DE975859C - Anordnung zur Messung von Drehzahl-Schlupf - Google Patents
Anordnung zur Messung von Drehzahl-SchlupfInfo
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
- G01P3/56—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for comparing two speeds
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Description
Die Erfindung befaßt sich mit der Messung des Drehzahl-Schlupfes zweier Wellen. Unter Drehzahl-Schlupf
ist hierbei der Quotient aus der Drehzahldifferenz der beiden Wellen und der Drehzahl einer
der beiden Wellen, der sogenannten Grunddrehzahl zu verstehen. Er wird meistens in Prozenten der
Grunddrehzahl angegeben.
Für die Messung der Drehzahldifferenz ist es
schon bekannt, von den beiden zu messenden Wellen zwei gleichartige einphasige Wechselstromgeber
antreiben zu lassen und die Frequenz der dabei entstehenden Schwebungen zu messen. Ein
solches Verfahren gestattet zwar sehr genau die Drehzahldifferenz zu bestimmen, ist aber nicht
ohne weiteres geeignet, den Schlupf zu messen. Insbesondere besteht bei diesem bekannten Verfahren
das Problem, daß einmal in der Nähe der Drehzahldifferenz Null die Schwebungsfrequenz sehr gering
und daher eine Messung nicht leicht möglich ist und zum anderen nicht festzustellen ist, welche
Welle die kleinere Drehzahl hat.
Durch die Erfindung wird unter Vermeidung der vorstehend angegebenen Nachteile das Schwebungsverfahren
für die Messung von Drehzahl-Schlupf geeignet gemacht. Die Erfindung geht dementsprechend
von einer Anordnung zur Messung von Drehzahl-Schlupf aus, bei der die Spannung zweier einphasiger Wechselstromgeber überlagert
und die Frequenz der dabei erzeugten Schwebungsspannung gemessen wird. Sie besteht darin, daß
die Wechselstromgeber durch Einschaltung von Übersetzungsgetrieben verschiedenen Übersetzungsverhältnisses oder durch Ausführung mit unterschiedlicher
Polpaarzahl bei gleichen Drehzahlen
der zu messenden Wellen verschiedene Frequenzen erzeugen, die in einem " konstanten Verhältnis
stehen, das größer ist als das größte vorkommende Drehzahlverhältnis der Wellen, und daß zur Anzeige
der Quotient aus der Schwebungsfrequenz und einer der Absolutfrequenzen gebildet wird.
In nachstehendem sei im einzelnen die Arbeitsweise der Anordnung nach der Erfindung und ihre
besonderen Eigenschaften an Hand der Abbildungen erläutert:
In Abb. ι ist entsprechend den bekannten Ausführungen
die Schwebungsfrequenz in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz für zwei identische
einphasige Wechselstromgeber dargestellt, die direkt auf den zu messenden Wellen sitzen und also
Ströme liefern, deren Frequenz proportional der Drehzahl der zu messenden Wellen ist. Es bedeuten
A1 und A2 die beiden zu messenden Wellen, N1
und N2 die dazugehörigen Drehzahlen, G1 und G2
die beiden Wechselstromgeber. K1 (= JtN1) ist die
Frequenz des von G1 gelieferten Stromes, wobei k
ein Proportionalitätsfaktor ist; entsprechend ist n2 (=kN2) die Frequenz des von G2 gelieferten
Stromes. In der danebenstehenden graphischen Darstellung ist auf der Abszisse die zu messende
Drehzahldifferenz (2V1- 2V2) aufgetragen, auf der
Ordinate die Schwebungsfrequenz (W1-M2). Man
sieht, daß bei der Drehzahldifferenz Null auch die Schwebungsfrequenz gleich Null und damit eine
genaue Anzeige in diesem Bereich sehr erschwert ist. Außerdem geht aus der Zeichnung hervor, daß
die Anzeige keinen Aufschluß darüber gibt, welche der beiden Wellen die größere Drehzahl hat.
In Abb. 2 sind die Verhältnisse für den Fall dargestellt, daß, wie es die Erfindung vorschreibt, der
Geber G1 über ein Übersetzungsgetriebe Ü von der
Welle A1 angetrieben wird. Die Bezeichnungen und
die Art der graphischen Darstellung sind die gleichen wie in Abb. 1. Das Übersetzungsgetriebe vergrößert
die Frequenz ΛΓ Χ um den Faktor K^>k.
Dann ist H1 = K · N1. Man ersieht aus der graphischen
Darstellung, daß die Schwebungsfrequenz für den ganzen Meßbereich (durch gestrichelte
Linien angedeutet) ansteigt und im Mittel größer ist als im Falle der Abb. 1 und daß insbesondere
. auch für N1-N2 = Null, also die Drehzahldifferenz
Null, eine bestimmte Schwebungsfrequenz erreicht wird, so daß unmittelbar festgestellt werden
kann, welche der beiden Wellen die kleinere Dreh-So zahl hat.
An Stelle des Übersetzungsgetriebes kann auch dasselbe dadurch erreicht werden, daß der eine
Geber eine größere Polpaarzahl erhält als der andere. In beiden Fällen wird die von diesem Geber
gelieferte Frequenz mit einem festen Faktor multipliziert. Dieser Faktor ist so zu wählen, daß er
größer ist als das größte vorkommende Drehzahlverhältnis der Wellen.
Als Stand der Technik ist zu erwähnen, daß es bei der Messung von absoluten Drehzahlen bereits
bekannt ist, eine der Drehzahl proportionale Frequenz mit einer festen Frequenz zu mischen und
diese feste Frequenz so niedrig zu legen, daß sie unterhalb des eigentlichen Meßbereiches liegt. Es
handelt sich hier um eine Maßnahme, die der Unterdrückung des Nullpunktes, z. B. bei einer
Spannungsmessung durch Gegenschaltung einer festen Spannung entspricht, um ein Meßinstrument
mit entsprechend kleinem Meßbereich verwenden zu können. Die Differenzmessung von zwei veränderlichen
Drehzahlen ist nicht die Aufgabe des bekannten Vorschlages.
Weiterhin ist es bei Reglern zur Einregelung einer Drehzahldifferenz, bei denen Wechselstromgeber
dreiphasige Wechselströme erzeugen, die dem Stator und Rotor eines dreiphasigen Asynchronmotors
zugeführt werden, bekannt, durch eine Übersetzung den Stator von der zu messenden
Welle anzutreiben. Das geschieht, weil in Asynchronmotoren das Drehmoment beim Stillstand in
unregelmäßiger Weise mit der Lage des Läufers im Verhältnis zum Ständer schwankt und in gewissen
Punkten sogar im entgegengesetzten Sinn wie das normale wirken kann. Da die Bewegung
des Rotors als Verstellbewegung für den Regel-Vorgang ausgenutzt wird, würde das zu Störungen
führen, die durch die Drehung des Stators ausgeschaltet werden. Es wird also nicht wie bei der
Erfindung einer von zwei von der zu messenden Welle angetriebenen Wechselstromgebern mit einer
vom anderen Geber unterschiedlichen Übersetzung angetrieben, sondern es wird von dem im Prinzip
als Anzeigeinstrument dienenden Asynchronmotor der sonst ruhende Stator zusätzlich über eine
Übersetzung in Drehung versetzt. Demnach liegt sowohl in bezug auf die Problemstellung als auch
auf die Lösung ein wesentlicher Unterschied gegenüber dem Erfindungsvorschlag vor. Ein ebensolcher
Unterschied in der Problemstellung besteht bei einer anderen bekannten Anordnung, bei der
ebenfalls die Drehzahlen zweier Wellen über von Wechselstromgebern abgegebene dreiphasige
Wechselströme verglichen werden, die den beiden Seiten eines Asynchronmotors zugeführt werden.
In diesem Fall ersetzt der Asynchronmotor ein i°5
mechanisches Differential. Die gewünschte Drehzahldifferenz zwischen den beiden Wellen wird
durch eine gesondert angetriebene Maschine erzeugt und diese mit der vom Differential, d. h. von dem
Asynchronmotor erzeugten Drehzahl verglichen. 11Q
Im Bereich niedriger Drehzahlen ist aber die Verwendung der Vergleichsmaschine schlecht möglich,
weil diese nur in einem bestimmten höheren Drehzahlbereich einwandfrei arbeitet. Daher wird durch
eine elektrische Übersetzung, indem Ständer und "5 Läufer des Asynchronmotors verschiedene Polzahl
erhalten, die Vergleichsdrehzahl für die Differenzdrehzahl in dem elektrischen Differential erhöht.
Auch bei dieser Einrichtung treten die für die Messung der Schwebungsfrequenz gemäß der Erfindung
auftretenden Probleme nicht auf. Dafür tritt aber bei der Anordnung nach der Erfindung ein anderes
Problem auf. Da bei gleicher Drehzahl der Wellen die Geber mit verschiedenen in einem konstanten
Verhältnis stehenden Drehzahlen angetrieben werden, ändert sich die Schwebungsfrequenz mit der
absoluten Drehzahl der Wellen. Die Schwebungsfrequenz ist also kein eindeutiges Maß für die
Drehzahldifferenz der Wellen. Eine direkte eindeutige Anzeige für den Schlupf ergibt sich aber
trotzdem, wenn entsprechend dem Vorschlag der Erfindung der Quotient aus der Schwebungsfrequenz
und einer der Absolutfrequenzen gebildet wird. Dies kann in üblicher Weise durch ein
Quotientenmeßgerät geschehen.
ίο Um eine solche Messung durchzuführen, ist es
am zweckmäßigsten, die Frequenz in einen entsprechenden Stromwert, insbesondere einen Gleichstromwert,
umzuwandeln. Hierfür eignet sich besonders das sogenannte Kondensatorumladeverfahren,
das im einzelnen an Hand der Abb. 3 beschrieben sei. ι und 2 bedeuten die beiden auf den zu
messenden Wellen sitzenden Wechselstromgeber. Im Stromkreis 3 überlagern sich die von ihnen abgegebenen
Ströme, werden im Gleichrichter 4 gleichgerichtet und danach der Spule 5 des Relais R
zugeführt. In der Spule 5 fließt nun ein Strom, dessen Spannung im Takte der Schwebungsfrequenz
schwankt. (Die Grundfrequenzen sind vorher weitgehend ausgesiebt worden, z. B. durch
den Kondensator 6.) Ebenso bewegt sich der Relaisanker 8 im Takte der Schwebungsfrequenz und
steuert dadurch den von der Gleichstromquelle 9 gelieferten Strom, so daß im Takte der Schwebungsfrequenz
ein Kondensator 17 periodisch geladen und entladen wird. Diese Lade- und Entladestromstöße
werden im Gleichrichter 10 gleichgerichtet und ihre Frequenz in dem Anzeigegerät
11 angezeigt.
Bei einer solchen Anordnung können sich Schwierigkeiten dadurch ergeben, daß die von dem Wechselstromgeber gelieferte Spannung mit der Drehzahl wächst. Da das Relais aber für eine feste Erregung eingerichtet ist, erfolgt der Übergang des Relaisankers 8 von dem einen Kontakt zu dem anderen zu unterschiedlichen Zeiten innerhalb einer Schwebung. Die Lade- und Entladezeiten des Kondensators 17 werden also je nach dem Frequenzbereich, in dem man arbeitet, in einem ganz verschiedenen Verhältnis stehen. Um dies zu vermeiden, ist gemäß einer Ausgestaltung "der Erfindung eine zusätzliche Relaiswicklung 12 vorgesehen, die von dem Geber 1 über den Gleichrichter 7 gespeist wird und gegensinnig zur Spule 5 wirkt. Die Wirkungsweise sei im einzelnen an Hand der Abb. 4 erläutert. Dort ist die durch die gleichgerichtete Schwebungsspannung erzeugte Erregung des Relais als Funktion der Zeit aufgetragen. Das Relais ohne Zusatzwicklung spreche bei der Erregung O1 an. Bei einem gewissen Drehzahlbereich, für den der Verlauf der Erregung im Bereich I der Zeichnung dargestellt ist, werden dann die Zeiten des Ladens bzw. Entladens des Kondensators 17 gleich sein. Der Zeitpunkt des Ladebeginns ist mit L bezeichnet, der Zeitpunkt des Entladebeginns mit E.
Bei einer solchen Anordnung können sich Schwierigkeiten dadurch ergeben, daß die von dem Wechselstromgeber gelieferte Spannung mit der Drehzahl wächst. Da das Relais aber für eine feste Erregung eingerichtet ist, erfolgt der Übergang des Relaisankers 8 von dem einen Kontakt zu dem anderen zu unterschiedlichen Zeiten innerhalb einer Schwebung. Die Lade- und Entladezeiten des Kondensators 17 werden also je nach dem Frequenzbereich, in dem man arbeitet, in einem ganz verschiedenen Verhältnis stehen. Um dies zu vermeiden, ist gemäß einer Ausgestaltung "der Erfindung eine zusätzliche Relaiswicklung 12 vorgesehen, die von dem Geber 1 über den Gleichrichter 7 gespeist wird und gegensinnig zur Spule 5 wirkt. Die Wirkungsweise sei im einzelnen an Hand der Abb. 4 erläutert. Dort ist die durch die gleichgerichtete Schwebungsspannung erzeugte Erregung des Relais als Funktion der Zeit aufgetragen. Das Relais ohne Zusatzwicklung spreche bei der Erregung O1 an. Bei einem gewissen Drehzahlbereich, für den der Verlauf der Erregung im Bereich I der Zeichnung dargestellt ist, werden dann die Zeiten des Ladens bzw. Entladens des Kondensators 17 gleich sein. Der Zeitpunkt des Ladebeginns ist mit L bezeichnet, der Zeitpunkt des Entladebeginns mit E.
Die Zeitdauer des Ladens und Entladens ist für diesen Fall durch die darunterstehenden Strecken
angedeutet. Es bedeutet L0= Zeit des Ladens bei Anordnung ohne Zusatzwicklung und E0 = Zeit des
Entladens bei Anordnung ohne Zusatzwicklung. Bei größerer Drehzahl vergrößert sich die Amplitude
der Schwebung (Bereich II der Zeichnung). Beginn des Ladens und Entladens sowie die Dauer der
Ladung und Entladung sind wieder durch punktierte Strecken gekennzeichnet. Man sieht, daß die
Zeit der Entladung im Vergleich zur Zeit der Ladung nur klein ist. Bei weiterer Erhöhung der
Drehzahl (Bereich III) werden die Verhältnisse noch ungünstiger.
Nimmt man jedoch durch die Zusatzwicklung 12
von dem einen der Geber eine der Erregung durch die Schwebungsspannung entgegenwirkende Erregung
b des Relais ab, die proportional mit der Drehzahl steigt, sie ist in der Zeichnung durch die
ausgezogenen Parallelen zur Abszisse dargestellt, dann lassen sich die Verhältnisse in bezug auf die
Zeiten des Ladens und Entladens ganz wesentlich verbessern. Die Ansprecherregung des Relais sei
in diesem Fall o2, so daß bei den im Bereich I dargestellten
Verhältnissen die Zeitdauer des Ladens und Entladens wieder gleich ist. Die Zeiten des
Ladens und Entladens sind für eine solche Anordnung mit Zusatzwicklung durch die mit Lm bzw.
Em bezeichneten ausgezogenen Strecken dargestellt.
Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß auch in den Bereichen II und III nahezu die gleichen Ladungs-
und Entladungszeiten wie im Bereich I erreicht werden. Das mit der Zusatzwicklung 12 versehene
Gerät ist also für größere Drehzahlbereiche verwendbar als ein solches Gerät ohne Zusatzwicklung.
In der Schaltung Abb. 3 ist lediglich gezeigt, wie die Schwebungsfrequenz in eine entsprechende
Gleichstromgröße umgewandelt werden kann. Entsprechend dem Vorschlag der Erfindung wird nun
nicht diese Schwebungsfrequenz und damit die erzeugte Gleichstromgröße direkt angezeigt, sondern
der Quotient aus der Schwebungsfrequenz und einer der Absolutfrequenzen. Es tritt also an
Stelle des Meßinstrumentes 11 der Abb. 3 bei der Verwirklichung der Erfindung ein Quotientenmeßgerät,
dem außerdem noch eine elektrische Größe zugeführt wird, welche der Frequenz der Grunddrehzahl,
also eines der beiden Wechselstromgeber 1 oder 2 entspricht. Am einfachsten wird dies
dadurch verwirklicht, daß an Stelle des Anzeigeinstrumentes 11 die eine Wicklung eines Kreuz-Spulinstrumentes
tritt, dessen andere Wicklung von der Grunddrehzahl erregt wird.
Eine solche Schaltung ist als Ausführungsbeispiel in Abb. 5 dargestellt. 1 und 2 sind wieder
die beiden Drehzahlgeber, mit F ist eine Einrichtung zur Umwandlung der Schwebungsfrequenz in
einen Gleichstrom dargestellt, z. B. kann dafür eine nach Abb. 3 verwendet werden. Der Ausgang dieser
Einrichtung wird der einen Spule eines Kreuzspulinstrumentes 16 zugeführt, während die andere
Spule dieses Kreuzspulinstrumentes unmittelbar von der gleichgerichteten Spannung eines der Geber
beaufschlagt wird. Hierbei ist in den Stromkreis ein Widerstand 18 zur Begrenzung des Stromes
eingeschaltet. Das Kreuzspulmeßgerät zeigt dann unmittelbar den Schlupf an.
Claims (2)
- PATENTANSPRÜCHE:ι. Anordnung zur Messung von Drehzahl-Schlupf, bei der die Spannung zweier ■ einphasiger Wechselstromgeber überlagert und die Frequenz der dabei erzeugten Schwebungsspannung gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromgeber durch Einschaltung von Übersetzungsgetrieben verschiedenen Übersetzungsverhältnisses oder durch Ausführung mit unterschiedlicher Polpaarzahl bei gleichen Drehzahlen der zu messenden Wellen verschiedene Frequenzen erzeugen, die in einem konstanten Verhältnis stehen, das größer ist als das größte vorkommende D rehzahl verhältnis der Wellen, und daß zur Anzeige der Quotient aus der Schwebungsfrequenz und einer der Absolutfrequenzen gebildet wird.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Messung der Schwebungsfrequenz mittels eines relaisgesteuerten Stromkreises dem Relais eine Zusatzerregung überlagert wird, die proportional der Drehzahl und entgegengesetzt zur Erregung durch die Schwebungsspannung ist, insbesondere durch Speisung einer Zusatzwicklung durch einen der beiden Geber.In Betracht gezogene Druckschriften:Deutsche Patentschriften Nr. 114 308, 325494, 929, 621 438, 856 336;deutsche Patentanmeldung S 10049 VIIId/21c (bekanntgemacht am 2. 7. 1953);britische Patentschrift Nr. 626 700;USA.-Patentschrift Nr. 2 602 837;Vilbig, »Fortschritte der Hochfrequenztechnik«, 1943, Bd. 2, S. 320/321, Akademische Verlagsgesellschaft Becker & Erler K-G., Leipzig.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen© 20» 705/6 10.62
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEH19456A DE975859C (de) | 1954-02-26 | 1954-02-27 | Anordnung zur Messung von Drehzahl-Schlupf |
Applications Claiming Priority (2)
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DE1119100X | 1954-02-26 | ||
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Publications (1)
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---|---|
DE975859C true DE975859C (de) | 1962-11-08 |
Family
ID=25979367
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEH19456A Expired DE975859C (de) | 1954-02-26 | 1954-02-27 | Anordnung zur Messung von Drehzahl-Schlupf |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE975859C (de) |
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1954
- 1954-02-27 DE DEH19456A patent/DE975859C/de not_active Expired
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