AT516531A1 - Method for determining the voltage induced in the windings of an electric machine at a constant speed by measuring the induced voltage during the run-out of this electric machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der in den Wicklungen einer elektrischen Maschine während einer konstanten Drehzahl induzierten Spannung durch Messung der induzierten Spannung während des Auslaufs der elektrischen Maschine, mit den Schritten: Antreiben der elektrischen Maschine mit einer Drehzahl n entsprechend einer Periodendauer T, Abschalten des Antriebs und betreiben der elektrischen Maschine im Auslauf in einem Generatorbetrieb, Erfassen der induzierten Spannung u(t) an mindestens einer Phase während des Auslaufs der elektrischen Maschine, vorzugsweise durch digitale Abtastung mit konstanter Abtastfrequenz, wobei die gemessenen Spannungswerte u(t) eine steigende PeriodendauerT und eine fallende Amplitude aufweisen, Konvertierung der gemessenen Spannungswerte u(t) in korrigierte Spannungswerte Ukorr(a) mit konstanter Periodendauer und konstanter Amplitude in Bezug auf den Drehwinkel der elektrischen Maschine. Vorzugsweise erfolgt diese Konvertierung mittels einer Korrekturfunktion f(Ti) zum Konvertieren der Spannungswerte u(t) in periodische Spannungswerte u(a) mit konstanter PeriodendauerT in Bezug auf den Drehwinkel der elektrischen Maschine, und einer Konvertierung der periodischen Spannungswerte u(a) mittels einer Korrekturfunktion a.a(a) in die korrigierten Spannungswerte Ukorr(a) mit konstanter Periodendauer und konstanter Amplitude in Bezug auf den Drehwinkel der elektrischen Maschine.The invention relates to a method for determining the voltage induced in the windings of an electric machine during a constant speed by measuring the induced voltage during the run of the electric machine, comprising the steps of: driving the electric machine at a speed n corresponding to a period T, switching off of the drive and operating the electric machine in the outlet in a generator operation, detecting the induced voltage u (t) at least one phase during the discharge of the electric machine, preferably by digital sampling at a constant sampling frequency, wherein the measured voltage values u (t) an increasing Period duration T and a falling amplitude, conversion of the measured voltage values u (t) in corrected voltage values Ukorr (a) with a constant period and constant amplitude with respect to the rotation angle of the electric machine. This conversion preferably takes place by means of a correction function f (Ti) for converting the voltage values u (t) into periodic voltage values u (a) with a constant period T with respect to the rotation angle of the electric machine, and a conversion of the periodic voltage values u (a) by means of a Correction function aa (a) in the corrected voltage values Ukorr (a) with a constant period and constant amplitude with respect to the rotation angle of the electric machine.
Description
Verfahren zur Ermittlung der in den Wicklungen einer elektrischen Maschine bei einer konstanten Drehzahl induzierten Spannung durch Messung der induzierten Spannung während des Auslaufs dieser elektrischen MaschineMethod for determining the voltage induced in the windings of an electric machine at a constant speed by measuring the induced voltage during the run-out of this electric machine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der in den Wicklungen einer elektrischen Maschine während einer konstanten Drehzahl induzierten Spannung durch Messung der induzierten Spannung während des Auslaufs dieser elektrischen Maschine.The invention relates to a method for determining the voltage induced in the windings of an electrical machine during a constant speed by measuring the induced voltage during the outflow of this electric machine.
Stand der TechnikState of the art
Eine Messung der in den Wicklungen einer elektrischen Maschine induzierten Spannung, die auch als Gegen-EMK oder Gegen-Elektromotorische Kraft bezeichnet wird, erfolgt vorzugsweise bei einer konstanten Drehzahl der elektrischen Maschine. Aus dem Spannungsverlauf der gemessenen induzierten Spannung können Maschinenkenngrößen ermittelt werden, welche eine Bewertung der Eigenschaften und Kenngrößen der elektrischen Maschine erlauben.A measurement of the induced voltage in the windings of an electrical machine, which is also referred to as counter-EMF or counter-electromotive force, preferably takes place at a constant rotational speed of the electric machine. From the voltage curve of the measured induced voltage machine characteristics can be determined, which allow an evaluation of the properties and characteristics of the electric machine.
In bestimmten Fällen ist es technisch aufwändig, die elektrische Maschine extern anzutreiben, um die induzierte Spannung zu messen. Teilweise ist dies während des Produktionsablaufs gar nicht möglich. Im Motorbetrieb können in manchen Anordnungen Teile der Gegen-EMK einer Phase gemessen werden, aber nicht ein vollständiger periodischer Verlauf.In certain cases, it is technically complicated to drive the electrical machine externally in order to measure the induced voltage. Sometimes this is not possible during the production process. In motor operation, in some arrangements, portions of the back EMF of one phase may be measured, but not a complete periodic waveform.
Um den Verlauf einer elektrischen Umdrehung, beziehungsweise einer mechanischen Umdrehung, messen zu können, muss in diesen Fällen die Messung der induzierten Spannung und die Ermittlung der Maschinenkenngrößen im Auslauf der elektrischen Maschine ermittelt werden. Mit anderen Worten: Wird die elektrische Maschine beispielsweise durch Eigenantrieb auf Drehzahl gebracht, dann wird der Eigenantrieb abgeschaltet und während der Auslaufphase der elektrischen Maschine die induzierte Spannung gemessen. Da die induzierte Spannung beim Auslauf der Maschine sowohl eine sinkende Drehzahl (=steigende Periodendauer) als auch eine fallende Amplitude zeigt, ist eine genaue Bestimmung derIn order to measure the course of an electrical revolution, or a mechanical revolution, in these cases, the measurement of the induced voltage and the determination of the machine characteristics in the outlet of the electrical machine must be determined. In other words: If the electric machine is brought to speed by self-propulsion, for example, the self-propelled drive is switched off and the induced voltage is measured during the coasting phase of the electric machine. Since the induced voltage at the outlet of the machine shows both a decreasing speed (= increasing period) and a falling amplitude, an accurate determination of the
Maschinenkenngrößen, insbesondere der Kennwerte die durch eine Frequenzanalyse gewonnen werden, nicht möglich.Machine characteristics, in particular the characteristic values obtained by a frequency analysis, not possible.
Die induzierte Spannung kann im Auslauf der Maschine mit bisherigen Verfahren nicht in einer ausreichenden Genauigkeit abgebildet werden, um daraus z.B. eine Frequenzanalyse der Spannungswerte herzuleiten. Für diese Frequenzuntersuchungen ist es notwendig, die induzierten Spannungen in den Wicklungen bei konstanter Drehzahl zu messen.The induced stress can not be imaged in the discharge of the machine with previous methods with sufficient accuracy in order to obtain it from e.g. to derive a frequency analysis of the voltage values. For these frequency studies it is necessary to measure the induced voltages in the windings at constant speed.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit welchem die Rekonstruktion der induzierten Spannung (Gegen-EMK) einer elektrischen Maschine anhand von Messungen während des Auslaufs der elektrischen Maschine möglich ist, um daraus genaue Maschinenkennwerte ermitteln zu können.It is the object of the invention to specify a method with which the reconstruction of the induced voltage (back EMF) of an electrical machine is possible by means of measurements during the outflow of the electrical machine in order to be able to determine therefrom accurate machine parameters.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1.
Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Preferred embodiments and further advantageous features of the invention are specified in the dependent claims.
Das Verfahren zu Ermittlung und Rekonstruktion der in den Wicklungen der elektrischen Maschine induzierten Spannung durch Messung der induzierten Spannung während des Auslaufs der elektrischen Maschine beginnt damit, das die elektrische Maschine bei einer Drehzahl n, vorzugsweise der nominalen Drehzahl betrieben wird, entweder durch Eigenantrieb, also im Motorbetrieb oder Fremdantrieb. Diese Drehzahl n entspricht einer Periodendauer T. Nach Erreichen der Drehzahl n wird der Antrieb abgeschaltet. Die elektrische Maschine läuft nun aus, beispielsweise in einem lastfreien Generatorbetrieb. Währenddessen die elektrische Maschine ausläuft gelangt sie von der anfänglichen Drehzahl n bis zum Stillstand. Während des Auslaufs der elektrischen Maschine wird erfindungsgemäß die induzierte Spannung u(t) an mindestens einer Phase, vorzugsweise durch digitale Abtastung erfasst. Besonders bevorzugt erfolgt die digitale Abtastung mit konstanter Frequenz. Die gemessenen Spannungswerte u(t) weisen dabei aufgrund der sinkenden Drehzahl der Maschine eine steigende Periodendauer T und eine fallende Amplitude auf. In einem weiteren Schritt werden die gemessenen Spannungswerte u(t) in korrigierte Spannungswerte Ukorr(t) mit konstanter Periodendauer und konstanter Amplitude in Bezug auf den Drehwinkel a(t) der elektrischen Maschine konvertiert.The method for determining and reconstructing the induced voltage in the windings of the electric machine by measuring the induced voltage during the discharge of the electric machine begins with the fact that the electric machine is operated at a speed n, preferably the nominal speed, either by self-propulsion, ie during engine operation or third-party drive. This speed n corresponds to a period T. After reaching the speed n, the drive is turned off. The electric machine now runs out, for example in a load-free generator mode. While the electric machine is coasting, it passes from the initial speed n to a standstill. During the discharge of the electric machine, the induced voltage u (t) according to the invention is detected on at least one phase, preferably by digital sampling. Particularly preferably, the digital sampling is carried out at a constant frequency. The measured voltage values u (t) have an increasing period T and a falling amplitude due to the decreasing speed of the machine. In a further step, the measured voltage values u (t) are converted into corrected voltage values Ukorr (t) with constant period duration and constant amplitude with respect to the rotation angle a (t) of the electric machine.
Vorzugsweise umfasst diese Konvertierung einen Schritt, während dem die gemessenen Spannungswerte u(t) mittels einer Korrekturfunktion f(Ti) in periodische Spannungswerte u(a) mit konstanter Periodendauer T in Bezug auf den Drehwinkel a(t) der elektrischen Maschine konvertiert werden. In einem weiteren Schritt erfolgt dann eine Konvertierung der periodischen Spannungswerte u(a) mittels einer Korrekturfunktion aA(t) in korrigierte Spannungswerte uk0rr(a) mit konstanter Periodendauer und konstanter Amplitude in Bezug auf den Drehwinkel der elektrischen Maschine. Diese rekonstruierten Spannungswerte ukorr(a) entsprechen der induzierten Spannung der elektrischen Maschine während des Betriebes mit einer konstanten Drehzahl n. Aus diesen korrigierten Spannungswerten ukorr(a) können in bekannter Weise die Maschinenkenngrößen mit hinreichender Genauigkeit ermittelt werden. Der Einfachheit wegen wird im Folgenden ein Motor mit einem Rotor mit einem Polpaar betrachtet, so dass der mechanische Umdrehungswinkel ameCh(t) dem elektrischen Umdrehungswinkel aei(t) entspricht, so dass beide mittels eines Umdrehungswinkels a(t), mit a(t) = ameCh(t) = aei(t), bezeichnet werden können. Die Erfindung kann aber ebenso bei einem Rotor mit beliebig vielen Polpaaren angewandt werden.Preferably, this conversion comprises a step during which the measured voltage values u (t) are converted by a correction function f (Ti) into periodic voltage values u (a) with a constant period T with respect to the rotation angle a (t) of the electric machine. In a further step, the periodic voltage values u (a) are then converted by means of a correction function aA (t) into corrected voltage values uk0rr (a) with constant period duration and constant amplitude with respect to the rotation angle of the electrical machine. These reconstructed voltage values ukorr (a) correspond to the induced voltage of the electrical machine during operation at a constant speed n. From these corrected voltage values ukorr (a), the machine parameters can be determined with sufficient accuracy in a known manner. For the sake of simplicity, an engine having a rotor with a pole pair will be considered below, so that the mechanical rotation angle ameCh (t) corresponds to the electrical rotation angle aei (t), so that both by means of a rotation angle a (t), with a (t) = ameCh (t) = aei (t), can be designated. However, the invention can also be applied to a rotor with any number of pole pairs.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Wiederherstellung der Gegen-EMK aus Messwerten im Auslauf der elektrischen Maschine zu verbessern. Das daraus gewonnene Spannungs-Zeit Signal kann herangezogen werden, um genauere Maschinenkennwerte zu ermitteln, die insbesondere durch eine Frequenzanalyse der Gegen-EMK gewonnen werden können.The method according to the invention makes it possible to improve the restoration of the back EMF from measured values in the outlet of the electrical machine. The resulting voltage-time signal can be used to determine more accurate machine characteristics, which can be obtained in particular by a frequency analysis of the back EMF.
Das Verfahren ist unempfindlicher auf die Abklinggeschwindigkeit der gemessenen induzierten Spannung und Anzahl der aufgezeichneten Umdrehungen, so dass ein größerer Umfang von Motortypen mit diesem Verfahren ausgewertet werden kann. ; Erfindungsgemäß werden aus dem gemessenen Amplitudenverlauf der Gegen-EMK während des Auslaufs der elektrischen Maschine zunächst die Nullstellen der tatsächlichen mechanischen Umdrehungen gewonnen. Für die genaue Wiederherstellung der Gegen-EMK ist es unabdingbar den Umstand zu nutzen, dass eine mechanische Umdrehung im Spannungssignal eindeutig wiederkehrende i Nulldurchgänge zeigt, so dass diese Nulldurchgänge als Stützstellen für die Drehwinkelberechnung und Berechnung der tatsächlichen Periodendauer einer Umdrehung (Drehzahl n) verwendet werden kann.The method is less sensitive to the rate of decay of the measured induced voltage and number of recorded revolutions so that a greater range of motor types can be evaluated using this method. ; According to the invention, the zeros of the actual mechanical revolutions are first obtained from the measured amplitude characteristic of the back EMF during the outflow of the electrical machine. For the exact restoration of the back EMF, it is indispensable to take advantage of the circumstance that a mechanical revolution in the voltage signal shows clearly recurring zero crossings, so that these zero crossings are used as nodes for the rotational angle calculation and calculation of the actual period of one revolution (rotational speed n) can.
Das gemessene Spannungs-Zeitsignal wird auf Nullstellen untersucht, um daraus die Zeitbasis des Spannungssignals auf den entsprechenden Drehwinkel a(t) der elektrischen Maschine umzurechnen. Hierbei sind primär nur die Nullstellen relevant, an denen der Rotor jeweils eine ganze Umdrehung 360° zurückgelegt hat. Das Spannungssignal bei mehrpoligen Maschinen hat mehrere Nulldurchgänge in einer Periode. Jeder Nulldurchgang hat eine Wiederholung nach einer mechanischen 360°-Drehung. Diese weiteren periodisch-mechanischen Nulldurchgänge werden zur Bildung einer Korrekturfunktion f (t) herangezogen, und in die Drehwinkel-Zeitfunktion integriert, um so zusätzliche Stützstellen zur Berechnung der Korrekturfunktion zu erhalten. Durch den Einsatz eines Näherungsverfahrens, beispielsweise ein Spline-Verfahren, zur Beschreibung dieser Drehwinkel-Zeitfunktion kann dann für jeden Zeitpunkt des gemessenen Zeitsignals der äquivalente Drehwinkel der elektrischen Maschine bestimmt werden. Die so gewonnene Funktion stellt dann den Amplitudenverlauf in der Form u(a) dar, d.h. die gemessenen Spannungswerte werden nun in Form einer Spannungs-Drehwinkel-Funktion dargestellt.The measured voltage-time signal is examined for zeros in order to convert therefrom the time base of the voltage signal to the corresponding rotation angle a (t) of the electrical machine. In this case, only the zero points are primarily relevant, on which the rotor has traveled a full 360 ° turn. The voltage signal in multi-pole machines has several zero crossings in one period. Each zero crossing has a repetition after a mechanical 360 ° rotation. These further periodic-mechanical zero crossings are used to form a correction function f (t), and integrated into the rotation angle-time function so as to obtain additional support points for calculating the correction function. By using an approximation method, for example a spline method, to describe this rotation angle time function, the equivalent rotation angle of the electrical machine can then be determined for each time point of the measured time signal. The function thus obtained then represents the amplitude curve in the form u (a), i. The measured voltage values are now displayed in the form of a voltage-rotation angle function.
Nach der Umrechnung der Zeitbasis und Erstellung der Funktion u(a) ist die Abtastung für diese Funktion nicht mehr äquidistant. Das rührt daher, dass bei der Digitalisierung eine feste Abtastfrequenz verwendet wurde, die nun durch ·· «« mm «ff «« entsprechende „Stauchung“ des Abtastsignals zu unterschiedlichen Abtast-Abständen in Bezug auf den Drehwinkel a(t) führt, also unterschiedlichen Abständen der Abtastwerte über die Drehwinkel a(t). Für eine weitere Korrektur der Amplitude des gemessenen Signals bzw. des korrigierten Signals u(a) kann durch ein Resamplingverfahren die Anzahl der Messpunkte erhöht werden und die Abtastung wieder äquidistant umgerechnet werden.After the conversion of the time base and creation of the function u (a), the sampling for this function is no longer equidistant. This is due to the fact that a fixed sampling frequency was used in the digitization, which now results in corresponding "compression" of the sampling signal at different sampling intervals with respect to the angle of rotation a (t), ie different ones Intervals of the samples over the rotation angle a (t). For a further correction of the amplitude of the measured signal or of the corrected signal u (a), the number of measuring points can be increased by a resampling method and the sampling can be recalculated equidistantly.
Somit ist man in der Lage, das Abklingverhalten der Amplitude der ermittelten Messwerte zu erhalten. Dazu wird für jeden notwendigen Winkelwert einer Periode und deren mechanische Wiederholungen die Amplitude bestimmt und das Abklingverhalten in Form eine Korrekturfunktion aÄ(a) ermittelt. Diese Funktion aÄ(a) hat so viele Stützstellen wie es mechanische Perioden im aufgenommenen Signal gibt. Durch den Einsatz eines Näherungsverfahrens, beispielsweise ein Spline-Verfahren, zur Beschreibung dieser Abklingfunktion aA(a) wird der Amplitudenwert zum Zeitpunkt des ersten Messwertes bestimmt. Aus der Funktionsschar der Amplitudenwerte der gemessenen Gegen-EMK wird die Funktion Ukorr(a) ermittelt. Diese Funktion entspricht einer Messung der Gegen-EMK bei einer konstanten Drehzahl n.Thus, one is able to obtain the decay behavior of the amplitude of the measured values determined. For this purpose, the amplitude is determined for each necessary angle value of a period and its mechanical repetitions, and the decay behavior is determined in the form of a correction function aA (a). This function aÄ (a) has as many nodes as there are mechanical periods in the recorded signal. By using an approximation method, for example a spline method, to describe this decay function aA (a), the amplitude value is determined at the time of the first measured value. The function Ukorr (a) is determined from the functional set of the amplitude values of the measured back EMF. This function corresponds to a measurement of the back EMF at a constant speed n.
Zur Bestimmung der Anfangsdrehzahl n der Maschine wird aus der Korrekturfunktion f(Ti) über die Anfangssteigung die zugehörige Winkelgeschwindigkeit berechnet und damit kann die Drehzahl der Gegen-EMK zum ersten erfassten Messwert bestimmt werden. Aus der Drehzahl n und der Funktion uk0rr(a) lässt sich die Gegen-EMK rekonstruieren und für die Berechnung von Motorkenngrößen benutzen. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung von solchen Motorkenngrößen verwendet werden, die aus einer Frequenzanalyse gewonnen werden können.To determine the initial rotational speed n of the machine, the associated angular velocity is calculated from the correction function f (Ti) via the initial slope, and thus the rotational speed of the back EMF for the first measured value acquired can be determined. From the speed n and the function uk0rr (a), the back EMF can be reconstructed and used for the calculation of motor characteristics. In particular, the method according to the invention can be used to determine such engine parameters that can be obtained from a frequency analysis.
Zur Vereinfachung ist das Verfahren nur für eine Messung einer Motorphase beschrieben. Es lässt sich jedoch entsprechend auch für mehrphasige Motoren und die Messwerte mehrerer Phasen einer elektrischen Maschine verwenden.For simplicity, the method is described only for a measurement of a motor phase. However, it can also be used accordingly for multi-phase motors and the measured values of several phases of an electrical machine.
Bei mehrphasigen Motoren besteht somit auch die Möglichkeit, das Verfahren für jede Motorphase einzeln anzuwenden, so dass mit Hilfe statistischer Verfahren die Motorkenngrößen genauer ermittelt werden können.In the case of polyphase motors, it is thus also possible to apply the method individually for each motor phase so that the motor parameters can be determined more accurately with the aid of statistical methods.
Desweiteren kann bei mehrphasigen Motoren die Abfolge der Nulldurchgänge der in den Phasenwicklungen induzierten Spannungen zum Überprüfen der internen Verschaltung der Phasenwicklungen des Motors verwendet werden. Für solch eine Erweiterung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es notwendig, dass die Drehrichtung bekannt ist. Dies kann beispielsweise über einen Fremdantrieb erreicht werden, wobei der Motor nicht mit Hilfe der eigenen Phasenwicklungen angetrieben wird. Beispielsweise wird nun bei einer Messung der in den Phasenwicklungen induzierten Spannungen nach dem Registrieren eines positiven Nulldurchgangs Uo einer Phase U ein entsprechender positiver Nulldurchgang V0 einer Phase V und daraufhin ein positiver Nulldurchgang W0 einer Phase W registriert. Stimmt die Abfolge der Nulldurchgänge Uo, V0 und W0 mit der zu erwartenden Abfolge bei der gewählten Drehrichtung überein, kann die Verschaltung der Phasenwicklungen dann als richtig angenommen werden. Die Messung kann dabei beispielsweise mittels eines Fremdantriebs bei konstanter Drehzahl oder auch im Auslauf bestimmt werden und daher auch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kombiniert werden. Entscheidend ist hier lediglich, dass die Drehrichtung des Motors bekannt ist.Furthermore, in multiphase motors, the sequence of zero crossings of the voltages induced in the phase windings can be used to verify the internal wiring of the phase windings of the motor. For such an extension of the method according to the invention, it is necessary that the direction of rotation is known. This can be achieved for example via a third-party drive, wherein the motor is not driven by means of its own phase windings. For example, in a measurement of the voltages induced in the phase windings, after registering a positive zero crossing Uo of a phase U, a corresponding positive zero crossing V0 of a phase V and then a positive zero crossing W0 of a phase W are registered. If the sequence of zero crossings Uo, V0 and W0 coincides with the expected sequence in the selected direction of rotation, the interconnection of the phase windings can then be assumed to be correct. The measurement can be determined for example by means of a third-party drive at a constant speed or in the outlet and therefore also be combined with the inventive method. Crucial here is only that the direction of rotation of the engine is known.
Nachfolgend wird die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Hieraus ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.The invention will be described in more detail in the form of an embodiment with reference to the drawings. This results in further features and advantages of the invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:Brief description of the drawings:
Figur 1 zeigt schematisch ein elektrisches Schaltbild einer Phase eines bürstenlosen Gleichstrommotors zusammen mit einer schematischen Schaltung zur Ansteuerung.Figure 1 shows schematically an electrical circuit diagram of a phase of a brushless DC motor together with a schematic circuit for driving.
Figur 2 zeigt schematisch einen Spannungs-Zeitverlauf der in der Wicklung von Figur 1 induzierten Spannung beim Auslauf der elektrischen Maschine. Figur 3 zeigt ein Diagramm des mechanischen Maschinenwinkels in Abhängigkeit der Zeit.FIG. 2 schematically shows a voltage-time profile of the voltage induced in the winding of FIG. 1 at the outlet of the electrical machine. FIG. 3 shows a diagram of the mechanical machine angle as a function of time.
Figur 4 zeigt ein verfeinertes Diagramm des mechanischen Maschinenwinkels in Abhängigkeit der Zeit.FIG. 4 shows a refined diagram of the mechanical machine angle as a function of time.
Figur 5 zeigt Diagramme zur Umrechung des Spannungs-Zeitverlaufs gemäß Figur 2 in einem Spannungs-Rotationswinkeldiagramm.FIG. 5 shows diagrams for the conversion of the voltage-time curve according to FIG. 2 in a voltage-rotation angle diagram.
Figur 6 zeigt ein Diagramm der Spannung in Abhängigkeit desFIG. 6 shows a diagram of the voltage as a function of
Rotationswinkels und eine entsprechende Korrekturfunktion für die Spannungsamplituden.Rotation angle and a corresponding correction function for the voltage amplitudes.
Figur 7 zeigt ein Diagramm der amplitudenkorrigierten Spannung in Abhängigkeit des Rotationswinkels.FIG. 7 shows a diagram of the amplitude-corrected voltage as a function of the angle of rotation.
Figur 8 zeigt ein Diagramm der in den Phasen U, V und W eines dreiphasigen Motors induzierten Spannung als Funktion des mechanischen Rotordrehwinkels.FIG. 8 shows a diagram of the voltage induced in the phases U, V and W of a three-phase motor as a function of the mechanical rotor rotation angle.
Figur 9 zeigt ein Diagramm der in den Phasen U, V und W induziertenFIG. 9 shows a diagram of those induced in the phases U, V and W.
Spannung als Funktion des mechanischen Rotordrehwinkels für den gleichen Motors wie in Figur 8 bei entgegengesetzter Drehrichtung.Voltage as a function of the mechanical rotor rotation angle for the same engine as in Figure 8 in the opposite direction.
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung:Description of a preferred embodiment of the invention:
Figur 1 zeigt schematisch einen Strang der elektrischen Maschine 10 mit einer Phasenwicklung 12 die an eine Ansteuerschaltung mit vier Leistungsschaltern S1 bis S4 angeschlossen ist. Die Leistungsschalter S1-S4 sind in bekannterWeise in einer H-Brückenschaltung angeordnet und verbinden die Wicklung 12 wechselweise mit positiver oder negativer Betriebspannung in Abhängigkeit von der mechanischen Position des Rotors. Im Generatorbetrieb erzeugt die Wicklung 12 bei Drehung des Rotors eine induzierte Spannung u, deren Amplitude und Periodendauer von der Drehzahl der elektrischen Maschine abhängt.Figure 1 shows schematically a strand of the electric machine 10 having a phase winding 12 which is connected to a drive circuit with four power switches S1 to S4. The power switches S1-S4 are arranged in a known manner in an H-bridge circuit and connect the winding 12 alternately with positive or negative operating voltage in dependence on the mechanical position of the rotor. During generator operation, the winding 12 generates an induced voltage u during rotation of the rotor, the amplitude and period duration of which depend on the rotational speed of the electrical machine.
Figur 2 zeigt einen typischen Spannungsverlauf in Abhängigkeit der Zeit für eine in der Wicklung 12 induzierte Spannung beim Auslauf des Motors. Da die elektrische Maschine beim Auslauf nicht angetrieben ist, verringert sich die Drehzahl stetig und damit wird die Periodendauer zwischen den einzelnen Umdrehungen größer (vergleiche T1, T2, T3). Gleichzeitig verringert sich die Amplitude der Spannung u im Verlauf der Zeit t.FIG. 2 shows a typical voltage curve as a function of time for a voltage induced in the winding 12 at the outlet of the motor. Since the electric machine is not driven at the outlet, the speed decreases steadily and thus the period between the individual revolutions becomes larger (compare T1, T2, T3). At the same time, the amplitude of the voltage u decreases over time t.
Eine Frequenzanalyse dieses in Figur 2 dargestellten Spannungssignals u(t) ist aufgrund der sich ändernden Amplitude und Periodendauer T nicht möglich.A frequency analysis of this voltage signal u (t) shown in Figure 2 is not possible due to the changing amplitude and period T.
Die Erfindung beruht nun darauf, die induzierte Spannung u(t) zu rekonstruieren, als ob die elektrische Maschine mit Fremdantrieb bei konstanter Drehzahl betrieben werden würde.The invention is now based on reconstructing the induced voltage u (t) as if the third-party electric machine were operated at a constant speed.
Erfindungsgemäß wird die elektrische Maschine im Generatorbetrieb lastfrei im Auslauf betrieben. Der Antrieb im Auslauf erfolgt durch die eigene Schwungmasse des Rotors der Maschine, wobei Drehzahl und Amplitude der induzierten Spannung während der Messung stetig fallen.According to the invention, the electric machine is operated without load in generator operation in the outlet. The drive in the outlet is done by the own flywheel of the rotor of the machine, whereby speed and amplitude of the induced voltage drop steadily during the measurement.
Das Spannungs-Zeitdiagramm der in der Wicklung induzierten Spannung u(t) ist verzerrt durch die sich verändernde Drehzahl n während der Messung und die gleichzeitig sinkende Amplitude der induzierten Spannung bedingt durch die Drehzahländerung der rotierenden Masse. Um die induzierte Spannung wiederherzustellen, als ob im angetriebenen Modus bei konstanter Drehzahl n gemessen wurde, ist eine Korrektur der Spannungsmesswerte u(t) und der zeitlichen Abtastung der Messdaten notwendig. Bei einer nicht-synchronen Abtastung der Messkanäle, wie z.B. im Multiplex-Betrieb, ist der Zeitversatz der Daten zu berücksichtigen und zu korrigieren, beispielsweise wenn mehrere Phasen einer elektrischen Maschine in einem Messdurchlauf gemessen werden.The voltage-time diagram of the voltage u (t) induced in the winding is distorted by the changing speed n during the measurement and the simultaneously decreasing amplitude of the induced voltage due to the speed change of the rotating mass. In order to restore the induced voltage as if measured in the driven mode at constant speed n, it is necessary to correct the voltage measurement values u (t) and the time sampling of the measurement data. In non-synchronous sampling of the measurement channels, e.g. in multiplex mode, the time offset of the data is to be taken into account and corrected, for example when several phases of an electrical machine are measured in one measuring run.
Zur Vereinfachung des erfinderischen Prinzips wird jedoch bei dem dargestellten Beispiel lediglich die Messung einer Phase beschrieben. Diese allgemeine Beschreibung lässt sich auch auf die Messung von mehreren Phasen der elektrischen Maschine übertragen.However, to simplify the inventive principle, only the measurement of one phase will be described in the illustrated example. This general description can also be applied to the measurement of several phases of the electric machine.
Bei der Messung der induzierten Spannung bei mehreren Phasen muss beachtet werden, dass die Phasen nicht unbedingt symmetrisch exakt gleich sind. Durch Wicklungsungleichheiten ist eine Unsymmetrie zu erwarten, ebenso durch einen nicht symmetrischen Aufbau des mechanischen Systems bzw. des Magnet-Systems.When measuring the induced voltage in several phases, it must be taken into account that the phases are not necessarily exactly symmetrical. Due to winding inequalities an imbalance is to be expected, as well as by a non-symmetrical structure of the mechanical system or the magnet system.
Ferner wird systembedingt bei der induzierten Spannung aufgrund der Hammerform des Stators, der Polübergänge, der Sättigungseffekte des Magnetsystems keine reine sinusförmige Spannung erzeugt, so dass mit Oberwellen zu rechnen ist. Die Nulldurchgänge der Kurvenverläufe der induzierten Spannung sind ebenfalls nicht symmetrisch sondern folgen den mechanischen Ungleichheiten der Anordnung der Hämmer.Furthermore, due to the system-induced induced voltage due to the hammer shape of the stator, the pole transitions, the saturation effects of the magnet system no pure sinusoidal voltage is generated, so that is to be expected with harmonics. The zero crossings of the curves of the induced voltage are also not symmetrical but follow the mechanical inequalities of the arrangement of the hammers.
Der Verlauf des magnetischen Flusses über den Drehwinkel wird durch den mechanischen Aufbau beeinflusst.The course of the magnetic flux over the angle of rotation is influenced by the mechanical structure.
Die gemessenen induzierten Spannungen der einzelnen Phasen sind die Phasenspannungen. Bei einer Sternschaltung der elektrischen Maschine kann nicht immer zum Sternpunkt der Wicklungen gemessen werden. Die gemessenen induzierten Phasenspannungen sind die Summe der einzelnen induzierten Pol-Paar-Wicklungen und nicht einzeln trennbar und zwingend als Summe zu behandeln.The measured induced voltages of the individual phases are the phase voltages. In a star connection of the electrical machine can not always be measured to the neutral point of the windings. The measured induced phase voltages are the sum of the individual induced pole-pair windings and can not be separated individually and must be treated as a sum.
Die oben beschriebenen Probleme bei der Messung im Auslauf erschweren eine exakte Nachbildung der induzierten Spannung aus den Daten der im Auslauf gemessenen induzierten Spannung. Es wird daher ein Näherungsverfahren eingesetzt, welches die induzierte Spannung aus der Messung und der induzierten Spannung im Auslauf möglichst genau nachbildet.The above-described problems in the measurement in the outlet complicate an exact simulation of the induced voltage from the data of the induced voltage measured in the outlet. Therefore, an approximation method is used which simulates as accurately as possible the induced voltage from the measurement and the induced voltage in the outlet.
Zunächst wird die gemessene Spannung im Auslauf auf eine konstante Drehzahl umgerechnet. Das Verfahren geht davon aus, dass die Messdaten im ungestörten Auslauf messbar sind. Eine Störung im Auslauf durch nicht drehzahl-periodische Ereignisse würde zu Fehlern in diesem Verfahren führen.First, the measured voltage in the outlet is converted to a constant speed. The procedure assumes that the measured data in the undisturbed outlet can be measured. An outage malfunction due to non-RPM events would result in errors in this procedure.
In einem ersten Schritt werden aus dem Spannungszeit-Diagramm gemäß Figur 2 jeweils die Nulldurchgänge ermittelt, die jeweils eine Periode einer Umdrehung T1, T2, T3 der elektrischen Maschine entsprechen. Ziel ist es, aus den Nulldurchgängen des Spannungssignals u(t) die Zeitbasis der Phasenspannung in Bezug auf eine mechanische Umdrehung zu ermitteln. Hierbei sind nur die Nullstellen oder Nulldurchgänge relevant, bei denen der Rotor eine ganze Umdrehung zurückgelegt hat, siehe T1, T2, T3, usw.In a first step, the zero-crossings, which correspond in each case to one period of one revolution T1, T2, T3 of the electrical machine, are respectively determined from the voltage-time diagram according to FIG. The goal is to determine from the zero crossings of the voltage signal u (t) the time base of the phase voltage with respect to one mechanical revolution. In this case, only the zeros or zero crossings are relevant in which the rotor has covered a complete revolution, see T1, T2, T3, etc.
Figur 3 zeigt ein Diagramm, bei dem der Umdrehungswinkel a(t) mechanisch in der Einheit [rad] über der Zeit t dargestellt ist. Es sind immer die entsprechenden Umdrehungsperioden Ti = T1, T2, T3,dargestellt, die jeweils einer vollen mechanischen Umdrehung, also einem Winkel von 2π, 4 π, 6π,entsprechen. Man erkennt, dass diese Beziehung zwischen der Zeit t und dem mechanischen Winkel [rad] nicht linear ist, sondern aufgrund der wachsenden Periode Ti beim Auslauf der elektrischen Maschine eine gekrümmte Kurve mit abnehmender Steigung darstellt.FIG. 3 shows a diagram in which the rotation angle a (t) is represented mechanically in the unit [rad] over the time t. There are always the corresponding revolution periods Ti = T1, T2, T3, shown, each corresponding to a full mechanical revolution, ie an angle of 2π, 4 π, 6π. It can be seen that this relationship between the time t and the mechanical angle [rad] is not linear, but due to the growing period Ti at the outlet of the electric machine represents a curved curve with decreasing slope.
Aus einzelnen Stützwerten, also (T1, 2π) (T2,4π) kann nun durch ein Näherungsverfahren die Funktion f(Ti) erstellt werden. Mit dieser Funktion kann man dann die Zeitachse t in den Umdrehungswinkel a(t) in Radiant umrechnen, also die zeitlichen Spannungsmesswerte auf die mechanische Positionen des Rotors umrechnen.From individual support values, ie (T1, 2π) (T2,4π), the function f (Ti) can now be created by an approximation method. With this function, one can then convert the time axis t into the rotation angle a (t) into radians, that is, convert the temporal voltage measured values to the mechanical positions of the rotor.
Durch Verwendung von zusätzlichen Stützstellen kann diese zeitliche Korrekturfunktion verbessert werden, wie es in Figur 4 dargestellt ist. Die induzierte Spannung der Gegen-EMK hat noch weitere Nulldurchgänge, die berücksichtigt werden können. Jeder Nulldurchgang hat eine Periodizität, welche in der mechanischen Umdrehung der elektrischen Maschine begründet ist. So ist diese Periodizität im Messsignal für jeden Nulldurchgang vorhanden. Diese zusätzlichen Nulldurchgänge können als weitere Stützpunkte für die Funktion f(Ti) dienen und die Genauigkeit dieser Funktion verbessern. Von diesen weiteren Nulldurchgängen ist zwar ihr periodischer Abstand also der mechanische Winkel von Vielfachen von π bekannt, aber nicht der Winkel zu den übrigen Nulldurchgängen, die beispielsweise in Figur 3 dargestellt sind. In Figur 4 ist solch ein Winkel di, mit i=0, 1, 2, 3, ..., gezeigt. Beispielsweise beschreibt dO den Winkel zwischen einem Nulldurchgang zur ZeittO und einem zusätzlichen Nulldurchgang zur Zeit t0‘. Die Perioden tO, t1, t2, ..., entsprechen dabei den Perioden T1, T2, T3,.... aus Figur 3. Der mechanische Winkel zwischen den Nulldurchgängen der ganzen Perioden T1, T2, T3, .... und den zusätzlichen Nulldurchgängen kann mit Hilfe der Nulldurchgangskurve gemäß Figur 2 ermittelt werden. Die Zeiten der weiteren Nulldurchgänge ergeben nun einen Winkel, der sich in die Funktion f(Ti) einfügen lässt. Theoretisch sollte dieserBy using additional support points, this temporal correction function can be improved, as shown in FIG. The induced voltage of the back EMF has even more zero crossings, which can be taken into account. Each zero crossing has a periodicity which is due to the mechanical rotation of the electric machine. Thus, this periodicity is present in the measurement signal for each zero crossing. These additional zero crossings can serve as additional vertices for the function f (Ti) and improve the accuracy of this function. Of these further zero crossings, their periodic distance, that is to say the mechanical angle of multiples of π, is known, but not the angle to the other zero crossings, which are illustrated for example in FIG. Such an angle di, with i = 0, 1, 2, 3,..., Is shown in FIG. For example, d0 describes the angle between a zero crossing at time to and an additional zero crossing at time t0 '. The periods t0, t1, t2,..., Correspond to the periods T1, T2, T3,... Of FIG. 3. The mechanical angle between the zero crossings of the entire periods T1, T2, T3, The additional zero crossings can be determined by means of the zero-crossing curve according to FIG. The times of the further zero crossings now yield an angle which can be inserted into the function f (Ti). Theoretically, this should be
Einfügewinkel zu den Nullstellen oder Nulldurchgängen der ersten Nulldurchgangskurve konstant sein, aber durch die verwendete Näherungsfunktion kann dieser Winkel für jeden Nulldurchgang schwanken. Es hat sich gezeigt, dass alle eingefügten Winkel der Nulldurchgangskurve über einen Median gemittelt den günstigsten Wert für einen konstanten Einfügewinkel ergeben. Um diese Stützpunkte aller möglichen Nulldurchgänge erweitert wird die Genauigkeit zur Bildung der Funktion f(Ti) wesentlich verbessert.Insertion angle to the zeros or zero crossings of the first zero-crossing curve to be constant, but by the used approximation function, this angle can vary for each zero crossing. It has been found that all inserted angles of the zero-crossing curve averaged over a median give the best value for a constant insertion angle. Extended by these vertices of all possible zero crossings, the accuracy for forming the function f (Ti) is substantially improved.
Die Spannungswerte u(t) werden nun mittels dieser Korrekturfunktion f(Ti) auf den mechanischen Drehwinkel bezogen. Die Zeitachse der Spannungsmesswerte wird über die Funktion f(Ti) in mechanische Winkel umgerechnet. Die Amplituden werden in diesem Schritt nicht verändert.The voltage values u (t) are now related to the mechanical rotation angle by means of this correction function f (Ti). The time axis of the voltage measured values is converted into mechanical angles using the function f (Ti). The amplitudes are not changed in this step.
Figur 5 zeigt im oberen Diagramm die Spannungswerte u(t) und im unteren Diagramm die auf die mechanischen Winkel umgerechneten Spannungswerte u(a).FIG. 5 shows the voltage values u (t) in the upper diagram and the voltage values u (a) converted to the mechanical angles in the lower diagram.
In einem nächsten Schritt gemäß Figur 6 muss nun eine Abklingfunktion aA(a) ermittelt werden. Die Amplitude der Spannungsmesswerte u(a) ist aufgrund der sinkenden Drehzahl im Auslauf der elektrischen Maschine stetig fallend. Um diese Spannungsmesswerte auf eine konstante Drehzahl umzurechnen, muss die Amplitude der Funktion u(a) mithilfe einer Korrekturfunktion aa(a) auf eine konstante Drehzahl umgerechnet werden. Die Stützstellen der Abklingfunktion aA(a) werden dabei jeweils bei einem Winkel Δ nach den periodischen Nulldurchgängen der Funktion u(a) betrachtet. Prinzipiell können auch weitere, zusätzliche Stützstellen bei einem Winkel Δ nach zusätzlichen Nulldurchgängen der induzierten Spannung betrachtet werden. Für die Amplitudenkorrektur wird für jeden zu berechnenden Amplitudenwert über der Winkelachse und für jede Periode der zugehörige Spannungswert ermittelt. Aus diesen Schnittstellen wird eine Funktion errechnet, mit der auf den Winkelwert 0 rad, das heißt die erste Nullstelle im Spannungssignal, extrapoliert werden und somit die Amplitude bei der Drehzahl n(t=0) rekonstruiert werden kann. Hierbei muss festgelegt werden, mit welcher Abtastrate der Spannungsverlauf resampled werden -- - w w w m muss, um für jeden gewünschten Winkelwert die Amplitude so genau wie möglich interpolieren zu können. Mit den periodischen Amplitudenwerten wird die Abklingfunktion θΔ(α) berechnet. Vorzugsweise wird hier eine Spline-Näherung eingesetzt. Auf den Winkelwert 0 rad lässt sich dann die Amplitude der Spannungsfunktion u(a) durch die ermittelte Abklingfunktion a&(a) extrapolieren. Je mehr Stützstellen für die Berechnung der Abklingfunktion verwendet werden, umso genauer kann die Berechnung des Amplitudenwertes der Spannung u zum Zeitpunkt t=0 bzw. für u bei der Drehzahl n erfolgen. Es können auch mehrere Abklingfunktionen aa(a) bei verschiedenen Werten von Δ berechnet werden, so dass beispielweise mittels statistischer Verfahren eine gemittelte Abklingfunktion zur Amplitudenrekonstruktion bestimmt werden kann.In a next step according to FIG. 6, a decay function aA (a) must now be determined. The amplitude of the voltage measurement values u (a) is constantly decreasing due to the falling speed in the outlet of the electric machine. To convert these voltage readings to a constant speed, the amplitude of function u (a) must be converted to a constant speed using a correction function aa (a). The nodes of the decay function aA (a) are each considered at an angle Δ after the periodic zero crossings of the function u (a). In principle, additional additional interpolation points can be considered at an angle Δ after additional zero crossings of the induced voltage. For the amplitude correction, the associated voltage value is determined for each amplitude value to be calculated over the angle axis and for each period. From these interfaces, a function is calculated with the angle value 0 rad, that is, the first zero point in the voltage signal, extrapolated and thus the amplitude at the rotational speed n (t = 0) can be reconstructed. Here, it must be determined with which sampling rate the voltage curve is resampled - - w w w m in order to be able to interpolate the amplitude as accurately as possible for each desired angle value. The periodic amplitude values are used to calculate the decay function θΔ (α). Preferably, a spline approximation is used here. The amplitude of the voltage function u (a) can then be extrapolated to the angle value 0 rad by the determined decay function a & (a). The more nodes are used to calculate the decay function, the more accurate the calculation of the amplitude value of the voltage u at time t = 0 or for u at the speed n. It is also possible to calculate a plurality of decay functions aa (a) at different values of Δ, so that, for example, an average decay function for amplitude reconstruction can be determined by means of statistical methods.
Nachdem der Kurvenverlauf u(a) rekonstruiert wurde, kann nun die Drehzahl n dieser rekonstruierten Kurve zum Zeitpunkt t = 0 ermittelt werden. Die Zeitinformation liegt allein im abgetasteten Signal und basiert auf dem Wert der Samplingrate. Über die verwendete Umrechnungsfunktion f(Ti) lässt sich die Drehzahl der rekonstruierten Gegen-EMK-Kurve anhand der Steigung der Umrechnungsfunktion im Nullpunkt (a = 0, t = 0) ermitteln. Die Drehzahl n ergibt sich dann aus n = (da / dt) *1 / (2 Pi) zum Zeitpunkt t = 0.After the curve u (a) has been reconstructed, the speed n of this reconstructed curve can now be determined at time t = 0. The time information is only in the sampled signal and is based on the value of the sampling rate. By means of the conversion function f (Ti) used, the speed of the reconstructed back EMF curve can be determined on the basis of the slope of the conversion function at the zero point (a = 0, t = 0). The speed n then results from n = (da / dt) * 1 / (2 Pi) at the time t = 0.
Durch das verwendete Näherungsverfahren, vorzugsweise eine Spline-Interpolation, für die einzelnen Funktionen werden die Stützstellen genau von dieser Funktion getroffen, wobei die Zwischenwerte durch die Interpolation Abweichungen vom reellen Wert aufweisen. Um diese Abweichungen bei der Rekonstruktion der Messdaten mit konstanter Drehzahl zu reduzieren, sollte man so viele Stützstellen wie möglich, also zumindest alle Nulldurchgänge und weitere Stützstellen, zur Rekonstruktion der Kurve verwenden.Due to the approximation method used, preferably a spline interpolation, for the individual functions, the interpolation points are exactly hit by this function, the interim values having deviations from the real value due to the interpolation. To reduce these deviations in the reconstruction of the measured data with constant speed, you should use as many nodes as possible, so at least all zero crossings and other nodes, to reconstruct the curve.
Eine höhere Anzahl der Bemessungsperioden beim Auslauf der elektrischen Maschine, macht die Berechnung der Amplituden auf konstante Drehzahl ebenfalls genauer.A higher number of rated periods when the electric machine is coasting also makes the calculation of the amplitudes to constant speed more accurate.
Vorzugsweise sollte für eine gute Genauigkeit der Amplitudenrekonstruktion diePreferably, for a good accuracy of the amplitude reconstruction should
Amplitude nicht auf den ersten Nulldurchgang berechnet werden. Die Näherungsfunktion zur Bestimmung der Amplitudenwerte hat in diesem Fall keinen weiteren Stützpunkt vor dem ersten Nulldurchgang, sodass eine Extrapolation mit dieser Näherungsfunktion ungenauer ist, als wenn man zwischen zwei bekannten ; Stützstellen interpoliert. Aus diesem Grund sollte die Amplitudenrekonstruktion beispielsweise zwischen zwei Nulldurchgängen auf die zweite Periode gelegt werden, um daraus den Amplitudenverlauf interpolieren zu können. Für eine große Anzahl von Nulldurchgängen des erfassten Signals ist auch eine i hohe Poolpaarzahl der elektrischen Maschine günstig, sodass die Rekonstruktion des Signals genauer wird. Zur Messdatenerfassung reichen beispielsweise 16 mechanische Umdrehungen der elektrischen Maschine im Auslauf aus. Mit dieser Anzahl von Umdrehungen wird eine ausreichend gute Genauigkeit der Rekonstruktion erreicht. Bei weniger als 8 umfassten mechanischen Umdrehungen wird das beschriebene Verfahren ungenau. Vorzugsweise sollte daher die Messdauer für die Spannungswerte u = f (t) zwischen 8 bis 16 mechanischen Umdrehungen der elektrischen Maschine liegen. Falls keine zu großen Anforderungen an die Genauigkeit gestellt werden, können jedoch auch bereits 4 mechanische Umdrehungen zum Bestimmen der Messwerte genügen.Amplitude can not be calculated to the first zero crossing. In this case, the approximation function for determining the amplitude values has no further interpolation point before the first zero crossing, so that an extrapolation with this approximation function is more inaccurate than if we were to distinguish between two known ones; Interpolated interpolation points. For this reason, the amplitude reconstruction should, for example, be placed between the two zero crossings on the second period in order to be able to interpolate the amplitude profile therefrom. For a large number of zero crossings of the detected signal, a high pool pair number of the electrical machine is also favorable, so that the reconstruction of the signal becomes more accurate. For measuring data acquisition, for example, 16 mechanical revolutions of the electric machine in the outlet are sufficient. With this number of revolutions, a sufficiently good accuracy of the reconstruction is achieved. With less than 8 mechanical revolutions involved, the method described becomes inaccurate. Preferably, therefore, the measurement duration for the voltage values u = f (t) should be between 8 and 16 mechanical revolutions of the electrical machine. However, if too much accuracy is not required, 4 mechanical revolutions may be enough to determine the measurements.
Bei mehrphasigen Motoren kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise für jede Motorphase einzeln angewendet werden, so dass mit Hilfe statistischer Verfahren die Motorkenngrößen genauer ermittelt werden können. In der Figur 8 ist beispielhaft die in den Phasen U, V, W eines dreiphasigen Motors induzierte Spannung und die Abfolge der positiven Nulldurchgänge Uo, Vo und Wo gezeigt. Auch in diesem Beispiel entspricht eine Periode der induzierten Spannungen einer mechanischen Umdrehung des Rotors eines Motors mit einem Polpaar. Die induzierte Spannung BEMF in der jeweiligen Phase ist dabei jeweils über ihren Maximalwert BEMFmax normiert dargestellt. Für den Fall, dass die Drehrichtung des Motors bekannt ist, beispielsweise indem er über externe Phasenwicklungen angetrieben wird, kann die Abfolge der Nulldurchgänge Uo, V0 und W0 auch zur Überprüfung der Verschaltung derIn the case of polyphase motors, the method according to the invention can be applied individually for each motor phase, for example, so that the motor characteristics can be determined more accurately with the aid of statistical methods. FIG. 8 shows by way of example the voltage induced in the phases U, V, W of a three-phase motor and the sequence of the positive zero crossings Uo, Vo and Wo. Also in this example, a period of the induced voltages corresponds to a mechanical revolution of the rotor of a motor having a pole pair. The induced voltage BEMF in the respective phase is in each case shown normalized above its maximum value BEMFmax. In the event that the direction of rotation of the motor is known, for example by being driven by external phase windings, the sequence of zero crossings Uo, V0 and W0 can also be used to check the interconnection of the
Phasenwicklungen verwendet werden. Dazu wird die gemessene Abfolge der Nulldurchgänge mit der erwarteten Abfolge verglichen. Da die Drehrichtung bekannt ist, kann bei einer Abweichung der gemessenen von der erwarteten Abfolge der Nulldurchgänge auf einen Fehler in der Verschaltung des Motors geschlossen werden. Werden die Nulldurchgänge beispielsweise bei einem rechtsdrehenden Motor in der Reihenfolge Uo, V0, W0 erwartet, dann zeigt die Figur 8 eine idealisierte Messung eines korrekt verschalteten Motors. Dagegen ist in der Figur 9 die Reihenfolge der Signale der Phasen Vo und Wo vertauscht und somit ein Fehler in der Verschaltung anzunehmen.Phase windings are used. For this purpose, the measured sequence of zero crossings is compared with the expected sequence. Since the direction of rotation is known, it can be concluded that there is a fault in the connection of the motor in the event of a deviation of the measured from the expected sequence of zero crossings. If the zero crossings are expected, for example, in the case of a clockwise-rotating motor in the order Uo, V0, W0, then FIG. 8 shows an idealized measurement of a correctly interconnected motor. In contrast, in Figure 9, the order of the signals of the phases Vo and Wo reversed, and thus assume an error in the interconnection.
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KR101431973B1 (en) * | 2013-05-02 | 2014-08-19 | 삼성전기주식회사 | Apparatus and method detecting ZCP(zero crossing point) of back EMF(electromotive force) in motor driving circuit |
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