METHOD FOR DETERMINING THE DRIVING LOSSES IN A COUPLE-CALCULATOR AND COUPLE-CALCULATOR FOR TEST BANKS

Abstract: 1. Method for determining the loss torque of a torque-measured value computer for test stands, in which for the purpose of defining the mechanical shaft torque (Md ) of a dc machine, mechanically coupled to a test specimen, the values proportional to the electrical torque (MEL ), the acceleration torque (Mo ) and the loss torque (ML + MZ ) are determined from the measured values of electromotive force (EMF) rotational speed (n) and armature current (I) of the machine and are added with the correct sign, characterised in that in the course of a no-load test, associated value pairs of the no-load loss torque (ML ) and of the rotational speed (n) are determined and stored by means of the measured value computer and that the loss torque (ML + MZ ) for each rotational speed (n) is determined from the sum of the no-load loss torque (ML ) and a supplementary loss torque (MZ ), which is stored as a function of the rotational speed (n) at a given current (In ) and values between stored values are defined by interpolation.

Description: Verfahren zur Bestimmung des Verlustmomentes bei einem Drehmoment-Istwertrechner filr Pruf stände Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Verlustmomentes bei einem Drehmoment-Istwertrechner für Prüfstände, mit dem das mechanische Wellendrehmoment einer mit einem Prüfling mechanisch gekuppel ten elektrischen Gleichstrommaschine durch Ermittlung des elektrischen Momentes, des Beschleunigungsmomentes und des Verlustmomentes aus EMK, Drehzahl und Ankerstrom der Maschine und durch vorzeichenrichtige Addition der einzelnen Momente berechenbar ist. Mit diesem Oberbegriff wird auf eine Anordnung Bezug genommen, wie sie beispielsweise im DBP 21 44 438 näher beschrieben ist. Bei dieser bekannten Anordnung, die im Zusammenhang mit einer Gleichstromnebenschluss-Pendelmaschine benutzt wird, sind zur Bestimmung der einzelnen Momentanteile analoge Rechenglieder vorgesehen, die unter Verwendung integrierter Linearverstärker aufgebaut sind. In diesen Rechengliedern werden u.a. aus der Multiplikation von Konstanten mit der Drehzahl und dem Quadrat der Drehzahl proportionalen Grössen Ersatzwerte fsr die Verlustwerte gebildet. Derartige analoge Rechner haben sich im Zusammenhang mit Gleichstrompendelmaschinen für die Erprobung von Fahrzeugaggregaten, wie z.B. Motoren, Getrieben und Wandlern, auf Prüfständen gut bewährt. Neben komfortableren Erprobungsprüfständen gibt es auch einfachere Prüfstände, bei denen sich der Aufwand einer Gleichstrompendelmaschlne nicht lohnt, sondern eine normale hochtourige Gleichstrommaschine verwendet werden soll. In einem solchen Fall ist die Einstellung und Justierung des vorstehend beschriebenen Analogrechners etwas schwierig, da das zur Justierung dienende Vergleichsnormal, die Pendelmaschine, fehlt. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Drehmoment-Istwertrechner für einfache Gleichstrommaschinen zu schaffen, bei dem man ohne Pendelmaschine als Eich- und Justiermöglichkeit auskommt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Schaltungsmässig wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass im Speicher des mit einem Mikroprozessor aufgebauten Rechners zusammengehörige Werte von Drehzahl und Leerlaufverlustmoment und zusammengehörige Werte von Drehzahl und stromabhängigen Zusatzmoment digital abgespeichert sind und für Jede Drehzahl der Maschine das zugehörige Verlustmoment aus den gespeicherten Werten von Leerlaufverlustmoment und Zusatzmoment bestimmbar ist. Durch diese vorgenannte Trennung in Leerlaufverluste und stromabhängige Zusatzverluste - ohne Rücksicht darauf, wie sich die einzelnen Werte zusammensetzen ist eine besondere Eichvorrichtung am Pru¯tstand nicht mehr erforderlich. Die stromabhängigen Zusatzverluste, wie z.B. Zahnsättigung, Kommutierungsverluste, ändern sich nicht und können vom Hersteller der Maschine erfragt werden. Die Leerlaufverluste lassen sich auf einfachste Weise beim Einrichten des Prüfstandes durch einen Leerlaufversuch ermitteln; sie können gegebenenfalls in grösseren Abständen immer wieder neu festgestellt werden. Liegen die vorgenannten Werte - jeweils bezogen auf die Drehzahl - vor, so kann während des Betriebes des Prüf- standes das Verlustmoment bestimmt und zu den sonstigen berechneten Momenten addiert werden. Um Speicherplatz zu sparen, kann man die Zahl der abzuspeichernden Wertepaare beschränken und die Zwischenwerte durch Interpolation bestimmen. Hinsichtlich der stromabhängigen Zusatzverluste lässt sich eine zusätzliche Einsparung an Speicherplatz noch dadurch erreichen, dass nur die Zusatzverluste für den Nennstrom abgespeichert sind und die Werte für abweichende Ströme aus dem Verhältnis der Stromquadrate bestimmt werden. Es kann nämlich davon ausgegangen werden, dass die Zusatzverluste und damit das Zusatzmoment vom Quadrat des Stromes abhängig ist. Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erlär- tert; es zeigen: Figur 1 die Kennlinie von Leerlaufverlustmoment ML auf getragen Uber der Drehzahl Figur 2 die Kennlinie des stromabhängigen Zusatzmomen tes M z - aufgetragen Uber der Drehzahl und Figur 3 ein Blockschaltbild des digitalen Drehmomenten rechners. Die grundlegende Beziehung zwischen den gemessenen und gespeicherten Grössen und dem zu. errechnenden mechanischen Moment lautet: Md = MEL + Mg + ML +. MZ wobei das elektrische Moment MEL proportional dem Produkt aus EMK E x dem Ankerstrom I dividiert durch die Drehzahl n ist. Das Beschleunigungsmoment Mo ist der Beschleunigung oder Verzögerung dn und der zu beschleunigenden Masse proportional. Das Leerlaufverlustmoment ML ist u.a. von der Reibung, den Eisenverlusten und der Magnetisierung abhängig. Das Zusatzmoment MZ ist stromabhängig und u.a. von den Kommutierungsverlusten und Zahnsättigungsverlusten abhängig. Figur 1 zeigt den beispielsweisen Verlauf des Leerlaufverlustmomentes ML einer Gleichstromnebenschlussmaschine aufgetragen über der Drehzahl n, wobei im Bereich bis zu einer Umdrehungszahl von zweitausend Umdrehungen pro Minute der Fluss. und darüber die EMK als konstant vorausgesetzt wird. In einem Leerlaufversuch, bei dem mechanisches Moment, Beschleunigungsmoment und Zusatzverluste Null oder vernachlässigbar klein sind, gilt: MEL = ML. Im Abstand von z.B. 10# der Nenndrehzahl werden die Jeweils zusammengehörenden Werte der Drehzahl n und des Leerlaufverlustmomentes ML mit dem Drehmomentrechner erfasst und abgespeichert. Die abgespeicherten Werte sind durch die kleinen Kreise angedeutet. Die Werte zwischen den ein zelnen Punkten können dann durch Linearinterpolation mit ausreichender Genauigkeit festgelegt werden. Figur 2 zeigt das stromabhängige Zusativerlustinoment MZ aufgetragen über der Drehzahl n, und zwar für den Fall des Nennstromes In. Da die Zusatzverlustexund damit das Zusatzverlustmoment vom Quadrat des Stromes abhängig ist, ergibt sich bei halbem Nennstrom 1n/2 der gestrichelt gezeichnete Kurvenverlauf mit einem Viertel des Momentes. Aus dem Kurvenverlauf für den Nennstrom kann also durch einfache Umrechnung der Jeweilige Kurvenverlauf für die anderen Ströme bestimmt werden. Zur Rekonstruktion der Kurve MZ werden ebenfalls zusammengehörige Werte vom MZ und n abgespeichert und Zwischenwerte durch Interpolation errechnet. Wie aus dem Blockschaltbild des digitalen Drehmomentrechners in Figur 3 ersichtlich, liegen an den Eingängen Ei, E2, E3 dieses Rechners der Drehzahl n, dem Ankerstrom I und der EMK E proportionale elektrische Signale an. Diese Signale werden in Verstärkern 1 normiert und über einen analogen Multiplexer 2, einen Analog Digitalumsetzer 23 und Treiberstufen 24 einem Ilikro- prozessor 3 mit Arbeitsspeicher 33 und Programmspeicher 32 zugeführt. Die einzelnen Werte von Strom, Spannung und Drehzahl werden dabei nach dem Analog-Digital-Umsetzer 23 mit gespeicherten Wichtungsfaktoren für ihre Berücksichtigung in der Nomentengleichung versehen. Der Mikroprozessor 3 berechnet entsprechend dem im Programmspeicher 32 (PROM) niedergelegten Programm - gemäss der vorstehend angegebenen Formel für das mechanische Wellendrehmoment - das Wellendrehmoment aus den einzelnen Werten und berücksichtigt dabei die im Speicher 34 niedergelegten Werte für das Zusatzverlustmoinent NZ und die in einem weiteren Speicher 35 niedergelegten Wertepaare von Leerlaufverlustmoment ML und Drehzahl n. Je nach der Jeweils am Eingang vorliegenden Drehzahl n und dem Strom I werden dann die erforderlichen Werte aus den Speichern abgerufen und zur Bildung des mechanischen Wellendrehmomentes verwendet. Am Eingang des analogen Multiplexers 2 ist noch ein Differenzierglied 21 vorgesehen, mit dem ein dem zeitlichen Differentialquotienten dn der Drehzahl n proportionaler Wert für das Be schl L igungsmoment gebildet werden kann. Das über den Mikroprozessor 3 errechnete mechanische Wellendrehmoment Md wird über Digital-Analog-Umsetzer 26 am Ausgang A als analoges Signal ausgegeben. Die Zyklusdauer zwischen den jeweils neu ermittelten Werten kann dabei z.B. eine Millisekunde betragen. Die ermittelten und errechneten Werte für das mechanische Wellendrehmoment können auch noch über eine digitale Anzeige 4 angezeigt werden. Diese digitale Anzeige wird auch dazu verwendet, um die Wichtungsfaktoren einzugeben. Die Binäreingänge der Eingabe 22 dienen zur Vorgabe der Vorzeichen der Momentengleichung. Wie bereits bemerkt, liegen die Werte für das Zusatzmoment Mz, das aus den Zusatzverlusten stammt, von vornherein fest, diese Werte können also von vornherein in einem Festwertspeicher 34 übernommen werden. Für die im Leerlaufversuch ermittelten und sich gegebenenfalls ändernden Werte des Leerlaufverlustmomentes muss dagegen ein programmierbarer Speicher 35 vorgesehen sein, dessen Programmierung gegebenenfalls auch entsprechend neuen Werten zu ändern ist. Das Einrichten des Speichers für die Leerlaufverlustmomente kann dabei derart vorgenommen werden, dass beim Inbetriebsetzen der Anlage die im Leerlaufversuch ermittelten und errechneten Werte für das mechanische Wellendrehmoment in Verbindung mit der jeweils zuge hörigen Drehzahl in diesen Speicher übernommen werden. Da das Leerlaufmoment dem Strom proportional ist, ge neigt es auch, die entsprechenden Stromwerte abzuspeichern. 5 Patentansprüche 3 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Bestimmung des Verlustmomentes bei einem Drehmoment-Istwertrechner für Prüfstände, mit dem das mechanische Wellendrehmoment einer mit einem Prüfling mechanisch gekuppelten Gleichstnp#mmaschine durch Ermittlung des elektrischen Moment, des Beschleunigungsmomentes und des Verlustmomentes aus elektromotorischer Kraft EME, Drehzahl und Ankerstrom der Maschine und durch vorzeichenrichtige Addition der einzelnen momente berechenbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Verlustmoment in zwei Momente unterteilt ist, von denen das erste Moment ein stromabhängiges Zusatzmoment (MZ) ist, dessen Werte sich betriebsmässig nicht mehr ändern, das zweite Moment das Leerlaufverlustmoment (ML) ist, das über den Istwertrechner in einem Leerlaufversuch ermittelbar ist, dass beide Momente als Funktion der Drehzahl (n) abgespeichert sind und jeweils - entsprechend der Drehzahl zur Bildung des Verlustmomentes addiert werden. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bei einem Drehmoment-Istwertrechner für Prüf stände, mit dem das mechanische Wellendrehmoment einer mit einem Prüfling mechanisch gekuppelten elektrischen Gleichstrommaschine durch Ermittlung des elektrischen Momentes, des Beschleunigungsmomentes und des Verlustmomentes aus elektromotorischer Kraft EiK, Drehzahl und Ankerstrom der Maschine und durch vorzeichenrichtige Addition der einzelnen Momente berechenbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Speicher (32, 34) des mit einem Mikroprozessor (3) aufgebauten Rechners zusammen- gehörige Werte von Drehzahl (n) und Leerlaufverlustmoment (ML) und zusammengehörige Werte von Drehzahl (n) und stromabhängigen Zusatzmomenten digital abgespeichert sind und für jede Drehzahl (n) der Maschine das zugehörige Verlustmoment aus den gespeicherten Werten von Leerlaufverlustmoment (ML und Zusatzmoment (Mz) bestimmbar ist. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge#nnzeichnet, dass die zwischen den abgespeicherten Werte'n liegenden Werte durch Interpolation bestimmt werden. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das stromabhängige Zusatzmoment (MZ) für den Nennstrom (In) ) abgespeichert wird und die Werte bei abweichenden Strömen unter Berücksichtigung des Verhältnisses der Stromquadrate bestimmt werden. 5. Drehmoment-Istwertrechner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die normierten und aufbereiteten Werte von Drehzahl (n), Strom (3) und elektromotorischer Kraft (E) über einen Multiplexer (2) zum Mikroprozessor (3) gelangen, der je nach Strom und Drehzahl die zugehörigen Wertepaare aus den Speichern (34, 35) abruft und zusammen mit den errechneten Daten zur Bildung einer dem mechanischen Wellendrehmoment (Md) proportionalen Grösse verarbeitet.

Inventors: DOMBROWSKI, KURT, GEBAUER, WOLFGANG, DIPL.-ING., POLSTER, HERBERT, STEFFEN, LOTHAR
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1980
Main classification: G01L3
IPC codes: G06F17, G01L3