DE598891C

DE598891C - Verfahren und Einrichtung zur selbsttaetigen unmittelbaren Messung des Gesamtverlustes und der charakteristischen Werte von elektrischen Maschinen mit umlaufender Bewegung

Info

Publication number: DE598891C
Application number: DEF70905D
Authority: DE
Original assignee: ALBERT FONO DR ING
Current assignee: ALBERT FONO DR ING
Priority date: 1931-05-01
Filing date: 1931-05-01
Publication date: 1934-06-20

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
20. JUNI 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVl 598 KLASSE 21 d ³ GRUPPE

F 70905 VIIIb/2id^s Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: 31. Mai 1934

©r.-3ttg. Albert Fono in Budapest

Patentiert im Deutschen Reiche vom 1. Mai 1931 ab

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur selbsttätigen unmittelbaren Messung" des Gesamtverlustes und der charakteristischen Werte von elektrischen Maschinen mit umlaufender Bewegung und beruht auf folgenden Überlegungen:

Bekanntlich hängt die Beschleunigungsleistung einer elektrischen Maschine mit umlaufender Bewegung von der Umdrehungszahl

to ab. Es ist eine weitere Tatsache, daß die Zunahme der Umdrehungszahl von der Beschleunigungsleistung abhängt. Aus diesen beiden Tatsachen folgt, daß die Zunahme der Umdrehungszahl von der Umdrehungszahl abhängig ist.

In ähnlicher Weise hängt von der Verzögerungsleistung die Abnahme der Umdrehungszahl ab, und es ist ferner die Verzögerungsleistung von der Umdrehungszahl abhängig.

Zufolge dessen ist auch die Abnahme der Umdrehungszahl von der Umdrehungszahl abhängig.

Die Erfindung ist nun auf die an dritter Stelle genannten Tatsachen aufgebaut, näm-Hch daß die Zunahme bzw. die Abnahme der Umdrehungszahl von der Umdrehungszahl abhängt. Die Kurven, welche die Zunahme und die Abnahme der Umdrehungszahl als Funktion der Umdrehungszahl angeben, sind für die untersucht? Maschine für eine gegebene Stromform und Spannung kennzeichnend.

Eine weitere Tatsache ist, daß der Gesamtverlust der Unterschied zwischen aufgenommener elektrischer und abgegebener mechanischer Beschleunigungsleistung ist. Der Unterschied der beiden Leistungen ist die Summe der Verluste. Die aufgenommene elektrische Leistung kann durch bekannte Verfahren gemessen werden.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird nun auf Grund der obigen Überlegungen die abgegebene mechanische Leistung derart bestimmt, daß die elektrische Maschine als Motor geschaltet wird und während des Hochlaufens ohne äußere Belastung bei jeder Umdrehungszahl von der Vollast bis zur Leerlaufdrehzahl die Änderung der Geschwindigkeit, also die Beschleunigung gemessen wird. Hierdurch erhält man nach Berücksichtigung der Umdrehungszahl und des Trägheitmomentes bei jeder Umdrehungszahl die abgegebene Beschleunigungsleistung.

Um die Verluste zu trennen, welche sich, wie erwähnt, aus dem Unterschied der beiden Leistungen ergibt, wird ähnlich wie oben die zur Überwindung der Reibungswiderstände dienende Leistung derart bestimmt, daß während des Auslaufens nach der Abschaltung im unerregten Zustand bei jeder Umdrehungs-

zahl zwischen den oben angegebenen ,Grenzen die Verzögerungsleistung gemessen wird.

Während des Hochlaufens erreicht der Motor jene Umdrehungszahl, welche dem größten Drehzahlabf all, also der größten Belastung entspricht und nach dieser die sämtlichen Belastungen entsprechenden Umdrehungszahlen bis zum Leerlauf. Hierdurch ist es möglich, die abgegebene Beschleunigungsleistung während des Hochlaufens bei jeder Belastungsdrehzahl zu messen.

Bei Auslauf im unerregten Zustand durchläuft der Motor wieder alle diese Umdrehungszahlen. Dabei wird die in den Massen aufgespeicherte Arbeit ausschließlich zur Überwindung der Reibung benutzt.

Bei gleicher^ Umdrehungszahl ist die Reibung, welche während des Hochlaufens auftritt, von der Reibung, welche während des Auslaufens gemessen werden kann, praktisch nicht verschieden. Eine Abweichung wird nur durch die Verschiedenheit der Lagerreibung bedingt, welche die Folge einer etwaigen exzentrischen magnetischen Anziehung ist. Sie besitzt einen Wert, welcher im allgemeinen praktisch vernachlässigt werden kann.

Nachdem die Beschleunigung während des Hochlaufens verhältnisgleich mit der Beschleunigungsleistung und die Verzögerung während des Auslaufens verhältnisgleich mit der Leistung zur Überwindung der Reibung ist, gibt die Summe der beiden zur gleichen Umdrehungszahl gehörigen Werte eine Größe an, welche verhältnisgleich mit jener abgegebenen Leistung des Motors ist, welche von der elektrisch aufgenommenen Leistung nur um die elektrischen und magnetischen Verluste verschieden ist.

Die Beschleunigung bzAv. die Verzögerung stellen die Änderungen der Winkelgeschwindigkeit nach der Zeit dar. Die Umdrehungszahl kann als Spannung gemessen werden, und zwar beispielsweise mit einem Spannungsmesser der an die Klemmen einer mit der zu untersuchenden Maschine starr gekuppelten Gleichstrom-Drehzahldynamo gelegt wird.

Die Änderung der Umdrehungszahl nach der Zeit kann beispielsweise als Sekundärklemmenspannung eines Transformators gemessen werden, dessen Primärseite an die Klemmen der Gleichstrom-Drehzahldynamo geschaltet ist, so daß die Sekundärspannung der zeitlichen Veränderung der Primärspannung verhältnisgleich ist.

Es ist auch möglich, die zeitliche Änderung der Spannung durch andere Mittel zu erzeugen, beispielsweise durch einen Kondensator, dessen Ladestrom verhältnisgleich mit der zeitlichen Änderung der Spannung ist.

In dieser Weise erhält man elektrische Spannungen oder Ströme, welche dem Antriebs- bzw. Bremsmoment verhältnisgleich sind. Die Spannung an den Klemmen der Drehzahldynamo ist verhältnisgleich mit der Umdrehungszahl. Das Produkt der beiden, welches durch einen Leistungsmesser gemessen werden kann, ist also der Beschleunigungs- bzw. Reibungsverlustleistung verhältnisgleich.

Die Meßwerte während des Hochlaufens und Auslaufens können als Funktion der Umdrehungszahl durch einen entsprechenden Oszillographen aufgezeichnet werden. Auch können sämtliche charakteristischen Werte, welche von Interesse sind, als Funktion der Umdrehungszahl mittels desselben Oszillographen gleichzeitig aufgezeichnet werden. So können beispielsweise in Abhängigkeit von der Umdrehungszahl auf dieselbe lichtempfindliche Platte aufgezeichnet werden: die aufgenommene elektrische Leistung in KW, die Klemmenspannung des Motors in V, die Stromstärke in A und gegebenenfalls auch unmittelbar die Phasenverschiebung. Alle diese Werte können, beginnend von der der Höchstlast entsprechenden Umdrehungszahl, bis zur Leerlaufdrehzahl aufgenommen werden.

Um die Meßgenauigkeit zu vergrößern, kann gleich der Unterschied der aufgenommenen elektrischen und der abgegebenen Beschleunigungsleistung in vergrößertem Maßstab gemessen werden. Zu diesem Zweck soll auf eine gemeinschaftliche Instrumentenachse der bewegliche Teil des Leistungsmessers, welcher zur Anzeige der aufgenommenen elektrischen Leistung, und der des Leistungsmes- ' sers, welcher zur Anzeige der abgegebenen Beschleunigungsleistung dient, in der Weise aufgesetzt werden, daß die von beiden Teilen ausgeübten Drehmomente in entgegengesetztem Sinne wirken und gegen eine Feder drehen, welche dem Unterschied der beiden Drehmomente das Gleichgewicht hält.

Anstatt dessen kann auch das Lichtbündel, welches auf einen der beiden Leistungsmesserspiegel fällt, auf den zweiten zurückgeworfen werden, um die gleiche Wirkung zu erzielen.

Im Falle von Wechselstrom muß durch entsprechende Dämpfung der Instrumente dafür gesorgt werden, daß die Schwankungen der Meßwerte innerhalb einer Periode die Schärfe 'der Aufzeichnungen nicht ungünstig beeinflussen. Im Falle von Dreiphasenstrom ist keine Dämpfung erforderlich.

Die Verschiebung der lichtempfindlichen Platte in Richtung der Abszisse im Verhältnis zur Umdrehungszahl kann z. B. durch einen Elektromotor bewirkt werden, welcher ähnlich gebaut ist wie eine Drehzahldynamo, von der mit der zu untersuchenden Maschine

starr gekuppelten Drehzahldynamo gespeist wird und der sich gegen die Spannung einer Feder dreht.

Die Aufnahme erfolgt beispielsweise durch einen Mehrschleifenoszillographen, wobei eine Leistungsschleife die aufgenommene elektrische Leistung, je eine Instrumentenschleife die Spannung in Volt und die Stromstärke in Ampere und eine besondere Leistungsschleife

ίο die abgegebene Beschleunigungsleistung angibt.

Der obenerwähnte Leistungsmesser für die Beschleunigungsleistung liegt einerseits an den Klemmen der Gleichstrom-D rehzahldynamo, andererseits an den Sekundärklemmen des Transformators, dessen Primärseite an den Klemmen der Drehzahldynamo liegt. Während des Hochlaufens werden die Kurven I (aufgenommene elektrische Leistung) und II (abgegebene Beschleunigungsleistung) aufgenommen, welche in der Abbildung oberhalb der Abszissenachse aufgezeichnet sind. Nach dem Hochlaufen wird die Maschine abgeschaltet; während des Auslaufens arbeitet das Meßwerk der Kurve II weiter und zeichnet nun die Kurve III der mechanischen Reibungsverlustleistung unterhalb der Abszissenachse auf.

Der Unterschied der eingeführten und der abgegebenen Leistung, also der Unterschied der zusammengehörigen Ordinaten von I und II entspricht dem Gesamtverlust, welcher gleichzeitig auch unmittelbar als Unterschied aufgenommen werden kann und in der Abbildung mit IV bezeichnet ist. Bei gleicher Drehzahl ist dann das Verhältnis der entsprechenden Ordinatenwerte von II und I gleich dem Wirkungsgrad. Aus den Ordinaten, welche die Leistung zur Überwindung der Reibung angeben (III), kann die Ventilationsleistung durch bekannte Verfahren für sich erhalten werden.

Es wurde in obigen Darlegungen vorausgesetzt, daß sämtliche leistungsanzeigende

♦5 Kurven in demselben Maßstab gezeichnet sind. Die Einstellung des Maßstabes kann beispielsweise durch Einstellung eines Vorschaltwiderstandes vor derjenigen Wicklung des Leistungsmessers erreicht werden, welche auf die mit der Beschleunigung verhältnisgleiche Spannung geschaltet ist. Parallel zu dieser Wicklung des Leistungsmessers kann ein Spannungsmesser geschaltet werden, welcher die richtige Einstellung des Vorschalt-Widerstandes auch dann ermöglicht, wenn die Widerstände nicht geeicht sind.

In Anbetracht dessen, daß die Beschleunigungsleistung auch vom Trägheitsmoment des beschleunigten Körpers abhängt, welches im allgemeinen unbekannt ist, wird auch diese Größe durch, einen Vorversuch bestimmt.

Das Trägheitsmoment ist verhältnisgleich der Schwungmasse GD². Diese kann am einfachsten mit dem beschriebenen Oszillographen dadurch bestimmt werden, daß entweder die Anlauf- oder die Auslaufkurve der Maschine mit· freiem Wellenende aufgenommen und nachher dieser Versuch mit einem aufgekeilten Schwungrad, dessen Schwungmasse bekannt ist, wiederholt wird. In bekannter Weise erhält man dann das Schwungmoment bzw. das Trägheitsmoment der zu untersuchenden Maschine. Auf Grund des Gesagten kann der Maßstab der Beschlettnigungsleistung mit dem Maßstab der aufgenommenen elektrischen Leistung verglichen und mittels des obengenannten Vorschaltwiderstandes auf gleichen Wert eingestellt werden.

Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden also die aufgenommene elektrische Leistung und die abgegebene Beschleunigungsleistung, ferner die Reibungsverlustleistung und die sonstigen zur Kenntnis des Motors notwendigen Angaben als Funktion der Umdrehungszahl gemessen und beispielsweise auf eine lichtempfindliche Platte mit Hilfe eines Oszillographen in Kurvenform aufgezeichnet.

Durch die beschriebene Einrichtung kann die Aufnahme in den meisten Fällen innerhalb kurzer Zeit durchgeführt werden. Sie gibt verläßliche Angaben zur Bestimmung des Wirkungsgrades, der Phasenverschiebung, der Einzelverluste, des Drehmomentes und der Stromaufnahme, nachdem durch einen Vorversuch Schwungmoment und Maßstab der Beschleunigungsleistung bereits bestimmt wurden.

Die Aufnahme bedingt nach entsprechender Vorbereitung keine besonderen Fachkennt- i°° nisse. Eine elektrische Maschinenfabrik kann also jeden Motor oder jede Dynamo vor Ablieferung gründlich prüfen, was bis jetzt bei kleineren Maschinen nicht möglich war, weil die üblichen Methoden große Fachkenntnisse und langwierige Messungen bedingten.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur selbsttätigen unmittelbaren Messung des Gesamtverlustes und der charakteristischen Werte von elektrischen Maschinen mit umlaufender Bewegung, dadurch gekennzeichnet, daß die zu untersuchende Maschine ohne äußere Belastung als Motor betrieben wird und in Abhängigkeit von der Drehzahl zwischen Höchstlast- und Leerlauf drehzahl während des Hochlaufens gleichzeitig mit den sonstigen charakteristischen Werten entweder die Beschleunigungsleistung und die aufgenommene elektrische Leistung oder die

Differenz dieser beiden Leistungen und während des Auslaufens im unerregten Zustand die Reibungsverlustleistung beispielsweise oszillographisch aufgezeichnet werden.
2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Aufzeichnungsvorrichtung mit mehreren Meßwerken, beispielsweise einen

ίο Mehrschleifenoszillographen, die in Abhängigkeit von der Drehzahl während des Hochlaufens der Maschine gleichzeitig die Beschleunigungsleistung, die aufgenommene elektrische Leistung sowie die sonstigen charakteristischen Werte und während des Auslaufens die Reibungsverlustleistung aufzeichnet.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeglieder der beiden zur Aufnahme der Beschleunigungsleistung und der aufgenommenen elektrischen Leistung dienenden Meßwerke derart miteinander gekuppelt sind, daß der Unterschied zwischen beiden Werten als Gesamtverlust in einem gewählten Maßstab unmittelbar aufgezeichnet wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Beschleunigungsleistung und der Reibungsverlustleistung ein Leistungsmesser dient, dessen Stromspule unmittelbar und dessen Spannungsspule mittelbar über einen Transformator an die Klemmen einer mit der zu untersuchenden Maschine mechanisch gekuppelten Gleich strom-Drehzahldynamo angeschlossen ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drehzahlabhängige Aufzeichnung der Kurven durch Verschiebung der lichtempfindlichen Platte in Richtung der Abszisse mittels eines Gleichstrommotors bewirkt wird, der nach Art einer Gleichstrom-Drehzahldynamo ausgebildet ist, von der mit der zu untersuchenden Maschine starr gekuppelten Gleichstrom-Drehzahldynamo gespeist wird und gegen eine Feder läuft.
6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drehzahlabhängige Aufzeichnung der Kurven bei festliegender lichtempfindlicher Platte durch Ablenkung des Lichtbündels in Richtung der Abszisse mittels eines in den Weg des Lichtbündels gestellten Spiegels erfolgt, dessen Verdrehung durch einen Spannungsmesser oder eine Spannungsschleife bewirkt wird, der bzw. die von der mit der zu untersuchenden Maschine starr gekuppelten Gleichstrom-Drehzahldynamo gespeist wird.
7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der lichtempfindlichen Platte oder die Ablenkung des Lichtbündels auf eine bekannte Vorrichtung beliebiger Art übertragen wird, die zur Anzeige der Umdrehungszahl geeignet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen