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Anordnung zur kontaktlosen Messung von in Leitern auf rotierenden
Körpern fließenden Strömen, insbesondere bei Läufern elektrischer Maschinen Wenn
in sich elektrisch abgeschlossene Systeme um eine Achse rotieren, ist es infolge
der fehlenden galvanischen Verbindung nicht möglich, die dort fließenden Ströme
unmittelbar zu messen. Es ist bekannt, eine galvanische Verbindung über Schleifringe
herauszuführen. Gerade bei bürstenlosen Synchronmaschinen, die über mitrotierende
Gleichrichter erregt sind, sollen aber Schleifringe völlig vermieden werden. Außerdem
sind Schleifringe in Meßanordnungen unerwünscht, da die gleitenden Kontakte laufend
kleine Widerstandsänderungen an der Übergangsstelle verursachen. Zur Übertragung
von Wechselströmen und -spannungen ist es weiterhin bekannt, Transformatoren mit
Wicklungen vorzusehen, deren Flußverkettung durch die Rotation nicht beeinflußt
wird und bei denen eine Wicklung mit der Welle rotiert und die ihr ständig gegeniiberliegende
zweite Wicklung feststehend angeordnet ist. Dort kann dann der induktiv übertragene
Meßwert abgenommen werden. Diese Anordnung versagt bei Übertragung von Gleichströmen.
Eine weitere bekannte Anordnung besteht darin, daß im rotierenden Teil ein vom zu
messenden Gleichstrom erregtes Feldsystem vorhanden ist, das in feststehenden Statorwicklungen
dem Erregerstrom proportionale Spannungen nach dem Prinzip des Synchrongenerators
induziert. Damit ist aber diese vorbekannte Anordnung drehzahlabhängig und nur für
stationäre Verhältnisse geeignet. Bei Pendelungen der Hauptmaschine ergeben sich
Fehlangaben. Auch beim asynchronen Hochlauf der Hauptmaschine ist der Drehzahl abhängigkeit
wegen die Messung der Augenblickswerte nicht möglich. Ferner sind allgemein zur
Messung von Strömen in stationären Anlagen Stromjoche bekannt, die wenigstens einen
Luftspalt haben, in dem sich eine von der magnetischen Induktion in diesem Luftspalt
abhängige Sonde, beispielsweise ein Hallgenerator, befindet. Die von diesem abgegebene
Hallspannung ist ein Maß für den Strom, der in der Jochwicklung fließt.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur kontaktlosen Messung
von in Leitern auf rotierenden Körpern fließenden Strömen, insbesondere bei Läufern
elektrischer Maschinen, durch induktive tJbertragung auf eine feststehende Meßsonde,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß der rotierende Körper auf einem Umfangskreis
mit einem nach außen etwa U-förmig geöffneten Magnetjoch und einer dieses magnetisierenden,
den zu messenden Strom führenden, konzentrisch angebrachten Wicklung versehen ist,
wobei das rotierende Magnetjoch wenigstens einen Luftspalt bildet, in dem eine feststehende
Meß-
sonde eingreifend angeordnet ist, deren Zustandsgrößen von der magnetischen
Induktion in diesem Luftspalt abhängig sind.
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Es wird damit also ein Magnetjoch für eine Messung mit einer feststehenden
Sonde, vorzugsweise einem Hallgenerator, geschaffen, wobei das Magnetjoch zusammen
mit der stromführenden Spule rotiert.
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Das Magnetjoch bildet einen Luftspalt, und in diesem ist die feststehende
Meßsonde angeordnet. Von den auf dem Läuferkörper zu messenden elektrischen Größen,
wie Erregerstrom oder Erregerspannung in ihren Augenblickswerten, können dabei über
die Meßsonde in direkter oder indirekter Abbildung über proportionale Spannungen
oder Ströme dieser Meßsonde die Augenblickswerte in einer stationären Anordnung
erfaßt und dann in bekannter Weise die Gleich- und gegebenenfalls auch die Wechselanteile
bis zu einer gegenüber der Netzfrequenz höheren Frequenz durch Auswertung ermittelt
werden. Damit sind auch die nichtstationären elektrischen Vorgänge auf dem Läuferkörper,
hauptsächlich bei den Strom-und Spannungsverhältnissen, erfaßbar. Insbesondere für
einen Hallgenerator ist es zweckmäßig, diesen zwischen ebenfalls feststehenden Joch
stücken anzuordnen und den Hallgenerator als Meßsonde dann mit diesen Jochstücken
in das rotierende Magnetjoch eingreifen zu lassen. Es kann aber auch eine Spule,
vorzugsweise mit Eisenkern, unter Bildung zweier Luftspalte in das rotierende Joch
eingreifen, wobei der Strom auf dem Läufer der Maschine das Joch sowohl im rotierenden
als auch im feststehenden Teil vormagnetisiert. Die Änderung der Induktivität dieser
Spule ist damit ein Maß für den Strom auf dem Läufer.
Die Messung
erfolgt in bekannter Weise beispielsweise in einer Brückenschaltung. Es kann aber
auch die feststehende Spule Teil einer Schwingkreisanordnung sein und die Resonanzfrequenz
dabei verstimmen, womit sich diese Änderung als Maß für den Strom auf dem Läufer
ergibt.
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Zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung werden in
den Figuren angegeben.
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Fig. 1 zeigt eine Anwendung vorzugsweise bei einer größeren Maschine;
F i g. 2 beschreibt die Anordnung insbesondere für eine kleinere Maschine.
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In der F i g. list mit 1 ein mit der Welle der Hauptmaschine umlaufendes
Joch bezeichnet, auf dem in einer Windung oder in mehreren Windungen der Leiter
geführt ist, dessen Strom gemessen werden soll. In die U-förmige Öffnung dieses
umlaufenden Joches 1 ragen von einem feststehenden Punkt aus die Jochstücke 3 hinein,
so daß sich damit drei Luftspalte ergeben. 4 ist die Sonde, die zwischen den Jochstücken
3 feststehend angeordnet ist und die die Meßspannung abgibt.
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In der F i g. 2 ist eine konstruktiv andere, grundsätzlich jedoch
gleiche Anordnung beschrieben. 5 ist hier das auf der Welle der Maschine angebrachte
umlaufende Joch mit der Stromwicklung 6. 7 sind die feststehenden Joch stücke, die
in das umlaufende Joch hineinragen. Mit 8 ist die Sonde, also beispielsweise der
Hallgenerator, bezeichnet.
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Die geringfügigen radialen und axialen Schwingungen einer großen
Maschine, die sich zwischen dem rotierenden Joch und den feststehenden Jochstücken
ergeben, werden insofern ausgeglichen, als die Gesamtlänge der Luftspalte dabei
konstant bleibt. Zum Ausgleich der radialen Schwingungen ist es nur notwendig, die
feststehende Meßsonde, vorzugsweise mit Jochstücken versehen, weit genug in das
rotierende Joch eingreifen zu lassen.
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Mit der Erfindung wird eine betriebssichere Anordnung vorgeschlagen,
den Läuferstrom einer gleichrichtererregten Synchronmaschine mit Erregermaschine
auf gleicher Welle während des Betriebes ständig zu überwachen, wodurch sich auch
eine zu-
sätzliche Kontrolle über die Gleichrichterelemente ergibt.
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Patentansprüche: 1. Anordnung zur kontaktiosen Messung von in Leitern
auf rotierenden Körpern fließenden Strömen, insbesondere bei Läufern elektrischer
Maschinen, durch induktive Übertragung auf eine feststehende Meßsonde, dadurch gekennz
ei c h n e t, daß der rotierende Körper auf einem Umfangskreis mit einem nach außen
etwa U-förmig geöffneten Magnetjoch und einer dieses magnetisierenden, den zu messenden
Strom führenden, konzentrisch angebrachten Wicklung versehen ist, wobei das rotierende
Magnetjoch wenigstens einen Luftspalt bildet, in dem eine feststehende Meßsonde
eingreifend angeordnet ist, deren Zustandsgrößen von der magnetischen Induktion
in diesem Luftspalt abhängig sind.