DE1004393B

DE1004393B - Method and device for measuring the torque of asynchronous motors

Info

Publication number: DE1004393B
Application number: DES45724A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Fritz Gann
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1955-09-26
Filing date: 1955-09-26
Publication date: 1957-03-14

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. Method and device for measuring the torque of asynchronous motors In order to find the right one for a work machine to be driven by an electric motor To determine the motor size, it is necessary to determine the torque or

Leistungsbedarf der Arbeitsmaschine festzustellen.Determine the power requirement of the working machine.

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.Such determinations are also often to be carried out in the test field. The attachment of a pendulum motor to the work machine, which enables precise torque measurement is now not possible in many cases. In such cases it is great desirable to find a way of making an instant electrical measurement of torque the working machine would allow. In the following a method is shown, by means of which it is easily possible, the torque of one with the working machine coupled asynchronous motor, in particular a squirrel cage motor, directly to measure electrically.

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. According to the invention, the torque of the asynchronous motor in the Way determined that the magnetic flux in the air gap of the motor and the rotor current be measured electrically and that the torque of the motor by electrical multiplication the voltage proportional to the magnetic flux and that which is transmitted in particular by means of a transformer Rotor current determined in an electrodynamic measuring instrument (wattmeter) will. The phase shift of the induced voltage with respect to the flux is thereby electrically compensated by shifting the measuring winding by 900. One to execute this method is suitable for squirrel cage induction motors according to the invention in that in the stator slots of the motor one preferably over the stator winding, which is used to measure the magnetic flux in the air gap Induction coil arranged and a second outside of the winding head of the motor, narrow rotor and stator package are provided, the rotor bars from the accordingly elongated motor rotor bars are formed, which only outside of the measuring rotor package are connected to one another by a short-circuit ring, and with a polyphase winding located in the measuring stand, except for one for the supply of the electrodynamic measuring instrument serving phase is short-circuited.

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. In Fig. 1 of the drawing, an embodiment of one for such a measuring method trained squirrel cage induction motor in the longitudinal section shown. 1 is the stator package of the motor, the one with the stator winding 2 is provided in the usual way. The rotor core is in the hole in the stator core 3, which is attached to the motor shaft 4. Above the stator winding 2 an induction coil 5 is arranged, which is used to measure the existing in the air gap Magnetic flux is used. Outside the end winding the winding 2 is on the shaft 4 another narrow rotor package 6 is attached, that of the equally narrow stator package 7 is surrounded. The rotor bars 8 of the motor rotor are only on one side of the Motor rotor connected to each other by a short-circuit ring 9.

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.On the other hand, they are extended so far that they are in the Measuring rotor 6 protrude. They are only on the outside of this runner through one Short-circuit ring 10 connected together. The measuring stand 7 has a multi-phase winding 11 provided, which is short-circuited except for a phase 12, which is used for supply the electrodynamic measuring instrument omitted from the drawing for the sake of simplicity, So a wattmeter is used, which also depends on the voltage of the induction coil 5 is fed. You can easily adjust the torque of the asynchronous motor determine.

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. A squirrel-cage induction motor designed in this way can easily replace a pendulum motor for torque and power determinations be used in working machines. As a brake, however, such a motor is only Can be used in oversynchronous operation because the motor slips due to rotor losses may not exceed a certain limit. However, if you apply the specified Method for the electrical measurement of the torque according to the invention on slip-ring asynchronous motors on, you get a machine that works both as a motor and as a brake adjustable torque can work in a large speed range and a direct Measurement of the torque permitted. A particularly suitable facility or training of the slip ring motor for applying the method of electrical Torque measurement consists in that the rotor current passes through a on the motor shaft -settled measuring rotor through which the rotor current flows by inductive means a measuring stator winding is transmitted, the phases of which except for one, namely the Measurement phase, in which the current path of the wattmeter is located, are short-circuited. Of the The measuring rotor is advantageously on an end protruding from the motor housing attached to the motor shaft, whereby the lines feeding it the rotor current through the hollow motor shaft are passed through. To compensate for the phase shift between the flux and the induced voltage in the measuring winding are current and voltage measuring windings electrically offset from one another by 900 in the motor.

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. Fig. 2 shows an embodiment of such a device for torque measurement trained slip ring asynchronous motor in longitudinal section. 21 is the motor housing, in which the stator package 22 is arranged. The stand package is on both sides occupied by the caps 23 and 24 serving as bearing shields, in which the motor shaft 25 is stored. On the shaft 25 of the rotor 26 is attached, next to which the three Slip rings 27 are arranged.

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.In the stator slots of the motor there is again an induction coil 28 provided, which is used to measure the magnetic flux in the air gap of the motor and feeds the voltage path of the wattmeter, which is also omitted here. On the through The end of the motor shaft 25 protruding from the end shield 23 is now the measuring rotor 29 attached, the three-phase winding 30 through the line 31, which through the to for this purpose hollow shaft 25 is passed, from which rotor current is fed. The rotor current is inductively transmitted to the winding 32 of the stator 33, the is mounted in the housing 34 attached to the bearing plate 23. The phases of this Measuring stand windings are except for the measuring phase in which the current path of the wattmeter is short-circuited.

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. According to the invention, instead of an electrodynamic wattmeter a Ferraris measuring mechanism or a blind wattmeter can be provided. In this case it is an offset of the current measuring winding against the voltage measuring winding by 900 electrical not required, and the specified measuring method can also be used for single-phase asynchronous motors use.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Method for measuring the torque of asynchronous motors, especially short-circuit Rotor motors, characterized in that the magnetic Flux in the air gap of the motor and the rotor current are measured electrically, and that the torque by electrical multiplication of the magnetic flux proportional Voltage and, in particular, the rotor current transmitted by means of a transformer in one electrodynamic measuring instrument (wattmeter) is determined, with the phase shift the induced voltage with respect to the flux due to a displacement of the measuring winding is electrically compensated by 900.

2. Device for carrying out the method according to claim 1, at Squirrel cage induction motors, characterized in that in the stator slots of the motor is preferably located above the stator winding, for measuring the Magnetic flux in the air gap serving induction coil arranged and that outside the winding head of the motor is a second, narrow rotor and stator package are provided, the rotor bars from the correspondingly lengthened motor rotor bars are formed, which only outside of the measuring rotor package by a short circuit ring are connected, and wherein a polyphase winding is in the measuring stand, the except for a phase serving to supply the electrodynamic measuring instrument is shorted.

3. The method according to claim 1, characterized by its application for slip ring asynchronous motors.

4. Device for carrying out the method according to claim 3, characterized characterized in that the rotor current via a seated on the motor shaft and the measuring rotor through which the rotor current flows inductively to a measuring stator winding is transmitted, the phases of which except for one, namely the measuring phase in which the Current path of the wattmeter is short-circuited.

5. Device according to claim 4, characterized in that the measuring rotor is mounted on a shaft end protruding from the motor housing and the Power supply lines through the motor shaft, which is hollow for this purpose are passed through.

6. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized characterized in that instead of an electrodynamic wattmeter, a Ferraris measuring mechanism or a binding wattmeter is provided.