DE3935585A1 - Modellgestuetztes testsystem fuer elektrische maschinen/antriebe mit elektronischem drehzahlgeber ohne mechanische ankopplung - Google Patents

Modellgestuetztes testsystem fuer elektrische maschinen/antriebe mit elektronischem drehzahlgeber ohne mechanische ankopplung

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DE3935585A1
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Dieter Prof Dr Ing Filbert
Ekkehard Dr Ing Dreetz
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • 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
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines

Description

Beim Prüfen und in der Diagnose von elektrischen Maschinen/ Antrieben werden die Prozeßgrößen Strom, Spannung und Drehzahl gemessen und ausgewertet, um daraus Fehler in den Maschinen zu erkennen oder die Eigenschaften der Maschinen zu ermitteln.
In der klassischen Meßtechnik berechnet man daraus z. B. Leistungs­ kennwerte, Stromeffektivwert oder die Kennlinien. In der modell­ gestützten Meßtechnik /1/ wird das zu überprüfende System durch ein Modell repräsentiert, dessen Parameter man aus den o. g. Meß­ größen bestimmt. Dieser Ansatz hat gegenüber der klassischen Meß­ technik den Vorteil, daß man bei geeigneter Modellwahl und Anre­ gung auf eine Belastungseinrichtung verzichten kann und konstante, von den Identifizierungsbedingungen unabhängige Kenngrößen der Maschine erhält, die eine Fehlerbestimmung wesentlich vereinfachen.
Während die Meßgrößen Strom und Spannung immer einfach an den Zu­ leitungen abgegriffen werden können, muß für die Drehzahlerfassung ein Drehzahlgeber mechanisch an die Maschine angekoppelt werden. Eine Diagnose eingebauter Maschinen oder von Motoren, die ein vollständig geschlossenes Gehäuse haben, ist bisher nicht möglich.
Daher wird vorgeschlagen, bei Motoren, deren Strom oder Klemmen­ spannung der Drehzahl proportionale Oberschwingungen aufweist, die Drehzahl kontinuierlich mittels einer Phasenregelschleife aus dem Strom bzw. der Spannung zu ermitteln. Das Meßsignal wird an den Motorzuleitungen abgegriffen, so daß kein spezieller Geber mechanisch an den Motor angekoppelt werden muß. Dadurch kann auch bei eingebauten oder völlig geschlossenen Motoren auf einfache Weise deren Drehzahl ermittelt werden.
Um eine Funktion der Phasenregelschleife auch bei hoher dynami­ scher Belastung des Motors (schnelle Drehzahländerung) oder Wech­ selstromsteller- bzw. Wechselrichterbetrieb zu gewährleisten, ist eine Erweiterung der Phasenregelschleife auf die in Bild 1 darge­ stellte und im Patentanspruch 2 beschriebene Anordnung notwendig.
/1/ E. Dreetz, K. Metzger, D. Filbert
"Ein rechnergestütztes Prüfsystem für elektrische Kleinmotoren" Qualität und Zuverlässigkeit 31 (1986) Heft 11, München.
Legende zu Bild 1
1 Meßwiderstand R1 für den Motorstrom
2 Vorverstärker
3 Tiefpaß, Grenzfrequenz fg = 50 Hz
4 Bandpaß, untere Grenzfrequenz fgu = fRotmin (minimale Rotorfrequenz · Lamellen-/Nutenanzahl), obere Grenzfrequenz fgo = fRotmax (maximale Rotorfrequenz · Lamellen-/Nutenanzahl)
5 Schmitt-Trigger
6 Multiplizierer
7 Multiplizierer (Phasendiskriminator)
8, 11 Tiefpaß, Grenzfrequenz fg = ½ πτ. τ bezeichnet die mechanische Systemzeitkonstante des Motors. Beim Anlegen der Nennspannung erreicht der Motor/Antrieb nach der Zeit τ 63% der Leerlauf- /Nenndrehzahl.
9 VCO, spannungsgesteuerter Oszillator
10 digitaler, frequenzselektiver Phasendiskriminator, z. B. PD II in der integrierten Schaltung CD 4046
12 Frequenz-/Spannungswandler
fN Ausgangssignal drehzahlproportionale Frequenz
UN Ausgangssignal drehzahlproportionale Spannung
Der Demodulator umfaßt die Baugruppen 3, 5 und 6, Regelkreis 1 die Baugruppen 7, 8 und 9 und Regelkreis 2 die Baugruppen 9, 10 und 11.

Claims (2)

1. Kontinuierliche elektronische Drehzahlerfassung in einem Motorprüf- oder -diagnosesystem.
Der Patentanspruch erstreckt auf die Anwendung einer Anordnung nach Bild 1 zur kontinuierlichen elektronischen Erfassung der Drehzahl von Elektromaschinen in einem modellgestützten Motor­ prüf- oder -diagnosesystem. Die Anordnung ist dadurch gekennzeich­ net, daß mittels einer Phasenregelschleife aus den Drehzahlharmo­ nischen im Motorstrom oder in der Klemmenspannung (verursacht durch Kommutator bzw. Läufernutung) ein Signal aufbereitet wird, dessen Frequenz der Motordrehzahl proportional ist (Regelkreis 1) und somit die mechanische Ankopplung eines herkömmlichen Drehzahl­ gebers überflüssig macht. Nebenansprüche
2. Kontinuierliche elektronische Drehzahlerfassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Kurvenform des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators in Bild 1 (VCO) der Kurvenform des Eingangssi­ gnals der Phasenregelschleife (Punkt A) angepaßt wird.
  • - zur Frequenzsynchronisation eine weitere, frequenzselektive digitale Phasenregelschleife (Regelkreis 2) vorgesehen wird. Zunächst wirkt diese digitale Phasenregelschleife und führt das VCO-Ausgangssignal an die zu messende Drehzahl heran.
    Unterschreitet der Regelfehler eine vorgegebene Schwelle, so wird auf die oben beschriebene Anordnung (Regelkreis 1) um­ geschaltet.
  • - bei Wechselstromanwendungen ein (AM)-Demodulator vorgeschal­ tet wird, der jede zweite Stromhalbwelle invertiert.
  • - um eine drehzahlproportionale Spannung zu erhalten, kann dem Oszillator ein Frequenz-/Spannungswandler nachgeschaltet werden.
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