-
Schreibender Frequenzmesser Unter den zahlreichen Verfahren, die man
für die Messung der Frequenz des technischen Wechselstromes verwendet, haben vornehmlich
die Zungenfrequenzmesser Verbreitung gefunden. Diese Geräte bieten zwar den Vorzug
hoher Genauigkeit, haben aber doch eine Reihe von Nachteilen. Darunter ist die Schwierigkeit
der Ablesung von Zwischenwerten zu rechnen sowie,die Empfindlichkeit gegen taktmäßige
Erschütterungen. Auch macht die Anbringung von Kontakten Schwierigkeiten.
-
Zur Vermeidung dieser Nachteile, zu denen noch die Unmöglichkeit einer
Registrierung kommt, sind bereits die mannigfaltigsten Vorschläge für Zeigerinstrumente
bekanntgeworden. Diesen Zeigerinstrumenten haften jedoch in mehr oder weniger starkem
Grade eine Reihe von Nachteilen an, z. B. Empfindlichkeit gegen Spannungsschwankungen,
gegen Änderungen der Kurvenform und gegen Schwankungen der Temperatur.
-
Man hat nun bereits vorgeschlagen, die Frequenz durch einen Synchronmotor
zu ermitteln. Das bekannte Verfahren arbeitet in der Weise, daß ein Synchronmotor
mit größerer Schwungmasse seine Drehzahl bei kurzzeitigen Frequenzänderungen beibehält,
so daß man aus der veränderten Stromentnahme des Motors auf Frequenzschwankungen
schließen kann. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nur zur Feststellung-ganz kurzzeitiger
Schwankungen, weil bei einer dauernden Änderung der Frequenz der Synchronmotor trotz
seiner Schwungmasse sehr bald eine neue Drehzahl annimmt, welche der geänderten
Frequenz entspricht.
-
Die erwähnten Nachteile werden bei der Einrichtung gemäß der Erfindung
vermieden. Sie betrifft ebenfalls einen schreibenden Frequenzmesser mit Synchronmotor,
aber sie beruht auf einem wesentlich anderen Gedanken; die Erfindung besteht nämlich
darin, daß zur Bestimmung der Frequenz der Motor nur während bestimmter gleicher
Zeitabschnitte, welche durch eine Kontaktvorrichtung hergestellt werden, derart
auf das Schreibwerk einwirkt, daß der Frequenzwert durch einen je nach der Frequenz
längeren oder kürzeren Ouerstrich auf dem Schreibstreifen dargestellt wird. Der
Erfindungsgegenstand soll an Hand der Abb. i näher erläutert werden. i ist ein beliebiges
Kontaktorgan, vorzugsweise eine Kontaktuhr, welches einen Kontakt von genau bestimmter
Dauer herstellt. 2 ist ein kleiner Synchronmotor, und zwar vorzugsweise ein Warrenmotor
mit ganz kurzer genau bestimmter Anlaufzeit. Dieser Motor treibt über ein Getriebe
3 eine Achse q., auf der ein Mitnehmer 5 befestigt ist. Nach einem bestimmten Drehwinkel
nimmt der Mitnehmer 5 den Schreibarm 6 mit- der Feder 7 mit. Die Feder 7 zeichnet
die Meßwerte auf dem Schreibstreifen 8 auf. Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen:
Der Wechselstrom, dessen Frequenz zu messen ist, wird über das Kontaktorgan i dem
Synchronmotor :2 zugeführt. Wird der Kontakt bei i geschlossen, so beginnt der Synchronmotor
zu laufen; wird der Kontakt
unterbrochen, so kehrt die Achse q.
durch irgendeine Rückstellvorrichtung 9 in ihre Grundstellung zurück, in der der
Mitnehmer 5 an dem Anschlag io anliegt, während in der Grundstellung der Schreibarm
6 durch eine Feder 1.2 an dem Anschlag ii anliegt.- Je nach der Frequenz des zu
messenden Stromes macht während der Kontaktzeit der Motor eine bestimmte, nicht
zu kleine Anzahl von Umdrehungen. Nach einer gewissen Zeit nimmt dann der Mitnehmer
5 den Schreibarm 6 mit, so daß die Feder 7 auf dem Schreibstreifen 8 einen Strich
zu zeichnen beginnt. Beim Unterbrechen des Kontaktes kehrt die Feder wieder in ihre
Grundstellung zurück. Der Schreibstreifen bietet also das Bild der Abb. 2. Da die
Drehzahl des Motors nur von der Frequenz des Stromes abhängt, dagegen durch Spannungs-
oder Temperaturschwankungen oder durch Änderungen der Kurvenform nicht beeinflußt
wird, zeichnet die Feder 7 einen kürzeren oder längeren Strich auf den Schreibstreifen
auf, der ein genaues Maß für:die Frequenz ist. Die Verbindungslinie der Enden der
dicht aufeinanderfolgenden Striche, die zwar nicht ausgezogen_ ist, sich dem Beschauer
aber sofort darstellt, ergibt dann den Verlauf der Frequenzkurve.
-
Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß man durch die Wahl des Übersetzungsverhältnisses
im Getriebe sowie durch Änderung des Winkels zwischen Mitnehmer und Schreibarm die
Teilung des Schreibstreifens weitgehend beeinflussen kann. Vorzugsweise kann man
einen Bereich herausgreifen, der besonders wichtig ist, und ihn mit unterdrücktem
Nullpunkt vergrößert darstellen. Bildet man das Getriebe als Wechselgetriebe aus,
so erhält man mehrere Meßbereiche.
-
Besondere Wichtigkeit beansprucht diese Art der Frequenzmessung für
Drehstrom-Gleichstrom-Umformer mit Asynchronmotor und Pufferschwungrad für Leonhardschaltung,
wie sie unter anderem in Walzwerken verwendet werden. Bei derartigen Umformern kommt
es darauf an, daß nicht durch zu rasch aufeinanderfolgende Belastungen der Energievorrat
im Schwungrad zu weit aufgezehrt wird. Um nun jederzeit einen Überblick über den
Aufladezustand des Schwungrades. zu haben, schließt man den vorbeschriebenen schreibenden
Frequenzmesser an die Rotorwicklung des Asynchrontriebmotors an und mißt die Schlupffrequenz.
Je kleiner die Drehzahl des Motors und des Schwungrades, also je höher die Schlupffrequenz
ist, desto größer wird bei gleicher Kontaktdauer der Drehweg der Welle q. und desto
länger wird der von der Feder 7 geschriebene Strich. Sehr leicht läßt sich damit
eine Warneinrichtung verbinden, indem man den Schreibarm 6 zur Kontaktgabe benutzt.
Nimmt die Schlupffrequenz übermäßig zu, d. h. sinkt der Energievorrat im Schwungrad
zu weit herab, so bewegt sich der Schreibarm 6 mit der Feder 7 über die ganze Breite
des Schreibstreifens herüber bis an das jenseitige Ende und schließt dort den Kontakt
13.
Dadurch wird eine Warneinrichtung ausgelöst, welche die Bedienungsmannschaft
darauf aufmerksam macht, daß eine weitere Beanspruchung des Umformers zur Zeit unzulässig
ist, daß vielmehr zunächst gewartet werden muß, bis die Drehzahl des Schwungrades
wieder hinreichend gestiegen ist.
-
Ebenso findet der beschriebene Frequenzmesser Verwendung für Pufferumformer
bei elektrischen Fördermaschinen. Bei diesen Umformern kann nicht nur eine zu starke
Energieabnahme im Schwungrad auftreten, sondern beim Einhängen von Lasten besteht
die Gefahr, daß durch die Rückstromlieferung der Umformer unzulässig, d. h. über
die synchrone Drehzahl hinaus, beschleunigt wird. In diesem Fall wird man den Motor
2 zweiphasig an den Läufer des Asynchrontriebwerkes anschließen. Die Wirkungsweise
bei fallender Drehzahl des Umformers bleibt wie vorbeschrieben. Beschleunigt sich
aber der Umformer auf die synchrone Drehzahl, so wird die Schlupffrequenz gleich
Null und beim Einschalten durch die Kontakteinrichtung i bleibt der Motor in Ruhe.
Steigt die Drehzahl noch höher, so wird der Schlupf negativ, und beim Einschalten
der Kontakteinrichtung i beginnt der Motor sich rückwärts zudrehen. Dabei wird der
zweckmäßig federnd gelagerte Anschlag io überwunden und der rückwärts laufende Mitnehmer
5 schließt einen Gefahrkontaktiq., durch den der ganze Umformer abgeschaltet wird.
-
Durch das zur Verfügung stehende Drehmoment des Motors, welches dasjenige
von Meßgeräten um ein Vielfaches übertrifft, ist stets eine sichere Kontaktgabe
gewährleistet.
-
Die beschriebene Anordnung ist zwar für die genannten Zwecke der Kontaktgabe
vollständig genau genug, da es nicht darauf ankommt, ob der Kontakt bei einer Frequenz
geschlossen wird, die von der Nennfrequenz für die Kontaktgabe etwas abweicht. Den
höchsten Ansprüchen an Meßgenauigkeit entspricht das Verfahren jedoch nicht, und
zwar im wesentlichen deshalb nicht, weil in den Anlaufverhältnissen des -Motors
eine gewisse Unsicherheit steckt. Man kann diese Unsicherheit beseitigen und damit
ein außerordentlich genaues Gerät schaffen, wenn man den Motor ständig durchlaufen
läßt und von der Kontakteinrichtung nur eine Kupplung einschaltet, die-den Motor
für eine bestimmte Zeit mit der Schreibfeder kuppelt.
Die Erfindung
arbeitet dann nach Abb. 3 folgendermaßen Der ständig umlaufende Motor 2o treibt
über ein Getriebe 21 die Welle 23. Auf dieser Welle ist eine magnetische Kupplung
24. angebracht, die ihren Strom über zwei Schleifringe 25 und 26 von der Kontakteinrichtung
27 erhält. Koaxial zur Welle 23 ist die Welle 28 angeordnet, die die Gegenkupplung
29 trägt. Die übrige Einrichtung entspricht der Abb. i. Die Wirkungsweise ist dann
folgendermaßen: Der Wechselstrom, dessen Frequenz zu messen ist, wird dem ständig
laufenden Motor 2o zugeführt. Die Kontakteinrichtung 27 sendet Stromstöße von genau
bestimmter Dauer aus, welche durch die Kupplung 24 die Welle 28 mit der Welle 23
kuppeln. Der Motor.2o läuft genau entsprechend der zu messenden Frequenz, wie schon
näher ausgeführt. Durch das Ankuppeln des leichten Schreibzeuges wird seine Drehzahl
nicht beeinflußt, da außer dem Schwungmoment des Ankers auch noch das Schwungmoment
der Kupplung 24 auf die Erhaltung der Drehzahl einwirkt:- Die magnetische Kupplung
erweist sich deshalb als besonders günstig, weil keine mechanischen, dem Verschleiß
ausgesetzten Glieder in Eingriff zu bringen sind und auch keine mechanische Verzögerung
in den Kupplungsvorgang hineingebracht werden kann. Der in der Kontakteinrichtung27
ausgesandte Stromstoß bewirkt vielmehr trägheitslos ein Kuppeln der beiden Wellen.
-
Je nach der Ausgestaltung der Kupplung kann es auch vorteilhaft sein,
die Kupplung bereits zwischen Motor 2o und Getriebe 21 einzuschalten, da dann kleine
Winkelfehler beim Kuppelvorgang nur entsprechend der Übersetzung ins Langsame im
Getriebe in das Meßergebnis eingehen. Diese Anordnung wird man jedoch nur in Ausnahmefällen
verwenden, da in diesem Falle beim Kuppeln das Getriebe mit beschleunigt werden
muß.
-
Will man bei dieser Ausführung Kontakte betätigen, so steht dem natürlich
nichts im Wege. Man hat dann den Vorteil, daß die, Kontakte mit größter Genauigkeit
ansprechen. Statt Signal- und Abschalteinrichtungen können auch irgendwelche Regelvorgänge
durch die Kontakte eingeleitet werden.
-
In vielen Fällen will man außer der schriftlichen Aufzeichnung, etwa
im Büro des Betriebsleiters, auch noch eine übersichtliche Anzeige des jeweiligen
Wertes der Frequenz haben, beispielsweise für den Maschinenwärter, der einen Stromerzeuger
zu bedienen hat. In diesem Falle bringt man auf der Welle q. (Abb. i) einen Widerstand
30, zweckmäßig in Form der an sich bekannten Fernsender, an. Auf diesem Widerstand
schleift eine Bürste 3 i. Fernsender und Schleifbürste sind in an sich bekannter
Weise mit einem Kreuzspulohmmeter 32 verbunden, dessen Skala in Frequenzwerten ausgeteilt
ist. Das Kontaktorgan i wird dann so ausgebildet, daß es einen Gleichstrom in dem
Augenblick der Abschaltung des Motors 2 für einen kurzen Augenblick auf den Fernsender
und das Kreuzspulohmmeter schaltet. Durch diesen Stromstoß wird das Kreuzspulohmmeter
auf den: Wert eingestellt, welcher der Stellung der Schleifbürste 3 1 auf
-dem Widerstand 30 und somit dem Umkehrpunkt der Feder 7 auf dem Schreibstreifen
8, also der zu messenden Frequenz, entspricht. Da der Stromstoß nur ganz kurzzeitig
andauert, nämlich nur so lange, wie sich die Feder an ihrem Umkehrpunkt -befindet,
kann die Stromstärke ein Vielfaches von dem im dauernden Betrieb zulässigen Werte
betragen. Eine sichere und exakte Einstellung des Meßgerätes 32 auf den jeweils
richtigen Wert ist damit gewährleistet.