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Als Tachometer-Generator dienende Induktionsmaschine Die vorliegende
Erfindung betrifft einen elektrischen Drehgeschwindigkeitsimpulsgeber. Derartige
Geber werden gebraucht für Drehgeschwindigkeitsüberwachungen, für Motorumkehrsteuerungen
u. a. m. Bisher benutzte man für diese Zwecke Gleich- und Wechselstromgeneratoren,
die sich fast nicht in dem Aufbau, vielmehr nur in ihrer Größe von den bekannten
Generatoren für große Leistung unterscheiden. Sie haben deshalb auch Eigenschaften,
die bei großen Maschinen unerheblich oder sogar erwünscht sind, sich dagegen bei
Impulsgebern gegebenenfalls unter bestimmten Betriebsbedingungen als sehr störend
bemerkbar machen. Solche Bedingungen liegen beispielsweise vor bei Verwendung von
Geschwindigkeitsgebern in Geräten, von deren an sich kleiner Leistung nur ein ganz
geringer Teil für den Antrieb der Geber zur Verfügung steht und wo die Welle, die
mit dem Geschwindigkeitsgeber gekuppelt ist, nicht mit solch großen rotierenden
Massen belegt ist, daß die rotierende Masse des Gebers demgegenüber vernachlässigt
werden kann.
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In solchen Fällen wirken sich bei den bekannten Geschwindigkeitsgebern
das verhältnismäßig große Trägheitsmoment des Läufers
und die Nutrastkräfte
nachteilig aus und außerdem bei Gleichstrommaschinen zusätzlich noch die Bürstenreibung
und der Bürstenwiderstand.
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IGm die Vorteile der Gleichstromanzeigegeräte benutzen zu können
und um andererseits die bei den üblichen Gleichstrommaschinen durch den Kollektor
und die Bürsten bedingten Nachteile zu vermeiden, ist es weiterhin beliannt, eine
Gleichstrommaselline der Unipolarbauart zu verwenden; Hierbei dient als induzierter
Teil eine von den Kraftlinien geschnittene Scheibe oder Trommel, zwischen deren
zentralem Teil und ihrer Peripherie der induzierte Strom abgenommen wird. Die Abnahme
des induzierten Stromes von umlaufenden, leitenden Teilen ist ein besonderer Sachteil
der Unipolarmaschine, wodurch sich zusätzliche Reibungen ergeben oder komplizierte
Stromableitungseinrichtungen erforderlich werden.
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In Regel- und Steueranlagen, in denen in Abhängigkeit von der Abweichung
des Istwertes einer Regel- oder Steuergröße von ihrem Sollwert eine Wechselspannung
zur Steuerung benutzt wird, deren Phasenlage um I80- mit dem Richtungssinn der Abweichung
umschwenkt, ist es häufig erwünscht, in die Steuer- oder Regelanlage außerdem einen
von der Ist- oder Sollgeschwindigkeit abhängigen Steuerimpuls einzuleiten. In diesem
Fall muß die Tachometermaschine eine der Geschwindigkeit proportionale Wecllselspannung
liefern deren Frequenz von der Drehgeschwindiglieit der AIaschine unal)hängig ist
und deren Phasenlagen ebenfalls je nach der Drehrichtung des Generators um I80-
zueinander versetzt sind. Beide Impulse können dann zur Steuerung wediselstromgespeister,
in Gegentakt arbeitender Gleichrichterröhren dienen, welche einen Gleichstrom von
umgekehrter Polarität liefern. je nachdem die an die Gitter der Röhrenschaltung
angelegte Überlagerungsspannung um i8o gegeneinander versetzte Phasenlagen hat,
so daß ein in den Gleichstromkreis eingeschalteter Gleichstrommotor mit unterschiedlicher
Drehrichtung angetrieben werden kann. Die Verwendung von Gleicllstromtachometermaschinen
hat hierbei den weiteren Nachteil, daß die von der Maschine gelieferten Gleichströme
mittels Modulationseinrichtungen, z. B. Ringmodulatoren aus Trockengleichrichterzellen,
in Wechselströme von Netzfrequenz und umschwenkbarer Phasenlage umgewandelt werden
müssen. Tachometermaschinen nach Art von normalen Wechselstromsynchronmaschinen
sind für diesen Zweck ausgeschlossen, da bei ihnen, abgesehen von ihrer zu großen
Masseträgheit die Drehrichtung im Empfänger nicht erkennbar gemacht werden kann
und die Frequenz der abgegebenen Spannung mit der Drehzahl wächst.
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Als Tachometer-Generator ist bereits eine einphasig erregte Induktionsmaschine
mit Kurzschlußkäfigläufer und einer Wicklung bekanntgeworden, die eine der Läufergeschwindigkeit
proportionale Wechselspannung liefert. deren Frequenz von der C,eschwindigkeit der
Maschine unabhängig ist und deren Phasenlage um 180@ mit der Drehrichtung umschwenkt.
Eine derartige Maschine hat aber den besonderen Nachteil, daß noch größere Läuferträgheitsmomente
als bei der Gleichstromtachometermaschine und außerdem Nutenraskräfte auftreten.
Die Erfindung besteht darin, daß der Kurzschlußläufer einer derartigen einphasig
erregte Induktionsmaschine in der bei Ferrarisinstrumenten üblichen Weise als dünnwandiger
Läufer, insbesondere der Trommeltype, ausgebildet ist. Hierdurch erzielt man eiii
äußerst geringes Trägheitsmoment. Außerdem ist die Lagerreibung praktisch vernadilässigbar.
und es treten weiterhin keinerlei Nutenastkräfte auf. Die Verwendung einer Trommel
erweist sich dabei als vorteilhaft, da hierbei der von den Kraftlinien geschnittene
Teil ein Zvlindermantel ist und daher der erforderliche Kraftlinienschnitt ohne
weiteres durch entsprechende Länge des zylindrischen Teiles der Trommel erzielt
werden kann, während der Durchmesser der Trommel entsprechend gering gehalten werden
kann. Diese Geringhaltung des Trommeldurchmessers wirkt sich sehr günstig auf die
Größe des Trägheitsmomentes aus, da dieses von der vierten Potenz des Trommeldurchmessers
abhängt. Schließlich kann der Läufer, der aus nicht magnetischem Material bestehen
muß, aus Aluminium hergestellt werden. was im Rahmen der Erfindungsaufgabe wieder
zu einer zusätzlichen Verringerung des Trägheitsmomentes führt.
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Verglichen mit den bekannten Impulsgebern zeichnet sich der Erfindungsgegenstand
außer dadurch die genannten Vorteile aus durch seine Kleinheit und sein geringes
Gesamtgewicht, ferner durch den verschwindend kleinzell Leistungsverbrauch und durch
die Fähigkeit, ohne Zusatzeinrichtungen zur Aussteuerung von wechselstromgespeisten
Stromtor- oder Verstärkersteuerungen dienen zu können.
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In der Fig. I ist der Erfindungsgegenstand schematisch im Schnitt
dargestellt. In ihr ist ein Ständerblechpaket I vorgesehen mit vier Polkernen 2,
3, 4, 5, die vornehmlich um 90° gegeneinander versetzt sind. Die Erregerwicklung
6, 7 der Polkenie 2, 3 liegt an einem Wechselstromnetz RS. Die Wicklung 8, 9 der
Polkerne 4, 5 ist angeschlossen an einen Drehgeschwindibkeitsimpulsempfänger
10.
Zwischen den Polen läuft ein Trommelanker 11 aus Aluminium, in dessen Innern ein
feststehender Weicheisenkern I2 angeordnet ist.
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Die wechselstromgespeiste Erregerwicklung 6, 7 induziert zwischen
den Polen 2, 3 ein Ävechselfeld. Gegenüber diesen liegt die Wicklung der um go0
versetzten Pole 4, 5 in der neutralen Zone. Eine Drehung der Ferraristrommel 11
bewirkt eine Verzerrung des Wechselfeldes, und zwar eine um so stärkere, je größer
die Trommelgeschwindigkeit ist. Das verzerrte Wechselfeld induziert seinerseits
eine Spannung in der Wicklung 8, g der Pole 4, 5, die proportional der Drehgeschwindigkeit
ist. Wird diese aber Null, so liegt die Wicklung 8, g wieder in der neutralen Zone.
Die induzierte Spannung in der Wicklung 8, 9 und damit die Meßspannung am Impulsempfänger
11 wird ebenfalls Null.
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Wechselt die Läufertrommel ihre Umdrehungsrichtung, so springen die
Spannungen um etwa I80° in der elektrischen Phasenlage um.
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Die Fig. 2 zeigt die Anwendung des Erfindungsgegenstands bei einer
Motorumkehrsteuerung, wobei ein Motor M von einer veränderlichen, von dem Geschwindigkeitsimpulsgeber
gelieferten Steuerwechselspannungu, v gesteuert wird, die in Phase bzw. in Gegenphase
zur Netzspannung RS liegt.
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Die beiden Entladungsröhren Rl, R2 sind in Gegentakt geschaltet und
sind so gesteuert, daß bei Steuerwechselspannung in Phase zur Netzspannung das eine
Rohr zündet und den Motor in der einen Drehrichtung antreibt, während bei Steuerspannung
in Gegenphase zum Netz das andere Rohr zündet und den Motor umsteuert. Dies wird
dadurch erreicht, daß die Steuerwechselspannung zu einer festen Spannung addiert
und von einer zweiten gleich großen Wechselspannung subtrahiert wird. Dies geschieht
mittels des Transformators T, der eine vom Netz RS gespeiste Primärwiddung P und
zwei Sekundärwicklungen S1, S2 hat, die beide parallel zur Steuerspannungsquelle
geschaltet sind, und zwar so, daß einmal die Summe und einmal die Differenz der
Sekundärspannung des Transformators T mit der Steuerwechselspannung, v gebildet
wird. Die Summe bzw.
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Differenzspannung wird über Transformatoren Tl, T2 Vollweg-Kupferoxydul-Gleichrichtern
G, G2 zugeführt, während die gleichgerichteten Spannungen das Steuergitter der einen
bzw. der anderen Röhre als veränderliche negative Gittervorspannungen beeinflussen.
Diesen beiden veränderlichen Gittergleichspannungen wird je eine feste Gitterwechselspannung
aus dem Netz RS über Transformatoren T3, T4 in Phase zu der über den Transformator
T5 zugeführten Anodenwechselspannung überlagert. Bei Steuerspannung 0 sind beide
von den Gleichrichtern Gj, G2 gelieferten Gleichspannungen gleich groß und dem Gitter
negativ aufgeschaltet.
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Der Scheitelwert der durch Überlagerung gewonnenen beiden Gittervorspannungen
ist so gewählt, daß er kurz unterhalb der Zündgitterspannung liegt, so daß die Röhren
den Anodenstrom völlig sperren. Bei Auftreten einer Steuerspannung in Phase zum
Netz zündet nun dasjenige Rohr, dessen negative Vorspannung infolge des Einwirkens
der Steuerspannung vermindert worden ist, und mit Anwachsen der Steuerspannung wächst
die Motordrehzahl an, bei Steuerspannungen in Gegenphase zum Netz zündet das andere
Rohr, und der Motor läuft in umgekehrter Richtung. An Stelle eines Elektromotors
kann man auch einen Leonardgenerator in der vorbeschriebenen Weise beeinflussen,
welcher den zu steuernden Motor speist.
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PATENTANspnücn£: I. Als Tachometer-Generator dienende einphasig erregte
Induktionsmaschine mit Kurzschlußläufer und einer Wicklung, die eine der Läufergeschwindigkeit
proportionale Wechselspannung liefert, deren Phasenlage um I800 mit der Drehrichtung
des Läufers umschwenkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußläufer in der
bei Ferrarisinstrumenten üblichen Weise als dünnwandiger Läufer, insbesondere der
Trommeltype, ausgebildet ist.