DE1648323A1

DE1648323A1 - Arrangement for temperature measurement and for temperature monitoring on moving machine parts

Info

Publication number: DE1648323A1
Application number: DE19671648323
Authority: DE
Inventors: Kurt Angermann
Original assignee: ELMASCH BAU VEB K
Current assignee: ELMASCH BAU VEB K
Priority date: 1967-08-23
Filing date: 1967-08-23
Publication date: 1971-04-08

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur emperaturmessuno und zur Temperaturüberwachung in beweglichen Maschinenteilen, insbesondere in Läuferwicklungen elektrischer Maschinen.The invention relates to an arrangement for emperaturmessuno and for Temperature monitoring in moving machine parts, especially in rotor windings electrical machines.

Die üblichen Verfahren und Anordnungen zum Messen bzw. zur Uberwachung der femperaturen in beweglichen Maschinenteillen unter Verwendung von Thernioelementen oder temperaturabhängigen Wideratänden, deren elektrische Werte über schleifende Kontakte oder über leine Eiender zum feststehenden Maschinenteil geleitet bzw. übertragen werden, sind allgemein bekannt; ebense die damit behafteten Ifachteile.The usual methods and arrangements for measuring or monitoring the temperatures in moving machine parts using Thernio elements or temperature-dependent resistors, whose electrical values have dragging Contacts or leashed egg ends to the stationary machine part or transferred are well known; also the Ifachteile afflicted with it.

Darüber hinaus ist eine Temperaturüberwachung von beweglichen Maschinenteilen, insbesondere Rotorwicklungen elektrischer Naschinen, beixint, die aus einer an sich bekannten Meßbrücke besteht, in deren Diagonal zweig ein Wechselstromerzeuger angeordnet ist. Ein Brückenzweig dieser Meßbrücke besteht aus zwei Übertragungskapazitäten, die aus zwei relativ zueinander beweglichen elektroden bestehen und so bekanntlich einen Wechselstromfluß zwischen beweglichen und feststehenden Maschinenteilen gestatten, einen halbleiterwiderstandselement, das in Form eines Kaltleiters zwischen den beiden Übertragungskapazitäten in der zu überwachenden Rotorwicklung angeoranet ist und der Hälfte einer Transformator-Primärwicklung. Der andere Brückenzweig setzt sich aus der zweiten Hälfte der Transformator-Primärwicklung sowie aus ohmschen und kapazitiven Abgleichelementen zusammen. Sekundärseitig des Transformators ist ein Grenzwertmelder angeordnet, der bei irgendeiner Verstimmung der Meßbriicke anspricht.In addition, temperature monitoring of moving machine parts, in particular rotor windings of electrical machines, beixint, which consist of a per se known measuring bridge exists, in the diagonal branch an alternator is arranged is. One branch of this measuring bridge consists of two transmission capacities, which consist of two electrodes that can be moved relative to one another and so is well known allow alternating current to flow between moving and stationary machine parts, a semiconductor resistance element, which is in the form of a PTC thermistor between the two Transmission capacities in the rotor winding to be monitored is anoranet and half of a transformer primary winding. The other branch of the bridge sits down from the second half of the transformer primary winding and from ohmic and capacitive Adjustment elements together. A limit monitor is on the secondary side of the transformer arranged, which responds to any detuning of the measuring bridge.

Obwolil es ohne weiteres erkennbar ist, daß diese Temperaturtiberwa chung gegenüber den bisher bekannten eine wesentliche Verbesserung darstellt, ist damit doch noch der Nachteil verbunden, daß diese Temperaturüberwachung nicht für Temperaturmessungen geeignet ist. Letzteres ist vor allem darauf zurückzuführen, daß die Schaltung der Me#brücke zwar keine andere Mdglichkeit der Anordnung der Übertragungskapazitäten gestattet, dadurch aber di.Although it is readily apparent that this temperature ranges from chung represents a significant improvement over the previously known this still has the disadvantage that this temperature monitoring is not suitable for Temperature measurements is suitable. The latter is mainly due to that the circuit of the measuring bridge does not have any other possibility of arranging the Transmission capacities permitted, but this means that di.

Kopplung im Bereich der cbertrag@@@skapa@it@te@ @esonders kritisch ist. @eiterhin fährt @ie Verwenden@ @es ohmschen @iderstandes al@ Temperaturfühler in einer Ke#brücke mit komplexen Widerstandsgrö#en dazu, daß die daraus resultier@nde komplexe lleßgröße eine relativ geringe Ander@ng erfährt - man kenn dies mit einer Dämpfung im Schwingkreis vergleichen - wodurch ebenfalls die Temperaturmessung über einen grö#eren bereich unmöglich wird.Coupling in the area of cbertrag @@@ skapa @ it @ te @ @ is particularly critical is. @Continue to run @ie Use @ @es ohmschen @iderstandes al @ temperature sensors in a Ke # bridge with complex resistance values to the fact that the resulting complex measured variable experiences a relatively small change - you know this with a Compare damping in the resonant circuit - which also makes the temperature measurement over a larger area becomes impossible.

Aus diesen nachteilen und Erkenntnissen reaultiert die aufgabe, eine Anordnung zur Temperaturmessung und zur Temperaturüberwachung in beweglichen haschinenteilen, insbesondere in Läuferwicklungen elektrischer maschinen, zu schaffen, mit der auch bei hohen iueßgeschwindigkeiten zumindest alle temperaturkritischen stellen zu erfassen sind, ohne daß dazu der ökonomische Aufwand einen angemessenen Betrag unter 3eacn.tung des Wertes der zu überwachenden Maschine überschreitet.Based on these disadvantages and findings, the task of creating a Arrangement for temperature measurement and temperature monitoring in movable hash parts, especially in rotor windings of electrical machines, to create with the also to record at least all temperature-critical points at high flow rates are without the economic outlay being a reasonable amount under consideration exceeds the value of the machine to be monitored.

Erfindungegemäß wird dies dadurcii erreicht, daß ein oder mehrere Schwingkreise im beweglichen Maschinenteil angeordnet sind. Der einer Kapazität an sich anhaftende Machteil der Temperaturabhängigkeit wird hierbei bewu#t dadurch ausgenutzt, daß die Kapazitäten in den Schwingkreisen als Temperaturfühler angeordnet sind Die Induktivitäten der Schwingkreise bilden Gleichzeitig Teile eines oder mehrerer induktiver @bertragungselemente. Weiterhin sind die Schwingkreise einerseits elektrisch mit dem beweglichen liachinenteil und andererseits am heißen Punkt mit je einen Teil eines oder mehrerer kapazitiver Übertragungselemente verbunden, Am feststehenden Ltasciiinenteil ist das bzw. siazri die anderen Teile der induktiven und kapazitiven Übertragungselemente zur Erregung des oder der Schwingkreise nit einem Wechselstromerzeuger und zur Temperaturmessung mit einem Oszillografen bzvi. zur Temperaturüberwachung mit einem Grenzwertwäonter elektrisch verbunden.According to the invention this is achieved by one or more Oscillating circuits are arranged in the moving machine part. The one capacity The inherent part of the temperature dependency is thereby conscious exploited the fact that the capacities are arranged in the oscillating circuits as temperature sensors are The inductances of the resonant circuits simultaneously form parts of one or more inductive transmission elements. Furthermore, the oscillating circuits are on the one hand electrical with the movable liachine part and on the other hand at the hot point with one each Part of one or more capacitive transmission elements connected to the stationary Ltasciiinenteil is the or siazri the other parts of the inductive and capacitive Transmission elements for exciting the oscillating circuit or circuits with an alternator and for temperature measurement with an oscilloscope bzvi. for temperature monitoring electrically connected to a limit monitor.

Werden mehrere feststehende Teile induktiver und kapazitiver Übertragungselemente verrendet, ist es besonders günstig, selbige elektrisch an einen Umschalter zu legen.Are several fixed parts of inductive and capacitive transmission elements When it dies, it is particularly beneficial to connect it electrically to a changeover switch.

Weiterhin ist es vorteilhaft, den Umschalter mittels Itapulsen zu steuern, so daß er taktweise schaltet.It is also advantageous to close the switch by means of itapulses control so that it switches clockwise.

Für den Fall, daß die Schwingkreiskapazitäten größeren Toleranzen unterliegen, ist das Zuschalten von kapazitiven und induktiven Abgleichmitteln möglich, wobei aber auf gleiche Temperaturkonstanten geachtet werden sollte.In the event that the resonant circuit capacities have larger tolerances are subject to, the connection of capacitive and inductive balancing means is possible, but care should be taken to ensure that the temperature constants are the same.

Zur Erregung der Schwingkreive ist ein Hochfrequenz-Wechselstromerzeuger mit veränderbarer Frequenz besonders vorteilhaft.A high-frequency alternating current generator is used to excite the oscillating circles with variable frequency particularly advantageous.

Im weiteren Zusammenhang mit der Erfindung ist wesentlich, daß die kapazitiven Übertragungselemente aus Elektroden in Form von relativ kleinen metallischen Plättchen bestehen, die gegen die Maschinenteile elektrisoh isoliert sind.In further connection with the invention it is essential that the capacitive transmission elements made of electrodes in the form of relatively small metallic ones There are platelets that are electrically isolated from the machine parts.

Ebenfalls von relativ geringen Abmessungen sind die induktiven Ubertragungelenente in Form von eisen- oder nichtsisengefüllten Spulen.The inductive transmission elements are also of relatively small dimensions in the form of iron or non-iron-filled coils.

In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. Is den grundsätzlichen Aufbau einer Anordnung zur Temperaturmessung, wobei an Hand dessen die Arbeitsweise erläutert wird ; Fig. 2: eine andere Ausführungsmöglickheit zur Temperaturmessung und Temperaturüberwachung; Fig. 3s das Schema einer Anordnung zur Temperaturmessung und Temperaturüberwachung im Läufer einer clektrischen Maschine mit relativ wonigen Na#stellen; Fig. 4: das Schema einer Anordnung zur Temperaturmessung und Temperaturüberwachung im Läufer einer iC' trischen Maschine mit wesentlich mchr Me@stellen unter Verwendung eines Umschalters In Fig. 1 bildet der iCondensator 1, der rrls Temperaturfühler dient, mit der Spule 2 einen Schwingkreis. Dieser Schwingkreis ist mit der elektrisch verbundenen Elektrode 5 des Kapazitiven Obertragungselementes im beweglichen Maschineteil angeordnet, war dur@@ den Luftspalt 6 gekennzeichnet ist. Die Erregung des Schwingkreises erfolgt vom feststehenden Maschinenteil mit dem Tongenerator 4 über die Koppelspule 3 in Verbindung mit der Spule 2 des Schwingkreises; woraus ersichtlich ist, daß die Spule 2 des Schwingkreises und die koppelspule 3 ein induktives Übertragungselement bilden.In the drawings are some embodiments of the invention shown. It shows: Fig. Is the basic structure of an arrangement for temperature measurement, the method of operation being explained on the basis of this; Fig. 2: another possible embodiment for temperature measurement and temperature monitoring; 3s shows the scheme of an arrangement for temperature measurement and temperature monitoring in the rotor of a clever machine with relatively little Na #; Fig. 4: the scheme of an arrangement for temperature measurement and temperature monitoring in the rotor of an iC 'tric machine with substantially mchr Me @ make using a toggle switch in Fig. 1 forms the capacitor 1, which serves as a temperature sensor, and the coil 2 form an oscillating circuit. This resonant circuit is connected to the electrically connected electrode 5 of the capacitive The transmission element was arranged in the moving machine part, and was due to the air gap 6 is marked. The resonance circuit is excited by the stationary one Machine part with the tone generator 4 via the coupling coil 3 in conjunction with the Coil 2 of the resonant circuit; from which it can be seen that the coil 2 of the resonant circuit and the coupling coil 3 form an inductive transmission element.

Weiterhin ist im feststehenden Maschinenteil die elektrode 7 angeordnet, die in Verbindung mit der elektrode 5 ein kapazitives Übertragungselement bildet, wobei die Elektroden 5 und 7 aus relativ kleinen metallischen Plättchen bestehen und gegen die Maschinenteile elektrisch isoliert sind. Die Elektrode 7 ist elektrisch mit dem Oszillografen 8 verbunden. Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist dabei folgendes Die Koppelspule 3 wird mit der Wechselspannung des Tongenerators 4 gespeist. Im moment der Vorbeibewegung der Spule 2 an der Koppelspule 3 wird infolgedessen diese Wechselspannung in den Sohwingkreis, der aus dem Kondensator 1 und der Spule 2 besteht, induziert.Furthermore, the electrode 7 is arranged in the stationary machine part, which, in conjunction with the electrode 5, forms a capacitive transmission element, the electrodes 5 and 7 consist of relatively small metallic plates and are electrically isolated from the machine parts. The electrode 7 is electrical connected to the oscilloscope 8. The mode of operation of this arrangement is as follows The coupling coil 3 is fed with the alternating voltage of the tone generator 4. in the moment of the movement of the coil 2 past the coupling coil 3 is consequently this AC voltage in the oscillating circuit, which consists of capacitor 1 and coil 2, induced.

Dadurch, daß der Kondensator 1 in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur seine Kapazität Mndort, unterliegt die Resonansfrequenz des Schwingkreises ebenfalls einer Änderung. Ist nun der Tongenera tor 4 auf eine solche Frequenz eingestellt, daß diese bei der maximal sulässigen Temperatur der Resonanzfrequenz des Schwingkreises entspricht, liegt an der Elektrode 5 eine relativ hohe Resonanzspannung an, die kapazitiv auf die Elektrode 7 übertragen wird und an dem Oszillograf 8 als Maß der Temperatur ablesbar ist. Im Fall der geringen Ernirwang ist die an Elektrode 5 anliegende Spannung, die natürlich ebenfalls am Oszillograf 8 als Ma@ der Temperatur abzulesen ist, geringer. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, die jeweils von der Temperatur abhängige Resenanzfrequenz des Schwingkreises mit dem Tongenerator 4 festzustellen, so daß die Frequenz das Maß für die Temperatur ist.Because the condenser 1 is a function of the ambient temperature its capacity Mndort is also subject to the resonance frequency of the oscillating circuit a change. If the Tongenera tor 4 is now set to such a frequency, that this is at the maximum sulässig temperature of the resonance frequency of the resonant circuit corresponds, a relatively high resonance voltage is applied to the electrode 5, the is capacitively transferred to the electrode 7 and on the oscilloscope 8 as a measure of the Temperature can be read. In the case of low energy consumption, the electrode 5 is applied Voltage, which of course can also be read on oscillograph 8 as a measure of the temperature is, lower. Of course it is also possible the Resenanzfrequency of the resonant circuit with the, depending on the temperature Determine tone generator 4, so that the frequency is the measure of the temperature.

In Fig. 2 ist der Tongenerator 22 mit der feststehenden Elektrode 21 elektrisch verbunden, die mit der am beweglichen Maschinenteil angeordneten Elektrode 19 das kapazitive Übertragungselement bildet.In Fig. 2, the tone generator 22 is with the fixed electrode 21 electrically connected to the electrode arranged on the movable machine part 19 forms the capacitive transmission element.

Dieses kapazitive Übertragungselement dient bei diesem Ausführungsbeispiel mittelbar zur Erregung des Schwingkreises, der hier aus dem Kondensator 11 und der Spule 13 besteht. Der infolgedessen sinngemäß beweglichen Spule 13 ist gegenüber die festste@ende Koppelspule 14 angeordnet; beide bilden hier das induktive Übertragungselement. Übrigens ist das bewegliche und das feststehende maschinenteil durch den Luftspalt 20 gekennzeichnet. Die Spannung als Maß der Temperatur ist, wie in Fig. 1, am Oszillograf 15 abzulesen.This capacitive transmission element is used in this exemplary embodiment indirectly to the excitation of the resonant circuit, which here from the capacitor 11 and the Coil 13 is made. The consequently correspondingly movable coil 13 is opposite the fixed end coupling coil 14 is arranged; both form the inductive transmission element here. Incidentally, the moving and the stationary machine part is through the air gap 20 marked. The voltage as a measure of the temperature is, as in Fig. 1, on the oscillograph 15 read.

Außerdem ist dem Oszillograf 15 der Grenzwertwächter 16, der beispielsweise im wesentlichen aus dem Tbyratron 17 oder auch aus einer bekannten llalbleiterschaltung besteht, parallelgeschaltet. Dadurch wird neben der Temperaturmessung die Temperaturüberwachung derart bewthrleistet, daß bei einem bestimmten Spannungsmaximum das Tbyratron 17 durchschaltet und mittels des dadurch geschlossenen Kontaktes 18 die Energiezufuhr für die zu überwachende Maschine unterbrochen wird.In addition, the oscilloscope 15 is the limit monitor 16, for example essentially from the Tbyratron 17 or from a known semiconductor circuit exists, connected in parallel. This not only measures the temperature, but also monitors the temperature proven in such a way that at a certain voltage maximum the Tbyratron 17 switches through and by means of the thereby closed contact 18 the energy supply for the machine to be monitored is interrupted.

Im Schviingkreis ist außerdem noch ein Trimmer 12 angedeutet, der eine Korrektur der Kapazität des Kondensators 11 gestattet.In the Schviingkreis a trimmer 12 is also indicated, the a correction of the capacitance of the capacitor 11 is allowed.

Die schematische Darstellung in Fig. 3 zeigt die Anwendung der erfindungsgemä#en Anordnung in einem Läufer 31 einer elektrischen Maschine.The schematic representation in FIG. 3 shows the application of the invention Arrangement in a rotor 31 of an electrical machine.

Dabei sind die als Temperaturfühler dienendeii Kondensatoren 32 unmittelbar in bzw. an den temperaturkritischen Stellen ang@@rdnet, wegegen sich die Elektroden 33 und die Spulen 34 in oder auf den Nutkeilen des läufers 31 befinden. In oder aiff den Nutkeilen deo nicht dargestellten Ständers der elektrischen Maschine sind die Elektrode 36 und die Koppelspule 35 befestigt, webei der Tongenerator 37 kapazitiv über die @lektrode 36 und den Elektroden 33 di@ einzelnen Schwingkroise erregt und induktiv die Me@spannung von den @pulen 34 @uf die @@@le ) übertra en wird.The capacitors 32 serving as temperature sensors are direct in or at the temperature-critical points ang @@ rdnet, the electrodes move away 33 and the coils 34 are located in or on the slot wedges of the rotor 31. In or aiff the slot wedges deo are not shown stator of the electrical machine the electrode 36 and the coupling coil 35 attached, the tone generator 37 being capacitive Via the electrode 36 and the electrodes 33 the individual oscillating croises are excited and inductively the measurement voltage from the coils 34 to the @@@ le) is transmitted.

Dadurch, daß im Läufer 41 der Fig. 4 wesentlich mehr Me#punkte in Form von als Temperaturfühler dienende Kondensatoren 44, 47 und 50 verwendet werden, die mit den Spulen 42, 45 oder : 83 jeweils einen Schwingkreis bilden und mit den Elektroden 43, 46 oder 49 elektrisch verbunden sind, wurden 3 meßstellen im ebenfalls nicht dargestellten Ständer der elektrischen Maschinen angeordnet, die aus den Elektroden 51, 53 und 55 sowie aus den Koppelspulen 52, 54 und 56 bestehen und Jeweils über den Umsohalter 57 mit dem Tongenerator 58 bzw. mit der Me#leitung 59 verbunden sind Selbstverständlich lassen sich die kapazitiven und induktiven Übertragungselemente bei elektrischen maschinen nicht nur in bzw. auf den Nutkeilen anordnen, sondern auch an vielen anderen Stellen, beispielsweise stirnseitig am Läufer.Due to the fact that in the rotor 41 of FIG. 4 significantly more measuring points in In the form of capacitors 44, 47 and 50 serving as temperature sensors, which each form a resonant circuit with the coils 42, 45 or: 83 and with the Electrodes 43, 46 or 49 are electrically connected, 3 measuring points were also in the not shown stator of the electrical machines arranged from the electrodes 51, 53 and 55 as well as the coupling coils 52, 54 and 56 and each over the Umsohalter 57 with the tone generator 58 or with the measuring line 59 are connected Of course, the capacitive and inductive transmission elements in electrical machines, not just in or on the slot wedges, but also in many other places, for example on the front of the runner.

Claims

Claims t. Arrangement for temperature measurement and temperature monitoring in moving machine parts, especially in fan windings of electrical machines, characterized in that one or more echo circles in the Bawgere Maschin @@ part are arranged, their capacities as temperature sensors and their inductances serve as part of one or more inductive transmission elements, the resonant circuits on the one hand electrically with the moving machine part and on the other hand hot Point each connected to a part of one or more capacitive transmission elements decreases as well as that on the stationary machine part or the other parts of the inductive and capacitive transmission elements to excite the resonant circuit or circuits an alternator and for temperature measurement with an oscilloscope or are electrically connected to a limit monitor for temperature monitoring.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that between the inductive and capacitive parts attached to the fixed machine part Transmission elements a changeover switch is arranged.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the changeover switch is pulse-controlled0

4. Arrangement according to language 1 to 3, characterized in that that capacitive and inductive balancing @ dttel are connected to the Schuingkreise.

5. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that the Alternator is a high frequency with variable frequency.

6. Arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that the capacitive transmission tents as electrodes in pon of relatively small metallic There are platelets that are electrically isolated from the machine parts.

7. Arrangement according to claim 1 to 6, characterized ge @@ nnz @ ichnet that the inductive transmission elements made of iron or non-iron filled coils with relatively ge small dimensions exist.

L e r s e i t e