Mikromotor Kennlinie messen
Vorrichtung mit Motor, Bremse und Lichtschranken
Zweck um den Motor zu testen ist Drehzahl, Drehmoment und Wirkungsgrad zu erfahren. Beim entwickeln von Regelkreisen für Drehzahl und Drehmoment des Motors kann man mit der Test-Vorrichtung den Verlauf der Werte bei Änderung der Führungsgröße und der Störgröße messen (z.B. die Sprungantwort). Während die Feder gespannt wird, weichen die Werte ab.
Bereits aufgebaute Vorrichtung
Auf dem Bild ist links eine handelsübliche Hysterese-Bremse für max. 20ooo RPM. Rechts befindet sich ein gewöhnlicher Modellbau-Motor als Testobjekt. Dazwischen ist auf den beiden Wellen je ein Flansch mit Mitnehmer montiert. Beide Mitnehmer spannen lastabhängig die Schenkelfeder. Auf beiden Mitnehmern sind auch Blenden angebracht, die die beiden Lichtschranken schalten. für 20ooo RPM beträgt die Frequenz 333Hz. Mit einem Zweistrahloszilloskop sieht man Drehzahl und Winkel der Feder (mit dem Cursor). Diese Idee habe ich aus diesem Forum und baute sie nach.
Maßstab ist an den Schraubenbohrungen (M3) erkennbar. Die Hysterese-Bremse bremst durch absichtliche Ummagnetisierungsverluste die Welle mit einem Drehmoment, das einem angelegten Steuerstrom entspricht (aus einer Konstant-Stromquelle). Bei diesem Exemplar sind max. 50 Milli-Newton-Meter möglich. Die entnommene Leistung bestimmt sich aus " Drehzahl x Drehmoment x 6,28 " - Drehzahl hier pro Sekunde angegeben. Sie wird vollständig in Wärme umgesetzt. Die gesamte Vorrichtung kann statt mit der Schenkelfeder auch mit einer elastischen Kupplung betrieben werden, wobei man das Drehmoment nicht messen braucht sondern dem Datenblatt der Bremse entnehmen kann.
Auf den Motorwellen sind Flansche angebracht, die bei jeder Umdrehung in einer bestimmten Winkelstellung die Lichtschranken schalten. Bei Stillstand kann man damit nicht arbeiten sondern muss den Winkel für das Drehmoment anderweitig messen. Ungenauigkeiten können auch durch Ripple und Rastmomente entstehen, die auf dem Umkreis unregelmäßig verteilt sind.
Auswertung
Das Schirmbild zeigt die Impulse beider Lichtschranken. Die Periode ergibt die Drehzahl (hier etwa 2200 RPM). Das Verschiebung der Flanken im Verhältnis zur Periode entspricht dem Drehwinkel der Feder (soll von Drehzahl NULL an aufaddiert werden, hier 398°).
Derartige Spezialfedern werden teils nur gegen Firmenzugehörigkeit gehandelt. Die hier abgebildeten ALCOMEX-Federn waren frei erhältlich. Die kleinere der beiden mit der Bezeichnung TOR630L hat eine Federkonstante von 0,14 Nmm / °. Sie verträgt max. 394° (ist somit in dem Versuch überdehnt worden).
Rechenbeispiel
| U/V | I/A | N/Hz | PHI/° | M/mNm | P/W |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 10 | 0.5 | 43 | 179 | 25,1 | 6,8 |
| 10 | 1,0 | 38 | 408 | 57,1 | 13.6 |
| 10 | 1,5 | 37 | 613 | 85,8 | 19,9 |
Man ermittelt das " Drehmoment = Winkel x Federkonstante " und setzt es in die Formel weiter oben ein um die Leistung auszurechnen. In der Rechnung in der Tabelle ist der Winkel für die Drehzahl NULL nicht ganz exakt. Bei der Rechnung nach elektrischen Werten kommt 30% weniger raus als bei den mech. Werten und das trotz dem Wirkungsgrad des Motors. Falls man es genauer braucht, ist eine Justierung bei Drehzahl NULL sicher möglich.
Medien
- Feder mit dem Motor spannen [ http://www.claus-wimmer.de/TorqueSpringOnly.mp4 ]
- Vorrichtung läuft mit langsamer Drehzahl [ http://www.claus-wimmer.de/MachineInAction.mp4 ]