DE698208C - Verfahren zur Fernmessung von Drehzahlen - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Meßgrößen dadurch in die Ferne zu übertragen, daß ein umlaufender Geber verwendet wird, dessen Drehzahl proportional der Meßgröße ist oder in einer bestimmten Abhängigkeit davon steht, und der eine der Drehzahl proportionale Frequenz erzeugt, die am Empfangsort wieder in eine ■ Anzeige umgewandelt wird. Diese Frequenz wird meist als eine Impulsfrequenz mittels einer nach Art eines Unterbrechers gebauten Kontaktvorrichtung erzeugt. Dabei macht es besondere Schwierigkeiten, bei wechselnder Drehrichtung, also z. B. bei doppelter Energierichtung eines als Geber verwendeten Leistungszählers, diesen Wechsel zu berücksichtigen. Die einfache Kontaktvorrichtung kann die Drehrichtung nicht unterscheiden. Man hilft sich dann meist so, daß man der Kontaktvorrichtung durch einen Synchronmotor einen Vortrieb gibt,' so daß sie auch bei Still-• stand des Gebers schon eine gewisse Drehzahl aufweist und damit eine bestimmte Impuls- ' frequenz erzeugt, die bei Drehung des Zählers im einen Drehsinn vergrößert, im anderen Drehsinn verkleinert wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fernmessung von Drehzahlen mittels einer von der Drehzahl abhängigen Frequenz, insbesondere zur Übertragung der beiden Drehrichtungen. Dabei wird der Vortrieb der eingangs erwähnten bekannten Einrichtung vermieden. Das Verfahren arbeitet so, daß in einer an sich bekannten Induktionsanordnung mit einer Induktionswicklung, die von der zu messenden Drehzahl angetrieben wird und in eine wechselnde Abhängigkeit von den magnetischen Wechselflüssen mehrerer, durch ein mehrphasiges Wechselstromnetz erregten Wicklungen gebracht wird, eine Sekundär Spannung erzeugt wird, deren Fr equenz bei Stillstand gleich der Netzfrequenz, bei Drehung im einen Drehsinn höher, bei Drehung im anderen Drehsinn niedriger als die Netzfrequenz ist, und daß weiter diese Wechselspannung unmittelbar oder als Modulationsfrequenz einer Trägerfrequenz zur

Empfangsstelle übertragen wird und von einem Empfangsgerät für die Frequenz angezeigt, insbesondere in eine der Frequenz proportionale Gleichstromgröße umgewandelt ; 5 wird.

Es ist zwar schon eine Vorrichtung zum Fernanzeigen von Geschwindigkeitsänderun-■ '■■■.. gen und des Drehsinns von Maschinen bekannt, die aber mit zwei oder mehreren sich '',.,:, is¹ gegeneinander ändernden Wechselstromspannungen arbeitet. Die Änderung der Spannungen wird durch Änderung der Drehzahl eines Asynchronmotors hervorgerufen, dessen Primärspannung und Sekundärspannung zur ■'15 Fernübertragung benutzt wird. Der Läufer des Asynchronmotors wird mit der zu messenden Drehzahl angetrieben. Bei einer anderen bekannten Anordnung stehen zwei Wicklungen unter dem Einfluß· von umlauf enden PoI-2Q rädern, und zwar steht die eine Wicklung still, während die andere mit der zu messenden Drehzahl angetrieben wird. Demgemäß ändert sich das Verhältnis der in diesen beiden Wicklungen induzierten Spannungen, und ,25 diese beiden Spannungen werden auf ein gemeinsames Meßgerät zur Einwirkung gebracht. Beide Anordnungen sind allerdings wegen der Verwendung von Spannungen nachteilig, da sie aus diesem Grunde eine Übertragung nur auf geringe Entfernungen gestatten.

Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel. Darin bedeuten

ι und 2 die Triebscheiben eines z.B. an-'genommenen Gebers für Drehstromleistung, 3 und 4 die Zahnräder eines Übersetzungsgetriebes,

5 eine drehbare Spule,

6 und 7 Schleifringe für die Stromzufühifo rung,

8 und 9 die Klemmen zur Abnahme der veränderlichen Frequenz,

10, 11 und 12 die durch das Drehstromnetz erregten Wicklungen,
13 die Spannungsspule,

14 die Stromspule des einen Triebsystems,

15 die Spannungsspule,

16 die Stromspule des anderen Triebsystems,

17 und 18 die Sekundärwicklungen,

* 19 und 20 die Primärwicklungen eines Drehstromspannungswandlers, 21 und 22 Stromwandler.
Die Wirkungsweise ist folgende: "Qnter dem Einfluß der Triebsysteme 13, 14 und 15, 16 nehmen die Triebscheiben 1 und 2 ■:■■:' eine Drehzahl an, deren Größe von der Größe der gemessenen Drehstromleistung, deren Sinn Von der Energierichtung abhängt. Diese Drehzahl wird über die Zahnradübersetzung 3,4 auf die Spule 5 übertragen. Diese befindet sich im magnetischen Feld der drei mit Drehstrom gespeisten Wicklungen 10, 11, 12. Im, Stillstand der Spule 5 wird also in ihr eine Spannung induziert, die die Frequenz der Netzspannung, z.B. 5.0 Perioden/Sek., hat und ⁶S eine Phase, die von der zufälligen räumlichen Lage der Spule 5 gegenüber den Achsrichtungen der erregenden Wicklungen 10, 11, 12 abhängt, je nachdem ob die Spule mehr oder weniger mit der Richtung der Wicklungen 10, 11 oder 12 übereinstimmt. Dreht sich die Spule, so wird sich die Phase der induzierten Spannung stetig ändern, was aber einer Veränderung der Frequenz gleichkommt. Diese < wird erhöht, wenn die Drehung der Spule 5 ⁷S einen derartigen Sinn hat, daß sie aus der Achsrichtung der einen Wicklung, z.B. 10, als nächste in die Richtung derjenigen Wicklung, z.B. 11, kommt, die gegenüber der ersten von einem in der Phase voreilenden Strom durchflossen wird. Ist der Drehsinn dagegen umgekehrt, daß die Spule 5 als nächste in die Richtung der z. B. von einem nacheilenden Strom durchflossenen Wicklung 12 kommt, so wird die Frequenz erniedrigt.

Es wird also in der beweglichen Spule eine Spannung erzugt, die in ihrer Frequenz linear von der Drehzahl abhängt, und 'zwar derart, daß der Nullpunkt bei der sogenannten synchronen Drehzahl liegt, d. h. derjenigen Dreh- 9<> , zahl, bei der die Drehung der beweglichen Spule ebenso schnell erfolgt wie der infolge der zeitlichen Phasenverschiebung der erregenden Spannung auftretende Wechsel der Flüsse von der Wicklung 10 auf die Wicklung 11 und weiter 12, der bei Induktionsmotoren zur Ausbildung eines sogenannten Drehfeldes ' führt.

Die Spannung, die in der Spule 5 induziert wird, wird an den Schleifringen 6 und 7 ab- *°° genommen und über die Klemmen 8 und 9 weitergeleitet, also z. B. dem Empfänger über die Fernleitung zugeführt. Die Wicklungen '· 10, 11, 12 liegen an den Sekundärwicklungen 17, 18 des Drehstromspannungswandlers, an ¹⁰5 ■: die auch die Spannungsspulen 13 und 15 der Zählertriebsysteme angeschlossen sind, wäh- · rend ihre Stromspulen 14 und 16 von den Stromwandlern 21 und 22 gespeist werden, die in zwei Phasen des Drehstromnetzes ge- ^llo< ; legt sind, _an das auch die Primärwicklungen 19 und 20 des Spannungswandlers angeschlossen sind. . ■ '

Für den verwendeten Frequenzbereich wesentlich ist das Verhältnis der größten Dreh- ¹¹S zahl der Spule 5 zu der sogenannten synchronen Drehzahl der Induktionsanordnung, wie sie oben definiert wurde. Die synchrone Drehzahl hängt von der Polpaarzahl ab, wenn man den in der Theorie der elektrischen Maschinen V20 , gebräuchlichen Ausdruck hier verwenden will, d.h. von der Zahl der Teilungen für. eine Jl

Claims (3)

1. ganze Umdrehung. Bei dem gezeichneten Beispiel entspricht eine Teilung einer vollen Umdrehung; die Polpaarzahl ist also i. Die synchrone Drehzahl wird dann bei Speisung mit 5operiodigem - Strom 50 Umdrehungen/Sek. oder 3000 Umdrehungen/Min. Nimmt man an, daß der Zähler selbst ohne wesentliche Beeinträchtigung seiner Genauigkeit bei Vollast zwei Umdrehungen/Sek.- machen kann und daß die Zahnradübersetzung3,.4 eine Übersetzung ins Schnelle ¹J₅ ermöglicht, so wird die Frequenz um 10 Perioden erhöht oder erniedrigt, je nach der Dnehrichtung; der Frequenzbereich wird also 40 bis 60 Perioden/ Sek. betragen. Er kann vergrößert werden, wenn man eine Induktionsanordnung mit mehreren Teilungen für eine Umdrehung, also eine mehrpolpaarige Anordnung verwendet; er muß aber jedenfalls so gewählt werden, daß auch bei der größten Drehzahl des Zählers die synchrone Drehzahl nicht überschritten- wird, da sonst der eindeutige Züsamenhang zwischen Frequenz untt Meßgröße' verlorengeht. Der Frequenzbereich wird aber zweckmäßigerweise auch andererseits nicht zu klein gewählt, da sonst die unvermeidlichen Änderungen der Netzfrequenz gegenüber dem Normalwert von z. B. 50 Perioden/Sek. als Meßfehler für die' Übertragung stark ins Gewicht lallen.

   Besonders zweckmäßig ist die Verwendung von Induktionsanordnungen, die an anderer Stelle vorgeschlagen sind und die nur mit feststehenden Spulen und einem rotierenden Anker ohne Bewicklung ausgeführt sind/da diese keine Reibung für Schleifringe und'Bürsten erfordern und außerdem bequem vielpolig aufgebaut werden können, so daß dabei keine ebenfalls Reibungsverluste verursachende Übersetzung ins Schnelle notwendig wird. Der

   4P rotierende Anker kann also u. U. unmittelbar auf der Zählerachse befestigt werden. Auf diese Weise lassen. sich Beeinträchtigungen der Genauigkeit des Geberzählers vermeiden.

   Für den Empfänger kann irgendeines der bekannten Verfahren' zur Messung von Wechselstromfrequenzen benutzt werden. Zweckmäßigerweise wird dabei ein solches gewählt, das für die Anzeige eine Gleichstromgröße benutzt, da sich damit etwa notwendige Summierungen leicht durchführen, lassen.. Als Beispiel sei das Frequenzmeßverfahren mit über Röhren gesteuerter Aufladung und Entladung eines Kondensators genannt.

   Die Fernübertragung der von der. erfindungsgemäßen Geberanordnung gelieferten Frequenz kann ebenfalls nach irgendeinem der bekannten Verfahren, z. B. durch unmittelbare Leitungsübertragung oder durch Modulation einer Trägerfrequenz, erfolgen.

   PATENTANSI¹HUCHIi:

   i. Verfahren zur Fernmessung von Drehzahlen mittels einer von der Drehzahl abhängigen Frequenz, insbesondere zur ' Übertragung der beiden Drehrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß 'in einer an sich bekannten Induktionsanordnung mit einer Induktionswicklung, die von der zu messenden Größe angetrieben wird und in eine wechselnde Abhängigkeit von den magnetischen _ Wechselflüssen mehrerer durch ein mehrphasiges Wechselstromnetz erregten Wicklungen gebracht wird, eine Sekundärspanming erzeugt wird, " deren Frequenz bei Stillstand gleich der Netzfrequenz, bei Drehung im einen Drehsinn höher und bei Drehung im anderen Drehsinn niedriger als die Netzfrequenz ist, und daß weiter diese Wechselspannung un- \ mittelbar oder als Modulationsfrequenz einer Trägerfrequenz zur Empfangsstelle übertragen wird, und von einem Empfangsgerät für die Frequenz angezeigt, insbesondere in eine der Frequenz proportionale Gleichstroi^gpöße umgewandelt wird.
2. 2. Anordnung zur Durchführung des. Verfahrens" nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polverhältriisse und gegebenenfalls die Übersetzungsverhältnisse so gewählt werden, daß für den gesamten zu übertragenden Meßbereich ein Frequenzbereich solcher Breite erreicht wird, daß die unvermeidlichen Abweichungen der Netzfrequenz von ihrem Normalwert keinen größeren Meßfehler hervorrufen.
3. 3. Anordnung zur Durchführung, des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Induktionsanordnung verwendet wird, die nur mit feststehenden Spulen und mit e'inem unbewickelten Anker arbeitet.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen