DE2431540A1

DE2431540A1 - Schaltung zum schutz des laeufers einer elektrischen maschine

Info

Publication number: DE2431540A1
Application number: DE19742431540
Authority: DE
Inventors: Herbert Ing Grad Krall; Robert Ing Grad Richter
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1974-07-01
Filing date: 1974-07-01
Publication date: 1976-01-22
Also published as: IT1040771B; AT338364B; CH591775A5; DE2431540C2; GB1508505A; BE830861A; FR2277513A7; SE404280B; NL7507740A; SE7507412L; ATA498375A

Description

BROWN, BOVERl & ClE - AKTIENGESELLSCHAFT j . , . ■>

(VfANNHhIM br.O.,.·; υ C.~.·.ι

Mp.-Nr. 584/74 Mannheim, den 27. Juni 1974

ZFE/P1-H/Bt

■ Schaltung zum Schutz des Läufers einer elektrischen Maschine.

^! Die Erfindung "betrifft eine Schaltung zum Schutz des Läufers ; einer elektrischen Maschine gegen zu hohe Temperatur, also ; eine sogenannte Motorschutzeinrichtung.

, Die als Motorschutz vorwiegend benutzten Geräte bestehen meist • aus einem sogenannten Bimetallauslöser, bei dem eine Heizwick- ^! lung vom Motorstrom oder einem diesem proportionalen Strom

durchflossen wird. Die Erwärmung der Heizwicklung und damit : die Temperaturerhöhung der Heizwicklung ist ebenso wie die Wick-I lung des Rotors aufheizenden Wärmeverluste dem Quadrat des ! Motorstromes proportional. Die Wärmeabstrahlung des Auslösers \ liegt in der gleichen Größenordnung der Wärmeabstrahlung des ; Motors und der durch den Kühlluftstrom abgeführten Wärmemenge.

Die Zeitkonstante des Auslösers ist meist merklich kleiner als ' die des Motors. Bei Überschreitung einer bestimmten Temperatur ' des Auslösers erfolgt eine Abschaltung des Motors durch mecha- ; nische Einwirkung auf ein Schaltglied. Durch die verschieden

große Oberfläche von Motor und Wärmeauslöser ergeben sich je- ; doch merkliche Unterschiede in der Abstrahlung der erwärmten , Wicklung und der Schutzeinrichtung.'Die verschieden große Wärme- ^; kapazität von Motor und Auslöser wirkt sich wiederum zu Gunsten ; des Motors aus, da der Auslöser die Auslösetemperatur schneller

erreicht. Ein einv/andfreier Schutz läßt sich mit solchen Ein- ^: richtungen jedoch kaum erreichen, es sei denn, man begnügt sich mit einer verringerten Leistungsfähigkeit der elektrischen Ma-

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schine. Es ist ferner bekannt, mit einer vom Motorstrom oder

einem diesem proportionalen Strom durchflossenen Heizwicklung ^; eine aus einem Metallklotz bestehende Masse aufzuheizen, welche ! eine Zeitkonstante entsprechend der des Motors aufweist. Die dem ι Metallklotz zugeführte Wärmemenge wird zum Teil an einen Bimetaür auslöser weiter gegeben. Durch diese Maßnahme ist eine ausreichend gute Anpassung der Zeitkonstante der Schutzeinrichtung an die des Motors möglich. Die Masse muß jedoch von Fall zu Fall an die Daten des Motors je nach Motortype angepaßt werden.

Außerdem ist der Raumbedarf für eine solche Einrichtung relativ

• Bessere Ergebnisse sind mit Temperaturmeßfühlern, welche z.B. in die Wicklungsnuten der elektrischen Maschine eingebracht sind, zu erreichen. Der Einsatz solcher Fühler im rotierenden Teil . einer elektrischen Maschine macht jedoch zusätzliche Schleif-. ringe erforderlich, oder eine Übertragungseinrichtung vom rotierenden zum stationären Teil, die sich bei manchen Maschinentypen überhaupt nicht unterbringen lassen. Bei elektrischen Maschinen mit läufern sehr kleiner Masse, die für einen schnellen Hochlauf konstruiert sind, ist bei der geringen Wärmekapazität des Läufers ein wirksamer Schutz gegen Überlastung durch die oben erwähnten Mittel nicht erreichbar.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Schutzeinrichtung gegen eine zu hohe Erwärmung der läufer elektrischer Maschinen mit geringem Schwungmoment zu schaffen, welches dazu erlaubt, die Läufertemperatur so zu beeinflussen, daß die maximal zulässige Temperatur überhaupt nicht überschritten wird und somit

■ eine Abschaltung der elektrischen Maschine infolge Überlastung

■ nicht erfolgt, da der Belastungsstrom so gesteuert wird, daß überhaupt keine thermische Überlastung der Maschine erfolgt.

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Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß für die Ermittlung der Läufertemperatur eine Simulationseinrichtung vorgesehen ist, welche aus einem Strommeßgerät besteht, in welchem eine dem gemessenen Stromwert proportionale elektrische Größe gebildet wird und an welchem ein Multipliziergerät angeschlossen ist, in welchem das Quadrat der im Strommeßgerät gemessenen, dem Stromwert I proportionalen Meßgröße gebildet wird, daß das Multipliziergerät mit einem Integriergerät elelctrisch verbunden ist, welches das Integral aus dem Produkt des Quadrates der dem Stromwert proportionalen Meßgröße

• f 2

und der Zeit /i . dt. bildet, daß weiterhin im Intergriergerät ein Bauelement vorgesehen ist, in welchem eine der Zeit proportionale Größe, die der Wärmeabfuhr vom Läufer proportional

Γ 2

ist, gebildet wird, und dieser Wert von dem Wert j ± .dt subtrahiert wird, womit sich ein der Temperatur des Motors proportionaler Wert VmI ergibt, der am Ausgang des Integriergerätes ansteht, daß fernerhin dieser Ausgang des Integriergerätes mit einem Temperaturvergleichsglied elektrisch verbunden ist, dessen zweitem Eingang eine elektrische Größe zugeführt wird, die der bei Motornennstrom und Nenndrehzahl im Läufer maximal zulässigen Temperatur 4/eff proportional ist und daß der Ausgang des Temperaturvergleichsgliedes mit einem Stromregler elektrisch verbunden ist, in welchem bei Übereinstimmung der Werte M ml und rt/eff der Stromsollwert für den Motor auf den Motornennstrom begrenzt wird. Das Integrierglied/wurde, da es

j lediglich eine/^dem Motor zugeführt θα Wärmemenge proportionale

Größe ermittelt, jedoch nicht die Abstrahlung und die Wärmeverluste durch die Rotation des Läufers berücksichtigt, einen zu

: hohen Temperaturwert angeben. Aus diesem Grunde ist das oben

erwähnte zusätzliche Bauelement, welches die Wärmeabfuhr aus.

! dem Läufer simuliert, vorgesehen.

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Es ist zwar bereits aus der Patentanmeldung As. P 2 305 147 ein von elektrischen Verlusten abhängiges thermisches Abbild eines elektrischen Betriebsmittels bekannt, bei dem zwei RC-Glieder vorgesehen sind, durch deren Kondensatoren und· Widerstände' die Wärmekapazität des Betriebsmittels bzw. der Wärmeübergangswiderstand erfaßt sind. Dabei sind die Widerstände der RC-Glieder zu einem Zweipol darstellenden Widerstandnetzwerk zusammengeschaltet und durch den ladevorgang der Kondensatoren wird das Erwärmungsverhalten des Betriebsmittels nachgebildet. Diese bekannte Einrichtung wirkt jedoch nicht zusammen mit einem Temperatursollwertgeber und einem Vergleichsglied auf einem Stromregler eines drehzahlgesteuerten Antriebsmotors wie beim Anmeldungsgegenstand,

zu

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß/dem Produkt des Quadrates der dem Stromwert proportionalen Keßgröße und der Zeit eine der Temperatur des Gehäuses des Motors proportionale Meßgröße, welche in einem an dem Motorgehäuse angebrachten, mit dem Integriergerät elektrisch verbundenen Meßfühler ermittelt wird, hinzu addiert wird. Durch diesen zusätzlichen Meßfühler wird die Temperatur der den Läufer des Motors abkühlenden Kühlluft berücksichtigt, da in diesem speziellen Falle die Gehäusetemperatur und die Umgebungstemperatur, und damit die Kühllufttemperatur, in etwa übereinstimmen. Die Einführung dieser zusätzlichen Meßgröße erlaubt es, den Motor bei niedrigerer Umgebungstemperatur höher zu belasten, als bei höherer Umgebungstemperatur, ohne daß die/Laufertemperatur einen unzulässig großen Wert annehmen würde.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Anordnung nach der Erfindung und Fig. 2 die Schaltung des Integriergliedes und des Viärmeabfuhrsimulationsbauelementes.

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In den in der Zeichnung dargestellten Schaltungen ist jeweils mit 1 der Motor, mit 2 das Stromineßgerät, mit 3 das Multipliziergerät, mit 4 das Integriergerät, mit 5 das Bauelement für die Simulation der Wärmeabfuhr aus dem Läufer, mit 6 ein am Motorgehäuse angebrachter Temperaturmeßfühler, mit 7 ein Sollwertgeber für den maximalen Temperaturwert des Läufers und mit 8 ein Temperatur-vergleichsglied bezeichnet. Weiter bedeutet 9 einen Stromregler, 10 ein von dem Stromregler gesteuertes Stellglied, 11 einen Drehzahlregler, 12 einen Tachometergenerator und schließlich 15 einen Drehzahlsollwertgeber.

Wie aus der Schaltung hervorgeht, ist das Strommeßgerät als Stromwandler ausgebildet und mit dem Multipliziergerät 3 elektrisch verbunden. Das Multipliziergerät ist ein Hallgenerator, dem eine Erregerspule gegenübersteht, die vom gleichen Strom durchflossen ist, der auch das Hallelement erregt. Am Ausgang des Hallgenerators entsteht dann eine dem Quadrat des Stromes proportionale elektrische Größe, die über eine 'Verbindungsleitung 34 dem Integriergerät 4 zugeführt wird. Dieses besteht, wie aus Figur 2 zu entnehmen ist, im wesentlichen aus einem Aufladekondensator C und einem vorgeschalteten Widerstand R4. Als Bauelement 5 für die Simulation der Wärmeabfuhr dient ein dem Kondensator C parallel geschalteter Widerstand R 5, der entsprechend der Wärmeabfuhr des Läufers dimensioniert ist. Weiterhin ist das Integriergerät mit dem am Motorgehäuse 1 angeord-. neten Meßfühler 6 über eine Leitung 64 verbunden, der ebenfalls eine elektrische Größe, die der Gehäusetemperatur proportional ist, in das Integriergerät eingibt, wodurch die Kühllufttemperatur berücksichtigt wird. Am Ausgang des Integriergerätes steht dann eine elektrische Größe an, die der Läufertemperatur proportional ist. Dieser Wert wird übereine Verbindungsleitung 58 dem Temperaturvergleichsglied 8 zugeführt. Am zweiten Ein-

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gang dieses Gerätes wird ebenfalls als elektrische Größe ein der zulässigen Läufertemperatur entsprechender, in einem Temperatursollwertgeber 7 erzeugter Wert zugeführt und in dem Temperaturvergleichsgerät 8 mit dem simulierten Temperatur-Istwert verglichen. Bei Erreichen der maximal zulässigen Temperatur steht damit am Temperäturvergleichsgerät 8 kein Ausgangssignal an. In diesem Falle wird in dem mit dem Temperaturvergleichsgerät elektrisch verbundenen Stromregler 9, welcher mit einem Stellglied 10 elektrisch verbunden ist, das auf diesen wirkende Ausgangssignal so geändert, daß das Stellglied eine Spannung liefert, welche durch den Motor nur noch einen Strom der Größe treibt, der der normalerweise abgeleiteten Wärmemenge entspricht. Dies dürfte im allgemeinen der Nennstrom sein. Bei voller- Ausschöpfung der Überlastbarkeit des Motors ist dann anschließend noch ein Betrieb mit dem Nennstrom möglich. Es muß also nicht wie bei konventionellen Motorschutzeinrichtungen bei Erreichen der Läufergrenztemperatur abgeschaltet v/erden. Nach einer betriebsbedingten Abschaltung des Motors kann dieser sich wieder abkühlen und es steht bei dem nächsten Arbeitsspiel wieder die volle Dynamik des Motors zur Verfügung.

In dem Blockschaltbild ist weiterhin ein Drehzahlregler 11, der mit einem Sollwertgeber 13 elektrisch verbunden ist, und ein mit dem Motor gekuppelter Tachometerdynamo 12, der mit dem zweiten Eingang des Drehzahlreglers verbunden ist, eingezeichnet. Bei einer Differenz von Drehzahlsollwert und Drehzahlistwert wirkt der Drehzahlregler in üblicher Weise über den Stromregler 9 auf das Stellglied 10 und erhöht bzw. vermindert die Drehzahl des Motors.

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Claims

______ 584/74 Patentansprüche

1.} Schaltung zum Schutz des Läufers einer elektrischen Maschine gegen zu hohe Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ermittlung der Läufertemperatur eine Simulationseinrichtung vorgesehen ist, welche aus einem Strommeßgerät (2) besteht, in welchem eine dem gemessenen Stromwert proportionale elektrische Größe gebildet wird und an welches ein Multipliziergerät (3) angeschlossen ist, in welchem das Quadrat der im Strommeßgerät (2) gemessenen, dem Stromwert I proportionalen Meßgröße gebildet wird, daß das Multipliziergerät (3) mit einem Integriergerät (4) elektrisch verbunden ist, welches das Integral aus dem Produkt des Quadrates der dem

/2 i . dt

bildet, daß weiterhin im Integriergerät (4) ein Bauelement (5) vorgesehen ist, in welchem eine der Zeit proportionale Größe, die der Wärmeabfuhr vom Läufer proportional ist, gebildet wird, und dieser Wert von dem Wert Ji .dt subtrahiert wird, womit sich ein der Temperatur des Motors proportionaler Wert Tüll ergibt, der am Ausgang des Integriergerätes (4) ansteht, daß fernerhin dieser Ausgang des Integriergerätes (4) mit einem Temperaturvergleichsgerät (6) elektrisch verbunden ist, dessen zweitem Eingang eine elektrische Größe zugeführt wird, die der bei Motornennstrom und Nenndrehzahl im Läufer maximal zulässigen Temperatur ^/eff proportional ist und daß der Ausgang des Temperaturvergleichsgliedes (6) mit einem Stromregler elektrisch verbunden ist, in welchem bei Übereinstimmung der Werte <v ml und 4/eff der Strommsollwert für den Motor auf den Motornennstrom · begrenzt wird.

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2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Produkt des Quadrates der dem Stromwert proportionalen Meßgröße und der Zeit eine der Temperatur des Gehäuses des Motors proportionale Meßgröße, welche in einem an dem Motorgehäuse angebrachten, mit dem Integriergerät (4) elektrisch verbundenen Meßfühler (6) ermittelt wird, hinzu addiert wird.

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