DE3034904A1

DE3034904A1 - Niedrigwicklungswiderstand-schutzsystem

Info

Publication number: DE3034904A1
Application number: DE19803034904
Authority: DE
Inventors: Antrag Auf Nichtnennung
Original assignee: MARINE SAFE ELECTRONICS OF CAN
Current assignee: MARINE SAFE ELECTRONICS OF CAN
Priority date: 1980-09-16
Filing date: 1980-09-16
Publication date: 1982-04-29

Description

BES CH REIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Sicherheitssensoreinrichtung zur Verwendung bei Elektromotoren, und zwar betrifft die Erfindung im einzelnen ein Niedrigwicklungswiderstand-Schutzsystem, insbesondere eine Einrichtung zum sensormäßigen Ermitteln des Motorzustands bzw. der Motorzustände, wenn sich der Motor in Ruhe befindet.
Es sind viele Arten von Sicherheitssensoreinrichtungen für Motoren aus der Patentliteratur bekannt und im Handel erhältlich.
Die weitaus größte Mehrzahl dieser Sicherheitssensoreinrichtungen ermittelt Motoreigenschaften und -zustände während des Betriebs des Motors. Jedoch kann eine Schutzeinrichtung, die nur während des Laufes des Motors arbeitet, ein Durchbrennen des Motors nicht verhindern, das beim anfänglichen Anlegen bzw.
am Anfang des Anlegens von elektrischem Strom bzw. elektrischer Leistung an die Motorwicklungen auftritt. Ein solches Durchbrennen rührt von einer Herabsetzung des Isolationswiderstands her, die durch Kondensation und Verunreinigung verursacht wird.
Die Häufigkeit solcher Erscheinungen ist eine Funktion der relativen Luftfeuchtigkeit, der Konzentration von in der Luft befindlichen Teilchen und von Temperaturänderungen in der Umgebung, in welcher der Motor betrieben wird. Es ist leicht ersichtlich, daß verunreinigte oder rauhe Umgebungen einen Schutz des Motors gegen eine Verminderung der Isolation, die zu einem Durchbrennen des Motors beim Anlassen desselben führt, erfordern können.
Es sind bereits Schutzeinrichtungen für die Verwendung bei Elektromotoren vorgeschlagen worden, welche den Wicklungswiderstand im Ruhezustand überwachen. In der US-Patentschrift 3 656 136 ist ein Elektromotor mit einer Sicherheitssensoreinrichtung gezeigt. Hier wird ein kleiner Strom an eine Wicklung eines Motors angelegt, und das Stromniveau wird überwacht. Wenn es ein zu hohes Niveau erreicht, das einen niedrigen Leckwiderstandswert nach Masse anzeigt, wird eine Alarmanzeige erzeugt, und ein Relais, das eine Anschaltung des Motors verhindert, wird aktiviert.
Eine andere Art einer Schutzeinrichtung ist in der US-Patentschrift 3 611 036 beschrieben. Hier werden zwei Motoranschlüsse durch Dioden, die in Reihe mit Neonlampen und Strombegrenzungswiderständen geschaltet sind, mit zwei Eingangsstromleitungen verbunden. Ein Masseanschluß im Motor erzeugt einen Stromfluß durch eine oder beide Lampen. Ein lichtempfindlicher Widerstand aktiviert in Ansprechung auf Licht von den Lampen eine Relaissteuerschaltung, welche die Eingangsleitung zu dem Motor öffnet, so daß der Motor nicht angeschaltet werden kann.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Niedrigwicklungswiderstand-Schutzsystem für Elektromotoren zur Verfügung gestellt, das sich durch geringe Abmessungen, einfache und leichte Installation sowie betriebssichere und zuverlässige Beschaffenheiten bzw. Eigenschaften auszeichnet, die eine Beschädigung desselben durch hohe Spannungen, welche zum Betrieb des Motors benutzt werden, verhindert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Niedrigwicklungswiderstand-Schutzsystem für Elektromotoren zur Verfügung gestellt, das eine Sensoreinrichtung umfaßt, die an wenigstens eine Motorwicklung angekoppelt ist und den Wicklungswiderstand des Motors, wenn dieser in Ruhe ist, mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleicht sowie ein Ausgangsanzeigesignal in Ansprechung auf ein Überschreiten dieses Schwellenwerts abgibt, und eine Abkopplungseinrichtung zum Abkoppeln der wenigstens einen Motorwicklung von der Sensoreinrichtung derart, daß hohe Spannungen, die während des Betriebs des Motors an diesem anliegen, von der Sensoreinrichtung ferngehalten werden.
Weiterhin umfaßt die Sensoreinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einen Operationsverstärker.
Außerdem ist das System gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zur Überwachung eines Wechselstrommotors ausgebildet, und die Abkopplungseinrichtung umfaßt ein Relais, das auf die ermittelte Anschaltung eines Elektromotors ansicht, indem es den Kreis bzw. die Schaltung zwischen der wenigstens einen Wicklung und der Sensoreinrichtung öffnet.
Darüberhinaus wird gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung ein Schutzsystem zur Verfügung gestellt, das insbesondere zur Verwendung bei Hochspannungselektromotoren, die mit 2000 Volt und mehr betrieben werden, ausgebildet ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das System zur Überwachung eines Gleichstrommotors ausgebildet, und die Abkopplungseinrichtung umfaßt eine Diode.
Darüberhinaus erhält gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die zur Überwachung eines Gleichstrommotors ausgebildet ist, die Sensoreinrichtung Strom von einer Batterie bzw. wird die Sensoreinrichtung durch eine Batterie mit Strom versorgt.
Schließlich ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, in der die Sensoreinrichtung von einem mit hoher Spannung betriebenen Motoranlasser mit Strom versorgt wird, eine Einrichtung zum Abkoppeln der Sensoreinrichtung von der Motoranlasser-Stromquelle während des Betriebs des Motors vorgesehen.
Die Erfindung sei nachstehend anhand einiger in den Figuren 1 bis 6 der Zeichnung im Prinzip dargestellter, besonders bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert; es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung der elektrischen Verbindungen zwischen einem Schutzsystem nach der vorliegenden Erfindung und einem Motor sowie einem Motoranlasser; Figur 2 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Sensorschaltung für einen Wechselstrommotor, die einen Teil eines Schutzsystems nach der vorliegenden Erfindung bildet; Figur 3 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Sensorschaltung für einen Gleichstrommotor, die einen Teil eines Schutzsystems nach der vorliegenden Erfindung bildet; Figur 4 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Sensorschaltung für einen Gleichstrommotor, die einen Til eines Schutzsystems nach der vorliegenden Erfindung bildet; Figuren 5A und 5B zwei perspektivische Veranschaulichungen eines Teils eines Schutzsystems nach der vorliegenden Erfindung; und Figur 6 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Sensorschaltung, die insbesondere für einen Hochspannungs-Wechselstrommotor geeignet ist und einen Teil eines Schutzsystems nach der vorliegenden Erfindung bildet.
Es sei nun auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen, die jeweils die Verbindungen zwischen dem Schutzsystem nach der vorliegenden Erfindung und einem Motor sowie einem Motoranlasser einerseits und der Sensorschaltung, die einen Teil des Schutzsystems bildet, andererseits, veranschaulichen.
Zu Zwecken der Vereinfachung der Erläuterung werden die verschiedenen Verbindungen mit numerierten Anschlüssen identifiziert, die allen dargestellten Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam sind. Die spezielle Numerierungsaufeinanderfolge hat überhaupt keine Bedeutung, und es kann alternativ jedes andere Numerierungssystem oder jede andere Numerierungsanordnung der Anschlüsse angewandt werden.
Die Anschlüsse 1 und 2 sind an eine elektrische Stromquelle 10 angekoppelt, typischer- bzw. vorzugsweise an den Steuerstrom, der über den Kontaktspulen irgendeines konventionellen Motoranlassers anliegt, welcher in Verbindung mit einem Elektromotor verwendet wird. Die an den Anschlüssen 1 und 2 angelegte Steuerspannung kann iryendeine geeignete Spannung, wie beispielsweise 110 bis 440 Volt, sein. Die Anschlüsse 1 und 2 sind an die Primärwicklung eines Transformators TR 1 angekoppelt. Die Sekundärwicklungen des Transformators TR 1 sind an einen Gleichrichter 12 angekoppelt, dessen Ausgang eine 12-Volt-Gleichstromquelle für den Rest des Schutzsystems bildet.
Allgemein gesagt ist das Schutzsystem als ein solches aufzufassen, das eine Einrichtung zum Messen des Widerstands zwischen einer Wicklung eines zu überwachenden Elektromotors 14 und Masse umfaßt. In der hier betrachteten bevorzugten Ausführungsform ist der Elektromotor 14 ein Dreiphasenmotor, der Wicklungen hat, die durch die Buchstaben U, V und W identifiziert werden und die mit den jeweiligen Phasenanschlüssen verbunden sind, die durch die Buchstaben R, S und T identifiziert werden. Die Erfindung ist nicht notwendigerweise auf Dreiphasenmotoren beschränkt, sondern sie kann geeignetenfalls bei jeder Art eines Elektromotors angewandt werden.
Da die verschiedenen Wicklungen U, V und W elektrisch miteinander verbunden sind, kann die Widerstandsmessung durch eine Verbindung irgendeiner oder mehreren der Wicklungen bewirkt werden.
In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist der Anschluß 3 an die Wicklung U und der Anschluß 6 an Masse angekoppelt.
Ein Operationsverstärker 20, typischer- bzw. vorzugsweise ein Modell CA 3094E der Firma RCA Corporation, dient als Komparator zum Vergleichen des Widerstandswerts der Wicklung gegen Masse mit einem vorbestimmten Widerstandsschwellwert. Der Eingangsanschluß 2 des Verstärkers ist über einen Widerstand R 4 und einen relaisgesteuerten Schalter RLS 1 an den Anschluß 3 angekoppelt, der mit einer Motorwicklung verbunden ist, wie oben erwähnt. Der negative Eingangsanschluß 3 ist über einen Widerstand R 6 an eine Verbindungsstelle 22 angekoppelt. Die Verbindungsstelle 22 ist über einen Widerstand R 9 an Masse angekoppelt.
Eine Verbindungsstelle 24, die an den einen Ausgangsanschluß des Gleichrichters 12 angekoppelt ist, ist über einen Kondensator C 1 mit dem zweiten Ausgangsanschluß des Gleichrichters und außerdem über einen Widerstand R 1 mit einer Sammelleit.ng 26 verbunden. Eine Zener-Diode D 4 ist zwischen Masse und die Sammelleitung 26 geschaltet. Die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator C 1 und dem zweiten Ausgangsanschluß des Gleichrichters ist ebenfalls an Masse gelegt. Ein Widerstand R 3 verbindet die Sammelleitung 26 mit der Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand R 4 und dem Schalter RLS 1, und ein Kondensator C 2 verbindet die Sammelleitung 26 mit dem Eingangsanschluß 2 des Operationsverstärkers. Die Sammelleitung 26 ist direkt mit dem Anschluß 7 des Operationsverstärkers 20 und über einen Widerstand R 5 mit dem Anschluß 5 des Operationsverstärkers 20 verbunden.
Die Sammelleitung 26 ist mit der Verbindungsstelle 22 über einen Widerstand R 2 verbunden, dessen Widerstandswert den Ableitungswiderstandsschwellwert des Schutzsystems bestimmt. Die folgende Tabelle gibt eine Liste von Widerstandswerten für R 2 in kOhm und von den entsprechenden Ableitungswiderstandsschwellwerten (kOhm) zwischen dem Anschluß 3 und Masse (der Begriff "Ableitungswiderstand" wird hier abgekürzt für "Ableitungs- bzw.
Leckwiderstand verwendet): Ableitungswiderstandswert R 2 1010 91 800 120 650 150 500 200 285 360 210 510 Es sei darauf hingewiesen, daß die obigen Wert nur beispielsweise Angaben für die in Figur 2 gezeigte spezielle Schaltung sind. Entsprechende Beziehungen von Werten für andere spezielle Ausführungsformen können leicht mittels konventioneller empirischer Techniken bestimmt werden.
Die Verbindungsstelle 24 ist über eine lichtemittierende Diode D 2 in Reihe mit einer Parallelkombination aus einer Diode D 3 und einem Relais RL 2 mit dem Anschluß 8 des Operationsverstärkers 20 verbunden. Der Anschluß 4 des Operationsverstärkers ist an Masse gelegt, und sein Anschluß 6 ist über einen Widerstand R 8 mit Masse und über einen Widerstand R 7 mit dem Anschluß 3 des Verstärkers verbunden.
Es ist ein spezielles Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß sie leicht mit konventionellen Motoranlassern verbindbar ist und Betriebselemente verwendet, die konventionellerweise darin vorgesehen sind, so daß auf diese Weise die Duplizierung von Schaltern und anderen Bauteilen ausgeschaltet wird. Eine Erregerspule 30, die einen Teil des Motoranlassers bildet, betätigt einen Schalter 32, der dazu dient, die Verbindung zwischen einem Dreiphasenstromversorgungsnetz an den Anschlüssen R, S und T und den jeweiligen Motorwicklungen U, V und W zu steuern und der außerdem einen Teil des Motoranlassers bildet. Die Spule 30 wird konventionellerweise über in Reihe geschaltete Start-, Stop- und Überlastschalter 31 bzw. 33 bzw. 35 von der Stromquelle 10 erregt.
Es ist ein spezielles Merkmal der Erfindung, daß in der Reihenschaltung von der Stromquelle 10 zur Spule 30 der Schalter RLS 2 vorgesehen ist, ein Reihenschalter zwischen den Anschlüssen 7 und 8, der eine Steuerung der Spule 30 und eine Betätigung des Schalters 32 in Ansprechung auf den sensormäßig ermittelten Wicklungswiderstand ermöglicht.
Es ist außerdem ein spezielles Merkmal der Erfindung, daß die Anschlüssse 4 und 5 mit den Enden der Spule 30 verbunden sind.
Eine Diode D 4, Widerstände R 10 und R 11 sowie ein Relais RL 1, das den Schalter RLS 1 betätigt, sind in Reihe zwischen die Anschlüsse 4 und 5 geschaltet, so daß dadurch eine Betätigung des Schalters RLS 1 in Ansprechung auf die sensormäßig ermittelte Erregung des Motors erzielt wird.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird der Schalter RLS 2 weggelassen, und durch den sensormäßig ermittelten niedrigen Widerstand der Wicklungen wird nur eine empfindliche Anzeige, wie beispielsweise durch Aufleuchten der lichtemittierenden Diode D 2, vorgenommen, ohne daß eine Anschaltung bzw. Erregung des Motors verhindert wird.
Typische Bauteilwerte, mit denen sich ein besonders guter Betrieb der vorstehend beschriebenen Einrichtung erzielen läßt, seien als bevorzugte Beispielswerte nachstehend angegeben: D 1 Z 12 IN 4742 R 1 220 Ohm D 2 LED LSM-L-A R 3 R4 D 3 IN 4004 R 7 D 4 IN 4007 R 9 alle 470 KOhm Gleichrichter 12 WO 2 GI R 8 51 Ohm C 1 100 F/ 25 V R 5 + R 2 C 2 0,22 F/ 100 V R 6 33 KOhm RL 1 RS 75001 (Kaco - Deutschld.) RL 2 FTA 0012405 (Feme - Italien) Die Werte von R 10 und R 11 hängen von der Eingangsspannung ab, die von der Stromquelle 10 herkommt. Wenn die Eingangsspannung 110 V Wechselstrom beträgt, dann werden beide Widerstände weggelassen. Wenn die Eingangsspannung 220 V Wechselstrom beträgt, dann ist R 10 27 KOhin1 und R 11 wird weggelassen. Wenn die Eingangsspannung 440 V Wechselstrom beträgt, ist R 10 27 KOhm, und R 11 ist ebenfalls 27 KOhm.
Gemäß einer Aus führungs form der Erfindung können die Anschlüsse 10 und 11 an eine externe Aufzeichnungseinrichtung, an Kontrolleinrichtungen oder Alarmeinrichtungen angekoppelt werden. In einem solchen Fall kann der eine dieser Anschlüsse an die Verbindungsstelle 24 angekoppelt sein, oder es können diese beiden Anschlüsse an die Verbindungsstelle 24 angekoppelt sein.
Der Betrieb der vorstehend beschriebenen Schutzeinrichtung sei nun kurz zusammenfassend erläutert. Während der Elektromotor, der überwacht wird, im Ruhezustand ist, wird der Widerstandswert zwischen seinen Wicklungen und Masse kontinuierlich mit einem Bezugswert verglichen, der vorher durch den Wert bestimmt worden ist, den der Widerstand R 2 erhalten hat. Wenn der gemessene Widerstandswert unter den Bezugswert fällt, dann wird die lichtemittierende Diode D 2 betätigt, und das Relais RL 2 entkoppelt die Anschlüsse 7 und 8, so daß auf diese Weise die Spule 30 entregt und der Motorunterbrecherschalter 32 geöffnet wird, wodurch der Betrieb des Motors unmöglich gemacht wird.
Der Motor kann nur betrieben werden, wenn das Relais RL 2 und der Schalter RLS 2 entregt werden, d.h. wenn der Wicklungswiderstand zu dem obigen vorbestimmten Schwellwert zurückkehrt.
Andererseits wird durch den Betrieb des Motors eine Spannung in der Spule 30 induziert, die eine Betätigung des Relais RL 1 bewirkt, das den Schalter RLS 1 öffnet und die hohe Spannung, die an den Motorwicklungen anliegt, von der Schutzschaltung abkoppelt, so lange der Motor angeschaltet ist. Diese Abkopplung dient dazu, einen Betrieb der Sensorschaltung zu verhindern und sie vor einer möglichen Beschädigung, die durch die angelegte hohe Spannung bewirkt werden könnte, zu schützen.
Es sei nun auf Figur 3 Bezug genommen, die eine Sensorschaltung zum Überwachen eines Gleichstrommotors zeigt. Die Sensorschaltung ist ziemlich gleichartig mit der hier in Figur 2 veranschaulichten Sensorschaltung. Aus Gründen der Einfachheit der Erläuterung seien auch hier die Anschlußnummern verwendet, die bei der Beschreibung der Figuren 1 und 2 verwendet wurden.
Darüberhinaus sind nur Teile der Schaltung, die sich von derjenigen der Figur 2 unterscheiden, nachstehend in näheren Einzelheiten beschrieben. Die übrige Schaltung ist die gleiche wie in dem Ausführungsbeispiel der Figur 2.
Die Anschlüsse 1 und 2 sind direkt mit den Eingangsanschlüssen des Gleichrichters 12 verbunden, anstatt daß sie über einen Transformator laufen, wie in dem vorher beschriebenen Beispiel der Figur 2. Der Transformator ist also weggelassen worden. Es sind zwei zusätzliche Widerstände R 12 und R:13 in Reihe zwischen dem einen Ausgang des Gleichrichters und der Verbindungsstelle 24 angeordnet. Ein zusätzlicher Widerstand R 14 ist zwischen die Sammelleitung 26 und den Anschluß 8 des Operationsverstärkers 20 geschaltet. Die Parallelkombination aus dem Relais RL 2 und der Diode D 3, die in der Ausführungsform nach Figur 2 mit dem Anschluß 8 des Operationsverstärkers verbunden ist, ist hier mit dem Kollektor eines Transistors T 1 verbunden, dessen Emitter an Masse gelegt und dessen Basis mit dem Anschluß 6 des Operationsverstärkers 20 verbunden ist.
Eine Diode D 5 ist anstelle des Schalters RLS 1 in Reihe zwischen dem Anschluß 3 und dem Widerstand R 4 vorgesehen. Die Diode D 5 dient dazu, einen Gleichstromfluß von den Wicklungen zur Schutzschaltung zu verhindern. Der Schalter RLS 1 ist ein Doppelkontaktschalter, wobei ein Satz von Kontakten die Verbindung zwischen dem Widerstand R 13 und der Verbindungsstelle 24 steuert, während der zweite Satz von Kontakten die Verbindung zwischen dem zweiten Ausgangsanschluß des Gleichrichters 12 und Masse steuert. Infolgedessen wird durch den Betrieb des Relais RL 1 in Ansprechung auf die sensormäßig ermittelte Anschaltung bzw. Erregung des Motors die Stromquelle hoher Spannung vom Rest der Schutzschaltung abgekoppelt. Es sei darauf hingewiesen, daß der Gleichrichter 12 in den Gleichstromausführungen der Erfindung dazu dient, einen Ausgang von gleichförmiger gewünschter Polarität unabhängig von der Eingangspolarität zu erzielen.
Der Rest der Schaltung ist für alle Zwecke identisch mit demjenigen der Ausführungsform nach Figur 2.
Die Schaltung der Ausführungsform nach Figur 3 zeichnet sich durch einen Betrieb mit relativ hohen Versorgungsspannungen zwischen den Anschlüssen 1 und 2 aus. Die folgenden Bauteilwerte unterscheiden sich von den beispielsweise für die bestmögliche Betriebsweise der Ausführungsform nach Figur 2 gegebenen Bauteilwerten, wobei diese folgenden Bauteilwerte als bevorzugte Beispiele angegeben sind. Wo keine neuen Werte angegeben sind, werden in einer bevorzugten Ausführungsform die gleichen Werte wie in der Ausführungsform nach Figur 2 in Verbindung mit den nachstehenden Werten verwendet: C 1 10 F/350 V RL 2 PL 2 R 1 68 KOhm RS 28001 (Kaco-Deutschland) R 10 R 14 1,5 KOhm R 11 R 6 33 KOhm R 12 R 13 6,8 K0hm/1W Es sei nun auf Figur 4 Bezug genommen, die eine alternative Ausführungsform der Sensorschaltung für Gleichstrommotoren zeigt. Es wird die gleiche Bezeichnung wie in der Beschreibung der Ausführungsform nach Figur 2 für identische Verbindungen benutzt, und diese werden nachstehend nicht speziell beschrieben.
Anschlüsse +3 und -3 sind jeweils an eine erste und zweite Motorwicklung angekoppelt, wobei die zweite Wicklung auf einem Potential gehalten wird, das bezüglich des Potentials der ersten Wicklung negativ ist und sich von diesem typischer- bzw.
beispielsweise um 220 V unterscheidet. Ein Relais RL 1 ist zwischen die Anschlüsse +3 und -3 geschaltet. Der Anschluß +3 ist über eine Diode D 6 mit einer Verbindungsstelle 50 verbunden. Die Verbindungsstelle 50 ist über einen Widerstand R 15 mit einer Verbindungsstelle 52 verbunden, die ihrerseits über einen Widerstand R 16 mit einem Kontakt 61 eines relaisgesteuerten Schalters RLS 1 verbunden ist, dessen Betrieb durch das Relais RL 1 gesteuert wird. Der Anschluß -3 ist mit einem Kontakt 63 des relaisgesteuerten Schalters RLS 1 und über eine Zener-Diode D 7 mit der Verbindungsstelle 52 verbunden.
Eine Speicherbatterie, typischer- bzw. vorzugsweise von 12 V und 2 Ampere/h Ausgangskapazität, die mit 60 bezeichnet ist, ist zwischen die Umschaltkontakte 65 und 67 des Schalters RLS 1 geschaltet. Der Schalter RLS 1 ist so angeordnet bzw. angeschaltet, daß er die jeweiligen Batterieanschlüsse entweder zur Wiederaufladung der Batterie mit den jeweiligen Kontakten 61 und 63 oder zum ordentlichen Betrieb mit den jeweiligen Kontakten 69 und 71, die jeweils mit der Sammelleitung 26 und Masse verbunden sind, verbindet. Die Lage der Umschaltkontakte wird durch das Relais RL 1 in Ansprechung auf die Anschaltung bzw. Erregung des Motors, der überwacht wird, gesteuert, um einen normalen batteriegespeisten Betrieb der Sensoreinrichtung zu haben, wenn der Motor in Ruhe ist, und die Batterien wiederaufzuladen, wenn der Motor angeschaltet ist.
Ein zusätzlicher Widerstand R 17 ist in Reihe zwischen den Kondensator C 2 und den Eingangsanschluß 2 des Verstärkers eingefügt, und eine Zener-Diode D 8 ist zwischen die Verbindungsstelle der Widerstände R 4 und R 17 und Masse geschaltet.
Die folgenden Bauteilwerte ergeben einen Betrieb der Ausführungsform nach Figur 4 in der dem Anmelder am besten bekannten Art und Weise bzw. ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ausführungsform nach Figur 4. Wo keine Werte angegeben sind, werden in diesem Falle die gleichen Werte verwendet, die in der obigen Liste für das besonders bevorzugte Ausführungsbeispiel der Ausführungsform nach Figur 2 gelten.
R9 R3 R4 R5 R7 470 KOhm R8 R6 R 17 47 KOhm R 15 10 KOhm R 16 150 KOhm D 6 Siliziumdiode 400 V0,5 A D 7 Zenerdiode 15 V 1/2 W D 8 Zenerdiode 15 V 1/4 W Es sei nun auf die Figuren 5A und 5B Bezug genommen, die eine Sensoreinrichtung nach der vorliegenden Erfindung und eine Anbringungseinrichtung hierfür veranschaulichen. Es ist ein spezielles Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die Sensorschaltung, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betreibbar ist, außerordentlich kompakt ist.
Gemäß einer Auführungsform der Erfindung kann die Sensorschaltung im Inneren konventioneller Uberlastungsschutzeinrichtungen aufgenommen werden, die normalerweise mit großen Elektromotoren verbunden sind.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, die in den Figuren 5A und 5B veranschaulicht ist, kann die Sensorschaltung innerhalb eines kompakten Anschlußkastens 80 angeordnet werden, der beispielsweise eine Länge von etwa 11 cm, eine Breite von etwa 9 cm und eine Dicke von etwa 2 cm hat. Der Anschlußkasten ist vorzugsweise aus hochstoßfestem Kunststoff ausgebildet und mit einer Verbindungsbefestigung 82 vom Bajonetttyp auf seiner Rückseite versehen. An der Vorderseite des Anschlußkastens ist eine Mehrzahl von Verbindungsanschlüssen 84 und ein Warnlicht 86, das die in den verschiedenen Schaltungen beschriebene lichtemittierende Diode oder ein externes Warnlicht zum Anzeigen eines niedrigen Wicklungswiderstands sein kann, vorgesehen.
Es ist oft schwierig, Zugang zur Rückwand eines Motorsteuergehäusekastens zu erlangen, um Befestigungslöcher für eine Einheit zu bohren, wie sie gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt wird. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann ein seitliches Befestigungsquerstück 88 vorgesehen sein, das einen mit einer Öffnung 92 versehenen rückwäitigen Teil 90 und einen Seitenteil 94, der rechtwinklig zum rückwärtigen Teil verläuft und in dem ein Befestigungsschlitz 96 ausgebildet ist, umfaßt. Auf diese Weise kann dort, wo eine seitliche Befestigung vorteilhaft ist, ein Befestigungsloch für eine mit dem Schlitz 96 in Eingriff zu bringende Schraube von der außenseitigen Wand eines Gehäusekastens gebohrt werden.
Wo eine rückwärtige Befestigung vorteilhaft ist, kann der Seitenteil 94 ziemlich leicht vom rückwärtigen Teil 90 weggebrochen werden.
Es sei nun auf Figur 6 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung einer Sensorschaltung ist, welche besonders für die Verwendung bei Hochspannungs-Wechselstrommotoren geeignet ist, die mit 2000 Volt oder einer höheren Spannung betrieben werden.
Die Schaffung einer solchen Schutzschaltung für Motoren, die bei derartig hohen Spannungen arbeiten, ist ein spezielles Merkmal der vorliegenden Erfindung, da keine Schutzschaltungen dieser Art für solche Motoren bekannt sind.
Die Schaltung der Figur 6 ist allgemein gleichartig wie die bereits weiter oben in Verbindung mit Figur 2 beschriebene Schaltung, und diejenigen Elemente, die den beiden Schaltungen gemeinsam sind, sind mit identischen Bezugszeichen versehen und werden aus Gründen der Kürze an dieser Stelle nicht erneut erläutert.
Der Hauptunterschied zwischen der Schaltung nach Figur 6 und derjenigen nach Figur 2 besteht darin, daß drei identische Widerstände 100 zwischen den jeweiligen Motorwicklungen U, V und W und dem Anschluß 3 vorgesehen sind. Diese Widerstände sind so ausgewählt, daß sie einen genügenden Spannungsabfall bewirken, damit die Sensorschaltung von den hohen Motorwicklungsspannungen geschützt wird, die typischerweise von Leitung zu Leitung 2400 Volt oder sogar mehr betragen können.
Ein anderer Unterschied zwischen der Schaltung der Figur 6 und derjenigen der Figur 2 besteht darin, daß in der Ausführungsform nach Figur 6 ein Abwärtstransformator TR 2 zwischen den Anschlüssen 4 und 5 vorgesehen ist, die mit der Motorsteuerspule 30 verbunden sind. Die Sekundärwicklung des Transformators TR 2 ist an eine Gleichrichterbrücke 102 angeschaltet, deren Ausgang an ein Relais RL 1 angeschaltet ist, das typischer- bzw. vorzugsweise ein Reed-Relais ist. Außerdem ist anstelle des Kondensators C 1 ein Kondensator K 1 zwischen die Sammelleitung 26 und Masse geschaltet.
Typische bzw. besonders bevorzugte Bauteilwerte für den Hochspannungsbetrieb der Schaltung nach Figur 6 sind folgende: Für einen Betrieb bei 2400 Volt RLS 1 Relais und Schaltung entsprechend der Steuerspannung. Hochspannungs-Reed-Relais vom Typ RA 3090 und HV 102 sowie V102, die von der Firma Magnecraft hergestellt sind.
RL 2 Relais Kaco 23,6 V Gleichstrom, gemessener Nennwiderstand 678 Ohm K 1 Elektrolytkondensator 100 F C 2 Hochqualitätskondensator 470 uF TR 1 Transformator BVE1 30-Y7A T40/E 220/24V 50/60Hz 1,8VA TR 2 n 1 12 Brückengleichrichter: Minimalerfordernisse PIV 100V, 100mA D 4 Zenerdiode 18V 5% 1W D 2 LED (wie in den anderen Einheiten (LSM 6L - A) D 3 1 N 4004 p 1 20 Operationsverstärker CA 3094 (RCA) oder Siemens TCA 315A oder TCS 335A r 1 330 Ohm 1W r 2 200 K Ohm 18 r 3 3,4 M Ohm 1t r 4 1 M Ohm r 5 220 K Ohm r 6 33 K Ohm r 7 470 K Ohm 1% r 8 56 Ohm r 9 390 K Ohm 1% r ext 100 3 x 1 MOhm 2% 6W bei 200C kontinuierlicher Betrieb, Spannung 2000V effektiv Es sei darauf hingewiesen, daß bei einer Verwendung der Einrichtung bei höheren Motorspannungen die Werte der Widerstände r ext 100 entsprechend erhöht werden können.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellten und vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und -beispiele beschränkt, sondern sie läßt sich im Rahmen des Gegenstands der Erfindung, wie er sich aus den Patentansprüchen ergibt, sowie im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfältiger Weise mit Erfolg verwirklichen.
Kurz zusammengefaßt betrifft die Erfindung ein Niedrigwicklungswiderstand-Schutzsystem für Elektromotoren, umfassend eine Sensoreinrichtung zum Ankoppeln an wenigstens eine Motorwicklung und zum Vergleichen des Wicklungswiderstands eines Motors, wenn dieser in Ruhe ist, mit einem vorbestimmten Schwellwert, sowie zum Erzeugen eines Anzeigeausgangssignals in Ansprechung auf ein Überschreiten dieses Schwellwerts; und eine Abkopplungseinrichtung zum Abkoppeln der wenigstens einen Motorwicklung von der Sensoreinrichtung derart, daß hohe Spannungen, die an die wenigstens eine Motorwicklung während des Betriebs des Motors angelegt werden, nicht zur Sensoreinrichtung gelangen können. Eine für die Verwendung bei Hochspannungsmotoren geeignete Ausführungsform wird ebenfalls mit der Erfindung zur Verfügung gestellt.
Ende der Beschreibung.
L e e r s e i t e

Claims

Niedrigwicklungswiderstand-Schutzsystem PATENTANSPRUCHE Niedrigwicklungswiderstand-Schutzsystem für Elektromotoren, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Sensoreinrichtung (20,U1,p1) zum Ankoppeln bzw. -schalten an wenigstens eine Motorwicklung (U,V,W) und zum Vergleichen des Wicklungswiderstands eines in Ruhe befindlichen Motors (14,M) mit einem vorbestimmten Schwellwert sowie zum Erzeugen eines Ausgangsanzeigesignals in Ansprechung auf ein Uberschreiten dieses Schwellwerts; und eine Abkopplungseinrichtung (RLS ? ) zum Abkoppeln der wenigstens einen Motorwicklung (U,V,W) von der Sensoreinrichtung (20,U11p1) derart, daß hohe Spannungen, die während des Betriebs des Motors (14,M) an der wenigstens einen Motorwicklung (U,V,W) anliegen, von der Sensoreinrichtung (20, U1p1) ferngehalten bzw. abgeschaltet werden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Sensoreinrichtung einen Operationsverstärker (20,U1,p1) umfaßt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß sie für Wechselstrommotoren ausgebildet ist und eine Gleichrichtereinrichtung (12,nu) umfaßt, die den von einem Motoranlasser (30,32) erhaltenen Steuerstrom in Gleichstrom zur Speisung der Sensoreinrichtung (20,U1tp1) umwandelt.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Abkopplungseinrichtung einen relaisbetätigten Schalter (RLS1 ) umfaßt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der relaisbetätigte Schalter (RLS an die Spule (30) eines mit einem Motor (14,M) verbundenen Motoranlassers (30,32) angekoppelt ist, um die Anschaltung bzw. Erregung des Motors (14,M) durch Induktion zu ermitteln.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Abkopplungseinrichtung eine Diode (D5) umfaßt.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß sie eine Verbindungseinrichtung (RLS 1) zum wahlweisen herstellen einer elektrischen Verbindung von einem Motoranlasser (30,32) zur Sensoreinrichtung (20,U1tp1) umfaßt.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die wahlweise eine Verbindung herstellende Verbindungseinrichtung einen relaisgesteuerten Schalter (RLS 1) umfaßt, der auf die ermittelte Anschaltung bzw. Erregung des Motors (14,M) unter Abtrennung der Sensoreinrichtung (20,U1,p1) von dem Motoranlasser (30,32) anspricht.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß sie eine Schutzeinrichtung (32,RL2) zum Verhindern eines Anschaltens bzw. Erregens des Motors (14,M) in Ansprechung auf das Ausgangsanzeigesignal umfaßt.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß sie eine Anzeigeeinrichtung (D2) zum Erzeugen eines sichtbaren Signals in Ansprechung auf das Ausgangsanzeigesignal umfaßt.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sensoreinrichtung (20, U1tp1) in einem kompakten Anschlußkasten (80) angeordnet ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Anschlußkasten (80) mit einem Warnlicht (86) bzw. mit einer Warnlichteinrichtung zum Anzeigen eines niedrigen Wicklungswiderstands versehen ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, g e k e n n -z e i c h n e t durch ein rechtwinkliges Befestigungsquerstück (88), das so angeordnet ist, daß es seitlich in bzw. an einem Motorsteuerkasten angebracht werden kann und an dessen rückwärtigen Teil der Anschlußkasten (80) angebracht oder anbringbar ist.
14. Einrichtung nach Anspruch 11, 12 oder 13, g e k e n n -z e i c h n e t durch ein Befestigungsquerstück (88), das mit der rückwärtigen Seite des Anschlußkastens (80) in Eingriff bringbar ist, so daß der Anschlußkasten wahlweise seitlich oder rückseitig bzw. an seiner Seite oder seiner Rückseite in bzw.

an einem Motorsteuerkasten angebracht werden kann.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sensoreinrichtung (20, U1tp1) in einen konventionellen Uberlastschutzblock eingefügt bzw. aufgenommen ist.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß sie insbesondere für den Betrieb bei Hochspannungen geeignet ist und eine Widerstandseinrichtung (100,Rext) hoher Kapazität bzw. hohen Widerstandswerts umfaßt, die zwischen die Sensoreinrichtung (20,U1,P1) und die wenigstens eine Motorwicklung (U,V,W) geschaltet ist.