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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Kenngrössen einer rotierenden Maschine, insbesondere einer elektrischen Maschine, welche aus der Drehbewegung abzuleiten sind, wie beispielsweise die Drehzahl, das Drehmoment, das Schwungmoment, die Bremsleistung oder dergleichen, wobei die Drehbewegung der rotierenden Welle über Impulse erfasst wird, die einem Impulszähler zugeführt werden, einem Zeitzähler eine vorgegebene Taktfrequenz zur Messzeitintervatterfassung zugeführt wird, eine Synchronstufe von einem Mikroprozessor den Messbefehl als Vorgabe erhält und nach der Vorgabezeit der Impulszähler den nächsten Impuls erfasst, nach der Messperiode die beiden Zahlerstände in jeweils zugeordnete Pufferspeicher zugeordnet werden,
der Mikroprozessor über die Synchronstufe eine Datenabfrage von den Pufferspeichern durchführt und aus diesen Daten die Kenngrössen zeitsynchron errechnet und ausgibt Die immer höher werdenden technischen Anforderungen sowie die immer höher werdenden Anforderungen an die Betriebssicherheit rotierender Maschinen erfordern immer bessere Prüfmethoden.
Ein wesentlicher Teil der Prüfung beinhaltet die Messung der Drehzahl und die Auswertung der daraus abzuleitenden Kenngrössen der Maschine Ein Verfahren bzw. eine Anordnung der eingangs genannten Art ist aus der GB 2 013 896 A bekannt Diese Anordnung verwendet für beide Impulszähler einen AufwÅartszähler, wobei der zweite Zähler zusätzlich mit einem Dekoderausgang ausgerüstet ist und der zugeordnete Oszillator mit einer Taktfrequenz von ca. 1 Mhz arbeitet Ferner ist aus der AT-PS 382 462 ein Verfahren zur Ermittlung des Lastmoments, welches von einem Motor auf eine rotierende Last wirkt, bekannt. Dieses Verfahren bildet durch Subtraktion einer vorher bekannten und abgespeicherten Motorantriebsmomentkennlinie vom jeweiligen momentan gemessenen und vom Betriebszustand der Maschine abhängiges Beschleunigungsmoment.
Darüberhinaus ist für dieses Verfahren ein hoher schaltungstechnischer Aufwand notwendig In der "Elektrotechnischen Zeitschrift" 57 Jahrgang, Heft 11, Berlin, 12. März 1936 ist der Artikel "Die Auslauflinien umlaufender Maschinen und ihre Auswertung" von DiplIng Fritz Reinhardt erschienen In diesem Artikel wird sowohl eine mathematische als auch eine graphische Auswertung des Drehzahlverlaufes einer frei auslaufenden Maschine beschrieben.
In diesem Verfahren wird lediglich der Drehzahlverlauf gemessen, alle anderen Kenngrössen, wie zum Beispiel das Schwungmoment, die Aufteilung der Lager- und Luftreibungsveriuste, werden dann gesondert mathematisch bzw graphisch ermittelt.
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Der Nachteil der Methode besteht darin, dass eine Auslauflinie bis herunter zu kleiner Drehzahl erfasst werden muss, um daraus die Kenngrössen erst nach einer aufwendigen Berechnung bzw graphischen Auswertung zu gewinnen Durch Änderungen verschiedener Versuchsparameter während der insbesondere bei grossen Maschinen langen Messdauer und durch die graphische Auswertung, die zu dem nur nicht redundante Einzelwerte liefert,
entsteht eine relativ hohe Ungenauigkeit der ermittelten Kenngrössen Die AT-PS 384680 beschreibt eine "Anordnung zur Funktionsprüfung einer ein- oder mehrphasigen Wechselstrommaschine". Bei dieser Anordnung wird eine Tachometermaschine an ein Kompaktgerät angeschlossen, an welches weiters ein Strom- und ein Spannungswandler angeschlossen sind, welche in der Zuleitung der zu prüfenden Maschine eingeschleift sind Die Ausgabe des Kompaktgerätes erfolgt über ein Ausgabegerät, wie zum Beispiel einen Schreiber oder einen Oszillographen.
Diese Anordnung benötigt einen sehr hohen Aufwand an Messeinrichtungen. Weiters ist diese Methode nicht für alle rotierenden Maschinen geeignet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin ein Verfahren zur raschen und sehr genauen Bestimmung der, aus der Drehzahlkennlinie abzuleitenden Kenngrössen einer rotierenden Maschine zu schaffen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Trennung der mechanischen Verluste in Luft- und Flüssigkeitsreibungsanteile Auslaufversuche durchgeführt werden, wobei die Drehzahl-Zeitlinie in die Leistungs-Drehzahlkurve übergeführt wird und dass aus der Lelstungs-Drehzahlkurve durch geeignete Normierung beispielsweise mit der Wurzel aus der dritten Potenz der Drehzahl, durch lineare Regression die Verlustkennziffern direkt ermittelt werden Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, die Kenngrössen einer rotierenden Maschine aus dynamischen Vorgängen in Echtzeit zu erfassen.
Mit sehr hoher Genauigkeit erfolgt dann die computergestützte Verarbeitung und die Protokollierung, was die Prüfzeit wesentlich verkürzt Die Mess- und Auswerteanordnung ermöglicht es, durch die direkte Leistungsausgabe, von der bisher praktizierten Analyse der Drehzahl-Zeitkurve auf die Leistungs-Drehzahlkurve überzugehen.
Bei der Wirkungsgradbestimmung von Generatoren nach der Auslaufmethode lässt sich damit die Prüfdauer wesentlich verkürzen und gleichzeitig die Messgenauigkeit wesentlich erhöhen
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Gemäss einer Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Messungen penodisch durchgeführt und aus der Differenz zweier aufeinander folgender Drehzahlwerte und des Mittelwertes der Zeit der ersten Messung plus der zweiten Messung wird im Mikroprozessor die Drehbeschleunigung errechnet.
Diese periodische Messung bietet den Vorteil, die momentane Drehbeschleunigung zu ermitteln, wodurch die Veränderung derselben während der Prüfung direkt abzulesen ist In der Folge wird die Erfindung anhand eines, in den Zeichnungen Fig 1 und 2 dargestellten, Ausführungsbeispieles näher erläutert Fig 1 zeigt das Blockschaltbild, Flg. 2 das Impulsdiagramm des Ausführungsbeispieles, Fig 3 das Diagramm einer Auslaufmessung und Fig. 4 die Leistungs-/Drehzahlkurve In Fig. 1 ist eine Motorwelle mit einem angeschlossenem Inkrementalimpulsgeber 1 ersichtlich, welchem ein Impulszähler 2 zur Zählung der Impulse nachgeschaltet ist.
Ein Zeitzähler 3, welchem von einem 20 MHz-Oszillator 4 die Taktschritte vorgegeben werden, zählt die Taktschritte während eines Messintervalles Sowohl der Impulszähler 2 als auch der Zeitzähler 3 speichern ihre Zählerstände in einen jeweils zugeordneten Pufferspeicher 6, 7 Die jeweiligen Daten in den Pufferspeichern 6,7 werden von einem nachgeschalteten Mikroprozessor 8 abgefragt, welcher aus den Daten die Kenngrössen, wie z. B. Drehmoment, Bremsleistung, errechnet und diese über eine Ausgabeeinheit 9a, 9b digital oder analog ausgibt. Eine Synchronstufe 5, welche vom Mikroprozessor 8 den Messbefehl erhält, gibt diesen gleichzeitig sowohl an den Impulszähler 2 als auch an den Zeitzähler 3 ab.
Die Messung beginnt mit der ersten steigenden Flanke des Messsignals vom Inkrementalimpulsgeber 1 und endet, nach dem vom Mikroprozessor 8 über die Synchronstufe 5 vorgegebenen Messintervall, bel der nachten steigenden Flanke des Inkrementalimpulsgebers 1 Nach der erfolgten Zählung werden die Daten über Befehl der Synchronstufe 5 in die zugeordneten Pufferspeicher 6,7 gespeichert Gleichzeitig erhält der Mikroprozessor 8 die Freigabe von der Synchronstufe 5 zum Lesen der Daten aus den Pufferspeichern 6,7 Der Mikroprozessor 8 errechnet unter anderen Kenngrössen auch die Drehbeschleunigung,
woraus das Messintervail - bei steigender Beschleunigung wird das Messintervall verringert und umgekehrt - festgelegt wird und als neuer Messbefehl an die Synchronstufe 5 weitergegeben wird Die Fig 2 zeigt den zeitlichen Ablauf der verschiedenen Steuersignale während einer Messung Die Impulse des Inkrementalimpulsgebers 10 sind periodisch wiederkehrende Rechteckimpulse mit unterschiedlichem Tastverhältnis bei Drehzahländerungen. Das Messsignal 20 zum Starten des Messvorganges Ist ein Rechtecksignal, das so lang ist, dass es mit Sicherheit eine steigende Flanke des Impulsrechteckes überlappt Zu diesem Zeitpunkt beginnt dann der Mess Vorgang 21. Ein zweites
Messsignal beendet den Mess Vorgang bei 21, setzt die Zähler 40 auf "0"und startet einen neuen Messvorgang.
Zum selben Zeitpunkt
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erteilt- C die Synchronstufe 30 die Freigabe, in der Form eines Rechteckimpulses, zum Speichern der
Zählerstände in den Pufferspeicher und für die Verarbeitung der Daten durch den
Mikroprozessor. Im Mikroprozessor-Diagramm 60 ist die vom Mikroprozessor vorgegebene
Messzeit 71, deren Ende den Beginn des neuen Messsignals auslöst, sowie die sehr kurze Zeit der Datenverarbeitung 72 durch den Mikroprozessor und die synchrone Stgna ! ausgabe 73 ersichtlich
EMI4.1
dargestellt. Die Drehzahl-Zeit-KennlinieVisuahsierung gebracht (Fig. 4).
Die optische Visualisierung ergibt den Vorteil, dass während des Versuchsvorganges die Messung vorzeitig abgebrochen werden kann, um einen höheren Rationalisierungsgrad bezüglich Zeit und Kosten zu erreichen. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass die Messung von 100 % bis etwa 70 % der Nenndrehzahl und bis zum Nulldurchgang eine lineare Regression durchgeführt wurde. Beim Schnitt der Dtagrammkurve mit der Nullordinate ergeben sich die Werte für die Lagerreibung von 19 % und für die Ventilationsverluste von 81 %.
Diese genaue Bestimmung ist bisher nicht möglich gewesen, da nach dem Verfahren gem. dem Stand der Technik nur zwei weit auseinanderliegende Messpunkte ermittelt wurden. So wurde beispielsweise bei 90 % und bei 25 % gemessen Wie bekannt ändern sich im unteren Drehzahlbereich verschiedene Parameter, z. B Lagertemperatur Dadurch, dass keine redundanten Einzelwerte vorhanden sind, ist das bisher bekannte Messverfahren durch den Messpunkt im unteren Drehzahlbereich verfälscht worden