EP2406740A1 - Method for energy demand determination and method for component selection as well as a data storage medium - Google Patents

Method for energy demand determination and method for component selection as well as a data storage medium

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Publication number
EP2406740A1
EP2406740A1 EP10708972A EP10708972A EP2406740A1 EP 2406740 A1 EP2406740 A1 EP 2406740A1 EP 10708972 A EP10708972 A EP 10708972A EP 10708972 A EP10708972 A EP 10708972A EP 2406740 A1 EP2406740 A1 EP 2406740A1
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EP
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drive system
electric motor
losses
transmission
component
Prior art date
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Ceased
Application number
EP10708972A
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German (de)
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Inventor
Olaf Götz
Peter Vogt
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Lenze Drives GmbH
Original Assignee
Lenze Drives GmbH
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/15—Vehicle, aircraft or watercraft design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/06—Power analysis or power optimisation

Definitions

  • a possibly existing supply or supply / regenerative module can be included in the loss models or an energy consideration. Consideration may also be given to a given if existing brake chopper, losses in a braking resistor and losses on motor cables and filters.

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Abstract

In the case of a method for automated determination of the electrical energy demand of a drive system, the drive system comprises an electric motor (20), a converter (10) for operating the electric motor (20), a component (40) to be driven and a transmission (30), which is connected between the electric motor (20) and the component (40) to be driven, wherein the component (40) to be driven carries out a predetermined kinematic profile. A loss model (20a) is determined for the electric motor (20), a loss model (10a) is determined for the converter (10) and a loss model (30a) is determined for the transmission (30), with the respective loss models (10a, 20a, 30a) taking account of various operating states which occur as a result of the predetermined kinematic profile, and the electrical energy demand of the drive system is determined during a predetermined time period using the loss models (10a, 20a, 30a) and the predetermined kinematic profile.

Description

VERFAHREN ZUR ENERGIEBEDARFSBESTIMMUNG UND VERFAHREN ZUR KOMPONENTENAUSWAHL SOWIE ENTSPRECHENDER DATENTRÄGER METHOD FOR DETERMINING THE ENERGY REQUIREMENTS AND METHOD FOR SELECTING COMPONENTS AND CORRESPONDING DATA CARRIER
Technologischer HintergrundTechnological background
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Bestimmung des elektrischen Energiebedarfs eines Antriebssystems, ein Verfahren zur Auswahl von Komponenten eines Antriebssystems sowie einen Datenträger.The invention relates to a method for the automated determination of the electrical energy requirement of a drive system, to a method for selecting components of a drive system and to a data carrier.
Bei der Planung bzw. Dimensionierung von elektrischen Antriebssystemen sind unterschiedliche Randbedingungen zu berücksichtigen. Beispielsweise sind ein Elektromotor, ein Umrichter und ein Getriebe, die üblicherweise einen Antriebsstrang des Antriebssystems bilden, derart auszuwählen, dass diese den elektromechanischen Dimensionierungs- vorschriften genügen, die unter anderem von einem kinematischen Profil einer anzutreibenden Komponente abhängen.When planning or dimensioning electrical drive systems, different boundary conditions must be taken into account. For example, an electric motor, a converter and a transmission, which usually form a drive train of the drive system, are to be selected such that they comply with the electromechanical dimensioning regulations which depend inter alia on a kinematic profile of a component to be driven.
Steigende Energiekosten, Klimawandel und gesetzliche Bestimmungen erfordern zunehmend, dass bei der Dimensionierung des Antriebssystems auch dessen Energiebedarf als weiteres Dimensionierungskriteri- um berücksichtigt wird.Rising energy costs, climate change and legal regulations increasingly require that the energy requirement be taken into account as a further dimensioning criterion when dimensioning the drive system.
Aufgabe und LösungTask and solution
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatisierten Bestimmung des elektrischen Energiebedarfs eines Antriebssystems zur Verfügung zu stellen, das eine zuverlässige Bestimmung des elektrischen Energiebedarfs des Antriebssystems ermöglicht, ein Verfahren zur Auswahl von Komponenten eines Antriebssystems zur Verfügung zu stellen, das bei der Auswahl den bestimmten elektrischen Energiebedarf berücksichtigt, sowie einen Datenträger zur Verfügung zu stellen, der Programme umfasst, die zur Ausführung der Verfahren geeignet sind.The invention is therefore based on the object to provide a method for the automated determination of the electrical energy requirement of a drive system, which allows a reliable determination of the electrical energy requirement of the drive system to provide a method for selecting components of a drive system available in the Selection considering the specific electrical energy requirement, as well as a disk available containing programs suitable for carrying out the procedures.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, die hiermit durch Bezugnahme zum Gegenstand der Anmeldung gemacht werden, um Wiederholungen zu vermeiden.Preferred embodiments are subject of the subclaims, which are hereby incorporated by reference into the subject application to avoid repetition.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur automatisierten Bestimmung des elektrischen Energiebedarfs eines Antriebssystems umfasst das Antriebssystem einen Elektromotor, beispielsweise einen Synchronmotor oder einen Asynchronmotor, einen Umrichter bzw. Frequenzumrichter zur Ansteuerung des Elektromotors, wobei der Umrichter bzw. Frequenzumrichter aus einem Wechselstrom bzw. Drehstrom mit bestimmter Frequenz eine in Amplitude und Frequenz veränderliche bzw. umgerichtete Spannung erzeugt, mit der der Elektromotor beaufschlagt wird, eine anzutreibende Komponente und ein Getriebe, das zwischen den Elektromotor und die anzutreibende Komponente eingeschleift ist. Es versteht sich, dass das Antriebssystem weitere Komponenten umfassen kann, beispielsweise Versorgungs-/Rückspeisemodule, die im Generatorbetrieb des Motors Energie in das Netz zurückspeisen können, und/oder so genannte Bremschopper. Eine dem Antriebssystem zugrunde liegende Antriebsaufgabe, beispielsweise eine Förderanwendung mit einem Radantrieb, bei der zu transportierende Gegenstände mit vorgegebenem Maximalgewicht zunächst beschleunigt, dann mit konstanter Geschwindigkeit bewegt und anschließend wieder abgebremst werden, gibt ein kinematisches Profil der anzutreibenden bzw. angetriebenen Komponente vor. Zur Bestimmung des elektrischen Energiebedarfs wird ein Verlustmodell für den Elektromotor, ein Verlustmodell für den Umrichter und ein Verlustmodell für das Getriebe bestimmt, wobei die jeweiligen Verlustmodelle verschiedene Betriebszu- stände berücksichtigen, die sich aufgrund des vorgegebenen kinematischen Profils einstellen. Mit anderen Worten werden die Verlustmodelle nicht nur für einen konstanten Arbeitspunkt bestimmt, sondern berücksichtigen alle Arbeitspunkte bzw. Betriebszustände, die bei der konkreten Antriebsaufgabe auftreten können. Schließlich wird der elektrische Energiebedarf des Antriebssystems während einer vorgegebenen Zeitdauer, beispielsweise während eines Antriebszyklus und/oder während der projektierten Betriebsdauer des Antriebssystems, unter Verwendung der Verlustmodelle und des vorgegebenen kinematischen Profils bestimmt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine zuverlässige Bestimmung des elektrischen Energiebedarfs des Antriebssystems unter Berücksichtigung der zugrunde liegenden Antriebsaufgabe bzw. des vorgegebenen kinematisches Profils, da nicht nur stationäre Betriebspunkte der Komponenten des Antriebssystems sondern dynamische, d.h. die tatsächlich auftretenden, Betriebspunkte der Komponenten des Antriebssystems bei der Bestimmung des Energiebedarfs berücksichtigt werden. Weiter besteht die Möglichkeit, den bestimmten Energiebedarf als so genannten Energiepass des Antriebssystems auszugeben, auf dem beispielsweise Energiebedarfsanteile von Komponenten des Antriebssystems getrennt aufgeführt sind.In the method according to the invention for the automated determination of the electrical energy requirement of a drive system, the drive system comprises an electric motor, for example a synchronous motor or an asynchronous motor, a converter or frequency converter for driving the electric motor, wherein the converter or frequency converter consists of an alternating current or three-phase current with a specific frequency generates a variable in amplitude and frequency voltage, which is applied to the electric motor, a component to be driven and a transmission which is looped between the electric motor and the component to be driven. It is understood that the drive system may include other components, such as supply / regenerative modules, which can feed back energy into the grid in the generator operation of the engine, and / or so-called brake choppers. A driving task underlying the drive system, for example a conveyor application with a wheel drive, in which objects to be transported are initially accelerated with a predetermined maximum weight, then moved at constant speed and then decelerated again, predetermines a kinematic profile of the component to be driven or driven. In order to determine the electrical energy requirement, a loss model for the electric motor, a loss model for the converter and a loss model for the transmission are determined, whereby the respective loss models take into account different operating states that occur due to the given kinematic profile. In other words, the loss models Not only determined for a constant operating point, but take into account all operating points or operating conditions that can occur in the specific drive task. Finally, the electrical energy requirement of the drive system during a predetermined period of time, for example during a drive cycle and / or during the projected operating time of the drive system, determined using the loss models and the predetermined kinematic profile. The inventive method allows a reliable determination of the electrical energy requirement of the drive system taking into account the underlying drive task or the given kinematic profile, since not only stationary operating points of the components of the drive system but dynamic, ie the actually occurring, operating points of the components of the drive system in the determination of energy needs. It is also possible to output the specific energy demand as a so-called energy pass of the drive system, on which, for example, energy demand components of components of the drive system are listed separately.
In einer Weiterbildung werden zur Bestimmung des Verlustmodells für den Elektromotor die Eigenträgheit des Elektromotors, Wicklungsverluste im Stator des Elektromotors, Eisenverluste und/oder Reibverluste berücksichtigt. Es versteht sich, dass neben den genannten Größen noch weitere Größen in das Verlustmodell einfließen können.In a development, the self-inertia of the electric motor, winding losses in the stator of the electric motor, iron losses and / or friction losses are taken into account for determining the loss model for the electric motor. It is understood that in addition to the sizes mentioned, other variables can be included in the loss model.
In einer Weiterbildung ist der Elektromotor ein Asynchronmotor, wobei zur Bestimmung des Verlustmodells für den Elektromotor Rotorwicklungsverluste berücksichtigt werden.In a development, the electric motor is an asynchronous motor, wherein rotor winding losses are taken into account for determining the loss model for the electric motor.
In einer Weiterbildung werden zur Bestimmung des Verlustmodells für den Umrichter stromabhängige Verluste, konstante Verluste, Lüfterverluste und/oder Kondensatorverluste berücksichtigt. Es versteht sich, dass neben den genannten Größen noch weitere Größen in das Verlustmodell einfließen können.In a further development, current-dependent losses, constant losses, fan losses and / or capacitor losses are taken into account for determining the loss model for the converter. It goes without saying that in addition to the above sizes even more sizes can be included in the loss model.
In einer Weiterbildung werden zur Bestimmung des Verlustmodells für das Getriebe eine Eigenträgheit des Getriebes, leistungsabhängige Verluste, drehzahlabhängige Verluste und/oder Reibverluste berücksichtigt. Es versteht sich, dass neben den genannten Größen noch weitere Größen in das Verlustmodell einfließen können.In a further development, a self-inertia of the transmission, power-dependent losses, speed-dependent losses and / or friction losses are taken into account for determining the loss model for the transmission. It is understood that in addition to the sizes mentioned, other variables can be included in the loss model.
In einer Weiterbildung umfasst das kinematische Profil einen Verfahrweg der anzutreibenden Komponente, d.h. deren Ortsänderung, eine Geschwindigkeit der anzutreibenden Komponente und/oder eine Beschleunigung der anzutreibenden Komponente.In a development, the kinematic profile comprises a travel path of the component to be driven, i. their location change, a speed of the component to be driven and / or an acceleration of the component to be driven.
In einer Weiterbildung ist die anzutreibende Komponente ein Förderband, ein Stetigförderer, ein Spindelantrieb und/oder ein Hubwerk.In a development, the component to be driven is a conveyor belt, a continuous conveyor, a spindle drive and / or a hoist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur, insbesondere automatisierten, Auswahl von Komponenten eines Antriebssystems umfasst das Antriebssystem folgende Komponenten: einen Elektromotor, einen Umrichter zur Ansteuerung des Elektromotors, eine anzutreibende Komponente und ein Getriebe, das zwischen den Elektromotor und die anzutreibende Komponente eingeschleift ist, wobei die anzutreibende Komponente ein vorgegebenes kinematisches Profil ausführt. Der Elektromotor, der Umrichter und das Getriebe werden aus einer vorgegebenen Menge von Elektromotoren, Umrichtern und Getrieben derart, insbesondere automatisiert, ausgewählt, dass eine von dem kinematischen Profil abhängige Dimensionierungsvorschrift erfüllt ist. Die vorgegebene Menge von Elektromotoren, Umrichtern und Getrieben kann beispielsweise in einer Datenbank gespeichert sein, die Teil eines Expertensystems zur Antriebssystemauslegung ist. Ein derartiges Expertensystem zur Antriebssystemauslegung ist beispielsweise das System Drive-Solution-Designer (DSD) der Lenze AG, auf das vorliegend hinsichtlich der Komponentenauswahl unter Berücksichtigung von Dimensionierungsvorschriften Bezug genommen wird, sodass auf eine umfangreiche Beschreibung der Komponentenauswahl unter Berücksichtigung von Dimensionierungsvorschriften verzichtet werden kann. Zur Bestimmung des elektrischen Energiebedarfs des Antriebssystems wird das erfindungsgemäße Verfahren zur automatisierten Bestimmung des elektrischen Energiebedarfs unter Berücksichtigung des ausgewählten Elektromotors, des ausgewählten Umrichters und des ausgewählten Getriebes durchgeführt, wodurch für eine Antriebssystemvariante, die den Dimensionierungsvorschriften genügt, automatisiert der Energiebedarf bestimmt bzw. berechnet wird. Dies ermöglicht die Bewertung der ausgewählten Antriebssystemvariante auch hinsichtlich ihres Energiebedarfs bzw. ihrer Energieeffizienz.In the method according to the invention for, in particular automated, selection of components of a drive system, the drive system comprises the following components: an electric motor, a converter for driving the electric motor, a component to be driven, and a transmission that is looped between the electric motor and the component to be driven, wherein the to be driven component executes a predetermined kinematic profile. The electric motor, the converter and the transmission are selected from a given set of electric motors, converters and transmissions in such a way, in particular automatically, that a dimensioning rule dependent on the kinematic profile is fulfilled. For example, the predetermined amount of electric motors, inverters, and gears may be stored in a database that is part of an expert system for drive system design. One such expert system for drive system design is, for example, the Drive Solution Designer system (DSD) of Lenze AG, which is referred to in the present case with regard to the component selection taking into account dimensioning rules, so that a comprehensive description of the component selection can be dispensed with, taking into account dimensioning regulations. In order to determine the electrical energy requirement of the drive system, the method according to the invention for the automated determination of the electrical energy requirement is carried out taking into account the selected electric motor, the selected converter and the selected transmission, whereby the energy requirement is automatically determined or calculated for a drive system variant which satisfies the dimensioning regulations , This allows the evaluation of the selected drive system variant also in terms of their energy requirements and their energy efficiency.
In einer Weiterbildung umfasst die Dimensionierungsvorschrift eine Nennleistung des Elektromotors, ein Nennmoment des Elektromotors, ein über das Getriebe übertragbares Drehmoment, eine über das Getriebe übertragbare Leistung, thermische Randbedingungen, Kompatibilitätseigenschaften der Komponenten und/oder eine Nennleistung des Umrichters. Es versteht sich, dass die Dimensionierungsvorschrift weitere Größen umfassen kann.In a development, the sizing rule includes a rated power of the electric motor, a rated torque of the electric motor, a transmissible via the transmission torque, a transferable via the transmission power, thermal boundary conditions, compatibility properties of the components and / or a rated power of the inverter. It is understood that the sizing rule may include other sizes.
In einer Weiterbildung umfasst das Verfahren die Schritte: Auswählen, insbesondere automatisiertes Auswählen, einer ersten Antriebssystemvariante umfassend einen Elektromotor, einen Umrichter und ein Getriebe aus der vorgegebenen Menge von Elektromotoren, Umrichtern und Getrieben derart, dass die Dimensionierungsvorschrift erfüllt ist, Auswählen, insbesondere automatisiertes Auswählen, mindestens einer zweiten Antriebssystemvariante umfassend einen Elektromotor, einen Umrichter und ein Getriebe aus der vorgegebenen Menge von Elektromotoren, Umrichtern und Getrieben derart, dass die Dimensionierungs- vorschrift ebenfalls erfüllt ist, wobei sich mindestens eine Komponente der zweiten Antriebssystemvariante von einer entsprechenden Komponente der ersten Antriebssystemvariante unterscheidet, automatisierte Bestimmung des elektrischen Energiebedarfs für die erste Antriebssystemvariante und die zweite Antriebssystemvariante und, insbesondere automatisiertes, Auswählen einer Antriebssystemvariante aus der ersten und der zweiten Antriebssystemvariante in Abhängigkeit vom Energiebedarf der ersten und der zweiten Antriebssystemvariante. Bevorzugt wird diejenige Antriebssystemvariante ausgewählt, die den geringsten Energiebedarf aufweist. Zusammenfassend werden bevorzugt mindestens zwei Antriebssystemvarianten automatisiert bestimmt, die jeweils die Dimensionierungsvorschrift erfüllen. Bevorzugt wird für die bestimmten Antriebssystemvarianten anschließend automatisiert jeweils der Energiebedarf bestimmt und schließlich diejenige Antriebssystemvariante ausgewählt, die den geringsten Energiebedarf bzw. die geringsten Gesamtkosten unter Berücksichtigung des Energiebedarfs aufweist.In a further development, the method comprises the steps of: selecting, in particular automatically selecting, a first drive system variant comprising an electric motor, an inverter and a transmission from the predefined set of electric motors, converters and transmissions such that the dimensioning rule is met, selecting, in particular automated selection , at least one second drive system variant comprising an electric motor, an inverter and a transmission of the predetermined quantity of electric motors, converters and gearboxes such that the dimensioning Regulation is also met, wherein at least one component of the second drive system variant differs from a corresponding component of the first drive system variant, automated determination of electrical energy requirements for the first drive system variant and the second drive system variant and, in particular automated, selecting a drive system variant of the first and the second drive system variant depending on the energy requirements of the first and the second drive system variant. Preferably, that drive system variant is selected which has the lowest energy requirement. In summary, at least two drive system variants are preferably determined automatically, each satisfying the dimensioning requirement. Preferably, the energy requirement is then determined automatically for the particular drive system variants, and finally that drive system variant is selected which has the lowest energy requirement or the lowest total costs, taking into account the energy requirement.
In einer Weiterbildung wird die Antriebssystemvariante aus der ersten und der zweiten Antriebssystemvariante in Abhängigkeit vom Energiebedarf und den Kosten der Antriebssystemvarianten ausgewählt. Hierbei kann eine Gewichtung zwischen dem Entscheidungskriterium Energiebedarf und dem Entscheidungskriterium Kosten erfolgen.In a development, the drive system variant of the first and the second drive system variant depending on the energy requirements and the cost of the drive system variants is selected. Here, a weighting between the decision criterion energy demand and the decision criterion costs can be made.
Der erfindungsgemäße Datenträger speichert ein Programm, das bei seiner Ausführung ein vorgenanntes Verfahren ausgeführt.The data carrier according to the invention stores a program which carries out an aforementioned method in its execution.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigt: Fig. 1 ein Antriebssystem, dessen elektrischer Energiebedarf erfindungsgemäß bestimmt wird,Advantageous embodiments of the invention are shown schematically in the drawings and will be described below. Hereby shows: 1 shows a drive system whose electrical energy requirement is determined according to the invention,
Fig. 2 eine Modellierung mit Verlustmodellen von Komponenten des in Fig. 1 gezeigten AntriebssystemsFIG. 2 is a modeling of loss models of components of the drive system shown in FIG
Fig. 3 ein Getriebe zur Illustration der Bestimmung eines Getriebeverlustmodells,3 shows a transmission for illustrating the determination of a transmission loss model,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Elektromotors zur Illustration der Bestimmung eines Elektromotorverlustmodells undFig. 4 is a schematic representation of an electric motor for illustrating the determination of an electric motor loss model and
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Umrichters zur Illustration der Bestimmung eines Umrichterverlustmodells.Fig. 5 is a schematic representation of an inverter for illustrating the determination of a converter loss model.
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Fig. 1 zeigt ein Antriebssystem, dessen elektrischer Energiebedarf erfindungsgemäß bestimmt wird. Das Antriebssystem umfasst einen herkömmlichen Umrichter bzw. Frequenzumrichter 10, der aus einem Drehstromnetz gespeist wird, einen herkömmlichen Elektromotor 20, beispielsweise einen Synchron- oder Asynchronmotor, ein herkömmliches Getriebe 30 und eine anzutreibende Komponente 40, beispielsweise in Form eines Radantriebs. Das Getriebe 30 ist zwischen den Elektromotor 20 und die anzutreibende Komponente 40 eingeschleift. Es versteht sich, dass weitere, nicht gezeigte Antriebskomponenten vorhanden sein können, falls diese für die konkrete Antriebsaufgabe erforderlich sind.Fig. 1 shows a drive system whose electrical energy requirement is determined according to the invention. The drive system comprises a conventional converter or frequency converter 10, which is fed from a three-phase network, a conventional electric motor 20, for example a synchronous or asynchronous motor, a conventional transmission 30 and a component 40 to be driven, for example in the form of a wheel drive. The transmission 30 is looped between the electric motor 20 and the component 40 to be driven. It is understood that further, not shown drive components may be present, if they are required for the specific drive task.
Die anzutreibende Komponente 40 führt ein vorgegebenes kinematisches Profil aus. Das Bewegungsprofil bzw. das kinematische Profil umfasst bzw. definiert einen Verfahrweg der anzutreibenden Komponente 40, eine Geschwindigkeit der anzutreibenden Komponente 40 und eine Beschleunigung der anzutreibenden Komponente 40. Bei einer Förderanwendung mit einem Radantrieb, bei der zu transportierende Gegenstände mit vorgegebenem Maximalgewicht zunächst beschleunigt, dann mit konstanter Geschwindigkeit bewegt und anschließend wieder abgebremst werden, ergibt sich beispielsweise ein zeitlich trapezförmiger Verlauf der Geschwindigkeit. Aus diesem kinematischen Profil ist eine elektromechanische Dimensionierungsvorschrift für die Komponenten 10, 20 und 30 des Antriebssystems herleitbar. Die Dimensionierungsvorschrift kann beispielsweise eine Nennleistung des Elektromotors, ein Nennmoment des Elektromotors, ein über das Getriebe übertragbares Drehmoment, eine über das Getriebe übertragbare Leistung, thermische Randbedingungen, Kompatibilitätseigenschaften der Komponenten und/oder eine Nennleistung des Umrichters umfassen. Hinsichtlich weiterer Details zur Antriebssystemauslegung auf Basis von kinematischen Profilen sei auch auf den Drive-Solution-Designer (DSD) der Lenze AG verwiesen.The component 40 to be driven executes a predetermined kinematic profile. The movement profile or the kinematic profile comprises or defines a travel path of the component 40 to be driven, a speed of the component 40 to be driven, and a Acceleration of the component 40 to be driven. In a conveying application with a wheel drive, in which objects to be transported are initially accelerated with a predetermined maximum weight, then moved at a constant speed and then decelerated again, the result is, for example, a trapezoidal course of the speed. From this kinematic profile, an electromechanical dimensioning rule for the components 10, 20 and 30 of the drive system can be derived. The dimensioning rule may include, for example, a nominal power of the electric motor, a nominal torque of the electric motor, a torque transmittable via the transmission, a power transferable via the transmission, thermal boundary conditions, compatibility properties of the components and / or a rated power of the converter. For further details on drive system design based on kinematic profiles, please refer to the Drive Solution Designer (DSD) from Lenze AG.
Zur automatisierten Bestimmung des elektrischen Energiebedarfs des Antriebssystems werden ein Verlustmodell für den Elektromotor, ein Verlustmodell für den Umrichter und ein Verlustmodell für das Getriebe bestimmt, wobei die jeweiligen Verlustmodelle verschiedene Betriebszu- stände berücksichtigen, die sich aufgrund des vorgegebenen kinematischen Profils einstellen.For the automated determination of the electrical energy requirement of the drive system, a loss model for the electric motor, a loss model for the converter and a loss model for the transmission are determined, wherein the respective loss models take into account different operating states that occur due to the given kinematic profile.
Fig. 2 zeigt eine Modellierung mit einem Verlustmodell 10a des Umrichter 10, einem Verlustmodell 20a des Elektromotors 20 und einem Verlustmodell 30a des Getriebes 30. Die Verlustmodelle weisen die in Fig. 2 an ihren Eingängen dargestellten Eingangsgrößen auf und sind mittels Parametern Pari bis Par3 parametrierbar, d.h. auf konkrete Typen der Komponenten 10 bis 30 mittels geeigneter Parametereinstellung anpassbar. Wie in Fig. 2 gezeigt, umfasst der Umrichter 10 einen Gleich- richter 11 und einen Wechselrichter 12. Die Verlustmodelle 10a, 20a und 30a werden wie folgt bestimmt bzw. ermittelt.2 shows a modeling with a loss model 10a of the converter 10, a loss model 20a of the electric motor 20 and a loss model 30a of the transmission 30. The loss models have the input variables shown at their inputs in FIG. 2 and can be parameterized by means of parameters Pari to Par3 , ie adaptable to specific types of components 10 to 30 by means of a suitable parameter setting. As shown in FIG. 2, the inverter 10 comprises a DC Judge 11 and an inverter 12. The loss models 10a, 20a and 30a are determined or determined as follows.
Bei der Antriebssystemanwendung werden Reibkomponenten, Beschleunigungskomponenten, konstante Lasten und Wirkungsgrade berücksichtigt. Beim Getriebe 30 werden die Eigenträgheit, leistungsabhängige Verluste und drehzahlabhängige Verluste berücksichtigt. Beim Elektromotor 20 werden die Eigenträgheit, Statorwicklungsverluste (auslastungsabhängige Erwärmung), Rotorwicklungsverluste (nur bei Asynchronmaschinen inkl. auslastungsabhängiger Erwärmung), Eisenverluste und Reibverluste berücksichtigt. Beim Umrichter 10 werden stromabhängige Verluste, konstante Verluste, Lüfterverluste und Kondensatorverluste berücksichtigt.Drive system application considers friction components, acceleration components, constant loads and efficiencies. When transmission 30, the self-inertia, power-dependent losses and speed-dependent losses are taken into account. When electric motor 20, the self-inertia, Statorwicklungsverluste (load-dependent heating), rotor winding losses (only in asynchronous machines incl. Load-dependent heating), iron losses and friction losses are taken into account. When inverter 10 current-dependent losses, constant losses, fan losses and capacitor losses are taken into account.
Bei der Antriebssystemanwendung kann zusätzlich die Temperaturabhängigkeit der Reibung einbezogen werden. Beim Getriebe 30 können zusätzlich eine Viskosität des Öls, die Temperaturabhängigkeit der Verluste, die Getriebetypabhängig mit unterschiedlichen Verlustcharakteristiken und dynamische Verlustkomponenten des Ölkreislaufs berücksichtigt werden. Beim Elektromotor 20 können zusätzlich Schaltfrequenzab- hängige Verluste, Oberwellenverluste, individuell unterschiedliche Betriebstemperaturen, Temperaturunterschiede Stator-Rotor, temperaturabhängige Eigenschaften der Permanentmagnete, ein Strommodell für den Betrieb im Feldschwächbereich und der Einfluss von Eigenlüftern berücksichtigt werden. Beim Frequenzumrichter 10 können die Abhängigkeit von der Schaltfrequenz, die Abhängigkeit von der Modulationsart, die Trennung nach Gleichrichter und Wechselrichterverlusten und Energiesparmodi bzw. ein Stand-By-Betrieb berücksichtigt werden.In the drive system application, the temperature dependence of the friction can be additionally included. The transmission 30 may additionally take into account a viscosity of the oil, the temperature dependence of the losses, the type of transmission depending on different loss characteristics and dynamic oil circuit loss components. The electric motor 20 can additionally take into account switching frequency-dependent losses, harmonic losses, individually different operating temperatures, stator-rotor temperature differences, temperature-dependent properties of the permanent magnets, a current model for operation in the field weakening range and the influence of internal fans. In the frequency converter 10, the dependence on the switching frequency, the dependence on the modulation type, the separation of rectifier and inverter losses and energy saving modes or a stand-by operation can be considered.
Weiter kann ein gegebenenfalls vorhandenes Versorgungs- bzw. Ver- sorgungs-/Rückspeise-Modul in die Verlustmodelle bzw. eine Energiebetrachtung einfließen. Berücksicht werden können auch ein gegebenen- falls vorhandener Bremschopper, Verluste in einem Bremswiderstand sowie Verluste auf Motorleitungen und Filtern.Furthermore, a possibly existing supply or supply / regenerative module can be included in the loss models or an energy consideration. Consideration may also be given to a given if existing brake chopper, losses in a braking resistor and losses on motor cables and filters.
Für die Antriebssystemaufgabenstellung wird die erforderliche Leistung aus den konstanten, den variablen und den dynamischen Anteilen berechnet. Hierzu werden aus den kinematischen Randbedingungen das Drehmoment der Anwendung MApp(t) und die Winkelgeschwindigkeit ωApp(t) bestimmt und daraus die Leistung ermittelt:For the drive system task the required power is calculated from the constant, the variable and the dynamic parts. For this purpose, the torque of the application M App (t) and the angular velocity ω App (t) are determined from the kinematic boundary conditions and from this the power is determined:
Die für die Beschleunigung der Massenträgheit benötigte Leistung berechnet sich zu: The power required to accelerate the inertia is calculated as:
Der Energiebedarf der Anwendung zum Zeitpunkt t innerhalb des Zyklus ergibt sich somit zu:The energy demand of the application at time t within the cycle thus results in:
Der Energiebedarf des gesamten Zyklus wird durch das Integral über die gesamte Zykluszeit T gebildet.The energy requirement of the entire cycle is formed by the integral over the entire cycle time T.
Die in der Trägheit gespeicherte Energie ist: Für ein gegebenenfalls vorhandenes zusätzliches Antriebselement ist zunächst das Maximalmoment der Anwendung zu bestimmen, da dies maßgeblich für den konstanten Anteil der Verluste ist. The energy stored in the inertia is: For an optional additional drive element, the maximum torque of the application must first be determined, since this is decisive for the constant proportion of the losses.
Für die Berechnung wird des Weiteren das konstante Reibmoment des Antriebselements Mμ K verwendet. Aus dem Drehmomentverlauf der Anwendung wird das Antriebsmoment für das zusätzliche Antriebselement berechnet:Furthermore, the constant friction torque of the drive element M μ K is used for the calculation. From the torque curve of the application, the drive torque for the additional drive element is calculated:
Die Verlustleistung des Antriebselements berechnet sich somit zu:The power loss of the drive element is thus calculated as:
Die in den Massenträgheiten des Antriebselements gespeicherten Energien berechnen sich mit der BeschleunigungsleistungThe energies stored in the inertia of the drive element are calculated with the acceleration power
zu: to:
Der Energiebedarf des gesamten Zyklus wird durch das Integral über die gesamte Zykluszeit T gebildet. Die Gesamtleistung an der Antriebswelle des Antriebselements errechnet sich zu: The energy requirement of the entire cycle is formed by the integral over the entire cycle time T. The total power at the drive shaft of the drive element is calculated to:
Im Folgenden wird die Bestimmung des Getriebeverlustmodells unter Bezugnahme auf Fig. 3 hergeleitet. Es werden folgende Verluste/Größen berücksichtigt:The determination of the transmission loss model will be derived below with reference to FIG. 3. The following losses / sizes are considered:
Aus den Daten für die Belastungsgrößen am Getriebeausgang des Getriebes sind die Eingangsgrößen bezüglich Drehzahl und Drehmoment zu bestimmen.From the data for the load variables at the gearbox output of the gearbox, the input variables with regard to speed and torque are to be determined.
Für die Berechnung der Getriebeverluste werden zunächst die Verluste im Bemessungspunkt bestimmt. Dabei ist der Wirkungsgrad für das Getriebe im Punkt ( n„, V (, =1400 min"1; MN ,G ) je Stufe definiert. Der Bemessungswirkungsgrad ergibt sich für ein n-stufiges Getriebe:To calculate the transmission losses, the losses in the design point are first determined. The efficiency for the transmission is defined at the point (n ", V ( , = 1400 min " 1 , M N, G ) per stage. The design efficiency results for an n-stage transmission:
ηN(i = η" mit η, = Wirkungsgrad je Stufe η N (i = η "with η, = efficiency per stage
Die Verlustleistung im Bemessungspunkt kann dann ermittelt werden zu:The power loss at the design point can then be determined as:
Für die Getriebeverluste werden 40% der Verluste proportional der übertragenen Leistung angesetzt (Zahnreibungsverluste) und 60% als drehzahlabhängige Planschverluste angenommen.For the transmission losses, 40% of the losses are applied proportionally to the transmitted power (tooth friction losses) and 60% assumed as speed-dependent churning losses.
Die Beschleunigungsleistung für die Getriebekomponenten berechnet sich zu:The acceleration power for the transmission components is calculated as:
Der Energiebedarf des Getriebes ergibt sich somit zu:The energy requirement of the transmission thus results in:
Der Energiebedarf des gesamten Zyklus wird durch das Integral über die gesamte Zykluszeit T gebildet. Für den Getriebeeingang kann jetzt die Gesamtleistung bestimmt werden. The energy requirement of the entire cycle is formed by the integral over the entire cycle time T. For the transmission input now the total power can be determined.
Im Folgenden wird die Bestimmung des Motorverlustmodells unter Bezugnahme auf Fig. 4 hergeleitet. Es werden folgende Verluste/Größen berücksichtigt:The determination of the engine loss model will be derived below with reference to FIG. 4. The following losses / sizes are considered:
Für die Verluste des Motors sind zunächst die Verluste gemäß Ihren Ursachen im Bemessungsbetrieb aufzuteilen. Für Standard- Asynchronmaschinen wird eine Wicklungsübertemperatur von Δ,9 max,M = 8OK, für Servomotoren von Δ ι9 maχ,M =105K angesetzt.For the losses of the motor, the losses must first be divided according to their causes in the rated operation. For standard asynchronous machines, a winding overtemperature of Δ, 9 m ax, M = 8OK, for servomotors of Δ ι9 ma χ, M = 105K is used.
Die Polpaarzahl der Maschine wird aus der Drehfeldfrequenz und der Drehzahl ermittelt:The pole pair number of the machine is determined from the rotating field frequency and the speed:
Die synchrone Drehzahl lässt sich somit errechnen zu:The synchronous speed can thus be calculated to:
Damit ergibt sich der Schlupf zu: This results in the slip to:
Für die Berechnung der Statorwicklungsverluste wird der Wicklungswiderstand benötigt. Dieser wird aus dem Strangwiderstand bei 200C ermittelt: For the calculation of the stator winding losses, the winding resistance is needed. This is determined from the strand resistance at 20 0 C:
Für die betriebswarme Maschine wird der Wicklungswiderstand mit der Auslastung hochgerechnet:For the warm machine, the winding resistance is extrapolated with the load:
Die Gesamtverluste der Maschine im Bemessungsbetrieb lassen sich aus der Differenz der elektrisch aufgenommenen Leistung und der mechanisch abgegebenen Leistung ermitteln.The total losses of the machine in rated operation can be determined from the difference between the electrical power consumed and the mechanical power output.
Die Wicklungsverluste im Bemessungsbetrieb lassen sich somit für die in Stern geschaltete Maschine bestimmen zu: Für die in Dreieck geschaltete Maschine gilt: The winding losses in the rated mode can thus be determined for the star-connected machine: For the machine connected in delta, the following applies:
Es werden zunächst die Zusatzverluste bestimmt, diese werden mit 0,5% der elektrisch aufgenommenen Leistung angenommen.First, the additional losses are determined, these are assumed to be 0.5% of the electrical power absorbed.
Für die weitere Berechnung wird davon ausgegangen, dass sich die Differenz der Gesamtverluste und der Stator-, Rotorwicklungs- und Zusatzverluste zu 90% in den Eisenverlusten und zu 10% in den Reibungsverlusten niederschlägt. Die Reibungsverluste sind für die Aufteilung der Luftspaltleistung P5 der mechanischen Leistung zuzuschlagen.For further calculation, the difference between the total losses and the stator, rotor winding and additional losses is assumed to be 90% in the iron losses and 10% in the friction losses. The friction losses are to be added for the division of the air gap power P 5 of the mechanical power.
Die Rotorverluste lassen sich dann über das Gesetz zur Aufspaltung der Luftspaltleistung bestimmen. Sie werden bei Synchronmaschinen zu Null gesetzt.The rotor losses can then be determined by the law for splitting the air gap power. They are set to zero in synchronous machines.
Für die Eisenverluste im Bemessungsbetrieb ergibt sich somit: For the iron losses in rated operation, this results in:
Die Reibungsverluste bestimmen sich dann zu: Im Weiteren werden die Belastungsgrößen im Betrieb der Maschine bestimmt. Dazu wird zunächst das innere Drehmomentprofil der Maschine ermittelt:The friction losses are then determined by: Furthermore, the load variables are determined during operation of the machine. First, the internal torque profile of the machine is determined:
Fällt die mechanische Bremse im Stillstand ein, so wird das Drehmoment zu Null gesetzt.If the mechanical brake comes to a standstill, the torque is set to zero.
Für die Berechnung der Eisenverluste wird der Verlauf der Drehfeldfrequenz benötigt.The course of the rotating field frequency is required for the calculation of the iron losses.
Dabei wird die Differenz zwischen der synchronen Drehzahl und der Abtriebsdrehzahl des Motors als proportional zum Belastungsmoment vorausgesetzt:The difference between the synchronous speed and the output speed of the motor is assumed to be proportional to the load torque:
Für die Ermittlung der Stromwärmeverluste wird der Motorstrom benötigt. Dieser wird mit einem vereinfachten Modell berechnet, wobei das Modell für die Synchronmaschine nur für den Grundstellbereich geeignet ist.The motor current is needed to determine the current heat losses. This is calculated with a simplified model, whereby the model for the synchronous machine is only suitable for the basic setting range.
Der Motorstrom wird in zwei Komponenten aufgeteilt, den Strom in der Längsachse und dem Strom in der Querachse. Für die Synchronmaschine wird der Strom in der Längsachse zu Null gesetzt. Der Strom in der Längsachse berechnet sich für die Asynchronmaschine im Grundstellbereich zu: und im Feldschwächbereich:The motor current is split into two components, the current in the longitudinal axis and the current in the transverse axis. For the synchronous machine, the current in the longitudinal axis is set to zero. The current in the longitudinal axis is calculated for the asynchronous machine in the basic setting range to: and in the field weakening area:
Der Querstrom ist im Grundstellbereich belastungsabhängig und berechnet sich zu:The cross-flow is load-dependent in the basic setting range and is calculated as:
Unter Vernachlässigung der Flussverkettung in der Querachse wird für den Feldschwächbereich der Querstrom berechnet zu:Neglecting the flux linkage in the transverse axis, the transverse current is calculated for the field weakening range as follows:
Für die Drehfeldfrequenz der Asynchronmaschine ergibt sich ebenfalls eine Belastungsabhängigkeit:For the rotating field frequency of the asynchronous machine also results in a load dependence:
Für den Feldschwächbereich wird die Frequenz berechnet zu:For the field weakening range, the frequency is calculated as:
Aus der Längskomponente und der Querkomponente des Stroms lässt sich dann der Gesamtstrom berechnen. The total current can then be calculated from the longitudinal component and the transverse component of the current.
In den Phasen der Reglersperre wird der Motorstrom zu Null gesetzt. Mit diesen Vorberechnungen können nun die Motorverluste bestimmt werden.In the phases of the controller inhibit, the motor current is set to zero. With these precalculations now the engine losses can be determined.
Statorwicklungsverluste:Statorwicklungsverluste:
Reibungsverluste:Friction losses:
Für die Berechnung der Rotorverluste wird nach dem Gesetz über die Aufteilung der Luftspaltleistung der Schlupf und die Beschleunigungsleistung des Motors benötigt:For the calculation of the rotor losses the slip and the acceleration power of the engine are required according to the law of the division of the air gap power:
Die Wicklungsverluste im Rotor ergeben sich dann aus der folgenden Gleichung, dabei wird von einer mit dem Stator identischen Widerstandserhöhung aufgrund der Temperatur ausgegangen. The winding losses in the rotor then result from the following equation, it is assumed that an identical with the stator resistance increase due to the temperature.
Für den Fall das die Formel nicht mehr berechenbar ist wird folgende Näherung getroffen:In case the formula is no longer computable, the following approximation is made:
Die Eisenverluste werden im Grundstellbereich bestimmt zu :The iron losses are determined in the base range to:
Im Feldschwächbereich werden die Eisenverluste berechnet mitIn the field weakening range, the iron losses are calculated with
da dann das Feld linear mit der Frequenz abnimmt.because then the field decreases linearly with the frequency.
Die Zusatzverluste werden mit 0,5% der elektrisch übertragenen Leistung angenommen.The additional losses are assumed to be 0.5% of the electrical power transmitted.
Aus den Teilleistungen berechnet sich die Gesamtverlustleistung für den Motor. From the partial services, the total power loss for the engine is calculated.
Mit der Verlustleistung kann anschießend der Energiebedarf des Motors berechnet werden.The power loss of the motor can then be calculated with the power loss.
Der Energiebedarf des gesamten Zyklus wird durch das Integral über die gesamte Zykluszeit T gebildet.The energy requirement of the entire cycle is formed by the integral over the entire cycle time T.
Die Leistung am Motor ergibt sich dann aus der Summe der Leistungen: The power at the engine then results from the sum of the services:
Im Folgenden wird die Bestimmung des Umrichterverlustmodells unter Bezugnahme auf Fig. 5 hergeleitet. Es werden folgende Verluste/Größen berücksichtigt:In the following, the determination of the converter loss model will be derived with reference to FIG. 5. The following losses / sizes are considered:
• Verluste auf einer Masterplatine MP Po,th,ι• losses on a master board MP Po, th, ι
• Stromabhängige Verluste im GR1WR P| th,ι• Current-dependent losses in the GR 1 WR P | t h, ι
• Ohmsche Verluste einer Leistungsplatine LP und der Kondensatoren PR,th,ιOhmic losses of a power board LP and the capacitors P R , th , ι
Die Verluste im Umrichter teilen sich auf in Verluste, die bei der Versorgung der Steuerelektronik entstehen, in Verluste im Gleichrichter, Verluste in den Kondensatoren, Verluste in der Leistungsplatine und Verluste im Wechselrichter. Das Verlustmodell stützt sich auf die Berechnung der Verluste über die stromabhängigen Kühlkörperverluste Pι,th,ι, die Verluste bei Reglersperre Po,th,ι und die Gesamtverluste Pth,N,ι- Sind keine Verlustangaben verfügbar, so werden die Verluste im Bemessungsbetrieb nach der folgenden Gleichung bestimmt:The losses in the inverter are divided into losses that occur when supplying the control electronics, losses in the rectifier, losses in the capacitors, losses in the power board and losses in the inverter. The loss model is based on the calculation of the losses via the current-dependent heat sink losses Pι, t h , ι, the losses in controller inhibit Po, th, ι and the total losses Pt h , N, ι- If no loss data available, the losses in the rated operation determined by the following equation:
Sind die Kühlkörperverluste gegeben, jedoch nicht die Gesamtverluste, so gilt:If the heat sink losses are given, but not the total losses, then:
Sind keine Verluste mit bei Reglersperre angegeben, so wird ein konstanter Verlust von 0,010 kW angenommen.If no losses are indicated with controller inhibit, then a constant loss of 0.010 kW is assumed.
Sind die Gesamtverluste sowie die Kühlkörperverluste als auch die Verluste bei Reglersperre angegeben, so werden die eventuell verbleibenden Verlustdifferenzen in 30% konstante Verluste für den Lüfterbetrieb und 70% Verluste für die Kondensatoren und Leiterbahnen proportional zu I2 angenommen. If the total losses as well as the heatsink losses as well as the losses are shown with controller inhibit, the remaining losses are assumed to be in 30% constant losses for the fan operation and 70% losses for the capacitors and conductor tracks proportional to I 2 .
Die Verluste in Gl.46 werden bei Reglersperre zu Null gesetzt.The losses in Eq.46 are set to zero at controller inhibit.
Für die belastungsabhängigen Verluste ergibt sich dann: For the load-dependent losses then follows:
Die Gesamtverluste ergeben sich dann aus der Summe: The total losses then result from the sum:
Daraus lässt sich die Gesamtleistung am Umrichtereingang bestimmen zu:From this, the total power at the inverter input can be determined to:
Der Eigenverbrauch des Umrichters ergibt sich aus: The self-consumption of the inverter results from:
Der Energiebedarf des gesamten Zyklus wird durch das Integral über die gesamte Zykluszeit T gebildet.The energy requirement of the entire cycle is formed by the integral over the entire cycle time T.
Aus der Leistung PSuPlι lässt sich durch den positiven Anteil der Leistung die aufgenommene Energie für einen Zyklus und für den negativen Anteil die rückspeisbare Energie ermitteln.From the power P S u Pl ι can be determined by the positive portion of the power absorbed energy for a cycle and the negative portion of the energy recoverable.
Aus der Betrachtungsdauer in Jahren, der Anzahl der Betriebswochen im Jahr, der Anzahl der Betriebstage pro Woche und der Betriebsstunden pro Tag lässt sich mit der Zykluszeit die Anzahl der Zyklen berechnen. From the observation period in years, the number of operating weeks per year, the number of operating days per week and the operating hours per day, the cycle time can be used to calculate the number of cycles.
Durch einen frei wählbaren Energiepreis und einen mit 550g/kWh vorgegebenen CO2-Äquivalent können abschließend die Energiekosten und der CO2-Anteil ermittelt werden.By a freely selectable energy price and with a predetermined 550g / kWh CO 2 equivalent energy costs and the CO 2 content can be determined conclusively.
Die beschriebene Bestimmung der Verlustmodelle ermöglicht eine zuverlässige Bestimmung des elektrischen Energiebedarfs des Antriebssystems in interessierenden Zeitintervallen. Dies ermöglicht die Optimierung eines Antriebssystems im Hinblick auf eine effiziente Energieausnutzung.The described determination of the loss models enables a reliable determination of the electrical energy requirement of the drive system at intervals of interest. This allows optimization of a drive system for efficient energy utilization.
Dabei werden die konkrete Antriebsaufgabe sowie die Antriebskomponenten Motor, Getriebe, Umrichter und gegebenenfalls weitere mechanische Komponenten, beispielsweise Bremse, Kupplung, Übertragungselemente, etc., und elektrische Komponenten, beispielsweise Brem- schopper, Bremswiderstände, Versorgungs- und Rückspeisemodule, etc., berücksichtigt.In this case, the specific drive task as well as the drive components motor, gearbox, converter and possibly other mechanical components, such as brake, clutch, transmission elements, etc., and electrical components, such as brake choppers, braking resistors, supply and regenerative modules, etc., are taken into account.
Die Bestimmung bzw. Berechnung des Energiebedarfs erfolgt hierbei nicht nur im Hinblick auf eine einzelne Komponente des Antriebsystems an einem konstanten Betriebspunkt. Erfindungsgemäß wird das gesamte Antriebssystem in dem bei der Antriebsaufgabe auftretenden Be- triebsbereich unter Berücksichtigung des individuellen Bedarfs der Anwendung (Maschine) beurteilt.The determination or calculation of the energy requirement takes place here not only with regard to a single component of the drive system at a constant operating point. According to the invention, the entire drive system is moved in the manner occurring during the drive task. operating range, taking into account the individual needs of the application (machine).
Anhang: Verzeichnis der Formelzeichen mit EinheitenAppendix: List of formula symbols with units

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur automatisierten Bestimmung des elektrischen Energiebedarfs eines Antriebssystems, wobei das Antriebssystem um- fasst: einen Elektromotor (20), einen Umrichter (10) zur Ansteuerung des Elektromotors (20), eine anzutreibende Komponente (40) und ein Getriebe (30), das zwischen den Elektromotor (20) und die anzutreibende Komponente (40) eingeschleift ist, wobei die anzutreibende Komponente (40) ein vorgegebenes kinematisches Profil ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlustmodell (20a) für den Elektromotor (20), ein Verlustmodell (10a) für den Umrichter (10) und ein Verlustmodell (30a) für das Getriebe (30) bestimmt wird, wobei die jeweiligen Verlustmodelle (10a, 20a, 30a) verschiedene Betriebszustände berücksichtigen, die sich aufgrund des vorgegebenen kinematischen Profils einstellen, und der elektrische Energiebedarf des Antriebssystems während einer vorgegebenen Zeitdauer unter Verwendung der Verlustmodelle (10a, 20a, 30a) und des vorgegebenen kinematischen Profils bestimmt wird.1. A method for the automated determination of the electrical energy requirement of a drive system, wherein the drive system comprises: an electric motor (20), a converter (10) for controlling the electric motor (20), a component to be driven (40) and a transmission (30) which is looped between the electric motor (20) and the component (40) to be driven, wherein the component (40) to be driven carries out a predetermined kinematic profile, characterized in that a loss model (20a) for the electric motor (20), a loss model ( 10a) for the converter (10) and a loss model (30a) for the transmission (30) is determined, wherein the respective loss models (10a, 20a, 30a) take into account different operating conditions that arise due to the predetermined kinematic profile, and the electrical Energy requirement of the drive system during a predetermined period of time using the loss models (10a, 20a, 30a) and the given kinematical hen profile is determined.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Verlustmodells für den Elektromotor die Eigenträgheit des Elektromotors, Wicklungsverluste im Stator des Elektromotors, Eisenverluste und/oder Reibverluste berücksichtigt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that for determining the loss model for the electric motor, the self-inertia of the electric motor, winding losses in the stator of the electric motor, iron losses and / or friction losses are taken into account.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein Asynchronmotor ist, wobei zur Bestimmung des Verlustmodells für den Elektromotor Rotorwicklungsverluste berücksichtigt werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the electric motor is an asynchronous motor, wherein for determining the loss model for the electric motor rotor winding losses are taken into account.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Verlustmodells für den Umrichter stromabhängige Verluste, konstante Verluste, Lüfterverluste und/oder Kondensatorverluste berücksichtigt werden.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for determining the loss model for the inverter current-dependent losses, constant losses, fan losses and / or capacitor losses are taken into account.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Verlustmodells für das Getriebe eine Eigenträgheit des Getriebes, leistungsabhängige Verluste, drehzahlabhängige Verluste und/oder Reibverluste berücksichtigt werden.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for determining the loss model for the transmission an inertia of the transmission, power-dependent losses, speed-dependent losses and / or friction losses are taken into account.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kinematische Profil einen Verfahrweg der anzutreibenden Komponente, eine Geschwindigkeit der anzutreibenden Komponente und/oder eine Beschleunigung der anzutreibenden Komponente umfasst.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the kinematic profile comprises a travel of the component to be driven, a speed of the component to be driven and / or an acceleration of the component to be driven.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die anzutreibenden Komponente ein Förderband, ein Stetigförderer und/oder ein Hubwerk ist.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the component to be driven is a conveyor belt, a continuous conveyor and / or a hoist.
8. Verfahren zur Auswahl von Komponenten eines Antriebssystems unter Berücksichtigung des elektrischen Energiebedarfs des Antriebssystems, wobei das Antriebssystem folgende Komponenten umfasst: einen Elektromotor (20), einen Umrichter (10) zur Ansteuerung des Elektromotors (20), eine anzutreibende Komponente (40) und ein Getriebe (30), das zwischen den Elektromotor (20) und die anzutreibende Komponente (40) eingeschleift ist, wobei die anzutreibende Komponente (40) ein vorgegebenes kinematisches Profil ausführt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:8. A method for selecting components of a drive system taking into account the electrical energy requirement of the drive system, wherein the drive system comprises the following components: an electric motor (20), a converter (10) for controlling the electric motor (20), a component to be driven (40) and a transmission (30) looped between the electric motor (20) and the component (40) to be driven, the component (40) to be driven executing a predetermined kinematic profile, the method comprising the steps of:
Auswählen des Elektromotors (20), Auswählen des Umrichters (10) und Auswählen des Getriebes (30) aus einer vorgegebenen Menge von Elektromotoren, Umrichtern und Getrieben derart, dass eine von dem kinematischen Profil abhängige Di- mensionierungsvorschrift erfüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur automatisierten Bestimmung des elektrischen Energiebedarfs des Antriebssystems das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 unter Berücksichtigung des ausgewählten E- lektromotors (20), des ausgewählten Umrichters (10) und des ausgewählten Getriebes (30) durchgeführt wird.Selecting the electric motor (20), selecting the converter (10) and selecting the transmission (30) from a predetermined set of electric motors, converters and gears such that a dimensioning rule dependent on the kinematic profile is satisfied, characterized in that automated determination of the electrical energy requirement of the drive system, the method according to any one of claims 1 to 7 taking into account the selected E- lektromotors (20), the selected inverter (10) and the selected transmission (30) is performed.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Di- mensionierungsvorschrift eine Nennleistung des Elektromotors, ein Nennmoment des Elektromotors, ein über das Getriebe übertragbares Drehmoment, eine über das Getriebe übertragbare Leistung, thermische Randbedingungen, Kompatibilitätseigenschaften der Komponenten und/oder eine Nennleistung des Umrichters umfasst.9. The method according to claim 8, characterized in that the dimensioning rule a nominal power of the electric motor, a nominal torque of the electric motor, a transferable via the transmission torque, a transferable via the transmission power, thermal boundary conditions, compatibility properties of the components and / or a rated power of the inverter.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch die Schritte:10. The method according to claim 8 or 9, characterized by the steps:
Auswählen einer ersten Antriebssystemvariante umfassend einen Elektromotor, einen Umrichter und ein Getriebe aus der vorgegebenen Menge von Elektromotoren, Umrichtern und Getrieben derart, dass die Dimensionierungsvorschrift erfüllt ist, Auswählen mindestens einer zweiten Antriebssystemvariante umfassend einen Elektromotor, einen Umrichter und ein Ge- triebe aus der vorgegebenen Menge von Elektromotoren, Umrichtern und Getrieben derart, dass die Dimensionierungsvor- schrift ebenfalls erfüllt ist, automatisierte Bestimmung des elektrischen Energiebedarfs für die erste Antriebssystemvariante und die zweite Antriebssys- temvariante undSelecting a first drive system variant comprising an electric motor, a converter and a transmission from the predefined set of electric motors, converters and transmissions in such a way that the dimensioning specification is satisfied, selecting at least one second drive system variant comprising an electric motor, an inverter and a drive drive from the given set of electric motors, converters and gearboxes in such a way that the dimensioning specification is also fulfilled, automated determination of the electrical energy requirement for the first drive system variant and the second drive system variant and
Auswählen einer Antriebssystemvariante aus der ersten und der zweiten Antriebssystemvariante in Abhängigkeit von deren Energiebedarf.Selecting a drive system variant of the first and the second drive system variant depending on their energy requirements.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass diejenige Antriebssystemvariante ausgewählt wird, die den geringsten Energiebedarf aufweist.1 1. A method according to claim 10, characterized in that that drive system variant is selected, which has the lowest energy consumption.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebssystemvariante aus der ersten und der zweiten Antriebssys- temvariante in Abhängigkeit vom Energiebedarf und den Kosten der Antriebssystemvarianten ausgewählt wird.12. The method according to claim 10, characterized in that the drive system variant of the first and the second drive system variant is selected depending on the energy requirements and the cost of the drive system variants.
13. Datenträger mit einem darauf gespeicherten Programm, wobei bei Ausführung des Programms von dem Datenträger ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgeführt wird. 13. Data carrier with a program stored thereon, wherein when the program is executed by the data carrier a method according to one of claims 1 to 12.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3958458A1 (en) * 2020-08-19 2022-02-23 Siemens Aktiengesellschaft Software based condition monitoring for machines
CN113239593B (en) * 2021-05-19 2022-08-05 合肥工业大学 Design method suitable for optimizing efficiency of water-filled submersible motor

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007026012B4 (en) * 2006-07-10 2024-01-25 Heidelberger Druckmaschinen Ag Controlled energy consumption of electric drives in machines

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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