Einführung

In diesem Beispiel zeigen wir, wie der Motorantriebsanalysator MDA810 von Teledyne LeCroy verwendet wird, um die Effizienz eines kleinen Motors zu analysieren und von der Ausgangsleistung der Gleichstrombatterie zur Motorwelle zu fahren. Der MDA misst Drehzahl und Drehmoment aus verfügbaren Signalen, ohne dass ein teurer Dynamometeraufbau erforderlich ist, was ihn für einen Konstrukteur sehr nützlich macht, der die Antriebs- und Motorleistung an seinem Prüfstand bewertet.

 

Spannungs- und Stromerfassung

Abbildung 1 zeigt eine kurze (100 ms) Erfassung von Signalen, die mit dem Multi-Tab-Anzeigemodus Q-Scape Mosaic von Teledyne LeCroy angezeigt werden. Die benannten Registerkarten enthalten die DC-Batteriespannungs- und -stromausgabe (oben links), die Antriebsausgangsspannungs- und -stromausgaben (oben rechts) und die mechanischen analogen Drehmoment-Wägezellen-Ausgangssignale und die Quadratur-Encoder-Schnittstelle (QEI) A, B und Z-Sensorsignale (unten links). Unterhalb der Erfassungswellenformen befindet sich die numerische Tabelle, die Mittelwerte verschiedener Gleichstrom-, Antriebsausgangs- und mechanischer Motorwerte, einschließlich Wirkungsgraden, anzeigt. Für diese Erfassung tastet der MDA mit 25 MS/s unter Verwendung von 2 MS Erfassungsspeicher ab.

Die in Abbildung 2 gezeigte Registerkarte Zusammenfassung der Motorantriebsanalyse bietet eine Zusammenfassung der erfassten Wellenformen, die in den DC-Bus-, Antriebsausgangs- und mechanischen Einstellungen verwendet werden.

QEI-Geschwindigkeitssensoren sind in Antriebskonstruktionen üblich und werden zur Geschwindigkeits- und Winkelberechnung direkt mit dem MDA verbunden. Der MDA verbindet auch viele andere Arten von analogen und digitalen Geschwindigkeitssensoren. Dieses Beispiel zeigt auch die Verwendung einer Drehmoment-Wägezelle, aber der MDA leitet Drehmomentdaten unter Verwendung einer formelhaften Beziehung zum Strom und einer bekannten Drehmomentkonstante oder aus Daten ab, die in ein serielles Datensignal eines Controlled Area Network (CAN) eingebettet sind. Somit kann der MDA die mechanische Leistung des Motors berechnen, ohne analoge/digitale Tachometer- und Drehmoment-Wägezellen-Sensorsignale von einem herkömmlichen Dynamometer zu benötigen. Abbildung 3 zeigt den Drehzahlsensor (links) und den Drehmomentsensor (rechts), serielle Daten und abgeleitete Berechnungsmethoden, die im MDA unterstützt werden.

Abbildung 4 zeigt eine größere Ansicht der in Abbildung 1 gezeigten numerischen Tabelle. Der MDA berechnet diese Werte pro Zyklus, und alle berechneten Werte werden für jede Messung und jede Quelle gemittelt. Die Reihe „Bus“ ist die DC-Batterie, die Reihe „Σrst“ ist die Antriebsleistung und die Reihe „Mechanik“ ist die Motorleistung. Beachten Sie, dass in der Tabelle zwei verschiedene Effizienzmessungen gezeigt werden – ηstage und ηtotal – die die stufenweise Effizienz bzw. die kumulierte Effizienz darstellen.

Anzeigen des Leistungsverhaltens pro Zyklus und pro Phase

Abbildung 5 zeigt pro Zyklus Wellenformen verschiedener Leistungs-, Geschwindigkeits-, Winkel-, Drehmoment- und Effizienzmessungen. Das Sync-Signal definiert den Messzyklus für alle diese Wellenformen, und das Sync-Quellsignal ist Kanal 3 (wie in der Setup-Zusammenfassung in Abbildung 3 gezeigt). Diese Wellenformen zeigen einen Messwert pro Zyklus an, wobei die vertikale Skala die Messeinheit darstellt und die horizontale Skala zeitkorreliert zu den anderen in Abbildung 1 erfassten Wellenformen ist. Die drei Leistungswellenformen im oberen Raster sind identisch skaliert, ebenso wie die beiden Effizienzwellenformen im unteren Raster.

Wir könnten zusätzliche Berechnungen an jeder der oben genannten Wellenformen durchführen, um ihr Verhalten besser zu verstehen.

In Abbildung 5 scheint sich das Drehmoment in einem schmalen Band von 34 bis 40 mN·m zu ändern. Wir können die Synchronisierung auf einen kürzeren Zeitraum ändern, indem wir die digitale Leitung D0 als Synchronisierungsquellensignal auswählen und dies mit der Drehmomentwellenform vergleichen, die über die durch C3 definierte Synchronisierungsperiode berechnet wurde, wie in Abbildung 6 gezeigt. Eine FFT der Drehmomentwellenform wird angezeigt das untere Gitter, und der Frequenzinhalt dieses Drehmomentsignals (und die Drehmomentwelligkeit) wird in der FFT angezeigt.

Fazit

Der Teledyne LeCroy Motor Drive Analyzer enthält einen leistungsstarken Satz von Algorithmen, die ein vollständiges Verständnis des statischen und dynamischen Betriebs eines Motorantriebs ermöglichen. Darüber hinaus lässt es sich mit einer Vielzahl von analogen und digitalen Drehzahlsensoren verbinden, die in Motorantriebskonstruktionen oder Motoren eingebaut sind. Oder es kann Drehmoment und Drehzahl aus anderen gemessenen Signalen ableiten (z. B. Drehmoment aus gemessenem Strom oder eingebettet in ein serielles CAN-Datensignal oder Drehzahl aus der Periode einer gemessenen Spannung oder eines gemessenen Stroms). Das Instrument berechnet die mechanische Leistung aus Drehzahl und Drehmoment. Während dieses Beispiel eine kurze Erfassung unter stationären Betriebsbedingungen zeigt, verwenden wir die gleichen Prinzipien mit sehr langen Erfassungen während eines dynamischen Antriebs- und Motorbetriebs.