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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Kenngrössen einer rotierenden Maschine, insbesondere einer elektrischen Maschine, welche aus der Drehbewegung abzuleiten sind, wie beispielsweise die Drehzahl, das Drehmoment, das Schwungmoment, die Bremsleistung oder dergleichen, wobei die Drehbewegung der rotierenden Welle über Impulse erfasst wird, die einem Impulszähler zugeführt werden, einem Zeitzähler eine vorgegebene Taktfrequenz zur Messzeitintervatterfassung zugeführt wird, eine Synchronstufe von einem Mikroprozessor den Messbefehl als Vorgabe erhält und nach der Vorgabezeit der Impulszähler den nächsten Impuls erfasst, nach der Messperiode die beiden Zahlerstände in jeweils zugeordnete Pufferspeicher zugeordnet werden,
der Mikroprozessor über die Synchronstufe eine Datenabfrage von den Pufferspeichern durchführt und aus diesen Daten die Kenngrössen zeitsynchron errechnet und ausgibt Die immer höher werdenden technischen Anforderungen sowie die immer höher werdenden Anforderungen an die Betriebssicherheit rotierender Maschinen erfordern immer bessere Prüfmethoden.
Ein wesentlicher Teil der Prüfung beinhaltet die Messung der Drehzahl und die Auswertung der daraus abzuleitenden Kenngrössen der Maschine Ein Verfahren bzw. eine Anordnung der eingangs genannten Art ist aus der GB 2 013 896 A bekannt Diese Anordnung verwendet für beide Impulszähler einen AufwÅartszähler, wobei der zweite Zähler zusätzlich mit einem Dekoderausgang ausgerüstet ist und der zugeordnete Oszillator mit einer Taktfrequenz von ca. 1 Mhz arbeitet Ferner ist aus der AT-PS 382 462 ein Verfahren zur Ermittlung des Lastmoments, welches von einem Motor auf eine rotierende Last wirkt, bekannt. Dieses Verfahren bildet durch Subtraktion einer vorher bekannten und abgespeicherten Motorantriebsmomentkennlinie vom jeweiligen momentan gemessenen und vom Betriebszustand der Maschine abhängiges Beschleunigungsmoment.
Darüberhinaus ist für dieses Verfahren ein hoher schaltungstechnischer Aufwand notwendig In der "Elektrotechnischen Zeitschrift" 57 Jahrgang, Heft 11, Berlin, 12. März 1936 ist der Artikel "Die Auslauflinien umlaufender Maschinen und ihre Auswertung" von DiplIng Fritz Reinhardt erschienen In diesem Artikel wird sowohl eine mathematische als auch eine graphische Auswertung des Drehzahlverlaufes einer frei auslaufenden Maschine beschrieben.
In diesem Verfahren wird lediglich der Drehzahlverlauf gemessen, alle anderen Kenngrössen, wie zum Beispiel das Schwungmoment, die Aufteilung der Lager- und Luftreibungsveriuste, werden dann gesondert mathematisch bzw graphisch ermittelt.
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Der Nachteil der Methode besteht darin, dass eine Auslauflinie bis herunter zu kleiner Drehzahl erfasst werden muss, um daraus die Kenngrössen erst nach einer aufwendigen Berechnung bzw graphischen Auswertung zu gewinnen Durch Änderungen verschiedener Versuchsparameter während der insbesondere bei grossen Maschinen langen Messdauer und durch die graphische Auswertung, die zu dem nur nicht redundante Einzelwerte liefert,
entsteht eine relativ hohe Ungenauigkeit der ermittelten Kenngrössen Die AT-PS 384680 beschreibt eine "Anordnung zur Funktionsprüfung einer ein- oder mehrphasigen Wechselstrommaschine". Bei dieser Anordnung wird eine Tachometermaschine an ein Kompaktgerät angeschlossen, an welches weiters ein Strom- und ein Spannungswandler angeschlossen sind, welche in der Zuleitung der zu prüfenden Maschine eingeschleift sind Die Ausgabe des Kompaktgerätes erfolgt über ein Ausgabegerät, wie zum Beispiel einen Schreiber oder einen Oszillographen.
Diese Anordnung benötigt einen sehr hohen Aufwand an Messeinrichtungen. Weiters ist diese Methode nicht für alle rotierenden Maschinen geeignet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin ein Verfahren zur raschen und sehr genauen Bestimmung der, aus der Drehzahlkennlinie abzuleitenden Kenngrössen einer rotierenden Maschine zu schaffen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Trennung der mechanischen Verluste in Luft- und Flüssigkeitsreibungsanteile Auslaufversuche durchgeführt werden, wobei die Drehzahl-Zeitlinie in die Leistungs-Drehzahlkurve übergeführt wird und dass aus der Lelstungs-Drehzahlkurve durch geeignete Normierung beispielsweise mit der Wurzel aus der dritten Potenz der Drehzahl, durch lineare Regression die Verlustkennziffern direkt ermittelt werden Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, die Kenngrössen einer rotierenden Maschine aus dynamischen Vorgängen in Echtzeit zu erfassen.
Mit sehr hoher Genauigkeit erfolgt dann die computergestützte Verarbeitung und die Protokollierung, was die Prüfzeit wesentlich verkürzt Die Mess- und Auswerteanordnung ermöglicht es, durch die direkte Leistungsausgabe, von der bisher praktizierten Analyse der Drehzahl-Zeitkurve auf die Leistungs-Drehzahlkurve überzugehen.
Bei der Wirkungsgradbestimmung von Generatoren nach der Auslaufmethode lässt sich damit die Prüfdauer wesentlich verkürzen und gleichzeitig die Messgenauigkeit wesentlich erhöhen
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Gemäss einer Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Messungen penodisch durchgeführt und aus der Differenz zweier aufeinander folgender Drehzahlwerte und des Mittelwertes der Zeit der ersten Messung plus der zweiten Messung wird im Mikroprozessor die Drehbeschleunigung errechnet.
Diese periodische Messung bietet den Vorteil, die momentane Drehbeschleunigung zu ermitteln, wodurch die Veränderung derselben während der Prüfung direkt abzulesen ist In der Folge wird die Erfindung anhand eines, in den Zeichnungen Fig 1 und 2 dargestellten, Ausführungsbeispieles näher erläutert Fig 1 zeigt das Blockschaltbild, Flg. 2 das Impulsdiagramm des Ausführungsbeispieles, Fig 3 das Diagramm einer Auslaufmessung und Fig. 4 die Leistungs-/Drehzahlkurve In Fig. 1 ist eine Motorwelle mit einem angeschlossenem Inkrementalimpulsgeber 1 ersichtlich, welchem ein Impulszähler 2 zur Zählung der Impulse nachgeschaltet ist.
Ein Zeitzähler 3, welchem von einem 20 MHz-Oszillator 4 die Taktschritte vorgegeben werden, zählt die Taktschritte während eines Messintervalles Sowohl der Impulszähler 2 als auch der Zeitzähler 3 speichern ihre Zählerstände in einen jeweils zugeordneten Pufferspeicher 6, 7 Die jeweiligen Daten in den Pufferspeichern 6,7 werden von einem nachgeschalteten Mikroprozessor 8 abgefragt, welcher aus den Daten die Kenngrössen, wie z. B. Drehmoment, Bremsleistung, errechnet und diese über eine Ausgabeeinheit 9a, 9b digital oder analog ausgibt. Eine Synchronstufe 5, welche vom Mikroprozessor 8 den Messbefehl erhält, gibt diesen gleichzeitig sowohl an den Impulszähler 2 als auch an den Zeitzähler 3 ab.
Die Messung beginnt mit der ersten steigenden Flanke des Messsignals vom Inkrementalimpulsgeber 1 und endet, nach dem vom Mikroprozessor 8 über die Synchronstufe 5 vorgegebenen Messintervall, bel der nachten steigenden Flanke des Inkrementalimpulsgebers 1 Nach der erfolgten Zählung werden die Daten über Befehl der Synchronstufe 5 in die zugeordneten Pufferspeicher 6,7 gespeichert Gleichzeitig erhält der Mikroprozessor 8 die Freigabe von der Synchronstufe 5 zum Lesen der Daten aus den Pufferspeichern 6,7 Der Mikroprozessor 8 errechnet unter anderen Kenngrössen auch die Drehbeschleunigung,
woraus das Messintervail - bei steigender Beschleunigung wird das Messintervall verringert und umgekehrt - festgelegt wird und als neuer Messbefehl an die Synchronstufe 5 weitergegeben wird Die Fig 2 zeigt den zeitlichen Ablauf der verschiedenen Steuersignale während einer Messung Die Impulse des Inkrementalimpulsgebers 10 sind periodisch wiederkehrende Rechteckimpulse mit unterschiedlichem Tastverhältnis bei Drehzahländerungen. Das Messsignal 20 zum Starten des Messvorganges Ist ein Rechtecksignal, das so lang ist, dass es mit Sicherheit eine steigende Flanke des Impulsrechteckes überlappt Zu diesem Zeitpunkt beginnt dann der Mess Vorgang 21. Ein zweites
Messsignal beendet den Mess Vorgang bei 21, setzt die Zähler 40 auf "0"und startet einen neuen Messvorgang.
Zum selben Zeitpunkt
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erteilt- C die Synchronstufe 30 die Freigabe, in der Form eines Rechteckimpulses, zum Speichern der
Zählerstände in den Pufferspeicher und für die Verarbeitung der Daten durch den
Mikroprozessor. Im Mikroprozessor-Diagramm 60 ist die vom Mikroprozessor vorgegebene
Messzeit 71, deren Ende den Beginn des neuen Messsignals auslöst, sowie die sehr kurze Zeit der Datenverarbeitung 72 durch den Mikroprozessor und die synchrone Stgna ! ausgabe 73 ersichtlich
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dargestellt. Die Drehzahl-Zeit-KennlinieVisuahsierung gebracht (Fig. 4).
Die optische Visualisierung ergibt den Vorteil, dass während des Versuchsvorganges die Messung vorzeitig abgebrochen werden kann, um einen höheren Rationalisierungsgrad bezüglich Zeit und Kosten zu erreichen. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass die Messung von 100 % bis etwa 70 % der Nenndrehzahl und bis zum Nulldurchgang eine lineare Regression durchgeführt wurde. Beim Schnitt der Dtagrammkurve mit der Nullordinate ergeben sich die Werte für die Lagerreibung von 19 % und für die Ventilationsverluste von 81 %.
Diese genaue Bestimmung ist bisher nicht möglich gewesen, da nach dem Verfahren gem. dem Stand der Technik nur zwei weit auseinanderliegende Messpunkte ermittelt wurden. So wurde beispielsweise bei 90 % und bei 25 % gemessen Wie bekannt ändern sich im unteren Drehzahlbereich verschiedene Parameter, z. B Lagertemperatur Dadurch, dass keine redundanten Einzelwerte vorhanden sind, ist das bisher bekannte Messverfahren durch den Messpunkt im unteren Drehzahlbereich verfälscht worden
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The invention relates to a method for determining parameters of a rotating machine, in particular an electrical machine, which are to be derived from the rotational movement, such as, for example, the rotational speed, the torque, the moment of inertia, the braking power or the like, the rotational movement of the rotating shaft being detected by means of pulses which are fed to a pulse counter, a time counter is supplied with a predetermined clock frequency for measuring time interval acquisition, a synchronous stage receives the measurement command from a microprocessor as a default and after the default time the pulse counter detects the next pulse, after the measurement period the two counters are assigned to the respective assigned buffer memory will,
the microprocessor polls the buffer memories via the synchronous stage and uses this data to calculate and output the parameters synchronously.The ever increasing technical requirements and the ever increasing requirements for the operational reliability of rotating machines require ever better test methods.
An essential part of the test includes measuring the speed and evaluating the machine parameters to be derived therefrom.A method or an arrangement of the type mentioned at the outset is known from GB 2 013 896 A. This arrangement uses an upward counter for both pulse counters, the second Counter is additionally equipped with a decoder output and the assigned oscillator works with a clock frequency of approx. 1 MHz. Furthermore, from AT-PS 382 462 a method for determining the load torque, which acts on a rotating load from a motor, is known. This method forms by subtracting a previously known and stored motor drive torque characteristic from the respective moment of acceleration currently measured and dependent on the operating state of the machine.
In addition, a high level of circuitry complexity is necessary for this process. The article "The discharge lines of rotating machines and their evaluation" by DiplIng Fritz Reinhardt was published in the "Elektrotechnische Zeitschrift" 57 volume, issue 11, Berlin, March 12, 1936. This article describes both a mathematical as well as a graphical evaluation of the speed curve of a freely running machine is described.
In this method, only the speed curve is measured, all other parameters, such as the moment of inertia, the distribution of the bearing and air friction losses, are then separately determined mathematically or graphically.
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The disadvantage of the method is that a discharge line down to a low speed must be recorded in order to obtain the parameters from it only after a complex calculation or graphical evaluation. By changing various test parameters during the long measurement period, particularly in the case of large machines, and by means of the graphical evaluation , which only delivers non-redundant individual values,
there is a relatively high inaccuracy of the determined parameters. AT-PS 384680 describes an "arrangement for the functional test of a single or multi-phase AC machine". With this arrangement, a tachometer machine is connected to a compact device, to which a current and a voltage converter are connected, which are looped into the supply line of the machine to be tested. The compact device is output via an output device, such as a recorder or an oscillograph .
This arrangement requires a very high amount of measuring equipment. Furthermore, this method is not suitable for all rotating machines.
The object of the invention is to provide a method for the rapid and very precise determination of the parameters of a rotating machine that can be derived from the speed characteristic.
The method according to the invention is characterized in that run-out tests are carried out to separate the mechanical losses in air and liquid friction fractions, the speed-time line being converted into the power-speed curve and that from the power-speed curve by suitable standardization, for example with the root from the third power of the speed, the loss indicators can be determined directly by linear regression With the invention it is possible for the first time to record the parameters of a rotating machine from dynamic processes in real time.
The computer-assisted processing and logging then takes place with a very high degree of accuracy, which significantly shortens the test time. The measurement and evaluation arrangement makes it possible to transfer from the previously practiced analysis of the speed-time curve to the power-speed curve through direct power output.
When determining the efficiency of generators according to the phase-out method, the test duration can be shortened considerably and the measurement accuracy can be increased significantly
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According to a further development of the method according to the invention, the measurements are carried out penodically and the rotational acceleration is calculated in the microprocessor from the difference between two successive speed values and the mean value of the time of the first measurement plus the second measurement.
This periodic measurement offers the advantage of determining the instantaneous rotational acceleration, as a result of which the change in the latter can be read off directly during the test. In the following, the invention is explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawings FIGS. 1 and 2. Flg. 2 shows the pulse diagram of the exemplary embodiment, FIG. 3 shows the diagram of a runout measurement and FIG. 4 shows the power / speed curve. FIG. 1 shows a motor shaft with a connected incremental pulse generator 1, which is followed by a pulse counter 2 for counting the pulses.
A time counter 3, to which the clock steps are predefined by a 20 MHz oscillator 4, counts the clock steps during a measurement interval.Both the pulse counter 2 and the time counter 3 store their counter readings in a respectively assigned buffer memory 6, 7. The respective data in the buffer memories 6 , 7 are queried by a downstream microprocessor 8, which from the data the parameters, such as. B. torque, braking power, calculated and this digital or analog outputs an output unit 9a, 9b. A synchronous stage 5, which receives the measurement command from the microprocessor 8, simultaneously outputs it to both the pulse counter 2 and the time counter 3.
The measurement begins with the first rising edge of the measurement signal from the incremental pulse generator 1 and ends, after the measurement interval specified by the microprocessor 8 via the synchronous stage 5, bel the subsequent rising edge of the incremental pulse generator 1. After the counting has been completed, the data are transferred to the synchronous stage 5 command assigned buffer memory 6,7 is stored. At the same time, the microprocessor 8 receives the release from the synchronous stage 5 for reading the data from the buffer memories 6, 7. The microprocessor 8 also calculates the rotational acceleration using other parameters,
from which the measurement interval - with increasing acceleration the measurement interval is reduced and vice versa - is determined and passed on as a new measurement command to the synchronous stage 5. FIG. 2 shows the timing of the various control signals during a measurement. The pulses of the incremental pulse generator 10 are periodically recurring square-wave pulses with different Duty cycle with speed changes. The measurement signal 20 for starting the measurement process is a square-wave signal which is so long that it surely overlaps a rising edge of the pulse rectangle. At this point in time the measurement process 21 begins. A second
Measurement signal ends the measurement process at 21, sets the counter 40 to "0" and starts a new measurement process.
At the same time
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granted- C the synchronizing stage 30 the release, in the form of a rectangular pulse, for storing the
Counter readings in the buffer memory and for the processing of the data by the
Microprocessor. The microprocessor diagram 60 contains the one specified by the microprocessor
Measuring time 71, the end of which triggers the start of the new measuring signal, as well as the very short time for data processing 72 by the microprocessor and the synchronous Stgna! issue 73 can be seen
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shown. The speed-time characteristic curve brought visualization (Fig. 4).
The optical visualization has the advantage that the measurement can be stopped prematurely during the test process in order to achieve a higher degree of rationalization in terms of time and costs. The diagram shows that the measurement was carried out from 100% to about 70% of the nominal speed and up to the zero crossing a linear regression. When the dtagram curve is intersected with the zero coordinate, the values for the bearing friction are 19% and for the ventilation losses 81%.
This exact determination has not been possible until now, since according to the method. the state of the art, only two widely spaced measuring points were determined. For example, measurements were taken at 90% and 25%. As is known, various parameters change in the lower speed range, e.g. B Bearing temperature Because there are no redundant individual values, the previously known measuring method has been falsified by the measuring point in the lower speed range