DE645991C - Anordnung zur Bestimmung geringer Umlaufsgeschwindigkeiten von Organen, insbesondere zur Synchronisierung von Wechselstromerzeugern - Google Patents

Description

Es sind Einrichtungen zur Fernübertragung der Umlaufsgeschwindigkeit rotierender Teile bekanntgeworden, bei welchen am Empfangsort der Speisestrom eines am Sendeort aufgestellten Motors gemessen wird, dessen Anker mit Hilfe umlaufender Kontakte auf die Geschwindigkeit des Gliedes gebracht wird, dessen Geschwindigkeit angezeigt werden soll. Bei der bekannten Einrichtung ergeben sich Schwierigkeiten, sobald die zu übertragende Drehgeschwindigkeit sehr gering wird, wie dies der Fall ist, wenn das umlaufende . Glied seine Drehrichtung umkehrt. Der Grund hierfür liegt darin, daß der das Vergleichsorgan antreibende Motor bei geringen Umlaufsgeschwindigkeiten nur in verhältnismäßig großen Zeitabständen einen kurzen Stromstoß erhält, so daß' der Zeiger des den Motorstrom messenden Instrumentes in Pendelungen gerät. Die erwähnten Nachteile bei der Bestimmung geringer Umlaufsgeschwindigkeiten werden gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß ein vorzugsweise auf konstante Geschwindigkeit gebrachtes Abtastorgan periodisch seine Drehrichtung umkehrt und die Drehrichtungsumkehr in zwei bestimmten Endlagen gegenüber dem umlaufenden Organ eingeleitet wird und daß während der Dauer der Vorwärtsbewegung des Abtastorganes ein bestimmter Strom durch ein Meßgerät, Relais oder Motor in dem einen, während der Rückwärtsbewegung in dem anderen Sinne gesandt wird. Die beschriebene Anordnung kann beispielsweise für die Zwecke der Synchronisierung von Wechselstromquellen angewendet werden. In diesem Falle wird die Anordnung gemäß der Erfindung dazu benutzt, die Drehzahl eines entsprechend der Frequenzdifferenz umlaufenden Gliedes anzuzeigen bzw. Regel- oder Schaltvorgänge auszulösen. Die Differenzdrehzahl kann beispielsweise mit Hilfe eines Differentialgetriebes erzeugt werden, dessen Sonnenräder von Synchronmotoren angetrieben werden, von welchen der eine an das eine, der andere an das andere Netz angeschlossen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abb. 1 dargestellt. Es sei angenommen, daß die Frequenzdifferenz zwischen zwei Wechselstromnetzen angezeigt werden soll. Mit dem einen Netz ist der Synchronmotor ι, mit dem anderen Netz der Synchronmotor 2 verbunden. Mit Hilfe des Differentialgetriebes 3 wird in an sich bekannter Weise die Differenzdrehzahl gebildet. Die Welle 4, deren Drehzahl der Frequenzdifferenz nach Größe und Richtung entspricht, treibt das umlaufende Organ 5 an. Mit 6 ist ein Abtastorgan bezeichnet, welches

*). Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Erich Dahnken in Berlin-Charlottenburg.

das umlaufende Organ 5 gabelförmig umfaßt. Das Abtastorgan wird von dem Motor 7 über die magnetischen Kupplungen 8 und 9 und das Zahnradgetriebe 10 angetrieben. Die Ein-S richtung ist so getroffen, daß bei der Er?^; regung der einen Kupplung das Abtastorgaiv. in der einen, bei der Erregung der anderen^ Kupplung in der anderen Richtung bewegt wird. 11 ist ein polarisiertes Relais, dessen Wicklung einerseits an den Nullpunkt der Batterie 12 und andererseits mit den Kontakten 13 und 14 des umlaufenden Organes 5 verbunden ist. Die den Kontakten 13 und 14 gegenüberstehenden Kontakte 15 und 16 des Abtastorganes 6 sind über Schleifringe mit dem Plus- bzw. Minuspol der Batterie 12 verbunden. Das Relais 11 schaltet mit Hilfe der Kontakte 17 und 18 abwechselnd die magnetische Kupplung 8 und 9 ein. Mit Hilfe der ao Kontakte 19 und 20 verbindet dieses Relais abwechselnd den einen Pol des Meßinstrumentes 21 mit dem Plus- und Minuspol der Batterie'12.

Die beschriebene Einrichtung wirkt in folgender Weise:

Es sei angenommen, daß eine gewisse Differenz zwischen den Drehgeschwindigkeiten der Anker der Motoren 1 und 2 vorhanden ist, so daß das umlaufende Organ 5 mit einer dieser Differenz entsprechenden Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles 22 umläuft. In der dargestellten Lage des Ankers des Relais 11 erhält die Wicklung der magnetischen Kupplung 9 Strom. Es sei angenommen, daß in diesem Falle das Abtastorgan 6 ebenfalls in Richtung des Pfeiles 22 in Bewegung gesetzt wird. Da die Umlaufsgeschwindigkeit des Abtastorganes 6 innerhalb des Meßbereiches größer ist als die des Organes 5, so holt der Kontakt 16 nach einer bestimmten Zeit den Kontakt 14 ein und kommt mit ihm in Berührung. Dadurch wird der Minuspol der Batterie 12 an die Wicklung des Relais 11 angeschlossen, so daß dieses seinen Anker umlegt. Dadurch wird der Kontakt 17 geöffnet und der Kontakt 18 geschlossen. Durch das Schließen des Kontaktes 18 erhält die Wicklung der Magnetkupplung 8 Strom, so daß das Abtastorgan 6 nun über diese Kupplung in umgekehrter Drehrichtung angetrieben wird. Da das Abtastorgan 6 nun entgegen dem Abtastorgan 5 läuft, so werden die Kontakte 14, 16 geöffnet und der Kontakt 15 bewegt sich gegen den Kontakt 13. Durch das Schließen der Kontakte 13, 15 wird der Anker des Relais 11 wieder in die dargestellte Lage gelegt, so daß die Magnetkupplung 8 entregt und die Magnetkupplung 9 erregt wird. Das Abtastorgan 6 wird dann wieder in Richtung des Pfeiles 22 angetrieben. Dadurch werden die Kontakte 13, 15 geöffnet. Nach einer bestimmten Zeit, die von der Umlaufsgeschwindigkeit des Armes 5 abhängt, werden wieder die Kontakte 14 und 16 geschlossen. Es ^wjßderholt sich dann das im vorstehenden {■beschriebene Spiel. Eine einfache Überlegung zeigt, daß die Zeit, die zwischen dem Öffnen der Kontakte 13 und 15 bis zum Schließen der Kontakte 15 und 16 liegt, größer ist als die Zeitdauer, die zwischen dem öffnen der Kontakte 15 und 16 und dem Schließen der Kontakte 13, 15 liegt, denn in dem einen Fall läuft das Abtastorgan in Richtung, in dem anderen Fall entgegen der Richtung des Organes 5. Das Verhältnis der Zeiten, welche zum Durchlaufen des Abstandes zwischen den Kontakten 15 und 16 in der einen und der anderen Richtung erforderlich sind, ist unmittelbar ein Maß für die Umlaufsgeschwindigkeit des umlaufenden Organes 5. Wenn dieses Organ stillsteht, so sind beide Zeiten gleich, d. h. das Verhältnis der beiden Zeiten ist eins. Zur Anzeige des erwähnten Zeitverhältnisses dient das Meßgerät 21, welches mit Hilfe der Kontakte 19 und 20 abwechselnd an den Plus- und an den Minuspol der Batterie 12 gelegt wird. Die Schaltzeitpunkte fallen mit dem Wechsel der Drehrichtung des Abtastorganes 6 zusammen, weil die Kontakte 19 und 20 vom Relais 17 gesteuert werden, welches mit Hilfe der magnetischen Kupplung 8 und 9 diesen Drehrichtungswechsel veranlaßt. Der Strom, der durch das Anzeigeinstrument 21 fließt, ist in Abb. 2 dargestellt. Der Zeitpunkt I₁ möge mit dem öffnen der Kontakte 13 und 15 zusammenfallen. Im Zeitpunkt f₂ werden die Kontakte 14 und 16 geschlossen und dadurch der Anker des Relais 11 umgelegt. In dem Raum zwischen den Zeitpunkten i_t und t₂ erhält das Meßinstrument 21 über den Kontakt 19 Strom. Sobald im Zeitpunkt t_s die Kontakte 14, 16 in Berührung kommen, legt das Relais 11 seinen Anker um, so daß nunmehr das Instrument2i über den Kontakt 20 an den Minuspol der Batterie gelegt wird. Die Stromrichtung kehrt sich daher in diesem Instrument um. Da im Zeitpunkt i₂ durch Umlegen des Ankers des Relais ti die magnetische Kupplung 8 Strom erhält, so wird die Umlaufsrichtung des Abtastorganes 6 umgekehrt. Es läuft deshalb entgegen der Richtung des Pfeiles 22. Bereits im Zeitpunkt t_t werden sich die Kontakte 13 und 15 beruhren, so daß das Relais 11 seinen Anker wieder in die Ausgangslage zurückstellt. Der durch das Instrument 21 fließende Strom zeigt dann den durch die Kurve 30 dargestellten Verlauf. Als Anzeigeinstrument wird ein auf den xao arithmetischen Mittelwert ansprechendes Gerät verwendet. Der vom Instrumental ange-

zeigte Wert entspricht daher dem durch die Linie 23 (Abb. 2) dargestellten Mittelwert des Stromes. Der Abstand zwischen den Zeitpunkten t_± und t₂ wird um so größer, je größer die Umlaufsgeschwindigkeit des Organes 5 ist, weil die Zeit, die der Kontakt 16 benötigt, um das Kontaktorgan 5 einzuholen, mit steigender Geschwindigkeit des Organes 5 wächst, dagegen wird der Zeitabstand zwisehen t₂ und t₃ immer kleiner, weil sich die Geschwindigkeiten der Organe 5 und 6 addieren. Wie bereits erwähnt, sind die Abstände zwischen t_x- und t₂ und t_s bei der Geschwindigkeit Null gleich groß, so daß der vom Instrument 21 angezeigte Mittelwert ebenfalls Null ist. Kehrt sich die Umlaufsrichtung des umlaufenden Organes 5 um, so wird der Abstand t₂ und ΐ₃ größer als zwischen ij und t₂, so daß auch der vom Instrument angezeigte Mittelwert sein Vorzeichen umkehrt. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Abstand zwischen ^₁ und t_s innerhalb eines gewissen •Bereiches ziemlich unabhängig von der Umlaufsgeschwindigkeit des Organes 5 ist, so daß, unabhängig davon, ob dieses Organ langsam oder schnell läuft, der Rhythmus der dem Instrument 21 zugeführten Impulse etwa der gleiche bleibt. Dies hat den Vorteil, daß die Eigenschwingungszahl des Instrumentes leicht so bemessen werden kann, daß es durch die einzelnen Impulse nicht beunruhigt wird.

Da durch die beschriebene Anordnung das

Verhältnis der Zeiten zwischen dem Schließen der Kontakte 19 und 20 verändert wird, kann man auch mit einem Quotientengerät arbeiten, welches das Verhältnis der Schließungsdauer dieser Kontakte anzeigt.

Einen der Umlaufsgeschwindigkeit des Organes 5 entsprechenden Strom kann man auch durch abwechselndes Laden und Entladen von Energiespeichern, z. B. Drosselspulen oder Kondensatoren, erhalten. Man kann beispielsweise, wie in Abb. 3 dargestellt ist, mit Hilfe des Kontaktes 20 einen Widerstand periodisch öffnen und kurzschließen, der mit einer Drosselspule 23 und einem Meßinstrument 24 in Reihe geschaltet ist. Der Mittelwert des durch das Instrument 24 fließenden Stromes ist dann ebenfalls von der Umlaufsgeschwindigkeit des Organes 5 abhängig, da die öffnungs- und Schließungszeiten des Kontaktes 20 von der Umlaufsgeschwindigkeit des Organes 5 abhängen.

Abb. 4 zeigt eine andere Schaltung, bei der mit Hilfe einer Kapazität und einer Induktivität ein Strom erzeugt wird, der der Umlaufsgeschwindigkeit des Organes 5 entspricht. In dem Stromkreis einer nicht dargestellten Batterie liegen die Kapazität 31, die Induktivität 32 und die Widerstände 33 und 34, ferner das Meß-, Regel- oder Anzeigegerät 35. '

Mit Hilfe der Kontakte 19 und 20 des Relais 11 (Abb. 1) wird abwechselnd die In-. duktivität bzw. Kapazität über die Wider-• stände 33 und 34 geschlossen. Da die Stromstärke, welche durch das Instrument 35 fließt, beim Schließen des Kontaktes 19 allmählich ansteigt, und beim Schließen des Kontaktes 20 allmählich absinkt, so ist die mittlere Stromstärke abhängig von der Dauer der Schließung der Kontakte 19 und 20 und damit abhängig von der Umlaufsgeschwindigkeit des Organes 5.

An Stelle des Gerätes 21 (Abb. 1) bzw. 24 (Abb. 3) und 35 (Abb. 4) kann natürlich auch ein Relais treten, welches bei Abweichungen der Umlaufsgeschwindigkeit des Organes 5 von einem bestimmten Wert, z. B. vom Wert Null, Kontakte schließt und dadurch Regelvorgänge, z, B. die Verstejlung eines Drehzahlreglers, einleitet.

Anstatt die Umlaufsrichtung des Abtastorganes 6 mit Hilfe eines Zahnradgetriebes und zweier Kupplungen zu ändern, kann man auch zum Antrieb zwei besondere Motoren verwenden, die abwechselnd durch die Kontakte 17 und 18 des Relais 11 eingeschaltet werden. Anstatt bei der -Einrichtung nach Abb. ι einen besonderen Motor 7 zu verwenden, kann man auch die magnetischen Kupplungen durch einen der Motoren 1 oder 2 antreiben.

Da man mit Hilfe der Kontakte 19 und 20 verhältnismäßig starke Ströme steuern kann, so ist es auch möglich, an Stelle der Meßinstrumente 21 (Abb. 1) oder 24 (Abb. 3) oder 35 (Abb. 4) einen Motor einzuschalten, der unmittelbar Regelvorgänge auslöst. Dieser Motor kann beispielsweise beim Synchronisieren von Stromerzeugern direkt die Drehzahlverstellvorrichtung der Antriebsmaschine derart beeinflussen, daß mit Annäherung an die Drehzahlgleichheit die Drehzahlregelung mit abnehmender Geschwindigkeit erfolgt. Man kann entweder den Anker an Stelle dieser Meßinstrumente einschalten oder die Feldwicklung. Im letzteren Fall muß allerdings dem Anker ein Schutzwiderstand vorgeschaltet werden. Das polarisierte Relais 11 kann auch durch ein anderes Relais ersetzt werden, dessen Anker 2 bestimmte Endlagen hat. Man könnte beispielsweise ein Relais verwenden, dessen Anker von der einen Spule nach der einen, von der anderen Spule nach der anderen Seite bewegt wird. Diese Spulen würde man nicht in die Leitung 25 einschalten, sondern in die Leitungen 26 und 2J.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 wird die Umlaufsgeschwindigkeit der Welle 4 unmittelbar mit der der Welle 28 verglichen.

Diesen Vergleich kann man auch mit Hilfe von Differentialgetrieben durchführen. Zu diesem Zwecke ist es erforderlich, wie in Abb. 5 gezeigt, von der Welle 4 das eine Sonnenrad eines Planetengetriebes und von der Welle 28 das andere Sonnenrad eines Planetengetriebes anzutreiben. Das Planetenrad führt dann die gleiche Bewegung aus wie das umlaufende Organ 5 gegenüber dem Abtastorgan 6. Man kann daher die Kontakte 15 und 16 der Einrichtung nach der Abb. 1 durch feststehende Kontakte 15' und- i6^f (Abb. 5) ersetzen. An Stelle der Kontakte 13 und 14 treten die Kontakte 13' und 14', die vom Planetenrad des Differentialgetriebes bewegt werden. Die Schaltung der Kontakte 13' bis 16' wird in der gleichen Weise durchgeführt wie der Kontakte 13 bis 16 nach Abb. i.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur Bestimmung geringer Umlaufsgeschwindigkeiten von Organen, die ihre Drehrichtung ändern können und deren Umlaufsgeschwindigkeit betriebsmäßig Null werden kann oder sehr geringe Werte annimmt, insbesondere für die Zwecke der Synchronisierung von Wechselstromquellen, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorzugsweise auf konstante Geschwindigkeit gebrachtes Abtastorgan (6) periodisch seine Drehrichtung umkehrt und die Drehrichtungsumkehr in zwei bestimmten Endlagen gegenüber dem umlaufenden Organ eingeleitet wird und daß während der Dauer der Vorwärtsbewegung des Abtastorganes ein bestimmter Strom durch ein Meßgerät, Relais, Motor in dem einen, während der Rückwärtsbewegung in dem anderen Sinne gesandt wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hin und her gehende Bewegung des Abtastorganes durch Ankuppeln an zwei in verschiedener Richtung umlaufende Wellen mit Hilfe magnetischer Kupplungen geschieht, die durch ein Relais gesteuert werden, dessen Wicklungen über die zum Vergleich der Stellungen der beiden Organe dienenden Kontakte Strom erhalten.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durch das Meßgerät, Relais, Motor o. dgl. fließende Strom durch ein Zwischenrelais gesteuert wird, das zweckmäßig auch zur Steuerung der magnetischen Kupplungen dient.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen