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Schlupfmeßgerät Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Messen
der Schlüpfung einer Netzfrequenz gegenüber der Grundfrequenz oder einer harmonischen
Oberschwingung eines anderen Netzes. Dasselbe Gerät kann auch dazu dienen, den Schlupf
(Drehzahldifferenz) zwischen zwei Wellen verschiedener Drehzahl. zu messen. An Stelle
der Anzeige des Meßwertes kann das Gerät auch als Relais dienen, z. B. zur Betätigung
eines Kontaktes bei Über- oder Unterschreitung eines bestimmten Schlupfwertes.
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Es sind bereits Meßinstrumente bekannt, welche dazu dienen, den Schlupf
eines Asynchronmotors zu messen. Sie bestehen allgemein aus einer rotierenden -Wicklung,
welche von dem zu prüfenden Asynchronmotor mit dessen Drehzahl angetrieben wird,
wobei das in der Wicklung erzeugte Drehfeld mit Schlupffrequenz umläuft und auf
eine als Meßinstrument ausgebildete Metalltrommel mit Gegenfeder ein Drehmoment
,ausübt oder auch in einer feststehenden Einp'hasenwicklung die Schlupfspannung
erzeugt und diese einem 'besonderen Meßinstrument zuführt. Bekannt sind außerdem
Meßgeräte zur Bestimmung des Schlupfes zwischen zwei Drehzahlen. Sie beruhen meist
auf der Differenzbildung zweier Anzeigewerte der betreffenden Drehzahlen. So ist
die -Differenzspannung zweier Gleichstromtachometerdynamos, welche mit den zu vergleichenden
Drehzahlen angetrieben werden, dem Schlupf der 'beiden Drehzahlen proportional.
Man kann ferner mit Hilfe eines Differentialgetriebes die Differenz der Drehzahlen
direkt bilden und durch ein Tachometer zur Anzeige bringen. Diese und andere bekannte
Einrichtungen haben gegenüber der im folgenden beschriebenen Erfindung den Nachteil
geringerer Genauigkeit oder größerer Empfindlichkeit.
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Erfindungsgemäß wird eine direkte. Anzeige des Schlupfwertes fi-f2
zweier Ein- oder Mehrphasenfrequenzen f1 und f2 erreicht durch die Vereinigung der
bekannten Anordnung eines Periodenumformers und eines Instrumentes zur Messung von
Mehrphasen.-leistungen mit einem Synchronmotor in einem Gerät. Der Drehsinn der
Bewegung der Erregerwicklung muß dabei dem Drehsinn des in ihr mit der Frequenz
f i kreisenden Drehfeldes @entgegengesetzt sein, so daß bei Synchronismus zwischen
f1 und f2 (Schlupf o) das Drehfeld j l. gegenüber der zu induzierenden Mehrphasenwicklung
stillsteht, also in ihr keine Spannung erzeugt. Ob, die Anordnung so getroffen wird,
daß die induzierende, mit f1 gespeiste Wicklung stillsteht und die induzierte, die
Schlupffrequenz führende Mehrphasenwicklung mit der Frequenz f2 rotiert, oder ob
die induzierende Wicklung mit der Frequenz f 2 rotiert und die induzierte Wicklung
feststeht, ist dabei gleichgültig. Wesentlich ist dagegen, daß die induzierte Wicklung
eine Mehrphasenwicklung ist, weil nur eine (symmetrische) Mehrphasenleistung unabhängig
von der Frequenz konstant ist. Würde man dagegen nur eine einphasige Wicklung anwenden,
so würde die in ihr erzeugte Einphasenleistung zu einer im Takt
des
Schlupfes schwankenden Anzeige führen, da jede Einpbasenleistung im Gegensatz zur
Mehrphasenleistung periodisch schwankt.
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Soll nicht der Schlupf zwischen der Frequenz f l, und der Frequenz
12, sondern der zwischen der Frequenz f1 und der . Frequenz a./2 gemessen werden,
so muß die rotierende Wicklung die Drehzahl ,n . f 2 @er-. halten. So interessiert
vielfach der Schlupf zwischen der dreifachen Einphasenfrequenz (1a # f2=
3 # 162g Perioden) eines Bahnnetzes und der Frequenz eines damit gekuppelten
Drehstromnetzes (fl=5o Perioden). In diesem Falle muß die rotierende Wicklung mit
der dreifachen. Einphasendrehzahl angetrieben werden, sei es durch ein überse-tzungsgetriebe
i : 3' oder etwa durch einen Einphasensynchronmotor, dessen Polpaarzahl 1/a der
Polpaarzahl der induzierenden Drehstromwicklung beträgt, oder durch einen Drehstromsynchronmotor,
dessen Polpaarzahl das Dreifache der Polpaarzahl der induzierenden Einphasenwicklung
beträgt.
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Soll der mechanische Schlupf zweier Wellen gemessen werden, so kann
man je einen kleinen Synchrongenerator durch jede Welle antreiben lassen und den
Schlupf der erzeugten Frequenzen in der beschriebenen Weise messen.
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Was das Meßinstrument selbst betrifft, so kann es nach irgendeinem
zur Messung von Mehrphasenleistungen bekannten Prinzip gebaut werden. So kann z.
B. die in der Mehrphasenwicklung induzierte Leistung in einem Mehrphasenwiderstand
in Wärme umgesetzt werden und der Schlupfwert nach der erzeugten Wärme (z. B. auf
Grund der Wärmeausdehnung oder mit Hilfe eines Thermdelementes) bestimmt werden.
Man kann ferner die induzierte Mehrpbasenleistung in mechanisches Drehmoment umsetzen,
indem das Instrument nach Art eines Mehrphaseninduktionsmotors eine feststehende
Mehrphasenwicklung erhält, welche mit der erzeugten Mehrpbasenleistung gespeist
wird. Im Felde dieser Wicklung befindet sich ein beweglicher Anker mit Kurzscblußwicklung
(z. B. Kupferzylinder). Der Anker, an dem man. den Zeiger des Meßinstrumentes anbringen
wird, muß mit Hilfe von Feder oder Ctewicht dem erzeugt Drehmoment Drehmoment das
Gleichgewicht halten.
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Endlich kann man gewöhnliche Voltrneter-(Amperemeier-) Systeme für
Wechselstrom, deren Drehmomente auf geeignete Weise mechanisch addiert werden (z.
B. dadurch, daß man sie auf die gleiche Achse setzt, vgl. Abbildung), je durch eine
Phase der erzeugten Mehrphasenleistung speisen..
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Schließlich kann man die induzierte Wick-Lung kurzschließen und derart
drehbar anordnen, daß sie selbst bereits den beweg,-lichen -Teileines Meßinstrumentes
bildet. Sie wird alsdann mit Zeiger verseben und einer Gegenfeder, welche dem erzeugten
Drehmoment das Gleichgewicht hält.
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Als Ausführungsbeispiel eines Schlupfmeßgerätes ist eine Anordnung
zur Messung des Schlupfes zwischen der dreifachen Periodenzahl (3.f2) eines Einphas@enwechs#elstrdm,-netzes
von 162/,3 Perioden Normalfrequenz und der Periodenzahl (il) eines Drehstromnetzes
vbn 5o Perioden Normalfrequenz an Hand der Abbildung beschrieben. Ein synchronisierter
Einphastninduktionsmotor I wird im Ständer vom Einphasennetz mit 162/s Perioden
gespeist. Die Polpaarzahl seines Ständers ist die dreifache derjenigen des Läufers
von Maschine II. Letztere wird von Maschine "I angetrieben. Ihr Läufer hat eine
Drehstromwicklung und wird aus dem 5operlodischen (J2) Drehstromnetz über Schleifringe
gespeist. Der Läufer induziert in. der feststehenden Zweiphasenwicklung die Schlupffrequenz
f1-12. Diese Schlupffrequenz wird den beiden Weich eisensystemen (Solenoide) des
Meßinstrumentes zugeführt. Der Zugkraft dieser beiden Systeme hält eine Gegenfeder
das Gleichgewicht. Die Skala des Instrumentes kann nach dem Scblupfwert f1-12 geeicht
werden.
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Ersetzt man die mit der Frequenz f2 synchrone Relativgeschwindigkeit
der induzierenden- Spule gegen die induzierte durch eine konstante Drehgeschwindigkeit,
also "durch eine Art Uhrwerk, so gibt die gemessene Schlupffrequenz die Abweichung
der zu bestimmenden Frequenz f1 von dem durch das Uhrwerk eingehaltenen Normalwert
au. Beispielsweise wäre in der Abbildung der Einpbasenmotor I durch ein Uhrwerk
zu ersetzen, dessen Drehzahl der Periodenzahl 5o entspricht. In dem Fall, daß die
Frequenz f l 5o Perioden beträgt, ist der erzeugte Schlupf o. Ist il größer, z.
B. 52, so ist der erzeugte Schlupf + z, ist sie kleiner, z. B. 48, so ist der erzeugte
Schlupf - 2. Zur Anzeige braucht 1 man hier ein Meßinstrument mit beiderseitigem
Ausschlag. 'Man kann hierzu die obererwähnte Ausführung nach Art eines Mehrphaseninduktionsmotors
mit Kurzschlußanker verwenden und wird den Nullpunkt zweck- 1 mäßigerweise in die
Mitte der Skala legen. Die Skala, selbst kann dann nach der Frequenz f l geeicht
werden.