DE960321C

DE960321C - Einrichtung zur elektrischen Messung des Drehmomentes von Asynchronmotoren im Laeuferstromkreis

Info

Publication number: DE960321C
Application number: DEK28405A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Werner Kraemer
Original assignee: WERNER KRAEMER DR ING
Current assignee: WERNER KRAEMER DR ING
Priority date: 1956-03-20
Filing date: 1956-03-20
Publication date: 1957-03-21

Description

Es ist bekannt, daß man aus den elektrischen Größen des Läuferstromkreises eines Asynchronmotors mit Schleifringläufer das Drehmoment errechnen kann. Das Drehmoment M ist dem Quadrat des Läuferstromes J₂, dem gesamten Widerstand in einer Läuferphase R₂ und dem Schlupf s bzw. der Läuferfrequenzf₂ proportional nach der Gleichung

M-

Auf diesem Prinzip basiert die im folgenden beschriebene Anordnung zur Drehmomentmessung bei Asynchronmotoren, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der dem Drehmoment pro-

Ti _t jf

portionale Ausdruck in ein Produkt von zwei

/2

Faktoren zerlegt wird, von denen sich einer in eine ihm proportionale Drehzahl, Winkeländerung oder Kontaktverschiebung, der andere in eine ihm proportionale Spannung oder einen Strom umwandeln läßt, so daß im Zusammenwirken beider Größen in einem Meßglied eine Spannung entsteht, die das Produkt beider Faktoren bildet und dem Drehmoment proportional ist. Auf diese Weise ist es möglich, das Drehmoment durch eine elektrische Größe, beispielsweise eine Spannung, nachzubilden, die für Steuer- und Regelzwecke verwendet werden kann.

Bei der Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung wird von folgenden Überlegungen ausgegangen: Der in Gleichung (i) mit R₂ bezeichnete gesamte Läuferwiderstand besteht aus dem Widerstand r₂, einer Wicklungsphase des Motors und dem äußeren, zum Anlassen, Regeln oder Bremsen dienenden Widerstand, der mit r₃ bezeichnet sei. Demzufolge läßt sich die Gleichung (i) auch in der Form schreiben:

Jl

(2)

Dieser Ausdruck kann durch zwei Faktoren ersetzt werden:

h— =Λ· ψ-- (3)

/2 /2

Darin bedeutet AE₂ den an dem gesamten Widerstand R₂ im Läuferkreis auftretenden Spannungsabfall. Die Multiplikation beider Faktoren nimmt bei dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Generator vor, dessen Drehzahl η dem Strom J₂ (Faktor I) proportional ist, während sein

AE₂,

Erregerstrom dem Ausdruck
^s k

(Faktor II) proportional ist. Somit ist die vom Generator erzeugte Spannung dem Drehmoment M proportional.

Bei dem Schaltungsbeispiel (Fig. i) ist ein Asynchronmotor ι vorhanden, dessen Läufer 2 dreiphasig und mit Schleifringen versehen ist. Der Widerstand einer Phasenwicklung sei?-₂. Zum Anlassen, Drehzahlregeln oder Bremsen dient ein Widerstand 3, dessen Wider stands wert r_s sei. In jedem der Läuferkreise ist ein Stromwandler 4 vorhanden, und die drei Stromwandler sind sekundärseitig zu einem Sternpunkt vereinigt. Die Schaltung enthält ferner Gleichrichter 5, einen Verstärker 6, beispielsweise einen Magnetverstärker, der aus einer nicht bezeichneten Wechselstromquelle erregt wird. Von dem Ver-Stärkerausgang wird der Anker 7 eines Gleichstrommotors gespeist, dessen Feldwicklung 8 konstant erregt ist. Der Motor läuft mit einer Drehzahl η um und treibt den Anker 9 eines Generators an. Die Feldwicklung 10 dieses Generators wird von einem Verstärker 11 gespeist, der seinerseits mit Wechselstrom erregt wird. Zu der Schaltung gehören ferner Widerstände 12, deren Ohmwert mit r_x bezeichnet sei. Außerdem sind Kondensatoren 13 vorhanden, die zu einem Sternpunkt zusammengeschaltet sind, sowie Gleichrichter 14, die zu dem Verstärker n führen. Um die Drehzahl- des Motorgenerators dem Läuferstrom J₂ des Asynchronmotors proportional zu machen, verwendet man zweckmäßig einen J₂ proportionalen Spannungsabfall p~ c · /₂ als Sollwert für den mittels eines Magnetverstärkers 6 auf konstanter Drehzahl geregelten Hilfsmotor 7, 8. Dabei bezeichnet /₂ den auf der Sekundärseite derWandler4 auftretenden Strom. Neben einer strengen Proportionalität zwischen dem Läuferstrom J₂ und der Drehzahl η des Motorgenerators erzielt man den Vorteil, mit einer sehr kleinen Steuerleistung auszukommen. Dies ist wichtig, da bei den niedrigen Läuferfrequenzen der Stromwandler nur geringe Leistung übertragen kann. Um Schwebungen in der Drehzahl bei niedriger Frequenz zu vermeiden, werden dreiphasige Stromwandler verwendet, deren Sekundärstrom gleichgerichtet wird. Nimmt man zunächst an, der Rotorwiderstand r₃ sei sehr klein gegen den im äußeren Stromkreis liegenden Einstellwiderstand r₃, so gilt

AE₂ = J₂-r_s. (4)

Man greift Δ E₂ an den Klemmen des Einstellwiderstandes 3 ab. Dem Spannungsabfall AE₂ ist der Strom

f=

(5)

proportional. Dabei ist r_x der im Ausführungsbeispiel bezeichnete Widerstand 12. Der Strom i erzeugt am Kondensator 13, der die Kapazität C besitzen möge, einen Spannungsabfall

ε = ι -

ω C

(6)

Hierbei muß auch bei der kleinsten Sekundärfrequenz f₂ der Widerstand r_x groß gegen ~ sein.

Die sehr kleine Leistung, mit der der Spannungsabfall ε am Kondensator C entnommen werden kann, wird über den Verstärker 11, beispielsweise einen Magnetverstärker, linear verstärkt. Der Ausgang des Magnetverstärkers 11 ergibt einen Strom J₀, der ε und damit dem Produkt J₂ ■ r_s proportional ist.

Bisher wurde der Wicklungswiderstand r₂ des Motors vernachlässigt. Da er konstant ist, ist auch J₂ proportional J₂ - r₂, und ebenso gilt für den Sekundärstrom des Wandlers 4 die Beziehung

/2 = c- J₂-Y₂. (7)

Damit ist bei geeignetem Übersetzungsverhältnis des Wandlers

/2 + i = c ■ J₂ (r_B + r₃) = c · AE₂

(8)

Der Generator 9 liefert also, wie vorgesehen, an seinen Ankerklemmen eine Spannung/, die dem obenerwähnten Produkt und somit dem Drehmoment des Asynchronmotors proportional ist. An Stelle des Motorgenerators kann beispielsweise gemäß Fig. 2 auch ein Ringwiderstand 20 verwendet werden, dessen no Abgriff 21 auf einen Winkel entsprechend dem Strom J₂ eingestellt wird, und der von dem Strom J₆, d. h. von dem Ausgangsstrom des Magnetverstärkers 11, durchflossen wird. An dem Ringwiderstand liegt die Spannung ε, die durch die obenerwähnte Gleichung (6) gegeben ist. Der Abgriff 21 wird auf einen Winkel α entsprechend dem Strom J₂ eingestellt. Auch hier ist die abgegriffene Spannung

E = α ■· ε ~ M (9)

dem Drehmoment proportional.

Auch eine veränderliche Gegeninduktivität kann bei kleinem Verdrehungswinkel α in ähnlicher Weise verwendet werden, wie die Fig. 3 zeigt. Hier sind zwei gegeneinander verdrehbare Spulen 30, 31 vorhanden, und zwar ist die Spule 30 fest, während die

Spule 31 um einen Winkel α entsprechend dem Strom J₂ gedreht werden kann. An den Klemmen der Spule 30 liegt wiederum die schon erwähnte Spannung ε, und an den Ausgangsklemmen der Spule 31 tritt die Spannung E auf, die dem Drehmoment proportional ist. Das angegebene Verfahren läßt sich auch bei der Gleichstrombremsung großer Asynchronmotoren anwenden. Hier ist das Drehmoment ebenfalls nach Gleichung (2) oder (3) in der angegebenen Weise zu erfassen.

Claims

Patentansprüche:

i. Anordnung zur Drehmomentmessung bei Asynchronmotoren aus Strom, Frequenz und Widerstand des Rotorkreises, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Drehmoment proportionale Ausdruck

in ein Produkt von zwei Faktoren zerlegt wird, von denen sich einer in eine ihm proportionale Drehzahl, Winkeländerung oder Kontaktverschiebung, der andere in eine ihm proportionale Spannung oder einen Strom umwandeln läßt, so daß im Zusammenwirken beider Größen in einem Meßglied eine Spannung entsteht, die das Produkt beider Faktoren bildet und dem Drehmoment proportional ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Faktor der Rotorstrom J₂ einem Motorgenerator eine ihm proportionale Drehzahl erteilt, während ein der Spannung J₂ ■ R₂ proportionaler Strom an einem Kondensator einen Spannungsabfall erzeugt, der dem Ausdruck

als zweitem Faktor proportional ist und damit an den Klemmen des Kondensators eine Spannung abgegriffen werden kann, die, entsprechend verstärkt, das Feld des Meßgenerators proportional dem Wert

erregt.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsabfall des äußeren Rotorkreises J₂ · r_s unmittelbar vom Regulierwiderstand (3) abgegriffen und in einem ihm proportionalen Strom * durch Vorwiderstände (12) übergeführt wird.
4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsabfall des inneren ohmschen Widerstandes des Rotorkreises dem Rotorstrom bzw. seinem in den Steuerkreis des Hilfsmotors übertragenen Wert /₂ proportional ist.
5. Anordnung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Ströme (*' + /2) über den einen Kondensator (13) geleitet wird.
6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Teile der Anordnung dreiphasig ausgeführt werden.
7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsmotor (7,8) über eine Regeleinrichtung selbsttätig seine Drehzahl proportional zu J₂ einstellt.
8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorstrom J₂ den Abnehmer (21) eines Spannungsleiters (20) oder die Sekundärspule eines Induktionsreglers (30,31) proportional zu J₂ verstellt, während am Widerstand oder an der Primärspule des Induktionsreglers eine dem Wert

J 2 " ^Kz
—ψ

proportionale Spannung liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 61» 620/220 9. (609 843 3. 57)