DE3536227A1 - Method and device for measuring the rpm on a rotating field machine - Google Patents

Method and device for measuring the rpm on a rotating field machine

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    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
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Abstract

The invention relates to a method and a device for measuring the rpm of a rotating field machine (1). In order to permit, in a particularly easy manner, accurate measurement of the rpm until the motor (1) comes to a standstill, at at least one phase connection terminal (4) of the rotating field machine (1), the voltage present there is detected and a display variable corresponding to the rpm is produced as a function of the frequency of this voltage. The corresponding device for carrying out this method contains a voltage transformer (5) which is connected to the phase connection terminal (4) of the rotating field machine (1); a square-wave pulse shaper (10) is arranged downstream of the voltage transformer (5) and a frequency measuring device (15) is connected to the output (14) of the square wave pulse shaper (10). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Dreh­ zahl einer Drehfeldmaschine; die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for measuring the rotation number of an induction machine; the invention further relates to an apparatus for performing this method.

Es ist bekannt, zur Messung der Drehzahl von elektrischen Maschinen und damit auch von Drehfeldmaschinen an diesen Drehzahlgeber, wie z. B. Tachogeneratoren, anzubringen. Der­ artige Drehzahlgeber sind jedoch wartungsintensiv und in rauher Umgebung störanfällig; zudem kann die Anbringung eines Drehzahlgebers mit konstruktiven Problemen verbun­ den sein, wenn der Aufbau des Motors eine Anbringung des Drehzahlgebers erschwert.It is known to measure the speed of electrical Machines and thus also of induction machines on these Speed sensor, such as. B. Tachogenerators to install. The like speed sensors are maintenance-intensive and in harsh environment prone to interference; the attachment can also of a speed sensor with design problems be when the structure of the engine is an attachment of the Speed sensor difficult.

Aus der DE-PS 26 20 992 ist eine Drehfeldmaschine be­ kannt, die aus einem steuerbaren Stromrichter gespeist wird, wobei die Drehzahl der Drehfeldmaschine durch die Frequenz des Stromrichters vorgegeben ist. Zur Regelung der Drehzahl werden die an den Phasenanschlußklemmen der Drehfeldmaschine anliegenden Spannungen über eine Trans­ formationsschaltung einem nachgeordneten Vektordreher zugeführt, der einen Steuerspannungsvektor zur Steuerung der Ventile des Stromrichters erzeugt. Eine Messung der Drehzahl ist jedoch nicht vorgesehen, zumal die Drehzahl der Drehfeldmaschine durch die Frequenz des Stromrichters fest vorgegeben ist, solange die Drehfeldmaschine von dem Stromrichter gespeist wird und ihm zusätzlich ein Erreger­ gleichstrom zugeführt wird. Bei einer Abschaltung der Drehfeldmaschine oder bei einem Netzausfall entfällt die Drehzahlregelung, so daß keine Aussage über die Dreh­ zahl der Drehfeldmaschine bis zum Erreichen des Still­ standes möglich ist.From DE-PS 26 20 992 is a three-phase machine be knows that fed from a controllable converter is, the speed of the induction machine by the Frequency of the converter is specified. For regulation the speed will be that at the phase terminals of the Three-phase machine applied voltages via a trans formation circuit a downstream vector rotator fed a control voltage vector for control of the converter valves. A measurement of the However, speed is not provided, especially the speed of the induction machine by the frequency of the converter is fixed as long as the induction machine from the Power converter is fed and an additional exciter direct current is supplied. If the  Three-phase machine or in the event of a power failure the speed control, so that no statement about the rotation number of the induction machine until it reaches still is possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das unabhängig von der Speisung der Drehfeld­ maschine eine genaue Messung der Drehzahl bis zum Still­ stand des Motors auf besonders einfache Weise ermöglicht. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.The invention has for its object a method specify that regardless of the supply of the rotating field machine an exact measurement of the speed up to the silence state of the engine in a particularly simple manner. The invention is also based on the object Specify device for performing this method.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung an mindestens einer Phasenanschlußklemme der Drehfeldmaschine die dort anstehende Spannung erfaßt; weiterhin wird in Ab­ hängigkeit von der Frequenz dieser Spannung eine der Dreh­ zahl entsprechende Anzeigegröße erzeugt.To solve this problem, according to the invention at least one phase connection terminal of the induction machine detects the voltage there; continues in Ab dependence on the frequency of this voltage one of the rotation number generated corresponding display size.

Die Erfindung nutzt auf vorteilhafte Weise die Remanenz der Drehfeldmaschine, die auch nach Abschaltung des Erre­ gerstromes noch eine geringe Spannung in den Phasenwick­ lungen der Drehfeldmaschine induziert; wobei die indu­ zierte Spannung auch nach Abbau des magnetischen Flusses in der Drehfeldmaschine noch bis zu 3% der Spannung im Nennbetrieb des Motors betragen kann. Die Frequenz der induzierten Spannung ist bis zum Stillstand der auslau­ fenden Drehfeldmaschine zu seiner Drehzahl proportional. Diese Spannung wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren an mindestens einer Phasenanschlußklemme der Drehfeld­ maschine zur Erzeugung der drehzahlproportionalen Anzeige­ größe erfaßt, ohne daß zusätzliche konstruktive Eingriffe an den rotierenden Teilen des Motors, wie z. B. bei An­ bringung eines Drehzahlgebers, erforderlich sind.The invention advantageously uses remanence the induction machine, even after switching off the Erre low current in the phase winding lungs of the induction machine induced; the indu graced voltage even after the magnetic flux is reduced up to 3% of the voltage in the induction machine Nominal operation of the engine can be. The frequency of the induced voltage is to standstill until the standstill The induction machine is proportional to its speed. This voltage is determined by the method according to the invention at at least one phase connection terminal of the rotating field machine for generating the speed proportional display size recorded without additional design intervention on the rotating parts of the engine, such as. B. at An bring a speed encoder, are required.

Die an der mindestens einen Phasenanschlußklemme der Drehfeldmaschine abgegriffene Spannung kann die entspre­ chende Leiterspannung oder die verkettete Spannung zwischen der Phasenanschlußklemme und einer weiteren Phasenanschlußklemme der Drehfeldmaschine sein. Da ein Sternpunkt nicht immer zur Verfügung steht und die ver­ kettete Spannung eine größere Spannungsamplitude als die Leiterspannung aufweist, wird bevorzugt die verkettete Spannung erfaßt.The at the at least one phase connection terminal The voltage of the induction machine can correspond to this appropriate conductor voltage or the linked voltage  between the phase connector and another Phase connector of the induction machine. There a Star point is not always available and the ver chained a larger voltage amplitude than that Has conductor voltage, the chained is preferred Voltage detected.

Bei einer vorteilhaften Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Drehzahlmessung ist an der Phasenanschlußklemme der Drehfeldmaschine eine Span­ nungswandler angeschlossen; dem Spannungswandler ist ein Rechteckimpulsformer nachgeordnet, an dessen Ausgang eine Frequenzmeßeinrichtung angeschlossen ist. Der Rechteck­ impulsformer bildet aus der Spannung an dem Ausgang des Spannungswandlers eine rechteckförmige Spannungsimpuls­ folge, deren Amplitude unabhängig von der jeweils momen­ tanen Spannungsamplitude der in der Drehfeldmaschine in­ duzierten Spannung ist, so daß eine fehlerfreie Frequenz­ messung durch die Frequenzmeßeinrichtung gewährleistet ist; die von der Frequenzmeßeinrichtung gemessene Fre­ quenz der rechteckförmigen Spannungsimpulsfolge ist dabei proportional zu der momentanen Drehzahl der Drehfeldma­ schine.In an advantageous device for performing the The inventive method for speed measurement is on the phase connection terminal of the induction machine a chip voltage converter connected; the voltage converter is a Rectangular pulse shaper downstream, at the output of one Frequency measuring device is connected. The rectangle pulse former forms from the voltage at the output of the Voltage converter a rectangular voltage pulse follow, whose amplitude is independent of the moment tanen voltage amplitude in the induction machine in is induced voltage, so that an error-free frequency measurement guaranteed by the frequency measuring device is; the Fre measured by the frequency measuring device is the square of the rectangular voltage pulse train proportional to the current speed of the rotating field dimension seem.

Als Frequenzmeßeinrichtung kann beispielsweise ein Fre­ quenzzähler Verwendung finden. Ein besonders einfacher Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dadurch erreicht, daß die Frequenzmeßeinrichtung einen Frequenz- Spannung-Umsetzer und einen nachgeordnete Spannungsmeß­ einrichtung, beispielsweise ein Zeigerinstrument, ent­ hält.For example, a fre find a counter. A particularly simple one The construction of the device according to the invention is thereby achieved that the frequency measuring device a frequency Voltage converter and a downstream voltage measurement device, for example a pointer instrument holds.

Der Rechteckimpulsformer ist vorteilhafterweise über einen Kondensator mit der Sekundärwicklung des Spannungs­ wandlers verbunden. Aufgrund dieser kapazitiven Kopplung wird eine Verminderung von Störeinflüssen erreicht, die insbesondere nach dem Abschalten der Drehfeldmaschine in Form einer der zu erfassenden induzierten Spannung an den Phasenanschlußklemmen der Drehfeldmaschine überlagerten Rauschspannung auftreten.The rectangular pulse shaper is advantageously over a capacitor with the secondary winding of the voltage transducer connected. Because of this capacitive coupling a reduction in interferences is achieved which  especially after switching off the induction machine in Form one of the induced voltage to be detected on the Phase connection terminals of the induction machine were superimposed Noise voltage occur.

Um bei der Erzeugung der rechteckförmigen Spannungsimpuls­ folge aus der Spannung an der Sekundärwicklung des Span­ nungswandlers eine besonders geringe Schalthysterese zu gewährleisten, enthält der Rechteckimpulsformer vorteil­ hafterweise einen Operationsverstärker, der zusammen mit einem Eingangswiderstand und einem Rückkopplungswider­ stand als hochverstärkender Differenzverstärker geschal­ tet ist.In order to generate the rectangular voltage pulse follow from the voltage on the secondary winding of the chip a particularly low switching hysteresis ensure, the rectangular pulse shaper contains advantage surely an op amp that works with an input resistor and a feedback resistor stood as a high-gain differential amplifier is.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung dargestellt;To explain the invention, a preferred embodiment of the device according to the Invention is shown in FIG. 1;

Fig. 2 zeigt in einem Diagramm die Spannungsverläufe an zwei in Fig. 1 bezeichneten Schaltungspunkten. FIG. 2 shows a diagram of the voltage profiles at two circuit points designated in FIG. 1.

Fig. 1 zeigt eine Drehfeldmaschine 1, die über drei Pha­ senanschlußklemmen 2, 3 und 4 an einem nicht dargestell­ ten dreiphasigen Drehstromnetz angeschlossen ist. An den mit 3 und 4 bezeichneten Phasenanschlußklemmen ist ein Spannungswandler 5 mit seiner Primärwicklung 6 angeschlos­ sen. Die Sekundärwicklung 7 des Spannungswandlers 5 ist an einem Ende mit einem Masseanschluß der Vorrichtung verbunden und steht an ihrem anderen Ende über einen Kondensator 8 mit einem Eingang 9 eines Rechteckimpuls­ formers 10 in Verbindung. Der Rechteckimpulsformer 10 besteht aus einem Differenzverstärker mit einem Operations­ verstärker 11, dessen invertierender Eingang (-) über einen Eingangswiderstand 12 mit dem Eingang 9 des Recht­ eckimpulsformers 10 verbunden ist und über einen Rückkopp­ lungswiderstand 13 mit dem Ausgang des Operationsverstär­ kers 11 verbunden ist; der Ausgang des Operationsverstär­ kers bildet zugleich den Ausgang 14 des Rechteckimpuls­ formers 10. Der nichtinvertierende Eingang (+) des Opera­ tionsverstärkers 11 ist mit dem Masseanschluß verbunden. Der Verstärkungsfaktor des den Rechteckimpulsformer 10 bildenden Differenzverstärkers entspricht dabei dem Ver­ hältnis des Rückkopplungswiderstandes 13 zu dem Eingangs­ widerstand 12 und ist bevorzugt in der Größenordnung von etwa 1000 gewählt. Dem Rechtimpulsformer 10 ist ausgangs­ seitig eine Frequenzmeßeinrichtung 15 nachgeordnet, die einen Frequenz-Spannungs-Umsetzer 16 mit einer an seinem Ausgang liegenden Spannungsmeßeinrichtung 17 enthält. Mit u 1 und u 2 sind die Spannungen an der Sekundärwicklung 7 des Spannungswandlers 5 und an dem Ausgang 18 des Recht­ eckimpulsformers 10 bezeichnet. Fig. 1 shows a three-phase machine 1 , which is connected via three phase connection terminals 2 , 3 and 4 to a three-phase network (not shown). At the designated with 3 and 4 phase terminals, a voltage converter 5 with its primary winding 6 is ruled out. The secondary winding 7 of the voltage converter 5 is connected at one end to a ground connection of the device and is connected at its other end via a capacitor 8 to an input 9 of a rectangular pulse former 10 . The rectangular pulse shaper 10 consists of a differential amplifier with an operational amplifier 11 , the inverting input (-) is connected via an input resistor 12 to the input 9 of the rectangular pulse generator 10 and via a feedback resistor 13 is connected to the output of the operational amplifier 11 ; the output of the operational amplifier also forms the output 14 of the rectangular pulse former 10 . The non-inverting input (+) of the operational amplifier 11 is connected to the ground connection. The gain factor of the rectangular pulse shaper 10 forming differential amplifier corresponds to the ratio of the feedback resistor 13 to the input resistor 12 and is preferably selected in the order of approximately 1000. The right-hand pulse shaper 10 is followed on the output side by a frequency measuring device 15 , which contains a frequency-voltage converter 16 with a voltage measuring device 17 located at its output. With u 1 and u 2 , the voltages at the secondary winding 7 of the voltage converter 5 and at the output 18 of the right corner pulse shaper 10 are designated.

Fig. 2 zeigt die zeitlichen Verläufe der Spannung u 1 und u 2. Der Verlauf der Spannung u 1 entspricht dem Verlauf der verketteten Spannung zwischen den Phasenanschlußklem­ men 3 und 4 der Drehfeldmaschine 1. Zum Zeitpunkt T wird die Drehfeldmaschine 1 von dem speisenden Drehstromnetz und von der Erregung abgeschaltet. Während sich daraufhin der magnetische Fluß in der Drehfeldmaschine 1 abbaut, sinkt die induzierte Spannung an den Phasenanschlußklem­ men 3 und 4 bis auf einen durch die verbleibende magneti­ sche Remanenz induzierten Spannungswert. Die Verstärkung des den Rechteckimpulsformer 10 bildenden Differenzver­ stärkers ist so hoch gewählt, daß auch bei der durch die Remanenz induzierten Spannung in der Drehfeldmaschine 1 die Spannung an dem Eingang 9 des Rechteckimpulsformers 10 ausreichend groß ist, um den Operationsverstärker 11 in die Sättigung zu steuern und so eine rechteckförmige Spannungsimpulsfolge zu erzeugen. Fig. 2 shows the waveforms of the voltage u 1 and u 2. The profile of the voltage u 1 corresponds to the profile of the chained voltage between the phase connection terminals 3 and 4 of the induction machine 1 . At time T , the induction machine 1 is switched off from the three-phase supply system and from the excitation. While then degrades the magnetic flux in the induction machine 1, the induced voltage at the Phasenanschlußklem decreases men 3 and 4 except for a specific by the remaining remanence magneti induced voltage value. The amplification of the rectangular pulse shaper 10 differential amplifier is chosen so high that even at the voltage induced by the remanence in the induction machine 1, the voltage at the input 9 of the rectangular pulse shaper 10 is sufficiently large to control the operational amplifier 11 into saturation and to generate a rectangular voltage pulse train.

Claims (5)

1. Verfahren zur Messung der Drehzahl einer Drehfeldma­ schine (1), dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer Phasenanschlußklemme (4) der Dreh­ feldmaschine (1) die dort anstehende Spannung erfaßt wird und daß in Abhängigkeit von der Frequenz dieser Spannung eine der Drehzahl entsprechende Anzeigegröße erzeugt wird.1. A method for measuring the speed of a Drehfeldma machine ( 1 ), characterized in that the voltage present there is detected on at least one phase connection terminal ( 4 ) of the rotary field machine ( 1 ) and that one of the speed corresponding to the frequency of this voltage Display size is generated. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Phasenanschlußklemme (4) der Drehfeldmaschine (1) ein Spannungswandler (5) angeschlossen ist, daß dem Spannungswandler (5) ein Rechteckimpulsformer (10) nach­ geordnet ist und daß an dem Ausgang (14) des Rechteckim­ pulsformers (10) eine Frequenzmeßeinrichtung (15) ange­ schlossen ist.2. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that a voltage converter ( 5 ) is connected to the phase connection terminal ( 4 ) of the induction machine ( 1 ), that the voltage converter ( 5 ) is a rectangular pulse shaper ( 10 ) and that at the output ( 14 ) of the rectangular pulse former ( 10 ) a frequency measuring device ( 15 ) is connected. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzmeßein­ richtung (15) einen Frequenz-Spannungs-Umsetzer (16) und eine nachgeordnete Spannungsmeßeinrichtung (17) enthält.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the frequency measuring device ( 15 ) contains a frequency-voltage converter ( 16 ) and a downstream voltage measuring device ( 17 ). 4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechteckimpulsformer (10) über einen Kondensator (8) mit der Sekundärwicklung (7) des Spannungswandlers (5) ver­ bunden ist.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rectangular pulse shaper ( 10 ) via a capacitor ( 8 ) with the secondary winding ( 7 ) of the voltage converter ( 5 ) is connected ver. 5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechteckimpulsformer (10) einen Operationsverstärker (9) enthält, der zusammen mit einem Eingangswiderstand (12) und einem Rückkopplungswiderstand (13) als hochverstär­ kender Differenzverstärker geschaltet ist.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rectangular pulse shaper ( 10 ) contains an operational amplifier ( 9 ) which is connected together with an input resistor ( 12 ) and a feedback resistor ( 13 ) as a highly amplifying differential amplifier.
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