CH466428A

CH466428A - Schleifringlose Läufertemperatur-Messeinrichtung einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: CH466428A
Application number: CH1692467A
Authority: CH
Inventors: Lienhard Samuel Dipl-El-Ing
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1967-12-04
Filing date: 1967-12-04
Publication date: 1968-12-15
Also published as: FR1595881A; DE1613800A1

Description

Schleifringlose Läufertemperatur-Messeinrichtung einer elektrischen Maschine
Die Erfindung betrifft eine schleifringlose Läufertemperatur-Messeinrichtung einer elektrischen Maschine mit Hilfe von in den Läuferwicklungen eingebauten Kraftleiterwiderständen und eines Übertragers zwischen Läufer und Ständer, wobei die Kaltleiterwiderstände mit dem zum Läufer gehörenden Kreis des Übertragers verbunden sind.

Die Wicklungen einer elektrischen Maschine im Ständer und im Rotor erwärmen sich nach verschiedenen Zeitkonstanten. In vielen Fällen ist die Zeitkonstante am Läufer grösser als die am Ständer. Der zunächst gefährdete Teil ist dann also der Läufer. Es sind daher Messeinrichtungen vorgeschlagen worden, welche die Temperatur des Läufers erfassen sollen und bei unzulässig hohen Werten ein Signal geben oder die Maschine abschalten lassen.

Die Schwierigkeit ist hierbei, dass die Temperatur an dem sich drehenden Teil gemessen und an den ruhenden Teil weitergegeben werden muss. Hierzu kann man zusätzlich Schleifringe vorsehen. Diese sind am Läufer anzubringen und erfordern je nach der Grösse der Maschine einen grösseren oder kleineren Aufwand und haben ausserdem wegen der meist nur kleinen zur Verfügung stehenden Spannungen keinen zuverlässigen Kontaktübergang. Man ist daher dazu übergegangen, möglichst schleifringlos die Temperatur vom bewegten zum festen Teil elektrisch zu übertragen. Dies kann man kapazitiv oder induktiv machen. Bei der kapazitiven Kopplung werden die beiden Belegungen der Kapazität am Ständer und Rotor als Ringe angebracht, die gegenseitig einen kleinen Spalt besitzen. Das Ganze wird mit Hochfrequenz gespeist.

Die Temperaturmessglieder liegen dann in einer Brückenschaltung und werden im Normalzustande in bekannter Weise abgeglichen. Bei Ungleichheit der Zweige infolge Widerstandsveränderungen durch hohe Temperaturen wird dann über über trager ein Signal an eine Verstärkerschaltung und von dort an ein Steuerrelais weitergegeben.

Bei einer anderen bekannten Ausführung erfolgt die Übertragung induktiv. Zu diesem Zwecke werden eine oder mehrere Spulen am Ständer und am Läufer angebracht. Die beweglichen Spulen sind ebenfalls mit den Temperaturmessgliedern verbunden. Das Ganze wird von der Ständerseite her mit Gleichstrom gespeist. Beim Vorbeilaufen der beweglichen Spule an der festen Spule entsteht im Normalbetrieb ein Stromstoss, welcher als Modulation an einen Wechselspannungsgenerator gegeben wird. Bei einer Widerstandsänderung der Tempera tu rmessglied er verschwindet diese Modulation fast vollkommen. Dies wird dazu ausgenutzt, um ein Signalrelais zu betätigen. Hierbei ist es erforderlich, die Zeit zwischen zwei Impulsen jeweils verstreichen zu lassen, bevor das Signalrelais ein Signal bekommt.

Es ist also noch ein Zeitvergleich nötig, der das Signal erst dann freigibt, wenn das Wegbleiben eines Impulses länger dauert als die mögliche grösste Zeit zwischen den Impulsen. Diese Zeit ist die beim Stillstand der Maschine unter Strom zulässige Zeit.

Die kapazitive Übertragung erfordert nun eine grosse Fläche oder eine hohe Frequenz der Messspannung, damit durch die Kapazität die Messung nicht beeinflusst wird. Die grosse Fläche der Kapazitäten ist ein konstruktiver Nachteil, die Verwendung hoher Frequenzen erfordert Abschirmungen.

Die Anordnung mit der induktiven Kopplung verlängert die Zeit der Auslösung, da diese sich nach der Stillstandszeit richten muss. Oder man muss eine untere Drehzahlgrenze vorsehen, so dass kein Schütz für den Stillstand und der kleinen Drehzahlen vorhanden ist.

Zur weiteren Verbesserung der Temperaturmessung mit induktivem Übertrager wird nun erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass der zum Ständer gehörende Kreis des Übertragers im Zweig einer Wechselstrombrückenschaltung liegt, welche durch einen Wechselspannungsgenerator gespeist ist, an welche Brücke über einen Verstärker eine Signal- oder Auslöseeinrichtung angeschlossen ist.

Die Figuren zeigen Beispiele der Erfindung. Die
Fig. 1 zeigt die Schaltung, die
Fig. 2 die Anordnung der Spulen des Übertragers.

In Fig. 1 ist der Läufer einer elektrischen Maschine mit 1 bezeichnet. An den gefährdetsten Stellen sind die Temperaturmessglieder 2 vorgesehen. Es sind drei darge stellt. Sie sind als temperaturabhängige Widerstände und zwar sogenannte Kaltleiterwiderstände ausgeführt, welche im kalten Zustand einen niedrigen Widerstand und im warmen Zustand einen hohen Widerstand haben, wobei der niedrige Widerstand zum hohen mit grosser Steilheit übergeht. Alle Widerstände sind in Reihe geschaltet, so dass bereits beim Überschreiten der zulässigen Erwärmung an einem einzigen Widerstand ein merklicher Widerstandsunterschied entsteht. Die als Kaltleiterwiderstände ausgeführten Temperaturmessglieder 2 sind mit der Spule 3 eines Übertragers verbunden. Diese Spule läuft also mit dem Läufer mit. Ihr gegenüber liegt eine zweite Spule 4, welche feststeht, also mit dem Ständer verbunden ist.

Die Spule 4 ist in einen Brückenzweig einer Brückenschaltung geschaltet. Die anderen Brückenzweige bestehen aus Widerständen 5 und 6, von denen der Widerstand 5 einstellbar gemacht wird. Er dient zur Einstellung des Brückengleichgewichtes im normalen Betrieb. Die Induktivität des Übertragers soll hierbei so klein wie möglich sein. Sie kann auch durch den Kondensator 7 kompensiert werden. Die Brückenschaltung wird durch den Wechselstromgenerator 8 gespeist.

Er besitzt eine Frequenz, die höher als die möglichen Störfrequenzen, also insbesondere die Nennfrequenz bei Wechselstrommaschinen sein muss. Sie braucht aber nicht so hoch zu sein, dass für den Übertrager Spezialbleche und Eisensorten erforderlich sind. Es genügt, dass der Kern des Übertragers aus unlegiertem Stahl besteht.

In der Brücke selbst liegt nun die Messeinrichtung, die im Beispiel zunächst aus einem Filter 9, dann dem Verstärker 10, der mehrere Stufen besitzen kann, und dem daran angeschlossenen Steuerrelais 11 besteht. Dieses Steuerrelais kann ein Signal geben oder einen Schalter betätigen. Das Filter 9 hat die Aufgabe, die Störfrequenzen zurückzuhalten, die in der Regel unterhalb der Frequenz des Messgenerators 8 liegen. Es ist also für die tiefen Frequenzen auszulegen.

Fig. 2 zeigt die Ausführung des Übertragers genauer.

Mit 12 ist die Welle der elektrischen Maschine bezeichnet. Auch hier ist der Läufer angedeutet. Er ist hier aber nicht dargestellt. Es ist nur das Lager 13 zwischen der beweglichen Welle und dem festen Ständer 14 angedeutet. Der Übertrager besteht aus der beweglichen Spule 3 und der festen Spule 4. Die Spule 3 ist in das Konstntk- tionsteil 15 eingesetzt, welches zugleich den Eisenkern bildet, der in diesem Falle aus unlegiertem Stahl bestehen kann, wenn die Frequenz des Messgenerators nicht allzuhoch gewählt wird. Die feste Spule 4 liegt in dem winkelförmigen Teil 16, das ebenfalls den Eisenkern bildet. Zwischen ihnen ist ein kleiner Luftspalt 14 vorgesehen. Das Teil 16 ist am Ständer 14 befestigt. Die Spulen liegen in Achsrichtung der Welle nebeneinander und sind so weit voneinander entfernt, dass sie das axiale Spiel aufnehmen können.

Die Spulen 3 und 4 und die Teile 15 und 16 liegen koaxial zur Welle und erstrecken sich über den ganzen Umfang. Dann ist auch bei Stillstand in jeder Stellung eine Übertragung möglich.

Die Wirkungsweise ist folgende: Im normalen Betrieb sind die Temperaturmessglieder kalt. Sie haben daher einen niedrigen Widerstandswert. Der Widerstand 5 ist so eingestellt, dass für diesen Fall die Brückenschaltung abgeglichen ist. Der mit den Kaltleiterwiderständen 2 belastete Übertrager 4 wirkt in der Brückenschaltung wie ein ohmscher Widerstand, wenn die Induktivität des Übertragers klein genug ist oder durch den Kondensator 7 kompensiert ist. Solange Gleichgewicht besteht, liegt an der Brücke, in welcher der Verstärker 10 angeordnet ist, keine Spannung. Das Steuerrelais 11 ist also stromlos.

Sobald aber ein Kaltleiterwiderstand plötzlich einen höheren Wert durch Temperaturerhöhungen annimmt, ist das Brückengleichgewicht gestört, es liegt eine Spannung in der Brücke, die der Verstärker 10 nach Ausfilterung der vielleicht noch vorhandenen kleineren Frequenzen verstärkt und an das Steuerrelais 11 abgibt. Dieses spricht an und verursacht ein Signal, eine Schaltung, oder auch eine Regelung.

Diese Einrichtung arbeitet unabhängig von der Drehzahl der Maschine. Auch bei stillstehendem Läufer arbeitet die Anordnung völlig einwandfrei und unbeschränkt. Dies liegt an der induktiven Kopplung und daran, dass die Spulen über den ganzen Umfang der Welle gleichmässig verteilt angebracht sind.

Der Vorteil der Anordnung ist ausserdem die einfache Schaltung. Der Übertrager kann aus unlegiertem Stahl ausgeführt werden und ist daher solid und billig herzustellen.

Claims

PATENTANSPRUCH Schleifringlose Läufertemperatur-Messeinrichtung einer elektrischen Maschine mit Hilfe von in den Läuferwicklungen eingebauten Kaltleiterwiderständen und eines Übertragers zwischen Läufer und Ständer, wobei die Kaltleiterwiderstände mit dem zum Läufer gehörenden Kreis des Übertragers verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Ständer gehörende Kreis (4) des Übertragers im Zweig einer Wechselstrombrückenschaltung liegt, welche durch einen Wechselspannungsgenerator (8) gespeist ist, an welche Brücke über einen Verstärker (10) eine Signal- oder Auslöseeinrichtung (11) angeschlossen ist.

UNTERANSPRÜCHE 1. Schleifringlose Läufertemperatur-Messeinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des die Brückenschaltung speisenden Wechselspannungsgenerators (8) höher ist als die Frequenz der in der Maschine (1) auftretenden Spannungen.

2. Schleifringlose Läufertemperatur-Messeinrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verstärker (10) ein Filter (8) vorgeschaltet ist, der die Frequenzen unter der Frequenz des die Brückenschaltung speisenden Wechselspannungsgenerators (8) ausfiltert.

3. Schleifringlose Läufertemperatur-Messeinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertrager aus zwei Spulen (3, 4) besteht, von denen die eine am Rotor, die andere am Stator unmittelbar befestigt ist.

4. Schleifringlose Läufertemperatur-Messeinrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche (3) und feste (4) Spule konzentrisch zur Maschenwelle (12) angeordnet ist.

5. Schleifringlose Läufertemperatur-Messeinrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsstücke (15, 16) der Spulen (3, 4) sogleich die Eisenkerne des Übertragers sind, die gegenseitig einen Luftspalt (17) bilden, und dass die Spulen (3, 4) axial nebeneinander angeordnet sind, von denen die eine vom Eisenkern (15) des Läufers, die andere vom Eisenkern (16) des Ständers getragen wird.

6. Schleifringlose Läufertemperatur-Messeinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet dass die Eisenkerne (15, 16) aus unlegiertem Stahl bestehen.

7. Schleifringlose Läufertemperatur-Messeinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation der Induktivität der zum Ständer gehörenden Wicklung (4) des Übertragers ein Kondensator (7) in Reihe liegt.