DE1056261B - Einrichtung zur betrieblichen UEberwachung der Luefterkuehlung von insbesondere elektrischen Geraeten und Anlagen - Google Patents

Einrichtung zur betrieblichen UEberwachung der Luefterkuehlung von insbesondere elektrischen Geraeten und Anlagen

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DE1056261B
DE1056261B DES56596A DES0056596A DE1056261B DE 1056261 B DE1056261 B DE 1056261B DE S56596 A DES56596 A DE S56596A DE S0056596 A DES0056596 A DE S0056596A DE 1056261 B DE1056261 B DE 1056261B
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DE
Germany
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thermistor
bridge
cooling
monitoring device
rectifier
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DES56596A
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Inventor
Dipl-Ing Fritz Schiener
Werner Scholz
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343Testing dynamo-electric machines in operation

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Description

  • Einrichtung zur betrieblichen Uberwachung der Lüfterkühlung von insbesondere elektrischen Geräten und Anlagen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur betrieblichen Überwachung von Lüftern mittels Heißleitern für insbesondere elektrische Geräte und Anlagen mit hoher Eigenerwärmung.
  • Elektrische Anlagen, bei denen die Wärmeableitung infolge Eigenerwärmung durch Strahlung und Konvektion nicht ausreicht, müssen mit zusätzlichen Kühleinrichtungen, z. B. Lüftern, ausgerüstet werden, die für eine ausreichende Luftzirkulation zur Wärmeabfuhr sorgen. Es ist verständlich, daß eine solche Lüftereinrichtung eine Überwachung erfordert, die die elektrische Anlage vor unzulässiger übertemperatur bei Versagen derselben schützt. Eine derartige Überwachungseinrichtung kann beispielsweise aus einem geheizten Thermokontakt bestehen, der im Stromkreis einer Schaltvorrichtung liegt und im Luftstrom eines Lüfters gekühlt wird. Der Thermokontakt unterbricht den Stromkreis der Schalteinrichtung, sobald seine Temperatur infolge Eigenerwärmung bei nicht ausreichender Kühlung zu groß wird. Nachteilig bei dieser Überwachungseinrichtung sind sowohl die zeitliche Inkonstanz als auch die große Ansprechunsicherheit des Thermokontaktes. Die Ansprechunsicherheit wird weiter erhöht durch die Gefahr der Verschmutzung der Kentakte durch Staubanlagerung. Die relativ großen Abmessungen der Thermokontaktfedern können außerdem zu konstruktiven Schwierigkeiten führen und haben einen Strömungsverlust des Luftstromes zur Folge; Eine andere Überwachungseinrichtung sieht Fahnen oder Klappen vor, die im. Luftstrom bewegt werden. Diese Fahnen oder Klappen steuern ebenfalls in Schaltkreisen liegende Kontakte, über welche bie zu geringem Kühlluftstrom die gefährdete Anlage abgeschaltet wird. Nachteilig wirkt sich auch hier -der unvermeidliche Strömungsverlust aus. Außerdem hat die Praxis gezeigt, daß die Verschmutzung der sich im Luftstrom befindlichen Fahnen oder Klappen durch Staubanlagerung leicht zu einem völligen Versagen der Überwachungseinrichtung führen kann.
  • Bekannt sind auch Temperaturüber wachungseinrichtungen, bei denen ;die Regeleigenschaften eines als Temperaturfühler verwendeten Heißleiters zur Steuerung einer elektrischen Schalteinrichtung verwendet sind. Der Heißleiter, -der in -gut wärmeleitender Verbindung mit einem wärmeabgebenden Bauteil des zu überwachenden Gerätes steht, bildet einen Brückenzweig einer Wheatstoneschen Brücke, in deren einer Diagonale eine Spannungsquelle und in deren anderer Diagonale die Arbeitswicklung einer Schalteinrichtung angeordnet ist. Die temperaturabhängige Widerstandsänderung des Heiß-leiters wird in der Brückenschaltung zur Steuerung des die Arbeitswicklung der Schalteinrichtung durchfließen- den Stromes in der Weise ausgenutzt, daß bei unzulässiger Erwärmung die Schalteinrichtung anspricht und die gefährdete Anlage abschaltet. Hier bringt die notwendigerweise gute wärmeleitende Verbindung des Heißleiters mit dem wärmeabgebenden Bauteil konstruktive Schwierigkeiten mit sich weam das Bauteil, z.B. der Kühlkopf einer Scheibentriode, auf einem hohen Spannungspotential liegt. Eine Anbringung des Heißleiters macht dann- besondere Iso lierungsmaßnahmen notwendig, die ihrerseits eine gute wärmeleitende Verbindung zwischen dem wärmeabgebenden Bauteil und dem Heißleiter in Frage stellen. Der wesentliche Nachteil dieser Überwachungseinrichtung besteht jedoch darin, daß die Ansprechunsicherheit der Schaltungseinrichtung voll eingeht. Ihre Brauchbarkeit zum Putz vorn Anlagen mit thermisch hochempfindlichen Bauteilen setzt daher die Verwendung teurer Schaltrelais mit vernachlässigbaren Ansprechfoleranzen voraus. Eine echte Verbesse@ung der Betriebssicherheit ist aber auch dann nicht gegeben, weil die Störanfälligkeit derartiger Szhaltreials bekanntlich relativ groß ist.
  • Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungseinrichtung der einleitend beschriebenen Art gerade hinsichtlich der geschilderten ängei und Nachteile mit einfachen Mitteln wesentlich zu verbessern.
  • Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein im Luftstrom des Lüfters gekühlter, sich selbst aufheizender Heißleiter in Reihe mit der Arbeitswicklung einer Schalteinrichtung geschaltet ist und mit dieser zusammen einen der vier Zweige einer Brückenschaltung bildet, in deren einer Diagonale eine die Brücke speisende Spannungsquelle angeordnet ist, und daß die Brücke hinsichtlich der Widerstände ihrer einzelnen Zweige, unter Berücksichtigung der Polung des Gleichrichters, derart bemessen ist, daß der Gleichrichter beim Normalfall entspfechender Kühlung des Heißleiters gesperrt und bei dessen unzureichender Kühlung leitend ist.
  • Die Anordnung der Reihenschaltung eines Heißleiters mit der Arbeitswicklung einer Schalteinrichtung in einer Brückenschaltung, in deren einer Diagonale ein Gleichrichter angeordnet ist, der bei dem Normalfall entsprechender Kühlung des Heiß leiters gesperrt und bei dessen unzureichender Kühlung leitend ist, ermöglicht es, die Ansprechunsicherheit der Schalteinrichtung zu eliminieren. Die Sohalteinrichtung spricht an, sobald der Gleichrichter leitend wird, da die Änderung des die Arbeitswicklung der Schalteinrichtung und den Heißleiter durchfließenden Stromes bei Einsatz des Gleichrichterstromes so groß ist, daß sie ein sicheres Ansprechen der Schalteinrichtung gewährleistet.
  • Der Heißleiter, der infolge seiner kleinen Masse eine geringe thermische Trägheit besitzt, hat schlecht wärmeableitende Ansohlüsse, so. daß seine Eigenerwärmung bei Stromdurchfluß im wesentlichen von der Strömungsgeschwindigkeit des ihn umgeben den Luftstromes abhängt. Bei seinen kleinen Abmessungen kann er leicht an irgendeiner Stelle im. Luftstrom angeordnet werden und verursacht praktisch keinen Strömungsverlust. Die Vermeidung von Kontakten oder mechanisch bewegten Teilen beseitigt ferner die Gefahr eines Versagens der tSberwachungseinrichtung infolge Verschmutzung durch Staub anlagerung.
  • An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieis wird die Erfindung im. folgenden näher erläutert. Die Überwachungseinrichtung besteht nach Fig. 1 aus einer Brückenschaltung, an deren einer Brückendiagonale die Spannung U anliegt und in deren anderer Brückendiagonale ein Gleichrichter GL angeordnet ist. Die linke Brückenhälfte wird vom Potentiometer R1 gebildet, dessen Schleiferstellung das Teilerverhältnis der so realisierten beiden Zweige dieser Brückenhälfte bestimmt, während die rechte Brückenhälfte in ihrem oberen Zweig einen variablen Widerstand R2 enthält und der untere Brückenzweig sich aus dem Heißleiter HL in Relhe mit der Wicklung eines Schaltrelais rls zusammensetzt. Der vom Strom. J durchflossene, sich selbst aufheizende Heißleiter wird im Luftstrom eines Lüfters gekühlt. Das bei normalem Betrieb sich einstellende thermische Gleichgewicht des Heißleiters und das dadurch sich einstellende elektrische Gleichgewicht der Brücke ergibt eine Spannung UB am Gleichrichter GL, die so gepolt ist, daß derselbe gesperrt ist. Für diesen. Betriebsfall kann ein äquivalentes Ersatzschaltbild gemäß Fig. 2 angegeben werden. Die Schaltung vereinfacht sich demnach auf einen Vorwiderstand RN, der in Reihe mit dem Heißleiter HL und der Wicklung des Schaltrelais rls an der Spannung U' liegt, deren Betrag gleich der die Brückenschaltung speisenden Spannung U ist. Erhöht sich die Eigentemperatur des Heißleiters infolge ungenügender Strömungsgeschwindigkeit des Luftstromes, so verschiebt sich das elektrische Gleichgewicht der Brücke derart, daß sich die am Gleichrichter GL liegende Spannung UB umpolt und derselbe dadurch leitend wird.
  • Auch für diesen Betriebsfall läßt sich ein äquivalentes Ersatzschaltbild gemäß Fig. 3 angeben, in welchem die Reihenschaltung des Heiß leiters HL mit der Wicklung des Schaltrelais rls über einen Vorwiderstand rn von einer Spannung U" gespeist wird, die allerdings jetzt um einen konstanten. Faktor geringer ist als die die Brückenschaltung speisende Spannung U. Schlägt man den Kupferwiderstand der Windung des Schaltrelais rls dem Vorwiderstand RN bzw. r, zu, so kann die Brückenschaltung gemäß Fig. 1 als eine Reihenschaltung des Heiß leiters HL mit der widerstandslos gedachten Wicldung des Schaltrelais rls in Reihe mit einem nichtlinearen Vorwiderstand interpretiert werden, dessen Stromspann,ungskennlinie sich aus zwei linearen Teilbereichen RN und rn zusammensetzt. Gemäß den Ersatzschaltbildern der Fig. 2 und 3 ist die Stromspannungskenalinie dieses nichtlinearen Vorwiderstandes in das 5 tromspannungskennlini enf eid des Heißleiterwiderstandes der Fig. 4 für verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten W, aber konstante Temperatur tl des kühlenden Luftstro,mes eingetragen.
  • Das Kennlimenfeid enthält außerdem noch die Kennlinie des Heißleiterwiderstandes für völligen. Ausfall des Lüfters (Strömungsgeschwindigkeit W=0). Die abweichende Form dieser Kennlinie weist im unteren Strombereich eine ausgeprägte Spitze auf, die ihre Ursache in der bei Fortfall des warmen Luftstromes niedrigeren Umgebungstemperatur t2 des Heiß leiters hat. Der Ansprecheinsatzpunkt der Überwachungseinrichtung ist durch diejenige Strömungsgeschwindigkeit W gegeben, deren dadurch gekennzeichnete Kennlinie des Heißleiterwiderstandes den durch die Spannung U0 und den Strom J0 gekennzeichneten Knick der Kennlinie des nichtlinearen Vorwiderstandes gerade berührt. Gemäß Fig. 4 bewirkt ein leichtes Absinken der Stromspannungskennlinie WS des Heißleiterwiderstandes infolge einer Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit W des Luftstromes ein starkes Anwachsen des Stromes J über den Toleranzbereich J-J2 des Ansprechstromwertes der Schaiteinrichtung hinaus. Somit ist trotz eines größeren Toleranzbereichs für den Ansprechstrom des Schaltrelais jederzeit ein sicheres Ansprechen gewährleistet, sobald infolge eines Versagens der Kühleinrichtung der Stromwert J0 auch nur um einen kleinen Betrag überschritten wird. Die Tatsache, daß die Temperatur des Heißleiters nicht allein von der Strömungsgeschwindigkeit des kühlenden. Luftstromes, sondern auch in geringem Maße von dessen Temperatur abhängt, verbessert nur das kühlwertrichtige Ansprechen der Überwachungseinrichtung, da bei Temperaturen größer t1 die Abschalteinrichtung bereits bei einer Strömungsgeschwindigkeit W> W3 des Luftstromes anspricht, während bei Temperaturen kleiner t1 die Abschaltung der gefährdeten Anlage gegen Strömungsgeschwindigkeiten W W3 verzögert wird. Um die erwachungseinrichtung den jeweiligen Betriebsverhältnissen anpassen zu können, kann mittels des Potentiometers R1 und des variablen Widerstandes Re gemäß Fig. 1 der Knick der Kennlinie des nichtlinearen Vorwiderstandes im Kennlinienfeld der Fig. 4 verschoben werden. Durch Änderung der Schleiferstellung des Potentiometers R1 kante der Knick längs der Neigung des Kennlinienteils RN verschoben werden. Da die Größe des Widerstandes rn nur wenig von der Schleiferstellung des Potentiometers R1 abhängt, erfährt dabei der diesen Widerstand darstellende Kennlinienteil praktisch eine Parallelverschiebung zu sich selbst. Durch Änderung des Wirkanteils des Widerstandes R2 kann außerdem eine Verschiebung des Knicks längs der Neigung des Kennlinienteils rn vorgenommen werden.
  • Für die Bemessung der Schaltung ist es wichtig, daß der lineare Kennlinienteil RN des nichtlinearen Vorwiderstandes nicht die Vorderflanke der Kennlinie W= 0 des Heißleiterwiderstandes schneidet, da dieser Schnittpunkt die Betriebssicherheit der Überwachungseinrichtung nicht in allen Fällen garantiert.

Claims (3)

  1. Tritt nämlich beispielsweise ein Lüfterausfall bereits beim Einschalten der zu kühlenden Anlage auf, so stellt sich das elektrische Gleichgewicht entsprechend diesem Schnittpunkt ein und macht ein Ansprechen der Überwachungseinrichtung unmöglich. Außerdem darf der Knick der Kennlinie des nichtlinearen Vorwiderstandes nach Fig. 4 nicht so weit nach rechts verschoben werden, daß der den Knick kennzeichnende Stromwert J0 in die Größenordnung des Anspruch stromwertes der Schalteinrichtung kommt, da sonst ein einwandfreies Ansprechen der Uberwachungseinrichtung nicht mehr gewährleistet ist.
    Sofern die die Brücke nach Fig. 1 speisende Spannung U einigermaßen konstant ist, arbeitet die Üb erwachungs einrichtung exakt und bürgt dafür, daß die Temperatur des Külllobjektes einen bestimmten Wert nicht übersteigt. Ist die Strömungsgeschwindigkeit W des Luftstromes wesentlich größer als der Wert, bei dem die tYberwaehungseinrichtung ansprechen soll, so verursachen auch Spannung schwankungen keine Störung.
    Zur Entlastung des Heißleiters ist es zweckmäßig, Mittel vorzusehen, die nach Ansprechen der Überwachungseinrichtung den Heißleiter automatisch kurzschließen oder abschalten.
    PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur betrieblichen Überwachung der Lüfterkühlung von insbesondere elektrischen Geräten und Anlagen unter Verwendung wenig- stens eines Heißleiters, der bei unzureichender Kühlung über eine Steuerschaltung eine Schalteinrichtung zur Abschaltung des Gerätes oder der Anlage steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der im Luftstrom des Lüfters gekühlte, sich selbst aufheizende Heißleiter in Reihe mit der Arbeitswicklung einer Schalteinrichtung geschaltet ist und mit dieser zusammen einen der vier Zweige einer Brückenschaltung bildet, in deren einer Diagonale ein Gleichrichter und in deren anderer Diagonale eine die Brücke speisende Spannungsquelle angeordnet ist, und daß die Brücke hinsichtlich der Widerstände ihrer einzelnen Zweige unter Berücksichtigung der Polung des Gleichrichters derart bemessen ist, daß der Gleichrichter bei dem Normalfall entsprechender Kühlung des Heißleiters gesperrt und bei dessen unzureichender Kühlung leitend ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übrigen zwei Zweige der Brückenschaltung aus wenigstens zwei Widerständen bestehen, von denen einer nach Art eines Potentiometers regelbar ausgebildet und derart in der Brückenschaltung angeordnet ist, daß er parallel zu der die Brücke speisenden Gleichspannungsquelle liegt, und daß sein Abgriff mit einem Anschluß des Gleichrichters verbunden ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißleiter infolge seiner kleinen Masse eine geringe thermische Trägheit besitzt und seine Anschlüsse aus schlecht wärmeleitendem Material bestehen, so daß seine Eigenerwärmung bei Stromdurchfluß im wesentlichen von der Strömungsgeschwindigkeit des kühlenden Luftstromes abhängt.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 564 232, 417 984; französische Patentschrift Nr. 1 083 766; deutsche Auslegeschrift S 41504 VIIIb/21 d3 (bekanntgemacht am 30. 5. 1956).
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE417984C (de) * 1925-08-26 Hartmann & Braun Ag Einrichtung zur UEberwachung des Betriebszustandes von Maschinen
DE564232C (de) * 1932-11-15 Voigt & Haeffner Akt Ges Thermisches Relais fuer Gleichstrom hoeherer Stromstaerke
FR1083766A (fr) * 1952-09-17 1955-01-12 Siemens Ag Contrôleur de température, en particulier pour machines, appareils et conducteurs électriques et pour matériel analogue

Patent Citations (3)

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Non-Patent Citations (1)

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Title
DE S41504 (Bekanntgemacht am 30.05.1956) *

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