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Verfahren zur Eliminierung von Stoerungen in verzerrten Messsignalen zum Zwecke der Frequenzganganalyse

IP.com Disclosure Number: IPCOM000125948D
Original Publication Date: 2005-Jul-25
Included in the Prior Art Database: 2005-Jul-25
Document File: 9 page(s) / 1M

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Bei der Durchfuehrung von Frequenzganganalysen wird im Allgemeinen ein in bestimmten Bereichen linearisierbarer Prozess mit einem periodischen Testsignal in einem Arbeitspunkt angeregt und so das resultierende Ausgangssignal bestimmt. Aus den Ein- und Ausgangssignalen koennen nun abhaengig von der Signalform ein oder mehrere Frequenzpunkte bestimmt werden. Laesst es die Linearitaet des Stellglieds zu, werden in der Regel sinusfoermige Testsignale mit konstanter Frequenz und Amplitude verwendet. Bei linearen Prozessen werden derartige Signale auf sich selbst abgebildet, zumal nur ein Punkt des Frequenzgangs angeregt wird. Die Auswertung kann dabei besonders einfach, beispielsweise durch Bestimmung des Amplitudenverhaeltnisses sowie der Phasenverschiebung zwischen Ein- und Ausgangssignal, erfolgen. Probleme entstehen dann, wenn der Prozess nichtlineare Eigenschaften aufweist. Bei Einpraegung des Eingangssignals kann dies zu einer deutlichen Verformung des Ausgangssignals fuehren. Wird dagegen das Ausgangssignal ueber eine Regeleinrichtung eingestellt, so sind meist im Prozesseingangssignal Anteile enthalten, die vom linearen Prozessverhalten abweichen. Die Nichtlinearitaeten koennen dabei einerseits vom Stellglied herruehren, andererseits sind auch prozessspezifische Nichtlinearitaeten, beispielsweise Reibung, Lose in mechanischen Systemen oder Saettigungs- und Hystereseeffekte in magnetischen Systemen denkbar, die zu einer Arbeitspunktabhaengigkeit der physikalischen Parameter fuehren.

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Verfahren zur Eliminierung von Stoerungen in verzerrten Messsignalen zum Zwecke der Frequenzganganalyse

Idee: Dr. Armin Wolfram, DE-Erlangen

Bei der Durchfuehrung von Frequenzganganalysen wird im Allgemeinen ein in bestimmten Bereichen linearisierbarer Prozess mit einem periodischen Testsignal in einem Arbeitspunkt angeregt und so das resultierende Ausgangssignal bestimmt. Aus den Ein- und Ausgangssignalen koennen nun abhaengig von der Signalform ein oder mehrere Frequenzpunkte bestimmt werden.

Laesst es die Linearitaet des Stellglieds zu, werden in der Regel sinusfoermige Testsignale mit konstanter Frequenz und Amplitude verwendet. Bei linearen Prozessen werden derartige Signale auf sich selbst abgebildet, zumal nur ein Punkt des Frequenzgangs angeregt wird. Die Auswertung kann dabei besonders einfach, beispielsweise durch Bestimmung des Amplitudenverhaeltnisses sowie der Phasenverschiebung zwischen Ein- und Ausgangssignal, erfolgen.

Probleme entstehen dann, wenn der Prozess nichtlineare Eigenschaften aufweist. Bei Einpraegung des Eingangssignals kann dies zu einer deutlichen Verformung des Ausgangssignals fuehren. Wird dagegen das Ausgangssignal ueber eine Regeleinrichtung eingestellt, so sind meist im Prozesseingangssignal Anteile enthalten, die vom linearen Prozessverhalten abweichen. Die Nichtlinearitaeten koennen dabei einerseits vom Stellglied herruehren, andererseits sind auch prozessspezifische Nichtlinearitaeten, beispielsweise Reibung, Lose in mechanischen Systemen oder Saettigungs- und Hystereseeffekte in magnetischen Systemen denkbar, die zu einer Arbeitspunktabhaengigkeit der physikalischen Parameter fuehren.

Beispielhaft fuer Prozesse, bei denen Frequenzganganalysen durchgefuehrt werden, sind Asynchronmaschinen im Stillstand (siehe auch Abbildung 1). Hier werden nacheinander zwei Frequenzpunkte angefahren und aus den Daten letztlich die Parameter Streuinduktivitaet Lσ und Rotorwiderstand RR identifiziert. Mittels eines Reglers erfolgt die Einpraegung der Staenderspannung US derart, dass sich ein sinusfoermiger Staenderstrom IS einstellt. Damit sich der Rotor waehrend der Messung nicht bewegt und um die nichtlinearen Einfluesse des Stellglieds (Umrichter) zu minimieren, ist dem sinusfoermigen Stromsollwert zusaetzlich ein Gleichanteil ueberlagert. Waehrend das Verfahren bei aelteren Asynchronmotoren in der Regel problemlos angewendet werden kann, weisen neuere Motoren ausgepraegte "Zacken" im Verlauf der Staenderspannung auf, die zu einer Verfaelschung der Ergebnisse fuehren (siehe Abbildung 2). In der Fertigung ist man dazu uebergegangen, die Kaefiglaeufer mit geschlossenen Nuten auszufuehren, wodurch sich eine deutliche Saettigungsabhaengigkeit der Streuinduktivitaet Lσ vom Rotorstrom IR ergibt.

Da bei drehender Asynchronmaschine zur Kompensation mechanischer Reibungsverluste stets ein gewisser Rotorstrom fliesst, ist im Allgemeinen nur der gesaettigte Wert der Streuinduktivitaet von Interesse. Dieser wird in d...