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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Kenngrössen einer rotierenden Maschine. insbesondere einer elektnschen Maschine, welche aus der Drehbewegung abzuleiten sind. wie beispielsweise die Drehzahl, das Drehmoment, das Schwungmoment, die Bremsleistung od. dgl., wobei die Drehbewegung der rotierenden Welle über Impulse erfasst wird, die einem Impulszähler zugeführt werden, einem
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von einem Mikroprozessor den Messbefehl als Vorgabe erhält und nach der Vorgabezeit der Impulszähler den nächsten Impuls erfasst, nach der Messperiode die beiden Zählerstände in jeweils zugeordnete Pufferspeicher abgelegt 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 bekannt.
Diese Anordnung verwendet für beide Impulszähler einen Aufwärtszähler, wobei der zweite Zähler zusätzlich mit einem Dekoderausgang ausgerüstet ist und der zugeordnete Oszillator mit einer Taktfrequenz von ca. 1 MHz arbeitet. Da Zeitimpuls und Zählimpuls manchmal kurz aufeinanderfolgend kommen, entstehen bei diesem bekannten Verfahren Messfehler. Fällt nämlich ein Zeitimpuls in das vom Logikbaustein erzeugte Zeitfenster, wird er vom Zähler nicht mehr erfasst, und der Stand des Zeitzählers ist falsch. Bei höheren Taktfrequenzen werden mehrere Impulse nicht erfasst. Der Messfehler wird also noch grösser.
Ferner ist aus der DE-OS 36 20 350 eine Vorrichtung zur Messung der Drehzahl eines Elektromotors bekannt. Die Schaltung für diese Vorrichtung beruht auf einem Abwärtszähler, der zu Beginn der Messung mit einem beliebigen Wert geladen wird, und mit dem Erreichen des Zählerstandes Null über das Borgesignal den Messvorgang beendet. Es ist daher unmöglich, den Zähler während des Messvorganges ohne Datenverlust neu zu laden.
Ferner ist aus der AT-PS 382 462 ein Verfahren zur Ermittlung des Lastmomentes, welches von der Motorwelle auf eine rotierende Last wirkt, bekannt. Es wird durch Subtraktion einer vorher bekannten und abgespeicherten Motorantriebsmomentkennlinie vom jeweiligen momentan gemessenen und vom Betriebszustand der Maschine abhängigen Beschleunigungsmoment ermittelt. Darüber hinaus ist für dieses Verfahren ein hoher schaltungstechnischer Aufwand notwendig.
Die erfindungsgemässe Schaltung beruht demgegenüber darauf, gerade diese, nicht in jedem Anwendungsfall bekannte Motorantriebsmomentkennlinie (z. B. bei Typenprüfungen von Motoren) direkt und ohne aufwendiges Kuppeln mit einer Gegenlast exakt messen und erfassen zu können.
In der"Elektrotechnischen Zeitschrift"57. Jahrgang, Heft 11, Berlin, 12. März 1936 ist der Artikel .. Die Auslauflinien umlaufender Maschinen und ihre Auswertung"von Dipt.-tng. 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 Luftreibungsverluste. werden dann gesondert mathematisch bzw. graphisch ermittelt. Der Nachteil der Methode besteht darin, dass zum Zwecke der Verlusttrennung eine Auslauflinie bis herunter zu kleiner Drehzahl erfasst werden muss, um daraus genügend genau die Kenngrössen erst nach aufwendiger Berechnung bzw. graphischen Auswertung zu gewinnen.
Durch Änderungen verschiedener Versuchsparameter während der Insbesondere bel 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 384 680 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. geeignet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht dann, ein Verfahren zur raschen und sehr genauen Bestimmung der aus der Drehzahlkenniinie abzuleitenden Kenngrössen einer rotierenden Maschine zu schaffen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronstufe nach der Messbefehlsvorgabe und nach dem nächstfolgenden Ende des Messsignals und synchron mit dem Ende des aktuellen Zeltzählimpulses die Zählerstände des Zeitzählers und des Impulszählers In die Pufferspeicher ladet und zu diesem Zeitpunkt synchron die Zähler auf Null setzt.
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Mit diesem Verfahren ist es erstmals möglich über einen hochauflösenden Drehzahlgeber die DrehzahlZeitkurve zu gewinnen und durch digitale Differentiation in Echtzeit die abgeleiteten Kurven dn/dt und n'dn/dt zu bilden. Das Verfahren kann im Rahmen der computergestützten Endprüfung von Motoren und Generatoren mit Echtzeit-Auswertung und Dokumentation sowohl im Leistungsprüffeld als auch auf Anlagen eingesetzt werden.
Darüber hinaus kann durch das erfindungsgemässe Verfahren die Prüfdauer wesentlich kürzer gehalten und die Messgenauigkeit gleichzeitig wesentlich erhöht werden.
Wie bereits erwähnt kann es bei den bekannten Verfahren bzw. Geräten zu Messfehlern u. a. auf Grund von Synchronitätsproblemen zwischen Drehzahlgeberund Zeitimpulsen kommen. Diese Probimatik wird durch die erfindungsgemässe Synchronstufe gelöst. Durch die Synchronisierung von Vorgabezeit, Zählim- puls und Zeitimpuls kann kein Impuls verloren gehen. Die Messgenauigkeit ist dadurch wesentlich höher. Beim erfindungsgemässen Verfahren werden vorzugsweise Taktfrequenzen um die 20 MHz eingesetzt. Damit ist auch die Zeitspanne zwischen den einzelnen Messergebnissen um diesen Faktor geringer. Die erfindungsgemässe Synchronstufe setzt dabei die Zähler nicht sofort, sondern zeitsynchron zurück.
Zur Echtzeitmessung wird noch bemerkt, dass beim erfindungsgemässen Verfahren die vordefinierte Abtastzeit vom Mikroprozessor frei und während des laufenden Messvorganges angepasst wird. Jede Änderung der Abtastzeit wirkt sich beim erfindungsgemässen Verfahren auf den noch laufenden Messvorgang aus, also tatsächlich in Echtzeit.
Das erfindungsgemässe Verfahren eröffnet damit neue Möglichkeiten der dynamischen Messung mit Echtzeit-Auswertung der Drehmomentenkennlinie von Motoren in Hochlaufversuchen sowie der Bremsleistungskurven bei Auslaufversuchen von Generatoren zwecks Wirkungsgrad- oder Trägheitsmomentbestim- mung.
Bei Motoren werden über die Drehmomentenkennlinie das Kippmoment, das Anzugsmoment bzw das Sattelmoment bestimmt.
Bei Generatoren werden über die Bremsleistungskurve die Lagerverluste, die Ventilationsverluste, das Schwungmoment sowie der Wirkungsgrad bestimmt.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Fig. 1 zeigt das Bockschaltbild und Fig 2 das Impulsdiagramm des Ausführungsbeispieles.
Gemäss der Fig. 1 Ist an der Motorwelle ein Impulsgeber 1, insbesondere ein Inkrementalimpulsgeber, angeschlossen, weichem ein Impulszähler 2 zur Zählung der Impulse nachgeschaltet ist. Die Impulse des Impulsgebers 1 werden auch über die Leitung 10 der Synchronstufe 5 zugeführt. Ein Zeitzähler 3, der von einem 20 MHz-Oszillator 4 die Taktimpulse erhält, zählt diese Taktimpulse während eines Messintervalls. Ebenso werden die Taktimpulse über die Leitung 30 der Synchronstufe 5 zugeführt. Sowohl der Impulszäh- ler 2 als auch der Zeitzähler 3 speichern ihre Zählerstände in einem jeweils zugeordneten Pufferspeicher 6 bzw. 7. Die jeweiligen Daten in den Pufferspeichern 6 bzw. 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. Die Synchronstufe 5, welche vom Mikroprozessor 8 über die Leitung 20 den Messbefehl für die Dauer der Abtastzeit als Vorgabe erhält, speichert nach dem Ende des aktuellen Inkrementalgeberimpulses und danach synchron mit dem Ende des darauffolgenden Zeitzählimpulses die Zählerstände des Zeitzählers und des Impulszählers in die zugeordneten Pufferspeicher 6 bzw. 7.
Danach erhält der Mikroprozessor 8 von der Synchronstufe 5 über die Leitung 50 die Freigabe zum Lesen der Daten aus den Pufferspeichern 6 und 7 und berechnet daraus unter anderen Kenngrössen auch die Drehbeschleunigung, woraus das Messintervall - bei steigender Beschleunigung wird das Messintervall verringert und umgekehrt-festgelegt und als neuer Messbefehl an die Synchronstufe 5 zurückgegeben wird.
Die Fig. 2 zeigt den zeitlichen Ablauf der verschiedenen Steuersignale während einer Messung. Die Impulse des Inkrementalimpulsgebers 10 sind periodisch wiederkehrende Rechteckimpulse mit unterschiedlicher Frequenz bei Drehzahländerungen. Das Messsignal 20 zum Starten I des Messvorganges ist ein Rechtecksignal, das so lang ist, dass es mit Sicherheit eine steigende Flanke des Impulsrechteckes 11 überlappt. Zum Zeitpunkt 111, das ist der nächstfolgende Zeitzählimpuls 30, gibt die Synchronstufe 5 über die Leitung 40 die Freigabe, in der Form eines Rechteckimpulses, zum Speichern der Zählerstände am Ende des darauffolgenden Zeitzählimpulses in den Pufferspeicher.
Ebenso werden zu diesem Zeitpunkt 111 die Zähler 2,3 über die - Leitung 40'auf Null gesetzt. Zum gleichen Zeitpunkt 111 gibt die Synchronstufe 5 über die Leitung 50 den Befehl zur Datenfreigabe.
Wie bereits früher erwähnt, setzt die Synchronstufe 5 die Zähler 2,3 nicht sofort, sondern synchron nach der Vorgabezeit und nach dem nächstfolgenden Ende des Messsignals und nach dem Ende des aktuellen Zeitzählimpulses und nach dem Laden der Pufferspeicher auf Null.