DE1257959B

DE1257959B - Anordnung zur Messung eines wandernden veraenderlichen magnetischen Flusses

Info

Publication number: DE1257959B
Application number: DE1963S0086452
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Manfred Meyer; Dipl-Ing Rolf Heck
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1963-07-31
Filing date: 1963-07-31
Publication date: 1968-01-04

Description

Anordnung zur Messung eines wandernden veränderlichen magnetischen Flusses Die Größe des Flusses im Luftspalt von Indukfionsmaschinen ist bekanntlich abhängig von Frequenz und Größe der Speisespannung der Maschine.
Wird beispielsweise die Maschinenspannung einer drehzahlgeregelten Drehstrommaschine proportional mit der Frequenz verändert, so ändert sich bei Belastung der Magneflsierungsstrom und damit auch der magnetische Fluß und das Kippmoment der Maschine. Eine derartige Änderung der Betriebskennlinie ist aber für einen Betrieb der Maschine mit veränderbarer Drehzahl und Belastung nicht tragbar. Es ergibt sich daraus die Aufgabe, den Luftspaltfluß in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Belastung zu regeln.
Nach dem früheren Vorschlag der deutschen Auslegeschrift 2221 714 kann beispielsweise die Drehzahl und Drehrichtung einer Drehstrommaschine gesteuert werden. Die Drehstrommaschine ist über einen Umrichter mit mindestens einer gittersteuerbaren Stromrichterventilgruppe in jeder Phase und mit elektronischen Steuereinrichtungen für getrennte Aussteuerung der Ventilgruppen und mit einer Einrichtung zur Strom- und/oder Spannungsregelung an ein Drehstromnetz angeschlossen. Der Maschine werden durch unterschiedliche Aussteuerung der Ventilgruppen Ströme bzw. Spannungen veränderbarer Höhe, veränderbarer Frequenz und umkehrbarer Phasenfolge vorgegeben. Zwei Steuersignale werden in Signale wechselnder Größe umgeformt, deren Frequenz beispielsweise der Drehzahl der Maschine und deren Amplitude beispielsweise dem Luftspaltfluß proportional sein kann, und einer Regeleinrichtung als Sollwert vorgegeben. Der magnetische Fluß einer Induktionsmaschine kann mittels einer Ersatzschaltung nachgebildet werden, die eine dem Spannungsabfall an der Hauptinduktivität entsprechende Spannung liefert. Diese Methode ist jedoch nicht geeignet zur Bestimmung des Flusses bei Frequenz Null, beispielsweise für eine Maschine mit umsteuerbarer Drehrichtung, da bei Frequenz Null auch der Spannungsabfall an der Hauptinduktivität Null ist. Mit der Erfindung kann dieser Nachteil vermieden werden.
Demgemäß betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Messung eines wandernden veränderlichen magnetischen Flusses, insbesondere des Flusses im Luftspalt von Drehstrommaschinen, mit mehreren, im zu messenden Magnetfeld angeordneten und von einem Wechselstrom erregten Hallsonden als Meßkörper.
Eine derartige Anordnung ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 118 352 bekannt. Erfindungsgemäß sind die Hallsonden an einem ruhenden Teil der Maschine in Ider Bewegun,gsrichtung des Flusses nebeneinander angeordnet und ihre Ausgänge über jeweils einen Transformator mit nachgeschalteter Gleichrichteranordnung parallel oder in Reihe geschaltet.
Die Amplitude der Ausgangsspannung der Hallsonden, die beispielsweise auf oder in den Zähnen des Ständerblechpaketes einer Drehstrommaschine angeordnet sein können, ist proportional dem Maximalwert des magnetischen Flusses. Sind die Hallsonden ausgangsseitig parallel geschaltet, so bestimmt jeweils diejenige Hallsonde den Strom, welche vom maximalen Fluß durchsetzt ist. Die Anordnung ermöglicht somit eine direkte Messung der Amplitude des Luftspaltflusses.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht; aus Fig. 1 ist die Zuordnung des Flusses zu den Nuten der Ständerwicklung einer Drehstrommaschine zu ersehen; F i g. 2 zeigt eine Anordnung mit Hallsonden, denen ein Einphasenwechselstrom als Erregerstrom vorgegeben ist; F i g. 3 veranschaulicht eine Anordnung von mit Drehstrom erregten Hallsonden.
Nach Fig. la ist auf jedem Zahn über der Polteilung z, des Ständerblechpaketes einer Drehstrommaschine jeweils eine Hallsonde 1 bis 9 angeordnet.
Da der Fluß der Pole symmetrisch ist, genügt die Messung des Flusses über einer Polteilung.
Für eine Drehstrommaschine mit großer Nutenzahl je Polteilung der Ständerwicklung kann auch beispielsweise nur jeder zweite Zahn des Blechpaketes mit einer Hallsonde versehen sein. Der elektrische Fluß 0 über der Polteilungtp soll in einem gegebenen Augenblick beispielsweise die aus F i g. 1 b ersichtliche Verteilung haben. Dann wird die Hallsonde 7 vom maximalen Fluß durchsetzt.
Nach Fig. 2 ist jede der Hailsonden 1 bis 9 an eine Wechselstromquelle 10 angeschlossen, die den Hallsonden einen vorgegebenen Erregerstrom von beispielsweise mehreren 100 mA liefert. Die Erregerleitungen der Hallsonde 1 bis 9 können vorteilhaft je einen vorzugsweise veränderbaren Widerstand 11 bis 19 enthalten. Mit diesen Vorwiderständen kann der Erregerstrom eingestellt und es können geringe Unterschiede in der Kennlinie der verwendeten Hallsonden 1 bis 9 ausgeglichen werden, so daß alle Sonden für einen vorgegebenen Magnetfluß die gleiche Ausgangsspannung liefern. Die Ausgangsspannung einer Hallsonde beträgt im allgemeinen einige hundert Millivolt. Die Ausgangsleitungen der Hallsonden 1 bis 9 können deshalb je eine Primärwicklung eines Transformators 21 bis 29 enthalten, die zur galvanischen Trennung der Ausgangskreise der Hallsonden 1 bis 9 dienen und die Spannung auf einen Wert transformieren, der beispielsweise als Eingangsspannung einer Regeleinrichtung erforderlich ist. Die Sekundärströme der Transformatoren 21 bis 29 werden jeweils einer Gleichrichteranordnung 31 bis 39 zugeführt, die den Ausgang der Meßanordnung bilden. Die Gleichrichteranordnungen 31 bis 39 können vorteilhaft parallel geschaltet werden. Dann führt jeweils nur diejenige der Hallsonden (1 bis 9) den Strom, die vom maximalen Fluß durchsetzt wird. Die Ausgangsspannung UA der Meßanordnung ergibt somit einen Wert, der proportional ist dem Maximalwert der Induktion B, der bei konstanter Induktionsverteilung proportional ist dem magnetischen Fluß 0. Von den Hallsonden 1 bis 9 führt immer diejenige, beispielsweise die Sonde 7 den Strom, die vom maximalen Fluß 0 durchsetzt ist.
Die Aus,gangsspannung der Hallsonden ist proportional dem Erregerstrom 12 und dem Fluß im Luftspalt von Idem die Hallsonde 1 bis 9 durchsetzt werden. Da der Erregerwechselstrom IE konstant gehalten wird, ist die gleichgerichtete Ausgangsspannung UA der Meßanordnung in jedem Augenblick proportional dem Betrag des elektrischen Flusses 0.
Falls die Ausgangsspannung UA als Eingangsgröße einer sehr empfindlichen Regel einrichtung vorgesehen ist, die beispielsweise aus kontaktlosen elektronischen Schaltelementen aufgebaut sein kann und auf geringe Änderungen der Eingangsgröße nahezu trägheitslos anspricht, so kann den Hallsonden 1 bis 9 vorteilhaft ein Erregerstrom mit mindestens annähernd rechteckförmiger Kurvenform vorgegeben werden. Die Ausgangsströme der Hallsonden 1 bis 9 haben dann ebenfalls eine im wesentlichen rechteckige Kurvenform, so daß die Welligkeit des Ausgangsstromes 1Ä der Meßanordnung sehr gering ist.
Stehen Hallsonden 1 bis 9 zur Verfügung, deren Kennlinien keine oder nur geringe Abweichen zeigen, so können die Vorwiderstände 11 bis 19 entfallen und die Hallsonden 1 bis 9 erregerseitig in Reihe geschaltet werden.
Falls die Induktionsverteilung Verzerrungen aufweist, beispielsweise infolge von Ankerrückwirkungen, so kann auch eine Reihenschaltung der Gleichrichteranordnungen 31 bis 39 vorgesehen sein. Dann ist die Ausgangsspannung UA der Meßanordnung proportional dem Betrag des magnetischen Flusses.
In der Anordnung nach F i g. 3 ist ein Dreiphasensystem für den Erregerstrom vorgesehen. Dement- sprechend sind die Hallsonden 1 bis 9 in zyklischer Reihenfolge jeweils an die Phasen R, S und T angeschlossen. Die Hallsonden sind über jeweils einen Transformator 41 bzw. 42 bzw. 43 an zwei Phasen einer Drehstromleitung angeschlossen, nämlich die Sonden 1, 4 und 7 an die Phasen R und S, die Sonden 2, 5 und 8 an S und T und entsprechend die Sonden 3, 6 und 9 an die Phasen T und R. Die Erregerströme der llallsondengruppen sind somit jeweils um einen Winkel von 1200 elektrisch gegeneinander versetzt. Die Erregerleitungen können zweckmäßig je einen vorzugsweise veränderbaren Vorwiderstand Rv enthalten. Die Summe der Ausgangsspannungen der Hallsonden 1 bis 9 ergibt eine Dreiphasenwechselspannung, so daß der gleichgerichtete Ausgangsstrom IA der Meßanordnung eine geringe Welligkeit hat.
An Stelle des in der Anordnung nach F i g. 3 vorgesehenen Dreiphasensystems zur Lieferung des Erregerstromes können auch andere Systeme gewählt werden, beispielsweise ein Zweiphasensystem, bestehend aus zwei um 1800 elektrisch gegeneinander versetzten Strömen. In diesem Fall könnten beispielsweise acht Sonden vorgesehen sein und jeweils die 1., 3., 5., 7. und die 2., 4., 6., 8. an eine der Phasen angeschlossen sein.
Im Ausführungsbeispiel wurde die Messung des elektrischen Flusses im Luftspalt einer Drehstrommaschine gewählt. Die Meßanordnung kann jedoch auch zur direkten Messung des Flusses in anderen elektrischen Geräten herangezogen werden, beispielsweise bei Geradeausbeschleunigern, sogenannten Wanderfeldmotoren, oder auch bei Beschleunigungsmaschinen für kernphysikalische Zwecke.

Claims

Patentansprüche: 1. Anordnung zur Messung eines wandernden veränderlichen magnetischen Flusses, insbesondere des Flusses im Luftspalt von Drehstrommaschinen, mit mehreren, im zu messenden Magnetfeld angeordneten und von einem Wechselstrom erregten Hallsonden als Meßkörper, d a -durch gekennzeichnet, daß die Hallsonden (1 bis 9) an einem ruhenden Teil der Maschine in der Bewegungsrichtung des Flusses nebeneinander angeordnet und ihre Ausgänge über jeweils einen Transformator (21 bis 29) mit nachgeschalteter Gleichrichteranordnung (31 bis 39) parallel oder in Reihe geschaltet sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrom mindestens annähernd rechteckige Kurvenform hat.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wechselstromzuleitung einen veränderbaren Widerstand enthält.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lieferung des Wechselstromes ein Mehrphasensystem vorgesehen ist, dessen Phasenströme jeweils Hallsonden (1, 4, 7 bzw. 5 5, 8 bzw. 3, 6, 9) speisen, die in der räumlichen Anordnung einen Abstand von mehreren Hallsonden haben.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 118 352.