DE102008020371A1 - Method for overload protection of three-phase load by current monitoring sensor, involves applying current sensor for determining difference of two phase currents, where three-phase motors are provided with motor coils - Google Patents

Method for overload protection of three-phase load by current monitoring sensor, involves applying current sensor for determining difference of two phase currents, where three-phase motors are provided with motor coils Download PDF

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Abstract

The method involves applying current sensor (1,2) for determining the difference of two phase currents (I-1,I-2,I-3). Three-phase motors are provided with the motor coils. A circuit comprises two current sensors that are designed as the current transformers, where two of the three phase lines (L-1,L-2,L-3) are linked. An independent claim is included for a sensor meter circuit for overload protection of a three-phase load.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Sensor-Messschaltung zum Überstromschutz eines Drehstromverbrauchers durch sensormäßige Stromüberwachung. Das Verfahren und die Sensor-Messschaltung können beispielsweise zum Schutz eines Drehstrommotors vor blockiertem Läufer Verwendung finden.The The invention relates to a method and a sensor measuring circuit for overcurrent protection of a Three-phase consumer through sensor-based current monitoring. The procedure and the sensor measuring circuit can For example, to protect a three-phase motor from blocked runner Find use.

Drehstrommotoren unterliegen der Gefahr von Überhitzung der Motorwicklungen. Überlastung, schlechte Netzqualität (Unterspannung/Überspannung) und blockierter Läufer zählen zu den häufigsten Ursachen, wobei schlechte Netzqualität (Unterspannung/Überspannung) im folgenden der Einfachheit halber als Überlastung betrachtet wird. So steigt beispielsweise bei blockiertem Läufer durch mechanische Blockierung, bei zu großer Drehmomentbelastung oder bei Phasenverlust der Strom der Phasenleitungen auf ein Mehrfaches des Nennwertes, so dass sich die Motorwicklungen sehr rasch auf unzulässige Werte erhitzen. Von einer gewissen Nennleistung an müssen daher Motoren und andere Drehstromverbraucher gegen Überstrom geschützt werden.AC motors are at risk of overheating the motor windings. Overload, bad power quality (Undervoltage / overvoltage) and blocked runner counting the most common Causes, where poor power quality (undervoltage / overvoltage) hereinafter, for the sake of simplicity, will be considered overloading. Thus, for example, with a blocked rotor, mechanical locking increases, too big Torque load or, in the case of phase loss, the phase line current at a multiple of the rated value, so that the motor windings very quickly to inadmissible Heat values. From a certain nominal power must therefore Motors and other three-phase consumers are protected against overcurrent.

Zu diesem Zweck sind Sensor-Messschaltungen der in 1 dargestellten Art bekannt. Die Schaltung enthält zwei als Stromwandler ausgebildete Stromsensoren 1 und 2, die mit zwei der drei Phasenleitungen L1, L2, L3 verknüpft sind. Steigt der Strom in mindestens zwei der drei Phasenleitungen auf ein Mehrfaches des Nennwertes an, wie dies bei der Blockierung des Läufers eines Drehstrommotors der Fall ist, so erfasst mindestens einer der beiden Stromsensoren 1, 2 den erhöhten Stromwert und erzeugt ein Auslösesignal zum Schutz des Motors.For this purpose, sensor measuring circuits are the in 1 known type known. The circuit includes two current sensors designed as current transformers 1 and 2 which are associated with two of the three phase lines L 1 , L 2 , L 3 . If the current in at least two of the three phase lines increases to a multiple of the nominal value, as is the case with the blocking of the rotor of a three-phase motor, then at least one of the two current sensors detects 1 . 2 the increased current value and generates a trip signal to protect the motor.

Nachteilig bei dieser bekannten Art des Überstromschutzes ist das Erfordernis von zwei Stromsensoren.adversely in this known type of overcurrent protection is the requirement of two current sensors.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Sensor-Messschaltung zum Überstromschutz eines Drehstromverbrauchers durch sensormäßige Stromüberwachung zu realisieren, die nur einen einzigen Stromsensor benötigen.Of the Invention is therefore based on the object, a method and a sensor measuring circuit for overcurrent protection to realize a three-phase current consumer by means of sensor-based current monitoring, that only need a single current sensor.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren nach Anspruch 1 und bei der Sensor-Messschaltung nach Anspruch 2 durch einen einzigen Stromsensor gelöst, der die Differenz von zwei Phasenströmen ermittelt.These Task is according to the invention in the Method according to claim 1 and in the sensor measuring circuit according to Claim 2 solved by a single current sensor, which determines the difference of two phase currents.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 3 bis 5 und werden an Hand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims 3 to 5 and will be explained with reference to two embodiments shown in the drawing.

In der Zeichnung zeigenIn show the drawing

1 eine bekannte Sensor-Messchaltung, 1 a known sensor measuring circuit,

2 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung, 2 A first embodiment of the circuit according to the invention,

3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung, 3 A second embodiment of the circuit according to the invention,

4 das Strom-Vektordiagramm der Schaltung gemäß 2 oder 3 im Normalbetrieb, im überlasteten Betrieb sowie im Betrieb mit blockiertem Läufer ohne Phasenverlust, 4 the current vector diagram of the circuit according to 2 or 3 in normal operation, in overloaded operation as well as in operation with blocked rotor without phase loss,

5 das Strom-Vektordiagramm der Schaltung gemäß 2 oder 3 bei blockiertem Läufer mit Verlust von Phase 3, 5 the current vector diagram of the circuit according to 2 or 3 with blocked rotor with loss of phase 3,

6 das Strom-Vektordiagramm der Schaltung gemäß 2 oder 3 bei blockiertem Läufer mit Verlust von Phase 1 oder Phase 2. 6 the current vector diagram of the circuit according to 2 or 3 with blocked rotor with loss of phase 1 or phase 2.

Die erfindungsgemäße Sensor-Messschaltung gemäß 2 enthält einen einzigen als Stromwandler ausgebildeten Stromsensor 3, der mit zwei gegensinnig geführten Phasenleitungen L1, L2 verknüpft ist. Zu diesem Zweck enthält der Stromsensor 3 einen o-förmigen bzw. ringförmigen Messfühler, durch den die beiden Phasenleitungen L1, L2 gegensinnig hindurchgeführt sind.The sensor measuring circuit according to the invention 2 contains a single current sensor designed as a current transformer 3 , which is linked to two oppositely guided phase lines L 1 , L 2 . For this purpose, the current sensor contains 3 an O-shaped or annular sensor, through which the two phase lines L 1 , L 2 are passed in opposite directions.

Die Funktion der Sensor-Messschaltung gemäß 2 wird im Folgenden an Hand der in den 4 bis 6 dargestellten Strom-Vektordiagramme erläutert. Dabei gelten die nachstehenden Bezeichnungen:

i1(t), i2(t) und i3(t):
der in der jeweiligen Phasenleitung in Richtung zum Drehstromverbraucher (beispielsweise Motor) fließende Versorgungsstrom,
im(t):
der durch den Stromsensor erfasste Strom,
I1, I2 und I3:
die jeweilige Amplitude von i1(t), i2(t) und i3(t),
Im:
die Amplitude von im(t),
Ioverload:
die Amplitude von ii(t), i2(t) und i3(t) bei Überlastung,
ILR1:
die Amplitude von i1(t), i2(t) und i3(t) bei blockiertem Läufer ohne Phasenverlust (wobei die Phasenasymmetrie vernachlässigt ist),
ILR2:
die Amplitude von i1(t), i2(t) und i3(t) bei blockiertem Läufer mit Verlust einer Phase,
I ⇀x:
der Stromvektor von ix(t).
The function of the sensor measuring circuit according to 2 will be described in the following in the 4 to 6 illustrated current vector diagrams. The following terms apply:
i 1 (t), i 2 (t) and i 3 (t):
the supply current flowing in the respective phase line in the direction of the three-phase load (for example motor),
i m (t):
the current detected by the current sensor,
I 1 , I 2 and I 3 :
the respective amplitude of i 1 (t), i 2 (t) and i 3 (t),
I m :
the amplitude of i m (t),
I overload :
the amplitude of i i (t), i 2 (t) and i 3 (t) in case of overload,
I LR1 :
the amplitude of i 1 (t), i 2 (t) and i 3 (t) with blocked rotor without phase loss (the phase asymmetry being neglected),
I LR2 :
the amplitude of i 1 (t), i 2 (t) and i 3 (t) with blocked phase loss rotor,
I ⇀ x :
the current vector of i x (t).

In der Sensor-Messschaltung gemäß 2 ist der vom Stromsensor 3 als Differenz von zwei Phasenströmen erfasste Strom im(t): im(t) = i2(t) – i1(t) (1) In the sensor measuring circuit according to 2 is that of the current sensor 3 Current i m (t) detected as the difference of two phase currents: i m (t) = i 2 (t) - i 1 (t) (1)

Mittels Vektordiagramm (4 bis 6) lassen die Verhältnisse anschaulich ableiten: I ⇀m = I ⇀2 – I ⇀1 (2) By means of vector diagram ( 4 to 6 ) let the circumstances be clearly derived: I ⇀ m = I ⇀ 2 - I ⇀ 1 (2)

Im Normalbetrieb gilt gemäß (2) und 4: Im = √3I1 = √3I2 = √3I3 (3) In normal operation applies according to (2) and 4 : I m = √ 3 I 1 = √ 3 I 2 = √ 3 I 3 (3)

Im Fall einer Überlastung gilt: Im = √3Ioverload (4) In case of overload: I m = √ 3 I overload (4)

Bei blockiertem Läufer ohne Phasenverlust ergibt sich gemäß (2) und 4: Im = √3ILR1 (5) With blocked rotor without phase loss results according to (2) and 4 : I m = √ 3 I LR1 (5)

Bei blockiertem Läufer mit Verlust von Phase 3 ergibt sich gemäß (2) und 5: Im = √3ILR2 (6) With blocked rotor with loss of phase 3 results according to (2) and 5 : I m = √ 3 I LR2 (6)

Bei blockiertem Läufer mit Verlust von Phase 1 oder Phase 2 ergibt sich gemäß (2) und 6: Im = √3ILR3 (7) With a blocked rotor with loss of phase 1 or phase 2 results according to (2) and 6 : I m = √ 3 I LR3 (7)

Der Strom ILR1 und ILR2 bei blockiertem Läufer ist viel größer als der Strom I1, I2 oder I3 im Normalbetrieb, in der Regel beträgt er das 2- bis 8-Fache. Bei jedem blockierten Betrieb erfasst somit der Stromsensor gemäß 2 nach (5), (6) oder (7) einen deutlich höheren Strom als im Normalbetrieb. Der Stromsensor liefert daher im Falle eines solchen Überstromes ein entsprechendes Ausgangssignal an die angeschlossene Schutzvorrichtung.The current I LR1 and I LR2 with blocked rotor is much larger than the current I 1 , I 2 or I 3 in normal operation, it is usually 2- to 8-fold. For each blocked operation thus detects the current sensor according to 2 according to (5), (6) or (7) a significantly higher current than in normal operation. The current sensor therefore supplies in the case of such an overcurrent a corresponding output signal to the connected protection device.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 enthält die Sensor-Messchaltung wiederum einen einzigen Stromsensor 4. Er wird durch einen o-förmigen Messfühler in topologisch umgewandelter Form, vorzugsweise in ∞-Form gebildet, durch deren zwei Schleifenteile die beiden Phasenleitungen L1 und L2 gleichsinnig hindurchgeführt sind. Dies ermöglicht eine Stromdifferenzmessung bei gerader Führung der zu erfassenden Stromleitungen. Die Funktion der Sensor-Messschaltung gemäß 3 entspricht der bereits erläuterten Funktion der Schaltung nach 2.In the embodiment of the 3 In turn, the sensor sensing circuit includes a single current sensor 4 , It is formed by an O-shaped sensor in topologically transformed form, preferably in ∞-shape, through the two loop parts, the two phase lines L 1 and L 2 are passed in the same direction. This allows a current difference measurement with straight guidance of the power lines to be detected. The function of the sensor measuring circuit according to 3 corresponds to the already explained function of the circuit according to 2 ,

Im Rahmen der Erfindung bestehen verschiedene Möglichkeiten zur Realisierung der Sensor-Messschaltung. Wesentlich ist dabei, dass

  • • die Frequenz des Versorgungsstroms i1(t), i2(t) und i3(t) in dem vom Stromsensor erfassbaren Bereich liegt,
  • • der effektive Messbereich des Stromsensors die sich in (2) bis (6) ergebenden Stromwerte von Im einschließt und
  • • das Ausgangssignal des Stromsensors eine injektive Funktion des erfassten Stroms im(t) ist, wobei die Messgenauigkeit ausreichend hoch für eine eindeutige Unterscheidung zwischen Normalbetrieb nach (3) und Gefahrbetrieben nach (4), (5), (6) und (7) sein muss.
Within the scope of the invention, various possibilities exist for the realization of the sensor measuring circuit. It is essential that
  • The frequency of the supply current i 1 (t), i 2 (t) and i 3 (t) lies in the range detectable by the current sensor,
  • The effective measuring range of the current sensor includes the current values of I m resulting in (2) to (6) and
  • The output signal of the current sensor is an injective function of the detected current i m (t), the measurement accuracy being sufficiently high for a clear distinction between normal operation according to (3) and hazard operations according to (4), (5), (6) and (7 ) have to be.

Anhand der Ausgangsgröße des Stromsensors lässt sich eindeutig feststellen, in welchem Betrieb sich der überwachte Drehstromverbraucher (z. B. Motor) befindet. Die angeschlossene Schutzvorrichtung löst dann ein entsprechendes Signal aus.Based the output of the current sensor let yourself clearly establish in which operation the supervised Three-phase consumer (eg motor) is located. The connected Protection device triggers then a corresponding signal.

Claims (5)

Verfahren zum Überstromschutz eines Drehstromverbrauchers durch sensormäßige Stromüberwachung, gekennzeichnet durch die Verwendung eines einzigen Stromsensors zur Ermittlung der Differenz von zwei Phasenströmen.Method for overcurrent protection of a three-phase current consumer by sensor-based current monitoring, characterized by the use of a single current sensor for determining the difference between two phase currents. Sensor-Messschaltung zum Überstromschutz eines Drehstromverbrauchers, gekennzeichnet durch einen einzigen Stromsensor (3 bzw. 4) zur Ermittlung der Differenz von zwei Phasenströmen.Sensor measuring circuit for overcurrent protection of a three-phase current consumer, characterized by a single current sensor ( 3 respectively. 4 ) for determining the difference of two phase currents. Sensor-Messschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsensor (3) mit zwei gegensinnig geführten Phasenleitungen (L1, L2) verknüpft ist.Sensor measuring circuit according to claim 2, characterized in that the current sensor ( 3 ) is linked to two oppositely guided phase lines (L 1 , L 2 ). Sensor-Messschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsensor (3) einen vorzugsweise o-förmigen Messfühler enthält, durch den die zwei Phasenleitungen (L1, L2) gegensinnig hindurchgeführt sind.Sensor measuring circuit according to claim 3, characterized in that the current sensor ( 3 ) contains a preferably O-shaped sensor through which the two phase lines (L 1 , L 2 ) are passed in opposite directions. Sensor-Messschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsensor (4) einen o-förmigen Messfühler in topologisch umgewandelter Form, vorzugsweise in ∞-Form enthält, durch deren zwei Schleifenteile zwei Phasenleitungen (L1, L2) gleichsinnig hindurchgeführt sind.Sensor measuring circuit according to claim 2, characterized in that the current sensor ( 4 ) contains an O-shaped sensor in topologically converted form, preferably in ∞-form, through the two loop parts of two phase lines (L 1 , L 2 ) are passed in the same direction.
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WO1990010940A1 (en) * 1989-03-09 1990-09-20 SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT öSTERREICH Current transformer arrangement for three-wire three-phase systems, especially to detect the actual current for controlled dc consumers powered via current rectifiers

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