DE565337C - Einrichtung zur UEberwachung von Induktionsmotoren - Google Patents

Description

Drehstrommotoren sind im allgemeinen mit Überlastschutzeinrichtungen ausgerüstet, die in Abhängigkeit von dem Primärstrom des Motors ansprechen. Derartige Einrichtungen schützen einen Motor jedoch nur dann, wenn die Größe des Sekundärstromes immer in einem bestimmten Verhältnis zu der Größe des Primärstromes steht. Dieses ist jedoch nicht mehr der Fall, wenn dem Sekundärkreis eines Drehstrommotors zum Zwecke der Drehzahl- oder Leistungsfaktorregelung noch bestimmte Stromkomponenten aufgezwungen werden. Es kann dann vorkommen, daß der Sekundärstrom größer als der Primärstrom ist. Es ist in diesem Falle nötig, auch den Sekundärstrom mit zur Überwachung des Motors heranzuziehen. Man könnte zu diesem Zwecke daran denken, daß man den Sekundärstrom unmittelbar oder über Strom-

ao wandler der Überwachungseinrichtung zuführt. Dies hätte jedoch den Nachteil, daß die Überwachungseinrichtung bei sekundären Frequenzen in der Nähe von Null von den Strömen sämtlicher drei Phasen beeinflußt werden müßte. Denn es kann beispielsweise bei der Frequenz Null vorkommen, daß eine Phase dauernd keinen Strom führt, während die beiden anderen Phasen dauernd ihren Maximalstrom besitzen.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist erfindungsgemäß die Einrichtung so getroffen,

daß ein dem Sekundärstrom proportionaler Strom durch einen Strom von Netzfrequenz dargestellt und der Überwachungseinrichtung zugeführt wird.

In den Abb. ι und 2 sind zunächst die vektoriellen Stromverhältnisse zwischen den primären und sekundären Stromkreisen eines Drehstrommotors dargestellt. Die Abb. 3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung. In den Abb. 1 und 2 ist angenommen, daß Primär- und Sekundärwicklung gleich viel Windungen besitzen. Abb. 1 zeigt das Vektordiagramm für ein in der normalen Art betriebenen Drehstrommotor. AB stellt die aufgedrückte Spannung dar, AC den Primärstrom, AD den Magnetisierungsstrom, der etwa um 90° gegen die aufgedrückte Spannung nacheilt. CD stellt den Sekundärstrom dar. Der Primärstrom AC kann in die beiden Komponenten AE und EC aufgeteilt wurden. AE ist ein Wattstrom, der dem Sekundärstrom CD das Gleichgewicht hält. Da die Primärseite den Magnetisierungsstrom liefert, ist der Primärstrom größer als der Sekundärstrom, und er eilt um den Phasenwinkel V gegenüber der Spannung nach. W ist der Phasenwinkel des Magnetisierungsstroms gegen die Spannung.

Abb. 2 zeigt das Vektordiagramm eines Drehstrommotors, in dessen Sekundär Stromkreis irgendein Apparat, z. B. eine Erreger-

maschine, eingeschaltet ist, die den Magnetisierungsstrom liefert. Der Motor arbeitet mit einem cos 93=1. AB ist wieder die aufgedrückte Spannung, AC der Primärstrom. AD der Magnetisierungsstrom und CD der Sekundärstrom. Der Sekundärstrom CD kann in die beiden Komponenten CE und ED aufgeteilt werden. CE ist die magnetisierende Komponente. Da in diesem 'Falle die Sekundärseite den Magnetisierungsstrom liefert, ist der Sekundärstrom größer als der Primärstrom. Es ist auch möglich, jede Zwischenstellung zwischen dem Vektordiagramm der Abb. ι und 2 zu erhalten, bei der sowohl ig Primär- als auch Sekundärseite je einen Teil des Magnetisierungsstroms liefert. Jedenfalls steht bei derartigen Motoren der Primärstrom nicht in einem feststehenden Verhältnis zu dem Sekundärstrom, so daß ein zo Überwachungsrelais, das nur auf den Primär strom anspricht, den Motor nicht richtig schützen würde.

Abb. 3 stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. 10, 11 und 12 sind die drei Phasen eines Drehstromnetzes. 13 ist ein Induktionsmotor mit· den Primärwicklungen 14 und den Sekundärwicklungen 15. 16 sind die Schleifringe, zu denen die Sekundärwicklungen geführt sind. Der Sekundärstromkreis verläuft von den Schleifringen 16 über die Leitung· 17 zu der Drehstromkommutatormaschine 18, die von dem Drehstrommotor 19, der über den Schalter 20 an das Drehstromnetz angeschlossen ist, angetrieben wird. Die Regeleinrichtungen 18 und 19 dienen dazu, den Magnetisierungsstrom des Motors zu steuern. 21 und 22 sind zwei Stromtransformatoren mit den Primärwicklungen 23 und 24 und den Sekundärwicklungen 25 und 26. Es ist angenommen, daß die beiden Stromwandler so entworfen sind, daß ihr Übersetzungsverhältnis in dem gesamten Arbeitsbereich im wesentlichen konstant ist. 27 ist eme Impedanz, welche die Aufgabe hat, eine bestimmte Phasenverschiebung zwischen den Strömen der Wicklungen 25 und 26 hervorzurufen. 28 ist ein Schalter, der sowohl zur Verbindung der Wicklung 14 mit dem Drehstromnetz dient als auch zur Verbindung der Sekundärwicklung 15 mit der Erregermaschine 18. 29 sind die feststehenden, 30 die beweglichen Kontakte des Schalters. Die Schalterstange 31 besitzt zwei Vorsprünge 32 und 33. 34 und 35 sind zwei feststehende Bolzen. Zwischen dem Bolzen 35 und der Schaltstange 31 befindet sich die Feder 36. 37 ist ein Hebelarm, der bei 38 unterstützt ist und eine Sperrklinke 39 besitzt. 40 und 41 sind zwei Elektromagnete, deren Anker mit 42 und 43 bezeichnet sind. Solange der Schalter 28 geschlossen ist, drückt der Vorsprung 33 unter der Einwirkung der Feder 36 gegen die Sperrklinke 39. Sobald einer der beiden Magnete 40 oder 41 von einem genügend großen Strom durchflossen ist, wird einer der Beiden Anker 42 oder 43 angezogen und bewegt den Sperrklinkenhebel aus seiner Verriegelungsstellung heraus. Unter der Wirkung der Feder 36 wird hierauf der Schalter 28 ausgeschaltet.

Der den Magneten 41 durchfließende Strom ist proportional dem Primärstrom, und der den Magneten 40 durchfließende Strom ist proportional dem Sekundärstrom des Motors 13. Wie diese Ströme erzeugt werden, ist im folgenden beschrieben:

Eine Betrachtung der Abb. 1 und 2 zeigt, daß Primär-, Sekundär- und Magnetisierungsstrom ein Dreieck miteinander bilden. Der Magnetisierungsstrom AD eilt der Spannung AB um einen konstanten Winkel W nach. Die Winkelverschiebung zwischen dem Primärstrom AC und der Spannung AB hängt von dem Leistungsfaktor des Motors ab. Der Sekundärstrom CD ist die vektorielle Summe von AC und AD^ Es müssen daher für sämtliche Betriebsverhältnisse des Motors zwei getrennte Ströme erzeugt werden, deren Werte in einem bestimmten Verhältnis zu AC und AD stehen und deren Winkelver-Schiebung gegen AB gleich den Winkelverschiebungen zwischen AC und AD gegen AB ist. Durch geeignete Kombination dieser beiden getrennten Ströme wird ein resultierender Strom erhalten, dessen Wert gleich dem Sekundärstrom CD des Motors ist und dessen Winkelverschiebung gegen AB gleich derjenigen zwischen CD und AB ist. Um die dem Magnetisierungsstrom AD proportionale Komponente zu erhalten, ist die Impedanz 27 i°° an eine verkettete Spannung des Drehstromnetzes geschaltet. Sie besitzt einen solchen Wert, daß der die Primärwicklung 24 des mit der Impedanz 27 in Reihe geschalteten Stromwandlers 22 durchfließende Strom gegen die Netzsternphasenspannung der Phase, in welcher der Stromwandler 21 liegt, um den Winkel W verschoben ist. Der Strom in der Sekundärwicklung des Stromwandlers ist dem Strom der Primärwicklung um iSo° entgegengesetzt gerichtet, so daß die Phasenlage des Stromes in der Sekundärwicklung 26 gegenüber dieser Spannung gleichfalls gleich dem Winkel W ist. Zur Erzeugung eines den Vektor AC darstellenden Stromes ist der ¹¹S Stromtransformator 21 in Reihe mit der Primärwicklung 14 geschaltet. Der Strom in der Primärwicklung 23 und infolgedessen auch der Strom in der Sekundärwicklung 25 hat daher dieselbe Winkelverschiebung gegenüber der Netzspannung wie der Primärstrom des Motors. Die Sekundärströme der Strom-

wandler 21, 22 stellen daher bei entsprechender Wahl des Übersetzungsverhältnisses phasenrichtige proportionale Teile der Vektoren AC und AD dar. Hinsichtlich des Magneten 40 sind die Wicklungen 25 und 26 parallel geschaltet, so daß sich ihre beiden Ströme überlagern und einen Strom ergeben, der proportional dem Sekundärstrom des Motors entsprechend dem Vektor CD ist.

Hat der Primärstrom des Motors einen bestimmten Maximalwert erreicht, so spricht der Magnet 41 an, überschreitet der Sekundärstrom einen bestimmten Wert, dann spricht der Magnet 40 an.

«5 Man kann den Motor 19 auch zwischen der Wicklung 14 und dem Schalter 28 anschließen, so daß beim Ansprechen einer der beiden Magnete 40 oder 41 auch die Erregermaschine 18 abgeschaltet wird. In diesem Falle genügt es, wenn der Schalter 28 lediglich den Primärkreis des Motors unterbricht.

In Abb. 3 ist die Impedanz 27 zwischen eine verkettete Spannung geschaltet. Man kann auch zwei Impedanzen 27 von gleichem oder ungleichem Wert verwenden, die an verschiedene verkettete Spannungen angeschlossen sind, wie dies z. B. in Abb. 4 der Fall ist. In Abb. 4 sind nur diejenigen Teile dargestellt, die gegenüber der Anordnung nach Abb. 3 verändert sind. Die beiden Sekundärwicklungen 26 der beiden Stromwandler 22 sind in Serie geschaltet; sie können natürlich unter gewissen Umständen auch parallel geschaltet sein.

Um festzustellen, ob der Magnet 40 in Abb. 3 einen Strom erhält, der proportional dem Sekundärstrom des Motors ist, schaltet man einen Strommesser in Reihe mit der Wicklung dieses Magneten und einen Oszillographen in Reihe mit der Sekundärwicklung des Motors. Der Wert der Impedanz 27, die Verbindungen der Impedanz 27 mit dem Drehstromnetz und das Verhältnis der Sekundärwindungen zu den Primärwindungen des Stromwandlers 22 werden hierauf so eingestellt, daß der Strommesser ein bestimmtes Verhältnis des von dem Oszillographen angezeigten Wertes anzeigt.

Der Erfindungsgegenstand eignet sich nicht nur zum Abschalten von Motoren bei Überlast, sondern er kann auch vorteilhaft für Einrichtungen zur Schlupfregelung verwendet werden. Es ist hierbei nicht unbedingt nötig, daß Primärstrom und Magnetisierungsstrom der Überwachungseinrichtung im gleichen Verhältnis zugeführt werden, sondern man kann auch durch passende Wahl des Übersetzungsverhältnisses der Stromwandler einen Strom erzeugen, welcher der geometrischen Summe von Primärstrom und beispielsweise ²/₃ des Magnetisierungsstromes entspricht.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Überwachung von Induktionsmotoren, in deren Sekundärkreis eine Regelspannung eingefügt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung von einem Strom von Netzfrequenz abhängig ist, der der vektoriellen Summe aus dem Magnetisierungsstrom und dem Primärstrom proportional ist.

2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Magnetisierungsstrom proportionale Strom einer Widerstandskombination (24, 27) entnommen wird, die einen der Netzsternspannung derjenigen Phase (12), welcher der Primärstrom entnommen wird, entsprechenden proportionalen und dieser um etwa 90 ° nacheilenden Strom erzeugt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen