DE2456833C3 - Verfahren und Anordnung zur Ermittlung des Lastwinkels eines Reluktanz-Motors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Ermittlung des Lastwinkels eines Reluktanz-Motors gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 4.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des angegebenen Verfahrens zur Ermittlung des Lastwinkels kann erfolgreich in allen Fällen angewendet werden, wenn die Welle des zu kontrollierenden elektrischen Motors aus irgendwelchen Gründen nicht ohne weheres zugänglich ist.

Wie schon angegeben, kann das besonders beim Betrieb von Reluktanz-Motoren zusammen mit einem Kernreaktor der Fall sein.

Zur Zeit mißt man den Lastwinkel eines im Bremsbetrieb arbeitenden Reluktanz-Motors mit Hilfe eines Winkelmessers, der aus einem an der Welle des zu untersuchenden Motors befestigten Zeiger und einem in geometrische oder elektrische Grade geteilten Skalenring besteht.

Ein solches Verfahren zur Ermittlung des Lastwinkels ist nur anwendbar, wenn die Welle des Motors frei zugänglich ist.

Anhand des gemessenen Lastwinkels kann man das statische Moment an der Welle des Motors ermitteln und den Zustand des Antriebs, insbesondere des Zahnstangenantriebs eines Kernreaktors, kontrollieren. Während des Betriebes muß man das Vorhandensein bzw. Ausbleiben einer Kassette mit einer Ladung an der Zahnstange des Antriebes kontrollieren, den Bestand bzw, Verrat an bestimmter Ladung vom Eigengewicht der Kassette bis zum sogenannten »Auftauchen« ermitteln. Zur Zeit ist zur Kontrolle des Zustandes dieses Antriebes das Stillsetzen des Kernreaktors und dessen Enthermetisierung notwendig, was mit einer Störung des Betriebs des Kernkraftwerkes, mit dem Aufhören der elektrischen Energieerzeugung und mil der Ausführung von komplizierten und umständlicher Arbeitsgängen in der Zone erhöhter Radioaktivitäi verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, untei Beseitigung der angegebenen Nachteile ein Verfahrer zur Ermittlung des Lastwinkels eines Reluktanz-Motor: zu schaffen, der im Bremsbetrieb arbeitet unc vorzugsweise als Stellmotor eines Zahnstangenantrieb: des Steuer- und Schutzsystems von Leistungs-Kernre aktoren dient, das die Ermittlung des Lastwinkels voi Reluktanz-Motoren in Kanälen des Steuer- unc Schutzsystems von Kernreaktoren ermöglicht, derei Welle für die Befestigung eines Winkelmessers oder voi speziellen Gebern unzugänglich ist, um dadurch dit Kontrolle der Größe des statischen Momentes an de Welle des Motors zu gewährleisten, das ferner ein« Vereinfachung des Vorganges und die Erhöhung de Genauigkeit der Ermittlung des Lastwinkels ermögiichi das weiter eine Verbesserung der Arbeitsbedingungei für das Bedienungspersonal von Kernkraftwerke! ermöglicht sowie erlaubt, ohne Arbeiten in der Zon<

=>rhöhte:r Radioaktivität auszukommen, das außerdem, insbesondere für einen Motor, der mit pulsierendem, durch zwei in Reihe geschaltete Ständer-Piiasenarbeitswicklungen fließendem Strom gespeist wird, einen einfachen und betriebstüchtigen Aufbau hat, d. h. keine speziellen Stellungsgeber des Läufers, keine Gleitkontakte und dergleichen störanfällige Konstruktionselemente enthält, und schließlich eine Anordnung für die Ermittlung ci-3 Lastwinkels zu schaffen, die außer der

bereits angegebenen Anwendung auch die Kontrolle io Erfindung zur Ermittlung des Lastwinkels können der Qualität bei der Herstellung von Läufern elektrischer Maschinen ermöglicht.

Mit anderen Worten, es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Anordnung zur Ermittlung des Spruchs 4 ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 4.

D'e trfindungsgemäße Anordnung wird durch die Lehre nach dem Patentanspruch 5 ausgestaltet

Diese Ausgestaltung ermöglicht die Ermittlung des statischen Momentes an der Welle des Motors und die Überwachung des Zustandes des Zahnstangenantriebs als Ganzes.

Das Verfahren und die Anordnung gemäß der

außerhalb ihres direkten Anwendungsbereiches zur Kontrolle der Qualität bei der Herstellung der Läufer von elektrischen Maschinen eingesetzt werden, z. B. zur Gütekontrolle bei der Herstellung des Dämpferkäfiges

Lastwinkels eines Reluktanz-Motors, der im Bremsbe- i₅ von Synchronmaschinen und des Kurschlußkäfiges von

trieb arbeitet, mit pulsierendem, durch zwei in Reihe geschaltete Ständer-Phasenarbeitswicklunrjen fließendem Strom gespeist wird und vorzugsweise als Stellmotor eines Zahnstangenantriebes des Steuer- und Schutzsystems von Kernreaktoren dient, zu entwickeln, die insbesondere der Ermittlung des Lastwinkels dieses Motors ohne Zugang zur Motorwelle anhand der gemessenen Leiterspannungen zwischen der freien Phasenwicklung und jeder der Arbeitsphasenwicklun-Asynchronmaschinen. Die Anwendung der Anordnung kann in diesem Falle zu einer wesentlichen Beschleunigung und Vereinfachung der Gütekonirolle führen, wie nachfolgend erläutert wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild für die Speisung eines Reluktanz-Motors, der im Bremsbetrieb arbeitet, F i g. 2 eine Winkelkennlinie eines Reluktanz-Motors,

gen des Ständers sowie die Ermittlung des Lastwinkels 25 der im Bremsbetrieb arbeitet,

& , . ■ ___ k a _ * j _; u .. ..n r- · τι-· ι.· »ι

eines derartigen Motors, der einen nach außen geführten Nullpunkt der Ständerwicklung besitzt, anhand der gemessenen Phasenspannungen der Arbeitsphasenwicklungen ermöglichen.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Ermittlung des Lastwinkels von Motoren, die im Bremsbetrieb arbeiten und deren Welle unzugänglich ist, was z. B. bei den Motoren des Zahnstangenantriebs von Steuer- und Schutzsystemen von Kernreaktoren der Fall ist.

Anhand des gemessenen Lastwinkels kann man wiederum das statische Moment an der Welle des Motors ermitteln und über den Zustand des Zahnstangenantriebs als Ganzes urteilen.

Außerdem ermöglicht die Erfindung eine Vereinfa-F ig. 3 Funktionen U_u = f (Δ); U₂₃ = f (Δ); (Nennstrom Id = 10 A) L/3 = {(A) eines Reluktanz-Motors, der im Bremsbetrieb arbeitet,

Fig. 4 Funktionen (U_n - U₂₎) = f (Δ) Reluktanz-Motors (bei Nennstrom Ij — 10 A), der im Bremsbetrieb arbeitet,

Fig. 5 eine Messung der Änderung des Lastwinkels mit Hilfe eines Winkelmessers,

F i g. 6 das Funktionsschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Anordnung zur Ermittlung des Lastwinkels eines Reluktanz-Motors, der im Bremsbetrieb arbeitet und

Fi g. 7 das Funktionsschahbild eines Ausführungsbeispiels der Anordnung zur Ermittlung des Lastwinkels eines Reluktanz-Motors, der mit herausgeführtem Nullpunkt der Ständerwicklung versehen ist und im Bremsbetrieb arbeitet.

Durch Arbeitsphasenwicklungen 1, 2 (Fig. 1) eines Ständers eines Reluktanz-Motors, der eine freie

chung des Vorganges und eine Erhöhung der Genauig- 45 Phasenwicklung 3 aufweist und im Bremsbetrieb

keit der Ermittlung des Lastwinkels sowie eine arbeitet, wird ein pulsierender Strom I_p oder ein

Verbesserung der Arbeitsbedingungen für das Bedie- gleichgerichteter Strom /_r geschickt, der sowohl eine

nungspersonal von Kernkraftwerken. Gleichstromkomponente I_d als auch eine Wechsel

Die Erfindung wird weitergebildet durch die Lehre stromkomponente/„aufweist.

50 Die Gleichstromkomponente der magnetomotorischen Kraft (MMK) F_d s 1_d erzeugt eine Gleichkomponente des Induktionsflusses.
In Wechselwirkung mit dem Strom Id hält der

υ.ι«.<α₆^..₆— .„., __ _o , Induktionsfluß den Läufer 4 des Motors in einer

nungen zwischen der freien Phasenwicklung und jeder 55 bestimmten Lage fest. Wirkt auf die Welle des Motors der Arbeitsphasenwicklungen des Ständers des betref- ein statisches Belasiungsmomem M₅. so dreht sich der

Läufer 4 unter der Wirkung dieses Momentes um einen solchen Lastwinkel Δ (F i g. 1), daß das vGm Motor dabei

nach dem Patentanspruch 2.

Diese Weiterbildung ermöglicht die Durchführung des Verfahrens zur Ermittlung des Lastwinkels von Motoren, die im Bremsbetrieb arbeiten und deren Welle unzugänglich ist, anhand der gemessenen Leiterspan-

fenden Motors.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die Lehre nach dem Patentanspruch 3 erreicht.

Diese Ausgestaltung ermöglicht die Durchführung des Verfahrens zur Ermittlung des Lastwinkels von Motoren, die im Bremsbetrieb arbeiten und deren Welle uri7.ugsr.guch ist, anhand der gemessenen Phaspnxpannungen der Arbeitsphasenwicklungen des Ständers des Motors.

Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentaneniwickelte Drehmoment M_e das angelegte statische Moment Ai₅ der Belastung ausgleicht, d. h.Afj = M_cgilt. Aus der Theorie der Reluktanz-Motoren, die bei einer gegebenen Stromstärke Id in der Ständerwicklung betrieben werden, ist die Beziehung

bekannt, d. h_M das elektromagnetische Moment M_c ist bei bekannten Hauptparametern des Reluktanz-Motors und gegebener Stromstärke zum Sinus des doppelten

Lastwinkels Δ proportional, weshalb man, indem man den Winkel/1 mißt,den Wert M_c ermitteln kann.

in F i g. 2 sind eine mechanische Winkelkennlinie 5 eines Reluktanz-Motors, der im Bremsbetrieb arbeitet, und ein Grenzwert 6 seines stabilen statischen Betriebs gezeigt.

Gleichzeitig erzeugt die Wechselkomponente des Stromes einen Spannungsabfall U\ und U₂ (Fig. 1) an den Arbeitsphasenwicklungen t, 2 des Ständers und induziert eine elektromotorische Kraft (EMK) £"j in der freien Phasenwicklung 3 (F i g. 1).

Die Phasenspannungen L'i, U₂, U\ = Ej sind bei gegebenen Werten der Gleichkomponente Ij und der Wechselkomponente I₃ des Stromes von der Lage der Längsachse d-d des Läufers 4 gegenüber der Richtung der Achse Fjder MMK abhängig, und zwar U₁ = ί(Δ), U₂ = f (Δ) und L/3 = ί{Δ). Die Leiterspannungen Un und iV2j(Fi g. 1) sind ebenfalls vom Winkel Zi abhängig.

In F i g. 3 sind beispielsweise Kurven Um, U₂i und L/j dargestellt, die die Abhängigkeit der entsprechenden *> Spannungen vom Winkel Δ eines konkreten Reluktanz-Motors, der ein Nenndrehmoment von 60 Nm (Newtonmetcr) aufweist, bei der Nennstärke des Stromes Ij = 10 A und vergleichsweise bei erhöhter Stromstärke Ij = 15 A veranschaulichen.

Die Funktionen U^ = F (Δ). LJ₂ = f (Δ). U> = f (Δ), Un = /' (Δ), U₂s — f (Δ) können zur !Ermittlung des Winkels Δ herangezogen werden. Es ist aber vorteilhafter, zur Ermittlung des Winkels Δ die Funktionen C'ü — Ihi) = F(A) anzuwenden, weil bei Δ = 0" die Differenz (Un - U21) = 0 ist, und folglich wird der Wert Null der Spannungsdifferenz dem Ausbleiben der statischen Belastung der Motorwelle entsprechen.

In Fig. 4 sind als Beispiel Kurven (Un - Un) dargestellt, die die Abhängigkeit der Spannungsdiffercnz (Cn — Uli) vom Winkel Δ desselben Reluktanz-Motors bei Ij = 10 ä und !j — 15 A veranschaulichen.

Falls die Ständerwicklung des Motors einen herausgeführten Nullpunkt 0 (Fi g. 1) aufweist, kann man zur Ermittlung des Winkels Δ mit gleichem Erfolg die Funktionen (W - U₂) = F(A) und L/3 = ί(Δ) benutzen.

Die Ermittlung des Lastwinkels und der Größe des statischen Momentes M₅ an der Welle des Reluktanz-Motors, der im Bremsbetrieb arbeitet und dessen Welle während des Betriebes unzugänglich ist, kann in nachstehender Reihenfolge durchgeführt werden:

a) Im Zeitintervall, während dem die Welle des Motors zugänglich ist, werden die Funktionen ,<;;, _ u_:) = f (J) bzw. (Un - U₂-!) = /"(4) ermitielt. Dabei wird der Motor laut Schaltbild von F i g. 1 mit pulsierendem Strom vorgegebener Stärke (z. H. Neiinstromstärke) gespeist. Man mißt den Lastwinkel J z. B. mit Hilfe eines Winkelmessers, der aus einem an der Welle befestigten Zeiger 7 (Fig. 5) und einem in Graden geeichten Skalenring 8 besteht.

Gleichzeitig %vird die mechanische Winkelkennlinie des Motors M_c = /"aufgenommen:

b) v.-ährend des Betriebes des Motors zusammen mit dem Antrieb bei der Speisung seiner Wicklungen mit pulsierendem Strom derselben Stromstärke mißt man die Spannungen U\; U₂ oder U₁ s; U₂ 1, und anhand der vorher aufgenommenen Funktionen (U, - lh) = F(A) bzw. (U;j - U₂1) = F(A) werden der Winkel Λ sowie anhand der Funktion M, --= / i,-, !.!· die Größe des Drehmomentes an der zweckmäßig eine Anordnung zur Ermittlung des Lastwinkels des Motors verwendet, die das Vergleichen der Spannungen Un und U₂₁, und zwar die Subtraktion (U\i - L^i), durchführen kann.

Das Funktionsschaltbild der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Ermittlung des Winkels Δ aus den Größen der Leiterspannungen Um - U21 sowie das Anschlußbild der Anordnung an die Phasenwicklun gen des Motors sind in F i g. 6 gezeigt.

Die Anordnung enthält einen Vergleicher 9 (Fig. b). ein Meßgerät 10 (Fig. 6), einen Meßbereich-Umschalter 11 (F i g. 6), eine Schutzeinheit 12 (F i g. 6) und einen Indikator 13 (Fig. 6) der Polarität der Gleichkompo nente der Spannung der Speisequelle.

Die Leiterspannungen Un U₂) (Fig. 6) werden dem Eingang des Vergleichers 9 zugeführt. Vom Ausgang des Vergleichers 9 gelangt ein Signal, das z. B. der Spannungsdifferenz (Un — Un) proportional ist und einem bestimmten Winkel Δ entspricht, an das Meßgerät 10.

Zum Schutz des Meßgerätes 10 und des Vergleichers 9 vor Überströmen ist die Schutzeinheit 12 vorgesehen. Der Meßbereich-Umschalter 11 ermöglicht die Anwendung einer Skala des Meßgerätes 10 für verschiedene Größen des pulsierenden Stromes.

Der Indikator 13 der Polarität ist für die Kontroilcd richtigen Anschlusses der Anordnung an die Klemme¹: des Motors vorgesehen.

Falls die Ständerwicklung des Motors einen heran' geführten Nullpunkt 0 (F i g. 1, 7) besitzt, kann man den* Eingang des Vergleichers der Anordnung auch Phasu" spannungen U\ und U₂ (F i g. 7) der Arbcilsphasenwii L-lungen 1,2 zuführen.

Die Eichung der Anordnung wird während der /.·.:: durchgeführt, wenn die Welle des Motors zugänglich is^! bei der Speisung der Arbeitsphasenwicklungen l. '■■

7) des Motors mit pulsierendem

vorgegebener Stromstärke, z.B. mit Nennsirom i>Skala des Meßgerätes 10 kann sowohl in Einheiten d<-, Winkels A als auch in Einheiten der Belastung :ie-Motorwelle geeicht werden.

Während des Betriebes des Motors im Aggregat d. Antriebes wird zur Ermittlung des Lastwinkels oder <.'>< ■ Größe der Belastung seiner Welle der Eingang ;ie-Verglcichers 9 der Anordnung an die Wicklungen Ί, 2. '·. (Fig. 6) oder 1, 2, 0 (Fig. 7) angeschlossen, und he derselben Stärke des pulsierenden Stromes mißt m;t; auf der Skala des Meßgerätes 10 die Große des Winke¹· Δ oder der Belastung de^r Wolle.

Außerhalb ihres direkten Anwenuuns/szweckv'. 1.ι'·ι· nen das Verfahren und die Anordnung nacl·. ti:¹ Erfindung für die Gütekontrolle bei der Herstdiuiij' dv Läufer von elektrischen Maschinen anirirwemJet den.

Es ist z.B. bekannt, daß die ί·ι:ηΐ.ϋ-.·ί;: ι (U\i - ihi) - /" (.J) von Rehikluny-ivkuoren ei::·. bestimmten Serie annähernd deiel· i.iiid. Eine siai': Abweichung dieser Funktionen cii.es oder !;r:'hiv!. Motoren der Serie von entsprechenden FiuikiiiMH-,! ' ■ einwandfreien Motoren derselben Serii: kann bei:-.;¹!·. ;> weise von einer Änderung der 1 .aule/paraiiieter /etii'i ; was auf technologische I Irsachen /uriick/iifiihi!-;' iv..

Auf die ,^Ti;'i:-he Wehi: kann man uiiiuiiüi d·¹ Funktionen ; ^J A , ('■■.) ^ /(.]) übe:¹ die i,)uai;i:u in:i d'. HersicüijTir der elektrischen Ni.:sehi:u'n and-.Ter '^! yr·- urteilen, i.'ereri 1 .änfer eine marneiische ode:¹ rU';;t;i',i ';

Mess rischen Mascliineii mit n>;:;^T!h:U\< Ii

elektrisch symmetrischen Läufern, wie bei Asynchronmotoren mit Kurzschlußläufern, müssen die Spannungen LJ\s und Un im ganzen Anderungsbereich des Winkels Δ gleich sein. Stellt es sieh heraus, daß diese Spannungen bei einigen Werten des Winkels Δ ungleich sind, so zeugt das von einer magnetischen oder elektrischen Asymmetrie des Läufers, was ebenfalls durch technologische Ursachen hervorgerufen werden kann.

Bei der Ermittlung der Funktionen (Uw - Un) = /

(/1) von zu untersuchenden elektrischen Maschinen ist e; vorteilhaft, eine Anordnung zur Lrmiuiung des Lastwin kels zu benutzen, bei der an der Skala von derer Meßgerat der Anzeigebereich des Gcrüiezeigen s aufgetragen ist, der für die jeweilige Masehincnreihc zulässig ist.

Das beschriebene Verfahren zur (jülcprüfung bei dei Herstellung von Läufern erfordert keine spezieller l'rüfanlagen und ist zeitsparend. Die dabei anzuwenden de Anordnung ist einfach und sicher im Betrieb.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ermittlung des Lastwinkels eines Reluktanz-Motors mit sterngeschalteter Dreh- S strom-Ständerwicklung, der im Bremsbetrieb mit Speisung von zwei in Reihe geschalteten Arbeitsphasenwicklungen und einer freien dritten Phasenwicklung arbeitet und vorzugsweise als Stellmotor des Antriebs von Steuer- und Schutzsystemen für Kernreaktoren dient, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst, wenn die Welle des Motors zugänglich ist, durch die Arbeitsphasenwicklungen (1, 2) seines Ständers ein pulsierender Strom vorgegebener Stärke geschickt wird und die Beziehungen [(U = f (A), Fig. 3, 4)] zwischen einerseits dem Lastwinkel (A) und andererseits den Phasenspannungen (U\, U₂, U₃) und den Leiterspannungen (C12, Un, L/23) an den Ständerwicklungen (1, 2, 3) durch gleichzeitiges Messen des Lastwinkels und der Spannungen ermittelt werden, und daß dann während des Betriebs des Motors, wenn dessen Welle unzugänglich ist, durch die Arbeitsphasenwicklungen (1, 2) seines Ständers erneut ein pulsierender Strom mit der gleichen vorgegebenen Stärke wie bei Zugänglichkeit der Welle des Motors geschickt wird und gleichzeitig die Phasen- bzw. Leiterspannungen an den Ständerwicklungen (1, 2, 3) gemessen werden, aus denen über die vorher festgestellten Beziehungen [({/= ί [A), Fig. 3, 4)] der gesuchte Lastwinkel (A) ermittelt wird, der gleich dem Lastwinkel ist, der vorher bei zugänglicher Welle des Motors für den Wert der Phasenbzw. Leiterspannung gemessen wurde, der gleich dem bei unzugänglicher Welle des Motors gemessenen Spannungswert ist.

2. Verfahren nach ,Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Leiterspannungen (Um, t/23) zwischen der freien Phasenwicklung (3) und jeder der Arbeitsphasenwicklungen (1, 2) gemessen werden und der Lasiwinkel (A) anhand der festgestellten Beziehung [(U = f (A), Fig. 3, 4)] zwischen dem Lastwinkel und den Leiterspannungen ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei zugänglichem Nullpunkt (0) der Ständerwicklung die Phasenspannungen (LA, U2) ihrer Arbeitsphasenwicklungen (1, 2) gemessen und der Lastwinkel (A) anhand der festgestellten Beziehung [(U = f (A), Fig. 3)] zwischen dem Lastwinkel und den Phasenspannungen ermittelt wird.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 —3 zur Ermitiiung des Lastwinkels eines Reluktanz-Motors, der im Brems betrieb bei Speisung von zwei in Reihe geschalteten Arbeitsphasenwicklungen aus einer Quelle pulsierenden Stromes arbeitel, dadurch gekennzeichnet, daß bei unzugänglicher Welle des Motors der Eingang eines Spannungs-Vergleichers (9) unmittel- bo bar an die Arbeitsphasenwicklungen (1, 2) und über einen Meßbereich-Umschalter (U) an eine freie Phasenwicklung (3) angeschlossen ist, wobei der Ausgang des Vergieichers (S) über eine Schutzcin heit (12) mit einem Meßgerät (10) verbunden ist, das bei zugänglicher Welle des Motors durch Messen des Lastwinkels (A) bzw. der Belastung in Einheiten des Lastwinkels (A) bzw. der Belastung der Welle des

Motors geeicht worden ist (F < g. 6).

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei ihrem Betrieb mit einem Motor, der einen herausgeführten Nullpunkt (0) der Ständerwicklung aufweist, der Nullpunkt (0) über den Meßbereich-Umschalter (11) an den Spannungs-Vergleicher (9) angeschlossen ist (F i g. 7).