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Direkt anzeigender Schlüpfungsmesser. Es sind Schlüpfungsmesser bekanntgeworden,
bei. denen eine indirekte Messung der Schlüpfung in der Weise stattfindet, daß einerseits
über eine beliebige Zeit t die Umdrehungszahl U des Rotors _ des zu untersuchenden
Äsynchromnotors gemessen wird, während anderseits für die gleiche Zeit durch ein
Zählwerk die Änzahl c der Perioden des Rotorstromes registriert wird. An dem Apparat
werden demnach' zwei Ablesungen gemacht: r. die Umdrehungszahl U in der Zeit t,
. z. die Rotorpexiodenzahl c. Bedeutet 2p die Polzahl des Asynchromnotors, dann
ergibt sich die Schlüpfung s aus der Formel
Prozent.
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Der Nachteil dieser Schlüpfungsmesser ist der, daß die Schlüpfung
erst aus den Ablesungen errechnet werden muß und d'aß keine Möglichkeit besteht,
unmittelbar abzulesen und zu registrieren.
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Nun gibt es zwar auch einen direkt anzeigenden Schlüpfungsmesser,
.in welchem ein der Schlüpfung proportionales Drehmoment dadurch erzeugt wird, daß
eine kleine Asynchronmaschine (Meßmotor), welche vom gleichen Netz wie der zu speisende
Hauptmotor gespeist wird, mittels eines Kerners mit der Welle des .Hauptmotors gekuppelt
wird, so daß in ihrem Sekundärteile Ströme der gleichen Schlüpfungsfrequenz wie
im Hauptmotor induziert werden, und welche so ausgebildet ist, daß auch der induzierte
Teil drehbar angeordnet ist, aber unter Einfluß einer Federkraft einer Mittellage
zustreht. Der Ausschlag des unter Federkraft stehenden Sel.:undärteiles ist dann
in engen Grenzen proportional der Schlüpfungsfrequenz, da bei sehr kleinen Frequenzen
das induzierte Feld zwar - weil es von- konstanter Spannung und Frequenz erregt
wird - seinen Wert behält, die induzierteE.M.K. aber proportional der Frequenz abnimmt.
Da nun auch die Selbstinduktion des Sekundärpreises proportional der induzierten
Spannung abnimmt, der Ohmsche Widerstand aber unverändert bleibt, so nimmt der Sekundärstrom
bei sehr kleinen Frequenzen fast proportional mit der induzierten E. M. K., also
mit der Schlüpfung ab. Da nun der Strom des Drehmoment bestimmt, so wird auch das
Drehmoment bei sehr kleinen Frequenzen der Schlüpfung nahezu proportionalsein. -Wegen
der Konstanz des Feldes aber ist der Bereich des proportionalen Verhaltens relativ
klein, so daß die Skala für größere Werte der Schlüpfung ungenau wird. Es wäre demnach
vorteilhaft, den Bereich der proportionalen Beziehung zwischen. Schlüpfung und Drehmoment
des Meßmotors zu vergrößern und besonders dies aus folgendem Grunde. Bei sehr kleiner
Schlüpfung wird das Drehmoment des Meßmotors so klein, daß die mechanischen Widerstände
des Apparates eine wesentliche Rolle spielen, die Genauigkeit der Messung herabzusetzen
und den Apparat unempfindlich-machen. Es wird daher nötig
sein,
den Apparat so auszubilden, daß er noch ein Drehmoment hat, auch wenn die Schlüpfung
dem Nullwert zustrebt. Diese Ausbildung des Apparates setzt aber, wie an späterer
Stelle noch gezeigt werden soll, einen größeren Proportionalitätsbereich (zwischen
Drehmoment und Schlüpfung) voraus, der bei der bekannten Einrichtung, bei welcher
das Feld des Meßmotors für alle Werte der Schlüpfung eine nahezu konstante Größe
ist, nicht gegeben ist.
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Es ist nun Gegenstand vorliegender Erfindung ein direkt anzeigender
Schlüpfungsmesser, bestehend aus zwei in Kaskade geschalteten, mechanisch voneinander
unabhängigen Asynchronmaschinen, von denen die Vordermaschine an eine Spannung von
der Netzfrequenz gelegt ist und von der Welle der zu messenden Hauptmaschine angetrieben
wird, während die Hintermaschine eine Anzeigevorrichtung betätigt. Die Hintermaschine
ist hier der eigentliche Meßmotor, während die Vordermaschine bloß als Zwischenglied
zwischen Netz ' und Meßmotor einen Frequenzwandler darstellt, der dem Meßmotor eine
der Schlüpfung proportionale Spannung und Frequenz zuführt. Das Feld des Hintermotors
ist nun aber keine konstante Größe," da das Feld durch Ströme kleiner Frequenz erzeugt
wird und bereits der Ohmsche Widerstand der Erregerwicklung von Einfluß auf die
Feldstärke ist. Wird hiernach die im Sekundärteil des Meßmotors .induzierte E. M.
K. bereits unterproportionäl der Schlupffrequenz sein, so kommt auch in diesem Teil
der mit Abnahme der Frequenz zunehmende Einfluß des Ohmschen Widerstandes in Betracht.
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Während also in dem bekannten. Falle das Feld konstant und nur der
Strom bei kleinsten Frequenzen proportional der Schlüpfung war, ist beim Gegenstand
der vorliegenden Erfindung sowohl das Feld wie auch - der Strom des Meßmotors eine
Funktion der der Schlüpfung. Dadurch wird der Bereich des annähernd proportionalen
Verhaltens zwischen Drehmoment des Meßmotors und -Schlüpfung erheblich größer. Dieser
Schlüpfungsmesser beruht auf dem Prinzip, daß das Anzugsdrehmoment eines Asynchronmotors,
bei welchem die zugeführte Spannung proportional mit der Netzfrequenz variiert wird,
für kleine Werte der Frequenz sich proportional mit dieser ändert, weil bei kleiner
Frequenz der Einfluß des Ohmschen Widerstandes gegenübel dem der Streureaktanz überwiegt.
Je nach Wahl des Ohmschen Rotorwiderstandes kann erreicht werden, daß das Anzugsdrehmoment
von o bis ro Perioden (eventuell noch weiter) eine durch den Nullpunkt des Koordinatensystems
gehende Gerade ist. Bei weiterer Steigerung der Frequenz nähert sich das Anzugsmoment
einem konstanten. Wert. In Fig. r sind vier derartige Anzugsmomentkurven I-IV für
vier verschiedene Rotorwiderstände dargestellt. Für den vorliegenden Zweck ist die
Kurve IV, die relativ großem Rotorwiderstand entspricht, besonders gut geeignet,
da die Proportionalität zwischen Zugkraft und Frequenz bis zu- etwa 2o Prozent Schlupf
annähernd besteht. Diese Kurve entspricht auch den praktisch gemessenen Werten.
Diese Proportionalität des Anzugsmomentes mit der Frequenz soll dazu dienen, eine.
Anzeigevorrichtung zu betätigen, welche die Größe der Schlupffrequenz des Hauptmotors
anzeigt.
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Da es im allgemeinen nicht möglich ist, den Schleifringen des . IIauptmötors,
dessen Schlüpfung gemessen werden soll, eine der Schlupffrequenz proportionale Spannung
zu entnehmen, da diese Spannung außer von dem Schlupf auch von dem Spannungsabfall
des :Motors, also der Belastung; abhängt, so ist es, wie bereits erwähnt, notwendig,
diese der Schlupffrequenz des Hauptmotors proportionale Spannung künstlich zu erzeugen.
Hierzu soll nun eine Asynchronmaschine verwendet werden, deren Antrieb von der Welle
des Hauptmotors aus erfolgt und deren Polzahl so gewählt ist, daß unter Berücksichtigung
einer gegebenenfalls zwischengeschalteten -Übersetzung die Schlüpfung des Hauptmotors
auf die Hilfsmaschine genau .übertragen wird. Erregt man nun .diese Hilfsmaschine
mit der Netzfrequeriz,. so kann man ihrem Rotor Spannungen entnehmen, die proportional
der Schlüpfungsfrequenz sind: - An den Rotor dieser Hilfsmaschine wird nun der Primärteil
desjenigen Asynchronmotors angeschlossen, dessen Anzugsdrehmoment zur Betätigung
der Anzeigevorrichtung dierien soll. Zweckmäßig wirdman dieHilfsmaschine und den
von ihr gespeisten Asynchronmotor in ein Gestell zusammenbauen und den Antrieb der
Hilfsriiaschine durch eine Spitzenkupplung bewirken, wie sie bei den bekannten Tachometern
gebräuchlich ist. Da es- sich um relativ kleine Maschinen handelt, wird man die
Netzspannung. auf eine Spannung von etwa ro bis 2o Volt zur Speisung der Hilfsmaschine
herabtransformieren. Um anderseits den Schlüpfungsniesser für verschiedene synchrone
Tourenzahlen verwenden zu können, kann außer dem. wechselbaren Übersetzungsgetriebe
zwischen lIilfsmaschine und Spitzenkupplung, die Hilfsmaschine auch polumschaltbar
gebaut sein. Um ferner bei dem ganzen Apparat Schleifringe und Bürsten zu vermeiden,
wird mari die Hilfsmaschine zweckmäßig als Kaskade
zweier Maschinen
ausführen, wobei alle Teile, bis auf den vom Netz gespeisten Priinärteil; nach Art
der Käfiganker gebaut werden können.
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In Fig. 2,:2a bzw. 4 und 4a sind zwei Ausführtingsbeispiele der Erfindung.
dargestellt. In Fig. 2 bedeutet Ml die Hilfsmaschine, M; den Anzeigemotor, K die
Spitzenkupplung mit dem Übersetzungsgetriebe G, S die Schleifringe zur Stromzuführung
in den rotierenden, gewickelten Primäranker von Ml. Der " Stator (Sekundärteil)
von M, hat mit dem Srator (Primärteil) von M, eine gemeirsaine Käfigwicklung. Ebenfalls
hat der Sekundärteil von N12 eine Käfigwicklung. Dieser Sekundärteil wird durch
eine Feder F an der freien Umdrehung gehindert, so d'aß der Zelter Z. nur um einen
dem Anzugsmoment entsprechenden Winkel ausschläft. An dein Apparat befindet sich
noch-ein Ein- bz-,v. Ausschalter .? für den zugeführten Strom von de- Netzfrequenz,
der es gestattet, den Strom bloß für den kurzen Moment der Ablesung an der kaia
B einzuschalten. An Stelle des Ausschalter.; kann auch ein Umschalter verwendet
werden, der es ermöglicht, die Drehrichtung des i'rimärfeldes der Hilfsmaschine
der - Drehrichmng des Hauptmotors anzupassen..
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Fig.2a zeigt das Schaltungsschema der Anordnung. Es bedeutet dort
N das Dreiphasennetz, T einen Transformator, U einen Umscl@alLer (in
Fig. 2 ist ein Ausschalter gezeichnet), S die Schleifringe mit den Stromzuführungsbürsten
b, b, b, Rl den Primärteil (Rotor) von M., St, den Sekundärteil (Statur)
von hl" St, den Primärteil (Statur) von M2, R2 den Sekundärteil (Rotor) von
2142 ; F ist wieder die Feder-, Z der Zeiger wie in Fig. 2. Wird dem
Rotor R,. Strom der vollen l\Tetzfre@juenz w1 zugeführt und der Rotor durch die
Spitzenkupplung K auf synchrone Umdrehungszahl iisyn. ^
gebracht; wo p die Zahl der Polpaare der Hilfsmaschine bedeutet, dann ist die Frequenz
w2 im Stromkreis St,-St, gleich Null. Die Polzahl bzw. das Übeisetzungsverhältnis
des Getriebes ist nun so zu wählen, daß der synchronen Umdrehungszahl des Hauptmotors
auch die synchrone I Umdrehungszahl der Hilfsmaschine entspricht. Dann wird eine
;'inderung der Umdrehungszahl des Hauptmotors eine proportionale Änderung der Umdrehungszahl
der gekuppelten Hilfsmaschine im Gefolge haben, so daß die Frequenz a.2 in jedem
Momente gleich der Schlüpffrequenz des Hauptmotors ist. Ist aber ein Schlupf vorhanden,
dann wird bei der beschriebenen Anordnung-dem Moi or M2 eine mit u,. proportionale
Spannung zugeführt und er entwickelt ein mit dieser proportionales Drehmoment, so
daß wir am Zeigerausschlag die Größe der Frequenz w, unmittelbar ablesen können.
Bei außerordentlich kleinen. Werten der Schlüpfung aber ist das Drehmoment des Anzeige,n.,tors
ebenfalls sehr klein, so daß die Genauigkeit des Ausschlages eine geringe wird und
die Able:ung unzuverlässige Werte ergibt. Da es nun aber in vielen Fällen gerade
auf die größte Genauigkeit bei ganz kleinen Werten der Schlüpfutig ankommt, empfiehlt
es sich; die synchrone Umdrehungszahl der Hilfsmaschine etwas höher zu legen als
die synchrone Umdrehungszahl des Hauptmotors, so daß denL Synchronismus der Hauptmaschine
schon eine gewisse Schlüpfung der Hilfsmaschine entspricht. Das beim Schlupf 0 des
Hauptmotors dann bereits .im Anzeige-Motor vorhandene Drehmomtnt wäre durch die
Feder F zu kompensieren und so der Zeiger Z auf den Nullwert der Skala einzustellen.
jetzt wird der Zeiger Z jede Abweichung des Hauptmotors von seiner synchronen Tourenzahl
mit großer Präzision anzeigen, da das Drehmoment gegenüber den Störungsmomenten
(Reibung, Hysterisis usw.) .groß ist. In einfachster Weise läßt sich die Verschiebung
der beiden Synchronismen gegeneinander durch das Übersetzungsgetriebe erreichen,
wenn, wie beispielsweise in Fig.3 angcgeben ist, für den Antrieb der Hilfsmaschine.
Übersetzungen gewählt werden, die von dein Verhältnis
um einen gewissen Prozentsatz abweichen, wenn p2 die Polzahl der Hilfsmaschine,
Q, die Polzahl des Hauptmotors bedeutet.
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In: Fig. 3 ist angenommen, die Hilfsma:,chine besäße 8 Pole; ihr sei
das Zahnrad A mit z. B. 49 Zähnen zugeordnet. Besitzt nun auch der Hauptmotor 8
Pole, dann Wird die Kupplungsspitze K auf Zahnrad B mit r.ur 48 Zähnen. aufgesteckt.
Entsprechend bei 6 Polen des Hauptmotors auf Zahnrad C mit 36 Zähnen, bei 4 Polen
des Hauptmotors auf Zahnrad D mit 24 Zähnen, bei 2 Polen des Hauptmotors auf Zahnrad
E mit 12- Zährien. In dieser Weise wird in diesen Fällen der Synchronismus der Hilfsmaschine
nicht erreicht sein, wenn die Spitzenkupplung mit der synchronen Umdrehungszahl
des Hauptmotors läuft. Die (nennen wir sie) Vorschlüpfung der Hilfsmaschine beträgt
im beschriebenen Falle bereits
Prozent = 2,05 Prozent. In Fig. i entspricht dieser Schlüpfung bei der Kurve IV
bereits ein erhebliches Drehmoment, welches durch die Feder F zu kompensieren ist,.so
daß als
Ausgangslage der Punkt o1 zu gelten hat. Zieht man durch
o1 Koordinaten y1 parallel zu y und x1 parallel zu x, dann gibt x' -
die Schlüpfung
des Hauptmotors, y1 das zugehörige Drehmoment an, welches die Einstellung des Zeigers
bewirkt. Bei dieser Anordnung ist es auch möglich, den Ungleichförmigkeitsgrad von
Synchronmaschinen zu nennen, d. h. ihre Pendelung um die synchrone Geschwindigkeit
herum. Die Verzögerung wird einen Ausschlag des Zeigers Z vom Nullpunkt in der einen
Richtung, die Beschleunigung einen Ausszhlag in der andern Richtung hervorrufen.
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So angewendet wird sich der Schlupfmesser auch bei der Parallelschaltung
synchroner.Generatoren gut bewähren, da er mit `großer Schärfe die Gleichheit oder
Ungleichheit der Umdrehungszahlen der Maschinen zu beobachten gestattet. Auch die
automatische Parallelschaltung von zwei Synchronmaschinen ist leicht mittels zweier
solcher Schlupfmesser zu erreichen, wenn man beim gleichzeitigen Synchronismusanzeigen
der beiden, Schlupfmesser durch ihre Zeiger einen Stromkreis schließen läßt, welcher
das die Parallelschaltung der Generatoren bewirkende Schaltrelais betätigt. Für
die Berücksichtigung der Phasenrichtung der Generatorspannungen muß hierbei jedoch
eine besondere Vorrichtung vorgesehen werden.
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Fig. q veranschaulicht eine besondere Ausführungsform des Schlupfmessers,
bei der an Stelle einer Hilfsmaschine gewöhnlicher Bau-, art eine Kaskade von zwei
Maschinen verwendet wird. Hier kommen. Schleifringe und Bürsten vollständig in Wegfall.
Es bedeutet 2,11 den Vordermotor der Kaskade, M, den Hintermotor der Kaskade, M3
den Anzeigemotor. .Nur der Primärteil (Ständer) von Ml hat eine Phasenwicklung,
während der Sekundärteil (Rotor) von Ml und der Primärteil (Rotor) von IN= einerseits,
der Sekundärteil (Ständer) von M. und der Primärteil (Ständer) von lieh anderseits
j e eine gemeinsame Käfigwicklung erhalten. Auch der Sekundärteil (Rotor) von M3
kann eine Käfigwicklung erhalten, aber auch in der Form ausgeführt sein, daß -er
als drehbarer Teil lediglich einen Metallzylinder oder eine Metallscheibe erhält,
wobei man zur Erzielung eines kleinen Gewichtes als Metall am besten Aluminium verwendet.
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Das Schaltungsbild ist durch Fig. q.a erläutert. Die Bezeichnungen.
sind analog denen in Fig. 2a gewählt, nur beziehen sich die Indizes Z auf den Hintermotor
der Hilfsmaschine, die Indizes 3 auf den Anzeigenrotor.
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Es ist nicht unbedingt erforderlich,.daß der Anzeigenrotor mit der
Hilfsmaschine -ein gemeinsames Gehäuse erhält, es kann auch der Anzeigemotor ein
besonderer unabhängiger Teil sein, dem der Strom durch Leitungen zugeführt wird.