DE1004393B - Verfahren und Einrichtung zum Messen des Drehmomentes von Asynchronmotoren - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zum Messen des Drehmomentes von Asynchronmotoren Um für eine durch einen Elektromotor anzutreibende Arbeitsmaschine die richtige Motorgröße zu ermitteln, ist es erforderlich, den Drehmoment- bzw.
• Leistungsbedarf der Arbeitsmaschine festzustellen.
• Derartige Feststellungen sind auch häufig im Versuchsfeld durchzuführen. Der Anbau eines Pendelmotors an die Arbeitsmaschine, der eine genaue Drehmomentmessung gestattet, ist nun in vielen Fällen nicht möglich. Für solche Fälle ist es sehr erwünscht, einen Weg zu finden, der eine unmittelbare elektrische Messung des Drehmomentes der Arbeitsmaschine gestatten würde. Im folgenden wird nun eine Methode gezeigt, mittels der es ohne weiteres möglich ist, das Drehmoment eines mit der Arbeitsmaschine gekuppelten Asynchronmotors, insbesondere eines Kurzschlußläufermotors, unmittelbar elektrisch zu messen.
• Gemäß der Erfindung wird das Drehmoment des Asynchronmotors in der Weise ermittelt, daß der magnetische Fluß im Luftspalt des Motors und der Läuferstrom elektrisch gemessen werden und daß das Drehmoment des Motors durch elektrische Multiplikation der magnetflußproportionalen Spannung und des insbesondere transformatorisch übertragenen Läuferstromes in einem elektrodynamischen Meßinstrument (Wattmeter) festgestellt wird. Die Phasenverschiebung der induzierten Spannung gegenüber dem Fluß wird dabei durch eine Versetzung der Meßwicklung um 900 elektrisch kompensiert. Eine zur Ausführung dieses Verfahrens bei Kurzschlußläufer-Asynchronmotoren geeignete Einrichtung besteht erfindungsgemäß darin, daß in den Ständernuten des Motors eine vorzugsweise über der Ständerwicklung liegende, zur Messung des Magnetflusses im Luftspalt dienende Induktionsspule angeordnet und außerhalb des Wickelkopfes des Motors noch ein zweites, schmales Läufer- und Ständerpaket vorgesehen sind, wobei die Läuferstäbe von den entsprechend verlängerten Motorläuferstäben gebildet werden, die erst außerhalb des Meßläuferpaketes durch einen Kurzschluß ring miteinander verbunden sind, und wobei im Meßständer eine Mehrphasenwicklung liegt, die bis auf eine zur Speisung des elektrodynamischen Meßinstrumentes dienende Phase kurzgeschlossen ist.
• In der Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines für ein solches Meßverfahren ausgebildeten Kurzschlußläufer-Asynchronmotors im Längs schnitt dargestellt. 1 ist das Ständerpaket des Motors, das mit der Ständerwicklung 2 in üblicher Weise versehen ist. In der Bohrung des Ständerpaketes ist das Läuferpaket 3 angeordnet, das auf der Motorwelle 4 befestigt ist. Über der Ständerwicklung 2 ist eine Induktionsspule 5 angeordnet, die zur Messung des im Luftspalt vorhandenen Magnetflusses dient. Außerhalb des Wickelkopfes der Wicklung 2 ist auf der Welle 4 ein weiteres schmales Läuferpaket 6 angebracht, das von dem ebenso schmalen Ständerpaket 7 umgeben ist. Die Läuferstäbe 8 des Motorläufers sind nur auf der einen Seite des Motorläufers durch einen Kurzschluß ring 9 miteinander verbunden.
• Auf der anderen Seite sind sie so weit verlängert, daß sie in den Meßläufer 6 hineinragen. Erst auf der Außenseite dieses Läufers sind sie durch einen Kurzschluß ring 10 miteinander verbunden. Der Meßständer 7 ist mit einer Mehiphasenwicklung 11 versehen, die bis auf eine Phase 12 kurzgeschlossen ist, welche zur Speisung des der Einfachheit halber in der Zeichnung fortgelassenen elektrodynamischen Meßinstrumentes, also eines Wattmeters, dient, das außerdem von der Spannung der Induktionsspule 5 gespeist wird. Man kann so auf einfache Weise das Drehmoment des Asynchronmotors ermitteln.
• Ein in solcher Weise ausgebildeter Kurzschlußläufer-Asynchronmotor kann ohne weiteres an Stelle eines Pendelmotors für Drehmoment und Leistungsbestimmungen bei Arbeitsmaschinen verwendet werden. Als Bremse ist jedoch ein solcher Motor nur im übersynchronen Betrieb verwendbar, weil der Schlupf des Motors wegen der Läuferverluste eine bestimmte Grenze nicht überschreiten darf. Wendet man jedoch das angegebene Verfahren zur elektrischen Messung des Drehmomentes gemäß der Erfindung auf Schleifringläufer-Asynchronmotoren an, so erhält man eine Maschine, die sowohl als Motor als auch als Bremse mit weitgehend regelbarem Drehmoment in einem großen Drehzahlbereich arbeiten kann und eine direkte Messung des Drehmomentes gestattet. Eine besonders geeignete Einrichtung bzw. Ausbildung des Schleifringläufermotors zur Anwendung des Verfahrens der elektrischen Drehmomentmessung besteht darin, daß der Läuferstrom über einen auf der Motorwelle -sitzenden und vom Läuferstrom durchflossenen Meßläufer auf induktivem Wege auf eine Meßständerwicklung übertragen wird, deren Phasen bis auf eine, nämlich die Meßphase, in welcher der Strompfad des Wattmeters liegt, kurzgeschlossen sind. Der Meßläufer ist dabei vorteilhaft auf einem aus dem Motorgehäuse herausragenden Ende der Motorwelle angebracht, wobei die ihm den Läuferstrom zuführenden Leitungen durch die hohl ausgebildete Motorwelle hindurchgeführt sind. Zum Ausgleich der Phasenverschiebung zwischen Fluß und induzierter Spannung in der Meßwicklung werden Strom- und Spannungsmeßwicklung im Motor um 900 elektrisch gegeneinander versetzt.
• Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines solchen zur Drehmomentmessung ausgebildeten Schleifringläufer-Asynchronmotors im Längsschnitt. 21 ist das Motorgehäuse, in dem das Ständerpaket 22 angeordnet ist. Das Ständerpaket ist an den beiden Seiten mit den als Lagerschilde dienenden Kappen 23 und 24 besetzt, in denen die Motorwelle 25 gelagert ist. Auf der Welle 25 ist der Läufer 26 befestigt, neben dem die drei Schleifringe 27 angeordnet sind.
• In den Ständernuten des Motors ist wieder eine Induktionsspule 28 vorgesehen, die zur Messung des Magnetflusses im Luftspalt des Motors dient und den Spannungspfad des hier ebenfalls fortgelassenen Wattmeters speist. Auf dem durch den Lagerschild 23 herausragenden Ende der Motorwelle 25 ist nun der Meßläufer 29 befestigt, dessen Dreiphasenwicklung 30 durch die Leitung 31, welche durch die zu diesem Zweck hohle Welle 25 hindurchgeführt ist, von dem Läuferstrom gespeist wird. Der Läuferstrom wird induktiv auf die Wicklung 32 des Ständers 33 übertragen, der in dem am Lagerschild 23 angebrachten Gehäuse 34 gelagert ist. Die Phasen dieser Meßständerwicklung sind bis auf die Meßphase, in welcher der Strompfad des Wattmeters liegt, kurzgeschlossen.
• Erfindungsgemäß kann statt eines elektrodynamischen Wattmeters auch ein Ferrarismeßwerk oder ein Blindwattmeter vorgesehen sein. In diesem Falle ist eine Versetzung der Strommeßwicklung gegen die Spannungsmeßwicklung um 900 elektrisch nicht erforderlich, und das angegebene Meßverfahren läßt sich auch für Einphasen-Asynchronmotoren verwenden.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Messen des Drehmomentes von Asynchronmotoren, insbesondere KurzschluB- läufermotoren, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Fluß im Luftspalt des Motors und der Läuferstrom elektrisch gemessen werden, und daß das Drehmoment durch elektrische Multiplikation der magnetflußproportionalen Spannung und des insbesondere transformatorisch übertragenen Läuferstromes in einem elektrodynamischen Meßinstrument (Wattmeter) festgestellt wird, wobei die Phasenverschiebung der induzierten Spannung gegenüber dem Fluß durch eine Versetzung der Meßwicklung um 900 elektrisch kompensiert wird.
2. 2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei Kurzschlußläufer-Asynchronmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ständernuten des Motors eine vorzugsweise über der Ständerwicklung liegende, zur Messung des Magnetflusses im Luftspalt dienende Induktionsspule angeordnet und daß außerhalb des Wickelkopfes des Motors noch ein zweites, schmales Läufer- und Ständerpaket vorgesehen sind, wobei die Läuferstäbe von den entsprechend verlängerten Motorläuferstäben gebildet werden, die erst außerhalb des Meßläuferpaketes durch einen Kurzschluß ring verbunden sind, und wobei im Meßständer eine Mehrphasenwicklung liegt, die bis auf eine zur Speisung des elektrodynamischen Meßinstrumentes dienende Phase kurzgeschlossen ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Anwendung für Schleifringläufer-Asynchronmotoren.
4. 4. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Läuferstrom über einen auf der Motorwelle sitzenden und von dem Läuferstrom durchflossenen Meßläufer auf induktivem Wege auf eine Meßständerwicklung übertragen wird, deren Phasen bis auf eine, nämlich die Meßphase, in welcher der Strompfad des Wattmeters liegt, kurzgeschlossen sind.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßläufer auf einem aus dem Motorgehäuse herausragenden Wellenende angebracht ist und die Stromzuführungsleitungen durch die zu diesem Zweck hohl ausgebildete Motorwelle hindurchgeführt sind.
6. 6. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß statt eines elektrodynamischen Wattmeters ein Ferrarismeßwerk bzw. ein Bindwattmeter vorgesehen ist.