DE827730C

DE827730C - Device for measuring the deviations of a frequency from a known frequency

Info

Publication number: DE827730C
Application number: DEP15113D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Eggers; Dipl-Ing Gustav Wegener
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG; C Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG; C Lorenz AG
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1952-01-14

Description

Einrichtung zum Messen der Abweichungen einer Frequenz von einer bekannten Frequenz Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen der Abweichungen einer Frequenz von einer bekannten Frequenz. Ihre Aufgabebesteht darin,eine Einrichtung zu schaffen, die diese Messung mit einfachen Mitteln mit möglichst höher Genauigkeit gestattet.Device for measuring the deviations of a frequency from a known one Frequency The invention relates to a device for measuring the deviations of a Frequency of a known frequency. Your job is to establish an institution to create this measurement with simple means with the highest possible accuracy allowed.

Das Problem, die-Abweichungen einer Frequenz von einer bekannten Frequenz zu messen, liegt beispielsweise in der Elektrizitätswirtschaft vor, sei es, wenn es sich darum 'handelt, verschiedene Wechsel- oder Drehstromnetze miteinander zu kuppeln, sei es, um eine zeitliche Übereinstimmung mit einer Normalfrequenz (Normaluhr) herzustellen.The problem, the-deviations of a frequency from a known frequency to measure is, for example, in the electricity industry, be it if it is about 'different AC or three-phase networks to each other couple, be it to a time correspondence with a normal frequency (normal clock) to manufacture.

Der der Erfindung zugrunde liegende Lösungsgedanke ist, die Frequenzen in rotierendeBewegung umzuwandeln, etwa mit Hilfe von Synchronmotoren, gegebenenfalls nach entsprechender Verstärkung, um damit über eine in ihrer Wirkung von einem Zeitschalter beeinflußte gesteuerte Kupplung ein Zählwerk anzutreiben. Es wird also mit anderen Worten die Frequenzmessung auf eine Drehzahlmessung zurückgeführt, die über einen genau definierten Zeitabschnitt betrachtet, einen Rückschluß auf die jeweiligen Frequenzverhältnisse zu geben gestattet.The underlying solution concept of the invention is the frequencies to be converted into rotating motion, for example with the help of synchronous motors, if necessary after appropriate amplification in order to have a timer in its effect influenced controlled clutch to drive a counter. So it will be with others Words, the frequency measurement is traced back to a speed measurement that is carried out via a a precisely defined period of time, a conclusion about the respective Allowing frequency ratios to be given.

Die Erfindung wird im nachfolgenden an Hand der Abbildungen für zwei verschiedene Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is in the following on the basis of the figures for two various exemplary embodiments explained in more detail.

In der Abb. i ist mit i ein .Einankerumformer bezeichnet, der beispielsweise aus dem Gleichstromnetz 2 gespeist ist. Auf der Wechselst.romseite möge dieser Umformer in das Netz 3 eine Spannung liefern, deren Frequenz je nach der Drehzahl des Umformers zwischen 46 Hz und 51 Hz liegt. Mit dem Umformer i ist ein Meßgenerator 4 starr gekuppelt, der eineMeßfrequenz liefert, die sinngemäß zwischen 92o Hz und io2o Hz liegen möge. Diese Meßfrequenz wird einem Zählwerk 6 zugeführt. Ein zweites Meßwerk 7 ist von dem Netz 5 mit der konstanten Vergleichsfrequenz (im vorliegenden Fall iooo Hz) beaufschlagt.In Fig. I, a single armature converter is denoted by i, which for example is fed from the direct current network 2. On the alternating current side, may this converter in the network 3 deliver a voltage, the frequency of which depends on the speed of the converter is between 46 Hz and 51 Hz. A measuring generator 4 is rigid with the converter i coupled, which supplies a measurement frequency, the analogous between 92o Hz and io2o Hz may lie. This measuring frequency is fed to a counter 6. A second measuring unit 7 is from the network 5 with the constant comparison frequency (in the present Case iooo Hz) applied.

Die eigentliche Messung wird mit Hilfe der in den Abb. 2 bzw. 3 dargestellten Einrichtungen vorgenommen.The actual measurement is carried out with the help of the one shown in Fig. 2 and 3 respectively Facilities made.

Bei der Einrichtung nach Abb. 2 treibt ein mit der konstanten Vergleichsfrequenz synchronisierter Motor 21, .der sinngemäß an die Klemmen 5 der Abb. i anzuschließen wäre, einerseits über eine Magnetkupplung 22 das Zählwerksgetriebe 23 mit beispielsweise drei Skalen an. Es sei angenommen, daß bei einer Frequenz von iooo Hz der Synchronmotor 21 mit 50 Umdrehungen in der Minute umläuft. Ein auf das Ende der Kupplungsachse direkt aufgesetzter Zeiger überspielt also die rechte Zählwerksskala mit 50 Umdrehungen in der Sekunde; so daß also eine Umdrehung des Zeigers = i Hz ist. Durch Verwendung einer fünfzigfachen Getriebeuntersetzung entspricht alsdann auf der mittleren Skala eine Umdrehung des Zeigers 50 Hz und auf der linken Skala nach zehnfacher Drehzahluntersetzung eine Umdrehung = 5oo Hz.In the device according to Fig. 2, a motor 21 synchronized with the constant comparison frequency, which would have to be connected to terminals 5 in Fig. It is assumed that at a frequency of 100 Hz, the synchronous motor 21 rotates at 50 revolutions per minute. A pointer placed directly on the end of the coupling axis thus overwrites the right counter scale with 50 revolutions per second; so that one revolution of the pointer = i Hz. By using a 50- fold gear reduction, one revolution of the pointer corresponds to 50 Hz on the middle scale and one revolution = 500 Hz on the left-hand scale after a ten-fold reduction in speed.

Vom Synchronmotor 21 wird außerdem über eine Untersetzung 24 der Zeitschalter 25 angetrieben. Der Zeitschalter liegt in Serie mit den Magnetspulen 26 bzw. 26', die die Magnetkupplung 22 bzw. eine gleiche Kupplung bei der Einrie!htung für die zu messende Frequenz einzuschalten gestatten. Damit ist es möglich, dieZeitdauer, innerhalb deren das Zählwerk in Betrieb ist, .genau festzulegen.The time switch is also operated by the synchronous motor 21 via a reduction gear 24 25 powered. The time switch is in series with the magnet coils 26 or 26 ', the magnetic coupling 22 or an identical coupling in the device for the Allow the frequency to be measured to be switched on. This makes it possible to within which the meter is in operation.

Das Zählwerk für die zu messende Frequenz besitzt den gleichen Aufbau wie das eben beschriebene, mit der Ausnahme, daß ein besonderer Zeitschalter in Fortfall kommt, da diese Funktion der Zeitschalter 25 übernimmt. Die Differenz der beiden über eine durch den Zeitschalter und die Vergleichsfrequenz genau festgelegte Zeit gezählten Frequenzen ergibt die Zahl der Schwebungen innerhalb der am Zeitschalter einstellbaren Zeit. Da die Zeit von der Einstellung des Zeitschalters und von der Vergleichsfrequenz abhängig, also bekannt ist, läßt sich somit die sekundliche Schwebungszahl, d.h. Abweichungen vom Drehzahlsollwert ermitteln. Daraus kann auf die Drehzahldes Einankerumformers i (Abb. i) geschlossen und eine entsprechende Korrektur der Drehzahl vorgenommen werden.The counter for the frequency to be measured has the same structure like the one just described, with the exception that a special timer is in Elimination occurs because the timer 25 takes over this function. The difference in both via a precisely defined by the timer and the comparison frequency Frequencies counted time gives the number of beats within the time switch adjustable time. Since the time of the setting of the timer and of the Depending on the comparison frequency, i.e. it is known, the number of beats in seconds, i.e. determine deviations from the speed setpoint. This can refer to the speed of the Single armature converter i (Fig. I) closed and a corresponding correction of the speed be made.

Mit der Anordnung können beliebig schnelle Schwebungsfrequenzen dadurch gezählt werden, daß jede Frequenz für sich angezeigt wird und die Differenz dann jede Schwebungsfrequenz ergibt. Wenn die Zeit, innerhalb der gezählt wird, und die Vergleichsfrequenz bekannt sind, liegt der Gedanke nahe, auf das Vergleichszählwerk zu vt-rzichten. Dies ist der Zuverlässigkeit wegen jedoch nicht zu empfehlen, da durch dieses Zählwerk automatisch eine Kontrolle des Zeitschalters erfolgt. jeder der beiden Zeigerwerke ist während des Betriebes durch eine Vorrichtung, z. B. elektromagnetische Kupplung, an seine Antriebsachse kuppelbar. Die Ein-und Auskupplungszeiten bei beiden Kupplungen müssen gleich sein. Darin, daß dies nur schwer erreichbar ist, besteht ein Nachteil der beschriebenen Anordnung. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung wird dieser Nachteil vermieden und weitere, später erwähnte Vorteile werden erzielt.With the arrangement, beat frequencies as fast as desired can thereby be achieved counted so that each frequency is displayed separately and then the difference every beat frequency results. When the time within which is counted and the Comparison frequency are known, the idea suggests that the comparison counter to vt-rzicht. However, this is not recommended for reasons of reliability the timer is automatically checked by this counter. everyone the two pointer movements is during operation by a device such. B. electromagnetic Coupling, can be coupled to its drive axle. The engagement and disengagement times for both Couplings must be the same. The fact is that this is difficult to achieve a disadvantage of the arrangement described. In a further arrangement according to the invention this disadvantage is avoided and further advantages mentioned later are achieved.

Bei dieser Anordnung zum Messen, Steuern und Registrieren der Drehzahl rotierender Maschinen und von Netz- und Tonfrequenzen, bei der die Differenz der Drehzahlen oder Frequenzen zwischen der zu messenden Frequenz und einer genau bekannten konstanten Vergleichsfrequenz dadurch gemessen wird, daß mechanisch oder elektrisch angetriebene Zählwerke für die zu vergleichenden Drehzahlen oder Frequenzen betätigt werden, wirken nach der Erfindung die zu messende und die bekannte Drehzahl oder Frequenz, welch letztgenannte zunächst gegebenenfalls über einen Verstärker, z. B. mittels eines Synchronmotors in rotierende Bewegung umgewandelt wird, auf ein Differentialgetriebe, dessen Planetengetriebe nur bei Übereinstimmung von Vergleichsdrehzahl mit Nenndrehzahl der zu messenden Drehzahl sich in Ruhelage befindet, bei positiver oder negativer Abweichung von der Nenndrehzahl sich jedoch in der einen oder anderen Richtung bewegt und auf ein Zeigerwerk einwirkt, das die Drehzahlabweichung direkt anzeigt und/oder mit Steuerkontakten für Betätigung von Reguliereinrichtungen und/oder mit Registriervorrichtungen versehen ist, und ist ein ein- und ausschaltbarer Zeitschalter vorgesehen, dessen Zeitablauf und Schaltfolge gegebenenfalls einstellbar ist, der von der konstanten Vergleichsfrequenz oder Drehzahl gesteuert wird und der eine oder mehrere beispielsweise elektromagnetische Kupplungen zwischen Differentialgetriebe einerseits und Meß-, Steuer- und Registriereinrichtungen andererseits betätigt.With this arrangement for measuring, controlling and registering the speed of rotating machines and of power and audio frequencies, where the difference between the Speeds or frequencies between the frequency to be measured and an exactly known one constant comparison frequency is measured that mechanically or electrically driven counters operated for the speeds or frequencies to be compared are, act according to the invention to be measured and the known speed or Frequency, the latter initially optionally via an amplifier, e.g. B. is converted into rotating motion by means of a synchronous motor, to a Differential gear, its planetary gear only if the comparison speed matches with nominal speed the speed to be measured is in the rest position, with positive or negative deviation from the nominal speed, however, in one way or the other Moves direction and acts on a pointer mechanism that determines the speed deviation directly displays and / or with control contacts for actuation of regulating devices and / or is provided with registration devices, and is a timer switch that can be switched on and off provided, the timing and switching sequence is optionally adjustable, the is controlled by the constant comparison frequency or speed and one or several, for example, electromagnetic clutches between differential gears on the one hand and measuring, control and registration devices on the other hand operated.

Eine Ausführungsmöglichkeit der Erfindung zeigt Abb. 3. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß sie selbstrechnend die Anzahl der Schwebungen direkt anzeigt. Diese Anordnung ist z. B. für die Frequenz- bzw. Drehzahlregelung geeignet, besonders dann, wenn der Tastgeber, d. h. daß die Drehzahl des Synchronmotors der Vergleichsseite bestimmende Organ keine besonders großeKonstanz aufweist. LetztgenannteAnordnung verwendet als rechnendes und anzeigendes Organ ein Differentialgetriebe 39 in Abb. 3. Die in Anlehnung an die Abb. i von einem Meßgenerator gelieferte zu messende Frequenz wird .nach entsprechender Verstärkung dem Synchronmotor 31 zugeführt. Entspricht die Drehzahl der zu messenden Maschine ungefähr der zulässigen Betriebsdreh@zahil des Differentialgetriebes, so kann auch auf den Meßgenerator und den Synchronmotor 31 verzichtet werden.One possible embodiment of the invention is shown in Fig. 3. The advantage This arrangement consists in the fact that it self-calculates the number of beats displays directly. This arrangement is z. B. for frequency or speed control suitable, especially when the pushbutton, d. H. that the speed of the synchronous motor the organ determining the comparison side is not particularly constant. The latter arrangement uses a differential gear 39 in Fig. 3. The one to be measured delivered by a measuring generator based on Fig Frequency is fed to the synchronous motor 31 after an appropriate amplification. Is equivalent to the speed of the machine to be measured is approximately the permissible operating speed of the differential gear, so can also on the measuring generator and the synchronous motor 31 can be waived.

In diesem Fall wird die Maschine unmittelbar, z. B. über eine biegsame Welle mit dem Differentialgetriebe gekuppelt. Der Synchronmotor 32 wird von der Vergleichsfrequenz im Gleichlauf gehalten. Beide Motoren sind über ein Differentialgetriebe 39 miteinander gekuppelt. Das Übersetzungsverhältnis des Differentialgetriebes 39 ist z. B. so gehalten; daß ein Drehzahlunterschied der Synchronmotoren 31 und 32 um einen Umlauf in der Sekunde einem Umlauf des Planetenrades 33 verursacht. Dabei hängt die Umlaufs,richtung ,des Planetenrades 33 von der positiven oder negativen Drehzahlabweichung der zü messenden Maschine bzw. von der Abweichung der zu messenden Frequenz ab. Dieser Umstand kann, wie eingangs schon erwähnt, dazu benutzt werden, die gezeigte Anordnung als Regelorgan mit Vor- und Rückwärtsregelung oder auch zur Synchronisierung von Wechsel- und Drehstromnetzen zu verwenden. Zur Zählung von Drehzahländerungen bzw. Schwebungen wird an die Achse 35 über die elektromagnetische Kupplung 36 ein Anzeigegerät 37 angeschaltet. Das übersetzungsverhältnis zwischen 34 und 35 ist z. B. so gewählt, daß das Anzeigegerät 37 bei Ankupplung während der Meßzeit, die durch den Zeitschalter 38 festgelegt oder einstellbar ist, aus einer Nullage N heraus nach rechts oder links einen Meßbereich von je zehn Schwebungen hat. Soll die Anordnung außerdem für die Steuerung eines Regelorgans auf konstante Drehzahl verwendet werden, so wird gegebenenfalls unter Verwendung einer Rückführung, z. B. die Übersetzung der Getriebe bei 33, 34 und 35 der Abb. 3 möglichst hoch gewählt, um schon feinste Abweichungen vom Drehzahlsoll auszusteuern. Das Anzeigegerät 37 kann z. B. mit Feinkontakten versehen werden, die die Steuerung über Feinrelais einleiten. Ferner kann im Dauerbetrieb der Anordnung bei Benutzung als Steuerorgan, gegebenenfalls unter Verzicht auf den Zeitschalter 38, der mittels des Schalters io auch abschaltbar sein kann, gleichzeitig eine Registrierung von Frequenzschwankungen der gesteuerten Maschine vorgesehen werden. Dies kann z. B. durch eine am Anzeigegerät selbst oder einer Zeigerverlängerung angebrachte Schreibvorrichtung auf einem daran vorbeibewegten Papierstreifen direkt geschehen oder die Aufzeichnung wird mittels Spiegelvorrichtung und Lichtzeiger auf Fotopapier vorgenommen.In this case the machine is immediately, e.g. B. over a flexible one Shaft coupled to the differential gear. The synchronous motor 32 is of the Comparison frequency kept in sync. Both engines are via a differential gear 39 coupled together. The gear ratio of the differential gear 39 is e.g. B. held like this; that a speed difference of the synchronous motors 31 and 32 caused one revolution of the planet gear 33 by one revolution per second. The direction of rotation of the planet gear 33 depends on the positive or negative Speed deviation of the machine to be measured or from the deviation of the machine to be measured Frequency. As already mentioned at the beginning, this fact can be used to the arrangement shown as a control element with forward and reverse control or for To use synchronization of AC and three-phase networks. For counting Changes in speed or beats are transmitted to the axis 35 via the electromagnetic Coupling 36 connected to a display device 37. The translation ratio between 34 and 35 is e.g. B. chosen so that the display device 37 when coupling during the Measuring time, which is set or adjustable by the timer 38, from a Zero position N out to the right or left a measuring range of ten beats each Has. Should the arrangement also for the control of a regulating member to be constant Speed are used, if necessary, a feedback is used, z. B. selected the translation of the gear at 33, 34 and 35 of Fig. 3 as high as possible, in order to control even the finest deviations from the target speed. The display device 37 can e.g. B. be provided with fine contacts that control the control via fine relays initiate. Furthermore, in continuous operation of the arrangement when used as a control unit, possibly dispensing with the time switch 38, which is activated by means of the switch io can also be switched off, at the same time a registration of frequency fluctuations of the controlled machine. This can e.g. B. by one on the display device itself or a pointer extension attached writing device on a thereon paper strips moved past happen directly or the recording is made by means of Mirror device and light pointer made on photo paper.

Eine Kontrolle des Zeitschalters ist dann möglich, wenn ein besonderes Zählwerk für die Vergleichsfrequenz nach Abb. 2 vorgesehen wird. Die Antriebsmaschine für dieses Zählwerk kann dann die Maschine 21 in Abb. 2 sein.The timer can be checked if a special one Counter for the comparison frequency according to Fig. 2 is provided. The prime mover The machine 21 in FIG. 2 can then be for this counter.

Der Vorteil der Erfindung vor den bekannten Meß- und Steueranordnungen, die meist mit Brückenschaltung und Schwingungskreisabstimmung arbeiten, ist der, daß man die Anordnung viel$eitiger anwenden und mit ihr mit fast unbegrenzter Genauigkeit messen, steuern und registrieren kann.The advantage of the invention over the known measuring and control arrangements, who mostly work with a bridge circuit and oscillation circuit tuning, is the one, that one can apply the arrangement more diligently and with it with almost unlimited accuracy can measure, control and register.

Claims

PATENT CLAIM: i. Device for measuring the deviations of a frequency from a known frequency, characterized in that the possibly correspondingly amplified and, for example with the help of synchronous motors, converted into rotating movement frequencies influence a counter which is driven by a clutch controlled by a time switch from these motors, and the speed indicated by the counter in the time unit serves as a measure of the frequency deviation.

2. Device according to claim i, characterized in that that the frequencies to be compared with one another in a manner known per se Differential gear (39) are fed, the ring gear (33) with the counter (37) can be coupled.

3. Device according to claim i or 2, characterized in that that a magnetic coupling (36) is used as a coupling, which in its function of a Time switch (38) controlled by the known frequency.