DE19626965A1 - Drehmomentrechner für Gleichstrommaschinen und Verfahren zur Kalibrierung des Drehmomentrechners - Google Patents

Drehmomentrechner für Gleichstrommaschinen und Verfahren zur Kalibrierung des Drehmomentrechners

Info

Publication number
DE19626965A1
DE19626965A1 DE19626965A DE19626965A DE19626965A1 DE 19626965 A1 DE19626965 A1 DE 19626965A1 DE 19626965 A DE19626965 A DE 19626965A DE 19626965 A DE19626965 A DE 19626965A DE 19626965 A1 DE19626965 A1 DE 19626965A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
torque
speed
machine
armature
values
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19626965A
Other languages
English (en)
Inventor
Reinhold Bendel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Duerr Systems AG
Original Assignee
Cegelec AEG Anlagen und Automatisierungstechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cegelec AEG Anlagen und Automatisierungstechnik GmbH filed Critical Cegelec AEG Anlagen und Automatisierungstechnik GmbH
Priority to DE19626965A priority Critical patent/DE19626965A1/de
Publication of DE19626965A1 publication Critical patent/DE19626965A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehmomentrechner für Gleichstrommaschinen und auf ein Verfahren zur Kalibrierung des Drehmomentrechners.
Aus der DE 41 19 433 A1 ist ein Drehmomentrechner und ein Verfahren zur Kalibrierung des Drehmomentrechners bekannt, der das an der Welle einer Gleichstromnebenmaschine aufgenommene oder abgegebene Drehmoment bestimmt. Der Drehmomentrechner enthält eine Rechenschaltung, z. B. einen freiprogrammierbaren Digitalrechner, und ist eingangsseitig an eine Tachometermaschine angeschlossen, die mit der Welle der Gleichstrommaschine verbunden ist. Im Ankerstromkreis der Gleichstrommaschine befindet sich ein Meßwiderstand, der über einen Analog-Digital-Wandler an den Drehmomentrechner angeschlossen ist. Der Anker der Gleichstrommaschine liegt in der Reihe mit einer Wendepolwicklung. Die Reihenschaltung des Ankerwiderstands und des Wendepolwiderstands ist zu einem Spannungsteiler parallel geschaltet, der mit dem Anker- und dem Wendepolwiderstand eine Brückenschaltung bildet, deren Brückendiagonalspannung an einen Anlog-Digital-Wandler gelegt ist, der ausgangsseitig mit dem Drehmomentrechner verbunden ist.
Zur Kalibrierung werden in einem ersten Kalibrierlauf bei leerlaufender Gleichstrommaschine mit betriebsmäßiger Erregung für eine Reihe von mittels der Ankerspannung innerhalb des Drehzahlbereichs eingestellter Drehzahlen die inneren Momente bestimmt und als Summe aus Reib- und Wirbelstrommomente gespeichert. Zur Ermittlung der ankerstromabhängigen Verlustmomente ist in einem zweiten Kalibrierlauf eine zweite Art der Drehzahlregelung, bei der diese auf den Erregerstrom einwirkt, notwendig. Das Reibmoment wird in einem Auslaufversuch bestimmt, für den die Gleichstrommaschine auf maximale Drehzahl hochgefahren wird und dann ohne Anker- und Erregerstrom bis zum Stillstand ausläuft. Während des Anlaufs wird zu den verschiedenen Drehzahlen das Reibmoment mit Hilfe des Massenträgheitsmoments der Drehmasse der Gleichstrommaschine berechnet.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Drehmomentrechner für eine Gleichstrommaschine zu entwickeln, der keine Brückschaltung für die Nachbildung der elektromotorischen Kraft der Gleichstrommaschine benötigt und ohne zweite Art der Drehzahlregelung sowie ohne Auslaufsversuch kalibriert werden kann.
Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Einrichtung zur Bestimmung des inneren Moments durch Multiplikation des gemessenen Ankerstromwerts mit dem magnetischen Fluß vorgesehen ist, der unterhalb des Bruchteils der Grunddrehzahl aus der Differenz des gemessenen Ankerspannungswertes und der ankerstromabhängig aus einer zweiten Tabelle ausgelesener Anker- und Bürstenspannungsabfallsumme nach Korrektur mit einem vom temperaturabhängigen Ankerwiderstand bestimmten Korrekturspannungswert und durch Division durch den gemessenen Drehzahlwert gebildet wird, daß vom inneren Moment die in einer dritten Tabelle unter Zuordnung zu Drehzahlwerten gespeicherte Summe der Lager-, Luft- und Wirbelstromverluste drehzahlabhängig in einer Einrichtung subtrahiert wird, und daß weiterhin vom inneren Moment ein dem quadratisch mit der Ankerspannung ansteigenden Verlustmoment entsprechender Wert, der aus der Differenz von unter Zuordnung von Wellenmomenten gespeicherten Werten und dem Wellenmoment gebildet wird, und ein das Massenträgheitsmoment der Gleichstrommaschine kompensierender Wert für die Bildung des Wellenmoments subtrahiert wird. Bei diesem Drehmomentrechner sind Tabellen vorgesehen, in denen eine Reihe von Korrekturwerten gespeichert sind, die entweder der Ankerspannung dem Ankerstrom oder der Drehzahl zugeordnet sind. Diese drei Größen können während des laufenden Betriebs, d. h. während des Antriebs von Prüfungen genau gemessen werden, ohne daß ein großer schaltungstechnischer Aufwand erforderlich ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß aus den oberhalb der Grunddrehzahl ankerstromabhängig aus der Tabelle ausgelesenen Flußwerten eine Regelabweichung gebildet wird, die über einen Regelverstärker und einen von den Ankerstromwerten beaufschlagten Multiplizierer an eine von der Differenz der Ankerspannung und der aus der Tabelle ausgelesenen Anker- und Bürstenabfallsumme beaufschlagte Summierstelle angelegt ist, die in einem einen Betragsbildner für die Ausgangsgröße der Summierstelle und den Dividierer enthaltenden Regelkreis angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform wird der Einfluß des temperaturabhängigen Ankerwiderstands auf die EMK korrigiert, indem eine korrigierte EMK gebildet wird. Es werden Meßfehler vermieden, die oberhalb einem bestimmten Bruchteil der Grunddrehzahl durch die Division, durch kleine Winkelgeschwindigkeiten entstehen würden. Oberhalb des Bruchteils der Grunddrehzahl sorgt der Regelverstärker dafür, daß die Differenz zwischen dem Flußwert am Ausgang des Dividierers und dem ankerstromabhängig aus der Tabelle ausgelesenen Fluß auf einen vernachlässigbar kleinen Wert reduziert wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Flußwerte bei Drehwinkelgeschwindigkeiten unterhalb des Bruchteils der Grunddrehzahl ankerstromabhängig aus einer Tabelle der oberhalb des Bruchteils der Grunddrehzahl ankerstromabhängig bestimmten Flußwerte ausgelesen. In diesen Flußwerten ist der Einfluß der Flußschwächung durch die Ankerrückwirkung enthalten, so daß er auch unterhalb des erwähnten Bruchteils der Grunddrehzahl berücksichtigt wird. Es ist günstig, wenn das Wellenmoment und ein bei leerlaufender Gleichstrommaschine gemessener Wert des Wellenmoments eine Summierstelle beaufschlagen, die eine Drehmomentregelabweichung bildet, die über einen Regelverstärker einen Multiplizierer beaufschlagt, der eingangsseitig weiterhin mit dem Wert des Quadrats des Ankerstroms beaufschlagt wird und der ausgangsseitig eine Summierstelle speist, der weiterhin das innere Moment und ein von der Masse der Gleichstrommaschine abhängiges Beschleunigungsmoment zugeführt wird und an dem ausgangsseitig ein dem Wellenmoment entsprechender Wert verfügbar ist.
Zur Kalibrierung des oben beschriebenen Drehmomentrechners werden erfindungsgemäß in einem ersten Kalibrierlauf bei gesperrtem Feld der Gleichstrommaschine in Abhängigkeit vom Ankerstrom bis zum Maximalstrom die an der Gleichstrommaschine auftretenden Spannungsabfälle gemessen, digitalisiert und in einer Tabelle gespeichert und in einem zweiten Kalibrierlauf unter Herausziehung der im ersten Kalibrierlauf gespeicherten Sperrungsabfälle der dreh- und feldstromgeregelten Gleichstrommaschine ab dem Bruchteil der Grunddrehzahl bis zur Maximaldrehzahl die um Anker- und Bürstenspannungsabfälle korrigierte Spannungswerte digitalisiert und in der zweiten Tabelle als magnetischer Flußwert gespeichert. Unterhalb des Bruchteils der Grunddrehzahl werden die oberhalb des Bruchteils der Grunddrehzahl ankerstromabhängig gemessenen magnetischen Flußwerte in der ersten Tabelle gespeichert. Die Werte oberhalb des Bruchteils der Grunddrehzahl werden zur Flußbestimmung verwendet, da die Division durch größere Drehzahlwerte nur sehr kleine Fehler ergibt. Unterhalb des Bruchteils der Grunddrehzahl wird der magnetische Fluß aus den ankerstromabhängig oberhalb der Grunddrehzahl bestimmten Meßwerte gebildet, um Fehler durch Division durch kleine Drehzahlwerte zu vermeiden.
In einem dritten Kalibrierlauf werden bei leerlaufenden, drehzahlgeregelter Gleichstrommaschine im gesamten Drehzahlbereich die Werte des inneren Moments digitalisiert und in der dritten Tabelle gespeichert. Die in der dritten Tabelle gespeicherten Werte entsprechen unter Zuordnung zu den Drehzahlwerten den Reibmoment der Lager-, Luftreibung und den Wirbelstromverlusten.
In Gleichstrommaschinen tritt noch ein mit dem Quadrat des Ankerstroms aussteigendes Verlustmoment auf. Für die Kalibrierung des erfindungsgemäßen Drehmomentrechners in Bezug auf diesen Verlustmoment werden zwei weitere Kalibrierläufe durchgeführt. In einem solchen Kalibrierlauf wird mit der leerlaufenden Gleichstrommaschine bei linear ansteigender Drehzahl mit einer niedrigen Anstiegsgeschwindigkeit das Beschleunigungsmoment gemessen und gespeichert. Im darauffolgenden Kalibrierlauf wird bei leerlaufender, abgekuppelter Gleichstrommaschine und linear ansteigender Drehzahl mit einer höheren Anstiegsgeschwindigkeit das gespeicherte Beschleunigungsmoment mit dem Faktor der höheren Anstiegsgeschwindigkeit multipliziert und als Sollwert einem Drehmomentregler vorgehen, dessen Istwert das gemessene Wellenmoment ist. Die Regelabweichung wird mit dem inneren Moment und des Ankerstrommeßwerts multipliziert und dem inneren Moment überlagert.
Zur Kompensation des Beschleunigungsmoments der Gleichstrommaschine wird bei abgekuppelter Gleichstrommaschine im Beschleunigungsbetrieb ein von Hand einstellbarer Trägheitsmomentenwert mit der Beschleunigung multipliziert, bis das Wellenmoment null angezeigt wird. Dieser Trägheitsmomentenwert wird fest eingestellt.
Das Beschleunigungsmoment der Gleichstrommaschine kann auch in einem weiteren Kalibrierlauf automatisch kompensiert werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben.
In der Zeichnung ist ein Blockschaltbild eines Drehmomentrechners dargestellt. Dem Drehmomentrechner werden die Meßwerte dreier Größen in digitaler Form zugeführt. Es handelt sich bei den Größen um die in der Zeichnung mit UA bezeichnete Ankerspannung der Gleichstrommaschine, der mit IA bezeichnete Ankerstrom und die mit W bezeichnete Drehgeschwindigkeit der Gleichstrommaschine. Die drei Größen werden mit nicht näher dargestellten Sensoren erfaßt und in einem A/D-Wandler in digitale Werte umgesetzt und gegebenenfalls nach Zwischenspeicherung im Drehmomentrechner verarbeitet. Der A/D- Wandler kann Bestandteil eines Mikrocontrollers sein. Der Drehmomentrechner ist vorzugsweise durch einen Mikrorechner oder einen Mikrocontroller realisiert. Er kann aber auch in einer größeren Datenverarbeitungseinheit integriert sein.
Der Drehmomentrechner enthält für die Speicherung einer Tabelle ein erstes Kennfeld 1.1, in das über einen Schalter 2.1 digitale Meßwerte der Ankerspannung UA einspeicherbar sind. Bei dem Schalter 2.1 handelt es sich z. B. um innerhalb des Controllers angeordnete Torschaltungen oder Programme. Bei geschlossenem Kontakt 2.1 werden Meßwerte in das Kennfeld 2.1 eingegeben. Ein weiterer Kontakt 2.2, der durch Schaltungen bzw. Programme des Controllers realisiert sein kann, legt im geschlossenen Zustand die Auslesebetriebsart des Kennfelds 1.1 fest. Ausgangsseitig ist das Kennfeld 1.1 mit einer im Mikrocontroller realisierten Summierstelle 3.1 verbunden, der auch die digitalen Meßwerte der Ankerspannung UA zugeführt werden. Die Meßwerte des Ankerstroms IA steuern die Eingabe und die Ausgabe der Meßwerte der Ankerspannung UA. Die Summierstelle 3.1 ist eine zweite, die mit der ersten 3.1 zusammengefaßt sein kann. Der Summierstelle 3.2 werden einem im Mikrocontroller gebildeten Multiplizierer 4.1 Daten zugeführt, bei denen es sich um mit E4 bezeichnete EMK-Werte handelt. Der Multiplizierer 4.1 hat zwei Eingänge, vor denen einer mit den Meßwerten des Ankerstroms IA und der andere von Daten eines im Mikrocontroller realisierten Reglers 7.1 beaufschlagt ist, der im folgenden als Flußregler bezeichnet wird. Die Summierstelle 3.2 speist einen im Mikrocontroller realisierten Betragsbildner 5.1, mit dem ein im Mikrocontroller realisierter Dividierer 6 verbunden ist, der einen weiteren, von den Meßwerten der Drehwinkelgeschwindigkeit beaufschlagten Eingang aufweist. Ausgangsseitig ist der Dividierer 6 über einen im Mikrorechner realisierten Schalter 2.3 mit einem zweiten Kennfeld 1.2 für die Speicherung einer Tabelle verbinden. Das Kennfeld 1.2 belegt einen bestimmten Speicherbereich. Bei geschlossenem Schalter 2.3 ist das Kennfeld auf Aufnahme geschaltet. Durch einen weiteren Schalter 2.4, der im Mikrocontroller realisiert ist, kann das Kennfeld in dessen geschlossenem Zustand auf Auslesung geschaltet werden. Weitere Eingänge, nämlich die Adresseneingänge des Kennfelds 1.2 sind mit den Meßwerten der Drehwinkelgeschwindigkeit W beaufschlagbar. Ausgangsseitig ist das Kennfeld 1.2 mit einer im Mikrorechner realisierten Summierstelle 3.3 verbunden, die auch von den Ausgangsdaten des Dividierers 6 beaufschlagt wird. Die Summierstelle 3.3 speist den Flußregler 7.1, der von zwei im Mikrorechner gebildeten Schaltern 2.11 und 2.10 gesteuert wird. Bei geschlossenem Schalter 2.10 ist der Flußregler 7.1 gesperrt. Bei geschlossenem Kontakt 2.11 wird der Ausgang des Flußreglers auf dem jeweiligen Wert festgehalten.
Der Ausgang des Dividierers 6 ist weiterhin mit den Eingängen eines im Mikrorechnerspeicher realisierten, weiteren Kennfelds 1.3 für die Speicherung einer Tabelle verbunden. Über einen im Mikrorechner realisierten Kontakt 2.5 sind an das Kennfeld 1.3 die Werte der Drehwinkelgeschwindigkeit anlegbar. Das Kennfeld 1.3 wird durch einen im Mikrorechner realisierten Kontakt 2.6 gesteuert, in dessen geschlossenem Zustand das Kennfeld 1.2 oder 1.3 anlegbar ist und dessen anderer Eingang von den Meßwerten der Drehwinkelgeschwindigkeit beaufschlagt wird.
Der Ausgang des Multiplizierers 4.2 ist mit folgenden, im Mikrorechner realisierten Einheiten verbunden: einer Summierstelle 3.4, einem zusätzlichen Multiplizierer 4.4 und einem Schalter 2.12, über den ein zusätzliches Kennfeld 1.4 für die Speicherung einer Tabelle auf Eingabebetrieb einstellbar ist. An das Kennfeld 1.4 sind die Meßwerte der Drehwinkelgeschwindigkeit w anlegbar. Das Kennfeld ist durch einen im Mikrocontroller realisierten Schalter 2.13 steuerbar, in dessen geschlossenem Zustand das Kennfeld 1.4 auf Auslesung geschaltet ist, während der geschlossene Schalter 2.12 die Einlesung bestimmt.
Die Meßwerte der Ankerspannung IA sind an einem Mikrocontroller realisierten Betragsbildner 5.2 und einem Multiplizierer 4.3 gelegt, dessen weiterer Eingang vom Ausgang des Betragsbildners 5.2 beaufschlagt wird. Ausgangsseitig ist der Multiplizierer mit einem Eingang des Muliplizierers 4.4 verbunden, dessen Ausgang an einem Eingang der Summierstelle 3.4 gelegt ist. Die Summierstelle 3.4 wird weiterhin über einen im Mikrocontroller realisierten Schalter 2.14 von den ausgelesenen Daten des Kennfelds 1.4 beaufschlagt. Weiterhin ist die Summierstelle 3.4 mit dem Ausgang eines Multiplizierers 4.5 verbunden, der mit einem Eingang ein im Mikrocontroller realisiertes Differenzglied 8 und mit dem zweiten Eingang an einen Umschalter 2.9 gelegt ist, der ebenfalls zum Mikrocontroller gehört. Der Umschalter 2.9 ist einerseits mit dem Ausgang eines Umschalters 2.8 und andererseits mit dem Ausgang eines Reglers 7.3 verbunden, der im folgenden auch als Beschleunigungsregler bezeichnet ist und im Mikrocontroller realisiert sein kann. Der Beschleunigungsregler 7.3 ist mit zwei Kontakten 2.15 und 2.16 steuerbar. Bei geschlossenem Kontakt 2.15 wird der Ausgang des Beschleunigungsreglers 7.3 festgehalten. Bei geschlossenem Kontakt 2.16 verarbeitet der Beschleunigungsregler die seinen Eingang von der Summierstelle 3.4 zurückgeführten Daten. Über den Umschaltkontakt 2.8 sind dem Umschaltkontakt 2.9 wahlweise die Werte Null und ein einem Massenträgheitsmoment J entsprechender Wert zuführbar.
Dem Differenzglied 8 werden die Meßgrößen der Drehwinkelgeschwindigkeit w zugeführt.
Der Ausgang der Summierstelle, an dem die Drehmomentwerte nach der Kalibrierung verfügbar sind, ist mit dem Eingang eines Speichers 9 verbunden, der von zwei Schaltern 2.18 und 2.17 gesteuert ist und ausgangsseitig mit einem Multiplizierer 4.5 verbunden ist, dessen zweiter Eingang mit dem Wert "Vier" beaufschlagt ist. Der Ausgang des Multiplizierers 4.5 ist mit einer Summierstelle 3.6, die auch vom Ausgang der Summierstelle 3.4 beaufschlagt ist und ausgangsseitig einen von zwei Schaltern 2.19 und 2.20 steuerbaren Regler 7.2 beaufschlagt, der im folgenden auch als Drehmomentregler bezeichnet ist. Der Ausgang des Drehmomentreglers ist mit einem Eingang des Multiplizierers 4.4 verbunden. Im folgenden wird die Arbeitsweise und die Kalibrierung des erfindungsgemäßen Drehmomentrechners beschrieben.
Die Vorzeichen gelten für: Motorbetrieb, Rechtslauf und Beschleunigung.
Für die Berechnung des inneren Drehmoments der Gleichstrommaschine "Mi" gilt:
(1) Mi = Φ1 * IA (hierfür ist der Multiplizierer 4.2 vorgesehen)
Der Ankerstrom IA der Gleichstrommaschine kann exakt gemessen werden. Das gilt jedoch nicht für den magn. Fluß Φ. Er kann nur indirekt aus der Gleichung bestimmt werden.
(2) Φ1 = E3/w (Hierfür ist der Dividierer 6 vorgesehen.)
Auch die EMK der Gleichstrommaschine ist nicht direkt meßbar. Es gilt:
(3) E1 = UA + IA * RA + Bü = UA + U1 (Hierfür ist der Summierer 3.1 vorgesehen).
worin mit RA der Ankerwiderstand und mit Bü der Bürstenspannungsabfall bezeichnet sind.
Die Ankerspannung UA kann gemessen werden. Die Spannungsabfälle am Anfang und an den Bürsten "IA * RA" und "Bü" werden in einem ersten Kalibrierlauf erfaßt und abgespeichert.
Kalibrierlauf 1:
Vorbedingungen:
Feld der Gs-Maschine sperren;
Kennfeld 1.1 auf Aufnahme schalten (Kontakt 2.1 geschlossen)
Kalibrierlauf:
Ankerstrombereich von 0 bis -IAmax durchfahren und im Stromstufenabstand von ca. 5% IAmax die auftretenden Spannungsabfälle "IA * RA + Bü" stromabhängig in das Kennfeld 1.1 ablegen.
Meßbetrieb:
Kennfeld 1 auf Wiedergabe schalten (Kontakt 2.1 offen, Kontakt 2.2 umgeschaltet)
EMK 1 gemäß Formel (3) bilden, indem die im Kennfeld "1.1" abgespeicherten Spannungsabfälle "IA * RA + Bü" stromabhängig abgefragt und zu der aktuellen Ankerspannung "UA" in der Summierstelle 3.1 polaritätsrichtig addiert werden.
Der Ankerwiderstand "RA" ist temperaturabhängig. Hierdurch entsteht ein EMK-Fehler "E4". Er beträgt
(4) E4 = IA * RAT (Hierfür ist der Multiplizierer 4.1 bestimmt.)
Aus der Addition von E1 und E4 wird die korrigierte EMK "E2" gebildet.
(5) E2 = E1 + E4 (An der Summierstelle 3.2)
Aus dem Betrag von E2 wird wie folgt E3 gebildet.
(6) E3 = |E2| (im Betragsbildner 5.1)
Der magnetische Fluß Φ1 wird errechnet wie folgt:
(7) Φ1 = E3/w (im Dividierer 6)
Für den nachfolgenden Kalibrierlauf 2 mußt die GS-Maschine thermisch ausgeglichen sein, d. h. ihre Anker-, Wendepol- und gegebenenfalls auch Kompensationsentwicklung müssen temperaturgleich sein. Dieser Maschinenzustand liegt vor, wenn die Kalibrierung 2 vor dem Betrieb, d. h. vor der betriebsmäßigen Erwärmung der Maschine erfolgt.
Kalibrierlauf 2
Vorbedingung:
Kalibrierlauf 1 und Freigabe für Meßbetrieb 1;
Drehzahl- und Feldstromregelung aktiv;
Flußregler 7.1 gesperrt (Kontakt 2.10 in Grundstellung)
Kalibrierlauf:
Drehzahlbereich von 0 bis + bis wmax (Maximaldrehzahl) durchfahren und oberhalb ca. 0,7 * wGr im Drehzahlabstand von ca. 5% wmax den magn. Fluß "Φ1" drehzahlabhängig in das Kennfeld 1.2 ablegen (Kontakt 2.3 geschlossen) und unterhalb ca. 0,7 * wGr die Kennfeldwerte festhalten (Kontakt 2.3 offen und Kontakt 2.4 umgeschaltet). Unter wGr ist die Grunddrehzahl zu verstehen.
Meßbetrieb:
Flußregler 7.1 oberhalb ca. 0,7 * wGr Reglerausgang 7.1 festhalten (Kontakt 2.1 geschlossen).
Die Flußaufnahme und -ablage oberhalb ca. 0,7 * wGr wird gewählt, um Fehler zu vermeiden, die im Dividierer 6.1 bei der Division durch kleine w entstehen würden. Bei gesperrtem Flußregler 7.1 und warmer Gs-Maschine würde zwischen dem abgespeicherten magn. Fluß "Φ2" und dem aktuell gebildeten magn. Fluß "Φ1" aufgrund der Widerstandserhöhung "RAT" eine Differenz entstehen. Oberhalb 0,7 * wGr wird jedoch der Flußregler 7.1 freigegeben, regelt die Flußdifferenz zwischen Φ2 und Φ1 aus und erzeugt an seinem Ausgang die Widerstandserhöhung "RAT", mit der E4 erzeugt und E1 korrigiert wird. Unterhalb der Drehzahl ca. 0,7 * wGr, in dem der magn. Fluß 1 wegen der Division durch kleine w nicht mehr benutzt werden darf, wird mit dem Kontakt 2.7 auf das Kennfeld 1.3 umgeschaltet. In dieses Kennfeld 1.3 werden während des Betriebs (d. h. ohne einen eigenen Kalibrierlauf) die oberhalb ca. 0,7 * wGr ermittelten Werte von Φ1 ankerstromabhängig abgespeichert (Kontakt 2.5 geschlossen) und unterhalb 0,7 * wGr als Φ4 an den Multiplizierer 4.2 gegeben (Kontakt 2.6 und 2.7 umgeschaltet). Da in Φ1 und somit auch in Φ4 der Einfluß der Flußschwächung durch die Ankerrückwirkung erhalten ist, wird er auch auf die Weise im Bereich < 0,7 * wGr berücksichtigt. Das Luftspaltmoment Mi wird gemäß Formel (1) im gesamten Drehzahl- und Ankerstrombereich mit Hilfe des Multiplizierers 4.2 gebildet.
Solange das Kennfeld 1.4 leer und der Drehmomentregler 7.2 gesperrt ist (Kontakt 2.19 in Grundstellung), wird das innere Moment "Mi" am Ausgang des Summierers 3.4 als Wellenmoment "MW" angezeigt.
Bei leerlaufender Gs-Maschine (das reale Wellenmoment ist Null) und konstanter Drehzahl (MB=0) entspricht das innere Moment "Mi" dem Reibmoment MR1, das dabei von dem inneren Moment Mi überwunden wird.
Für diesen Fall gilt folgendes:
(8) Mr1 = Mi
Das Reibmoment "Mi" enthält die Einzelreibmomente der Lager, der Luft und der Wirbelströme und wird im Kalibrierlauf 3 im Kennfeld 1.4 gespeichert.
Kalibrierlauf 3
Vorbedingung:
Kalibrierläufe 1 und 2 und Freigabe für Meßbetrieb 1 und 2;
Welle der Gs-Maschine abgekuppelt (Leerlauf, MW-real = 0);
Drehzahlregelung freigegeben;
Massenträgheitsmoment der Gs-Maschine grob eingestellt (Kontakt 2.9 umgelegt);
Wiedergabe Kennfeld 1.4 unterbrochen (Kontakt 2.14 offen);
Drehmomentregler 7.2 gesperrt (Kontakt 2.19 in Grundstellung)
Kalibrierlauf:
Drehzahlbereich von 0 bis + bis -wmax in Stufen von ca. 5% wmax durchfahren, auf jeder Drehzahlstufe konstant halten, das Kennfeld 1.4 auf Aufnahme schalten (Kontakt 2.12 schließen) und MR1 (=Mi) jeder Drehzahlstufe in das Kennfeld 1.4 ablegen.
Meßbetrieb:
Kennfeld 1.4 auf Wiedergabe schalten (Kontakt 2.12 offen, Kontakt 2.16 umgeschaltet, Kontakt 2.14 schließen);
Das innere Moment "Mi" wird mit dem im Kennfeld 1.4 abgelegten Reibmoment MR1 in der Summierstelle 3.4 kompensiert. Als Wellenmoment "MW" wird dann bei konstanter Drehzahl (MB = 0) Null angezeigt.
Außer dem Reibmoment "MR1" tritt nicht das mit IA² ansteigende Verlustmoment "MR2" auf. Zur Erfassung und Kompensation des Verlustmomentes "MR2" sind die Kalibrierläufe 4 und 5 bestimmt.
Kalibrierlauf 4
Vorbedingung:
Kalibrierläufe 1, 2 und 3 und Freigabe für Meßbetrieb 1, 2 und 3;
Welle der Gs-Maschine abgekuppelt (Leerlauf, MW-real=0);
Drehzahlregelung freigegeben;
Drehzahlsollwert über einen Sollwertintegrator mit verstellbarer Steilheit führen und Steilheit so wählen, daß IAmax/4 nicht überschritten wird;
Massenträgheitsmoment der Gs-Maschine "J" = Null eingestellt (Kontakt 2.17 umgeschaltet);
Drehmomentregler 7.2 gesperrt (Kontakt 2.19 in Grundstellung)
Kalibrierlauf:
Drehzahlsollwert wmax vorgegeben;
Bei ca. 80% wmax Speicher 9 auf speichern stellen (Kontakt 2.18 schließen);
Drehzahlsollwert 0 vorgeben.
Kalibrierlauf 5
Vorbedingungen:
Kalibrierläufe 1, 2, 3 und 4 und Freigabe der Meßbetriebe 1, 2, 3 und 4;
Welle der Gs-Maschine abgekuppelt (Leerlauf, MW-real = 0);
Drehzahlregelung freigegeben;
Drehzahlsollwert über einen Sollwertintegrator mit verstellbarer Steilheit führen und Steilheit gegenüber Kalibrierlauf 4 exakt vervierfachen;
Massenträgheitmoment der Gs-Maschine "J"=Null eingestellt (Kontakt 2.18 geschlossen);
Drehmomentregler 7.2 freigegeben (Kontakt 2.19 umschalten).
Kalibrierlauf:
Drehzahlsollwert wmax vorgegeben;
Bei ca. 80% wmax Ausgangswert des Drehmomentreglers 7.2 festhalten (Kontakt 2.20 schließen);
Drehzahlsollwert 0 vorgeben.
Erläuterungen zu den Kalibrierläufen 4 und 5:
Es wird davon ausgegangen, daß der Fehler des Verlustmomentes MR2 infolge seines quadratischen Verlaufs zu IA bei dem Kalibrierlauf 4 vernachlässigt werden kann, aber bei dem Kalibrierlauf 5 kompensiert werden muß. Im Kalibrierlauf 4 wird ein Beschleunigungsmoment "MB(4)" bei ¼ der Beschleunigung des Kalibrierlaufes 5 gemessen und in den Speicher 9 abgelegt. Für den Kalibrierlauf 5 wird dieses Beschleunigungsmoment im Multiplizierer 4 vervierfacht und als Drehmomentsollwert der Summierstelle 3.6 aufgeschaltet.
(9) WMB(5) = 4 * MB(4)
Gleichzeitig wird bei dem Kalibrierlauf 5 gegenüber dem Kalibrierlauf 4 die Beschleunigung vervierfacht. Bei gesperrtem Drehmomentregler 7.2 würde infolge der Wirksamkeit des Fehlermoments "MR2" am Ausgang der Summierstelle 3.4 folgender Drehmomentistwert auftreten.
(10) XMB(5) = WMB (5) + MR2
Durch die Freigabe des Drehmomentreglers 7.2 (Kontakt 2.19 umgeschaltet) wird die Differenz zwischen WMB (5) und XMB (5) ausgeregelt, d. h. es wird über den Faktor "FR2" und den Multiplizierer 4.4 die Größe MR2 erzeugt, mit der das reale Reibmoment "MR2" kompensiert wird. Der Faktor FR2 wird im Regler 7.2 noch während der Beschleunigungsphase festgehalten (Kontakt 2.18 wird geschlossen).
Zu kompensieren ist noch das Beschleunigungsprogramm. Das kann von Hand oder automatisch wie folgt erfolgen.
Kompensation des Beschleunigungsmoments von Hand.
Vorbedingung:
Kalibrierläufe 1, 2, 3, 4 und 5 und Freigabe aller Meßbetriebe;
Kontakt 2.8 in Grundstellung;
Kontakt 2.9 umschalten;
Welle der Gs-Maschine abgekuppelt (Leerlauf, MW-real = 0);
Drehzahlregelung freigegeben.
Kalibrierung:
Gs-Maschine beschleunigen und das Massenträgheitsmoment "J" so lange von Hand nachstellen, bis der Ausgang des Summierers 3.4 das Signal MW = Null anzeigt.
Automatische Kompensation des Beschleunigungsmomentes:
Kalibrierlauf 6
Vorbedingung:
Kalibrierläufe 1, 2, 3, 4 und 5 und Freigabe aller Meßbetriebe;
Kontakt 2.9 in Grundstellung schalten;
Beschleunigungsregler 7.3 freigeben. Kontakt 2.16 umschalten;
Welle der Gs-Maschine abgekuppelt (Leerlauf, MW-real = 0);
Drehzahlregelung freigegeben;
mittlere Drehzahlsteilheit vorgegeben.
Kalibrierlauf
Drehzahlsollwert wmax vorgeben;
Bei ca. 80% wmax Ausgangswert des Drehmomentreglers 7.3 festhalten (Kontakt 2.15 schließen);
Drehzahlsollwert 0 vorgeben.
Damit ist die Kalibrierung abgeschlossen. Der Kalibrierablauf kann vollautomatisch ablaufen oder von Hand ausgeführt werden.
Bezugszeichenliste
E EMK
F Faktor
M Drehmoment
I Strom
J Massenträgheitsmoment
Φ magnetischer Fluß
R Widerstand
U Spannung
w Winkelgeschwindigkeit
Symbole:
1 Kennfeld
2 Kontakt
3 Summierstelle
4 Multiplizierer
5 Betragsbildner
6 Dividierer
7 Regler
8 Differenzierer
9 Speicher
Indices:
A Anker
B Beschleunigung
Bü Bürste
Gr Grunddrehzahl
i innen
R Reibung
u s statistisch
T Temperatur
W Welle
Nr. fortlaufende Numerierung

Claims (8)

1. Drehmomentrechner für eine Gleichstrommaschine, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Bestimmung des inneren Moments (Mi) der Gleichstrommaschine durch Multiplikation des gemessenen Ankerstromwerts (IA) mit dem magnetischen Fluß (Φ) vorgesehen ist, der unterhalb eines Bruchteils der Grunddrehzahl (wGr) aus einer ersten Tabelle von Flußwerten, die Ankerstromwerten zugeordnet sind, ankerstromabhängig ausgelesen und oberhalb des Bruchteils der Grunddrehzahl aus der Differenz des gemessenen Ankerspannungswertes (UA) und der ankerstromabhängig aus einer zweiten Tabelle ausgelesenen Anker- und Bürstenspannungsabfallsumme (IA, RA, Bü) nach Korrektur mit einem vom temperaturabhängigen Ankerwiderstand bestimmten Korrekturspannungswert und in einem Dividierer (6) durch Division durch den gemessenen Drehzahlwert gebildet wird, daß vom inneren Moment (Mi) die in der dritten Tabelle unter Zuordnung zu Drehzahlwerten gespeicherte Summe der Lager-, Luft- und Wirbelstromverluste drehzahlabhängig in einer Einrichtung subtrahiert wird, und daß weiterhin vom inneren Moment ein dem quadratisch mit der Ankerspannung ansteigenden Verlustmoments entsprechender Wert, der aus der Differenz von unter Zuordnung von Wellenmomenten gespeicherten Werten und dem Wellenmoment gebildet wird, und ein das Massenträgheitsmoment der Gleichstrommaschine kompensierender Wert für die Bildung des Wellenmoments subtrahiert wird.
2. Drehmomentrechner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß aus dem oberhalb der Grunddrehzahl ankerstromabhängig aus der Tabelle ausgelesenen magnetischen Flußwerten und den vom Dividierer (6) ausgegebenen Flußwerten eine Regelabweichung gebildet wird, die über einen Regelverstärker (7.1) und einen von den Ankerstromwerten beaufschlagten Multiplizierer (4.1) und der aus der Tabelle ausgelesenene Anker- und Bürstenabfallsumme beaufschlagte Summierstelle (3.2) angelegt ist, die in einem Betragsbildner (5.1) für die Ausgangsgröße der Summierstelle und den Dividierer (6) enthaltenden Regelkreis angeordnet ist.
3. Drehmomentrechner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußwerte bei Drehwinkelgeschwindigkeiten (w) unterhalb des Bruchteils der Grunddrehzahl (wGr) ankerstromabhängig aus einer Tabelle der oberhalb des Bruchteils der Grunddrehzahl ankerstromabhängig bestimmten Flußwerte (P) ausgelesen werden.
4. Drehmomentrechner nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein bei leerlaufender Gleichstrommaschine gemessener Wert des Wellenmoments und das Wellenmoment (MW) eine Summierstelle (3.6) beaufschlagen, die eine Drehmomentregelabweichung bildet, die über einen Regelverstärker (7.2) einen Multiplizierer (4.4) beaufschlagt, der eingangsseitig weiterhin mit dem Quadrat des Ankerstroms (IA) beaufschlagt wird und der ausgangsseitig eine Summierstelle (3.4) speist, der weiterhin das innere Moment (Mi) und ein von der Masse der Gleichstrommaschine abhängiges Beschleunigungsmoment zugeführt wird und an dem ausgangsseitig ein dem Wellenmoment entsprechender Wert verfügbar ist.
5. Verfahren zur Kalibrierung einer Gleichstrommaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Kalibrierlauf der Gleichstrommaschine bei gesperrtem Feld in Abhängigkeit vom Ankerstrom bis zum Maximalstrom die an der Gleichstrommaschine auftretenden Spannungsabfälle gemessen, digitalisiert und in einer Tabelle gespeichert werden, daß in einem zweiten Kalibrierlauf unter Heranziehung der im ersten Kalibrierlauf gespeicherten Spannungsabfälle und der drehzahl- und feldstromgeregelten Gleichstrommaschine ab dem Bruchteil der Grunddrehzahl bis zur Maximaldrehzahl, die im Anker- und Bürstenspannungsabfälle korrigierte Spannungswerte digitalisiert und in der zweiten Tabelle als magnetische Flußwerte (Φ) gespeichert werden, und daß die unterhalb des Bruchteils der Grunddrehzahl die oberhalb des Bruchteils der Grunddrehzahl ankerstromabhängig gemessenen magnetischen Flußwerte in der ersten Tabelle gespeichert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem dritten Kalibrierlauf bei leerlaufender drehzahlgeregelter Gleichstrommaschine im gesamten Drehzahlbereich die Werte des inneren Moments digitalisiert und in der dritten Tabelle gespeichert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in zwei weiteren Kalibrierläufen die mit dem Quadrat des Ankerstroms absteigenden Verlustmomente bestimmt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit der leerlaufenden Gleichstrommaschine bei linear ansteigender Drehzahl mit einer niedrigen Anstiegsgeschwindigkeit das Beschleunigungsmoment gemessen und gespeichert wird, und daß anschließend bei laufender, abgekuppelter Gleichstrommaschine und linear ansteigender Drehzahl mit einer höheren Anstiegsgeschwindigkeit das gespeicherte Beschleunigungsmoment mit dem Faktor der höheren Anstiegsgeschwindigkeit multipliziert und als Sollwert einen Drehmomentregler vorgegeben wird, dessen Istwert das gemessene Wellenmoment ist.
DE19626965A 1996-07-04 1996-07-04 Drehmomentrechner für Gleichstrommaschinen und Verfahren zur Kalibrierung des Drehmomentrechners Withdrawn DE19626965A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19626965A DE19626965A1 (de) 1996-07-04 1996-07-04 Drehmomentrechner für Gleichstrommaschinen und Verfahren zur Kalibrierung des Drehmomentrechners

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19626965A DE19626965A1 (de) 1996-07-04 1996-07-04 Drehmomentrechner für Gleichstrommaschinen und Verfahren zur Kalibrierung des Drehmomentrechners

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19626965A1 true DE19626965A1 (de) 1998-03-12

Family

ID=7798924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19626965A Withdrawn DE19626965A1 (de) 1996-07-04 1996-07-04 Drehmomentrechner für Gleichstrommaschinen und Verfahren zur Kalibrierung des Drehmomentrechners

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19626965A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104655340A (zh) * 2015-03-20 2015-05-27 北京轻客智能科技有限责任公司 基于无线供电与无线信号传输的转矩传感器模块

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104655340A (zh) * 2015-03-20 2015-05-27 北京轻客智能科技有限责任公司 基于无线供电与无线信号传输的转矩传感器模块
CN104655340B (zh) * 2015-03-20 2017-05-03 北京轻客智能科技有限责任公司 基于无线供电与无线信号传输的转矩传感器模块

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0047900B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln des Läuferwiderstandes einer Asynchronmaschine
DE2738325A1 (de) Simulatoranordnung zur fahrzeugpruefung
EP1683261B1 (de) Verfahren zur ermittlung der rotorlage einer synchronmaschine
EP0047893A2 (de) Vorrichtung zum feldorientierten Betrieb einer umrichtergespeisten Asynchronmaschine
DE2845480A1 (de) Tachometersystem
DE69728472T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines elektrischen Winkels
DE102009042905A1 (de) Servomotor-Steuergerät zum Steuern von Servomotoren für die Berechnung der aufgenommenen und der zurückgewonnenen elektrischen Energie
DE19532149A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Korrektur einer Flußrichtung eines Modellflusses einer geberlosen, feldorientiert betriebenen Drehfeldmaschine bis zur Frequenz Null
DE102018213425A1 (de) Motorsteuerverfahren
DE3941495A1 (de) Mess- und pruefstand fuer elektromechanische wandler
DE2934775A1 (de) Servosteuersystem
EP0377854A1 (de) Mess- und Prüfstand für elektromechanische Wandler
DE4413809C2 (de) Verfahren zum Bestimmen der Magnetflußposition in einem feldorientiert gesteuerten Induktionsmotor
DE2431974A1 (de) Prozessteuerung
EP3729634B1 (de) Verfahren zur drehgeberlosen rotorlagebestimmung einer drehfeldmaschine und vorrichtung zur drehgeberlosen regelung eines drehstrommotors
EP0965047B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur identifikation der systemparameter statorwiderstand und rotorwiderstand einer geberlosen, feldorientiert betriebenen drehfeldmaschine
EP3529891B1 (de) Verfahren und schaltungsanordnung zum ansteuern eines schrittmotors
DE19626965A1 (de) Drehmomentrechner für Gleichstrommaschinen und Verfahren zur Kalibrierung des Drehmomentrechners
EP0071847A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Läuferzeitkonstante einer feldorientierten Drehfeldmaschine
DE112011103358T5 (de) Mikroschritt-Antriebssteuerungsvorrichtung für einen Schrittmotor
DE19531771A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Drehzahl einer geberlosen, feldorientiert betriebenen Drehfeldmaschine
DE102015005677A1 (de) Automatische Kommutierungsvergleichswertermittlung für BLDC-Motoren ohne Vorzeichenermittlung der EMK
DE2401936A1 (de) Vorrichtung zum berechnen der aufeinanderfolgenden ableitungen einer funktion einer variablen, insbesondere fuer die regelung oder steuerung der funktion
DE60130190T2 (de) Motorsteuerung mit Informationsvisualisierung
DE102019130180A1 (de) Verfahren zum Bestimmen eines Offsets eines Winkellagegebers an einer Rotorwelle einer elektrischen Synchronmaschine mit einem Strom- oder Spannungstimingoffsets eines Inverters

Legal Events

Date Code Title Description
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: DUERR AUTOMOTION GMBH, 70435 STUTTGART, DE

8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: SCHENCK PEGASUS GMBH, 64293 DARMSTADT, DE

8141 Disposal/no request for examination