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Einrichtung zur Erfassung eines Windungsschlusses im Anker einer Gleichstrommaschine
Bei Gleichstrommaschinen treten mitunter Schäden auf, deren Ursache ein Windungsschluss in der Ankerwicklung ist. Ist ein solcher Windungsschluss vorhanden, so nimmt die kurzgeschlossene Windung in ausserordentlich kurzer Zeit, unter Umständen schon nach einer Sekunde, sehr hohe Temperaturen an, was dann weitere schwerwiegende Schäden nach sich zieht.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung eines Windungsschlusses im Anker einer in Betrieb befindlichen Gleichstrommaschine, bei der die durch die kurzgeschlossene Windung der Ankerwicklung erzeugten Pulsationen der Ankerdurchflutung an feststehenden Ständerwicklungen als Spannungspulsationen erfasst werden. Erfindungsgemäss ist die Einrichtung so getroffen, dass Wicklungen auf solchen Teilen des magnetischen Kreises benutzt werden, in denen der Fluss nur vom Ankerstrom abhängig ist bzw. Wicklungen, die selbst vom Ankerstrom durchflossen werden und dass die Spannungspulsationen durch ein Relais erfasst werden, dem ein Tiefpass für die Polfrequenz vorgeschaltet ist. Die Einrichtung beruht auf der Überlegung, dass als Folge eines Windungsschlusses starke Pulsationen der Ankerdurchflutung auftreten.
Diese Pulsationen erzeugen entsprechend schwankende Spannungen in feststehenden Ständerwicklungen, z. B. in den Wendepol- oder Kompensationswicklungen. Gegebenenfalls wird auf den Wendepolen eine besondere Messwicklung angebracht. Dadurch ist es möglich, das Vorhandensein eines Windungsschlusses schon in kürzester Zeit anzuzeigen und gegebenenfalls auch eine Abschaltung der kranken Maschine vorzunehmen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es ist angenommen, dass eine Gleichstrommaschine vorhanden ist, deren Anker 1 in Reihe mit einer Kompensationswicklung 2, einer Wendepolwicklung 3 und einem Verbraucher 5 geschaltet ist. Gegebenenfalls kann auf den Wendepolen eine besondere Messwicklung 4 für die erwähnten Spannungspulsationen angebracht sein. An die erwähnten Wicklungen sind Tiefpassfilter 6,7, 8 angeschlossen, die die Pulsationsfrequenz erfassen und nicht dargestellte Anzeigevorrichtungen, Relais u. dgl. beeinflussen, um eine optische oder akustische Anzeige zu vermitteln bzw. eine Abschaltung der kranken Maschine vorzunehmen.
Betrachtet man zuerst den Fall, dass zur Erfassung der Pulsationen eine besondere Messwicklung 4 vorhanden ist, so tritt bei der gesunden Maschine in dieser Messwicklung im Falle des Leerlaufes eine transformatorische EMK auf. Sie wird dadurch verursacht, dass ein Streuanteil des Hauptflusses über die Wendepole fliesst. Dieser Fluss pulsiert mit der Nutfrequenz.
Bei der kranken Maschine sind dieser Wechselspannung von Nutfrequenz besondere Spannungsimpulse überlagert. Bei einer vierpoligen Maschine werden für jede Umdrehung vier Impulse registriert. Diese Impulse sind mit den Durchflutungsstössen der kurzgeschlossenen Windung zu erklären. In jeder Polteilung tritt ein Maximum des Kurzschlussstromes auf. Die überlagerte Spitzenspannung besitzt also Polfrequenz.
Ist die Maschine belastet, so ergibt sich grundsätzlich dasselbe Bild für die Spannung an der Messwicklung 4. Der Wechselspannung von Nutfrequenz ist jetzt noch eine Wechselspannung von Lamellenfrequenz überlagert. Sie ist dadurch bedingt, dass die Durchflutung des belasteten Ankers mit Lamellenund Nutfrequenz pulsiert.
Falls eine besondere Messwicklung für diese Zwecke nicht vorgesehen wird, kann die Messung auch an der Kompensationswicklung 2 oder an der Wendepolwicklung 3 vorgenommen werden.
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Betrachtet man den Fall der Verwendung der Kompensationswicklung 2, so wird bei der gesunden Maschine und im Leerlauffall auch hier eine Wechselspannung von Nutfrequenz in der Kompensationswicklung induziert. Bei der kranken Maschine ist dieser Primärfrequenz eine Wechselspannung grösserer Am-
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spricht bei einer vierpoligen Maschine der Polfrequenz. Die Schwingung von Polfrequenz ist wieder durch die von der kurzgeschlossenen Windung hervorgerufene, mit Polfrequenz pulsierende Ankerdurchflutung bedingt. Die Amplituden der Schwingung von Polfrequenz sind innerhalb einer Umdrehung untereinander nicht gleich. Das ist damit zu erklären, dass die kurzgeschlossene Windung im Verlauf einer Umdrehung in verschiedene Lagen zu der zur Messung benutzten Kompensationswicklung stehen kann.
Ist die Maschine. belastet, so ändert sich auch in diesem Falle grundsätzlich nichts. Die mit Nutfrequenz in die Kompensationswicklung transformierte Wechselspannung ist höher als bei der unbelasteten Maschine. Die Spannung wird wieder durch die mit Nutfrequenz pulsierende Ankerdurchflutung hervorgerufen.
Durch Anbringung einer solchen Messeinrichtung kann eine Signalgabe erhalten werden, sobald eine Wechselspannung mit Polfrequenz und merklicher Amplitude auftritt. Auf dem Wege über einen Tiefpass kann diese Wechselspannung zur Betätigung von Anzeige- oder Sicherheitseinrichtungen verwendet werden. Die Ansprechgeschwindigkeit solcher Anordnungen ist ausserordentlich hoch, so dass ein ausreichender Schutz gegen Verbrennen der Ankerwicldung vorhanden ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Erfassung eines Windungsschlusses im Anker einer in Betrieb befindlichen Gleichstrommaschine, bei der die durch die kurzgeschlossene Windung der Ankerwicldung erzeugten Pulsationen
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durch gekennzeichnet, dass Wicklungen auf solchen Teilen des magnetischen Kreises benutzt werden, in denen der Fluss nur vom Ankerstrom abhängig ist bzw. Wicklungen, die selbst vom Ankeistrom durchflossen werden und dass die Spannungspulsationen durch ein Relais erfasst werden, dem ein Tiefpass für die Polfrequenz vorgeschaltet ist.
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Device for detecting an interturn fault in the armature of a DC machine
With DC machines, damage sometimes occurs, the cause of which is an interturn shortcut in the armature winding. If such a shorted turn is present, the short-circuited turn takes on very high temperatures in an extremely short time, possibly even after one second, which then leads to further serious damage.
The invention relates to a device for detecting a shorted winding in the armature of a DC machine in operation, in which the pulsations of the armature flow generated by the short-circuited winding of the armature winding are detected as voltage pulsations on stationary stator windings. According to the invention, the device is designed so that windings are used on those parts of the magnetic circuit in which the flux is only dependent on the armature current or windings through which the armature current flows and the voltage pulsations are detected by a relay with a low pass for the pole frequency is connected upstream. The device is based on the idea that strong pulsations in the armature flow occur as a result of a winding short.
These pulsations generate correspondingly fluctuating voltages in fixed stator windings, e.g. B. in the reversing pole or compensation windings. If necessary, a special measuring winding is attached to the reversing poles. This makes it possible to display the presence of a shorted turn in the shortest possible time and, if necessary, to switch off the sick machine.
An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawing. It is assumed that there is a DC machine whose armature 1 is connected in series with a compensation winding 2, a reversing-pole winding 3 and a consumer 5. If necessary, a special measuring winding 4 for the voltage pulsations mentioned can be attached to the reversing poles. Low-pass filters 6, 7, 8 are connected to the windings mentioned, which detect the pulsation frequency and display devices, relays, etc., not shown. Like. In order to convey an optical or acoustic display or to switch off the sick machine.
If one first considers the case that a special measuring winding 4 is present to detect the pulsations, then in the healthy machine a transformer EMF occurs in this measuring winding in the event of idling. It is caused by the fact that a stray portion of the main flow flows over the turning poles. This flow pulsates with the groove frequency.
In the sick machine, special voltage pulses are superimposed on this alternating voltage of slot frequency. In a four-pole machine, four pulses are registered for each revolution. These impulses can be explained by the flow surges of the short-circuited winding. A maximum of the short-circuit current occurs in each pole pitch. The superimposed peak voltage therefore has a pole frequency.
If the machine is loaded, the result is basically the same for the voltage on the measuring winding 4. The AC voltage at slot frequency is now superimposed by an AC voltage at lamella frequency. It is due to the fact that the flow through the loaded armature pulsates with the lamellar and slot frequency.
If a special measuring winding is not provided for this purpose, the measurement can also be carried out on the compensation winding 2 or on the reversing pole winding 3.
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If one considers the case in which the compensation winding 2 is used, an alternating voltage of slot frequency is also induced in the compensation winding in the healthy machine and in the no-load case. In the sick machine, this primary frequency is an alternating voltage of greater am-
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speaks of the pole frequency in a four-pole machine. The oscillation of the pole frequency is again due to the armature flux, which is caused by the short-circuited winding and pulsates with the pole frequency. The amplitudes of the oscillation of pole frequency are not equal to each other within one revolution. This can be explained by the fact that the short-circuited turn can be in different positions in relation to the compensation winding used for the measurement in the course of one revolution.
Is the machine. loaded, basically nothing changes in this case either. The alternating voltage transformed into the compensation winding with slot frequency is higher than with the unloaded machine. The tension is again caused by the armature flow pulsating at the slot frequency.
By attaching such a measuring device, a signal can be obtained as soon as an alternating voltage with pole frequency and noticeable amplitude occurs. Via a low pass, this alternating voltage can be used to operate display or safety devices. The response speed of such arrangements is extremely high, so that there is adequate protection against burning of the armature winding.
PATENT CLAIMS:
1. Device for detecting a short-circuit in the armature of a DC machine in operation, in which the pulsations generated by the short-circuited turn of the armature winding
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characterized in that windings are used on those parts of the magnetic circuit in which the flux is only dependent on the armature current or windings through which the anchor current flows and that the voltage pulsations are detected by a relay, which is preceded by a low-pass filter for the pole frequency is.