DE10305368A1 - Elektrische Maschine mit Temperaturüberwachung - Google Patents
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Abstract
Um eine zeitnahe Temperaturerfassung der relevanten Komponenten einer elektrischen Maschine (1) zu erhalten, um auch bei hochdynamischem Betrieb die elektrische Maschine (1) bis an ihre Leistungsgrenze belasten zu können, wird die Temperatur der einzelnen Komponenten über Temperaturstrahlungssensoren (2) berührungslos erfasst und/der gemessen.
Description
- Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit mehreren Komponenten, wie Stator, Rotor, Wicklungen, Lageranordnungen, die betriebsbedingt temperaturüberwacht sind, wobei diese Komponenten Temperaturfühler aufweisen, die die absoluten Temperaturen erfassen.
- Um elektrische Maschine an ihre Leistungsgrenze zu betreiben, ist die Überwachung der Temperatur verschiedener Komponente einer elektrischen Maschine, wie z.B. der Statoren, der Rotoren und der Wicklungen oder Lageranordnungen unabdingbar. Insbesondere ist dabei die maximal zulässige Wicklungstemperatur für die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine maßgebend. Ein Überschreiten einer vorgegebenen zulässigen Wicklungstemperatur führt gegebenenfalls zur Zerstörung der elektrischen Maschine.
- Bisher wurde bei derartigen elektrischen Maschinen die Temperatur über in einen Wickelkopf eingebrachte Temperaturfühler erfasst. Diese Temperaturerfassung hat folgende Nachteile. Eine thermische Ankopplung des Sensors hat direkten Einfluss auf die Qualität des Messwerts und, da der Temperaturfühler eine vorgebbare Masse hat, besitzt er ebenso eine thermische Zeitkonstante, die bewirkt, dass der Messwert mit dem realen Temperaturwert der Wicklung nicht korreliert. Außerdem ist eine zusätzliche elektrische Isolierung des Temperaturfühlers notwendig, die aber wiederum die Zeitkonstante erhöht und somit auch die thermische Ankopplung verschlechtert.
- Aus der
DD 222 116 A1 - Aus der
DE 22 42 243 ist ebenso ein Verfahren zur Kontrolle der Montagequalität des aktiven Ständereisens elektrischer Maschinen, wie z.B. Turbogeneratoren bekannt, das während des Herstellungsprozesses der elektrischen Maschine eingesetzt wird. - Die bekannten Verfahren betreffen hauptsächlich Verfahren während der Montage und sind für betriebsmäßige Überwachungen nicht geeignet.
- Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine zu schaffen, die mit der vergleichbaren einfachen Mitteln eine exakte zeitnahe Temperaturüberwachung gewährleistet und so die elektrische Maschine bis an ihrer Leistungsgrenze auch bei hochdynamischen Betrieb belastbar ist.
- Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt dadurch, dass die Temperaturfühler Temperaturstrahlsensoren sind, die wie abgestrahlte Wärme berührungslos befassen oder messen.
- Zur Ermittlung und Erfassung der Wärmestrahlung wird innerhalb der elektrischen Maschine ein Sensor, insbesondere ein Infrarotsensor angebracht, derart, dass er die Strahlung der Komponenten wie Stator, Rotor, Wicklung und Lageranordnungen detektieren kann. Dies führt zu einer Echtzeiterfassung der Temperatur der jeweiligen Komponenten, insbesondere der Wicklungen. Damit kann insbesondere bei hochdynamischen Betrieb der elektrischen maschine die Wicklung vor Überhitzung geschützt werden.
- Ein derartiger hochdynamischer betrieb tritt insbesondere bei Werkzeugmaschinen auf. Es können somit die elektrischen Maschinen optimal bis an ihre Leistungsgrenze ausgenutzt werden.
- Vorteilhafterweise ist damit eine Datenübertragung von rotierenden Teilen, wie z.B. einem Rotor oder von unter Spannung stehenden Teilen in einfacher Art und Weise möglich.
- Durch geeignete Auswertevorrichtungen an der Maschine oder in einem Leitstand, wird durch die erfassten Temperaturen ein thermographisches Abbild der Maschine erstellt. Damit lassen sich thermische Schwachstellen der Maschine feststellen und gegebenenfalls ausmerzen.
- In einer vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung reagiert bei Übertemperaturen die Auswerteeinrichtung derart, dass gewisse Kühlsysteme aktiviert bzw. sofern möglich, Drehzahlen der Motoren reduziert werden.
- Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert.
-
1 zeigt den Längsschnitt einer beispielhaft dargestellten elektrischen Maschine1 mit einem Stator6 , der in im wesentlichen axial nicht näher dargestellten Nuten eine Wicklung5 aufweist, wobei die Wicklung5 an den Stirnseiten des Blechpaketes des Stators6 Wickelköpfe3 aufweist. Der Rotor7 befindet sich auf einer Welle9 und ist an beiden Seiten durch geeignete Lageranordnungen8 abgestützt. - Im Gehäuse der elektrischen Maschine
1 befinden sich an vorgegebenen Punkten Infrarotsensoren2 , die mit einer Auswertevorrichtung4 verbunden sind. Die Auswertevorrichtung4 kann einen Lüfter10 ansteuern, wenn vorgebbare Temperaturschwel len der Komponenten wie Wickelkopf3 , Stator6 , Wicklung5 , Rotor7 und Lageranordnung8 überschritten werden. - Des Weiteren hat die Auswertevorrichtung
4 vorteilhafterweise auch Zugriff auf den nicht näher dargestellten Leistungsteil der elektrischen Maschine1 und kann somit die Drehzahl beeinflussen und gegebenenfalls die elektrische Maschine1 aus ihrem Maximalbetrieb herausführen. - Durch den Einsatz der Infrarotsensoren
2 sind gegenüber vergleichbaren Systemen keine thermischen Zeitkonstanten aufgrund der Masse von z.B. an dem Wickelkopf3 anzubringenden Temperaturfühlern zu berücksichtigen, des Weiteren ist dabei auch keine elektrische Isolierung des Fühlers zu beachten. Demzufolge sind die Zeitkonstanten der Infrarotsensoren2 wesentlich kürzer und es kann insbesondere bei hochdynamischen Betrieb der elektrischen Maschine1 ein exaktes thermisches Abbild der elektrischen Maschine1 geschaffen werden. Damit kann die elektrische Maschine1 bis an ihre Leistungsgrenzen ausgenutzt werden.
Claims (5)
- Elektrische Maschine (
1 ) mit mehreren Komponenten, wie Stator (6 ), Rotor (7 ), Wicklungen (5 ), Lageranordnungen (8 ), die betriebsbedingt temperaturüberwacht sind, wobei diese Komponenten Temperaturfühlern aufweisen, die die absoluten Temperaturen erfassen, dadurch gekennzeich net, dass die Temperaturfühler Temperaturstrahlungssensoren (2 ) sind, die die abgestrahlte Wärme berührungslos erfassen und/oder messen. - Elektrische Maschine (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die berührungslose Temperaturmessung bei rotierenden und/oder unter elektrischer Spannung stehenden Komponenten durchführbar ist. - Elektrische Maschine (
1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die berührungslose Temperaturmessung mittels eines Infrarot-Messsystems (2 ,4 ) durchführbar ist. - Elektrische Maschine (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Temperaturfühler derart innerhalb der elektrischen Maschine (1 ) angeordnet ist/sind, dass sich über eine geeignete Auswertevorrichtung (4 ) zu vorgebbaren Zeitpunkten ein thermographisches Abbild der elektrischen Maschine (1 ) erstellen lässt. - Elektrische Maschine (
1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass über die Auswertevorrichtung (4 ) Betriebsparameter, wie Drehzahl der elektrischen Maschine (8 ), Drehzahl von Lüftern (10 ) etc. beeinflussbar sind.
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