DE102018213060A1

DE102018213060A1 - Schutzschaltereinrichtung für eine elektrische Maschine und Verwendung einer derartigen Schutzschaltereinrichtung

Info

Publication number: DE102018213060A1
Application number: DE102018213060.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hilker; Lutz-Rüdiger Jänicke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2018-08-03
Filing date: 2018-08-03
Publication date: 2020-02-06
Also published as: WO2020025241A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltereinrichtung (14) für eine elektrische Maschine (12), insbesondere eine ein- oder mehrphasige elektrische Maschine, mit einer Leistungsschaltvorrichtung (16) und mit einem Überwachungssystem (18) zur Überwachung mindestens eines Betriebsparameters der elektrischen Maschine (12) und zur Ansteuerung der Leistungsschaltvorrichtung (16) in Abhängigkeit von dem mindestens einen Betriebsparameter. Es ist vorgesehen, dass der Betriebsparameter oder zumindest einer der Betriebsparameter eine Betriebsdauer der elektrischen Maschine (12) ist.Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung einer der artigen Schutzschaltereinrichtung (14) zum Beschalten einer elektrischen Maschine (12).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltereinrichtung für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, mit einer Leistungsschaltvorrichtung und mit einem Überwachungssystem zur Überwachung mindestens eines Betriebsparameters der elektrischen Maschine und zur Ansteuerung der Leistungsschaltvorrichtung in Abhängigkeit des mindestens einen Betriebsparameters.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung einer der artigen Schutzschaltereinrichtung.
Schutzschaltereinrichtungen für mehrphasige elektrische Maschinen sind beispielsweise als Motorschutzschalter für Elektromotoren bekannt. Der Motorschutzschalter überwacht den Betriebsstrom des Elektromotors als Betriebsparameter und schaltet den Elektromotor bei Überschreiten eines Maximalwerts mittels seiner Leistungsschaltvorrichtung stromlos.
Eine ähnliche Motorschutzschalteranordnung ist aus der Druckschrift DE 199 24 413 A1 bekannt. Diese Motorschutzschalteranordnung überwacht die Betriebstemperatur des Elektromotors als Betriebsparameter und schaltet den Elektromotor bei Überschreiten eines Maximalwerts mittels ihrer Leistungsschaltanordnung stromlos.
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen anzugeben, durch die das Anwendungsspektrum einer solchen Schutzschaltereinrichtung erweitert wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Schutzschaltereinrichtung für eine elektrische Maschine mit einer Leistungsschaltvorrichtung und mit einem Überwachungssystem zur Überwachung mindestens eines Betriebsparameters der elektrischen Maschine und zur Ansteuerung der Leistungsschaltvorrichtung in Abhängigkeit von dem mindestens einen Betriebsparameter, ist vorgesehen, dass der Betriebsparameter oder zumindest einer der Betriebsparameter eine Betriebsdauer der elektrischen Maschine ist.
Die Schutzschaltereinrichtung überwacht die Betriebsdauer der elektrischen Maschine als Betriebsparameter und schaltet diese im Einfachsten Fall bei Überschreiten eines Maximalwerts mittels ihrer Leistungsschaltvorrichtung stromlos. Auf diese Weise kann die Schutzschaltereinrichtung zur Begrenzung der Betriebsdauer der elektrischen Maschine genutzt werden.
Unter der Betriebsdauer der elektrischen Maschine ist insbesondere eine Stromflussdauer eines für den aktiven Betrieb der elektrischen Maschine üblicherweise benötigten Betriebsstromes zu verstehen.
Die elektrische Maschine kann ein Elektromotor, ein Generator oder ein Motorgenerator sein. Bevorzugt ist die elektrische Maschine eine ein- oder mehrphasige elektrische Maschine, beispielsweise ein Drehstrommotor. Die elektrische Maschine kann in einer elektrischen Anlage oder in einem elektrischen Gerät verbaut sein.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Leistungsschaltvorrichtung als Trennschaltvorrichtung zum Trennen zumindest einer Stromverbindung ausgebildet ist. Bei einer Trennschaltvorrichtung ist lediglich das Trennen eines Stromflusses aufgrund eines entsprechenden Eingangssignals vorgesehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Überwachungssystem eingerichtet ist, die Leistungsschaltvorrichtung bei Überschreiten einer vorgebbaren maximalen Betriebsdauer der elektrischen Maschine anzusteuern. Die Schutzschaltereinrichtung weist daher zumeist eine Schnittstelle zur Eingabe einer maximalen Betriebsdauer auf. Unter einer Schnittstelle ist unter anderem auch eine Benutzerschnittstelle (HMI: Human-Machine-Interface) zu verstehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Überwachungssystem eingerichtet, die Betriebsdauer der elektrischen Maschine über die Dauer eines Stromflusses zur Bestromung der elektrischen Maschine zu bestimmen.
Mit Vorteil weist das Überwachungssystem zur Ermittlung der Dauer des Stromflusses zur Bestromung der elektrischen Maschine zumindest eine Strommesseinrichtung, insbesondere eine Strommesseinrichtung pro Phase, auf.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein anderer der Betriebsparameter eine Betriebstemperatur und/oder ein Betriebsstrom der elektrischen Maschine ist.
Schließlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Schutzschaltereinrichtung zumindest ein Anschlusselement zum Anschluss an ein Trag- und/oder Sammelschienensystem aufweist. Derartige Anschlussmöglichkeiten sind für Schutzschaltereinrichtungen wie Motorschutzschalter durchaus üblich.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung einer Schutzschaltereinrichtung zum Beschalten einer elektrischen Maschine ist vorgesehen, dass zum Beschalten der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von einer Betriebsdauer der elektrischen Maschine eine vorstehend genannte Schutzschaltereinrichtung verwendet wird.
Diese erfindungsgemäße Verwendung einer Schutzschaltereinrichtung entspricht einem Verfahren zum Beschalten einer elektrischen Maschine in Abhängigkeit von einer Betriebsdauer der elektrischen Maschine, bei dem das Beschalten mittels einer vorstehend genannte Schutzschaltereinrichtung erfolgt.
Die im Zusammenhang mit der Schutzschaltereinrichtung genannten Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich analog auch für deren Verwendung.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Überwachungssystem die Leistungsschaltvorrichtung bei Überschreiten einer vorgebbaren Betriebsdauer ansteuert.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die angesteuerte Leistungsschaltvorrichtung zumindest eine Stromverbindung zur Versorgung der elektrischen Maschine mit elektrischer Energie trennt.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt die

1 eine Schematische Darstellung einer elektrischen Maschine und einer daran angeschlossenen Schutzschaltereinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Die 1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einer als Elektromotor 10 ausgebildeten dreiphasigen elektrischen Maschine 12 und einer daran angeschlossenen Schutzschaltereinrichtung 14 für diese elektrische Maschine 12. Die hier im Zusammenhang mit einem Elektromotor 10 verwendete Schutzschaltereinrichtung 14 kann dabei als Motorschutzschalter aufgefasst werden.
Die Schutzschaltereinrichtung 14 weist als ihre beiden funktionalen Hauptkomponenten eine Leistungsschaltvorrichtung 16 und ein Überwachungssystem 18 zur Überwachung von einem oder mehreren Betriebsparametern der elektrischen Maschine 12 und zur Ansteuerung der Leistungsschaltvorrichtung 16 in Abhängigkeit von diesem/diesen Betriebsparameter(n) auf.
Dazu ist die Schutzschaltereinrichtung 14 in dem Stromversorgungssystem 20 der elektrischen Maschine 12 verschaltet. Dieses Stromversorgungssystem 20 besteht aus einem (nicht gezeigten) Netz, davon abgehende Stromverbindungen 22, 24, 26, die zu der elektrischen Maschine 12 führen, und der in den Stromverbindungen 22, 24, 26 verschalteten Schutzschaltereinrichtung 14. Die Stromverbindungen 22, 24, 26 zur Versorgung der elektrischen Maschine 12 mit elektrischer Energie sind als Leitungspfade ausgebildet.
Bei der hier im Beispiel der 1 gezeigten elektrischen Maschine 12 handelt es sich um eine dreiphasige elektrische Maschine 12, also eine Drehstrommaschine. Dementsprechend ist das Netz ein Drehstromnetz und es gibt drei durch Leitungspfade gebildete Stromverbindungen 22, 24, 26 mit entsprechender Phase u, v, w sowie optional weitere (nicht gezeigte) Leitungen wie etwa eine PE-Leitung, etc.
Die Leistungsschaltvorrichtung 16 umfasst pro Phase bzw. Stromverbindung 22, 24, 26 je einen Leistungsschalter 28 und ist als Trennschaltvorrichtung 30 zum Trennen der Stromverbindungen 22, 24, 26 über die drei Leitungspfade ausgebildet.
Im hier gezeigten Beispiel überwacht das Überwachungssystem 18 zwei Betriebsparameter: die Betriebsströme sowie die Betriebsdauer der elektrischen Maschine 12. Denkbar wäre selbstverständlich auch eine Überwachung von weiteren Betriebsparametern der elektrischen Maschine 12, wie etwa der Betriebstemperatur. Dies könnte ähnlich wie bei der in der eingangs erwähnten Druckschrift DE 199 24 413 A1 beschriebenen Schutzschaltereinrichtung 14 mittels eines in oder an der elektrischen Maschine 12 verbauten Temperaturfühlers erfolgen.
Die Überwachung des Betriebsstroms durch das Überwachungssystem 18 erfolgt entweder thermisch-mechanisch (in der Regel über ein Bimetall), thermisch-elektrisch (In der Regel über ein PTC-Element) oder elektronisch über eine Strommessung. Im vorliegenden Fall erfolgt sie elektronisch über eine Strommessung.
Die Überwachung der Betriebsdauer durch das Überwachungssystem 18 erfolgt elektronisch über eine Strommessung und eine Zeiterfassung der Dauer eines als aktiver Betriebsstrom erkannten Stromes, also eines Stromes, der in der Regel mit einer Drehbewegung der elektrischen Maschine verknüpft ist. Die dafür zuständige funktionale Einheit des Überwachungssystems 18 kann als eine Art Betriebsstundenzähler aufgefasst werden.
Eine Zeit- oder Frequenzvorgabe der Zeiterfassung kann auf der Frequenz des Wechselstromes oder einem separaten zeitgebenden Element, wie etwa einem Schwingquarz, beruhen.
Das Überwachungssystem 18 weist zur Ermittlung der Größe und der Dauer des Stromflusses zur Bestromung der elektrischen Maschine 12 pro Phase je eine Strommesseinrichtung 32 auf. Bei dem hier vorliegenden dreiphasigen System sind dies also drei Strommesseinrichtungen 32.
Die Schutzschaltereinrichtung 14 weist weiterhin eine Schnittstelle 34 zur Eingabe einer maximalen Betriebsdauer auf. Die Schnittstelle 34 ist beispielsweise eine Benutzerschnittstelle wie etwa ein DIP-Schalter. Der Eingabewert, also der Wert der vorgegebenen maximalen Betriebsdauer, wird an das Überwachungssystem 18 übertragen, welches eingerichtet ist, die Leistungsschaltvorrichtung 16 bei Überschreiten der so vorgegebenen maximalen Betriebsdauer der elektrischen Maschine 12 so anzusteuern, dass diese die Stromverbindungen 22, 24, 26 trennt.
Im Folgenden sollen wichtige Aspekte der Erfindung noch einmal mit anderen Worten beschrieben werden:
Thermische Überlastungen von elektrischen Maschinen können durch extreme Ströme oder aber durch normale Betriebsströme bei hohen Belastungsdauern entstehen. Aktuelle Standard-Schutzschaltereinrichtungen 14 schützen aber nur vor zu hohen Strömen.
Die ‚normale‘ Laufzeit einer elektrischem Maschine 12 in einem technischen Gerät wird bei der Typ- oder Stückprüfung des Gerätes ermittelt. Dieser Wert, gegebenenfalls mit einem Aufschlag, wird an der Schutzschaltereinrichtung 14 eingestellt. Die Schutzschaltereinrichtung 14 unterbricht den Stromkreis nach Ablauf der eingestellt Stromflussdauer und schützt so die elektrische Maschine 12 sollte die geräteseitige Absteuerung nicht innerhalb des Zeitintervalls erfolgen.
Bezugszeichenliste

10: Elektromotor
12: elektrische Maschine
14: Schutzschaltereinrichtung
16: Leistungsschaltvorrichtung
18: Überwachungssystem
20: Stromversorgungssystem
22: Stromverbindung
24: Stromverbindung
26: Stromverbindung
28: Leistungsschalter
30: Trennschaltvorrichtung
32: Strommesseinrichtung
34: Schnittstelle
u: Phase
v: Phase
w: Phase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19924413 A1 [0004, 0028]

Claims

Schutzschaltereinrichtung (14) für eine elektrische Maschine (12), insbesondere eine ein- oder mehrphasige elektrische Maschine, mit einer Leistungsschaltvorrichtung (16) und mit einem Überwachungssystem (18) zur Überwachung mindestens eines Betriebsparameters der elektrischen Maschine (12) und zur Ansteuerung der Leistungsschaltvorrichtung (16) in Abhängigkeit von dem mindestens einen Betriebsparameter, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter oder zumindest einer der Betriebsparameter eine Betriebsdauer der elektrischen Maschine (12) ist.
Schutzschaltereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsschaltvorrichtung (16) als Trennschaltvorrichtung (30) zum Trennen zumindest einer Stromverbindung (22, 24, 26) ausgebildet ist.
Schutzschaltereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungssystem (18) eingerichtet ist, die Leistungsschaltvorrichtung (16) bei Überschreiten einer vorgebbaren maximalen Betriebsdauer anzusteuern.
Schutzschaltereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungssystem (18) eingerichtet ist, die Betriebsdauer der elektrischen Maschine (12) über die Dauer eines Stromflusses zur Bestromung der elektrischen Maschine (12) zu bestimmen.
Schutzschaltereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungssystem (18) zur Ermittlung der Dauer des Stromflusses zur Bestromung der elektrischen Maschine (12) zumindest eine Strommesseinrichtung (32), insbesondere eine Strommesseinrichtung (32) pro Phase (u, v, w), aufweist.
Schutzschaltereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein anderer der Betriebsparameter eine Betriebstemperatur und/oder ein Betriebsstrom der elektrischen Maschine (12) ist.
Schutzschaltereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch zumindest ein Anschlusselement zum Anschluss an ein Trag- und/oder Sammelschienensystem.
Verwendung einer Schutzschaltereinrichtung (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Beschalten einer elektrischen Maschine (12), insbesondere einer ein- oder mehrphasigen elektrischen Maschine (12), in Abhängigkeit von einer Betriebsdauer der elektrischen Maschine (12).
Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungssystem (18) die Leistungsschaltvorrichtung (16) bei Überschreiten einer vorgebbaren Betriebsdauer ansteuert.
Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die angesteuerte Leistungsschaltvorrichtung (12) zumindest eine Stromverbindung (22, 24, 26) zur Versorgung der elektrischen Maschine (12) mit elektrischer Energie trennt.