DE2743605C2 - Method and circuit arrangement for determining the work of reversal of magnetization of the rotor of a hysteresis motor - Google Patents
Method and circuit arrangement for determining the work of reversal of magnetization of the rotor of a hysteresis motorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Ummagnetisierungsarbeit des Läufers eines Hysteresemotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens.The invention relates to a method for determining the work of reversal of magnetization of the rotor of a hysteresis motor according to the preamble of claim 1 and a circuit arrangement for performing the Procedure.
Für den Betrieb von vielen tausend durch hochtourige Hysteresemotoren angetriebenen Gasultrazentrifugen (GUZ) in Anreicherungsanlagen ist die genaue Kenntnis der Motordaten sehr wichtig, weil die Wirtschaftlichkeit einer derartigen Anlage stark von der Qualität der eingesetzten GUZ-Motoren abhängt. Andererseits ist die Kenntnis der Motordaten für die Auslegung bestimmter peripherer Anlagensysteme, wie z. B. der Mittelfrequenzversorgung, erforderlich. Darüber hinaus können auch unerkannte Streuungen der Motordaten zum Fehlverhalten von einzelnen GUZ führen. Besonders die letztgenannte Tatsache macht eine Kontrolle der Motordaten und die Sicherstellung der Minimalwerte bei allen Serienzentrifugen notwendig. For the operation of many thousands of gas ultracentrifuges driven by high-speed hysteresis motors (GUZ) In enrichment systems, precise knowledge of the engine data is very important because it is economical such a system strongly depends on the quality of the GUZ motors used. On the other hand is the knowledge of the motor data for the design of certain peripheral systems, such as B. the Medium frequency supply, required. In addition, there can be undetected variations in the engine data lead to the misconduct of individual GUZ. The latter fact in particular makes a check the motor data and ensuring the minimum values are necessary for all series centrifuges.
Das Hauptkriterium für die Qualität eines Hysteresemotors ist die Ummagnetisierungsarbeit seines Läufers, der als homogener Zylinder aus Maraging Stahl in mehreren Fließdrückvorgängen gefertigt wird. Der dabei auftretende hohe Kaltverformungsgrad garantiert die erforderliche hohe Festigkeit des Materials, und sorgt dafür, daß die magnetische Härte des Stahls annähernd im gewünschten Bereich liegt Eine anschließende Warmauslagerung soll für definierte magnetische > Eigenschaften des Stahls sorgen. Aufgrund des Einflusses verschiedener Schmelzchargen sowie von unvermeidlichen Toleranzen beim Fließdrücken und bei der Temperaturführung des Auslagerungsofens gelingt dies jedoch nur innerhalb eines gewissen Streubereichs. InThe main criterion for the quality of a hysteresis motor is the magnetization work of its rotor, which is manufactured as a homogeneous cylinder from maraging steel in several flow spinning processes. Of the The resulting high degree of cold deformation guarantees the required high strength of the material, and ensures that the magnetic hardness of the steel is approximately in the desired range Artificial aging is intended for defined magnetic> Properties of the steel. Due to the influence of different batches of melt, as well as the inevitable This succeeds in tolerances in the flow pressure and in the temperature control of the aging furnace but only within a certain range. In
κι gleicher Weise streuen auch die Daten des Motors im Nennbetrieb, so daß ein falsch vergüteter Motorläufer mit z. B. zu schmaler Hystereseschleife im asynchronen Anfahrbereich ein zu geringes Drehmoment (entspricht der Fläche der Hystereseschleife) erzeugt, während imIn the same way, the data of the motor also scatter in the Rated operation, so that a wrongly remunerated motor runner with z. B. too narrow hysteresis loop in the asynchronous Start-up range generates too little torque (corresponds to the area of the hysteresis loop) while in
π synchronen Betrieb die Magnetpole zu schwach eingeprägt sind, was ebenfalls ein zu geringes Kippmoment zur Folge hat und darüber hinaus eine Verschlechterung von Leistungsfaktor und Wirkungsgrad bewirkt.π synchronous operation the magnetic poles are too weakly impressed, which is also too low Tilting moment has the consequence and, moreover, a deterioration in the power factor and efficiency causes.
Andererseits kann ein Läufer, der magnetisch zu hart vergütet wurde, u. U. vom Ständerfeld gar nicht mehr ummagnetisiert bzw. mit remanenten Polen versehen werden, so daß ein derartiger Läufer ungünstige Motordaten verursacht.On the other hand, a rotor that has been magnetically tempered too hard may no longer be able to use the stator field at all be remagnetized or provided with remanent poles, so that such a rotor is unfavorable Motor data caused.
:>■> Hysteresemotoren laufen asynchron an, d. h. sie können ihren Läufer unter Belastung aus dem Stillstand bis zur Frequenz des angelegten Ständerdrehfeldes kontinuierlich beschleunigen. Das dabei erzeugte Beschlei-nigungs-Drehmoment entsteht (ähnlich wie bei:> ■> Hysteresis motors start asynchronously, i. H. she can move their rotor under load from standstill up to the frequency of the applied stator rotating field accelerate continuously. The acceleration torque generated in the process arises (similar to
«ι einem Induktionsmotor) durch Wirbelstrombildung und durch Ummagnetisierungsarbeit im elektrisch leit-Fähigen und magnetisch halbharten Läufermaterial. Für die Ummagnetisierungsarbeit ist die Form und der Flächeninhalt der Hystereseschleife des Läufermaterials«Ι an induction motor) through the formation of eddy currents and through remagnetization work in the electrically conductive and magnetically semi-hard rotor material. For the work of magnetization is the shape and the Area of the hysteresis loop of the rotor material
α von großem Einfluß. α of great influence.
Am Ende des Anfahrvorgangs, also im synchronen Betriebszustand findet zwischen den dem Läufer eingeprägten magnetischen Polen und dem Ständerdrehfeld keine Relativbewegung mehr statt, so daß dieAt the end of the start-up process, i.e. in the synchronous operating state, the runner takes place between the impressed magnetic poles and the stator rotating field no more relative movement instead, so that the
AO Wirbelstrombildung und damit deren Anteil an der
Drehmomentbildung gegen Null geht. Ebenso wird der Läufer nicht mehr ummagnetisiert, so daß auch keine
Hysteresearbeit mehr für die Drehmomentbildung zur Verfügung steht. In diesem Zustand sorgen allein die
eingeprägten magnetischen Pole durch ihre Wechselbeziehung mit dem Ständerfeld — beide befinden sich
relativ zueinander in Ruhe — für ein mitnehmendes Drehmoment.
Zum Ermitteln der Ummagnetisierungsarbeit des Läufers eines Hysteresemotors hat man bisher den
Läufer in seiner Betriebslage zum Ständer festgehalten, an die Ständerwicklung eine Drehspannung angelegt,
die in ihrer Höhe und Frequenz den betriebsmäßigen Werten entspricht und den vom Ständer aufgenommenen
Strom gemessen und mit einem Sollwert verglichen. Die Nachteile dieses Meßverfahrens bestehen insbesondere
darin, daß bei der verwendeten Frequenz von ca. 1000 Hz der Blindanteil des Ständerstroms im
wesentlichen durch die Streureaktanzen der Meßanordnung bestimmt wird und der Wirkanteil des
Ständerstromes überwiegend durch die Ummagnetisierungs- und Wirbelstromverluste im Läufer vorgegeben
ist. Die Messung der eigentlich interessierenden Größe, der Ummagnetisierungsarbeit im Läufer, ist also wegen
der Überlagerung anderer Größen erschwert und nur mit erheblichen Fehlern möglich. Nachteilig ist ferner
die starke Eigenerwärmung des Läufers, die während der Messung Änderungen der elektrischen und magne- AO eddy current formation and thus its share in the torque formation tends to zero. Likewise, the rotor is no longer magnetized, so that hysteresis work is no longer available for generating torque. In this state, only the impressed magnetic poles, through their interrelationship with the stator field - both are at rest relative to one another - ensure a driving torque.
To determine the work of magnetization reversal of the rotor of a hysteresis motor, up to now the rotor has been held in its operating position in relation to the stator, a three-phase voltage is applied to the stator winding, the level and frequency of which corresponds to the operational values, and the current consumed by the stator has been measured and compared with a setpoint value. The disadvantages of this measurement method are in particular that at the frequency of approx. 1000 Hz used, the reactive component of the stator current is essentially determined by the leakage reactances of the measuring arrangement and the active component of the stator current is mainly determined by the magnetic reversal and eddy current losses in the rotor. The measurement of the variable that is actually of interest, the remagnetization work in the rotor, is therefore more difficult because of the superposition of other variables and only possible with considerable errors. Another disadvantage is the strong self-heating of the rotor, which during the measurement changes in the electrical and magnetic
tischen Leitfähigkeit des Läufers verursachen kann.table conductivity of the rotor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren und eine Schaltungsanordnung zu dessen Durchführung zu entwickeln, welche es ermöglichen, die Ummagnetisierungsarbeit des Läufers in einfacher Weise zu bestimmen und dabei das Meßergebnis verfälschende Einflüsse weitgehend auszuschalten.The invention is based on the object of a measuring method and a circuit arrangement for it Implementation to develop which make it possible to remagnetize the rotor in a simpler way Way to determine and thereby largely eliminate the measurement result falsifying influences.
Diese Aufgabe wird durch das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschriebene Verfahren und die im Anspruch 4 beschriebene Schaltungsanordnung für dessen Durchführung gelöstThis object is achieved by the method described in the characterizing part of claim 1 and in the Claim 4 described circuit arrangement solved for its implementation
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die durch die Fläche der Hystereseschleife bestimmte Ummagnetisierungsarbeit als kennzeichnende Größe für die magnetischen Eigenschaften des Läufers mit größerer Genauigkeit und schneller ermittelt werden kann, daß Wirbelströme und Skineffekte sehr stark reduziert werden, und daß der Blindanteii des Ständerstromes eliminiert wird.The advantages achieved by the invention are in particular that the by the area of the Hysteresis loop certain work of reversal of magnetization as a characteristic variable for the magnetic Properties of the rotor can be determined with greater accuracy and faster that eddy currents and skin effects are greatly reduced, and that the reactive component of the stator current is eliminated.
Das Verfahren nach der Erfindung wird in folgendem näher beschrieben und die Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens an Hand der Zeichnung erläutert.The method according to the invention is described in more detail below and the circuit arrangement for Implementation of the method explained with reference to the drawing.
In dem Ständer 1 eines Hysteresemotors 2 ist ein Läufer 3, dessen Ummagnetisierungsarbeit bestimmt werden soll, in Betriebsstellung festgebremst. Der von der Ständerwicklung 4 aufgenommene Strom läßt sich in eine Wirk- und eine Blindkomponente zerlegen. Während die Blindkomponente weitestgehend unabhängig von der Vergütung des Prüflings ist und in überwiegendem Maße von der vorliegenden Geometrie der Meßanordnung und den Eigenschaften des Ständers bestimmt wird, also immer annähernd konstant ist, wird der Wirkanteil deutlich durch den zu prüfenden Läufer beeinflußt.In the stator 1 of a hysteresis motor 2 is a rotor 3 whose work of reversal of magnetization is determined is to be braked in the operating position. The current consumed by the stator winding 4 can be Break it down into an active and a reactive component. While the reactive component is largely independent on the remuneration of the test item and, to a large extent, on the geometry at hand the measuring arrangement and the properties of the stator is determined, so it is always approximately constant the active component is clearly influenced by the runner to be tested.
Die Wirkkomponente des Stillstandstromes ist abhängig von der Vergütung des Läuferstahles.The active component of the standstill current depends on the remuneration of the rotor steel.
Die Größe der Wirkkomponente des Stillstandstromes wird im wesentlichen beeinflußt durch die Ummagnetisierungsarbeit und die Wirbelstromverluste im Läufer 3.The size of the active component of the standstill current is essentially influenced by the Magnetization work and the eddy current losses in the rotor 3.
Die Ummagnetisierungsarbeit ist die eigentlich interessierende Größe. Sie wird durch die Fläche der Hystereseschleife bestimmt und kann durch gezielte Warmbehandlung des Läuferstahles beeinflußt werden. Die unvermeidlichen Wirbelstromverluste können, wenn sie nicht durch geeignete Maßnahmen genügend klein gehalten werden, das Meßergebnis erheblich verfälschen. Deshalb ist die Meßfrequenz auf 50 Hz festgesetzt und als Meßgröße wird an Stelle des Scheinwertes des Stillstandstromes dessen Wirkanteil benützt.The magnetic reversal work is the variable that is actually of interest. It is divided by the area of the Hysteresis loop is determined and can be influenced by targeted heat treatment of the rotor steel. The inevitable eddy current losses can, if not sufficient by suitable measures are kept small, significantly falsify the measurement result. Therefore the measuring frequency is set to 50 Hz and instead of the apparent value of the standstill current, its active component is used as the measured variable used.
Bei der vorgesehenen Meßfrequenz wird die Erwärmung des zu prüfenden Läufers vernachlässigbar klein, so daß die Meßzeit nicht in das Meßergebnis eingehen kann. Andererseits liegt die Ummagnetisierungsfrequcnz für den Läufer wesentlich näher bei dem tatsächlichen Betriebspunkt, weil die Daten vonAt the intended measuring frequency, the heating of the rotor to be tested is negligibly small, so that the measurement time cannot be included in the measurement result. On the other hand, the magnetic reversal frequency is for the runner much closer to the actual operating point because the data from
GUZ-Hysteresemotoren allgemein für den Kippunkt angegeben und bei einem sehr kleinen Schlupf von ca. 2-3 Hz ermittelt werden.GUZ hysteresis motors generally specified for the tipping point and with a very small slip of approx. 2-3 Hz can be determined.
Ein weiterer Vorteil liegt in der Reduzierung der Wirbelstromverluste und des Gkineffektes, die das Meßergebnis nicht mehr verfälschen können. Da die Wirbelstromverluste in erster Näherung dem Quadrat der Frequenz proportional sind und der nur schwer überschaubare Einfluß des Skineffektes verschwindet, können die frequenzproportionalen Ummagnetisierungsverluste weitgehend unverfälscht erfaßt werden. Durch die Verwendung der Wirkkomponente des Ständerstromes wird der Einfluß des Blindstromes eliminiert.Another advantage is the reduction in eddy current losses and the Gkin effect that the Can no longer falsify the measurement result. Since the eddy current losses are in a first approximation to the square are proportional to the frequency and the influence of the skin effect, which is difficult to understand, disappears, the frequency-proportional magnetic reversal losses can be recorded largely unadulterated. By using the active component of the stator current, the influence of the reactive current is reduced eliminated.
Die elektronische Nachbildung des Ausdrucks Iw= Ixcosφ geschieht z.B. mit Hilfe von analogen Umschaltern. Der zu messende Strom wird den beiden Umschaltern mit einer Phasenverschiebung von 0° und 180° zugeführt. Die Spannungs-Nulldurchgänge steuern den Umschalter in dem Sinne, daß jeweils 180°-Blöcke an den Ausgang gelangen.The electronic replication of the expression Iw = Ixcosφ is done, for example, with the help of analog switches. The current to be measured is fed to the two changeover switches with a phase shift of 0 ° and 180 °. The voltage zero crossings control the changeover switch in such a way that 180 ° blocks reach the output.
Bei einer Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom von φ = 90° werden die positiven und negativen Strom-Zeit-Flächen gleich groß, d. h. der zeitliche Mittelwert des Stromes wird zu Null. 1st φ = 0, so werden die Stromhalbwellen voll durchgeschaltet. Zwischen diesen beiden Grenzfällen folgt der Ausgangsstrom exakt dem Gesetz Iw= I cos φ und ist damit gleich dem Wirkstrom. Dieser Vorgang geschieht in allen drei Phasen. Angezeigt wird jedoch nur der arithmetische Mittelwert (Iw), der durch eine einfache Summierschaltung aus den drei Stromwerten gebildet wird.With a phase shift between voltage and current of φ = 90 °, the positive and negative current-time areas are equal, ie the mean value of the current over time becomes zero. If φ = 0, the current half-waves are fully switched through. Between these two borderline cases, the output current follows exactly the law Iw = I cos φ and is therefore equal to the active current. This process happens in all three phases. However, only the arithmetic mean value (Iw) is displayed, which is formed from the three current values using a simple summing circuit.
Die Ständerwicklung 4 wird z. B. aus einer Schaltungsanordnung mit Spannung versorgt, die im wesentlichen besteht aus einem an das Versorgungsnetz (220 Volt, 50 Hz) angeschlossenen Einphasen-Transformato;· 5, dem ein Spannungskonstanthalter 6 nachgeschaltet ist, der die Spannung auf l%o stabilisiert und einer Einrichtung 7 zum Umsetzen der geregelten Einphasenspannung am Ausgang des Spannungskonstanthalters 6 in eine Dreiphasenspannung mit den Phasen R. S, T, deren Spannungen um 120° gegeneinander phasenverschoben sind und ein Drehfeld bilden können. In jeder der drei Phasen R. S, Tist ein Verstärker 8 und ein Stromwandler 9 angeordnet. Die Ausgangsspannungen der Stromwandler 9 entsprechen den Strangströmen Ir , /5, /rund sind auf eine Anordnung 10 zum Bilden der Wirkanteile Iw der Strangströme und zum Bilden des arithmetischen Mittelwertes Iw der Wirkanteile Iw der drei Strangströme geschaltet.The stator winding 4 is z. B. from a circuit arrangement with voltage, which essentially consists of a single-phase transformer connected to the supply network (220 volts, 50 Hz); · 5, which is followed by a voltage stabilizer 6, which stabilizes the voltage to 1% o Device 7 for converting the regulated single-phase voltage at the output of the voltage stabilizer 6 into a three-phase voltage with the phases R. S, T, the voltages of which are phase-shifted by 120 ° and can form a rotating field. An amplifier 8 and a current transformer 9 are arranged in each of the three phases R. S, T. The output voltages of the current transformers 9 correspond to the phase currents Ir , / 5, / round are connected to an arrangement 10 to form the active components Iw of the phase currents and to form the arithmetic mean value Iw of the active components Iw of the three phase currents.
Mit einer Meßeinrichtung 11 wird außerdem die Phasenspannung Ur, Us, Ut jeder der Phasen R, S, T gemessen und daraus der arithmetische Mittelwert U gebildet. The phase voltage Ur, Us, Ut of each of the phases R, S, T is also measured with a measuring device 11 and the arithmetic mean value U is formed therefrom.
Die Meßwerte von Strom /μ/und Spannung t/werden mit Digitalvoltmetern 12/13 angezeigt.The measured values of current / μ / and voltage t / are displayed with digital voltmeters 12/13.
Die Spannungsversorgung der Schaltungsanordnung erfolgt aus einem Netzgerät 14.The circuit arrangement is supplied with voltage from a power supply unit 14.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (4)
Priority Applications (4)
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