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Überwachung von Luftspaltänderungen bei Wechselstrommaschinen Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Luftspaltüberwachung bei Wechselstrommaschinen
unter Verwendung von Meßspulen.
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Derartige Einrichtungen dienen dazu, während des Betriebes Verlagerungen
des Läufers rechtzeitig zu erfassen, damit Beschädigungen der Maschine infolge des
Anstreifens des Läufers vermieden werden können.
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Es ist bekannt, im Luftspalt der Maschinen Meßspulen anzuordnen und
die bei einer Luf tspaltverlagerung auftretende unterschiedlich hohe Induktion im
Luftspalt an den Meßpunkten-über die in den Meßspulen induzierten Spannungen zu
erfassen. Diese induzierten Spannungen setzen sich aus einer Summe von Spannungskomponenten
verschiedener Frequenz und Phasenlage zusammen, die zum Teil lastabhängig und zum
Teil spannungsabhängig sind. Eine Trennung der durch die Luftspaltänderung bedingten
Spannungskomponenten von den restlichen ist nur unter großem Aufwand denkbar.
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Bekannt ist es in diesem Zusammenhang, eine Meßspule im Luftspalt
anzuordnen, deren Weite so gewählt ist, daß die von Luftspaltänderungen hervorgerufenen
Felder eine maximale
Spannung und alle daruber hinaus noch im Luft
spalt auftretenden Felder eine maximale Spannung in ihr induzieren. Nachteilig ist
hierbei, daß für jede Maschine die durch die Exzentrizität des fläufers auftretenden
Magnetfelder vorherbestimmt und danach eine von der jeweiligen Maschinenkonstruktion
abhängige Meßspule in die Maschine eingebaut werden müssen. Dabei ist der Einbau
infolge der verhältnismäßig großen Weite der zusätzlichen Spule unbequem, und es
ist bei Hochspannung ein großer Isolationsaufwand nötig. Auch ist eine Verwendung
diese bekannten Anordnung bei zweipoligen Maschinen nicht möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Luftspaltüberwachung
anzugeben, bei der unter geringem Aufwand die Nachteile der bekannten Anordnungen
vermieden werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Stator vier
räumlich um 90 gegeneinander versetzte Meßspulen angeordnet sind, eine Gleichrichtung
der in den Meßspulen induzierten Spannungen vorgesehen ist und Meßgrößen aus den
Differenzspannungen jeweils gegenüberliegender Meßspulen auf eine oder die Summe
der in diesem Meßspulen induzierten Spannungen gebildet und nachgeschalteten Meß-,
Warn- und/oder Ausschaltgeräten zugeführt sind,.
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In zweckmäßiger Ausbildung der Erfindung erfolgt die Bildung der Meßgrößen
entweder durch Quotientenmesser oder durch elektronische Schaltungen.
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Um bei Verlagerung des Läufers'in eine beliebige Richtung außerhalb
der Meßachsen eine mit der tatsächlichen Exzentrizität
übereinstimmende
Meßgröße den Meß-, Warn-und/oder Ausschaltgeräten eingeben zu können, werden diesen.aus
den Differenzspannungen Jeweils gegenüberliegender Meßspulen bezogen auf eine oder
die Summe der in diesen Meßspulen induzierten Spannungen elektronisch gebildeten
Meßgrößen über eine Quadrierschaltung zugeführt.
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Durch die Quadrierung wird aus dem durch die Maßachsen in vertikaler
und horizontaler Richtung bestimmten quadratischen zulässigen Exzentrizitätsbereich
ein der Läuferform angepaßter kreisförmiger Bereich. Dabei ist, um einen zulässigen
Exzentrizitätsbereich vorzugeben, vor den Meß-, Warn- und/oder Ausschaltgeräten
ein Schwellenwertschalter angeordnet.
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Um jederzeit auch optisch die Läuferverlagerung kontrollieren zu können,
sind für die Meßgrößen zusätzlich anzeigende Meßgeräte vorgesehen.
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Bei Wechselstrommaschinen mit parallelgeschalteten Wicklungen macht
sich bei der Anwendung der Einrichtung nach der Erfindung die in den Meßspulen induzierte
Grundwelle der Spannung für die Auswertung störend bemerkbar. Abhilfe wird durch
Filter geschaffen, die jeweils zwischen der Meßspule und der Gleichrichtereinrichtung
vorgesehen sind und welche die Grundwelle aus dem induzierten Spannungsgemisch heraussieben.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben: Die Figur 1 zeigt angedeutet einen Schnitt
durch die Wechselstrommaschine 15 mit einer Einrichtung nach der Erfindung
zur
Überwachung des Luftspaltes 16. Bei einer Verlagerung des Läufers der Wechselstrommaschine
15 aus seiner normalerweise zent-rischen Lage verändert sich die Induktion im Luftspalt
16, so daß in den Meßspulen 1 bis 4, die im Stator der Wechselstrommaschine (hier
jeweils um einen Zahn des Ständerblechpaketes gewickelt) um 90° räumlich gegeneinander
versetzt angeordnet sind, unterschiedlich hohe Spannungen induziert werden. Die
in den Meßspulen 1 bis 4 induzierten Spannungen setzen sich aus einer Summe von
Komponenten verschiedener Frequenz und Phasenlage zusammen und sind zum Teil last-,
exzentrizitäts- und zum Teil spannungsabhängig.
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Bei der Vorrichtung nach der Erfindung wird nun nicht versucht, die
durch die Verlagerung des Luftspaltes 16 bedingten,-in diesem Spannungsgemisch vorhandenen
Komponenten von den anderen zu trennen, sondern es werden die induzierten Spannungen
in ihrer Gesamtheit mittels der Gleichrichterbrücke 6 gleichgerichtet und mittels
der Bedämpfungselemente 8 geglättet. Von den so gleichgerichteten induzierten Spannungen
einander gegenüberliegender Meßspulen, also der Meßspulen 1 und 7 bzw. 2 und 4 wird
erfindungsgemäß jeweils die Differenzspannung gebildet und im vorliegenden Falle
auf eine der beiden in den jeweiligen Meßspulen induzierten Spannungen bezogen.
In der Figur 1 wird die Differenz der in den Meßspulen 1 und 3 induzierten, gleichgerichteten
Spannungen bezogen auf die gleichgerichtete Spannung der Meßspule 3 durch Quotientenmesser
9 gebildet. Die so erhaltene Meßgröße gibt die Verlagerung des Luftspaltes 16 in
der Linie der Meßspulen 1 und 3 an.
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In gleicher Weise wird die Verlagerung des Luftspaltes 16 in vertikaler
Richtung durch die Meßspulen 2 und 4 erfaßt
(nicht weiter dargestellt).
Durch die Bildung der Differenz der in diesen beiden Spulen induzierten und dann
gleichgerichteten Spannungen, die ebenfalls auf eine -oder auf die Summe dieser
beiden Spannungen bezogen wird, zeigt dann ein weiterer Quotientenmesser die Exzentrizität
des Läufers in der Linie der Meßspulen 2 und 4 an.
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Die Bezugnahme der Differenzspannung auf eine oder die Summe der in
den jeweils einander gegenüberliegenden Spulen induzierten Spannungen ist nötig,
um die Lastabhängigkeit der induzierten Spannungen weitgehend aus der Messung auszuklammern.
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Der Quotientenmesser 9 kann durch seinen Zeigerausschlag über einen
bestimmten zulässigen Wert hinaus z.B. einen Kontakt 14 betätigen, der ein Warngerät
oder einen Schalter zum Ansprechen bringt.
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Für den Fall, daß die Wechselstrommaschine 15 parallele Wicklungen
besitzt und somit die Grundwelle der induzierten Spannungen in den Meßspulen 1 bis
4 eine Erfassung der Luftspaltverlagerung mit der Einrichtung nach der Erfindung
erschwert, sind die Filter 5 (in diesem Falle Kondensatoren) vorgesehen, die die
Grundwelle vor der Gleichrichtung sperren.
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In Figur 2 ist die elektronische Auswertung der in den Meßspulen 1
und 3 induzierten, gleichgerichteten Spannungen im Prinzip dargestellt. Der Vorrichtung
10 werden die an den Punkten 70, 71 und 73 entsprechend der Figur 1 vorhandenen
Spannungen zugeführt, so daß diese auf elektronischem Wege die Differenz der in
den Meßspulen 1 und 3
induzierten, gleichgerichteten Spannungen
bildet und hier auf die gleichgerichtete Spannung U3 der Meßspule 3 bezieht.
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Der nachgeschaltete Schwellwertschalter 11 ist auf den noch zulässigen
Wert der Luftspaltverlagerung eingestellt, so daß eine Auslösung der nachgeschalteten
(nicht dargestellten) Meß-, Warn- und/oder Ausschaltgeräte erst erfolgt, wenn ein
bestimmter Wert der Exzentrizität in einer der Meßachsen überschritten wird.
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Tritt für eine derartige Einrichtung nach der Erfindung nun' der
ungünstigs-te Fall einer Luftspaltverlagerung in einer Richtung auf, die um 450
räumlich gegen die horizontale Meßachse mit den Meßspulen 1 und 3 bzw. gegen die
vertikale Meßachse mit den-Meßspulen 2 und 4 versetzt ist, so sprechen die nachgeschalteten
Meß-, Warn- und/oder Ausschaltgeräte erst bei dem #2-fachen Wert der MeßgröBe im
Vergleich zur Luftspaltverlagerung in einer der beiden Meßachsen an. Um ein Ansprechen
der nachgeschalteten Geräte bei Luftspaltverlagerungen in einer beliebigen Richtung
stets bei einem gleichen Exzentrizitätswert zu gewährleisten, wird in Weiterbildung
der Erfindung gemäß der Figur 3 den Vorrichtungen 10 eine Quadrierschaltung 13 nachgeschaltet,
die die durch.die Vorrichtung 10 gebildeten Meßgrößen mit sich selber multipliziert.
Entsprechend Figur 3 werden dann die beiden der jeweiligen Meßachse zugehörigen
quadrierten Meßgrößen dem Schwellwertschalter 11 zugeführt, der diese bei Überschrei-
; tung eines einer bestimmten Exzentrizität entsprechenden Wertes die nachgeschalteten
(nicht dargestellten) Meß-, Warn- und/oder Ausschaltgeräte ansprechen läßt.
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Um die Verlagerung des Luftspaltes 16 in den einzelnen Achsen optisch
verfolgen zu können, sind die Meßgeräte 17 vorgesehen.
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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, keine Meßspulen
verwenden zu können, die in einfacher Weise um die Statorzähne oder aber um das
Ständerjoch gewickelt werden, wobei die Einrichtung nach der Erfindung auch bei
zweipoligen Maschinen eingesetzt werden kann. Der Aufwand für die Hochspannungs-Isolation
und für die Auswertung der in den Meßspulen induzierten Spannungen ist verhältnismäßig
gering.
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7 Seiten Beschreibung 7 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnungen mit 3
Figuren