DE1151872B

DE1151872B - Arrangement for displaying or measuring the current in short-circuit cages in electrical machines

Info

Publication number: DE1151872B
Application number: DES57969A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ebe-Carsten Blohm; Dipl-Ing Leon Lehrmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-04-23
Filing date: 1958-04-23
Publication date: 1963-07-25

Description

Anordnung zur Anzeige oder Messung des Stromes in Kurzschlußkäfigen elelçtrischer Maschinen Die Erfindung befaßt sich mit der Ausbildung einer Meßanordnung, die es gestattet, in Kurzschlußkäfigen fließende Ströme ohne Auftrennung des Kurzschlußkäfigs zu messen bzw. anzuzeigen, so daß in Abhängigkeit von dieser Messung beispielsweise Regeleinrichtungen gesteuert werden können. Der zeitliche Verlauf des Stromes eines Kurzschlußkäfigs ist von Bedeutung für das Bestimmen des Verhaltens einer elektrischen Maschine bei bestimmten Betriebszuständen. So interessiert beispielsweise bei Synchronmaschinen der zeitliche Verlauf der Ströme in den als Kurzschlußkäfige ausgeführten Dämpferwicklungen nach Größe und Phasenlage, und zwar insbesondere bei unsymmetrischen und dynamischen Vorgängen, wie es beispielsweise ein- oder zweiphasige Laststöße, Kurz- oder Erdschlüsse sind.Arrangement for displaying or measuring the current in short-circuit cages electrical machines The invention is concerned with the design of a measuring arrangement, which allows currents flowing in short-circuit cages without breaking the short-circuit cage to measure or display, so that depending on this measurement, for example Control devices can be controlled. The time course of the current of a Squirrel cage is important for determining the behavior of an electrical Machine in certain operating conditions. So interested in synchronous machines, for example the time course of the currents in the damper windings designed as short-circuit cages according to size and phase position, especially in the case of asymmetrical and dynamic ones Processes such as single or two-phase load surges, short circuits or earth faults are.

Gemäß der Erfindung werden zur Anzeige oder Messung des Stromes in Kurzschlußkäfigen elektrischer Maschinen ein oder mehrere Leiter des Kurzschlußkäfigs von einem Eisenkern umschlossen, der mit einem oder mehreren Luftspalten versehen ist. In diesen Luft spalten sind Hallgeneratoren angeordnet, deren Hallspannung eine dem Strom im Kurzschlußkäfig proportionale elektrische Größe ergibt. Die Erfindung macht sich also die Tatsache zunutze, daß in dem Luftspalt eines einen oder mehrere Leiter des Kurzschlußkäfigs umschließenden Eisenkernes ein Magnetfeld herrscht, dessen Größe proportional dem Strom in den vom Eisenkern umfaßten Leitern ist. According to the invention, to display or measure the current in Short-circuit cages of electrical machines one or more conductors of the short-circuit cage enclosed by an iron core with one or more air gaps is. Hall generators are arranged in these air gaps, their Hall voltage results in an electrical quantity proportional to the current in the short-circuit cage. The invention thus makes use of the fact that in the air gap one or more Head of the short-circuit cage enclosing iron core there is a magnetic field, whose size is proportional to the current in the conductors enclosed by the iron core.

Wird also ein in diesem Luftspalt befindlicher Hallgenerator mit einem konstanten Steuerstrom gespeist, so bildet die Hallspannung dieses Hallgenerators den Strom in den umfaßten Leitern nach Größe, Phasen lage und Frequenz ab. Bei elektrischen Maschinen, deren Kurzschlußkäfig sich auf dem umlaufenden Teil der Maschine befindet, kann dann die dem Strom im Kurzschlußkäfig proportionale Hallspannung der Hallgeneratoren über Schleifringe einem anzeigenden oder registrierenden Meßgerät zugeführt werden.So if a Hall generator located in this air gap with a fed constant control current, the Hall voltage forms this Hall generator the current in the included conductors according to size, phase and frequency. With electrical Machines whose short-circuit cage is located on the rotating part of the machine, The Hall voltage of the Hall generators, which is proportional to the current in the short-circuit cage, can then be used can be fed to an indicating or recording measuring device via slip rings.

Es ist zwar bereits bekannt, das Drehmoment einer elektrischen Gleichstrommaschine dadurch zu messen, daß man Hallgeneratoren so in den Luftspalt der Gleichstrommaschine einbaut, daß sie vom Erregerstrom durchsetzt werden, wobei man als Steuerstrom der Hallgeneratoren einen Teil des Ankerstromes benutzt. Die vorliegende Erfindung befaßt sich aber mit dem speziellen Problem der Messung des in Kurzschlußkäfigen elektrischer Maschinen fließenden Stromes. Dazu wird nicht der normale Luftspalt der Maschine ausgenutzt, sondern es wird gemäß der Erfindung ein besonderes Meßjoch geschaffen, das mit einem oder mehreren Luftspalten mit darin angeord- neten Hallgeneratoren versehen ist. Die Meßeinrichtung gemäß der Erfindung unterscheidet sich dadurch wesentlich von der bekannten Anordnung. It is already known, the torque of an electric DC machine to be measured by placing Hall generators in the air gap of the DC machine built in that they are penetrated by the excitation current, whereby the control current is the Hall generators use part of the armature current. The present invention is concerned but with the special problem of measuring the electrical in short-circuit cages Machines of flowing current. The normal air gap of the machine is not used for this exploited, but it is created according to the invention, a special measuring yoke, with one or more air gaps with arranged therein Neten Hall generators is provided. The measuring device according to the invention differs in this substantially different from the known arrangement.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in den Fig. 1 bis 3 als Ausführungsbeispiel die Messung des Stromes im Kurzschlußkäfig eines Asynchronmotors dargestellt. Die Fig. 1 und 2 zeigen in verschiedenen Ansichten die konstruktive Anordnung des gemäß der Erfindung als Meßjoch vorgesehenen Eisenkernes, in dessen Luftspalten sich Hallgeneratoren befinden, während die schematische Darstellung der Fig. 3 das Schaltbild der Anordnung gemäß der Erfindung wiedergibt. To explain the invention is shown in FIGS. 1 to 3 as an exemplary embodiment the measurement of the current in the squirrel cage of an asynchronous motor is shown. the 1 and 2 show in different views the structural arrangement of the according to of the invention provided as a measuring yoke iron core, in the air gaps of which Hall generators are located are located, while the schematic representation of FIG. 3 shows the circuit diagram of the arrangement reproduces according to the invention.

Der als Ausführungsbeispiel dargestellte Asynchronmotor besteht aus dem Ständer, der die Ständerwicklung 2 trägt. Der Läufer 3 trägt den Kurzschlußkäfig 4, der aus den parallel zur Welle 5 verlaufenden Leitern 6 und den zu beiden Seiten des Asynchronmotors befindlichen Kurzschlußringen 7 besteht. Zur Anzeige oder Messung des Stromes im Kurzschlußkäfig 4 ist gemäß der Erfindung der eine Leiter 6' des Kurzschlußkäfigs4 4 von dem Eisenkern 8 als Meßjoch umfaßt. Der Eisenkern 8 ist mit zwei Luftspalten versehen, in denen sich jeweils ein Hallgenerator9 bzw. 10 befindet. Die Hallgeneratoren 9 und 10 werden also von einem Magnetfeld durchsetzt, das, da die Größe der beiden Luftspalte konstant ist, proportional dem Augenblickswert des Stromes im Leiter 6' des Kurzschlußkäfigs 4 ist. The asynchronous motor shown as an embodiment consists of the stator that carries the stator winding 2. The rotor 3 carries the squirrel cage 4, the one from the conductors 6 running parallel to the shaft 5 and the one on both sides of the asynchronous motor located short-circuit rings 7 consists. For display or measurement of the current in the short-circuit cage 4 is according to the invention of a conductor 6 'of the Kurzschlusskäfigs4 4 encompassed by the iron core 8 as a measuring yoke. The iron core 8 is provided with two air gaps, in each of which there is a Hall generator 9 or 10 is located. The Hall generators 9 and 10 are penetrated by a magnetic field, that, since the size of the two air gaps is constant, proportional to the instantaneous value of the current in the conductor 6 'of the short-circuit cage 4 is.

In Längsrichtung werden die beiden Hallgeneratoren 9 undl0 von einem konstanten Steuerstrom durchflossen. Der Steuerstrom jedes Hallgenerators wird jeweils an einer gesonderten Sekundärwicklung des mit dem Läufer 3 mitumlaufenden Transformators 11 abgenommen und durch die Gleichrichter 12 und 13 gleichgerichtet. Die Primärwicklung des Transformators 11 wird über die Schleifringe 14 mit einer konstanten Spannung gespeist. Die Hallspannungen der Hallgeneratoren 9 und 10 werden elektrisch summiert und über die Schleifringe 25 dem Meßinstrument 26 sowie der Oszillographenschleife 27 zugeführt. In the longitudinal direction, the two Hall generators 9 and 10 of one constant control current flowing through it. The control current of each Hall generator is respectively on a separate secondary winding of the transformer that rotates with the rotor 3 11 removed and rectified by the rectifiers 12 and 13. The primary winding of the transformer 11 is via the slip rings 14 with a constant voltage fed. The Hall voltages of the Hall generators 9 and 10 are added together electrically and via the slip rings 25 to the measuring instrument 26 and the oscilloscope loop 27 supplied.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt der als Meßjoch dienende Eisenkern 8 lediglich den einen Leiter 6 des Kurzschlußkäfigs 4. Bei Ausführung des Kurzschlußkäfigs als Doppelkäfig kann man auch die beiden in radialer Richtung übereinander oder nahezu übereinanderliegenden Leiter des Doppelkäfigs durch den als Meßjoch dienenden Eisenkern umschließen. In the illustrated embodiment, the one serving as a measuring yoke includes Iron core 8 only one conductor 6 of the short circuit cage 4. When executing of the short-circuit cage as a double cage you can also use the two in the radial direction one above the other or almost one above the other head of the double cage through the enclose iron core serving as a measuring yoke.

Die Anordnung gemäß der Erfindung zur Anzeige oder Messung des Stromes in einem Kurzschlußkäfig einer elektrischen Maschine eignet sich besonders zur Anzeige oder Messung des Drehmomentes von mit Kurzschlußkäfigen ausgerüsteten elektrischen Maschinen. Den Hallgeneratoren in den Luftspalten des als Meßjoch dienenden Eisenkernes wird dann ein dem Feld der Maschine proportionaler Steuerstrom zugeführt. Dieser dem Feld der Maschine proportionale Steuerstrom kann mit Hilfe weiterer Hallgeneratoren gewonnen werden, die im Luftspalt der Maschine angeordnet sind. Da die Hallspannung der letztgenannten Hallgeneratoren proportional dem Feld der elektrischen Maschine ist, ist die Hallspannung der in den Luftspalten des als Meßjoch dienenden Eisenkernes befindlichen Hallgeneratoren unabhängig von der Kurvenform des im Kurzschlußkäfig fließenden Stromes proportional dem Augenblickswert des Drehmomentes der elektrischen Maschine. The arrangement according to the invention for displaying or measuring the current in a short-circuit cage of an electrical machine is particularly suitable for display or measurement of the torque of electrical cages equipped with short-circuit cages Machinery. The Hall generators in the air gaps of the iron core serving as the measuring yoke a control current proportional to the field of the machine is then supplied. This Control current proportional to the field of the machine can be generated with the help of further Hall generators are obtained, which are arranged in the air gap of the machine. Because the reverb voltage of the latter Hall generators proportional to the field of the electrical machine is, the Hall voltage is that of the iron core in the air gaps of the measuring yoke Hall generators located regardless of the waveform in the short-circuit cage flowing current proportional to the instantaneous value of the torque of the electrical Machine.

Da der Strom, der von der Hallspannung der im Luftspalt der elektrischen Maschine befindlichen Hallgeneratoren hervorgerufen wird, im allgemeinen verhältnismäßig klein ist, empfiehlt sich eine Verstärkung dieses Stromes, so daß dieser Strom unmittelbar zur Steuerung der in den Luftspalten des als Meßjoch dienenden Eisenkernes befindlichen Hallgeneratoren verwendet werden kann. Durch die Verwendung von Transistorverstärkern erübrigt sich hierbei die Bereitstellung einer Anodenspannung. Because the current that comes from the Hall voltage is in the air gap of the electrical Hall generators located in the machine, generally relatively is small, an amplification of this current is recommended so that this current is immediate to control the iron core located in the air gaps of the measuring yoke Hall generators can be used. Through the use of transistor amplifiers there is no need to provide an anode voltage.

Die Messung des Drehmomentes von mit Kurzschlußkäfigen ausgerüsteten elektrischen Maschinen in der geschilderten Weise ist besonders für elektromagnetische Schlupfkupplungen geeignet. Die Hallspannung der in den Luftspalten des als Meßjoch dienenden Eisenkernes befindlichen Hallgeneratoren kann hierbei zur Regelung der Erregung der Schlupfkupplung verwendet werden. The measurement of the torque of equipped with short-circuit cages electrical machines in the manner described is especially for electromagnetic Suitable for slip clutches. The Hall voltage in the air gaps as the measuring yoke Serving iron core located Hall generators can here to regulate the Excitation of the slip clutch can be used.

In Fig. 4 ist als Ausführungsbeispiel die schematische Darstellung der Messung des Drehmomentes einer elektromagnetischen Schlupfkupplung wiedergegeben. Der vom Außenläufer 15 umfaßte Innenläufer 16 der elektromagnetischen Schlupfkupplung trägt den Doppelkäfigi7, der aus den äußeren Leitern 6 und den zu beiden Seiten des Innenläufers befindlichen Kurzschlußringen 7 sowie aus den inneren Leitern 18 sowie den zu beiden Seiten des Innenläufers befindlichen Kurzschlußringen 19 besteht. Der als Meßjoch dienende Eisenkern 8 umfaßt den einen Leiter 6' der äußeren Käfigwicklung und den einen Leiterl8' der inneren Käfigwicklung. In den Luftspalten des als Meßjoch dienenden Eisenkernes 8 befinden sich die Hallgeneratoren 9 und 10, deren Hallspannung elektrisch summiert über die Schleifringe 25 dem Meßinstrument 26 und der Oszillographenschleife 27 zugeführt wird. In Fig. 4 is the schematic representation as an embodiment the measurement of the torque of an electromagnetic slip clutch reproduced. The internal rotor 16 of the electromagnetic slip clutch, which is comprised by the external rotor 15 carries the Doppelkäfigi7, which consists of the outer conductors 6 and the one on both sides of the inner rotor located short-circuit rings 7 and from the inner conductors 18 as well as the short-circuit rings 19 located on both sides of the inner rotor. Of the Iron core 8 serving as a measuring yoke comprises one conductor 6 'of the outer cage winding and one conductor 18 'of the inner cage winding. In the air gaps of the measuring yoke Serving iron core 8 are the Hall generators 9 and 10, their Hall voltage electrically summed via the slip rings 25 to the measuring instrument 26 and the oscilloscope loop 27 is fed.

Im Luftspalt zwischen dem die Erregerwicklung der Schlupfkupplung tragenden Außenläufer 15 und dem Innenläufer 16 sind die Hallgeneratoren 20 und 21 angeordnet, deren Hallspannungen einen Strom hervorrufen, der nach Verstärkung durch die Transistorverstärker 22 und 23 als Steuerstrom den Hallgeneratoren 9 und 10 zugeführt wird. So wird der durch die Hallspannung des Hallgenerators 20 hervorgerufene Strom durch den Transistorverstärker 22 verstärkt dem Hallgenerator 9 als Steuerstrom zugeführt, während der von der Hallspannung des Hallgenerators 21 hervorgerufene Strom nach Verstärkung durch den Transistorverstärker 23 dem Hallgenerator 10 als Steuerstrom zugeführt wird. Die Zahl der im Luftspalt der Schlupfkupplung angeordneten Hallgeneratoren ist gleich der Zahl der Hallgeneratoren in dem als Meßjoch dienenden Eisenkern 8. In the air gap between the excitation winding of the slip clutch supporting external rotor 15 and the internal rotor 16 are the Hall generators 20 and 21 arranged, the Hall voltages cause a current that after amplification through the transistor amplifiers 22 and 23 as a control current to the Hall generators 9 and 10 is fed. This is what is caused by the Hall voltage of Hall generator 20 Current through the transistor amplifier 22 amplifies the Hall generator 9 as a control current supplied, while the caused by the Hall voltage of the Hall generator 21 Current after amplification by the transistor amplifier 23 the Hall generator 10 as Control current is supplied. The number of those arranged in the air gap of the slip clutch Hall generators is equal to the number of Hall generators in the measuring yoke Iron core 8.

Damit die erforderlichen Proportionalitäten gewahrt bleiben, müssen die Steuerströme der Hallgeneratoren 20 und 21 sowie die Speiseströme der Transistorverstärker 22 und 23 konstant sein. Zu diesem Zweck und auch zur galvanischen Trennung dieser Stromkreise werden die erwähnten Ströme an voneinander getrennten Sekundärwicklungen des mitumlaufenden Transformators 24 abgegriffen, dessen Primärwicklung über die Schleifringe 14 mit einer konstanten Spannung gespeist wird. So that the necessary proportionalities are maintained, must the control currents of the Hall generators 20 and 21 and the feed currents of the transistor amplifiers 22 and 23 be constant. For this purpose and also for galvanic separation of these Electric circuits are the currents mentioned on separate secondary windings of the rotating transformer 24 is tapped, the primary winding of which via the Slip rings 14 is fed with a constant voltage.

Als Hallgeneratoren empfiehlt sich in bekannter Weise die Verwendung von halbleitenden Verbindungen, deren Trägerbeweglichkeit mindestens 6000 cm2 Voli.sec' cm² vorzugsweise aber 10 000Volt. se oder mehr, beträgt. It is recommended to use them as Hall generators in a known manner of semiconducting compounds, the mobility of which is at least 6000 cm2 Voli.sec ' cm² but preferably 10,000 volts. se or more.

Als Hallgeneratoren eignen sich in bekannter Weise besonders halbleitende Verbindungen von der Form A1iiBv, also halbleitende Verbindungen eines Elementes der III. Gruppe des Periodischen Systems mit einem Element der V. Gruppe. So sind als Hallgeneratoren vor allem Verbindungen des Arsens, insbesonere InAs, geeignet.In a known manner, particularly semiconducting ones are suitable as Hall generators Compounds of the form A1iiBv, i.e. semiconducting compounds of an element the III. Group of the periodic table with an element of group V. So are Especially suitable as Hall generators are compounds of arsenic, especially InAs.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Arrangement for displaying or measuring the current in short-circuit cages of electrical machines, characterized in that one or several conductors of the short-circuit cage (4) from an iron core serving as a measuring yoke (8) are enclosed, which is provided with one or more air gaps in which there are Hall generators (9, 10) whose Hall voltage corresponds to the current in the short-circuit cage proportional electrical quantity.

2. Arrangement according to claim 1 for electrical machines, the squirrel cage is located on the rotating part, characterized in that the current in the short-circuit cage (4) proportional Hall voltage of the Hall generators (9, 10) Slip rings (25) an indicating or registering measuring device (26, 27) is supplied.

3. Use of the arrangement according to claim 1 or 2 for display or Measurement of the torque of electrical machines equipped with short-circuit cages, in particular of electromagnetic slip clutches, characterized in that the Hall generators (9, 10) in the air gaps of the iron core serving as a measuring yoke (8) a control current proportional to the field of the machine is supplied.

4. Arrangement according to claim 3, characterized. that the dem Field of the machine proportional control current of the Hall generators (9, 10) in the air gaps of the iron core (8) serving as a measuring yoke with the help of further Hall generators (20, 21), which are arranged in the air gap of the machine, is generated.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the number the further Hall generators (20, 21) arranged in the air gap of the machine the number of Hall generators (9, 10) in the air gaps of the measuring yoke Iron core (8) and that each of the Hall voltage of one in the air gap the machine arranged Hall generator (20, 21) caused current after amplification by a transistor amplifier (23, 24) a Hall generator (9, 10) im as a measuring yoke serving iron core (8) is supplied as a control current.

6. Arrangement according to claim 1, 2 or 5, characterized in that the required constant currents of the Hall generators arranged in the air gap of the machine (20, 21) and / or the constant supply currents of the transistor amplifiers used (23, 24) on the secondary windings of a co-rotating transformer (11, 24) are tapped, the primary winding of which has two slip rings (14) with a constant voltage is fed.

7. Arrangement according to claim 1 or 4, characterized in that As Hall generators, semiconducting compounds with a mobility of the carrier cm2 of about 6000 volts sec or more, preferably about 10,000 vol.sec will.

8. Arrangement according to claim 7, characterized in that as semiconducting Compound such an element of III. Group of the periodic table serves with one of the V group, especially InAs.

Publications considered: Deutsche Elektrotechnik, 1956, P. 10, 11, section: »Electrical production«.