DE890171C

DE890171C - Einrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Spannung, die mit einer Geschwindigkeitoder einer Drehzahl oder einer anderen Groesse verhaeltnisgleich ist

Info

Publication number: DE890171C
Application number: DES10042D
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl-Ing Burisch; Karl Dipl-Ing Seethaler
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1942-07-18
Filing date: 1942-07-18
Publication date: 1953-09-17

Description

Einrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Spannung, die mit einer Geschwindigkeit oder einer Drehzahl oder einer anderen Größe verhältnisgleich ist Auf verschiedenen Teflgebieten der Technik wird die Aufgabe gestellt, eine elektrische Spannung zu. erzeugen, die einer Drehzahl verhältnisgleich ist.
Die Lösung dieser Aufgabe stößt dann auf Schwierigkeiten, wenn die Stelle, an der die Drehzahl irgendeiner umlaufenden Welle gemessen werden soll, im Raum nicht stillstet, sondern während der Messung bewegt wird, d. "n. die Stelle, an der die der Drehzahl verhältnisgleiche Spannung abgelesen werden soll, die Bewegungen nicht mitmacht, sondern räumlich feststeht. Ein besonders wichtiges Beispiel für eine solche Meßaufgabe liegt in Schiffsbauversuchsanstalten vor, in denen die Bewegungsgeschwindigkeit von Schiffsmodellen gemessen oder dafür gesorgt werden soll, daß ein Schiffsmodell in einem Kanal mit gleichbleibender Geschwindigkeit geschleppt werden soll. Das Schiffsmodell wird mit Hilfe eines Wagens, der an dem Kanal entlang fährt, geschleppt und auf seine strömungstechnischen Eigenschaften hin untersucht. Der Schleppwagen wird von einem Elektromotor angetrieben, dem der Strom über Schleifleitungen zugeführt wird. Voraussetzung für die Durchführung der Modellversuche ist eine mit großer Genauigkeit konstant zu haltende Fahrgeschwindigkeit des Schleppwagens. Die zulässigen Abweichungen von der Sollgeschwindigkeit liegen in der Größenordnung von 1/1000 der zu messenden Geschwindigkeit.
Die Antriebsmotoren werden meist von einem Leonard-Umformer gespeist, der außerhalb des Wagens feststehend angeordnet ist und dessen an die Antriebsmotoren abgegebene Splannung von einem Regler gesteuert wird, ender von der Geschwsindigkeit des Wagens abhängig ist. Der Regler befindet sich ebenso wie der zu regelnde Leonard-Umformer außerhalb des Wagens, ist also wie dieser an einer Stelle angeordnet, gegenüber der der Wagen und mit ihm die Meßstelle räumlich beweglich ist. Unter diesen Voraussetzungen ist die Aufgabe gestellt, dem Regler, der beispielsweise als Röhrenregler ausgeführt sein kann, eine elektrische Spannung zuzuführen, die der Wagengeschwindigkeit bzw. der Drehzahl der Antriebsmotoren dieses Wagens verhältnisgleich ist.
Die gestellte Aufgabe ließe sich in bekannter Weise dadurch lösen, daß man mit der Wagenachse bzw. dem oder den Antriebsmotoren eine Tach.ometermaschine machanlisch kuppelt und deren Spannung über Schleifleitungen einem im Raum fest angeordneten Spannungsteiler zuführt, Ider zur Einstellung des Sollwertes der Drehzahl dient. Die Ausgangsspannung dieses Spannungsteilers wird als Meßspannung für den Regler verwendet. Ein Nachteil dieser Meßanordnung besteht darin, daß infolge der veränderlichen Übergangswiderstände zwischen den beweglichen Schleifkontakten und der Schleifleitung die Meßspannung unkontrollierbaren Spannungsschwankungen unterliegt, welche die Meßgenauigkeit in unzulässiger Weise bveeinflussen.
Man hat sich aus diesem Grunde bei diesen und ähnlichen Regelaufgaben bisher in der Weise geholfen, daß nicht die Fahrgeschwindigkeit des Wagens oder die Drehzahl der Antriebsmotoren, sondern die Anker- und Feldspannung der Antriebsmotoren konstant gehalten wurde. Die Drehzahl bleibt in diesem Fall bei einer bestimmten Einstellung der Sollwerteinsteller nur dann für verschiedene nacheinander vorgenommene Meßfahrten konstant, wenn keine Schwankungen der Belastung und der Wicklungstemperaturen der Antriebsmotoren auftreten. Eine Eichung des Sollwerteinsteller nach dr Wagengeschwindigkeit ist nicht möglich. Da die Wagengeschwindigkeit durch den im voraus nicht bekannten Modellwiderstand im Schleppkanal bestimmt ist, müssen vor jeder Meßfahrt zwecks Einstellung der gewünschten vom Regler konstant zu haltenden Fahrgeschwindigkeit mehrere Versuchsfahrten durchgeführt werden.
Dabei werden gleichzeitig die Motoren angewärmt, so daß während der Meßiahrten größere Temperaturschwankungen in gewissem Umfang ausgeschlossen werden. Trotz dieser den eigentlichen Meßfahrten vorgeschalteten Versuchsfahrten gelingt es jedoch nicht, die Aufgabe der genauen Drehzahlregelung des Schleppwagens bzw, der diesen antreibenden Elektromotoren befriedigend zu lösen.
Durch die Erfindung werden die Nachteile der bekannten Steuer- und Regeleinrichtungen vermieden. Erfindungsgemäß wird die Fahrgeschwindigkeit des Schleppwagens bzw. die Drehzahl der diesen antreibenden Elektromotoren in eine verhältnisgleiche Frequenz umgeformt. Diese Frequenz wird über die Schleifleitung auf die Fahrbahn übertragen und dort in eine der Frequenz verhältnisgleiche elektrische Spannung umgeformt. Die Erfindung unterscheidet sich von den bekannen Einrichtungen vor allen Dingen dadurch, daß diejenige Größe, welche von der beweglichen Meßstelle auf die ruhende Regleranordnung übertragen wird, durch die schwankenden Übertragungswiderstände der Schleifleitung nicht beeinflußt werden kann.
Das Verhältnis zwischen der Frequenz und der Bewegungsgeschwindigkeit des Schleppwagens bzw. der Drehzahl der Antriebsmotoren bleibt jederzeit fehlerlos erhalten, auch wenn sich die tSbertragungswiderstände an der Schleifleitung während der Bewegung des Schleppwagens ändern. Dem Regler, also beispielsweise einem Röhrenregler eines Leonard-Umformers, wird bei der Regeleinrichtung nach der Erfindung eine Meßspannung zugeführt, die der Bewegungsgeschwindigkeit des Schleppwagens genau verhältnisgleich ist. Der Sollwerteinsteller kann bei konstantem Motorerregerstrom in Metersekunden geeicht werden, da die Einstellung vollkommen unabhängig von der Belastung und der Temperatur des Motor ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß mit der Wagenachse oder mit der Achse eines besonderen auf der Fahrschiene ablaufenden Meßrades eine Wechselstromtachometermaschine, vorzugsweise eine Drehstromtachometermaschine, mechanisch gekuppelt wird, während auf der Fahrbahn, d. h. im Raume stillstehend, ein Umformer angeordnet ist, der aus einem Synchronomotor und einer Tachometermaschine besteht. Die Tachometermaschine erzeugt eine Gleichspannung, welche der Drehzahl des sie antreibenden Synchronmotors und damit der Bewegungsgeschwindigkeit des Schleppwagens verhältnisgleich ist. An Stelle eines Synchrongenerators auf dem Schleppwagen und eines von diesem gespeisten ruhend angeordneten Synchronmotors (können auch ein Geber und ein Empfänger einer sogenannten elektrischen Welle (Synchronmaschine mit Wechselstromerregung) vorgesehen wenden.
Da bei vielen Anlagen ein großer Bereich der Fahrgeschwindigkeit eingestellt werden soll (es können Bereiche bis zu 1:200 vorkommen) und die Beherrschung eines entsprechend großen Frequenzbereiches in einer Synchronmaschine Schwierigkeiten macht, wird zweckmäßig zwischen den Synchrongenerator und die Antriebswelle ein Getriebe mit einstellbarem Übersetzungsverhältnis eingeschaltet.
Die Erfindung ist zwar für die vorstehend geschilderten Verhältnisse bei Meßfahrten in Schiffsbauversuchsanstalten von besonderer Bedeutung. der Erfindungsgedanke läßt sich grundsätzlich jedoch auch für die Übertragung anderer Meßgrößen anwenden, bei denen die Meßstelle gegenüber dem Ort, an dem die zu erzeugende elektrische Spannung gebraucht wird. räumlich bewegt werden muß. Die Erfindung kann dabei auch dann angewendet werden, wenn nicht die Drehzahl einer umlaufenden Welle, sondern eine andere Meßgröße übertragen werden soll.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Einrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Spannung, die einer Geschwindigkeit oder einer Drehzahl oder einer anderen Meßgröße verhältnis, gleich ist, wobei die Meßstelle beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Ort der Messung eine Umformung der Meßgröße in eine dieser verhältnisgleiche Frequenz und nach deren Übertragung an eine im Raume ruhende Meßstelle eine Umformung in eine der Frequenz verhältnisgleiche Spannung erfolgt.
2. Einrichtung nach Anspruch I zur Erzeugung einer elektrischen Spannung, die der Geschwindigkeit eines Fahrzejuges oder der Drehzahl seines Antriebsmotors verhältnisgleich ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Welle eines Wagenrades bzw. des Antriebsmotors ein Wechselspannungsgenerator mechanisch gekuppelt ist und daß über Schleifleitungen ein im Raume fest; angeordneter, mit einem Tachometergenerator gekuppelter Synchronmotor gespeist wird.
3. Einrichtung nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Synchrongenerator und Synchronmotor als Mehrphasenmaschinen, insbesondere Drehstrommaschinen, ausgebildet sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die umlaufende Welle und den Tachometergenerator eine elektrische Welle geschíaltet ist, welche in an sich bekannter Weise aus Geber und Empfänger (Synchronmaschine mit Wechselst romerregung) besteht.
5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Synchrongenerator und Antriebs welle ein Getriebe mit veränderbarem tSbersetzungsverhiäsltnis an -geordnet ist.