Fachbereich Maschinen- und Energietechnik. Antriebstechnik

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1 Page 1 of 7 Forschung / Aktuelle Forschungsberichte Fachbereich Maschinen und Energietechnik English version Antriebstechnik Förderung durch das BMBF Bundesministerium für Bildung und Forschung (FKZ: ) Neues System zur Drehmomentmessung Berührungsfreies Verfahren mittels elektrischer Größen und Software PTMASS Einfach und sicher in der Anwendung Vorgestellt wird ein System zur Ermittlung des Auslastungsgrades und des Drehmomentes von Drehstromasynchronmaschinen im Netzbetrieb auf der Grundlage elektrischer Messgrößen und der Software PTMASS. Das System ist für Drehstromasynchronmotoren und generatoren geeignet, die im I. und II. Betriebsquadranten arbeiten. 1. Aufgabe und Ziel 2. Anwendungs und Einsatzgebiete 3. Daten und Parameter 4. Anwendungsbeispiel 5. Software PTMASS 6. Messepräsentation von PTMASS 1. Aufgabe und Ziel Die Aufgabe des entwickelten Systems besteht in der Ermittlung von Kennwerten zur elektrischen und mechanischen Be und Auslastung von Drehstromasynchronmaschinen. Dazu werden elektrische Messungen während des technologisch bedingten Lastspiels durchgeführt und ausgewertet. Das Verfahren ist für Anwender einfach in der Handhabung und erfordert keine speziellen Fachkenntnisse. Die benötigten Maschinenparameter sind leicht zu ermitteln. 2. Anwendungs und Einsatzgebiete Das Anwendungsgebiet des Systems liegt bei der effizienten und berührungslosen Bestimmung des Drehmomentes, der Drehzahl, der

2 Page 2 of 7 mechanischen Leistung und damit der Auslastung sowie des Wirkungsgrades bei Asynchronmaschinen. Es stellt somit einen Ersatz für herkömmliche, technisch aufwendigere Verfahren dar. Das System eignet sich für die Entwicklung, Erprobung und Prüfung von Antriebssträngen sowie die Analyse technologischer Prozesse. Es kann eine begründete Dimensionierung der antriebstechnischen Baugruppen, insbesondere der Asynchronmaschine auf der Grundlage der elektrischen Messgrößen vorgenommen werden. Angewendet und genutzt werden soll es von Personen, die Antriebsstränge entwickeln und projektieren, bestehende Anlagen prüfen oder sich mit ökonomischer und ökologischer Optimierung im Maschinen und Anlagenbau beschäftigen. Das Verfahren ist für Asynchronmaschinen mit kurzgeschlossenem Läufer insbesondere bei stationärem beziehungsweise quasistationärem Netzbetrieb anwendbar. Die Asynchronmaschinen können als Motor oder Generator ausgewiesen sein und sowohl motorisch als auch generatorisch arbeiten. 3. Daten und Parameter Das Verfahren beruht auf der Grundlage von Leistungsbeziehungen der Drehstromasynchronmaschine und wurde in der Software PTMASS umgesetzt. Der Name steht für: P T M A S S Leistung (Power) Drehmoment (Torque) Mess und Analyse System Simulation Die Software liefert folgende Meß und Rechenergebnisse: Meßwerte als f(t) (Tabelle, Grafik) Wirkleistung (elektrische Leistung) Spannung Strom Frequenz Berechnete Werte als f(t) (Tabelle, Grafik) Drehmoment Drehzahl Wellenleistung (mechanische Leistung) Wirkungsgrad Minima und Maxima der oben genannten Werte Durch Integration berechnete Werte Effektivmoment Effektivleistung Effektivleistung Simulation einer Asynchronmaschine mit gemessenem Drehmomentprofil

3 Page 3 of 7 Modellgültigkeit: Spannungsgrenzen: 10% bis +10% der Nennspannung Frequenzgrenzen: 5% bis +3% der Nennfrequenz Motorischer als auch generatorischer Betrieb (I. und II. Quadrant) Belastung bis zum 1,5fachen Nennmoment stationärer und quasistationärer Betrieb die Software unterstützt nicht den Anlauf, das Abbremsen, das Reversieren sowie den Frequenzumrichterbetrieb Meßdauer (Die Meßwerte können sowohl Online als auch Offline eingelesen werden): Maximale Meßdauer: 24 h Maximale zeitliche Auflösung: 1s Mindestanforderung an die Hardware: IBM PC oder kompatibel mit mindestens 64 MB RAM Festplatte, RS232Schnittstelle, Tastatur, Maus Elektrisches Leistungsmeßgerät (zur Zeit unterstützt: Yokogawa WT130 / 2535; Iskra MI 7130, 7131,7140,7150; Elcontrol NANOVIP PLUS) Bildschirm 640x480 Pixel mit 16 Farben Unterstützte Betriebssysteme: Windows 98/2000/XP Internetanbindung (empfohlen) Anforderungen an die Anwender: Grundkenntnisse über die Drehstromasynchronmaschine und deren Betriebsverhalten Grundkenntnisse über Windows Meßkenntnisse 4. Anwendungsbeispiel Problem: Auslastungsermittlung eines Messerantriebs bei einer Fleischereimaschine (Kutter) unter Praxisbedingungen Projektpartner: INOFEX GmbH/Halle, Hochschule Anhalt (FH), HTWK Leipzig

4 Page 4 of 7 Vorgehen bei der Messung: Verschalten von Rechner, Meßgerät und Kuttermotor wie in Skizze dargestellt Eingabe der Motornenn und Leerlaufdaten: Leerlaufdaten: unbekannt Kippmoment: 2,4 * Nennmoment Nennleistung: 30 kw Nenndrehzahl: /min (Polumschaltbar 1500/3000) Nennspannung: 400 V Nennstrom: 56,5 A Netzfrequenz: 50 Hz Cos( ): 0,87 Beladen des Kutters mit cirka 50 kg Rohstoff Start von Kutter und Messung (während der Messung wurde der Kutterprozess zweimal unterbrochen, um Eis aufzufüllen) Messdauer: 16 min Legende:

5 Page 5 of 7 Ergebnisse der Messung nach Berechnung: Erklärungen zum Diagramm: Dargestellt wird vom Motor der Wirkungsgrad, das abgegebene Drehmoment und die abgegebene mechanische Leistung. Die Eisschüttungen erfolgten cirka bei Satz 60 und 140 bei ausgekuppeltem Motor. Die gestrichelten Linien geben den jeweiligen Effektivwert an. Schlussfolgerung: Bei einer berechneten effektiven Wellenleistung von 17 kw und einer angegebenen mechanischen Nennleistung von 30 kw wird der Motor nur zu 56.7 % ausgelastet. Es könnte demnach auch ein kleinerer Motor mit 18,5 kw nach Standardreihe ausreichen, wenn es möglich ist den Motor für kurze Zeit mit bis zu 175% des Nenndrehmomentes zu belasten. Der empfohlene 18,5 kw Nornmotor ist um zwei Baugrößen kleiner und kostet

6 Page 6 of 7 im Vergleich zum bisher eingesetzten Motor nur 65%. Der mittels Simulation berechnete Energieverbrauch reduziert sich um 3% bzw. bei Einsatz eines entsprechenden Energiesparmotors um 5%. 5. Software PTMASS Lieferumfang: Software PTMASS Elektronisches Handbuch (Hilfe PTMASS) (Help PTMASS) (Aide PTMASS) Anfragen über 6. Messepräsentation von PTMASS PTMASS wurde mehrfach auf Messen (HANNOVER MESSE, SPS/IPC/DRIVES Nürnberg. intec Chemnitz) präsentiert und einer breiten Öffentlichkeit vorgestellt. Verfasser: Prof. Dr.Ing. Winfried Hähle WebGestaltung: Andreas Klyne Veröffentlicht:

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