Einführung

In einem vorherigen Beispiel (Dynamic Rapid Motor Acceleration Loss Measurements) haben wir gezeigt, wie der Teledyne LeCroy MDA verwendet wird, um dynamische Kupfer- und Kernverluste während der Motorbeschleunigung zu berechnen. Dieser Anwendungshinweis erweitert diese Berechnungen auf den statischen und dynamischen Energieverbrauch in Joule und präsentiert Ergebnisse für verschiedene Arten von Motoren und Steuerungssystemen, um den optimalen Motor und Antrieb für eine bestimmte Anwendung zu verstehen.

Spannungs- und Stromerfassung

Abbildung 1 zeigt eine lange (10 s) Erfassung von Signalen für einen Motor mit oberflächenmontiertem Permanentmagnet (SPM), der durch einen Algorithmus zur Verlustminimierung (LM), Deadbeat-Direktdrehmoment- und Flusssteuerung (DB-DTFC) gesteuert wird. Der Motor wird schnell auf 3000 U/min beschleunigt und 6 Sekunden lang mit konstanter Geschwindigkeit betrieben, wonach er abgeschaltet wird. Wir haben die Erfassung mit einer Abtastrate von 2.5 MS/s unter Verwendung von 25 Mpts Erfassungsspeicher durchgeführt.

Die angezeigten Wellenformen werden im Folgenden beschrieben:

  • Zwei Leiter-Leiter-Spannungssignale (VRT = C1, gelb und VST = C2, Magenta)
  • Zwei Netzstromsignale (IR = C3, hellblau und IS = C4, grün)
  • Ausgangssignal des analogen Drehmomentsensors (C5, hellbraun)
  • Analoges Tachometer-Geschwindigkeitssensorsignal (C6, lila)
  • Analogsignal, das die geschätzten Kupfer- und Kernverluste des Motors darstellt, wie vom Antriebssteuersystem berechnet (C7, rot)
  • Analogsignal, das die beobachtete Drehmomentschätzung darstellt, wie vom Antriebssteuersystem berechnet (C8, orange)

Abbildung 1:

Erfasste Spannung, Strom, Drehmoment, Drehzahl und Steuersignale.

Wir haben die verschiedenen Spannungs-, Strom-, Geschwindigkeits- und Drehmomentsignale verwendet, um verschiedene dreiphasige elektrische Leistungs-, Geschwindigkeits- und Drehmomentwerte pro Zyklus zu berechnen, und die numerische Tabelle gibt die Mittelwerte jedes der zyklischen Werte an. Aus den Werten pro Zyklus werden Wellenformen angezeigt. Abbildung 2 zeigt die erfassten Wellenformen auf der linken Seite der Anzeige, wie zuvor beschrieben. Die Wellenformen auf der rechten Seite der Anzeige sind Zooms der linken, um die schnelle Beschleunigungszeit des Motors hervorzuheben. Zusätzlich zeigt das Display das Drive Output Sync-Signal (drittes Raster von oben) mit transparenten Overlays. Dies wird zur einfachen Identifizierung der Zeiträume angezeigt, über die wir die in der numerischen Tabelle (unten) gezeigten Leistungsberechnungen durchführen. In diesem Fall wird der MDA im Zoom+Gate-Modus betrieben, sodass die numerische Tabelle nur Daten für jene Leistungsperioden enthält, die durch das Drive Output Sync-Signal angezeigt werden.

Abbildung 2:

Erfasste Wellenformen (aus Abbildung 1) und Zooms mit Drive Output Sync-Signal.

Abbildung 3 zeigt die in Abbildung 2 gezeigten Zoom-Wellenformen mit zusätzlich berechneten Wellenformen pro Zyklus (rechts dargestellt).

  • Antriebsausgangsleistung in Watt (orange Linie, P(ΣRST), oben rechts) und mechanische Wellenleistung in Watt (blaue Linie, P(Mechanical), ebenfalls oben rechts).
  • Das Integral von P(ΣRST) (gelbe Spur, F1, unten rechts) und das Integral von P(Mechanical) (rosa Spur, F2, unten rechts).
  • Die Differenz der beiden Integrale (grüne Spur, F8, rechts unten).

Abbildung 3:

Vergrößerte Erfassungswellenformen mit zusätzlich berechneten Wellenformen pro Zyklus und mathematischen Spuren.

In Abbildung 3 haben wir Cursor am Anfang und Ende der integralen Wellenformen platziert und wir lesen die Energieänderung in Joule (dargestellt als Nm, und dies sind äquivalente wissenschaftliche Einheiten) aus dem Δy-Wert in den Deskriptorfeldern F1, F2 und F8 als ab folgt:

  • F1 = 77.93 Nm (Joule)
  • F2 = 67.61 Nm (Joule)
  • F8 = 10.32 Nm (Joule)

Wir haben ein ähnliches Zoom+Gate auf den in Abbildung 6 gezeigten ~4-Sekunden-Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit angewendet. Auch hier lesen wir den Energieverlust aus den Integral- und Differenzwellenformen und Cursorn ab.

Abbildung 4:

Statische Verluste und Energieberechnungen für den Erfassungszeitraum von ~6 s.

Nachdem wir die Messmethodik erprobt hatten, wiederholten wir die gleichen Experimente für eine Vielzahl unterschiedlicher Steuerungsschemata – vektorfeldorientierte Steuerung oder FOC; flussintensivierende oder FI-Steuerungsschemata; und Motortypen mit Innen-Permanentmagneten (IPM) und Oberflächen-Permanentmagneten (SPM). Die statischen und dynamischen Gesamtverluste sind in Bild 5 gegenübergestellt.

Abbildung 5:

Vergleich der statischen und dynamischen Verluste für verschiedene Steuerschemata und Motortypen.

Fazit

Der Teledyne LeCroy MDA bietet einzigartige Möglichkeiten zur Messung dynamischer und statischer Leistungsereignisse, einschließlich der Trennung dieser Ereignisse in separate Berechnungen aus einer Erfassung. Die Fähigkeit, einen Leistungswert pro Zyklus zu berechnen und als Wellenform anzuzeigen und diese Wellenformen dann mit den anderen mathematischen Toolsets des MDA nachzubearbeiten, bietet beispiellose Fähigkeiten, um die Systemleistung und die Auswirkungen der Auswahl des Steuersystems tiefgehend zu verstehen.