DD274908A1

DD274908A1 - Digitale schlupfmesseinrichtung

Info

Publication number: DD274908A1
Application number: DD31894688A
Authority: DD
Inventors: Ulrich Beckert; Wolfram Neuber
Original assignee: Freiberg Bergakademie
Priority date: 1988-08-15
Filing date: 1988-08-15
Publication date: 1990-01-03

Abstract

Fuer Messaufgaben in der Antriebstechnik wird eine digitale Schlupfmesseinrichtung angegeben. Diese gestattet die schnelle und genaue Messung des Schlupfes und erfordert nur einfache Drehzahlgeber. Das Ziel der Erfindung ist es, die Betriebssicherheit elektrischer Antriebe zu erhoehen. Die Aufgabe wird im Wesentlichen dadurch geloest, dass die Schlupfmesseinrichtung einen die schlupfbehaftete Istfrequenz vervielfachenden Phasenregelkreis, einen ersten Zaehler mit Speicher und digitalem Komparator, einen zweiten Zaehler mit Speicher, an dessen Ausgaengen eine digitale Anzeigeeinheit sowie eine aus zwei Schieberegistern, zwei AND- und zwei NOR-Gattern bestehende digitale Schaltung enthaelt. Der Messwert wird dadurch gebildet, dass waehrend einer der Differenz von Drehperiode und Bezugsperiode entsprechenden Messzeit Impulse der vervielfachten Drehfrequenz in den zweiten Zaehler eingezaehlt werden.

Description

Damitführt GI.(1) auf:

f --Sf

° о ^x

І (3)

S =

Zur Messung des Schlupfes sind mehrere Lösungen bekannt. Die der vorliegenden Erfindung naheliegendste technische Lösung ist die in DD-PS 220145 angegebene elektronische Einrichtung zur Messung des Schlupfes von Asynchronmotoren. Diese Schlupfmeßeinrichtung enthält im wesentlichen einen die Netzfrequenz (Bezugsfrequenz) vervielfachenden Phasenregelkreis und eine aus einer Torschaltung, einem Frequenzteiler, einem Impulsform und einem Flipflop bestehende digitale Schaltungsanordnung. Mit dem Phasenregelkreis und dieser digitalen Schaltungsanordnung wird aus den bezugsfrequenten und drehfrequenten Eingangssignalen eine drehfrequente Rechteckimpulsfolge mit schlupfproportionalem Tastverhältnis erzeugt. Der zeitliche Mittelwert dieser Impulsfolge ist exakt dem Schlupf proportional und wird mittels eines Drehspulinstrumentes angezeigt.

Diese Schlupfmeßeinrichtung hat den Vorteil, daß durch ihre frequenzanaloge Informationsverarbeitung der Schlupf mit hoher Genauigkeit in ein Tastverhältnis umgesetzt wird. Mit ihrer analogen Anzeige hat sie jedoch den Nachteil der niedrigen Ablesegenauigkeit.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, durch digitale Messung und Anzeige des Schlupfes die Betriebssicherheit und die Lebensdauer elektrischer Antriebe und Anlagen zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur digitalen Messung des Schlupfes eine einfache elektronische Einrichtung mit durchgehend frequenzanaloger oder digitaler Informationsverarbeitung zu schaffen, die eine hohe Meß- und Ablesegenauigkeit und bei der nur geringe Anforderungen an die Drehzahlgeber gestellt werden.

Dabei wird vorausgesetzt, daß die Bezugsdrehzahl n₀ durch die Frequenz f₀ einer ersten Impulsfolge P₀ und die schlupfbehaftete Istdrehzahl η durch die Frequenz fj einer zweiten Impulsfolge P, gegeben sind.

f_o = Po n_o ,..

fi = η, ^[ '

Bei der Messung des Schlupfes von Asynchronmotoren entsprechen f₀ der Netzfrequenz, n_o der synchronen Drehzahl und p₀ der Polpaarzahl des Asynchronmotors.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die digitale Schlupfmeßeinrichtung

- einen die Istfrequenz ή um einen konstanten Faktor N vervielfachenden Phasenregelkreis,

- einen ersten Zähler mit Speicher und digitalem Komparator, wobei der Zähler im Phasenregelkreis liegt,

- eine aus zwei Schieberegistern, zwei NOR-Gattern und zwei AND-Gattern bestehende digitale Schaltungsanordnung und

- einen zweiten Zähler mit Speicher enthält und

- an seinen Ausgängen eine digitale Anzeigeeinheit angeschlossen ist.

Die einzelnen Elemente der Schlupfmeßeinrichtung sind dabei in folgender Weise zusammengeschalten:

Die istfrequente Impulsfolge P₁ ist am ersten Eingang des Phasendetektors des Phasenregelkreises angelegt. Derzweite Eingang des Phasendetektors liegt am ZO-Ausgang des ersten Zählers.

Die bezugsfrequente Impulsfolge P₀ ist am Takteingang des ersten Schieberegisters angelegt, dessen Dateneingang auf H-Signal liegt. Der Dateneingang des zweiten Schieberegisters ist mit dem ersten Ausgang des ersten Schieberegisters verbunden.

Der Takteingang des zweiten Schieberegisters, der Zähleingang des ersten Zählers und der erste Eingang des zweiten AN D-Gatters, dessen zweiter Eingang über einen Schalter zum Einstellen der Polpaarzahl an einem zweiten Ausgang des ersten Schieberegisters liegt, sind am Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators des Phasenregelkreises angeschlossen. Die Rücksetzeingänge beider Schieberegister sind am Ausgang des ersten AND-Gatters angeschlossen.

Die beiden Eingänge des ersten und des zweiten NOR-Gatters sind mit je einem Ausgang des zweiten Schieberegisters verbunden. Am vierten Ausgang des zweiten Schieberegisters ist auch der erste Eingang des ersten AND-Gatters angeschlossen.

Sein zweiter Eingang liegt am EQUAL-Ausgang des digitalen Komparators des ersten Zählers mit Speicher und digitalem Komparator.

Der Zähleingang des zweiten Zählers mit Speicher liegt am Ausgang des zweiten AND-Gatters.

Die Steuereingänge für die Speicherübernahme beider Zähler mit Speicher sind am Ausgang des ersten NOR-Gatters angeschlossen.

Der Rücksetzeingang des zweiten Zählers liegt am Ausgang des zweiten NOPi-Gatters.

Mit dem Phasenregelkreis wird die schlupfbehaftete Istfrequenz f; um einen konstanten Faktor N vervielfacht. Der Faktor N ist dabei durch den Zählumfang des ersten Zählers bestimmt. Die am Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators abgegebene Impulsfolge Pi hat somit die Frequenz

Während einer der Differenz von Dreh period e Ti = 1 Zn₁ und Bezugsperiode To = p₀ T₀ = p_o/f_o = Vn₀ entsprechenden Meßzeit

tM = T; - To = T| - P₀ T₀ t_M = _L - _L

n, n₀ wird die am Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators abgegebene Impulsmenge

N π

(6) (7)

= N

π - π

· s

in einen zweiten Zähler eingezählt. Das Zählergebnis wird in seinen Speicher übernommen und angezeigt. Bei geeigneter Wahl von N, z.B. bei N = 1 000 entspricht Z₂ direkt dem Schlupf in Promille.

Dies wird dadurch erreicht, daß Impulse der vervielfachten Drehfrequenz ununterbrochen in den ersten Zähler eingezählt werden, daß mit der Vorderflanke des k-ten Impulses der Rechteckimpulsfolge P₀ der momentane Zählerstand des ersten Zählers in seinen Speicher übernommen wird, daß zu diesem Zeitpunkt außerdem der zweite Zahler zurückgesetzt wird, daß mit der Vorderflanke des (k + p_o)ten Impulses der Rechteckimpulsfolge P₀ Impulse mit der vervielfachten Drehfrequenz in den zweiten Zähler eingezählt werden, daß mit dem digitalen Komparator der momentane Zählerstand des ersten Zählers Z](t) mit dem gespeicherten Zählerstand z,(t_k) verglichen wird und daß bei Gleichheit des momentanen und des gespeicherten Zählerstandes das Einzählen der vervielfachten Drehfrequenz in den zweiten Zähler beendet und das Zählergebnis in seinen Speicher übernommen und angezeigt werden.

Die mit der Erfindung gegenüber bekannten Schlupfmeßverfahren und -meßeinrichtungen erzielten Vorteile bestehen vor allem darin, daß

- durch die durchgehend frequenzanaloge bzw. digitale Informationsverarbeitung und durch die digitale Anzeige der Schlupf mit hoher Genauigkeit gemessen und abgelesen werden kann,

- keine spezielle Vorrichtung zur Quotientenbildung, die eine Fehlerquelle darstellen würde, erforderlich ist,

- nur einfache Impulsgeber zur Gewinnung der bezugsfrequenten und istfrequenten Impulsfolgen P₀ und P, erforderlich sind,

- trotzdem der Meßwert schnell gebildet wird,

- die Polpaarzahl einfach eingestellt werden kann,

- zur Realisierung der Schlupfmeßeinrichtung nur noch wenige Standardschaltkreise erforderlich sind und

- dadurch ein billiges Schlupfmeßgerät ermöglicht wird.

Ausführungsbeispiei

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand folgender Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1: das Blockschaltbild der digitalen Schlupfmeßeinrichtung und Fig.2: das Impulsdiagramm derdigitalen Schlupfmeßeinrichtung.

Um eine hohe Auflösung bei kurzen Meßzeiten zu erreichen, wird im Ausführungsbeispiel für den Zähler 2 ein Vier-Dekaden-Zähler zugrunde gelegt. Durch den Phasenregelkreis 1, bestehend aus dem Phasendetektor 1.1, einem Tiefpaß 1.2, einem spannungsgesteuerten Oszillator 1.3 und dem Zähler 2, wird erreicht, daß der Zählerstand des Zählers 2 synchron mit der Istfrequenz umläuft.

Als Eingangsgrößen dienen die beiden Rechteckimpulsfolgen P₀ mit der Bezugsfrequenz f_o und P₁ mit der Istfrequenz f,, die mittels Drehzahlgeber von den rotierenden Körpern bzw. bei der Asynchronmaschine von der Netzspannung mittels Wandler abgeleitet werden.

Die Beschreibung der elektronischen Schlupfmeßeinrichtung erfolgt zweckmäßig anhand ihres in Fig. 2 dargestellten Impulsdia grammes.

Ausgehend vom rückgesetzten Zustand der Schieberegister 3 und 4 (Zeitpunkt ti) wird durch die Vorderflanke des nächsten Impulses der bezugsfrequenten Impulsfolge P₀ die erste Stufe des Schieberegisters 3 gesetzt. Damit löst das von der vervielfachten Istfrequenz getaktete 4-bit-Schieberegister 4 mit dem NOR-Gatter 5 einen Impuls der Folge Pi (Zeitpunktt₂) und mit dem NOR-Gatter 9 verzögert einen Rücksetzimpuls für den Zähler 10 aus. Durch einen Impuls der Folge P, wird jeweils der momentane Zählerstand in beiden Zählern in den zugehörigen Speicher übernommen. Der gespeicherte Zählerstand des Zählers 2 wird nach Freigabe durch das Schieberegister 4 und das AND-Gatter 6 fortwährend mit seinem momentanen Zählerstand verglichen.

Jede weitere Impulsflanke der bezugsfrequenten Folge P₀ setzt eine weitere Stufe des Schieberegisters 3. Nach zwei Bezugsfrequenzperioden wird die dritte Stufe des Schieberegisters 3 gesetzt. Damit gelangen in der dargestellten Stellung des Schalters 7 für die Polpaarzahl p_o = 2 über das AND-Gatter 8 dielmpulsedervervielfachten Istfrequenz auf den Zähleingang des Zählers 10 und erhöhen seinen Zählerstand solange, bis das AND-Gatter 8 durch Rücksetzen des Schieberegisters 3 sperrt.

Das Rücksetzen der Schieberegister 3und4wirddurcheinenvom Komparator des Zählers 2 gebildeten Impuls (Zeitpunkt tj). bewirkt, den dieser gerade dann abgibt, wenn zwischen momentanem und gespeichertem Zählerstand Übereinstimmung besteht. Dieser Zeitpunkt V₂ tritt genau eine Istperiodendauer nach dem Zeitpunkt t₂ auf. Damit entspricht die über den Schalter für die Polpaarzahl und das Schieberegister 3 gebildete Torzeit genau der Differenz von Ist- und Bezugsperiodendauer der Drehbewegung. Der Zähler 2 erreicht am Ende der Torzeit einen Stand Z₂(^), der exakt dem Schlupf in Zehntelpromille entspricht. Dieser Zählerstand wird durch einen Impuls der FoIge Pi in den Speicher übernommen und der digitalen Anzeigeeinheit 11 zugeführt.

Claims

Digitale Schlupfmeßeinrichtung, bei der die Bezugsdrehzahl n_o durch die Frequenz f₀ der Impulsfolge P₀ und die schlupf behaftete Istdrehzahl η durch die Frequenz ή der Impulsfolge P₁ gegeben sind, gekennzeichnet dadurch, daß sie einen die Istfrequenz ή um einen konstanten Faktor vervielfachenden Phasen regelkreis (1) enthält, daß sie einen Zähler mit einem Speicher und digitalem Komparator (2) enthält, daß dessen Zähler im Phasenregelkreis (1) liegt, daß eine aus einem ersten Schieberegister (3), einem zweiten Schieberegister (4), einem ersten und einem zweiten NOR-Gatter (5, 9), einem ersten und einem zweiten AND-Gatter (6, 8) bestehende digitale Schaltung vorhanden ist, daß ein zweiterZähler mit Speicher (10) vorhanden ist, daß an dessen Ausgängen eine digitale Anzeigeeinheit (11) angeschlossen ist, daß die istfrequente Impulsfolge P, am ersten Eingang des Phasendetektors (1.1) angelegt ist, daß der zweite Eingang des Phasendetektors am ZO-Ausgang des Zählers (2) angeschlossen ist, daß die bezugsfrequente Impulsfolge P₀ am Takteingang des ersten Schieberegisters (3), dessen Daten-Eingang auf Η-Signal liegt, angelegt ist, daß die Rücksetzeingänge beider Schieberegister am Ausgang des ersten AND-Gatters (6) angeschlossen sind, daß der Zähleingang (IN 1) des ersten Zählers (2), der Takteingang des zweiten Schieberegisters (4), dessen Dateneingang am ersten Ausgang des ersten Schieberegisters (3) liegt, und der erste Eingang des zweiten AND-Gatters (8), dessen zweiter Eingang über einen Schalter (7) mit einem zweiten Ausgang des ersten Schieberegisters (3) verbunden ist, am Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators (1.3) des Phasenregelkreises (1) angeschlossen sind, daß am vierten Ausgang des zweiten Schieberegisters (4) auch der erste Eingang des ersten AND-Gatters (6), dessen zweiter Eingang am EQUAL-Ausgang des digitalen Komparators (2) liegt, angeschlossen ist, daß der Zähleingang (IN 1) des zweiten Zählers (10) am Ausgang des zweiten AND-Gatters (8) angeschlossen ist, daß die Steuereingänge für die Speicherübernahme (LM 1, P4) beider Zähler (2,10) am Ausgang des ersten NOR-Gatters (5) angeschlossen sind und daß der Rücksetzeingang des zweiten Zählers (10) am Ausgang des zweiten NOR-Gatters (9) angeschlossen ist.

Hierzu
2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Einrichtung zur digitalen Messung des Schlupfes, insbesondere für Meß- und Überwachungsaufgaben in der Antriebstechnik.

Charakteristik des Standes der Technik

Als Schlupf wird gemäß Definition

n - Π
O

die auf die Bezugsdrehzahl n_o bezogene Abweichung der Istdrehzahl n von der Bezugsdrehzahl bezeichnet. Die Kenntnis des Schlupfes ist auf mehreren Gebieten der Antriebstechnik notwendig. Zum Beispiel wird der stationäre Betriebszustand eines Asynchronmotors eindeutig durch den Schlupf charakterisiert. Schlupfmeßprobleme liegen auch bei Bandantrieben und bei Walzwerkantrieben vor.

Bei praktisch allen bekannten Verfahren und Einrichtungen zur Messung des Schlupfes wird davon ausgegangen, daß mittels zweier Impulsgeber zwei Impulsfolgen P₀ und Pj abgeleitet werden, deren Frequenzen f₀ undfj mit den Drehzahlen n₀ und n; über die Polpaarzahlen der Impulsgeber p₀ und p, verknüpft sind:

•o Po ' rio (лі

fi = Pi · n ⁽ '