DE19744647A1 - Einrichtung und Verfahren zur Messung der Umlaufgeschwindigkeit eines Gleichstrom-Elektromotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Messung der Umlaufgeschwindigkeit eines Gleichstrom- Elektromotors und insbesondere eine Einrichtung und ein Verfahren dieser Art, durch welche gleichzeitig die Betriebsbedingung des Gleichstrom-Elektromotors untersucht und dessen Umlaufgeschwindigkeit gemessen werden kann.

Herkömmliche Einrichtungen zur Messung der Umlaufgeschwindigkeit von Elektromotoren sehen gewöhnlich von außen wirkende Maßnahmen vor, die folgende sein können:

• 1. Auf die Lüfterschaufeln des laufenden Motors wird Licht mit einer variablen Frequenz projiziert. Sobald das sichtbare Bild des Lüfters "stehen bleibt", stimmt die Lichtfrequenz mit dem umlaufenden Motor überein, so daß dadurch die Umlaufdrehzahl des Motors erhalten wird.
• 2. Ein Gleichstromgenerator oder Tachometer ist an die Welle des zu messenden Elektromotors angekoppelt, um hierdurch die Drehzahl zu bestimmen.
• 3. Durch einen Infrarot-Sensor werden Infrarotstrahlen erfaßt, die von einem an den Lüfterschaufeln oder an der Welle des zu messenden Elektromotors angebrachten Reflektor reflektiert werden, so daß die Drehzahl durch Zählung der Reflexionsfrequenz der Infrarotstrahlen ermittelt werden kann.
• 4. Ein opto-elektronischer Sensor wird dazu herangezogen, den Spalt zwischen den Lüfterschaufeln des umlaufenden Motors abzutasten, so daß die Drehzahl durch Zählung der opto-elektronischen Signale ermittelt werden kann, welche die Spalte zwischen den Lüfterschaufeln passieren können.

Wie vorstehend beschrieben, wird die Drehzahl des Elektromotors indirekt gemessen, das heißt ein außerhalb des Elektromotors befindliches Gerät ist erforderlich. Darüber hinaus ist eine gewisse Vorbereitung erforderlich, z. B. das Anbringen des Reflektors, das Anschließen des Geräts und die Eichung. Diese Vorbereitung ist zeitaufwendig und erhöht dadurch die Herstellungskosten. Schließlich ist es vor dem eigentlichen Drehzahl- Meßvorgang, der in der Versuchsabteilung abläuft, notwendig, an jedem Elektromotor zum Zweck des Funktions- oder Betriebstests Betriebsspannung anzulegen.

Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Einrichtung und ein Verfahren zur Drehzahlmessung an einem Gleichstrom-Elektromotor zu schaffen, durch welche zugleich die Funktion des Gleichstrom-Elektromotors überprüft und dessen Drehzahl gemessen werden können. Diese Einrichtung und das Verfahren sollen überdies einfach handhabbar und zeitsparend bei der Messung der Umlaufgeschwindigkeit des Elektromotors sein und genaue Meßergebnisse liefern können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Ausgestaltung gemäß dem Patentanspruch 1.

Erfindungsgemäß weist die Einrichtung zur Messung der Drehzahl eines Gleichstrom-Elektromotors einen Stromwandler auf, der den von dem Gleichstrom-Elektromotor aufgenommenen Strom zu einer entsprechenden Rechteckspannung umwandelt. Durch einen Verstärker wird diese Rechteckspannung verstärkt und die verstärkte Spannung über einen Komparator gefiltert, wodurch sie in eine Spannung von Rechteckwellenform umgewandelt wird. Mittels einer Polwähleinrichtung wird der Rechteck-Wellenzug durch die Polanzahl des Gleichstrom-Elektromotors dividiert und an einer Anzeige die Umlaufgeschwindigkeit des zu messenden Elektromotors angezeigt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der bei liegenden Zeichnungen sowie aus Unteransprüchen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm betreffend die Hauptkomponenten der Meßeinrichtung an dem zu messenden Gleichstrom-Elektromotor und den Ablauf des Meßverfahrens gemäß der Erfindung;

Fig. 2 die Schaltung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Drehzahlmessung an einem Gleichstrom-Elektromotor;

Fig. 2A die Schaltung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Drehzahlmessung an einem Gleichstrom-Elektromotor;

Fig. 2B die Schaltung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Drehzahlmessung an einem Gleichstrom-Elektromotor;

Fig. 3 die Wellenform Vi1 der Spannung auf der Sekundärseite des Stromwandlers (CT);

Fig. 4 die umgeformte Wellenform Vi2 der Spannung und,

Fig. 5 die Wellenform Vo des Wellenformwandlers.

Fig. 1 veranschaulicht in einem Blockdiagramm die vorliegende Erfindung. Wie dem Fachmann bekannt ist, tritt in einem Gleichstrom-Elektromotor 1 bei dessen Betrieb kein Energieverbrauch bei dem Polwechsel auf. Folglich treten periodisch proportional zur Umlaufgeschwindigkeit des Gleichstrommotors Stromimpulse auf. Ein Impulswandler (CT) 2 wandelt die Stromimpulse des Gleichstrommotors 1 in eine wellenförmige Spannung um. Ein Wellenformwandler 3 ist zur Verstärkung der wellenförmigen Spannung vorgesehen, und anschließend wird die verstärkte wellenförmige Spannung durch einen Komparator 4 zu einer Rechteckwellenform gefiltert. Eine Polwähleinrichtung 5 dient im vorliegenden Fall als Divisionseinrichtung zur Teilung des Rechteck- Wellenzugs aus dem Komparator 4 durch die Polanzahl des Gleichstrommotors, um dadurch die Impulsanzahl zu erhalten, welche der Umlaufgeschwindigkeit des Gleichstrommotors entspricht. Schließlich wird die Umlaufgeschwindigkeit des Gleichstrommotors an einer Anzeige (Indikator) 6 angezeigt.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, liegt die Einrichtung zur Drehzahlmessung an dem Gleichstrom-Elektromotor in Reihe an der Versorgungsleitung 11 des Gleichstrommotors 1. Der Stromwandler 2 dient zur Abtastung der Stromschwankung des Gleichstrommotors 1, wenn dieser umläuft. Da die Versorgungsleitung 11 zur Energieversorgung des Gleichstrommotors 1 während des Betriebstests verwendet wird, läßt sich die Drehzahlmessung gleichzeitig damit ausführen, so daß hierdurch der Test- und Meßvorgang insgesamt abgekürzt wird. In dem Stromwandler 2 ist die Versorgungsleitung 11 des Gleichstrommotors 1 auf einem Permanentmagnet 21 als Primärwicklung 22 aufgewickelt; die Sekundärwicklung 23 des Stromwandlers 2 ist auf den selben Permanentmagnet 21 aufgewickelt. Somit läßt sich durch den Stromwandler 2 die Stromschwankung in dem Gleichstrominotor 1 in eine Spannung mit der Wellenform Vi1 als Ausgang der Sekundärwicklung 23 transformieren (Fig. 3). Durch einen Widerstand 32 wird die Amplitude der wellenförmigen Spannung Vi1 zu einer geringeren Amplitude der wellenförmigen Spannung Vi2 gemäß der Darstellung in Fig. 4 herabgesetzt. Die wellenförmige Spannung Vi2 wird gemäß Fig. 5 zu der Wellenform Vo durch den Wellenformwandler 3 verstärkt. Vorzugsweise besteht der Wellenformwandler 3 in der Hauptsache aus einem 8050-Transistor 31, der die wellenförmige Spannung Vi2 umgekehrt zur Wellenform Vo verstärkt. Die Wellenform Vo wird durch einen Komparator 4 gefiltert, der in der Hauptsache einen BA10393- Operationsverstärker 41 sowie einen variablen Widerstand 42 umfaßt, wobei der variable Widerstand 42 zur Einstellung des Niveaus einer Bezugsspannung herangezogen wird. Der Komparator 4 dient als Schmitt-Filter zur Erzeugung einer Schmitt-Wellenform und zur Ausfilterung des Rauschens, um so als Ergebnis ein digitales Schmitt-Signal zu erhalten. Die Drehzahl des Gleichstrommotors 1 erhält man, wenn das digitale Signal des Komparators 4 an die Polwähleinrichtung 5 angelegt und durch die Polanzahl des Gleichstrommotors 1 dividiert wird. Vorzugsweise ist die Polwähleinrichtung 5 aus zwei 4017-ICs 51 und 52 sowie einem DIP-Schalter zur Wahl und Einstellung der Polanzahl des Motors aufgebaut. Nach der Verarbeitung des Signals in der Polwähleinrichtung 5 wird die Drehzahl des Motors an der Anzeige 6 angezeigt.

Die Fig. 2A zeigt die zweite Ausführungsform der Erfindung. Unter Berücksichtigung der Herstellung und der Betriebssicherheit ist es besser, den Widerstand 42 durch einen Kondensator 33 am Ausgang des Transistors zu ersetzen.

Die Fig. 2B zeigt die dritte Ausführungsform der Erfindung. Diese umfaßt einen sekundären Wellenformwandler 3' und einen sekundären Komparator 4' zwischen dem Komparator 4 und der Polwähleinrichtung 5. Wie der Wellenformwandler 3 besteht auch der sekundäre Wellenformwandler 3' in der Hauptsache aus einem 8050- Transistor 31', der umgekehrt die Spannungs-Wellenform verstärkt, weiterhin aus einem Widerstand 32' und einem Kondensator 33' an dem Ausgang des Transistors 31'. Wie auch der Komparator 4 umfaßt der sekundäre Komparator 4' in der Hauptsache einen BA10393-Operationsverstärker 41'. Es versteht sich, daß der sekundäre Wellenformwandler 3' und der sekundäre Komparator 4' das Rauschen noch weiter aus dem Signal ausfiltern und dann dieses Signal verstärken, um ein besseres digitales Signal zur Verwertung in der Polwähleinrichtung 5 zu erhalten.

Wie sich aus den Fig. 2, 2A und 2B weiterhin ergibt, umfaßt die Erfindung ferner einen Spannungsstabilisator 7, der für die einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Einrichtung einen konstanten Strom gewährleistet. Darüber hinaus weist die Polwähleinrichtung 5 einen Rückstell- Schaltkreis 53 zur Rückstellung auf.

Wie sich aus der vorstehenden Erläuterung ergibt, können der Funktions- und Betriebstest sowie die Drehzahlmessung des Gleichstrom-Elektromotors gleichzeitig vorgenommen werden, wodurch die Testzeit reduziert und die Ausgabe für den Erwerb einer außenliegenden Meßeinrichtung eingespart werden können. Daher sinken die Herstellungskosten. Zusätzlich erfolgt erfindungsgemäß die Messung der Drehzahl des Gleichstrommotors direkt und auf der Grundlage der Stromschwankung in dem Motor selbst, woraus erkennbar ist, daß das Meßergebnis genauer sein wird.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann von den beschriebenen grundsätzlichen Ausführungsformen der Einrichtung zur Drehzahlmessung in dem Gleichstrommotor abgewichen werden.

Claims (8)

1. Einrichtung zur Messung der Umlaufgeschwindigkeit eines Gleichstrom-Elektromotors (1), mit einem Stromwandler (2), der an einen Anschluß (11) zur Energieversorgung des Elektromotors anschließbar ist und den Strom des Elektromotors in eine entsprechende Spannung in Wellenform (Vi1) umwandelt, mit einem Verstärker (3, 3') zur Verstärkung der wellenförmigen Spannung, mit einem Komparator (4, 41) zum Formen der verstärkten Spannung (Vi1) zu einer Rechteckwelle (Vo), mit einer Polwähleinrichtung (5) zum Teilen der Rechteckwelle durch die Polanzahl des Elektromotors und mit einer Anzeige (6), welche das Ergebnis der durch die Polanzahl des Elektromotors geteilten Rechteckwelle derart anzeigt, daß die Umlaufgeschwindigkeit des Elektromotors vorliegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromwandler (2) einen Permanentmagnet (21) aufweist, auf den die Versorgungsleitung (11) des Gleichstrommotors (1) als Primärwicklung (22) aufgewickelt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (4, 4') einen Operationsverstärker (41) und eine Bezugsspannung zur Erzeugung eines digitalen Signals umfaßt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Spannungsstabilisator zur Lieferung eines Konstantstroms enthält.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sekundärverstärker (3') zur Verstärkung der Rechteckwelle des Komparators (4) und ein Sekundärkomparator (4') zum Filtern der verstärkten Rechteckwelle des Sekundärverstärkers (3') vorgesehen sind.

6. Einrichtung zur Messung der Umlaufgeschwindigkeit eines Gleichstrom-Elektromotors, mit einem Stromwandler (2), der an die Versorgungsleitung (11) des Gleichstrommotors anschließbar ist und den Strom des Gleichstrommotors in eine entsprechende wellenförmige Spannung transformiert, mit einem Komparator (4) zum Filtern der wellenförmigen Spannung in eine Rechteckwelle, mit einer Polwähleinrichtung (5) zum Teilen der Rechteckwelle durch die Polanzahl des Gleichstrommotors und mit einer Anzeige, die das Ergebnis der Rechteckwelle geteilt durch die Polanzahl des Gleichstrommotors derart anzeigt, daß die Umlaufgeschwindigkeit des Gleichstrommotors vorliegt.

7. Verfahren zur Messung der Umlaufgeschwindigkeit eines Gleichstrom-Elektromotors mit den Schritten

• a) Messen des wellenförmigen Stroms des Gleichstrom­ motors;
• b) Umwandeln des wellenförmigen Stroms des Gleichstrommotors in eine wellenförmige Spannung;
• c) Umwandeln der wellenförmigen Spannung in ein digitales Signal, und
• d) Dividieren des digitalen Signals durch die Polanzahl des Gleichstrommotors, um die Drehzahl des Gleichstrommotors zu erhalten.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wellenförmige Spannung gemäß Schritt b verstärkt wird.