DE1142709B

DE1142709B - Arrangement for measuring the torque of induction machines by electrical means

Info

Publication number: DE1142709B
Application number: DE1960ST016056
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Herbert Noppe; Dr-Ing Heinrich Peesel
Original assignee: HANS STILL AG
Current assignee: HANS STILL AG
Priority date: 1960-01-29
Filing date: 1960-01-29
Publication date: 1963-01-24

Description

Anordnung zur Messung des Drehmomentes von Induktionsmaschinen auf elektrischem Wege Für viele Anwendungsfälle von elektrischen Antrieben ist es nicht nur erforderlich, einen ein Drehmoment entwickelnden Antrieb zu haben, sondern auch zu wissen, wie groß das jeweils entwickelte Drehmoment ist, also dieses Drehmoment meßtechnisch zu erfassen. Zu diesem Zweck hat man Verfahren entwickelt, bei denen die Verdrehung der Welle zwischen dem Antriebsmotor und der anzutreibenden Arbeitsmaschine gemessen wird, da die Verdrehung der Welle dem Drehmoment proportional ist. Die Verdrehung der Welle kann beispielsweise durch die Ablenkung eines Lichtstrahles gemessen werden.Arrangement for measuring the torque of induction machines electric way For many applications of electric drives it is not only required to have a torque developing drive, but also to know how large the torque developed in each case is, i.e. this torque to be recorded by measurement. For this purpose, procedures have been developed in which the rotation of the shaft between the drive motor and the driven machine measured because the rotation of the shaft is proportional to the torque. the Rotation of the shaft can for example be caused by the deflection of a light beam be measured.

Es ist ebenfalls bekannt, daß das Drehmoment einer elektrischen Maschine aus dem Produkt des magnetischen Flusses und dem in der Maschine vorhandenen Strombelag besteht, wobei die räumliche Lage von Fluß oder Feld und Strombelag bzw. Durchflutung berücksichtigt werden muß. Bei Maschinen mit Wechselfluß kann die Größe des Wechselflusses mit Hilfe einer Wicklung erfaßt werden, in der dieser Wechselfluß eine Spannung induziert, so daß die Größe dieser Spannung bei vorgegebener Frequenz ein Maß für die Größe des Flusses ist. Der Strom kann einfach durch Messung des Speisestromes erfaßt werden. Die Multiplikation der beiden Größen wird in einem Hallgeneraxor phasenwinkelgerecht und bis zu hohen Frequenzen frequenzunabhängig vorgenommen. Der Speisestrom kann dabei durch einen Stromwandler in einen geeigneten Wert umgewandelt werden.It is also known that the torque of an electrical machine from the product of the magnetic flux and the current coating in the machine exists, whereby the spatial position of the river or field and current coating or flooding must be taken into account. In machines with alternating flow, the size of the alternating flow be detected with the help of a winding, in which this alternating flux has a voltage induced, so that the size of this voltage at a given frequency is a measure of the size of the river is. The current can simply be measured by measuring the supply current can be detected. The multiplication of the two sizes is done in a Hallgenerator Carried out in accordance with the phase angle and frequency-independent up to high frequencies. The feed current can be converted into a suitable value by a current transformer will.

Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, bei Induktionsmaschinen den magnetischen Fluß (P innerhalb der Maschine durch eine spezielle Wicklung zu erfassen, da das Drehmoment nach der bekannten Beziehung Md-E-I1.coseP ist; dabei ist Md das Drehmoment, E bedeutet die in der Maschine vorhandene elektromotorische Kraft, die dem magnetischen Fluß bei vorgegebener Frequenz der Speisespannung proportional und um 90° in der Phasenlage verschoben ist, Il ist der in die Maschine hineinfließende Speisestrom und cos if ein Maß für den Phasenwinkel '1P zwischen der vektoriell auf dem magnetischen Fluß senkrecht stehenden elektromotorischen Kraft E und dem Speisestrom. Die elektromotorische Kraft E unterscheidet sich bei Induktionsmaschinen von der Speisespannung U1 des Antriebes durch die Spannungsabfälle, die durch den primären Streublindwiderstand Xrs 1 und durch den ohmschen Widerstand R1 der Primärwicklung hervorgerufen werden, nach Fig. 1. Diese Spannungsabfälle von der Größe h xrs 1 und Il R1 sind dem Belastungsstrom proportional und in ihrer Phasenlage abhängig von der Phasenlage des Speisestromes.However, it is not absolutely necessary for induction machines the magnetic flux (P inside the machine through a special winding detect, since the torque is according to the known relationship Md-E-I1.coseP; included Md is the torque, E means the electromotive force present in the machine Force proportional to the magnetic flux at a given frequency of the supply voltage and the phase position is shifted by 90 °, II is the one flowing into the machine Feed current and cos if a measure of the phase angle '1P between the vectorial electromotive force E standing perpendicular to the magnetic flux and dem Supply current. The electromotive force E differs in induction machines from the supply voltage U1 of the drive through the voltage drops caused by the primary leakage blind resistance Xrs 1 and through the ohmic resistance R1 of the primary winding are caused, according to Fig. 1. These voltage drops of the size h xrs 1 and Il R1 are proportional to the load current and dependent on their phase position on the phase position of the supply current.

Die Erfindung besteht somit darin, daß zu der Speisespannung oder zu einem der Speisespannung proportionalen Wert außerhalb der Induktionsmaschine durch eine Ersatzschaltung der Anteil der Spannungsabfälle, die durch den primären Streublindwiderstand und den ohmschen Widerstand der Primärwicklung hervorgerufen werden, vektoriell addiert wird und der daraus entstehende, der elektromotorischen Kraft E entsprechende Wert mit dem Speisestrom oder einem dem Speisestrom proportionalen Wert phasenwinkelgerecht multipliziert wird.The invention consists in that to the supply voltage or to a value proportional to the supply voltage outside the induction machine by means of an equivalent circuit, the proportion of the voltage drops caused by the primary Stray blind resistance and the ohmic resistance of the primary winding caused are added vectorially and the resulting electromotive Force E corresponding to the supply current or a value proportional to the supply current Value is multiplied in accordance with the phase angle.

Um die elektromotorische Kraft der Maschine zu erhalten, genügt es also, in einer geeigneten Ersatzschaltung von der Netzspannung U1 die entsprechenden Spannungsabfälle abzuziehen. Diese Spannungsabfälle können durch einen Stromwandler 2 erzeugt werden, der primär den Speisestrom Il führt und an dessen Sekundärseite als Bürde ein der Primärwicklung entsprechender, auf die vorliegende Anordnung reduzierter Wirkwiderstand 4 und ein dem Maschinenstreublindwiderstand entsprechender, ebenfalls reduzierter Blindwiderstand 3 angeschlossen werden. An den Klemmen 6 kann der Wert der elektromotorischen Kraft E dann entnommen werden. Es läßt sich auch nachweisen, daß der Streuspannungsabfall I Xa kraft das vektorielle Produkt der elektromotorigen Kraft mit dem Speisestrom h keinen Einfluß : at, da der Blindwiderstand eine entsprechende Hasendrehung hervorruft. Deshalb kann der Blindwiderstand als Bürde des Stromwandlers entfallen.In order to maintain the electromotive force of the machine, it is sufficient to subtract the corresponding voltage drops from the mains voltage U1 in a suitable equivalent circuit. These voltage drops can be generated by a current transformer 2, which primarily carries the supply current II and, on its secondary side, an active resistance 4 corresponding to the primary winding, reduced to the present arrangement, and a reactive resistance 3 corresponding to the machine leakage blind resistance, likewise reduced, are connected as a burden. At the terminals 6 the value of the electromotive Force E can then be removed. It can also prove that the leakage voltage drop I Xa is force the vector product of the electromotive force with the feed stream h no influence: at, since the Reactance a corresponding turn of the rabbit evokes. The reactance as a burden for the current transformer can therefore be omitted.

Dieser Spannungsabfall wird in geeigneter Phasenlage zur Netzspannung addiert, so daß man als Ergebnis die elektromotorische Kraft E erhält. Multipliziert man einen dieser elektromotorischen Kraft E entsprechenden Strom mit dem Speisestrom Il pha.senwinkelgerecht in einem Multiplikator, dann erhält man das Drehmoment des Antriebes. Besonders günstig ist eine Multiplikation auf elektrischem Wege, da hierbei nur eine Erweiterung der Schaltanlage erforderlich ist. Als Multiplikator kann man beispielsweise ein dynamometrisches Meßwerk verwenden. Besonders geeignet zur Multiplikation ist der seit langem bekannte Hallgenerator. Bei beiden Multiplikatoren wird die Phasenlage berücksichtigt.This voltage drop is in a suitable phase relation to the mains voltage is added so that the electromotive force E is obtained as a result. Multiplied a current corresponding to this electromotive force E with the feed current Il phase angle in a multiplier, then you get the torque of the Drive. A multiplication by electrical means is particularly favorable, since this is the case only an extension of the switchgear is required. As a multiplier you can for example, use a dynamometric measuring mechanism. Particularly suitable for multiplication is the long-known Hall generator. With both multipliers, the Phase position taken into account.

Da es sich um eine Nachbildung handelt, kann man auch alle Spannungen und Spannungsabfälle im gleichen Maß proportional verändern, also verkleinern oder vergrößern, wobei die Netzspannung Ui beispielsweise durch einen Transformator 1 auf einen geeigneten Wert transformiert wird. Um die Meßeinrichtung nicht durch den vollen Speisestrom 11 zu belasten, schaltet man einen Stromwandler 2 in die Zuleitung des Antriebsmotors 7. Durch den Stromwandler wird der Speisestrom unter Beibehaltung der Phasenlage proportional verkleinert. Es ist auch möglich, den Strom aus dem Stromwandler zu entnehmen, der den Spannungsabfall an dem Wirk- und Blindwiderstand zur Erzeugung der elektromotorischen Kraft E hervorruft, unter der Voraussetzung, daß die beiden Eingänge des Multiplikators potentialunabhängig voneinander sind. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt, wobei die Stromentnahme aus den Klemmen 5 erfolgt. Mit 7 ist in dieser Anordnung die Induktionsmaschine bezeichnet. Um diese Anordnung an die Eigenschaften der Induktionsmaschine anzupassen, ist sowohl der ohmsche Widerstand 4 als auch der Blindwiderstand 3, wenn er vorhanden ist, einstellbar.Since it is a simulation, all voltages and voltage drops can also be proportionally changed to the same extent, i.e. reduced or increased, the mains voltage Ui being transformed to a suitable value, for example by a transformer 1. In order not to load the measuring device with the full feed current 11, a current transformer 2 is switched into the supply line of the drive motor 7. The current transformer proportionally reduces the feed current while maintaining the phase position. It is also possible to take the current from the current transformer, which causes the voltage drop across the active and reactive resistance to generate the electromotive force E, provided that the two inputs of the multiplier are potential-independent of one another. Such an arrangement is shown in FIG. 2, the current being drawn from the terminals 5. With 7 the induction machine is referred to in this arrangement. In order to adapt this arrangement to the properties of the induction machine, both the ohmic resistor 4 and the reactance 3, if present, can be adjusted.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß man sie bei jedem Antriebsmotor mit räumlichem oder zeitlichem Wechselfluß verwenden kann, ohne daß besondere Wicklungen und Anordnungen in dem Motor vorgesehen werden müssen. Auch nachträglich .läßt sich eine derartige Schaltung hinzufügen.This arrangement has the advantage that it can be used with every drive motor can use with spatial or temporal alternating flow without the need for special windings and arrangements must be provided in the engine. Can also be retrospectively add such a circuit.

Claims

PATENT CLAIMS-1. Arrangement for measuring the torque of induction machines or drives operated as induction machines by electrical means, characterized in that the portion of the voltage drops caused by the primary leakage resistance and the ohmic resistance are added to the supply voltage or to a value proportional to the supply voltage outside the induction machine by means of an equivalent circuit of the primary winding, is added vectorially and the resulting value corresponding to the electromotive force E is multiplied by the feed current or a value proportional to the feed current in the correct phase angle.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that only the resistances influencing the torque of the induction machine, i.e. mainly the ohmic resistance of the primary winding, in the equivalent circuit by corresponding Resistances are taken into account.

3. Arrangement for measuring the torque according to Claim 1 or 2, characterized in that the multiplication is based on electrical Ways takes place.

4. Arrangement for measuring the torque according to claims 1 to 3 or any part of these claims, characterized in that the multiplication is done by a Haugenerator.

5. Arrangement for measuring the torque according to Claims 1 to 4 or a part of these claims, characterized in that that the value of the electromotive force by series connection of the secondary side a current transformer with the mains voltage or transformed to a suitable value Mains voltage is obtained, the current transformer by a burden from an ohmic Resistance and possibly a stray blind resistance is loaded, the value of which the effective resistance reduced to the present arrangement and the likewise reduced Litter pool resistance corresponds.

6. Arrangement for measuring the torque according to the Claims 1 to 4 or a part of these claims and claim 5, characterized characterized in that the load-feeding current transformer is also used to deliver a current proportional to the load current is used.

7. Arrangement for measurement of the torque according to claims 1 to 5 or a part of these claims, characterized characterized in that both the ohmic resistance and the stray blind resistance the burden is adjustable. Publications considered: German Auslegeschrift No. 1065 633. Earlier patents considered: German Patent No. 1110 915.