DE459426C - Vorrichtung zur genauen Messung oder Steuerung einer Frequenz oder Tourenzahl - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur genauen Messung oder Steuerung einer Frequenz oder Tourenzahl. Treibt man einen fremd erregten Gleichstromgenerator mit einer Tourenzahl N an, so ist der Ankerstrom proportional der Tourenzahl 'l und dem in der Erregerwicklung fließenden Strom. Diese bekannte Tatsache kann in vorteilhafter Weise zur Messung der Tourenzahl oder indirekt zur Messung der Frequenz dienen. Im letzteren Falle kann der Gleichstromgenerator von der Welle des Wechselstromgenerators oder vor, einem Synchronmotor angetrieben werden.
• Der Erfindungsgedanke soll an Hand der schematischen Darstellung in Abb. i und erläutert werden. In Abb. i sind i und 2 die beiden Drehspulen eines Kreuzspulenmeßgerätes bekannter Art. Ihre Drehachse steh senkrecht zur Papierebene, ihr Zeiger 3 spielt über einer Skale 4. Die Kreuzspulen i und 2 bewegen sich im Feld eines permanenten Magneten, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Die Spule i liegt an dem Anker 5 eines kleinen Generators, der von einem Synchronmotor oder von einer Welle, deren Tourenzahl gemessen werden soll, angetrieben wird. Die Spule 2 ist mit einer Stromquelle ; und der Erregerwicklung () de: kleinen Generators verbunden.
• Ist N die zu messende Drel-zahl oder Frequenz (am Synchronmotor), o ist unter Voraussetzung konstanter Wi(lf_rstände in den Stromkreisen I und II J,-K,#Jl,#N (i) wo J, und J" die Ströme in den Kreisen I und II bedeuten und K, eine Konstante darstellt. Die Drehmomente Dl und DZ an den Kreuzspulen i und 2 errechnen sich wie folgt: D,-C#f, (a) J1 oder mit (I) D, - C K, fi (a) 1n # N (2) D. - C # f2 (a) # 1n (3) Hier ist C die Konstante, die für beide Drehmomente gleich ist, da die gleichen Spulen i und 2 im gleichen Magnetfeld schwingen. f, (a) und f2 (a) stellen Funktionen des Ausschlagwinkels a dar, die dem Umstand Rechnung tragen, daß das Feld des permanenten Magneten seine Dichte im Ausschlagsbereich der Kreuzspulen ändert.
• Die beiden Spulen i und 2 sind so geschaltet, daß ihre Drehmomente entgegengesetzt wirken. Kommt der Zeiger zur Ruhe, so müssen die Drehmomente gleich sein, also: D, - D2 (4) oder mit den Gleichungen (2) und (3) C K, f@ (a) JI, N - C f 2 («) Jlr hieraus wo F (a) eine neue Funktion des Ausschlagswinkels a ,darstellt, die auch die Konstante K, enthält.
• Das Wesentliche der Erfindung ist der kleine Generator j, 6 in Abb. i, dessen Erregerstrom zusammen mit dem Ankerstrom als Maß für die zu messende Frequenz oder Umlaufzahl dient. In der Schaltung nach Abb. i wird der Quotient der beiden Ströme T, und J" gemessen. Die Empfindlichkeit der Methode kann noch wesentlich gesteigert werden, wenn man nicht den Quotienten, sondern die Differenz von Anker und Erregerstrom in einem Meßinstrument wirken läßt, z. B. in der Doppelwicklung der Spule eines Drehspulmeßgerätes oder durch eine Differenzschaltung, wie sie in Abb.2 dargestellt ist und die etwas näher erläutert werden soll.
• In Abb.2 stellen 15 und 16 wieder den Anker und die Erregerwicklung des kleinen Generators dar, der von einem Synchronmotor mit der zu messenden Frequenz oder von einer Welle, deren Tourenzahl gemessen werden soll, angetrieben wird. 17 ist eine Stromquelle, i i und 12 sind Widerstände von R11 bzw. R" Ohm. 13 ist ein empfindliches Meßgerät (Minivoltmeter), das die Spannungsdifferenz e an i i und 12 anzeigt. Die Ströme in den beiden Kreisen I und II seien mit T, und T", die Spannungen an den Widerständen i i und 12 mit E11 und EI, bezeichnet. Es gelten dann folgende Beziehungen: Ell = 1I Rll (6) oder mit Gleichung (i) in (6) E"=KITirNR" (7) E12 = In ' R12 Die Spannungsdifferenz e an 13 ist: e@E11-E12 mit (7) und (8) e = 111 (K, N R11- R12) (9) nach (9) wird die Spannungsdifferenz e null, wenn K, N R11- Ri2 oder Wählt man. den Quotienten rechts in (i o) so, daß die Spannung e in (9) für den Sollwert der zu messenden Größe, z. B. die Frequenz 50 Perioden p. S., null wird, so wird die Messung dieses Sollwertes unabhängig vom Strom T" und damit auch unabhängig von betriebsmäßigen Schwankungen der Spannung an der Stromquelle 17 (Abb. 2). Diese Schwankungen bringen auch bei Abweichungen der Frequenz A1 vom Sollwert, z. B. 50 Perioden p. S., nur sehr kleine Fehler in die Messung von Ar. Ist die Frequenz 51 Perioden und der Strom T" 5°1o zu groß oder zu klein, so beträgt der Meßfehler, wie ein Blick auf Gleichung (9) zeigt, der Frequenzschwankung oder bezogen auf die Normalfrequenz von 5o Perioden o,i °1a. Es ist auch möglich, einen der Widerstände ii und 12, z. B. 12, veränderlich zu machen und so lange zu regulieren, bis die Spannung an 13 null ist. Dann gibt nach Gleichung (io) R12 ein direktes Maß für den gesuchten Wert N. Hierdurch wird die Frequenzmessung auf die Messung eines Widerstandes zurückgeführt, deren Genauigkeit außerordentlich gesteigert werden kann, wenn man als Nullinstrument 13 ein hochempfindliches Galvanometer verwendet.
• Meist kommt es bei der Messung einer Frequenz oder einer Tourenzahl weniger darauf an, deren absoluten Wert richtig zu erfassen, sondern kleine Abweichungen eines eingeführten Sollwertes zu erkennen und abzustellen. Hierzu ist die Schaltung nach Abb.2 ganz besonders geeignet. Sie kann, wie oben schon gezeigt, als hochempfindliche Meßmethode ausgebildet werden, aber auch als ebenso empfindliches Steuerorgan zur Konstanthaltung einer bestimmten Frequenz. Hierzu ist es notwendig, das Meßinstrument 13 als Kontaktinstrument oder Relais auszubilden, dessen Kontaktgabe bei zu hohen und zu niedrigen Werten des Sollwertes von N durch bekannte Mittel die betreffende Maschine, -deren Frequenz oder Tourenzahl konstant gehalten werden soll, entsprechend beeinflußt. Da bei entsprechender Wahl des Generators 15, 16 und der Stromquelle 17 hinreichende Energie zur Verfügung steht, ist eine kräftige Kontaktgabe durch das Instrument oder das Relais 13 sicher möglich.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zur genauen Messung oder Steuerung einer Frequenz oder Tourenzahl durch Messung der elektromotorischen Kräfte eines mit der zu messenden Frequenz oder Tourenzahl angetriebenen Generators, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz des Ankerstromes und des von ihm unabhängigen Erregerstromes mit an sich bekannten Einrichtungen gemessen wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Erreger- und Ankerstrom in einem Kreuzspulinstrument bekannter Art gemessen wird. .
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Erreger-und Ankerstrom durch Widerstände geleitet «erden und die Differenz der Spannungsgefälle an diesen Widerständen, mit einem empfindlichen Voltmeter gemessen, als Maß dient für Frequenz und Tourenzahl. .
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (i i und 12, Abb.2) so gewählt «-erden, daß beim Sollwert der zu messenden Größe die Spannungsdifferenz null wird, damit auch bei der Differenzmethode die Angabe des Meßinstrumentes (13, Abb. 2) für den Sollwert der zu anessenden Größe unabhängig wird von betriebsmäßigen Schwankungen der Spannung an der Stromquelle des Erregerstronikreises.
5. 5. Meßverfahren mit Vorrichtungen nach Anspruch 3 und d, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere für ganz präzise Messungen einer der beiden Widerstände (i i und 12, Abb. 2) oder beide regelbar eingerichtet werden und bei Regulierung auf eine Spannungsdifferenz null mit Hilfe eines Nullinstrumentes (i3, Abb. 2) die Messung der Frequenz oder -Tourenzahl nach Maßgabe der Gleichung (io) auf eine Widerstandsmessung zurückgeführt wird.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Meßinstrumente oder neben diesen Relais oder Meßinstrumente mit Maximal- und Minimalkontakten eingebaut werden zur Steuerung der Frequenz oder Tourenzahl nach an sich bekannten Methoden.