DE1423272B1

DE1423272B1 - Schaltungsanordnung zur UEberwachung der Temperatur von Maschinen oder Geraeten

Info

Publication number: DE1423272B1
Application number: DE19581423272
Authority: DE
Inventors: Hans Dr-Phil Johann; Werner Dipl-Ing Kaufmann; Otto Dipl-Ing Mueller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-12-11
Filing date: 1958-12-11
Publication date: 1969-09-04
Also published as: CH376580A; DE1423274A1; DE1423946A1; BE585583A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Temperatur von Maschinen oder Geräten, insbesondere von Wicklungen elektrischer Maschinen, mit einem oder mehreren Meßfühlern aus Heißleiterwiderständen kleiner Wärmekapazität und kleinen Leistungsumsatzes, die nach Art einer gleichstromgespeisten Meßbrücke mit Vergleichswiderständen zusammengeschaltet sind, und mit im Meßzweig der Brücke vorgesehenem Auslösemittel.
Bei einer bekannten Anordnung der obengenannten Art werden die wärmeempfindlichen Widerstandselemente unmittelbar an die gefährdeten Stellen herangebracht, bei elektrischen Motoren also unmittelbar in die Wicklungen eingelegt. Hierbei ist auf einen sehr guten Wärmekontakt, also auf eine kleine Wärmeschranke, zwischen der Entstehungsstelle der Wärme und den Fühlern zu achten. Da die Fühler selbst in der Regel, insbesondere bei Verwendung von Halbleitern, sehr klein gemacht werden können, kann nicht nur die Wärmeschranke sehr klein gehalten werden, sondern auch die Wärmekapazität dieser Elemente. Unmittelbar abhängig von der Wärmeschranke und der Wärmekapazität ist der unter allen Umständen möglichst klein zu haltende Nacheilfehler.
Da die vorbeschriebenen Wärmefühler keine unmittelbare Anzeige, z. B. in Form einer Kontaktgabe ermöglichen, müssen sie mit entsprechenden, die Änderung der Widerstandswerte erfassenden Elementen zusammengebaut werden. Eine der bekanntesten und empfindlichsten Einrichtungen zur Erfassung von Widerstandsgrößen ist die Widerstandsmeßbrücke.
Die bekannten Meßbrücken zur Erfassung der Wicklungstemperatur von Motoren sind derartaufgebaut, daß die in die Motoren eingebrachten wärmeempfindlichen Elemente einen Zweig der Brücke bilden.
In den Diagonalzweig der Brücke sind bei den bekannten Ausführungen Meßverstärker oder andere messende Geräte eingeschaltet.
Man kann nun einerseits ein Anzeige- oder Steuergerät verwenden, das auf den Nullstrom anspricht, d. h., daß es genau den Punkt erfaßt, an dem die Diagonal spannung von einer Polarität auf die andere umschlägt. Dies macht die Verwendung eines empfindlichen Nullstrominstrumentes, z. B. eines Relais, erforderlich. An Stelle dieser Nullstrominstrumente können aber auch Schalt- oder Steuergeräte eingesetzt werden, die die Polarität der Brückenspannung erfassen, die also polarisiert sind. Als solche Geräte wurden neben polarisierten Relais auch bereits Transistorverstärker mit nachgeschalteten Relais vorgeschlagen. Bei allen bekannten oder vorgeschlagenen Ausführungsformen, soweit sie nicht von Verstärkerelementen wie Transistorverstärkern Gebrauch machen, müssen, um den Leistungsbedarf der in der Brückendiagonale liegenden Relais od. dgl. zu decken, als Meßfühler wärmeempfindliche Widerstandselemente verwendet werden, die einen relativ großen Leistungsumsatz zulassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Temperaturüberwachungsanordnung unter Verwendung von an sich bekannten, temperaturabhängigen Widerstandselementen als Meßfühler aufzubauen, die den bekannten Ausführungen hinsichtlich der Betriebssicherheit, der Unabhängigkeit von Fremdspannungen und der Ansprechempfindlichkeit überlegen ist.
Die Erfindung ist dadurch geke8,nzeichnet, daß dem als elektromagnetisch steuerbaren, mechanisch arbeitenden, an sich bekannten Kraftspeicher ausgebildeten Auslösemittel ein Gleichrichter vorgeschaltet ist und an dem Verbindungspunkt beider das eine Ende eines einen Haltestrom für eine Steuerwicklung des Kraftspeichers im verstimmten Zustand der Schaltungsanordnung über den im Parallelzweig zum Heißleiterwiderstand liegenden Vergleichswiderstand zulassender Ableitwiderstand angeschlossen ist, dessen anderes Ende am Minuspol der Gleichstromquelle liegt und der Gleichrichter in den Haltestrom sperrender Richtung gepolt ist.
Diese elektromagnetisch auslösbaren Kraftspeicher kommen mit einer unverhältnismäßig kleineren Energie als Ansprechleistung aus als die handelsüblichen, an sich schon geringe Energie beanspruchenden Relais. Sie sind in der Praxis nicht messende Geräte und somit wesentlich billiger. Es ist zwar bei einer Überwachungseinrichtung für Radlager von Eisenbahnzügen bekannt, durch eine Meßbrücke ein elektropneumatisches Ventil zu betätigen. Auch bei dieser Anordnung ist dem elektropneumatischen Ventil ein weiteres Relais vorgeschaltet, das über einen Kontakt einen Hilfsstromkreis für die Wicklung des elektropneumatischen Ventils betätigt. Durch die erfindungsgemäße Anwendung des Kraftspeichers an Stelle des Auslöserelais ist es möglich, mit einer sehr geringen Steuerleistung auszukommen, jedoch auf der Abtriebsseite des Kraftspeichers eine relativ große Leistung zur Verfügung zu haben. Die hier gespeicherten Kräfte werden in der Regel von Hand aufgebracht, sie können aber auch durch sonstige Hilfskräfte, z. B. durch sehr starke elektromagnetische Erregung, erzeugt werden. Der Haltestrom für den Kraftspeicher kann durch den Ableitwiderstand auf sehr kleinem Niveau festgelegt werden, so daß auch die Belastung der Meßfühler klein bleiben kann. Die Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Anordnung ist dadurch sehr groß, da der Kraftspeicher sowohl bei Überschreiten der zulässigen Temperatur als auch bei Wegfall der Versorgungsspannung oder Kurzschluß im Fühlerkreis betätigt wird. Darüber hinaus kann mit nur einem Auslösemittel, das nur eine Wicklung aufweist, ausgekommen werden.
Um zu vermeiden, daß unter gewissen Umständen, beispielsweise bei Auftreten eines steilen Temperaturanstieges, ein Wiederansprechen der Steuerwicklung bei Überschreiten der Abschalttemperatur erfolgt, ist es vorteilhaft, wenn ein mit dem einen Ende der Steuerwicklung verbundenen Gleichrichter entgegengesetzt gepolter Gleichrichter mit dem anderen Ende der Steuerwicklung verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist für mehrere, unabhängig auf das Auslösemittel wirkende Fühler verwendbar, wenn bei Verwendung mehrerer in Parallelpfaden vorgesehener Heißleiter der eine Pol der jedem Heißleiter zugeordneten Gleichrichter mit dem Ableitwiderstand und in an sich bekannter Weise mit der Steuerwicklung verbunden ist.
An Hand der Zeichnung werden Schaltungsanordnungen zum Einsatz in elektrischen Motoren beschrieben und die Wirkungsweise erläutert.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung zur t : Überwachung der Temperatur besteht aus dem Meßfühler 1, der als Heißleiterwiderstand ausgebildet ist, den Vergleichswiderständen 2, 3, 4, sowie dem als Kraftspeicher ausgebildeten Auslösemittel, dessen Steuerwicklung mit 5 bezeichnet ist. Der Fühler 1, die Vergleichswiderstände 2 bis 4 und die Steuerwicklung 5 sind nach Art einer Meßbrücke zusammengeschaltet, wobei die Steuerwicklung 5 im Diagonalzweig der Brücke liegt. Der Steuerwicklung 5 vorgeschaltet ist ein Gleichrichter 6. An dem Verbindungspunkt 7 des Gleichrichters 6 mit der Steuerwicklung 5 ist das eine Ende eines Ableitwiderstandes 8 angeschlossen, dessen anderes Ende am Minuspol der Gleichstromquelle liegt. Ein weiterer Gleichrichter9 ist an dem anderen Ende der Steuerwicklung 5 und am Verbindungspunkt der Widerstände 3 und 4 angeschlossen. Die Spannungsvergleichsschaltung ist durch entsprechende Bemessung der Widerstände so abgestimmt, daß bei einer Temperatur, die unterhalb der maximal zulässigen Temperatur liegt, das Potential am Verbindungspunkt 10 höher ist als am Verbindungspunkt 11. Damit fließt von P über den Widerstand 3, den Gleichrichter 9, die Wicklung 5 sowie den Ableitwiderstand 8 ein Haltestrom, der so bemessen ist, daß der Anker des zugehörigen Kraftspeichers in der Einschaltstellung gehalten bleibt. Sinkt nun durch Erwärmung der Widerstandswert des Heißleiterwiderstandes 1 unter eine vorgegebene Größe ab, so wird das Potential im Punkt 11 größer als das im Punkt 10, d. h., der Strom in der Wicklung 5 wird zuerst geringer und schließlich zu Null. Es wird damit die Stromgröße unterschritten, die für ein Halten des Ankers notwendig ist. Der zugehörige Anker fällt ab. Um einen Rückstrom zu verhindern, ist der Gleichrichter 9 eingeschaltet, der die Betriebssicherheit der nach dem Ruhestromprinzip arbeitenden Schaltanordnung weiter erhöht.
In F i g. 2 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen, jedoch sind bei dieser Anordnung mehrere Parallelpfade 12, 13, 14 vorgesehen, die dem Heißleiterwiderstand 1 und dem Vergleichswiderstand 2 parallelliegen. Die Heißleiterwiderstände tragen die Bezugszeichen 15, 16, 17 und die Vergleichswiderstände 18, 19 und 20. Jedem Strompfad 12, 13, 14 ist ein gesonderter Gleichrichter 21, 22, 23 zugeordnet, wobei die Gleichrichter mit ihren anderen Enden gemeinsam zusammengeschaltet am Verbindungspunkt7 des Gleichrichters 6 mit der Steuerwicklung 5 liegen. Die Vergleichwiderstände 2, 18, 19, 20 und beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 auch der Vergleichswiderstand 3 sind anpaßbar, um auch verschiedene Temperaturstufen einstellen zu können. Durch die Einschaltung der Gleichrichter 21, 22, 23 wirkt jeder Parallelpfad unabhängig von dem anderen. Es ist damit die Möglichkeit eröffnet, Wärmefühler verschiedener Ansprechcharakteristik und Empfindlichkeit in einer einzigen Spannungsvergleichsschaltung vorzusehen, und zwar derart, daß sie einzeln erfaßt werden.
Ein Beispiel möge dies erläutern. Es sei angenommen, daß die Heißleiter 1, 15 und 16 auf gleiche Temperatur eingestellt sind, da sie den drei Phasen des Motors zugehören. Der Heißleiter 17 dagegen ist auf die niedrigere Lagertemperatur eingestellt, d. h. auf eine Temperatur, die gegebenenfalls weit unterhalb der höchstzulässigen Motorwicklungstemperatur liegt.
Steigt nun die Temperatur, z. B. wegen eines Windungsschlusses in der dem Heißleiter 1 zugehörigen Wicklung über den vorgesehenen Wert an, während die Temperatur in den anderen Wicklungen unter der kritischen Temperatur bleibt, so spricht das zur Wicklung 5 gehörige Gerät allein wegen der Potentialabsenkung im Punkt 11 genau so an, wie wenn alle drei Elemente gleichmäßig übererwärmt worden wären, oder wenn eine Übertemperatur am Lager und damit eine Potentialabsenkung am Punkt 24 gegenüber dem PunktlO vorhanden wäre. Die Verriegelung gegenüber den anderen Heißleitern haben die Gleichrichter übernommen.

Claims

Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zur Überwachung der Temperatur von Maschinen oder Geräten, insbesondere von Wicklungen elektrischer Maschinen, mit einem oder mehreren Meßfühlern aus Heißleiterwiderständen kleiner Wärmekapazität und kleinen Leistungsumsatzes, die nach Art einer gleichstromgespeisten Meßbrücke mit Vergleichswiderständen zusammengeschaltet sind. und mit im Meßzweig der Brücke vorgesehenem Auslösemittel, dadurch C,eke nnzeichnet, daß dem als elektromagnetisch steuerbarer, mechanisch arbeitender, an sich bekannter Kraftspeicher ausgebildeten Auslösemittel ein Gleichrichter (6) vorgeschaltet ist und an dem Verbindungspunkt (7) beider das eine Ende eines einen Haltestrom für eine Steuerwicklung (5) des Kraftspeichers im verstimmten Zustand der Schaltungsanordnung über den im Parallelzweig zum Heißleiterwiderstand (1) liegenden Vergleichswiderstand (3) zulassenden Ableitwiderstandes (8) angeschlossen ist, dessen anderes Ende am Minuspol (N) der Gleichstromquelle liegt, und der Gleichrichter (6) in den Haltestrom sperrender Richtung gepolt ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem mit dem einen Ende der Steuerwicklung (5) verbundenen Gleichrichter (6) entgegengesetzt gepolter Gleichrichter (9) mit dem anderen Ende der Steuerwicklung (5) verbunden ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mehrerer in Parallelpfaden (12, 13, 14) vorgesehener Heißleiter (15, 16, 17) der eine Pol der jedem Heißleiter zugeordneten Gleichrichter (21, 22, 23) mit dem Ableitwiderstand (8) und in an sich bekannter Weise mit der Steuerwicklung (5) verbunden ist.