DE2715870A1

DE2715870A1 - Verfahren zur regelung des bremsmomentes einer wirbelstrombremse und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2715870A1
Application number: DE19772715870
Authority: DE
Inventors: Reimer Dipl Ing Homann; Prodromos Dipl Ing Raptopoulos
Original assignee: Carl Schenck AG
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1977-04-09
Filing date: 1977-04-09
Publication date: 1978-10-12
Also published as: JPS53126473A; DE2715870B2; US4203046A; GB1600194A

Description

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Dis Erfindung betrifft sin Verfahren zur Regelung des Bremsmomsntes einer Wirbelstrombremse durch Veränderung von deren Erregerspannung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .

Wirbelstrombremsen werden eingesetzt bei der Prüfung von Motoren aller Art. Sie dienen dazu, dis vom Prüfling abgegebene Leistung aufzunehmen, wobei die aufgenommene Arbeit in Wärmeenergie verwandelt und über ein Kühlmedium abgeführt wird. Ois vom Prüfling abgegebene Leistung wird meistens in ihrer Größe durch Messung von Drehmoment und Drehzahl bestimmt. Maßgebend für das von der Wirbelstrombremse absorbierte Drehmoment ist die Grö3e des Gleichstroms, von dem dia Errsgerspule der Wirbelstrombremse durchflossen wird. Das von dsr Wirbelstrombremse absorbierte Drehmoment wird auch als Bremsmoment bezeichnet. Normalerweise wird jedoch die Erregerspannung der Wirbelstrombremse geregelt, der der Strom durch dis Erregerspule verzögert folgt, wobei die Zsitkonstante durch den Ausdruck Selbstinduktivität der Erregerspule/Ghmscher Widerstand der Erregerspula gegeben ist.

Zur Prüfung das dynamischen Verhaltens eines Motors ist es oft erforderlich, das von dar Bremse aufgenommene Drehmoment möglichst schnell zu verändern. Um eine schnalle Änderung.des Drehmomentss zu erreichen wird dabei die Anstiegszeit deg Erregerstroms verkürzt. Das kann dadurch geschahen, daß dar ohmsche Widerstand im Kreis dar Erregerspule durch einen zusätzlich in Reihe geschalteten ohmschen Widerstand vergrößert wird. Dadurch wird die Zeitkonstante kleiner, jedoch muß die Erregerspannung während dss gesamten Betriebs der Bremse erheblich erhöht werden, wodurch die Betriebskosten der Bremse steigen, da der Spannungsüberschuß im allgemeinen nicht ausgenutzt werden kann. Eine weitere Möglichksit besteht darin, direkt den Erregerstrom der Wirbelstrombremse zu regeln. 8eide Verfahren werden mit Erfolg bsi Gleichstrommaschinen angewendet, jedoch hat sich gezeigt, daß die Erregungs- bzw. Entregungszeitan von Wirbelstrombremsen auf diese Weise nicht beliebig verkürzt warden können.

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Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Wirbelstrombremse so zu betreiben, da3 äußerst kurze Erregungsbzw. Entregungszeiten erreichbar sind.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Erragerspannung in Abhängigkeit von dem im Gehäuse der Wirbelstrombremse gemessenen magnetischen Fluß verändert wird. Es hat sich gezeigt, daß damit ohne größeren Energieaufwand für die Wirbelstrombremse Erregungszeiten in der Größenordnung von ca. 300 Millisekunden möglich sind, was bisher nicht erreichbar war. Ist die schnelle Regelung eines definierten Momentes erwünscht, ist es vorteilhaft, wenn der Regelung des magnetischen Flusses eine Drehmomentenregelung überlagert ist. Wird für die Drehzahlregelung einer Wirbelstrombremse eine Regeldynamik verlangt, die besser ist, als die seither arreichbare, so ist es empfehlenswert, daß weiterhin eine Drehzahlregelung überlagert ist. Dabei reicht es normalerweise, wann der Drehzahlregelung direkt eine Regelung das magnetischen Flusses unterlagert ist. Wird jedoch eine noch weiter verbesserte Regeldynamik verlangt, so kann der Drehzahlregelung eine Regelung des Drehmoments unterlagert werden und dieser erst die Regelung des magnetischen Flusses. Diese Variante ist selbstverständlich technisch besonders aufwendig. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist zweckmäßigerweise dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse der Wirbelstrombremse an einer Stelle mit etwa homogenem magnetischen Fluß ein Flußaufnehmer (Hallsonde) angeordnet ist. Dadurch kann in einfacher Weise technisch robust ein etwa dem gesamten magnetischen Fluß durch die Wirbelstrombremse entsprechender Meßwert gewonnen werden. Eina Anordnung bei der mit der Erregerspule eine Gleichspannungsquell8 mit positiver und negativer Polarität verbunden ist, daran maximal abgebbare Spannung erheblich über der Nennspannung der Erregerspule liegt, ermöglicht eine volle Ausnutzung

dar durch das erfindungsgemäße Verfahren möglichen kurzen Erragungs- bzw. Entregungszeiten einer Wirbelstrombremse.

Die Figur zaigt einen schematischen Blockschaltplan eines Ausfuhrunssbeispiels der Erfindung, anhand dessen auch die Wir-

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kungswaise der Erfindung näher erläutert wird. Es ist eine Schaltung dargestellt, mit der der magnatische Fluß geregelt werden kann bzw. die Drehzahl oder das Drehmoment mit unterlagerter FluSiggslung. Der gewünschte Sollwert wird am Sollwerteinsteller 1 eingestellt und von dort je nach Stellung der Schalter 2, 3, 4, 5 entweder an die der Regelung des magnetischen Flusses überlagerten Drehzahlregeler 6 oder Drehmomentenregeler 7 oder an den Regler 10 weitergeleitet, der der Regelung des magnetischen Flusses dient. Unter normalen Betriebsbedingungen wird vom Ausgangssignal des Reglers 10 die Spannungsquelle 11 beeinfluSt, deren Ausgang mit der Erregersoule 12 der Wirbelstrombremse 13 verbunden ist. Die Spannungsqualle 11 schneidet die Phase(n) des Netzes thyristorgeregelt derartig an, da3 sie eine Gleichspannung wahlweise positiver oder negativer Polarität abgibt. Im Gehäuse der Wirbelstrombremse wird an einer Stelle mit etwa homogenem magnetischem Flu3 eine Hallsonde 14 angebracht, deren Ausgangssignal zum Vergleicher 15 geführt wird, dessen anderer Eingang beispielsweise mit dem Sollwerteinsteller 1 verbunden ist und dessen Ausgang den Regler 10 beaufschlagt. Der magnetische FIuB kann statt mit der Hallsonde 14 selbstverständlich auch mit jedem anderen FluBaufnehrnar ermittelt werden. Mit dieser Anordnung wird also der magnetische Fluß in der Wirbelstrombremse geregelt, Unter statischen Bedingungen ist dieser erfindungsgemä3 geregelte Flui3 proportional zum Erregerstrom, der durch die Erregsrspule 12 der Wirbelstrombremse 13 flia3t. Es hat sich nun jedoch gezeigt, da3 im dynamischen Betrieb Erregerstrom und magnatischer Flu3 bei Wirbelstrombremsen nicht mehr proportional sind. Aus mechanischen Gründen müssen nämlich bei Wirbelstrombremsen den magnetischen Flu3 führende Teile aus massivem Eisen aufgebaut sein. Bei einer zeitlichen Änderung des Erregerstromes entstehen in diesen massiven Teilen Wirbslströme, die dem zeitlichen Aufbau des magnetischen Feldes entgegenwirken. Diese Wirbelströme sind unabhängig von den Wirb'elströmen, die durch die Drehung das Rotors und damit eine örtliche Veränderung des magnetischen Flusses entstehen. Im Gegensatz zu diesen, durch die Drehung des Rotors bewirkten Wirbelströmen, die die Funktionsfähigkeit der Wirbelstrombremse begründen, sind die

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durch die zeitlichen Änderungen das Erregerstroms bewirkten, dam Aufbau das magnatischen Feldes entgegenwirkenden Wirbelströrna unerwünscht und offensichtlich für die seitherige schlechte Regaldynamik dar Wirbelstrombremsen verantwortlich. Die Erragerspule dar Wirbelstrombremse verhält sich infolge dar sia umgebenden massiven Eisanteila also wie ein sekundär-S9itig kurzgeschlossener Transformator. Damit ist auch erklärbar, weshalb die zum Stand der Technik gehörenden Regelverfahren bei den aus geschichteten voneinander isolierten Blechen aufgebauten Gleichstrommaschinan funktionieren, bai danen sich bai einer zeitlichen Veränderung des Stroms keine Wirbelströma aufbauen können, während bei Wirbelstrombremsan diasa Ragalungsartan die arforderlfcha gute Regeldynamik nicht erreichen ließen. Wird nun gemäß der Erfindung dar magnetische Flu3 der Wirbelstrombremse garegelt, so wird nach einar Änderung des Sollwertes am Sollwarteinsteller 1 die Spannungsquells 11 eine sehr viel höhere Spannung und einen sehr viel höharan Strom an die Erregerspule 12 abgeben, als für den statischen 3atrieb benötigt wird, wobei der über diesem statischen Wert liegende Spannungs- bzw. Stromanteil zur Kompensation dar in dan massiven Eisenteilen der Wirbelstrombremse auf Grund der ZBitlichan Änderung das Erragarstroms entstehenden Wirbelströme verwendat wird. Voll zur Geltung kommt das Verfahren daher dann, wenn die von dar Spannungsqualle 11 maximal abgabbare Spannung erheblich übar der Nennspannung der Erragarspula 12 liegt, da dann auch die Regelung sshr groöer Drahmomantuntar3chieda in kürzester Zsit möglich ist. Da diese Überspannungen bzw. überströme jedoch nur sehr kurzzeitig auftreten, braucht die Erregerspule 12 nicht stärkar dimensioniert zu sein als üblich. Eine Gleichspannung mit zur Betriebsspannung umgekehrter Polarität wird zur schnallen Entregung der Wirbelstrombremse banötigt.

Da bai großen Änderungen das Drehmoments in sehr kurzer Zeit dia Ausgangsströma der Spannungsquslle 11 ein mghrfaches über dan Nennströmen liegen und eine derartige Obsrdimansioniarung dar Spannungsquslle 11 nicht immar wirtschaftlich sinnvoll i-st, zei^t das »vjsführun^sbaispiel. sine Schutzschaltung für die

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Spannungsqualle 11, dia vor unzulässig hohsn Stromstärken auch im Störungsfalia schützt. Ein Wandler 15 mißt den Eingangs-(w=cnssl)-strom d3r Spannungsquelle 11 und gibt diesen Meßwert an ein9 Logikschaltung 16 weiter. Übersteigt der gemessana Wert dsn zulässigen Strom wird die Regelung des magnetischen Flusses durch aine an sich bekannte Stromregelung zweier anti-P3rallalar Ströma in kraisstromfreier Schaltung abgelöst. Dabai wird an den Sollwertstellern 17, 1Θ der maximale Strom eingestellt, wobai der Sollwertsteller 17 den Strom für die Erregung dar Wirbelstrombremse begrenzt, d8r Sollwertstellar 13 für die Entrsgung. Dia Regler 19, 20 begrenzen den Strom für dia Erragerspule 12, wobei die Logik3chaltung 15 übar die Schalteinheit 22 dafür sorgt, daß die Erregerspannung mit der richtigen Polarität an die Erregerspule 12 gelegt wird, und über die Schalteinheit 21, daß der Strom mit der richtigen Polarität fließt. Bei Unterschreiten des maximal zulässigen Stroms für den Stromrichter wird diese Regelung wieder durch die Regelung des magnetischen Flusses abgelöst.

Die Wirbelstrombremse kann sich in bekannter Weise über einen Arm auf eine Kraftmeßzelle 24 abstützen, die den Meßwert M(ist) des Drehmoments ermittelt. Dieser Wert M(ist) kann im Vergleicher 23 mit einem für das Drehmoment vorgegebenen Sollwert verglichen werden. Das Ausgangssignal des Vergleichers 23 steuert dam Drehmomantregler 7, der sich in einem der beschriebenen Regelung das magnetischen Flusses übergeordneten Drshmomentragelkreis befindet. Alternativ dazu ist as möglich, über einen Tachometergenerator 25 die Drehzahl n(ist) an der Welle dar Wirbelstrombremse 13 zu ermitteln und mit diesem Wart den dar Regelung des magnetischen Flusses übergeordneten Drehzahlragelkreis zu beaufschlagen. Wie bereits ausgeführt ist es auch möglich, jedoch aufwendig, eine Regelung vorzunehmen, bei der der Drehzahlregelung eine Drehmomentregelung und dieser eine Regelung des magnetischen Flusses unterlagert sind, wodurch eins optimale Rsgeldynarnik des Kreises erreichbar ist.

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Claims

Verfahren zur Regelung -des Bramsmomentes einer Wirbelstrombremse und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Patentansprüche :

/erfahren zur Regelung des Bremsmomentes einer Wirbelstrom- \_y bramsB durch Veränderung von deren Erregerspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspannung in Abhängigkeit von dem im Gehäuse der Wirbelstrombremse gemessenen magnetischen FIuB verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelung des magnatischen Flusses eine Drehmomentenregelung überlagert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eins Drehzahlregelung überlagert ist.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse der Wirbelstrombremse C13) an einer Stelle mit etwa homogenem magnetischem Fluß ein Flußaufnehmer (Hallsonde (14)) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Erregerspule (12) eins GlBichspannungsquellB (11) mit positiver und negativer Polarität verbunden ist, deren maximal abgebbare Spannung erheblich über der Nennspannung der Errsgerspule (12) liegt.

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ORIGINAL INSPECTED