DD247328A1

DD247328A1 - METHOD FOR MONITORING CIRCULATED ELECTRICAL CONSUMERS

Info

Publication number: DD247328A1
Application number: DD28760386A
Authority: DD
Inventors: Ralf Reiser
Original assignee: Elektroprojekt Anlagenbau Veb
Priority date: 1986-03-05
Filing date: 1986-03-05
Publication date: 1987-07-01

Abstract

Die Erfindung dient der Ueberwachung der Erwaermung von elektrischen Verbrauchern, insbesondere von elektrischen Motoren und Stromrichtern. Sie ist auch geeignet fuer deren gemeinsamen Schutz. Mit der Erfindung soll eine einfach zu realisierende Anpassung der Grenzwertkennlinie an die Erfordernisse eines gemeinsamen Schutzes unterschiedlicher Verbraucher unter der Beruecksichtigung des Unterschieds von Erwaermungs- und Abkuehlzeitkonstante moeglich sein. Erfindungsgemaess wird der Stromistwert auf mehrere Grenzwertstufen gefuehrt, deren Ausgangssignal auf je einen Zaehlerbaustein gegeben wird, welche von zwei Zeitgeberbausteinen ueber jeweils einen Verknuepfungsbaustein so angesteuert werden, dass je nach dem erreichten Abschnitt der Grenzwertkennlinie und je nach Erwaermungs- oder Abkuehlungsphase mit unterschiedlicher Zaehlfrequenz hoch- oder zurueckgezaehlt wird. Fig. 1The invention serves to monitor the heating of electrical consumers, in particular of electric motors and power converters. It is also suitable for their joint protection. With the invention, an easy-to-implement adaptation of the limit characteristic to the requirements of a common protection of different consumers, taking into account the difference of Erwaermungs- and Abkuehlzeitkonstante be possible. According to the invention, the current actual value is passed to a plurality of limit stages whose output signal is given to a respective counter module, which are controlled by two timer modules in each case via a logic module such that, depending on the reached section of the limit characteristic curve and depending on the heating or cooling phase with different counting frequency. or counted back. Fig. 1

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung der Erwärmung von stromdurchflossenen elektrischen Verbrauchern, insbesondere von elektrischen Motoren und Stromrichtern. Es ist auch geeignet für den gemeinsamen Schutz eines elektrischen Motors und eines zugehörigen leistungselektronischen Stellgliedes (z.B. Stromrichter).The invention relates to a method for monitoring the heating of current-carrying electrical loads, in particular of electric motors and power converters. It is also suitable for the common protection of an electric motor and an associated power electronic actuator (e.g., power converter).

Characteristic of the known technical solutions

Zur Überwachung von stromdurchflossenen elektrischen Verbrauchern sind verschiedene Schutzeinrichtungen bekannt. Im einfachsten Fall, insbesondere für den Schutz elektrischer Maschinen, bedient man sich magnetischer Auslöser oderthermischer Auslöser in Form von Bimetallschaltern. Bei Stromrichtern werden die zulässigen Strom- und Temperaturgrenzwerte mittels Sicherungselementen bzw. temperaturabhängigen Widerständen in Verbindung mit entsprechenden Auswerteschaltungen eingehalten. Diese Maßnahmen sind wegen der bekannten Nachteile nur für bestimmte Verbraucher anwendbar. Es sind auch aufwendige Schutzmaßnahmen bekannt, mit denen ein genaueres thermisches Abbild des Verbrauchers nachgebildet werden kann, als dies mit Bimetallrelais möglich ist.For monitoring current-carrying electrical consumers various protective devices are known. In the simplest case, in particular for the protection of electrical machines, one uses magnetic releases or thermal triggers in the form of bimetal switches. For converters, the permissible current and temperature limits are maintained by means of fuse elements or temperature-dependent resistors in conjunction with the corresponding evaluation circuits. These measures are applicable because of the known disadvantages only for certain consumers. There are also elaborate protective measures known with which a more accurate thermal image of the consumer can be modeled, as is possible with bimetallic relay.

Hierzu sind in der Vergangenheit Analogschaltungen benutzt worden, die allerdings einen enormen Schaltungsaufwand erfordern. Auch digitale Schaltungen wurden bereits vorgeschlagen. So ist mit der DE-OS 2630407 (H 02 H 5/04) eine Lösung bekannt, bei der mittels eines Analog-Digital-Wandlers ein stromproportionaler Digitalwert gebildet wird und zur Bestimmung der Erwärmung von einem dem Quadrat des in dem Verbraucher fließenden Stromes proportionalen Wert ausgegangen wird, der in einem Rechner unter Zuhilfenahme eines Schrittschaltwerkes weiterverarbeitet und einer Grenzwertstufe zugeführt wird. Die Lösung ist wegen der mehrfachen Analog-Digital-Wandlung und der nötigen Rechenschritte sehr aufwendig. Die Berücksichtigung der bei elektrischen Maschinen unterschiedlichen Erwärmungs- und Abkühlzeitkonstanten, verursacht durch Betrieb und Stillstand bzw. intermittierende Betriebsarten, ist nur bedingt möglich. Eine Kennlinienanpassung für den gemeinsamen Schutz eines Motors und eines Stromrichters ist, da nur ein Stromgrenzwert erfaßt wird, nicht möglich. Mit der Lösung nach der Europäischen Patentanmeldung 0019885 (H 02 H 6/00) wird ein Wärmeabbild eines Motors erzeugt, indem bei Überschreiten des 1,05fachen Nennstromes mittels eines Rechners das Stromintegral J _t ⁿ η i²(t) dt gebildet und ständig mit einem Maximalwert verglichen wird.For this analog circuits have been used in the past, however, which require a huge amount of circuitry. Digital circuits have also been proposed. Thus, with DE-OS 2630407 (H 02 H 5/04) a solution is known in which by means of an analog-to-digital converter, a current-proportional digital value is formed and proportional to determine the heating of a square of the current flowing in the consumer Value is processed, which is further processed in a computer with the aid of a stepper and fed to a limit level. The solution is very complicated because of the multiple analog-to-digital conversion and the necessary calculation steps. The consideration of the different heating and cooling time constants for electrical machines, caused by operation and standstill or intermittent operating modes, is only conditionally possible. A characteristic adjustment for the common protection of a motor and a power converter, since only a current limit is detected, not possible. With the solution according to the European patent application 0019885 (H 02 H 6/00), a thermal image of a motor is generated by the current integral J _t ⁿ η i ² (t) dt formed when constantly exceeding the 1.05 times the rated current by means of a computer and constantly with is compared to a maximum value.

Auch mit dieser aufwendigen Lösung ist keine Anpassung an eine Kennlinie möglich, wie sie der gemeinsame Schutz mehrerer Verbraucher erfordert.Even with this complex solution, no adaptation to a characteristic curve is possible, as required by the common protection of several consumers.

Nach der DE-OS 3219199 (H 02 H 6/00) wird ebenfalls das Quadrat des Stromes ermittelt und weiterverarbeitet. Zusätzlich soll durch ein Zeitsteuerwerk die Ein- und Ausschalthäufigkeit eines Motors erfaßt werden. Auch hier sind komplizierte Berechnungen nötig und es ist keine Kennlinienanpassung für den gemeinsamen Schutz mehrerer Verbraucher möglich.According to DE-OS 3219199 (H 02 H 6/00) also the square of the current is determined and further processed. In addition to be detected by a time control the on and Ausschalthäufigkeit an engine. Again, complicated calculations are needed and there is no performance adjustment for the common protection of multiple consumers possible.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist der Schutz von stromdurchflossenen Verbrauchern, mit dem eine Anpassung der Grenzwertkennlinie auch an die Erfordernisse eines gemeinsamen Schutzes unterschiedlicher Verbraucher möglich ist.The aim of the invention is the protection of current-carrying consumers, with an adaptation of the limit characteristic is also possible to the requirements of a common protection of different consumers.

Explanation of the essence of the invention

— Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird- The technical problem which is solved by the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schutz zur Überwachung eines oder mehrerer Verbraucher zu schaffen, der mit einfachen Mitteln auskommt und alle Betriebszustände der Verbraucher mit ihren unterschiedlichen Erwärmungs- und Abkühlzeitkonstanten genügend berücksichtigt.The invention has for its object to provide protection for monitoring one or more consumers, which manages with simple means and all operating states of consumers with their different heating and Abkühlzeitkonstanten considered enough.

— Merkmale der ErfindungFeatures of the invention

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der gemessene Stromistwert zur Nachbildung der Grenzwertkennlinie des Stromes auf mehrere beliebig einstellbare Grenzwertstufen geführt wird, deren Ansprechzeit durch je einen Zählerbaustein erfaßt wird. Die Zählerbausteine werden von zwei Zeitgeberbausteinen über jeweils einen Verknüpfungsbaustein (einen für den Erwärmungs- und einen für den Abkühlungsvorgang) so angesteuert, daß die entsprechende Grenzwertkennlinie unterThe object is achieved in that the measured actual current value is performed to simulate the limit characteristic of the current to a plurality of arbitrarily adjustable limit value stages whose response time is detected by a respective counter module. The counter modules are controlled by two timer modules via one link module (one for the heating and one for the cooling process) so that the corresponding limit characteristic under

Berücksichtigung der verschiedenen Erwärmungs- und Abkühlzeitkonstanten durch unterschiedliche Zählfrequenzen beim Hoch- bzw. Zurückzählen nachgebildet wird. Die verschiedenen Betriebszustände der Verbraucher (Kaltstart, betriebswarm, intermittierender Betrieb) werden durch die Zählerinhalte der Zählerbausteine gespeichert. Damit ist ein ständiger Neuanlauf der Verbraucher möglich, sofern die Grenzwerte nicht überschritten sind.Considering the different heating and cooling time constants is simulated by different counting frequencies when counting up or down. The various operating states of the loads (cold start, warm operation, intermittent operation) are stored by the counter contents of the counter blocks. This allows a constant restart of consumers, provided that the limits are not exceeded.

Die Zeitgeberbausteine enthalten Teiler, die die Frequenz von einem Taktgenerator durch eine entsprechende Verknüpfung so aufbereiten, daß die für die Nachbildung der Erwärmungs- und Abkühlzeitkonstanten unterschiedlichen Zählfrequenzen bereitgestellt werden. Hat ein Zählerbaustein seinen voreingestellten Wert erreicht, kann z. B. eine Drehzahl- oder Stromsollwertreduzierung vorgenommen oder der Verbraucher außer Betrieb gesetzt werden. Zusätzlich kann das Erreichen des Zählerinhalts eines Zählerbausteins durch eine Anzeigeeinrichtung signalisiert werden, womit der jeweils erreichte Abschnitt der Grenzwertkennlinie erkannt werden kann. Die Anzahl der Grenzwertstufen, Zähler und Teiler sind je nach Beschaffenheit der Grenzwertkennlinie festzulegenThe timing blocks include dividers that condition the frequency of a clock generator by a corresponding link to provide the different count frequencies for the replica of the heating and cooling time constants. If a counter module has reached its preset value, z. B. made a speed or current setpoint reduction or the consumer can be disabled. In addition, the achievement of the counter content of a counter module can be signaled by a display device, whereby the respective reached section of the limit characteristic curve can be detected. The number of limit value stages, counters and divisors are to be defined according to the nature of the limit value characteristic

Gegenüber den bisher bekannten Lösungen werden folgende Vorteile erreicht: Compared with the previously known solutions, the following advantages are achieved:

— Es sind keine komplizierten A/D- bzw. D/A-Wandlungen oder Berechnungen nötig, deshalb kann die Schaltung mit relativ wenigen und einfachen Bauelementen aufgebaut werden,No complicated A / D or D / A conversions or calculations are needed, therefore the circuit can be constructed with relatively few and simple components,

— durch die variable Anzahl und Einstellung der Zähler können beliebige Grenzwertkennlinien nachgebildet werden, wodurch auch ein kombinierter Überlastschutz von Motoren und Stromrichtern unterschiedlichster Typen bzw. anderer Konfigurationen möglich ist,- By the variable number and setting of the counter any limit characteristic curves can be simulated, whereby a combined overload protection of motors and converters of different types or other configurations is possible,

— durch die Bereitstellung variabler Taktfrequenzen ist eine optimale Anpassung an die unterschiedlichen Erwärmungs- und Abkühlzeitkonstanten und den Betriebszustand möglich, so daß auch große Zeitkonstanten nachgebildet werden können und die Forderung erfüllt wird, daß aus betriebswarmem Zustand mindestens ein weiterer Motoranlauf erfolgen kann,- By providing variable clock frequencies optimal adaptation to the different heating and Abkühlzeitkonstanten and the operating state is possible, so that even large time constants can be replicated and the requirement is met that can be made from warm operating condition at least another motor start,

—- durch automatisch oder von Hand durchzuführende Eingriffsmöglichkeit (z.B. Drehzahl oder Stromsollwertreduzierung) ist vor einer etwaigen Abschalthandlung ein entscheidender Einfluß auf technologische Prozesse möglich.- By automatically or manually performed intervention (for example speed or current setpoint reduction) is a decisive impact on technological processes possible before any shutdown.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erklärt werden. Das Schaltbild in Fig. 1 zeigt einen Antrieb mit einem über einen dreiphasigen Gleichrichter 1 betriebenen Gleichstrommotor 2. Der Stromistwert wird über ein Meßglied erfaßt und auf beispielsweise fünf Grenzwertstufen 3.1 ...3.5 geführt. Die Grenzwertstufen 3.1 ...3.5 sind entsprechend dem zu erfassenden Stromwertevorrat verschieden hoch eingestellt. Spricht eine Grenzwertstufe 3.1 ...3.5 an, so wird ihr Ausgangssignal von dem jeweils zugeordneten Zählerbaustein 4.1 ...4.5 weiterverarbeitet. Jeder Zählerbaustein 4.1 ...4.5 steht in Verbindung mit zwei Zeitgeberbausteinen 5.1, 5.2. Die Zeitgeberbausteine 5.1, 5.2 enthalten u. a. Teiler 5.12..., 5.22..., die die Frequenz von den Taktgeneratoren 5.11,5.21 durch eine entsprechende Verknüpfung so aufbereiten, daß unterschiedliche Erwärmungs-und Abkühlzeitkonstanten nachgebildet werden können. Die Anzahl der Teilerstufen ist in Abhängigkeit von der variierbaren Anzahl der Zählerbausteine und der verschiedenen Zeitkonstantenfebenfalls veränderbar. Die Verknüpfungsbausteine 6.1,6.2 ordnen die in den Zeitgeberbausteinen 5.1,5.2 erzeugten Taktfrequenzen je nach dem erreichten Abschnitt der Grenzwertkennlinie dem entsprechenden Zählerbaustein 4.1 ...4.5 zu. Bei Überschreiten eines Grenzwertes wird der zutreffende Zählerbaustein 4.1 ...4.5 aktiviert, d.h. es wird hochgezählt und bei darauffolgendem Unterschreiten zurückgezählt. Mit Hilfe der Anzeigeeinrichtung 7 kann der erreichte Abschnitt der Grenzwertkennlinie angezeigt werden. Das Ausgangssignal der Zählerbausteine 4.1 ...4.5 wird außerdem zur Drehzahl- oder Stromsollwertreduzierung auf den Steuersatz 8 und auf die Abschalteinrichtung 9 geführt. Jenach der überschrittenen Grenzwertstufe wird entweder über die Abschalteinrichtung 9 mittels des zugeordneten Leistungsschalters 10 eine sofortige Abschaltung bewirkt oder es wird über den Steuersatz 8 eine Drehzahl-oder Stromsollwertreduzierung vorgenommen.The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment. The circuit diagram in Fig. 1 shows a drive with a driven via a three-phase rectifier 1 DC motor 2. The current actual value is detected by a measuring element and performed, for example, five threshold levels 3.1 ... 3.5. The limit value stages 3.1... 3.5 are set differently high in accordance with the current value supply to be detected. If a threshold value stage 3.1 ... 3.5 responds, its output signal is further processed by the respectively assigned counter module 4.1 ... 4.5. Each counter module 4.1 ... 4.5 is connected to two timer modules 5.1, 5.2. The timer modules 5.1, 5.2 contain u. a. Divider 5.12 ..., 5.22 ..., the frequency of the clock generators 5.11,5.21 prepare by a corresponding link so that different heating and Abkühlzeitkonstanten can be replicated. The number of divider stages can be changed as a function of the variable number of counter modules and the different time constants. The logic modules 6.1,6.2 assign the clock frequencies generated in the timer modules 5.1, 5.2 to the corresponding counter module 4.1 ... 4.5, depending on the section of the limit value characteristic reached. If a limit value is exceeded, the applicable counter module 4.1 ... 4.5 is activated, i. it is counted up and counted down in the subsequent fall. With the help of the display device 7, the reached section of the limit value characteristic can be displayed. The output signal of the counter modules 4.1... 4.5 is also fed to the control unit 8 and to the shutdown device 9 for speed or current setpoint reduction. After the exceeded limit value level, an immediate switch-off is effected either via the switch-off device 9 by means of the associated circuit breaker 10, or a speed or current setpoint reduction is made via the control set 8.

Mit dem vorliegenden Verfahren wird eine direkte Stromüberwachung und daraus abgeleitet eine indirekte Temperaturüberwachung zum kombinierten Überlastschutz für ein leistungselektronisches Stellglied und einen elektrischen Verbraucher (im Ausführungsbeispiel ein Umrichter und ein Motor) realisiert. Fig. 2 zeigt ein Beispiel für eine nachgebildete Grenzwertkennlinie, die sich aus der entsprechenden Belastungsklasse für den Stromrichter und den zulässigen Grenzwerten für den eingesetzten Motor— repräsentiert durch die Überströme und Ansprechzeiten der den Motor schützenden Auslöser — ergibt.With the present method, a direct current monitoring and derived from an indirect temperature monitoring for combined overload protection for a power electronic actuator and an electrical load (in the embodiment, a converter and a motor) realized. Fig. 2 shows an example of a simulated limit characteristic curve, which results from the corresponding load class for the power converter and the permissible limits for the motor used - represented by the overcurrents and response times of the engine-protecting trigger.

Claims

claims:

1. A method for monitoring current-carrying electrical loads, in which when exceeding a specified limit characteristic ζ. B. a speed or current setpoint reduction is made or the consumer is put out of service, characterized in that the current actual value for reproducing the limit characteristic of the current to several arbitrarily adjustable limit stages (3.1 ... 3.5) is performed, the output signal to any one adjustable counter module (4.1 ... 4.5) is given, which are controlled by two timer modules (5.1, 5.2) via one link module (6.1, 6.2) so that depending on the achieved section of the limit value characteristic of the consumer and depending on the heating or Cooling phase with

counting count up or down.

2. The method according to claim!, Characterized in that the respective reached section of the limit characteristic curve by an upon reaching the counter content of a counter module (4.1 ... 4.5) responsive display device (7) is signaled.

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