DE4004445A1

DE4004445A1 - DC machine armature resistance measurement - evaluating current resulting from voltage pulse applied to winding

Info

Publication number: DE4004445A1
Application number: DE19904004445
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr Vetter
Original assignee: Carl Schenck AG
Current assignee: Schenck RoTec GmbH
Priority date: 1990-02-14
Filing date: 1990-02-14
Publication date: 1991-08-22
Also published as: DE4004445C2

Abstract

The resistance measurement is effected by evaluation of the current resulting from a voltage pulse applied to the armature winding for determining the ohmic resistance of the latter wing the magnetic characteristics of the iron core. Pref. the measured current and voltage values are fed to a processor (2) which uses a theoretical model (3) of the DC machine (1), the calcualted current values (cm) obtained from the voltage (u(t9) compared with the actual current (i(t)). ADVANTAGE - Rapid, exact measurement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Ohm′schen Widerstandes einer Wicklung einer Gleichstromma schine, insbesondere eines resultierenden Gesamtwiderstan des, bestehend aus Anker- und Feldkomponente, bei dem der sich aufgrund einer Spannungsbeaufschlagung ergebende Strom ausgewertet wird.The invention relates to a method for determining the Ohmic resistance of a winding of a direct current machine, especially a resulting total resistance of, consisting of anchor and field components, in which the resulting from a voltage application Electricity is evaluated.

Bei der Serienfertigung von Motoren ist es vorteilhaft, Prüfsysteme direkt in die Gesamtfertigung zu integrieren, um fehlerhafte Motoren direkt auszusortieren. Diese Prüfsysteme müssen ein schnelles und exaktes Meßergebnis liefern, damit die Taktzeiten der Fertigung von Motoren eingehalten werden können. Eine Fehlerdiagnose kann beispielsweise im Stillstandversuch durch Bestimmung des wirksamen Ankerwiderstandes durchgeführt werden, es können hiermit Fehler, wie z. B. Drahtbruch einer Ankerwindung oder ein Lamellenkurzschluß des Kollektors erkannt werden.When mass-producing engines, it is advantageous Integrate test systems directly into the overall production, to sort out faulty motors directly. These Test systems need a quick and accurate measurement result deliver so the cycle times of the production of engines can be met. A fault diagnosis can for example in the standstill attempt by determining the effective armature resistance are carried out, it can hereby errors, such as B. Broken wire of an armature turn or a slat short circuit of the collector can be detected.

Die Widerstände der Wicklungen von Gleichstrommotoren werden bisher durch eine Strom- und Spannungsmessung mit Gleichstrom bestimmt, dabei wird die statische Kennlinie des Stroms als Funktion der Spannung im Stillstand aufgenommen und ausgewertet. Da bei diesen Messungen bei jeder Stromänderung eine Selbstinduktionsspannung entsteht, die jeder sprunghaften Stromänderung entgegen wirkt, kann die Messung nur langsam durchgeführt werden, um diesen Einfluß auf das Meßergebnis weitgehend auszu schalten. Eine langsame Durchführung dieser Messung führt jedoch zu Erwärmungsproblemen und verfälscht das Meßergeb nis.The resistances of the windings of DC motors have been using a current and voltage measurement Direct current is determined, the static characteristic curve of the current as a function of the voltage at standstill recorded and evaluated. Because with these measurements at a self-induction voltage every time the current changes arises, which counteracts every sudden change in current the measurement can only be carried out slowly, in order to largely exert this influence on the measurement result switch. A slow execution of this measurement leads however to heating problems and falsifies the measurement result nis.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung des wirksamen Ankerwiderstandes eines Gleichstrommotors zu schaffen, welches ein schnelles und exaktes Meßergebnis liefert und vielseitig anwendbar ist.The object of the present invention is a method to determine the effective armature resistance of a To create DC motor, which is a fast and provides exact measurement results and is versatile.

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 angegebe nen Merkmale gelöst. Da bei diesem Verfahren zur Bestim mung des Ohm′schen Widerstandes sehr kurze Spannungsstöße von ungefähr 120 ms auf die Wicklung gegeben werden, kommt es nicht zur Erwärmung der zu messenden Wicklung und das Meßergebnis wird dadurch nicht verfälscht. Ein sehr genaues Meßergebnis wird außerdem dadurch erreicht, daß die hartmagnetischen Eigenschaften der Eisenkomponenten der Gleichstrommotoren berücksichtigt werden.This object is specified by the in claim 1 Features resolved. Since this procedure for determining Ohm's resistance very short voltage surges approximately 120 ms are applied to the winding, there is no heating of the winding to be measured and this does not falsify the measurement result. A very exact measurement result is also achieved in that the hard magnetic properties of the iron components of DC motors are taken into account.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß sehr kurze Spannungsstöße auf die Wicklung gegeben werden und die Strom- und Spannungsmeß werte einer Recheneinheit zugeführt und weiterverarbeitet werden. Der Widerstand der Wicklung von Gleichstrommotoren kann somit sehr schnell bestimmt werden.Another advantage of the method according to the invention is that very short voltage surges on the Winding are given and the current and voltage measurement values fed to a processing unit and further processed will. The resistance of the winding of DC motors can therefore be determined very quickly.

Da dieses Verfahren zur Bestimmung des Ohm′schen Wider standes ein sehr schnelles und exaktes Meßergebnis liefert, kann es in ein Prüfsystem integriert werden, das in der Gesamtfertigung von Motoren integriert ist. Bei Kenntnis des Widerstandes der Wicklung von dem geprüften Gleichstrommotor, kann sofort eine Fehlerdiagnose durchgeführt werden. Fehlerhafte Motoren können somit sofort nach der Fertigung aussortiert werden.Since this method for determining the Ohm's resistance a very quick and exact measurement result supplies, it can be integrated into a test system that is integrated in the overall production of engines. At Knowledge of the resistance of the winding from the tested DC motor, can immediately diagnose a fault be performed. Faulty motors can therefore be sorted out immediately after production.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbei spiel der Patentzeichnung dargestellt und in der Beschrei bung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt das erfindungs gemäße Verfahren zur Bestimmung des Ohm′schen Widerstandes in einem Blockschaltbild.The invention is illustrated below in one embodiment Game of the patent drawing shown and in the description exercise explained in more detail. The drawing shows the fiction appropriate method for determining the ohmic resistance in a block diagram.

In Fig. 1 sind ein Motor 1 und eine Recheneinheit 2 dargestellt. Zur Bestimmung des Ohm′schen Widerstandes der Wicklung des Motors 1 befindet sich der Motor 1 im blockierten Zustand. Im blockierten Zustand läßt sich das Verhalten des Motors 1 durch ein stark vereinfachtes Ersatzschaltbild nachbilden. Bei diesem Ersatzschaltbild sind der Widerstand der Wicklung und die Erregerinduktivi tät in Reihe geschaltet. Bei einer Ermittlung des Ohm′schen Widerstandes der Wicklung des Motors aus der Stillstandsmessung kann daher das elektrische Betriebsver halten des Motors 1 durch eine Differentialgleichung erster Ordnung beschrieben werden, da im blockierten Zustand des Motors 1 keine Eisenverluste auftreten, keine Rotationsspannung entsteht und keine Bürsten-Übergangs spannung im Stillstand anfällt. Die Differentialgleichung erster Ordnung lautet daher:In Fig. 1, an engine 1 and an arithmetic unit 2 are shown. To determine the ohmic resistance of the winding of the motor 1 , the motor 1 is in the blocked state. In the blocked state, the behavior of the engine 1 can be simulated by a greatly simplified equivalent circuit diagram. In this equivalent circuit diagram, the resistance of the winding and the excitation inductance are connected in series. When determining the ohmic resistance of the winding of the motor from the standstill measurement, the electrical operating behavior of the motor 1 can therefore be described by a first order differential equation, since in the blocked state of the motor 1 there are no iron losses, no rotational voltage and no brushing. Transition voltage at standstill arises. The first order differential equation is therefore:

wobei R als Konstante für den zu bestimmenden Widerstand der Wicklung steht, L(i) die Erregerinduktivität in Abhängigkeit vom Ankerstrom, i(t) der Ankerstrom in Abhängigkeit von der Zeit und u(t) die Spannung in Abhängigkeit von der Zeit bezeichnet. Die zwei unbekannten Parameter dieser Gleichung sind der zu bestimmende Widerstand der Wicklung des Motors und die Erregerindukti vität in Abhängigkeit vom Ankerstrom.where R is a constant for the resistance to be determined the winding, L (i) excitation inductance in Depending on the armature current, i (t) the armature current in Dependence on time and u (t) the voltage in Dependence on time. The two unknowns Parameters of this equation are the one to be determined Motor winding resistance and excitation inductance vity depending on the armature current.

Die Recheneinheit 2 umfaßt eine Auswerteeinheit 3 und eine Vergleichseinheit 4. In der Auswerteeinheit 3 ist die oben beschriebene Differentialgleichung erster Ordnung abgelegt, die ein theoretisches Modell des Motors 1 darstellt.The computing unit 2 comprises an evaluation unit 3 and a comparison unit 4 . The first-order differential equation described above, which represents a theoretical model of the engine 1 , is stored in the evaluation unit 3 .

Zur Bestimmung des Ohm′schen Widerstandes der Wicklung des Motors 1 werden kurze Spannungsimpulse von einer Span nungsversorgungseinheit 6 von ca. 120 ms Dauer auf die Wicklung des Motors 1 gegeben. In dieser Zeit steigen die Spannungswerte bis zu einem Maximum stetig an. Nach diesem Spannungsimpuls nehmen die Spannungswerte von dem Maximum bis zum Spannungswert 0 innerhalb von 380 ms ab.To determine the ohmic resistance of the winding of the motor 1 , short voltage pulses from a voltage supply unit 6 of approximately 120 ms duration are given to the winding of the motor 1 . During this time, the voltage values rise steadily up to a maximum. After this voltage pulse, the voltage values decrease from the maximum to the voltage value 0 within 380 ms.

Der Verlauf der Ummagnetisierungskennlinie von hartmagne tischem Material ist derart, daß bei zunehmenden Stromwer ten (x-Ordinate) der magnetische Fluß (y-Ordinate) zunimmt. Nach Erreichen des maximalen magnetischen Flusses ändert sich trotz Zunahme der Stromwerte der magnetische Fluß nicht mehr, die Sättigung des magnetischen Flusses ist erreicht.The course of the magnetic reversal curve from hartmagne table material is such that with increasing electricity ten (x-ordinate) the magnetic flux (y-ordinate) increases. After reaching the maximum magnetic flux the magnetic changes despite the increase in the current values Flow no longer, the saturation of the magnetic flux is reached.

Nehmen die Stromwerte nun ab diesem Maximum wieder ab, so ändert sich der magnetische Fluß bis zum Stromwert 0 nur sehr gering. In diesem Bereich der Ummagnetisierungskenn linie ist der Verlauf der Kurve maßgeblich durch den zu bestimmenden Ohm′schen Widerstand bestimmt, die Induktion hat keinen großen Einfluß.If the current values decrease again from this maximum, see above the magnetic flux only changes up to the current value 0 very low. In this area the magnetic reversal characteristic The course of the curve is decisive through the line determining ohmic resistance determines induction has little influence.

Zur Bestimmung des Ohm′schen Widerstandes der Wicklung des Motors 1 werden die Strommeßwerte einer Vergleichseinheit 4 übermittelt, die in dem abklingenden Verlauf von 120 ms bis 500 ms gemessen werden. Die Bestimmung des Ohm′schen Widerstandes mit den Strommeßwerten und Spannungswerten im Bereich von 120 ms bis 500 ms kann, aufgrund des Verlaufs der Ummagnetisierungskennlinie von hartmagnetischem Material in diesem Bereich, genauer erfolgen.To determine the ohmic resistance of the winding of the motor 1 , the measured current values are transmitted to a comparison unit 4 , which are measured in the decaying course from 120 ms to 500 ms. The determination of the ohmic resistance with the current measured values and voltage values in the range from 120 ms to 500 ms can be carried out more precisely on account of the course of the magnetic reversal curve of hard magnetic material in this area.

Die Differentialgleichung erster Ordnung, die ein theoretisches Modell des Motors 1 darstellt, besteht aus zwei Teilen, die durch Addition miteinander verknüpft sind. Der erste Teil der Gleichung beinhaltet den Wider stand, der ein unbekannter Parameter ist, und der zweite Teil der Gleichung beinhaltet die Erregerinduktion in Abhängigkeit von der Zeit als zweiten unbekannten Parameter.The first order differential equation, which represents a theoretical model of the engine 1 , consists of two parts which are linked by addition. The first part of the equation contains the resistance, which is an unknown parameter, and the second part of the equation contains the pathogen induction as a function of time as a second unknown parameter.

Bei Berechnung des Ohm′schen Widerstandes mit den Spannungswerten und Strommeßwerten im Bereich von 120 bis 500 ms ist der erste Teil der Gleichung von Bedeutung, der zweite Teil der Gleichung, der die Änderung des magneti schen Flusses nach der Zeit erfaßt, kommt kaum zum Tragen. Der Ohm′sche Widerstand als erster unbekannter Parameter kann daher sehr genau bestimmt werden.When calculating the ohmic resistance with the Voltage values and current measurements in the range from 120 to 500 ms is the first part of the equation that matters second part of the equation, which is the change in magneti the river after time is hardly relevant. Ohmic resistance as the first unknown parameter can therefore be determined very precisely.

Die Spannungsbeaufschlagung ist durch Pfeil 5 darge stellt. Die Spannungswerte werden gleichzeitig der Auswerteeinheit 3 zugeführt. In der Auswerteeinheit 3 werden nun über eine Parameterschätzung, welche mit einem auf der Methode der kleinsten Fehlerquadrate beruhenden Algorithmus erfolgt, die beiden unbekannten Parameter der Differentialgleichung erster Ordnung ermittelt. Zur Ermittlung der beiden unbekannten Parameter wird für die Parameter jeweils ein erster Schätzwert gewählt, und danach erfolgt eine Berechnung der Strommeßwerte in Abhängigkeit von der Zeit.The voltage application is represented by arrow 5 Darge. The voltage values are simultaneously fed to the evaluation unit 3 . In the evaluation unit 3 , the two unknown parameters of the first-order differential equation are now determined by means of a parameter estimation, which is carried out using an algorithm based on the method of least squares. To determine the two unknown parameters, a first estimated value is selected for each of the parameters, and the measured current values are then calculated as a function of time.

In der Vergleichseinheit 4 werden die in der Auswerteein heit 3 berechneten Strommeßwerte mit den tatsächlichen Strommeßwerten verglichen. Die tatsächlichen Strommeßwerte werden aufgrund der kurzen Spannungsstöße, die auf die Wicklung des Motors 1 gegeben werden, gemessen. Eine Abweichung der berechneten Strommeßwerte und der tatsäch lichen Strommeßwerte dient als Einflußgröße, die an die Auswerteeinheit übermittelt wird und eine entsprechende Korrektur der beiden ersten Schätzwerte bewirkt. Mit den neuen, korrigierten Werten für die beiden unbekannten Parameter werden erneut Strommeßwerte berechnet und anschließend an die Vergleichseinheit 4 übermittelt. In der Vergleichseinheit 4 erfolgt erneut ein Vergleich der tatsächlichen Strommeßwerte des Motors 1 mit den nun neu berechneten Strommeßwerten. Die Abweichung dieser beiden Strommeßwerte wird erneut als Einflußgröße an die Auswerteeinheit übermittelt und die Werte für die beiden unbekannten Parameter der Differentialgleichung erster Ordnung werden wiederholt korrigiert.In the comparison unit 4 , the current measurement values calculated in the evaluation unit 3 are compared with the actual current measurement values. The actual measured current values are measured on the basis of the short voltage surges that are applied to the winding of the motor 1 . A deviation of the calculated current measured values and the actual current measured values serves as an influencing variable which is transmitted to the evaluation unit and brings about a corresponding correction of the first two estimated values. Current measured values are calculated again with the new, corrected values for the two unknown parameters and then transmitted to the comparison unit 4 . In the comparison unit 4 , the actual measured current values of the motor 1 are compared again with the newly calculated measured current values. The deviation of these two measured current values is again transmitted to the evaluation unit as an influencing variable and the values for the two unknown parameters of the first order differential equation are repeatedly corrected.

Dieser Vorgang der Korrektur der beiden unbekannten Parameter wird so lange wiederholt, bis die tatsächlichen Strommeßwerte mit den berechneten Strommeßwerten überein stimmen. Der Ohm′sche Widerstand der Wicklung des Motors 1 ist somit ermittelt.This process of correcting the two unknown parameters is repeated until the actual measured current values match the calculated measured current values. The ohmic resistance of the winding of the motor 1 is thus determined.

Claims

1. A method for determining the ohmic resistance of a winding of a DC machine, in particular a resulting total resistance, consisting of armature and field component, in which the current resulting from a voltage application is evaluated, characterized in that at least one voltage surge occurs to the voltage application the winding is given, and that to determine the ohmic resistance, taking into account the magnetic properties of the motor iron, currents resulting from the voltage surges are used.

2. The method according to claim 1, characterized in that the hard magnetic properties for determining the Influencing factors are used.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized net that in the falling voltage range of Resulting currents are used will.

4. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the current and voltage measured values are further supplied to a computing unit ( 2 ) in which a theoretical model of the DC machine is formed and which can be influenced by influencing variables in the sense of a parameter identification, and that currents resulting from the voltage surges are used to determine the influencing variables, taking into account the magnetic properties of the motor iron.