DE865676C

DE865676C - Vorrichtung zur Messung der mechanischen Beschleunigung auf elektrischem Wege

Info

Publication number: DE865676C
Application number: DEP25900A
Authority: DE
Inventors: Robert Keller
Original assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1944-09-06
Filing date: 1948-12-22
Publication date: 1953-02-05
Also published as: CH245120A; FR916378A; US2500548A

Description

Die mechanische Beschleunigung einer Maschine kann bekanntlich mittels einer mit der Maschinenwelle federnd verbundenen Schwungmasse gemessen werden, die sich mit derselben Winkelgeschwindigkeit wie die Welle dreht. Bei einer Geschwindigkeitsänderung der Welle erfährt die Schwungmasse ebenfalls eine Beschleunigung, die aber infolge der Trägheit der Masse nur mit einer gewissen Verzögerung eintreten kann. Die Verschiebung der Schwungmasse relativ zur Welle ist dann ein Maß für die Beschleunigung und kann ohne weiteres gemessen werden.

Statt solche rein mechanische Beschleunigungsmesser zu verwenden, denen sowieso gewisse Nachteile anhaften, ist man neuerdings dazu übergegangen, die mechanische Beschleunigung einer Maschine auf elektrischem Wege zu messen. Zu diesem Zweck ist daher vorgeschlagen worden, eine Einrichtung zu schaffen, die den zeitlichen Differentialquotienten einer der Geschwindigkeit proportionalen Frequenz eines Wechselstromes mißt. Für die Messung der der Beschleunigung verhältnisgleichen -Frequenzänderung wird ein kapazitiver und ein induktiver Stromkreis verwendet, der vom Wechselstromnetz gespeist wird und an welchen je ein Vollweggleichrichter angeschlossen ist, wobei die Ausgänge dieser Vollweggleichrichter gegeneinandergeschaltet und über ein Organ geführt sind, welches eine der Änderungsgeschwindigkeit der Gleichströme verhältnisgleiche Spannung

liefert, und zwar unabhängig von den Spannungsänderungen im Wechselstromnetz, dessen Frequenzänderungen gemessen werden.

Zweck der Erfindung ist nunmehr, eine Vorrichtung zum Messen der mechanischen Beschleunigung auf elektrischem Wege zu schaffen, die gegenüber dem bereits bekannten elektrischen Beschleunigungsmesser eine viel höhere Empfindlichkeit aufweist und gleichzeitig in ihrer Anordnung wesentlich einfacher ist. ίο Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die der zu messenden Beschleunigung verhältnisgleiche Frequenzänderung eines Wechselstromes einem Wechselstromkreis zugeführt wird, an dem ein Vollweggleichrichter mit einem Anzeigegerät so angeschlossen ist, daß deren Klemmenspannung bei einer Frequenzänderung des Wechselstromes eine Änderung aufweist, die mehr als einfach proportional der Frequenzänderung des primären Wechselstromes ist.

An Hand der Zeichnung sind zwei Ausführungsao beispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert. In Fig.i ist eine Vorrichtung in schematischer Weise veranschaulicht, bei welcher der Beschleunigungsmesser unmittelbar am Wechselstromnetz angeschlossen ist, dessen Frequenzänderungen ein Maß für die Beschleunigung der dieses Netz speisenden Maschine sind. In diesem Fall wird der unerwünschte Einfluß der drehzahlunabhängigen Spannungsänderungen im Wechselstromnetz mittels eines besonderen Spannungskompensationskreises beseitigt. In Fig. 2 dagegen ist eine Vorrichtung gezeigt, bei welcher der Beschleunigungsmesser mit einer drehzahlproportionalen Spannung gespeist wird, wobei der besondere Spannungskompensationskreis in Wegfall kommt.

In Fig. ι bedeutet ι ein Einphasennetz bzw. zwei Phasen eines Drehstromnetzes, welches von einem Generator 2 -gespeist wird, dessen Antriebsmaschine 3 beispielsweise eine Wasserturbine sein kann. An diesem Netz 1 ist ein durch die Kapazität 4 und die in Reihe dazuliegende Induktivität 5 gebildeter Wechsel-Stromkreis unmittelbar angeschlossen. Parallel zur Induktivität 5 liegt ein Vollweggleichrichter 6, auf dessen Gleichstromseite ein Kondensator 7 angeordnet ist, über welchen die Arbeitsspule 8 des Beschleunigungsmessers 9 gespeist wird. Der Beschleunigungsmesser 9 ist ferner noch mit einer zweiten Spule 10 versehen, die zur Kompensation der Spannungsänderungen im Netz 1 dient und über einen Vollweggleichrichter 11 und einen gleichstromseitigen Kondensator vom Wechselstromnetz 1 aus gespeist wird. Die Kompensationsspule 10 ist in Gegenschaltung zur Spule 8 angeordnet.

Bei einer Beschleunigung der Maschine 3 bzw. des Generators 2 tritt im Netz 1 eine verhältnisgleiche Frequenzänderung ein. Infolgedessen wird dann über dem am Netz 1 angeschlossenen Wechselstromkreis 4,5 an den Klemmen des Vollweggleiehrichters 6 eine Änderung der Gleichspannung auftreten, die mittels des Kondensators 7 auf die Arbeitsspule 8 des Beschleunigungsmessers übertragen wird. Der bei einer Frequenzänderung in der Arbeitsspule fließende Strom I₁ wird aber auch durch drehzahlunabhängige Spannungsähderungen im Wechselstromnetz 1 beeinflußt, und um diesen unerwünschten Einfluß zu beseitigen, ist die über den Vollweggleichrichter 11 und den Kondensator 12 gespeiste Kompensationspule 10 vorgesehen. Der in der Arbeitsspule 8

fließende Strom J_xbesteht aus zweiKomponenten K —

dt

dV

und K' -j-, wobei fund Fdie Netzfrequenz bzw. Netz-

dt

spannung bedeuten, während der in der entgegenschalteten Kompensationsspule fließende Strom J₂ lediglich von den bei konstanter Frequenz im Wechselstromnetz vorkommenden Spannungsänderungen abhängt. Der resultierende, im Beschleunigungsmesser 9

zur Wirkung kommende Strom/_r = K-^- + K' —

dt dt

K' —- = K~~ und ist infolge der Spannungskompensation ausschließlich von der Frequenzänderung -~

im Netz 1 abhängig, und kann daher ohne weiteres zur Messung der mechanischen Beschleunigung verwendet werden, indem ein nicht dargestelltes Anzeigeinstrument an den Spulen 8, 10 angeschlossen wird.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung ist ein besonderer Spannungskompensationskreis vorgesehen. Dieser letztere kann aber in Wegfall kommen, wenn der der Arbeitsspule 8 des Beschleunigungsmessers vorgeschaltete Kondensator 7 mit einer drehzahlproportionalen Gleichspannung gespeist wird, wie dies gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 geschieht.

Bei der Einrichtung nach Fig. 2, wo dieselben Elemente wie in Fig. 1 mit denselben Bezugszeichen versehen sind, erfolgt die Speisung des Beschleunigungsmessers durch einen Frequenzgenerator 14, der mit dem Wechselstromgenerator 2 mechanisch gekuppelt ist. Der Strom in der Arbeitsspule 8 bei einer Beschleunigung des Generators 2 ergibt sich aus der

Beziehung I = C~, anderseits ist V = K ■ ω, so daß

dt

dco

I = K' -τ-, wenn, wie in diesem Fall, der Kondensator 7

mit drehzahlproportionaler Spannung gespeist wird. Durch die angegebene innere Schaltung des Beschleunigungsmessers, d. h. dadurch, daß der Vollweggleichrichter 6 parallel zu einer Induktivität 5 geschaltet ist, der sich in Reihe zum einen Kondensator 4 befindet, ist aber der Beschleunigungsmesser sehr frequenzempfindlich, da bei einer Frequenzänderung des Wechselstromes die Spannungsänderung am Kondensator 7 mehr als einfach proportional der wechselstromseitigen Spannungsänderung ist, so daß in Wirklichkeit I = K' f—V.

\ at J

Für den Anlauf des Frequenzgenerators 14 der Fig. 2 ist es von Vorteil, wenn der den Beschleunigungsmesser speisende Generator von Anfang an eine drehzahlpropoÄionale Spannung liefert. Dies ist aber nur möglich, wenn derselbe fremderregt wird, wozu gewohnlich eine Batterie erforderlich ist. Es ist aber aus naheliegenden Gründen nicht erwünscht, den Beschleunigungsmesser dauernd von einer Batterie abhängig zu machen. Infolgedessen wird gemäß der Erfindung .der Fremderregerstrom des Frequenzgenerators lediglich beim Anlassen von einer Batterie

aus geliefert, während nachher beim Betrieb die Erregerwicklung 15 des Frequenzgenerators 14 auf den Vollweggleichrichter 6 umgeschaltet und über diesen vom Generator 14 selbst gespeist wird.
Der beschriebene Beschleunigungsmesser kann ohne weiteres als Stabilisierungseinrichtung für einen Frequenz- oder Drehzahlregler dienen, ■ indem in bekannter Weise das Meßinstrument des Beschleunigungsmessers durch ein geeignetes Übertragungssystem ersetzt wird, welches auf die vom Regler betätigte Steuerung einwirkt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zur Messung der mechanischen Beschleunigung auf elektrischem Wege, dadurch gekennzeichnet, daß die der zu messenden Beschleunigung verhältnisgleiche Frequenzänderung eines Wechselstromes einem Wechselstromkreis zugeführt ist, an dem ein auf ein Anzeigegerät wirkender Vollweggleichrichter (6) so angeschlossen ist, daß dessen Klemmenspannung bei einer Frequenzänderung des Wechselstromes eine Änderung aufweist, die mehr als einfach proportional der Frequenzänderung des primären Wechselstromes ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromkreis, an den der Vollweggleichrichter (6) angeschlossen ist, unmittelbar vom Wechselstromnetz (1) gespeist wird, dessen Frequenzänderungen gemessen werden, und zur Beseitigung des Einflusses der drehzahlunabhängigen Spannungsänderungen im Wechselstromnetz ein Spannungskompensationskreis (10, 11, 12) für den Beschleunigungsmesser vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromkreis (4, 5)> an dem der Vollweggleichrichter (6) angeschlossen ist, mit drehzahlproportionaler Spannung gespeist wird, die von einem Frequenzgenerator (14) geliefert wird, der mit der Maschine (2) gekuppelt ist, deren Beschleunigung gemessen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromkreis aus einem Kondensator (4) und einer in Reihe liegenden Induktivität (5) besteht, und der Vollweggleichrichter (6) parallel zur Induktivität (5) geschaltet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vollweggleichrichter (6) die für die Erregung der Arbeitsspule (8) des Beschleunigungsmessers erforderliche Energie über einen der Spule vorgeschalteten Kondensator (7) liefert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gegekennzeichnet, daß der Spannungskompensationskreis aus einem Vollweggleichrichter (11) und einem in Reihe liegenden Kondensator (12) besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsmesser mit einer Arbeitsspule (8) und einer entgegengeschalteten Kompensationsspule (10) versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung des Frequenzgenerators (14) beim Anlassen von einer Batterie aus gespeist und während des Betriebes über den Vollweggleichrichter (6) an die Klemmenspannung des Frequenzgenerators (14) angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen