DE2816734A1

DE2816734A1 - Verfahren und vorrichtung zum pruefen einer antriebsmaschine

Info

Publication number: DE2816734A1
Application number: DE19782816734
Authority: DE
Inventors: John Arscott Colwill; Richard John Moulding
Original assignee: Brush Electrical Machines Ltd
Current assignee: Brush Electrical Machines Ltd
Priority date: 1977-04-20
Filing date: 1978-04-18
Publication date: 1978-10-26
Also published as: US4169372A; GB1600868A

Description

Patentanwalt Dipl.-Ing. Harro Gralfs

Gralfs Patentanwalt Am Buigeipaik 8 D 3300 Braunschweig Germany

Am Bürgerpark 8

D 3300 Braunschweig, Germany

Telefon 0531-74798

Cable patmarks braunschweig

17. April 1978 G/Wi - B 876

Brush Electrical Machines Limited

i'alcon Works

Loughborough, Leicestershire

England

Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen einer Antriebsmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen einer Antriebsmaschine mit einer Leistung abgebenden Welle durch Kupplung der Maschinenwelle mit einem Dynamometer.

Antriebsmaschinen im Sinne der Erfindung sind alle mit innerer oder äußerer Verbrennung arbeitenden Maschinen, die eine Welle aufweisen, an der eine Leistung in Form eines Drehmomentes abnehmbar ist.

Bekannte Prüfverfahren arbeiten mit Bremsdynamometern. Die Arbeit der Maschine wird hierbei durch mechanische Reibung fester Teile wie Bremsbacken und Reibbänder oder durch den hydraulischen Widerstand einer Flüssigkeit vernichtet. Das

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auftretende .Drehmoment wird gemessen und hieraus die Leistung der Maschine berechnet. Der Nachteil der bekannten Brems— dynamometer liegt einmal darin, daß die Bremsleistung in vollem Umfang verlorene Leistung ist. Darüber hinaus arbeiten die Einstellmittel solcher Bremsdynamometer außerordentlich träge.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Prüfverfahren für Antriebsmaschinen und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die einmal mit wesentlich geringerer Trägheit steuer- und regelbar sind und zum andern eine nutzbringende Verwertung der von der Antriebsmaschine während des Prüfens abgegebenen Leistung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Maschinen— welle mit dem Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine gekuppelt wird, die alternativ als Motor oder Generator betreibbar ist, daß die Anschlußklemmen der elektrischen Maschine mit den Leitern einer elektrischen Stromversorgung verbunden werden, aus der elektrischer Strom durch die Maschine aufgenommen wird, wenn diese als Motor arbeitet, und in die elektrische Leistung durch die Maschine eingespeist wird, wenn die Maschine als Generator arbeitet, daß die Anschlußklemmen der elektrischen Maschine und die Leiter der elektrischen Stromversorgung über einen Stromrichter verbunden werden, der Leistungsbauelemente vom Halbleitertyp aufweist, die alternativ so betrieben werden, daß entweder der von der Maschine abgegebene Strom umgewandelt wird in eine Form, die kompatibel mit der elektrischen Stromversorgung ist, oder der von der Stromversorgung bereits gestellte Strom in eine Form umgewandelt wird, die mit der elektrischen Maschine kompatibel

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ist, daß der Stromrichter so gesteuert wird, daß die elektrische Maschine an die Welle der Antriebsmaschine entweder ein gesteuertes Antriebsdrehmoment abgibt oder diese Welle durch ein gesteuertes Bremsdrehmoment einwirkt, wobei das gesteuerte Drehmoment jeweils errechnet und gemessen wird. Line erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens weist eine rotierende elektrische Maschine auf, die alternativ als Motor oder Generator betreibbar ist, Stromrichter, die einerseits mit den Anschlußklemmen der elektrischen Maschine und andererseits mit einer elektrischen Stromversorgung verbindbar sind, und die Leistungsbauelemente vom Halbleitertyp aufweisen, ferner Steuermittel., mit denen der im Generatorbetrieb von der elektrischen Maschine abgegebene Strom an die elektrische Stromversorgung anpaßbar ist und der Strom der elektrischen Stromversorgung im Motorbetrieb an die elektrische Maschine anpaßbar ist, wobei die Steuermittel so ausgebildet sind, daß über die elektrische Maschine auf die zu prüfende Antriebsmaschine entweder ein gesteuertes Antriebsdrehmoment oder ein gesteuertes Bremsmoment aufgebracht wird, wobei weiter Mittel zum Errechnen und Steuern der Drehmomente vorgesehen sind.

Zweckmäßig ist die elektrische Maschine ein Gleichstrommotorgenerator und der Stromrichter ist eine Stromrichterbrücke mit Leistungsbauelementen vom Halbleitertyp, wobei die Brücke bei Stromaufnahme durch den Gleichstrommotor als steuerbarer Gleichrichter betreibbar ist und bei Stromabgabe durch die als Generator wirkende elektrische Maschine als steuerbarer Wechselrichter, durch den der Strom mit korrekter Spannung, Frequenz und Phasenlage in die elektrische Stromversorgung eingespeist wird.

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In einer anderen Ausführungsform ist die elektrische Maschine ein Wechselstrommotor vom Synchron- oder Asynchrontyp und der Stromrichter ist ein steuerbarer Frequenzwandler.

Zweckmäßig werden als Leistungsbauelemente Thyristoren, Thyratrons, gittergesteuerte Quecksilberdampf-Gleichrichter, Transistoren oder gesteuerte Gleichrichter verwendet. Die Mittel zum Errechnen und Hessen des gesteuerten Drehmomentes weisen eine elektronische Rechnerschaltung auf, in die als Ist-Werte wenigstens die Drehzahl der Maschine und der aufgenommene oder abgegebene Strom eingegeben werden, wobei die Schaltung voreinstellbare Schaltkomponenten aufweist, mit denen Verlustkennlinien darstellbar sind, die von vorbestimmten Kennlinien der Maschine abgeleitet sind, wobei die Ist-Werte des Drehmoments modifiziert durch die bekannten Verluste berechenbar sind und wobei gleichzeitig ein Ist-Wert-Anzeiger für die modifizierten Drehmomentenwerte vorgesehen ist.

Die Schaltung weist weiter einen Schaltkreis zur Kompensation der Massenträgheit auf, mit dem die elektrische Maschine im gleichen- Maße beschleunigt oder verzögert wird wie die zu prüfende Antriebsmaschine. Auf diese Weise lassen sich die inneren Verluste der Antriebsmaschine bestimmen. Im Schaltkreis zur Kompensation der Massenträgheit wird zweckmäßig die Ist—Drehzahl der Antriebsmaschine differenziert und dabei die Beschleunigung oder Verzögerung errechnet. Der errechnete Beschleunigungs- oder Verzögerungswert wird benutzt zur Regelung des Stromrichters.

Wenn die elektrische Maschine als Generator arbeitet, kann der Stromrichter in einer der folgenden Arten betrieben werden.

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a) Zur Steuerung der Drehzahl der Antriebsmaschine in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Soll-Drehzahl, und zwar mit konstanter Einstellung der Kraftstoffzufuhr. Der Stromrichter wird dabei so gesteuert, daß die als Generator arbeitende elektrische Maschine die Antriebsmaschine mit einem Drehmoment belastet, das ausreicht, die Ist-Drehzahl der Antriebsmaschine in Übereinstimmung zu bringen mit der Solldrehzahl, wobei das Drehmoment, das von der Antriebsmaschine bei dieser Drehzahl und konstanter Brennstoffzufuhr abgegeben wird,durch Rechnung und Messung bestimmt wird.

b) Zur Steuerung des Drehmomentes, das von der Antriebsmaschine an die als Generator arbeitende elektrische Maschine abgegeben wird. Hierbei wird das Ist-Drehmoment der Maschine rückgeführt und mit einem Soll-Drehmoment kontinuierlich verglichen, wobei in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen Soll- und Ist-Drehmoment die Drehzahl der Antriebsmaschine durch gesonderte Mittel gesteuert wird, die auf die Kraftstoffzufuhr der Antriebsmaschine einwirken.

c) Zur Steuerung der Drehzahl der Antriebsmaschine in Abhängigkeit von einem Soll-Wert für die Drehzahl, während der Kraftstoffregler dazu verwendet wird, das abgegebene Drehmoment zu steuern.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in Form von Schaltbildern veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.

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Fig. 1 zeigt die Schaltung einer Prüfeinrichtung für einen ersten Prüfmodus.

Fig. 2 zeigt die Schaltung einer Prüfanordnung für einen zweiten Prüfmodus.

Fig. 3 zeigt ein Schaitungsdetail aus den Schaltungen nach den Fig. 1 und 2.

In der Schaltung nach Fig. 1 ist ein Gleichstrom-Motor-Generator 2 angedeutet, der mechanisch mit der Abtriebswelle einer zu prüfenden Antriebsmaschine 1 gekuppelt ist. Mit der Gleichstrommaschine 2 ist ein Gleichstrom-Tachogenerator 3 zur Überwachung der Drehzahl der Gleichstrommaschine gekuppelt, die bei der dargestellte'n direkt gekuppelten Anordnung auch die Drehzahl der Antriebsmaschine 1 ist. Die Gleichstrommaschine 2 hat eine Nebenschlußfeldwicklung F, die über eine bipolare Stromversorgungseinheit 15 gespeist wird. In einer Ausführungsform ist die Stromversorgungseinheit 15 eine halbgesteuerte stabilisierte Brücke mit Thyristoren und Dioden. Der Auslaß der Einheit 15 kann durch Schalter, die in Reihe mit dem Auslaß liegen, umgekehrt werden. Eine Umkehrung kann aber auch dadurch durchgeführt werden, daß jeweils zwei antiparallel geschaltete voll gesteuerte Brücken vorgesehen werden. Die einzelne halbgesteuerte Brücke kann ersetzt werden durch eine einzelne voll gesteuerte Brücke, um die für die Feldumkehr benötigte Zeit zu reduzieren.

Der Anker G der Gleichstrommaschine 2 wird mit einer steuerbaren Gleichspannung über eine voll gesteuerte Sechspuls-Stromrichterbrücke 5 über einen Schalter 4 gespeist. Die Stromrichterbrücke bildet eine Ausführungsform eines Stromrichters.

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In dieser Auführungsform werden Thyristoren sowohl für die Stromversorgungseinheit 15 für die Feldwicklung F als auch für die Stromrichterbrücke 5 verwendet. ILs- können aber auch Thyratrons, Transistoren, gittergesteuerte Quecksilberdampfgleichrichter oder andere durch Schaltsignale steuerbare Gleichrichter anstelle der Thyristoren verwendet werden.

Die Thyristoren der Stromrichterbrücke 5 werden inbekannter Weise durch einen Steuerkreis 6 gezündet. Die Stromrichterbrücke 5 kann dabei entweder als steuerbarer Gleichrichter zur Stromversorgung der Gleichstrommaschine 2 aus einem Drehstromnetz 17 verwendet werden, oder aber als steuerbarer Wechselrichter,mit dem Strom aus der als Generator arbeitenden Gleichstrommaschine korrekt in Spannung, Frequenz und Phasenlage in das Drehstromnetz 17 eingespeist wird.

Wenn die Stromrichterbrücke 5 als Gleichrichter wirkt, ist die Polarität des Auiasses der Stromversorgungseinheit 15 so, daß die Klemme A der Gleichstrommaschine 2 positiv in bezug auf die-Klemme AA ist. Die Gleichstrommaschine nimmt dann über die Stromrichterbrücke 5 Strom auf und wirkt als Motor,über den die Antriebsmaschine 1 gedreht wird. Wenn die Polarität der Stromversorgungsanordnung 15 und damit des Feldes F umgekehrt wird, wird die Anschlußklemme AA positiv in bezug auf die Klemme A,und die Stromrichterbrücke wird so gesteuert, daß Strom in das Drehstromnetz 17 eingespeist wird. Die Gleichstrommaschine nimmt hierbei Leistung von der Antriebsmaschine 1 auf und speist diese über den Stromrichter in das Drehstromnetz. Auf die Antriebsmaschine wirkt damit eine Last in Form eines steuerbaren Drehmomentes.

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"a"

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Stromrichterbrücke eine voll gesteuerte Dreiphasenbrücke. Ls können jedoch auch andere Brückenanordnungen verwendet werden, die sowohl als Gleichrichter als auch als Wechselrichter arbeiten. Die Polarität der Gleichstrommaschine 2 ist umkehrbar, so daß über eine einzelne Stromrichterbrücke Strom in das Drehstromnetz 1? eingespeist werden kann. Alternativ hierzu können auch zwei Stromrichterbrücken in Antiparallelschaltung vorgesehen werden, so daß bei einer vorgegebenen Drehrichtung der Antriebsmaschine eine Brücke als Gleichrichter und die antiparallel geschaltete Brücke als Wechselrichter wirkt. Der Vorteil einer Anordnung mit zwei antiparallel geschalteten Stromrichterbrücken, deren Kosten höher liegen als bei einer Anordnung mit umschaltbarem Stromfluß in der Feldwicklung, besteht darin, daß die elektrische Maschine schneller vom Motorbetrieb zum Generatorbetrieb und umgekehrt umschaltbar ist. Dies kann bei bestimmten Prüfungen notwendig sein.

Eine andere alternative Ausführungsform besteht darin, eine einzige Stromrichterbrücke 5 vorzusehen, jedoch die Ankeranschlüsse der Gleichstrommaschine umschaltbar zu machen durch zwei über Kreuz geschaltete zweipolige Schalter, mit denen zwischen dem Motorbetrieb und dem Generatorbetrieb gewechselt werden kann.

Die Drehzahl j mit der die Antriebsmaschine und die damit direkt gekuppelte Gleichstrommaschine umlaufen, wird am Gleichstrom-Tachogenerator 3 abgenommen. Der Ausgang des Tachogenerators 3 wird einem Drehzahlabweichungsverstärker 9 zugeführt, in dem das Signal für die Ist-Drehzahl mit einem i'estsignal für die Soll-Drehzahl verglichen wird, das bei-

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spielsweise von einem Soll—Drehzahlgeber 16 abgeleitet wird. Als Soll-Drehzahlgeber ist in der Zeichnung ein Potentiometer dargestellt. Es kann hierfür jedoch auch ein Rechner, eine programmierbare Logiksteuerung oder eine ähnliche Vorrichtung zur Prozeßsteuerung verwendet werden.

Das verstärkte Drehzahlabweichungssignal wird als Stromsollsignal einem Stromabweichungsverstärker 8 zugeleitet, der das Stromsollsignal mit einem Stromistsignal vergleicht, das hier von drei Wechselstrom-Stromwandlern 7 abgegeben wird, die in Stern oder Dreieck geschaltet sind. Das Ausgangssignal des Verstärkers 8 wird gleichgerichtet, wodurch ein Gleichspannungssignal erhalten wird, das proportional dem Wechselstrom ist, der zwischen dem Stromrichter und dem Drehstromnetz 17 fließt. Der Wechselstrom ist proportional dem Gleichstrom,der in der Gleichstrommaschine 2 fließt. Andere Verfahren zur Gleichstrommessung können gleichfalls verwendet werden, beispielsweise Nebenschlußwiderstände, Gleichstromtransformatoren oder Hallgeneratoren. Der von der Gleichstrommaschine 2 aufgenommene oder erzeugte Strom steht in Beziehung zum Drehmoment der Welle der Antriebsmaschine. Die Beziehung zwischen Strom und Drehmoment ist jedoch nur angenähert, selbst wenn die Gleichstrommaschine eine feste Nebenschlußerregung hat. Um das Drehmoment mit einer solchen Genauigkeit zu ermitteln, daß die Prüfnormen erfüllt werden, muß aus den ermittelten Angaben über Strom und Drehzahl das tatsächliche Drehmoment in Abhängigkeit von vorgegebenen Kennlinien der Gleichstrommaschine errechnet werden. Bei der hier beschriebenen Anordnung erfolgt diese Errechnung automatisch durch einen Drehmomentenrechner In diesen Rechner werden Analogsignale proportional Drehzahl und Strom eingegeben. Diese werden in vorgegebener Weise modifiziert, um eine korrekte Drehmomentenanzeige zu erzeugen. Die bekannten Verlustkennlinien der Gleichstrommaschine sind in dieser Einheit gespeichert. Damit wird über den gesamten

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to

Prüfbereich der Anordnung eine sofortige automatische Anzeige von Drehmoment und Drehzahl der Antriebsmaschine kontinuierlich erzeugt. Die Anzeigen für Drehzahl und Drehmoment werden digital auf Anzeigeinstrumenten 11 bzw. 14 wiedergegeben. Es können aber auch übliche analog arbeitende Meßgeräte, Digitaldrucker, visuelle Anzeigeinstrumente oder Camputer-Interface-Einheiten alternativ verwendet werden.

Zum Programm beim Prüfen von Antriebsmaschinen wird gefordert, daß die Maschine unbelastet bis auf die maximale Drehzahl beschleunigt bzw. von der maximalen Drehzahl verzögert wird. Dies ist offensichtlich nur möglich, falls das Massenträgheitsmoment der Gleichstrommaschine vernachlässigbar ist. Da dies nicht der Pail ist, muß eine Kompensation vorgenommen werden und zu diesem Zweck ist eine Trägheitskompensationsschaltung 13 vorgesehen. Die Schaltung 13 weist eine Kapazität, einen Differentialverstärker und einen Widerstand auf. Sie differenziert das Drehzahlsignal der Antriebsmaschine und errechnet damit die Beschleunigung. Ein vorgegebener Anteil dieses Signals wird in den Stromabweichungsverstärker 8 eingegeben. Dieses Signal ist nach Größe und Vorzeichen vorgegeben. Beim Beschleunigen der Antriebsmaschine wird die Gleichstrommaschine 2 damit so gesteuert, daß ein Antriebsdrehmoment erzeugt wird, durch den der Anker der Gleichstrommaschine in genau dem gleichen Maße beschleunigt wird wie die Antriebsmaschine. In ähnlicher Weise wird beim Abbremsen der Antriebsmaschine die Gleichstrommaschine so gesteuert, daß ein Bremsdrehmoment erzeugt wird, in dem die Maschine als Generator geschaltet wird, durch das der Anker der Maschine in genau dem gleichen Maße verzögert wird wie die Antriebsmaschine. Auf diese Weise verhält sich die Antriebsmaschine so,als ob

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keine Masse an ihre Antriebswelle angekoppelt sei.

In Fig. 2 ist eine Schaltung dargestellt, die im wesentlichen der nach Fig. 1 entspricht, ausgenommen, daß anstelle des Drehzahlabweichungsverstärkers 9 der gleiche oder ein
ähnlicher Schaltkreis als Drehmomentenabweiehungsverstärker
9* arbeitet, der dazu verwendet wird, das Ausgangssignal des Drehzahlrechners 12 kontinuierlich mit einem Drehmomenten-Sollwert zu vergleichen, der an einem Drehmomenten-Sollwert— geber 18 eingestellt ist, anstatt mit einem Drehzahlsollwertgeber, wie nach Pig. 1, der ein direktes Signal vom Tachogenerator 3 erhält. Die Drehzahl, mit der die Antriebsmaschine läuft, wird nach Fig. 2 durch einen ßteuerkreis 19 für den
Kraftstoffregler gesteuert. Die Schaltung 19 vergleicht kontinuierlich ein Drehzahl-Sollsignal, das bei 16 abgegriffen wird, mit dem vom Tachogenerator 13 gegebenen Signal- Ein
in der Schaltung 19 verstärktes Ausgangssignal steuert automatisch den Kraftstoffregler 20 der Antriebsmaschine 1,xun
eine konstante Drehzahl der Maschine einzuhalten.

Die Schaltungen nach den Fig. 1 und 2 können als kombinierter Schaltkreis ausgebildet sein, der wahlweise zwischen der Arbeitsweise mit vorgegebener Solldrehzahl (Fig* 1) oder für
ein Arbeiten mit vorgegebener Drehmomenten-Sollzahl (fig. 2) umschaltbar ist.

Ein Verfahren zur Kompensierung der Verluste der Gleich—
Strommaschinen und zur Durchführung der notwendigen Korrekturen des Ankerstromsignals wird im nachstehenden beschrieben. Das Antriebsdrehmoment in der Welle eines liebenschlußgleichstromgenerators kann in folgende Komponenten zerlegt werden:

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1. k. I 1 , wobei | der magnetische Hauptfluß ist, der die

i Konstante.

Ankerwicklung durchsetzt, I der Ankerstrom und k. eine

3. 1

2. kpW Drehmomentverluste aufgrund von keibung und Luftreibung für eine zwangsbelüftete Maschine mit getrennt angetriebenem Lüfter, worin N die Motordrehzahl und kp eine Konstante ist.

5. k, f~N Die gesamten Msenverluste, wobei k, eine Konstante ist.

4. k^I Die Streuverluste, worin k. eine Konstante ist.

Ls ist bekannt, daß beim Anwachsen des Ankerstroms das durch diesen Strom erzeugte Magnetfeld den magnetischen Fluß schwächt. Durch diesen Effekt, die Ankerrückwirkung, wird die erste Komponente wie folgt modifiziert:

kl - k.I , worin k wiederum eine Konstante ist.

Die Gleichung für das Drehmoment T ergibt sich damit für einen Gleichstromnebenschlußgenerator wie folgt:

^T - Va - Va ^{+ k}2* ^{+ k}3 ** ⁺ Va "

Ein Schaltkreis zum kontinuierlichen Berechnen dieser Verlustgleichungen und deren Summieren zur Erzeugung eines Signals, das in genauer Beziehung z-um wahren Drehmoment steht, das von der Antriebsmaschine abgegeben wird, ist in Fig. 3 dargestellt. Die Schaltung nach Fig. 3 ist die Schaltung im Block 12, Drehmomentenrechner, in den Fig. 1 und 2.

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Ein Signal, das proportional dem Ankerstrom ist, wird an die Klemmen 21 angelegt. Die Konstanten k und k. in der vorstellenden Drehmomentengleichung sind voreingestellt durch Potentiometer K und K^. Damit sind die Signale, die in die Verstärker 4 bzw. 6 eingespeist werden, kl und k.,1 . Das Ankerstromsignal, das bei 21 anliegt, wird weiter einem Verstärker 22 zugeleitet, in dem das Signal nach Größe und Vorzeichen so angepaßt wird, daß es in den Multiplizierer 23 eingegeben werden kann. Der Multiplizierer 23 ist so geschaltet, daß das Ausgangssignal, das dem Potentiometer K. zugeleitet wird, proportional I ist. Die Konstante k,. wird

81 ι

durch das Potentiometer K. eingestellt und dem Verstärker 24 zugeführt. Der Wert k_pN wird abgeleitet vom Potentiometer K₂, der von einem nicht umkehrenden Drehzahlsignal 29 gespeist wird, das bei 28 anliegt. Das Signal N kann von irgendeinem Drehzahlmeßsystem abgeleitet werden, mit dem ein Gleichstromsignal erzeugbar ist, das proportional der Drehzahl der Gleichstrommaschine ist. Das Signal kpN wird direkt einem Ausgangssummenverstärker 26 zugeführt. Das Drehzahlsignal 29 wird weiter einem Vorzeichenumkehrverstärker 27 zugeleitet, dessen Ausgang an einem Multiplizierer 28 angeschlossen ist. Dieser Multiplizierer 28 ist so geschaltet, daß in ihm die Quadratwurzel gezogen wird. Das Signal, das von dem Potentiometer K^ abgegeben wird, ist damit k^N, das Potentiometer K, ist dabei so eingestellt, daß es die Konstante k, erzeugt. Bei Kenntnis der Verlustkennlinien einer bestimmten Gleichstrommaschine können die Konstanten in dem Schaltkreis unter Verwendung der Potentiometer K bis K^ eingestellt werden. Die resultierenden Ergebnisse summiert durch den Verstärker 26 erzeugen ein Signal am Ausgang, das proportional dem wahren Drehmoment der Antriebswelle ist. Wenn die elektrische Maschine als Generator wirkt,

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entspricht die Drehmomentengleichung der vorstehenden. Wenn die Maschine jedoch als Motor wirkt, sind die Vorzeichen der Begriffe k_oN, k_xM und k. I umgekehrt. Statt dessen können

<- 0 τ· a 2

auch die Vorzeichen der Begriffe kl und k^I umgekehrt

O 81 IQ.

werden, so daß sich statt dessen das Vorzeichen der Anzeige des gesamten kompensierten Drehmomentes ändert. Dies wird durch die Schalter 30 und 31 bewirkt. Wenn der Schalter 30 geschlossen und der Schalter 31 geöffnet ist, wird das Ausgangssignal vom Eingang des Vorzeichenumkehrungsverstärkers 25 abgeleitet. Wenn der Schalter 31 geschlossen und der Schalter 30 geöffnet ist, wird das Ausgangssignal vom Auslaß des Verstärker 25 abgeleitet, der ein Vorzeichen gibt, das umgekehrt dem Vorzeichen seines Eingangs ist. Auf diese Weise kann ein kompensiertes Drehmomentensignal sowohl für den Motor als auch für den Generatorbetrieb srzeugt werden.

Im vorstehenden sind unter Bezug auf Fig. 3 nur die wesentlichen Komponenten beschrieben. Die in der Schaltung dargestellten Widerstände wirken in üblicher Weise und ihre Werte lassen sich ohne weiteres in Abhängigkeit von den jeweils verwendeten Bauelementen festlegen.

Die Multiplizierer 23 und 28 und die Verstärker sind vom Festkörpertyp. Es könnten aber ebenso Potentiometer, Servo-Multiplizierer oder Röhrenmultiplizierer oder ähnliche Komponenten verwendet werden. Auch die Schalter 30 und 31 sind Halbleiterschalter. Es könnten aber auch elektromechanische Schalter vorgesehen werden. Die Entscheidung, welcher der Schalter zu schließen ist, wird durch Detektoren und logische Schaltkreise getroffen, die die Polarität des Ausgangssignals des Drehzahlabweichungsverstarkers 9 in Fig. 1 oder den Auslaß des Drehmomentenabweichungsverstärkers 9¹ nach Fig. 2 fest-

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stellen und damit die Brehrichtung der Gleichstrommaschine.

Die Schaltungen in den Figuren sind für elektrische Gleichstrominaschinen ausgelegt. Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in gleicher Weise mit einer elektrischen Wechselstrommaschine realisierbar. In diesem Fall muß für den Drehmomentenrechner 12 ein zusätzliches Eingangssignal bereitgestellt werden, das abgeleitet ist von der Ist-Spannung und Ist-Frequenz der Maschine.

Die Eingangssignale für den Drehmomentenreehner sind bei den besprochenen Ausführungsbeispielen Analogsignale. Die Schaltungen können unter Verwendung von Mikroprozessoren so modifiziert werden, daß auch eine digitale Steuerung des Drehmomentenrechners möglich ist.

Zusätzlich zu den unter Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschriebenen Möglichkeiten besteht eine dritte Möglichkeit, das Verfahren durchzuführen, und zwar als Kombination der beiden beschriebenen Möglichkeiten. Diese dritte Möglichkeit besteht darin, die Drehzahl der Maschine in Abhängigkeit von einem Drehzahl-Istwert zu steuern, während der Kraftstoffregler der Antriebsmaschine verwendet wird, um das Drehmoment zu steuern. Die Schaltung dieser Anordnung ist im wesentlichen die gleiche, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, ausgenommen, daß zusätzlich die Steuerung 20 des Kraftstoffreglers wie in Fig. 2 mit dem Schaltkreis 19 für die Betätigung des Kraftstoffreglers verbunden ist, wie gleichfalls in Fig. 2 dargestellt ist. Der Schaltkreis 19 erhält dabei ein Eingangssignal vom Auslaß des Drehmomentenreglers 12 anstatt vom Tachogenerator 3 und zusätzlich ein Eingangssignal von dem Drehmomenten-Istwertgeber 1Ö, wie in i'ig. 2 dargestellt.

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Das Verfahren und die Vorrichtung zum Prüfen von Antriebsmaschinen gemäß der Erfindung hat gegenüber bekannten Prüftechniken folgende Vorteile.

Es wird der maximal mögliche Anteil der von der Antriebsmaschine abgegebenen Leistung wiedergewonnen und als elektrische Energie an eine Wechselspannungsstromversorgung abgegeben, und zwar automatisch synchron hinsichtlich Spannung, Phasenlage und Frequenz mit dem Netz.

Die Vorrichtung kann mit Mitteln, die kompatibel sind mit modernen elektronischen Steuertechniken, zur Aufnahme unterschiedlicher Leistungen bei beliebigen Drehzahlen der Antriebsmaschine oder der elektrischen Maschine innerhalb des Bereiches der Vorrichtung, angepaßt werden.

Es brauchen keine äußeren Teile einer Bremse vorgesehen werden, die auf Lagern gelagert ist, um eine beschränkte Winkeldrehung für die Drehzahlmessungen zu ermöglichen,oder für einen auf der Welle montierten Drehmomentenübertrager.

Ls braucht keine spezielle Wasserversorgung vorgesehen werden, wie sie für Bremsdynamometer erforderlich sind, die mit hydraulischer Bremsung arbeiten.

Die Vorrichtung kann dazu benutzt werden, sowohl ein Antriebs— drehmoment als auch ein Bremsdrehmoment zu erzeugen. Die Vorrichtung kann also dazu verwendet werden, die Antriebsmaschine anzulassen, falls diese nicht selbststartend ist, oder aber die Maschine bis zu hohen Drehzahlen durchzudrehen, um die Reibungsverluste zu bestimmen.

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Claims

Ansprüche

Verfahren zum Prüfen einer Antriebsmaschine mit einer Leistung abgebenden Welle durch Kupplung der haschinenwelle mit einem Dynamometer, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenwelle mit dem Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine gekuppelt wird, die alternativ als Motor oder Generator betreibbar ist, daß die Anschlußklemmen der elektrischen Maschine mit den Leitern einer elektrischen Stromversorgung verbunden werden, aus der elektrischer Strom durch die Maschine aufgenommen wird, wenn diese als Motor arbeitet, und in die elektrischer Strom durch die Maschine eingespeist wird, wenn die Maschine als Generator arbeitet, daß die Anschlußklemmen der elektrischen Maschine und die Leiter der elektrischen Stromversorgung über einen Stromrichter verbunden werden, die Bauelemente vom Halbleitertyp aufweisen, die alternativ so betrieben werden, daß entweder von der Maschine abgegebener Strom umgewandelt wird in eine Form, die kompatibel mit der elektrischen Stromversorgung ist oder der von der Stromversorgung bereitgestellte Strom in eine Form gewandelt wird, die mit der elektrischen Maschine kompatibel ist, daß der Stromrichter so gesteuert wird, daß die elektrische Maschine an die Welle der Antriebsmaschine entweder ein gesteuertes Antriebsdrehmoment abgibt, oder auf diese Welle durch ein gesteuertes Bremsdrehmoment einwirkt, wobei das gesteuerte Drehmoment jeweils errechnet und gemessen wird.

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2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit der Welle der Antriebsmaschine (1) kuppelbare rotierende elektrische Maschine (2), die alternativ als Motor oder Generator betreibbar ist, durch steuerbare Stromrichter, mit denen die Gleichstrommaschine mit einer elektrischen Wechselstromquelle verbindbar ist, Mittel zur Messung der Drehzahl und des Drehmomentes sowie Mittel zur Errechnung des wahren Drehmomentes unter Berücksichtigung der Verluste der elektrischen Maschine.

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende elektrische Maschine (2) ein Gleichstrommotor-Generator ist und als Stromrichter eine Stromrichterbrücke (5) mit Leistungsbauelementen vom Halbleitertyp vorgesehen ist, die an ein Wechselstromnetz anschaltbar ist und sowohl als steuerbarer Wechselrichter als auch als steuerbarer Gleichrichter betreibbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine ein Asynchron- oder Synchron-Motor ist und als Stromrichter steuerbare Frequenzwandler vorgesehen sind.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsbauelement Thyristoren-Thyratrons, Transistoren, gittergesteuerte Quecksilberdampfgleichrichter oder gesteuerte Gleichrichter sind.

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-ίο. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel für die Errechnung und Messung des tatsächlichen Drehmomentes einen elektronischen Rechner aufweisen mit Einlassen für istwertabhängige Signale wenigstens der Drehzahl der Maschine und des Stromflusses, wobei die Schaltung einstellbare Schaltkomponenten für die Einzelverluste der elektrischen Maschine aufweist, die einstellbar sind entsprechen den Kennlinien der Maschine, wobei die jeweiligen Istwerte des wahren Drehmomentes unter Berücksichtigung der bekannten Verluste berechnet werden, und daß weiter eine Anzeigevorrichtung für die modifizierten Drehzahlwerte vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung eine Trägheitsmomentenkompensationsschaltung (13) aufweist, über die die elektrische Maschine (2) im gleichen Maße wie die Antriebsmaschine (1) beschleunigt oder verzögert werden kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7₅ dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitskompensationsschaltkreis (13) mit Mitteln zum Differenzieren eines von der Ist-Drehzahl abhängigen Signales und zur Errechnung der Beschleunigung oder Verzögerung versehen ist und ein Ausgangssignal aus der errechneten Beschleunigung oder Verzögerung erzeugt,in Abhängigkeit von dem der Stromrichter steuerbar ist.

9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromrichter (5) so steuerbar ist, daß durch den Stromrichter die Drehzahl der Antriebsmaschine in Abhängigkeit von einem Drehzahl-Istwert-Signal (16) bei

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konstant eingestellter Brennstoffzufuhr gesteuert wird, in dem Strom von der Maschine durchgelassen wird, so daß die Maschine im Betrieb als Generator die Antriebsmaschine mit einem Drehmoment belastet, das so groß ist, daß die Drehzahl entsprechend der Solldrehzahl eingehalten wird, wobei das von der Antriebsmaschine bei dieser Drehzahl und konstanter Brennstoffzufuhr abgegebene Drehmoment durch Messung und Berechnung auf der Basis der Verlustkennlinie der elektrischen Maschine ermittelt wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromrichter (5) so betreibbar ist, daß das Drehmoment, das von der Antriebsmaschine auf die elektrische Maschine bei deren Betrieb als Generator abgegeben wird, in Abhängigkeit von einem Drehmomenten-Istwertsignal (18) gesteuert wird, wobei das Ist-Drehmoment bestimmt und kontinuierlich mit dem Soll-Drehmoment in einem Steuersystem verglichen wird, wobei die Drehzahl der Maschine durch gesonderte Mittel (19) gesteuert wird, die auf die Brennstoffsteuerung (20) der Antriebsmaschine wirken.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromrichter (5) so betreibbar ist, daß die Drehzahl der Antriebsmaschine in Abhängigkeit von einem Drehzahl-Sollwert-Signal (16) gesteuert wird, während die Brennstoffsteuerung (20) in Abhängigkeit von dem Drehmoment gesteuert wird, das die Antriebsmaschine bei der Drehzahl abgibt, und zwar festgelegt durch Messung und Berechnung, und daß das Drehmoment mit einem Drehmomenten-Sollwert-Signal (18) verglichen wird.

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