DE1174426B - Temperaturueberwachung von beweglichen Maschinenteilen - Google Patents

Description

• Temperaturüberwachung von beweglichen Maschinenteilen Die Erfindung betrifft eine Temperaturüberwachung von beweglichen Maschinenteilen, insbesondere Rotorwicklungen elektrischer Maschinen, unter Verwendung von Temperaturfühlern in einer Meßbrückenschaltung.
• Bei der Temperaturüberwachung beweglicher Maschinenteile treten drei Probleme auf, und zwar die Erfassung des kritischen Temperaturwertes, seine Übertragung auf ruhende Anlagenteile und die Auswertung des übertragenen Meßwertes. Die Temperaturmessung kann in verschiedenartigster bekannter Weise erfolgen, und zwar beispielsweise durch Kontaktthermometer, durch temperaturabhängige Widerstände, Thermoelemente od. dgl. Die Auswahl der Meßmethode hängt ab von der gewünschten Meßgeschwindigkeit, wobei mit zunehmender Meßgeschwindigkeit eine zunehmende thermische Kopplung und Verkleinerung der Wärmekapazität des Meßfühlers notwendig ist. Sie hängt ferner von der Meßleistung ab, die bei großer Übersetzung von Temperatur zur elektrischen Meßgröße größer werden muß, und sie hängt ferner davon ab, wie groß der Energieunterschied von der Meßgröße zu den Störwerten des Übertragungsgliedes sein muß, um eine eindeutige und sichere Meßwertübertragung zu erhalten.
• Bei der Auswahl der Meßmethoden und Meßeinrichtungen muß auch noch das Verhältnis der Kosten für die Temperaturüberwachungseinrichtung zum Gesamtwert der zu schützenden Einrichtung bedacht werden. Die Übertragung der Meßwerte erfolgt meistens galvanisch über Kontakte oder durch Strahlungsmessung, wobei letztere nur die Oberflächentemperaturen erfaßt, so daß sich bei schnell rotierenden Meßobjekten nur ungefähre Mittelwerte erfassen lassen. Die zur Messung und Auswertung des Meßergebnisses notwendigen Geräte und Bauelemente bestimmen sich nach der Meßmethode, und zwar sind bei kleinen empfindlichen Meßfühlern entsprechend aufwendige Einrichtungen zur Auswertung und Verstärkung der Meßwerte notwendig, da letzten Endes in Abhängigkeit von den gemessenen Werten verhältnismäßig große Leistungen geschaltet werden müssen. Die Meßmethoden, bei denen der Meßwert galvanisch über Kontakte übertragen wird, ist beispielsweise bei elektrischen Maschinen unerwünscht und führt nicht immer zu befriedigenden Ergebnissen, da die Übergangswiderstände der Verschmutzung, der Oxydation od. dgl. unterliegen und daher schwanken und auch während der Rotation evtl. durch Unwuchten od. dgl. bedingte Veränderungen unausbleiblich sind.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Tempera- turmessung beweglicher Maschinenteile mittels Temperaturfühlern durchzuführen, die eine hohe Meßgeschwindigkeit, eine hohe Meßleistung und einen möglichst großen Energieunterschied zwischen Meßgröße und Störwerten ergibt. Nach der Erfindung gelingt dies auf einfache Weise dadurch, daß im Diagonalzweig der Meßbrücke ein Wechselstromerzeuger vorgesehen ist und daß zwei in Reihe liegende Transformator-Primärwicklungen im einen Brückenpfad und vorzugsweise Halbleiterwiderstandselemente in Form von Kaltleitern mit Übertragungskapazitäten in einem Brückenzweig zusammen mit vorzugsweise ohmschen und kapazitiven Abgleichmitteln im anderen Brückenzweig des zweiten Brückenpfades in Reihe angeordnet sind und daß die Transformator-Sekundärwicklung über einen Gleichrichter einen Grenzwertmelder beeinflußt, wenn die Brücke bei Abweichungen von derOberwachungstemperatur ausreichend verstimmt wird.
• Die neue Meßschaltung ist in Fig. 1 an einem Ausführungsbeispiel in vereinfachter Weise gezeigt und in Fig. 2 in schematischer räumlicher Anordnung zu einer Elektromaschine angegeben.
• Die Meßbrückenschaltung besteht aus einer Transformator-Primärwicklung 1 im einen Brückenpfad, wobei je halbe Wicklung la und ib einen Brückenzweig dieses Brückenpfades bildet. Der andere Brückenpfad enthält in seinem einen Brückenzweig zwei Übertragungskapazitäten 2 und 3, zwischen die der dem beweglichen Teil zugeordnete Temperaturfühler 4, beispielsweise in Form eines Kaltleiters, ge schaltet ist. Der andere Brückenzweig des zweiten Brückenpfades enthält einen Abgleichwiderstand 5 und einen Abgleichkondensator 6. Im Diagonalzweig der Brücke ist ein Wechselstromerzeuger7, der die Brücke speist. Der Transformator-Primärwicklung 1 ist eine Transformator-Sekundärwicklung 1 c zugeordnet, die über einen Gleichrichter 8 einen Grenzwertmelder 9 mit Umkehrfunktion erregt, so daß am Ausgang 10 ein Ruhesignal bei abgeglichener Brücke erscheint. Die Brücke wird bei Kaltleitern als Temperaturfühler zweckmäßig auf den Kaltwiderstand der Temperaturfühler abgeglichen, der sich bis zum Ansprechwert mit zunehmender Temperatur nur verhältnismäßig wenig ändert, so daß unterhalb der Grenztemperatur die dabei etwa auftretende geringfügige Verstimmung der Brücke keine Auslösung hervorrufen kann.
• Bei normaler Temperatur unterhalb des Ansprechwertes werden die beiden Transformator-Wicklungshälften ja und lb von Strömen gleicher Phasenlage und Größe so durchflossen, daß sich die Erregungen im Transformatorkern aufheben. Es erscheint daher auf der Sekundärseite keine induzierte Spannung, so daß der als Kipper bekannter Bauart bzw. aus elektronischen Bauelementen bestehende Grenzwertmelder mit Umkehrfunktion an seiner Ausgangsklemme 10 ein Ruhesignal abgibt. Sobald durch die ausreichende Verstimmung des Temperaturfühlers 4 in den beiden Wicklungshälften 1a und 1b infolge des Unterschiedes nach Größe und Phasenlage des sie durchfließenden Stromes eine Spannungsdifferenz erscheint, wird bei Erreichen des Ansprechwertes über den Gleichrichter auf den mit Gleichstrom arbeitenden Grenzwertmelder die gleichgerichtete hochfrequente Wechselspannung gelangen, die diesen zum Kippen bringt, so daß an seinem Ausgang 10 das Signal verschwindet. Bei Verwendung anderer Temperaturfühler, z. B. Heißleiter, und entsprechender Abstimmung kann mit Hilfe von Brückengleichrichtern an Stelle des Gleichrichters 8 bei passendem Anschluß an den Grenzwertmelder 9 erreicht werden, daß das Unter-und Überschreiten einer bestimmten Bezugstemperatur zur Anzeige gebracht wird.
• In F i g. 2 ist an Hand einer Elektromaschine die Schaltung nach Fig. 1 in den hier interessierenden Teilen nochmals wiedergegeben. Die Maschine 11 mit ihrem Ständer 12 und ihrem Läufer 13 trägt auf der Maschinenwelle 14 zwei scheiben- oder zylinderförmige Elektroden 2a und 3a aus Metall, die gegen die Maschinenwelle isoliert sind. Am Lagerschild 15 sind in nicht näher dargestellter Weise diese Scheiben oder Zylinder umgebenden metallischen Gegenelektroden 2b, 3b befestigt und bilden zusammen mit diesen die bereits erwähnten Übertragungskapazitä. ten 2 bzw. 3. In Reihe mit der Reihenschaltung aus den Ubertragungskapazitäten 2 und 3 sowie dem Temperaturfühler 4 kann auch noch mindestens ein weiterer Temperaturfühler liegen. Im Ausführungsbeispiel sind drei gleiche Temperaturfühler 16 im Ständer 12 der Maschine angeordnet. Die übrigen Brückenzweige der Meßbrücke sind zusammen mit dem Wechselstromerzeuger 7 und dem Grenzwertmelder in einem gemeinsamen Gehäuse 17 untergebracht, aus dem nur der Ausgang 10 herausgeführt ist.
• Bei dieser Ausgestaltung der Dbertragungskapazitäten läßt sich eine einwandfreie und praktisch realisierbare Übertragungskapazität erreichen, wenn der Wechselstromerzeuger eine ausreichend hohe Frequenz hat. Wie bereits erwähnt und an sich bekannt, sind wegen der besonders starken Widerstandsände- rungen bei Temperaturschwankungen insbesondere Halbleiterwiderstandselemente in Form von Kaltleitern geeignet.

Claims (8)

1. Patentansprüche: 1. Temperaturüberwachung von beweglichen Maschinenteilen, insbesondere Rotorwicklungen elektrischer Maschinen, unter Verwendung von Temperaturfühlern in einer Meßbrückenschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß im Diagonalzweig der Meßbrücke ein Wechselstromerzeuger vorgesehen ist und daß zwei in Reihe liegende Transformator-Primärwicklungen in einem Brückenpfad und vorzugsweise Halbleiterwiderstandselemente in Form von Kaltleitern mit Übertragungskapazitäten in einem Brückenzweig zusammen mit vorzugsweise ohmschen und kapazitiven Abgleichmitteln im anderen Brückenzweig des zweiten Brückenpfades in Reihe angeordnet sind und daß die Transformator-Sekundarwicklung über einen Gleichrichter einen Grenzwertmelder beeinflußt, wenn die Brücke bei Abweichungen von der Überwachungstemperatur ausreichend verstimmt wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Temperaturfühler, zwischen zwei Übertragungskapazitäteu liegend, den einen Brückenzweig bildet.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dbertragungskapazität aus zwei relativ zueinander beweglichen Elektroden besteht, von denen die eine Elektrode gegen sein tragendes Maschinenteil elektrisch isoliert ist.
4. 4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Brückenpfad mit den Übertragungskapazitäten und Abgleichelementen weitere temperaturabhängige Widerstände vorgesehen sind, die vorzugsweise dem festen Maschinenteil zur Temperaturüberwachung zugeordnet sind.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein hochfrequenter Wechselstromgenerator zur Speisung der Brückenschaltung vorgesehen ist.
6. 6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für rotierende Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungskapazitäten aus an der Maschinenwelle isoliert angeordneten Metallscheiben oder -zylindern mit diese umfassenden ruhenden, insbesondere am Lagerschild befestigten metallischen Gegenelektroden bestehen.
7. 7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwertmelder aus elektronischen Bauelementen nach Art einer Kippstufe mit Umkehrfunktion ausgebildet ist, derart, daß er bei fehlender Spannung im abgeglichenen Brückenzustand an die Transformator-Sekundärwicklung ein Signal gibt.
8. 8. Anordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Schaltung mit Ausnahme der tZbertragungskapazitäten und der Temperaturfühler in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.