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Anordnung zur Überwachung des Anlaufes von elektrischen Maschinen
Die Überwachung von unter Last anlaufenden elektrischen Maschinen bereitet insofern
große Schwierigkeiten, als die Art und Dauer des Anlaufvorganges nicht nur abhängig
ist von den beim Anfahren zu beschleunigenden Schwungmassen, sondern auch von Einflüssen
anderer Art,. wie beispielsweise von den jeweiligen Reibungs- und Belastungsverhältnissen
der Arbeitsmaschine, die meist nicht im voraus bestimmbar sind. Schließlich werden
die Anlaufverhältnisse noch von technologischen Vorgängen in der Arbeitsmaschine
maßgeblich beeinflußt. So kann es vorkommen, daß die Arbeitsmaschine festgefahren
ist oder aus irgendwelchen anderen Gründen schwer anläuft. Zur Überwachung der Antriebsmotoren
werden in üblicher Weise Motorschutzschalter mit Überstromauslöser verwendet. Solche
Motorschutzschalter bieten aber in vielen Fällen nicht nur einen unvollkommenen
Schutz für die Antriebsmotoren während des Anlaufvorganges, sondern sie geben auch
Anlaß zu Betriebsstörungen, indem sie den Motor vorzeitig abschalten, ohne daß ein
triftiger Grund vorliegt. Der Grund hierfür liegt darin, daß die überstromauslöser
auf Werte eingestellt sind, die nur wenig über dem Nennstrom des Motors liegen.
Tritt also infolge des Schweranlaufes kurzzeitig ein höherer Strom auf, der von
dem Motor aber noch vertragen wird, so führt dies zur Abschaltung. Stellt man jedoch
den überstromauslöser auf einen entsprechend höheren Wert ein, so würde bei einem
länger andauernden Anlauf mit erhöhter Stromaufnahme eine Zerstörung der Motorwicklung
infolge Übertemperatur eintreten. Man muß daher bei derartigen Antrieben den Motor
entsprechend den Anlaufverhältnissen stark überdimensionieren, um eine betriebssichere
Anlage zu erhalten. Der Motor wird daher entsprechend groß und benötigt viel Platz.
Ein weiterer Nachteil ist, daß mit Hilfe derartiger Maßnahmen nicht festzustellen
ist, ob die Abschaltung nun infolge einer festgefahrenen Arbeitsmaschine oder nur
infolge schweren Anlaufes erfolgt ist. Das gleiche gilt auch bei der Verwendung
von Einrichtungen zur Überwachung der Temperatur der Wicklung des Antriebsmotors.
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Es ist auch ein thertnischer überlastschutz für elektrische Leitungen,
Apparate und Maschinen bekannt, mit dem das thermische Verhalten der zu schützenden
Einrichtung nachgebildet werden kann und der bei überschreiten einer zulässigen
Temperaturgrenze infolge auftretender Störungen od. dgl. den Schützling abschaltet.
Hierzu wird eine dem Belastungsstrom proportionale Spannung gebildet, die über eine
selbstabgleichende Brückenschaltung mit einer Vergleichsspannung verglichen wird.
Ferner ist eine Überstromschutzeinrichtung für Regelantriebe bekanntgeworden, bei
der die Ansprechgrenze proportional oder annähernd proportional mit der Drehzahl
geändert wird. Als überstromschutzeinrichtung wird ein BimetaHrelais mit zwei Wicklungen
verwendet, dessen eine Wicklung vom Ständerstrom und dessen andere Wicklung an die
Läuferspannung angeschlossen ist. Ferner sind zur Anpassung der Kennlinie der Einrichtung
an die Erwärmungscharakteristik des Motors im Stromkreis der Zusatzwicklung Heißleiterwiderstände
angeordnet. Mit Hilfe einer solchen Schutzeinrichtung läßt sich jedoch der Betriebsfall
einer festgebremsten Maschine ebenfalls nicht erfassen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Überwachung
des Anlaufes von unter Last anlaufenden elekrischen Maschinen zu schaffen, die die
Nachteile der bekannten Einrichtungen vermeidet und mit der sämtliche praktisch
vorkommenden Anlaufverhältnisse mit Sicherheit erfaßt werden können, so daß die
elektrische Maschine nicht überdimensioniert zu werden braucht. Sie bezieht sich
insbesondere auf elektrische Maschinen mit einer Drehzahlregeleinrichtung, wobei
der Istwert der Drehzahl durch eine drehzahlproportionale Spannung nachgebildet
wird. Die Anordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe
an sich bekannter Einrichtungen der Strom der elektrischen Maschine in eine stromproportionale
Spannung abgebildet wird, welche zusammen mit der drehzahlproportionalen
Spannung der Sollwertspannung
derart aufgeschaltet wird, daß jeweils
die höhere der beiden Spannungen als Istwert zur Wirkung kommt. Überwiegt die stromabhängige
Spannung beim Anlauf die eingestellte Sollwertspannung, so kann unmittelbar oder
mittelbar über ein Zeitglied eine Ab-
schaltung des Motors erfolgen. Vorzugsweise
wird die Abschaltung mittelbar über die Drehzahlregeleinrichtung vorgenommen.
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Der Vergleich der strom- und drehzahlproportionalen Spannung mit der Sollwertspannung
kann in einer gemeinsamen Meßbrücke vorgenommen werden. Mit einer derartigen Einrichtung
kann somit nicht nur der Anlauf überwacht werden, sondern sie kann auch zur Regelung
der Antriebsmaschine auf eine bestimmte Drehzahl oder eine bestimmte Leistung dienen.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist von der Stromart des Antriebsmotors völlig unabhängig,
sie kann also sowohl für die Überwachung von Gleitstrommaschinen als auch von Wechselstrommaschinen
dienen.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, an Hand dessen die Erfindung
näher erläutert werden soll.
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Als Ausführungsbeispiel ist eine Anordnung zur Überwachung eines Drehstromnebenschlußmotors
gewählt. Mit 1 ist der Drehstrommotor bezeichnet, der an den Klemmen
U, V, W von einer weiter nicht dargestellten Drehstromquelle,
über eine ebenfalls nicht dargestellte Schalteinrichtung eingespeist wird. In der
Motorzuleitung V liegt die Primärwicklung eines Stromwandlers 2, dessen Sekundärwicklung
in Reihe mit der Primärwicklung eines Spannungswandlers 3
liegt. Wie aus der
Zeichnung ersichtlich, sind die Enden der Sekundärwicklung des Spannungswandlers
3 mit den Enden eines Widerstandes 4 verbunden. An dem Widerstand 4 kann
somit eine dem Motorstrom proportionale Spannung abgenommen werden. Die Größe dieser
Spannung kann mit Hilfe des verstellbaren Angriffes 5 eingestellt werden.
Von einer Gleichrichteranordnung 6 wird diese stromproportionale Spannung
gleichgerichtet. Die gleichgerichtete Spannung wird auf eine Klemme 7 eines
Widerstandes 8 bzw. auf einen verstellbaren Abgriff 9 desselben gegeben.
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Mit dem Drehstrommotor 1 oder dessen Arbeitsmaschine ist eine
Tachometermaschine 10 gekuppelt, die beispielsweise als Dreiphasenmaschine
ausgebildet ist. Die Spannung der Tachometennaschine 10 wird mit Hilfe einer
Gleichrichteranordnung 11 gleichgerichtet und an die Klemme 7 bzw.
eine Klemme 12 des gleichen Widerstandes 8 gegeben. An die Leitungen
13 und 15 ist eine Vergleichsspannung angeschlossen, die gleichzeitig
als Sollwert für die Drehzahlregeleinrichtung dient.
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Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ergibt sich wie folgt: Wird
der Motor 1 mit Hilfe der Schalteinrichtung an die Netzspannung gelegt, so
läuft der Motor 1 unter Stromaufnahme hoch. Der Motorstrom ruft in der Sekundärwicklung
des Wandlers 2 einen diesem proportionalen Strom hervor, der mit Hilfe des Spannungswandlers
3 in eine stromproportionale Spannung abgebildet wird. Es wird also an den
Klemmen 7 und 9 des Potentiometers 8
eine dem Motorstrom proportionale
Spannung entstehen. Beim Hochlaufen des Motors 1 gibt auch die Tachometermaschine
10 eine der Drehzahl proportionale Spannung an die Klemmen 7 und 12
des Widerstandes 8 ab. Diese Spannung ist aber während des Anlaufes erheblich
kleiner als die stromabhängige Spannung und daher unwirksam, so daß nur ein Vergleich
zwischen der Sollwertspannung und der stromabhängigen Spannung stattfindet.
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Überwiegt nun beispielsweise infolge Schweranlaufes der Arbeitsmaschine
oder bei festgefahrener Arbeitsmaschine die stromabhängige Spannung die konstante
Sollwertspannung, so wird an den Leitungen 13, 15 eine Spannung bestimmter
Polarität anstehen, die je nach der Größe entweder zur Abschaltung des Motors,
z. B. mittelbar über ein Zeitglied, oder zur Beeinflussung der Bürstenverstelleinrichtung
verwendet werden kann. Die Anordnung wird zweckmäßigerweise so getroffen, daß erst
am Ende des Regelbereiches eine Abschaltung der Maschine vorgenommen wird. Bei einem
bestimmten vorgegebenen Drehzahlsollwert wird also bei unzulässig hohen Anlaufströmen
die Bürstenbrücke vorerst im Sinne einer Anlaufstromermäßigung verstellt. Erst wenn
die Bürstenbrücke in die Endstellung des Regelbereiches gelangt, erfolgt die Abschaltung.
Vorzugsweise wird man je-
doch so vorgehen, daß man beim Anfahren den Sollwertsteller
auf die kleinste Geschwindigkeit einstellt. Durch Verschiebung des Abgriffes
9 wird sodann die stromabhängige Spannung auf diesen Sollwert abgestimmt.
Geht der Anlauf ordnungsgemäß vor sich, so wird die stromabhängige Spannung stets
kleiner als die konstante Spannung sein, so daß die Einrichtung zur Abschaltung
des Antriebsmotors nicht wirksam wird. Vielmehr überwiegt dann die drehzahlabhängige
Spannung und regelt den Antrieb auf die vorgegebene Drehzahl.
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Wird an Stelle eines Drehstromm otors zum Antrieb der Arbeitsmaschine
ein Gleichstrommotor verwendet, so kann an Stelle eines Stromwandlers 2 ein Shunt
od. dgl. in die Zuleitung des Motors eingefügt werden, mit dessen Hilfe eine dem
Strom proportionale Spannung gewonnen werden kann. Ferner kann die Differenzbildung
zwischen Drehzahlkomponente bzw. Stromkomponente und Konstantspannung in einer Wicklung
eines Meßwerkes, z. B. eines Relais, vorgenommen werden.