Elektrische Maschine mit an deren beweglichem Teil vorhandener Anordnung zur Temperaturmessung und Temperaturüberwachung
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit an deren beweglichem Teil vorhandener Anordnung zur Temperaturmessung und Temperaturüberwachung.
Die üblichen Verfahren und Anordnungen zum Messen bzw. zur Überwachung der Temperaturen in beweglichen Maschinenteilen unter Verwendung von Thermoelementen oder temperaturabhängigen Widerständen, deren elektrische Werte über schleifende Kontakte oder über kleine Sender zum feststehenden Maschinenteil geleitet bzw. übertragen werden, sind allgemein bekannt; ebenso die damit behafteten Nachteile.
Darüberhinaus ist eine Temperaturüberwachung von beweglichen Maschinenteilen, insbesondere Rotorwickelungen... elektrischer Maschinen, bekannt, die aus einer an sich bekannten Messbrücke besteht, in deren Diagonalzweig ein Wechselstromerzeuger angeordnet ist. Ein Brückenzweig dieser Messbrücke besteht aus zwei Übertragungskapazitäten, die aus zwei relativ zueinander beweglichen Elektroden bestehen und so bekanntlich einen Wechselstromfluss zwischen beweglichen und feststehenden Maschinenteilen gestattet, einem Halbleiterwiderstandselement, das in Form eines Kahleiters zwischen den beiden tJbertragungskapazitä- ten in der zu überwachenden Rotorwicklung angeordnet ist und der Hälfte einer Transformator-Primärwicklung.
Der andere Brückenzweig setzt sich aus der zweiten Hälfte der Transformator-Primärwicklung sowie aus ohmschen und kapazitiven Abgleichelementen zusammen. Sekundärseitig des Transformators ist ein Grenzwertmelder angeordnet, der bei irgendeiner Verstimmung der Messbrücke anspricht.
Obwohl es ohne weiteres erkennbar ist, dass diese Temperaturüberwachung gegenüber den bisher bekannten eine wesentliche Verbesserung darstellt, ist damit doch noch der Nachteil verbunden, dass diese Temperaturüberwachung nicht für Temperaturmessungen geeignet ist. Letzteres ist vor allem darauf zurückzuführen, dass die Schaltung der Messbrücke zwar keine andere Möglichkeit der Anordnung der Ubertra- gungskapazitäten gestattet, dadurch aber die Kopplung im Bereich der Ubertragungskapazitäten besonders kritisch ist.
Weiterhin führt die Verwendung des ohmschen Widerstandes als Temperaturfühler in einer Messbrücke mit komplexen Widerstandsgrössen dazu, dass die daraus resultierende komplexe Messgrösse eine relative geringe Änderung erfährt - man kann dies mit einer Dämpfung im Schwingkreis vergleichen wodurch ebenfalls die Temperaturmessung über einen grösseren Bereich unmöglich wird.
Aus diesen Nachteilen und Erkenntnissen resultiert die Aufgabe, bei einer elektrischen Maschine eine Anordnung zur Temperaturmessung und zur Temperatur überwachung für den beweglichen Teil derselben, insbesondere für die Läuferwicklung zu schaffen, mit der auch bei hohen Messgeschwindigkeiten zumindest alle temperaturkritischen Stellen zu erfassen sind, ohne dass dazu der ökonomische Aufwand einen angemessenen Betrag unter Beachtung des Wertes der zu überwachenden Maschine überschreitet.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass ein oder mehrere Schwingkreise im beweglichen Maschinenteil angeordnet ist bzw. sind, wobei von dem einen bzw. je dem Schwingkreis die Kapazität als Temperaturfühler und die Induktivität als der eine Teil eines bzw. je eines induktiven Übertragungselements dient. Der bzw. jeder Schwingkreis ist einerseits elektrisch mit dem beweglichen Maschinenteil und andererseits mit dem einen bzw. je dem einen Teil eines bzw. je eines kapazitiven Übertragungselementes verbunden.
Am feststehenden Maschinenteil ist bzw. sind das andere bzw. die anderen Teile des induktiven und/oder kapazitiven Übertragungselementes zur Erregung des bzw. der Schwingkreise mit einem Hochfrequenz-Generator veränderbaren Frequenz und zur Temperaturmessung mit einem Oszillografen und zur Temperatur überwachung mit einem Grenzwertwächter elektrisch verbunden.
Werden mehrere feststehende Teile induktiver und/ oder kapazitiver Übertragungselemente verwendet, ist es besonders günstig, diese elektrisch an einen Umschalter zu legen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, den Umschalter mittels Impulsen zu steuern, so dass er taktweise schaltet.
Für den Fall, dass die Schwingkreiskapazitäten grösseren Toleranzen unterliegen, ist das Zuschalten von kapazitiven und induktiven Abgleichmitteln möglich, wobei aber auf gleiche Temperaturkonstanten geachtet werden sollte.
Die kapazitiven Übertragungselemente können aus Elektroden in Form von relativ kleinen metallischen Plättchen bestehen, die gegen die Maschinenteile elektrisch isoliert sind.
Ebenfalls von relativ geringen Abmessungen können die induktiven Übertragungselemente in Form von eisen- oder nichteisengefüllten Spulen sein.
In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau einer Anordnung zur Temperaturmessung, wobei an Hand dessen die Arbeitsweise erläutert wird;
Fig. 2 eine andere Ausführungsmöglichkeit zur Temperaturmessung und Temperaturüberwachung;
Fig. 3 das Schema einer Anordnung zur Temperaturmessung und Temperaturüberwachung im Läufer einer elektrischer Maschine mit relativ wenigen Messstellen;
Fig. 4 das Schema einer Anordnung zur Temperaturmessung und Temperaturüberwachung im Läufer einer elektrischen Maschine mit wesentlich mehr Messtellen unter Verwendung eines Umschalters.
In Fig. 1 bildet der Kondensator 1, der als Temperaturfühler dient, mit der Spule 2 einen Schwingkreis.
Dieser Schwingkreis ist mit der elektrisch verbundenen Elektrode 5 des kapazitiven Übertragungselementes im beweglichen Maschinenteil angeordnet, was durch den Luftspalt 6 gekennzeichnet ist. Die Erregung des Schwingkreises erfolgt vom feststehenden Maschinenteil mit dem Tongenerator 4 über die Koppelspule 3 in Verbindung mit der Spule 2 des Schwingkreises; woraus ersichtlich ist, dass die Spulen 2 des Schwingkreises und die Koppelspule 3 ein induktives Ubertragungs- element bilden. Weiterhin ist im feststehenden Maschinenteil die Elektrode 7 angeordnet, die in Verbindung mit der Elektrode 5 ein kapazitives Ubertragungsele- ment bildet, wobei die Elektroden 5 und 7 aus relativ kleinen metallischen Plättchen bestehen und gegen die Maschinenteile elektrisch isoliert sind.
Die Elektrode 7 ist elektrisch mit dem Oszillografen 8 verbunden. Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist dabei folgende:
Die Koppelspule 3 wird mit der Wechselspannung des Tongenerators 4 gespeist. Im Moment der Vorbeibewegung der Spule 2 an der Koppelspule 3 wird in foigedessen diese Wechselspannung in den Schwingkreis, der aus dem Kondensator 1 und der Spule 2 besteht, induziert. Dadurch, dass der Kondensator 1 in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur seine Kapazität ändert, unterliegt die Resonanzfrequenz des Schwingkreises ebenfalls einer Änderung.
Ist nun der Tongenerator 4 auf eine solche Frequenz eingestellt, dass diese bei der maximal zulässigen Temperatur der Resonanzfrequenz des Schwingkreises entspricht, liegt an der Elektrode 5 eine relativ hohe Resonanzspannung an, die kapazitiv auf die Elektrode 7 übertragen wird und an dem Oszillograf 8 als Mass der Temperatur ablesbar ist. Im Fall der geringen Erwärmung ist die an Elektrode 5 anliegende Spannung, die natürlich ebenfalls am Oszillografen 8 als Mass der Temperatur abzulesen ist, geringer. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, die jeweils von der Temperatur abhängige Resonanzfrequenz des Schwingkreises mit dem Ton generator 4 festzustellen, so dass die Frequenz das Mass für die Temperatur ist.
In Fig. 2 ist der Tongenerator 22 mit der feststehenden Elektrode 21 elektrisch verbunden, die mit der am beweglichen Maschinenteil angeordneten Elektrode 19 das kapazitive Übertragungselement bildet. Dieses kapazitive Ubertragungselement dient bei diesem Ausführungsbeispiel mittelbar zur Erregung des Schwingkreises, der hier aus dem Kondensator 11 und der Spule 13 besteht. Der infolgedessen sinngemäss beweglichen Spule 13 ist gegenüber die feststehende Koppelspule 14 angeordnet; beide bilden hier das induktive Übertragungselement. Übrigens ist das bewegliche und das feststehende Maschinenteil durch den Luftspalt 20 gekennzeichnet. Die Spannung als Mass der Temperatur ist, wie in Fig. 1, am Oszillograf 15 abzulesen.
Ausserdem ist dem Oszillograf 15 der Grenzwertwächter 16, der beispielsweise im wesentlichen aus dem Tnyratron 17 oder auch aus einer bekannten Halbleiterschaltung besteht, parallelgeschaltet. Dadurch wird neben der Temperaturmessung die Temperaturüberwachung derart gewährleistet, dass bei einem bestimmten Spannungsmaximum das Thyratron 17 durchschaltet und mittels des dadurch geschlossenen Kontaktes 18 die Energiezufuhr für die zu überwachende Maschine unterbrochen wird. Im Schwingkreis ist ausserdem noch ein Trimmer 12 angedeutet, der eine Korrektur der Kapazität des Kondensators 11 gestattet.
Die schematische Darstellung in Fig. 3 zeigt die Anwendung der Anordnung in einem Läufer 31 einer elektrischen Maschine. Dabei sind die als Temperaturfühler dienenden Kondensatoren 32 unmittelbar in bzw. an den temperaturkritischen Stellen angeordnet, wogegen sich die Elektroden 33 und die Spulen 34 in oder auf den Nutkeilen des Läufers 31 befinden. In oder auf den Nutkeilen des nicht dargestellten Ständers der elektrischen Maschine sind die Elektrode 36 und die Koppelspule 35 befestigt, wobei der Tongenerator 37 kapazitiv über die Elektrode 36 und den Elektroden 33 die einzelnen Schwingkreise erregt und induktiv die Messpannung von den Spulen 34 auf die Spule 35 übertragen wird.
Dadurch dass im Läufer 41 der Fig. 4 wesentlich mehr Messpunkte in Form von als Temperaturfühler dienende Kondensatoren 44, 47 und 50 verwendet werden, die mit den Spulen 42, 45 oder 48 jeweils einen Schwingkreis bilden und mit den Elektroden 43, 46 oder 49 elektrisch verbunden sind, wurden 3 Messtellen im ebenfalls nicht dargestellten Ständer der elektrischen Maschine angeordnet, die aus den Elektroden 51, 53 und 55 sowie aus den Koppelspulen 52, 54 und 56 bestehen und jeweils über den Umschalter 57 mit dem Tongenerator 58 bzw. mit der Messleitung 59 verbunden sind. Selbstverständlich lassen sich die kapazitiven und induktiven tÇbertragungs- elemente bei elektrischen Maschinen nicht nur in bzw. auf den Nutkeilen anordnen, sondern auch an vielen anderen Stellen, beispielsweise stirnseitig am Läufer.