 19 auch eine Alarmeinrichtung 36, z. B. akustischer Art, und/oder eine Datenverarbeitungsanlage 37 nachgeschaltet sein. Das Meldesignal si kann aber auch einem (nicht gezeigten) Speicherglied zugeführt werden. Das Ausgangssignal dieses Speichergliedes würde dann anzeigen, daß eine aus einer größeren Anzahl von Zentrifugen 6, 7, 8 nicht mit der gewünschten Drehzahl läuft. Auf diese Weise ist eine blockweise Überwachung der Zentrifugen 6, 7, 8 einer Gruppe möglich.

Aus der Figur ist weiter ersichtlich, daß an den Taktgeber 29 ein Zähler 9 angeschlossen ist. Dieser Zähler 9 zählt im Takte der Taktsignale weiter. Der Zähler 9 zeigt eine Kennzahl an, welche die gerade von der Umschalteinrichtung 25 eingenommene Schaltstellung und damit die gerade abgefragte Drehstrommaschine 2,3 oder 4 charakterisiert. Anstelle des Zählers 9 kann auch eine digitale Codiereinrichtung verwendet werden. Das Ausgangssignal des Zählers 9 wird zusammen mit dem Meldesignal si weiterverarbeitet, z. B. über die eingezeichnete Leitung in die Datenverarbeitungsanlage 37 eingegeben. Dasselbe gilt auch für das Meldesignal s 2.

Die in der Figur gezeigte Ausführungsform einer Überwachungsschaltung ermöglicht es also, die unerwünschte Drehzahl einer beliebigen der Zentrifugen 6, 7,8 auf indirektem Wege festzustellen, ohne daß äußere Eingriffe in eines der Gehäuse 10, 11 bzw. 12 vorgenommen werden müssen.

Abweichend von der Darstellung in der Figur kann die Winkel-Vergleichsschaltung 19 auch ein vom ersten Eingang gespeistes Verzögerungsglied, dessen Verzögerungseingang an einen Grenzwertgeber angeschlossen ist, und ein logisches Vergleichsglied, das eingangsseitig einerseits an den Ausgang des Verzögerungsgliedes und andererseits an den zweiten Eingang der Winkel-Vergleichsschaltung angeschlossen ist, enthalten. Die Funktion dieser Winkel-Vergleichsschaltung 19 kann darin bestehen, daß aus der Spannung der Drehfeldmaschine ein erstes digitales Signal abgeleitet wird, bei dem stets pro Periode mindestens eine Flanke um den vorgegebenen Grenzwert gegenüber einem Nulldurchgang dieser Spannung phasenverschoben ist, daß jeweils aus dem Strom der Drehfeldmaschine ein zweites digitales Signal gewonnen wird, bei dem pro Periode mindestens eine Flanke mit den Nulldurchgängen dieses Stroms zeitlich übereinstimmt, daß das erste und das zweite digitale Signal logisch miteinander zu einem resultierenden Signal UND-verknüpft werden und daß aus diesem resultierenden Signal das Meldesignal für den ersten und/oder zweiten Betriebszustand hergeleitet wird.

In der Figur ist noch zusätzlich eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlmessung im Störungsfall dargestellt. Diese Schaltungsanordnung ist so aufgebaut, daß sie, was als besonderer Vorteil angesehen wird, einige Bauelemente der bisher erläuterten Überwachungsschaltung mitverwendet.

Es sei im folgenden ein Störungsfall betrachtet, bei dem die Drehstromschiene 13 keine Spannung mehr führt. Ein solcher Störungsfall kann durch einen Ausfall des als Wechselspannungsquelle 14 verwendeten Umrichters hervorgerufen sein. Er kann aber auch auf eine Zwangsabschaltung mittels nicht gezeigter Schaltungsanordnungen aufgrund verfahrenstechnischer Schwierigkeiten in der Trennanlage zurückzuführen sein. In einem solchen Störungsfall ist die Winkel-Vergleichsschaltung 19 außer Funktion, da die verkettete Spannung u an ihrem ersten Eingang zu Null geworden ist.

Die Schaltungsanordnung zur Drehzahlmessung sorgt in einem solchen Störungsfall dafür, daß ein mit der Ausgangsspannung f2 identisches Meldesignal s3 abgegeben wird, dessen Frequenz gleich der Drehzahl der gerade betrachteten Drehfeldmaschine 3 ist.

Die Schaltungsanordnung zur Drehzahlmessung umfaßt einen Kurzschlußschalter 40, z. B. ein Schaltschütz für kleine oder mittlere Ströme, der parallel zu der Verbindungsleitung zwischen der Wechselspannungsquelle 14 und der zu überwachenden Drehfeldmaschine 3 angeordnet ist. Im vorliegenden Fall wird dieser Kurzschlußschalter 40 bei der Drehzahlmessung sämtlicher Drehfeldmaschinen 2, 3 und 4 verwendet. Er ist daher zwischen der Wechselspannungsquclle 14 und der Sammelschiene 13 angeordnet. Die Schaltungsanordnung zur Drehzahlmessung umfaßt ferner bei der dargestellten Schaltstellung der Umschalteinrichtung 25 das in der Verbindungsleitung zwischen dem Kurzschlußschalter 40 und der Drehfeldmaschine 3 angcord-

nete Strommeßglied 23. Dieses ist ausgangsseitig über die Umschalteinrichtung 25 mit dem Schaltglied 27 und mit der Sammelleitung 30 sowie über die Signalformerstufe 32 an ein Frequenzzählglied 41 angeschlossen. In diesem Frequenzzählglied 41 wird «I..- -■■· ausgang aer s Signalformerstufe 32 abgegebene rechteckförmige Meldesignal s3 ausgezählt. — Mit ''_-!_. '-',..ounnciiirichtung 25 kann auch von Hand oder automatisch auf eine beliebige der beiden anderen Drehfeldmaschinen 2 und 4 umgeschaltet werden, so daß mittels des Meldesignals s3 die zugehörige Drehzahl gemessen werden kann. Die Wechselspannungsquelle 14 besitzt noch einen Eingang 50, über den ihre mittelfrequente Ausgangsspannung zu Null gemacht werden kann. Es kann sich dabei um eine Zündimpulssperre im Gleichrichter oder um eine Zündimpulsverschiebung an die Wechselrichtertrittgrenze handein.

Die Funktion der Schaltungsanordnung zur Drehzahlmessung ist folgende: Im Falle einer Störung wird die Verbindungsleitung zwischen der Wechselspannungsquelle 14 und den zu messenden Drehfeldmaschinen 2, 3, 4 durch den Kurzschlußschalter 40 in der dargestellten Weise kurzgeschlossen. Gleichzeitig wird die Energiezufuhr an die Sammelschiene 13 durch ein auf den Eingang 50 gegebenes Signal unterbrochen. Anschließend wird bei der dargestellten Schaltstellung der von der Drehfeldmaschine 3 in die kurzgeschlossene Verbindungsleitung eingespeiste Kurzschlußstrom durch den Stromwandler 23 erfaßt. Die Frequenz dieses Kurzschlußstromes ·*'"* gcrr.: der ^:J,,^_a'n\ üci Drehfeldmaschine 3 entspricht, wird auf dem Wege über das Schaltglied 27, die Sammelleitung 30 und die aignanormer?tute Si mittels des hrequenzzatiigiieaes t\ gemessen. Das Meßergebnis kann über die eingezeichnete Verbindungsleitung gleichfalls zur Auswertung in die Datenverarbeitungsanlage 37 eingegeben werden. Entsprechend wird beim Umschalten durch die Umschalteinrichtung 25 verfahren, um die Drehzahlen der beiden anderen Drehzahlmaschinen 2 and 4 zu ermitteln.

Hervorzuheben ist, daß man bei der Drehzahlmessung einer Vielzahl von Drehfeldmaschinen 2, 3 und 4 mit einem einzigen Kurzschlußschalter 40 auskommt. Weiter ist anzuführen, daß die Stromwandler 22,23 und 24, die Umschalteinrichtung 25 und die Signalformerstufe 32 vorteilhafterweise sowohl bei der Überwachungsschaltung im ungestörten Betrieb als auch bei der Schaltungsanordnung zur Drehzahlmessung im gestörten Betrieb verwendet werden. Die Schaltungsanordnung zur Drehzahlmessung kann daher bei vorhandener Überwachungsschaltung besonders preisgünstig aufgebaut werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Drehzahlmessung bei einem Antriebssystem mit einer Anzahl von Drehfeldmaschinen, insbesondere von Hysteresemotoren, die jeweils zum Antrieb einer reibungsarmen Zentrifuge vorgesehen und gemeinsam aus einer Wechselspannungsquelle mit einer Wechselspannung gespeist sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall der speisenden Wechselspannung die Verbindungsleitung zwischen der Wechselspannungsquelle (14) und der zu überwachenden Drehfeldmaschine (2, 3, 4) kurzgeschlossen wird und daß anschließend der von der Drehfeldmaschine (2,3,4) in die kurzgeschlossene Verbindungsleitung eingespeiste Kurzschlußstrom erfaßt und seine Frequenz gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten einer Störung zusätzlich die Energiezufuhr von der Wechselspannungsquelle (14) gesperrt wird.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Verbindungsleitung zwischen der Wechselspannungsquelle (14) und der zu überwachenden Drehfeldmaschine (2, 3, 4) ein Kurzschlußschalter (40) vorgesehen ist und daß in der Verbindungsleitung zwischen dem Kurzschlußschalter (40) und der Drehfeldmaschine (2, 3, 4) ein Strommeßglied (22, 23, 24) angeordnet ist, das ausgangsseitig an ein Frequenzzählglied (41) anschließbar ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Strommeßglied (22, 23, 24) und dem Frequenzzählglied (41) eine Signalformerstufe (32) angeordnet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalformerstufe (32) so ausgerüstet ist, daß sie ein zeitlich rechteckiges Ausgangssignal (f2) abgibt, dessen Flanken zeitlich mit den Nulldurchgängen des Kurzschlußstroms übereinstimmen.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußschalter (40) zwischen der Wechselspannungsquelle (14) und einer eine größere Anzahl von Drehfeldmaschinen (2, 3, 4) speisenden Sammelschiene (13) angeordnet ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschalteinrichtung (25), die bei geschlossenem Kurzschlußschalter (40) wahlweise einen der durch Strommeßglieder (22,23, 24) erfaßten Kurzschlußströme der Drehfeldmaschinen (2, 3, 4) an ihrem Ausgang abgibt, an das Frequenzzählglied (41) anschließbar ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (25) steuerbare Schaltglieder (26, 27, 28) enthält, die je ein Strommeßglied (22, 23, 24) mit einer Sammelleitung (30) verbinden, welche an das Frequenzzählglied (41) anschließbar ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie in eine Überwachungsschaltung integriert ist, die im ungestörten Normalbetrieb eine Laufmeldung (si, s2) über den Betriebszustand der Drehfeldmaschine (2, 3,4) abgibt.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Drehzahlmessung bei einem Antriebssystem mit einer Anzahl von Drehfeldmaschinen, insbesondere von Hysteresemotoren, die jeweils zum Antrieb einer reibungsairmen Zentrifuge vorgesehen und gemeinsam aus einer Wechselspannungsquelle mit einer Wechselspannung gespeist sind.

Es ist bekannt (DE-OS 21 32 179), eine größere Anzahl von Zentrifugen, die zur Trennung, z. B. von

ίο Uranisotopen, verwendet werden, jeweils durch einen synchron laufenden Hysteresemotor oder eine andere Drehfeldmaschine anzutreiben. Die Trennanlage kann je nach Größe bis zu 1000 000 solcher Zentrifugen aufweisen. Die Hysteresemotoren, deren Antriebsleistung z. B. jeweils 100 Watt beträgt, werden gruppenweise gemeinsam mit einer Frequenz, die im Mittelfrequenzbereich liegt und beispielsweise 1 kHz oder mehr betragen kann, von einem gemeinsamen Drehstromnetz gespeist, das wiederum von einem frequenzsteuerbaren

M Umrichter versorgt wird.

Bei einem solchen Antriebssystem ist es von Bedeutung, ein Meldesignal zu erhalten, das anzeigt, mit welcher Drehzahl sich die einzelnen Drehzahlmaschinen und damit die angekoppelten Zentrifugen drehen.

Insbesondere in Störungsfällen, beispielsweise beim Ausfall des Drehstromnetzes oder bei einer Zwangsabschaltung des Drehstromnetzes aufgrund verfahrenstechnischer Schwierigkeiten in der Trennanlage, ist nicht nur die Kenntnis, ob sich eine Zentrifuge überhaupt noch dreht, sondern auch die Kenntnis der genauen Drehzahl einer jeden einzelnen Drehfeldmaschine und Zentrifuge von Bedeutung. Von der Höhe der Drehzahl hängt es ab, in welcher Weise weitere Steuermaßnahmen durchgeführt, ob ein Alarm ausgelöst, Schutzmaßnahmen eingeleitet und/oder Wartungsoder Reparaturarbeiten durchgeführt werden müssen oder nicht. Ist die Störung des Drehstromnetzes nur kurzfristig aufgetreten, so ist die Kenntnis der Drehzahlen der Zentrifugen von Bedeutung für den

^w anschließenden Anfahrvorgang.

Bei allen Überlegungen, die eine Messung der Drehzahl einer einzelnen oder mehrerer Zentrifugen zum Ziel haben, muß der spezielle konstruktive Aufbau des Systems Drehfeldmaschine-Zentrifuge berücksichtigt werden. Zentrifuge und Drehfeldmaschine sind nämlich gemeinsam in einem Gehäuse eingekapselt, das mittels zweier Deckel vakuumdicht verschlossen ist und unter Unterdruck steht. Durch den einen Deckel sind lediglich die Zuleitungen der Drehfeldmaschine und eine Justiervorrichtung für das Lager luftdicht hindurchgeführt. Die Konstruktion des Systems Drehfeldmaschine-Zentrifuge ist insgesamt so ausgeführt, daß das Gehäuse nur wenige verschließbare Öffnungen besitzt. Bei einem Defekt der Zentrifuge, z. B. nach einem Lagerschaden, könnte nämlich andernfalls wegen der hohen Drehzahl und des großen Trägheitsmoments ein Deckel zerstört werden. Der dadurch bedingte Druckanstieg kann zur Zerstörung aller an dasselbe Vakuumsystem angeschlossenen Zentrifugen führen.

^b0 Ein solcher Unfall muß aber unter allen Umständen vermieden werden.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß man bei der Messung der Drehzahl einer einzelnen oder mehrerer Zentrifugen nicht von einer direkten Dreh-

h^r> zahlmessung ausgehen kann. Eine für die Praxis annehmbare Lösung muß berücksichtigen, daß — wie bereits erwähnt — jedes System Drehfeldmaschine-Zentrifuge ein in sich geschlossenes, unter Unterdruck