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Einrichtung zum Messen des Stellungsunterschiedes zweier durch mechanische
oder elektrische Mittel normalerweise synchron laufender Wellen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Einrichtung zum Messen des Stellungsunterschiedes zweier durch mechanische
oder elektrische Mittel normalerweise synchron laufender Wellen mittels an diese
Wellen gekuppelter elektrischer Winkelfernübertragungssysteme (Drehmelder).
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Vorzugsweise ist dabei an Drehtransformatoren mit dreiphasigen, in
Stern oder Dreieck geschalteten Statorwicklungen und einphasigen, an die zu messenden
Wellen gekuppelten Rotorwicklungen gedacht. Naturgemäß kann man, ohne das Wesen
der Erfindung zu verändern, statt dessen auch einphasige Statorwicklungen und dreiphasige
Rotorwicklungen verwenden.
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Zur Kontrolle der Stellung bzw. des Gleichlaufs mehrerer Wellen sind
bereits Überwachungseinrichtungen unter Verwendung von Winkelfernübertragungssystemen
bekannt, die aber in der Regel derart geschaltet sind, daß sie keine absolute Sicherheitsanordnungen
darstellen. Bei Sicherheitsanordnungen muß nämlich grundsätzlich gefordert werden,
daß die zwischen den Vergleichsgeräten vorhandenen elektrischen Steuerleitungen
einwandfrei gegen Drahtbruch usw. überwacht werden können. Da bei den bekannten
Anordnungen meist elektrische Nullmethoden verwendet werden, bei denen bei Übereinstimmung
der Stellung der Systeme kein Strom fließt, so ist es auch nicht möglich, eine etwa
auftretende Leitungsunterbrechung zu erkennen.
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Aufgabe der Erfindung war es, daher, die üblicherweise angewendete
Fernübertragungsschaltung unter Verwendung von Drehmeldern in eine Sicherheitsschaltung
umzuwandeln. Es ist zwar bereits für Drehmeldersysteme bekannt, bei Synchronstellung
der Wellen eine Fehlstellung für die Übertragungssysteme vorzusehen, die zwangsweise
eine definierte Fehlerspannung auch in der Ruhestellung der Anordnung zur Folge
hat.
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Außerdem ist es bekannt, eine Fehlerspannung durch eine Hilfsspannung
gleicher Größe zu kompensieren, wobei eine Spannungsvergleichseinrichtung zur Überwachung
dieser Kompensationsschaltung dient.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe liegt nun in der Kombination dieser
an sich bekannten Maßnahmen, und zwar weisen erfindungsgemäß bei Synchronstellung
der Wellen die damit gekuppelten Drehmelder in an sich bekannter Weise eine elektrische
Fehlstellung auf, und die dadurch bewirkte Fehlerspannung des Empfangsdrehmelders
ist durch eine Hilfsspannung gleicher Größe in bekannter Weise in einer mit Relais
aufgebauten Spannungsvergleichseinrichtung derart kompensierbar, daß nur bei Stellungsunterschied
der Wellen diese Relais entsprechend der Richtung der Fehlstellung ansprechen und
einen Anzeige- und/oder Alarmvorgang auslösen.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung können auch dann Drehmelder verwendet
werden, wenn besondere Anforderungen bezüglich der Übertragungssicherheit vorliegen.
Es lassen sich damit nämlich etwa auftretende Leitungsunterbrechungen auch dann
erkennen, wenn sich die zu überwachenden Wellen in Synchronstellung befinden. Es
fließt nämlich auch bei Synchronstellung der Wellen ein Dauerstrom, so daß ein Bruch
oder ein Kurzschluß der Verbindungsleitungen jederzeit festgestellt werden kann,
wenn nicht die gesamte Betriebsspannung ausfällt, die aber gesondert überwacht werden
kann.
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Bei der Verwendung üblicher Drehmelder wird die Fehlerspannung von
der einphasigen Rotorwicklung eines der Drehmelder abgenommen, während die Rotorwicklung
des anderen Drehmelders den Betriebsstrom erhält. Ist die Rotorwicklung dagegen
dreiphasig ausgeführt, so erfolgt sinngemäß die Abnahme der Fehlerspannung vom einphasigen
Stator, und auch die Einspeisung der Betriebsspannung erfolgt über den Stator des
anderen Drehmelders.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Fehlerspannung
eine konstante Zusatzspannung zur Verringerung der Mehrdeutigkeit der Kontrolleinrichtung
überlagert ist und die
Summe aus Fehlerspannung und Zusatzspannung
der Kompensationsspannung entgegenwirkt. Auf diese Weise wird erreicht, daß nur
während einer Halbwelle der Drehmelderauslenkung Totbereiche entstehen, d. h. Bereiche,
in welchen die überwachungseinrichtung nicht anspricht.
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Für die Spannungsvergleichseinrichtung wählt man zweckmäßigerweise
gepolte Relais mit je zwei gegeneinandergeschalteten Wicklungen, die über Gleichrichter
den Spannungsvergleich vornehmen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels. Es zeigt Fig. 1 ein Diagramm zur Erläuterung des Erfindungsgedankens,
Fig. 2 eine Einrichtung zum Messen des Stellungsunterschiedes zweier Wellen, bei
der die Erfindung verwirklicht ist.
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In Fig. 1 ist die Fehlerspannung U 1 und ihre Abhängigkeit von der
Drehmelderauslenkung a etwas idealisiert dargestellt. Als Arbeitspunkt für die Anordnung
ist auf der Auslenkkurve der Punkt P festgelegt. Es ist dabei unterstellt, daß bei
Synchronstellung der Wellen (W I, W 1I) die Fehlstellung a. zwischen den Winkelfernübertragungssystemen
besteht. In diesem Fall gibt die Rotorwicklung eines der Übertragungssysteme (D
I, D 1I) die Fehlerspannung U 1 ab. Diese Spannung U 1 wird durch eine nicht dargestellte
Hilfsspannung gleicher Größe in einem Meß- und Überwachungsgerät kompensiert.
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Wird die normalerweise durch mechanische oder elektrische Mittel erzwungene
Synchronstellung der Wellen (W1, W II), beispielsweise durch außergewöhnliche Betriebsverhältnisse,
aufgehoben, so entsteht eine Fehlerspannung U 1' oder U l", die kleiner bzw.
größer ist als die Fehlerspannung bei Synchronstellung der Wellen. Die dadurch bewirkte
Differenzspannung zwischen der konstanten Hilfsspannung und der dann wirksamen Fehlerspannung
löst über eine Spannungsvergleichseinrichtung einen überwachungsstromkreis aus.
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Zur Verringerung der Mehrdeutigkeit kann man der eigentlichen Fehlerspannung
U 1 noch die strichpunktiert gezeichnete Zusatzspannung U3 überlagern, so daß die
nunmehr entstehende Summenspannung U4 von der Gegenspannung kompensiert werden muß,
wenn eine Übereinstimmung der beiden zu überwachenden Wellen (W1, W II) vorliegt.
Die Fehlstellung ao und damit der Arbeitspunkt P wird durch entsprechende Wahl der
konstanten Gegenspannung bewirkt. Die Fehlstellung wird dabei zweckmäßigerweise
so gewählt, da der Arbeitspunkt P in den Bereich der größten Steilheit der Auslenkkurve
fällt. Es ist jedoch dabei zu beachten, daß die Annäherung an die Null-Linie der
Auslenkkurve nicht dazu führen darf, daß dieser Punkt außerhalb des Ansprechbereichs
der Einrichtung liegt. Der Ansprechbereich der Anordnung ist in der Fig. 1 mit
X 1 bzw. X 2 bezeichnet, während der Totbereich die Bezeichnung Y1
und Y2 trägt. Es ist also daraus ersichtlich, daß nicht nur in der Nähe des Arbeitspunktes
P keine Alarmauslösung erfolgt, sondern daß dies auch auf dem absteigenden Ast der
Auslenkkurve eintritt.
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Die in Fig.2 gezeigte Überwachungseinrichtung zum Erfassen des Stellungsunterschiedes
zweier Wellen (W I, W II) besitzt im wesentlichen die beiden Drehmelder
D 1 und D II, welche mit einem dreiphasigen Stator und einem einphasigen
Rotor versehen sind. Der Rotor des Drehmelders D 1 ist mit der Welle WI mechanisch
gekuppelt und wird elektrisch über den Transformator Tr vom Netz gespeist. Dagegen
ist der einphasige Rotor des Drehmelders D II als Fehlstellungsindikator wirksam
und gibt daher bei der Fehlstellung ao eine Fehlerspannung U 1 ab. Dieser Fehlerspannung
U 1 ist noch die ebenfalls vom Transformator Tr kommende Zusatzspannung U3 überlagert;
es entsteht daher an den Klemmen 1 und 2 der Spannungsvergleichseinrichtung V eine
Fehlerspannung U4. Voraussetzung dafür ist naturgemäß, daß in bekannter Weise die
dreiphasigen Statoren der Drehmelder D I und D II über Steuer-Leitungen
mit ihren entsprechenden Anschlußpunkten elektrisch verbunden sind. Eine Kompensationsspannung
U2, welche ebenfalls vom Transformator Tr geliefert wird, ist an den Punkten
3 und 4 der Spannungsvergleichseinrichtung V wirksam.
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Nach Gleichrichtung der Summen-Fehlerspannung U4 und der Kompensationsspannung
U2 über die Gleichrichter Grl bzw. Gr2 werden diese Spannungen getrennten
Wicklungen zweier gepolter Relais A und B mit einseitiger Ruhelage des Ankers zugeführt.
Dabei wird eine Wicklung (9, 10) jeweils von einem Strom durchgossen, welcher der
Summen-Fehlerspannung U4 proportional ist. Die anderen Wicklungen (1 bis 5) werden
dagegen von einem konstanten Strom erregt, welcher von der Hilfsspannung U2 herrührt.
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Überwiegt die von der Summen-Fehlerspannung U 4 herrührende
Erregung, so spricht das Relais B an und löst durch Unterbrechen des Kontakts
b die Alarm- und Überwachungseinrichtung Ü aus. Ist die Summen-Fehlerspannung U4
dagegen geringer, so spricht das Relais A an und unterbricht mit dem Kontakt a ebenfalls
den Ruhestromkreis und führt auch hier zur Alarmgabe.
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Um den in Fig. 1 näher erläuterten Arbeitspunkt P festzulegen, der,
wie erwähnt, durch die Fehlstellung ao bestimmt wird, muß die Hilfsspannung U2 entsprechend
festgelegt werden bzw. der durch die Wicklungen 1 bis 5 der Relais A und B fließende
Strom entsprechend einstellbar gemacht werden. Dazu dient der Widerstand R 1, bei
dessen Verkleinerung die Fehlstellung a. sich vergrößert. Zur Festlegung des Totbereichs
Y1 bzw. Y2 bzw. des Ansprechbereichs X 1 bzw. X 2 (Fig. 1) werden
den Relaiswicklungen die Widerstände R 2 bzw. R 3 parallel geschaltet.
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Bei der beschriebenen Einrichtung wird erreicht, daß ein Bruch oder
Kurzschluß der Steuer- und Überwachungsleitungen mit Sicherheit zur Alarmgabe führt.
Gleiches gilt hinsichtlich der Kontrolle der verwendeten Spannungen U 1, U 2 und
U3. Allerdings ist dabei unterstellt, daß nicht alle Spannungen zugleich ausfallen
dürfen, wie es beispielsweise bei Netzstörungen der Fall ist. Aus diesem Grunde
ist parallel zur Primärwicklung des: Transformators T noch ein Spannungswächter
Sp vorgesehen, der auch diesen Störungsfall melden soll.