DE1911100U

DE1911100U - ELECTRIC MACHINE WITH A DEVICE FOR MEASURING RUNNING TEMPERATURE.

Info

Publication number: DE1911100U
Application number: DES36745U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-01-24
Filing date: 1961-01-24
Publication date: 1965-03-04

Description

S P.A. 861837-9.12.64S P.A. 861837-9.12.64

SIEMENS .SIEMENS.

siEMENS-scHUCKERTWERKE pla όI/1025 GMSIEMENS SCHUCKERTWERKE pla όI / 1025 GM

AKTIENGESELLSCHAFTSHARED COMPANY

Elektrische Maschine mit einer Einrichtung zum Messen der Läufertemperatur. Electric machine with a device for measuring the rotor temperature.

Bei gewissen elektrischen Maschinen, wie mit Schieflast betriebenen Drehstromgeneratoren, Einphasengeneratoren, können örtlich in dem Läufer starke Erwärmungen eintreten, welche die Maschinen gefährden.Es besteht daher ein Bedürfnis, die Temperaturen der Läufer derartiger Maschinen im Lauf zu messen und zu überwachen. Es liegt nahe, in derartigen Fällen dem Läufer Temperaturmeßelemente, wie Thermoelemente oder Widerstandsthermometer zuzuordnen. Indessen werden in diesen Fällen Einrichtungen zur Übertragung der Meßwerte von dem rotierenden Läufer auf ortsfeste Meßeinrichtungen erforderlich, wodurch sich bei schnelllaufenden Maschinen große Schwierigkeiten und Komplikationen ergeben.With certain electrical machines, such as those operated with an unbalanced load Three-phase generators, single-phase generators, can build up a lot of heat locally in the rotor, which endangers the machines hence a need to measure and monitor the temperatures of the runners of such machines in motion. It stands to reason in such In cases, assign temperature measuring elements such as thermocouples or resistance thermometers to the rotor. However, in these cases Devices for the transmission of the measured values from the rotating rotor to stationary measuring devices are required, which results in high-speed Machines give rise to great difficulties and complications.

Gegenstand der Neuerung ist eine wesentlich vorteilhaftere Ausbildung von elektrischen Maschinen mit einer Meßeinrichtung zur Feststellung der Temperaturen des Läufers, insbesondere in den gefährdeten Bereichen, welche diese Schwierigkeiten vermeidet. Die Neuerung besteht.darin, daß gegenüber definierten Bereichen der Läuferoberfläche in dem Luftspalt der Maschine wenigstens ein Strahlungsempfänger angeordnet ist.The subject of the innovation is a much more advantageous training of electrical machines with a measuring device to determine the temperatures of the rotor, especially in the endangered areas, which avoids these difficulties. The innovation consists in that at least one radiation receiver is arranged opposite defined areas of the rotor surface in the air gap of the machine.

Vorzugsweise kann die Neuerung in der Weise verwirklicht werden, daß der Strahlungsempfänger in einer Nut des Ständerkörpers der Maschine, insbesondere in einem Streukanal, untergebracht ist.The innovation can preferably be implemented in such a way that the radiation receiver is housed in a groove in the stator of the machine, in particular in a scattering channel.

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foiive zu den übüclion P.&isen geüsferf. Deulsches Pafeniamt, Gebrouchsmusterstelle.foiive to the üclion P. & isen geüsferf. Deulsches Pafeniamt, Gebrouchsmusterstelle.

- 1 - Du/Sm- 1 - You / Sm

\\ ■ 7.12.64 \\ ■ 12/7/64

IA 2/11/iOa (Amlsbogen) 3Ö00 8.63 16δ?IA 2/11 / iOa (Amlsbogen) 3Ö00 8.63 16δ?

PLA 61/1023 GM \*S PLA 61/1023 GM \ * S

Pur die Messung der Oberflächentemperatur des Läufers können an sich Strahlungsempfänger verschiedener Art, denen eine Meßeinrichtung zugeordnet ist, Anwendung finden, jedoch eignen sich besonders Thermoelemente für die Zwecke der Messung, deren Ausgangsgröße einem Spannungsmeßwerk zugeführt wird. Bei der Messung der Wärmestrahlung brauchen theoretisch am Läufer überhaupt keine Maßnahmen getroffen zu werden, da ja die Läuferoberfläche strahlt. In der praktischen Ausführung wird man allerdings besondere Maßnahmen für eine gute Wärmestrahlung treffen, insbesondere durch einen möglichst schwarzen, d.h. nicht reflektierenden Anstrich. Man kann hierdurch erreichen, daß die von anderen Maschinenteilen kommende Strahlung wegen ihrer geringeren Intensität wirkungslos wird. Der Anstrich braucht sich nicht über den ganzen Läuferumfang erstrecken, sondern es kann genügen, ihn auf eine abgegrenzte Meßzone zu beschränken.Purely the measurement of the surface temperature of the runner can be radiation receivers of various types, which have a measuring device is assigned, find application, but are particularly suitable Thermocouples for the purpose of measurement, the output of which is fed to a voltmeter. When measuring thermal radiation Theoretically, no measures at all need to be taken on the runner, since the runner surface is radiant. In practical execution However, special measures will be taken to ensure good thermal radiation, in particular through a black, i.e. non-reflective paint. You can thereby achieve that the radiation coming from other machine parts because of its lower Intensity becomes ineffective. The paint does not need to extend over the entire circumference of the runner, it can be sufficient to limit it to a delimited measuring zone.

An den Strahlungsempfänger ist die Forderung zu stellen, daß von der vom Strahler (Läufer) abgestrahlten Wärmemenge möglichst wenig durch Reflektion verloren geht, d.h., daß die ausgestrahlte Wärmemenge möglichst weitgehend absorbiert wird. Auch der Strahlungsempfänger muß daher möglichst ein schwarzer Körper sein. Man könnte an sich die Wärmestrahlung unmittelbar als Temperaturerhöhung des Strahlungsempfängers gegenüber einer vorgegebenen Normaltemperatur messen, etwa mit einem Thermoelement, und erhielte damit einen Maßstab für die Temperaturzunahme der Läuferoberfläche. Man muß nur für eine definierte Temperatur der kalten Lötstelle des Thermoelementes sorgen.The radiation receiver is required to ensure that as little as possible of the amount of heat emitted by the radiator (rotor) is lost through reflection, i.e. the amount of heat emitted is absorbed as much as possible. The radiation receiver must therefore also be a black body if possible. One could per se the thermal radiation directly as a temperature increase of the radiation receiver compared to a predetermined normal temperature measure, for example with a thermocouple, and thus obtain a measure of the temperature increase on the rotor surface. One must only ensure a defined temperature of the cold solder joint of the thermocouple.

- 2 - Du/Sm- 2 - You / Sm

PLA 61/102J GMPLA 61 / 102J GM

Bessere und eindeutigere Ergebnisse erhält man jedoch, wenn man den Zustand des schwarzen Strahlungsempfängers zu dem eines weißen Vergleichskörpers in Beziehung setzt und den weißen Körper als Träger der kalten Lötstelle ausbildet. Der Körper soll deshalb weiß sein, damit er soweit wie möglich strahlungsunempfindlich ist. Dafür soll er eine kennzeichnende Umgehungstemperatur annehmen, und zwar insbesondere die Temperatur des kalten Kühlgases bei gasgekühlten Maschinen. Der Temperaturunterschied zwischen schwarzem und weißem Körper ist dann ein Maß für die Erwärmung der Läuferoberfläche. Die Anordnung eines weißen Körpers im Kaltgasstrom ist deshalb wertvoll, weil sie es gestattet, die Temperatur des Kühlgases in die Ermittlung des kritischen Wertes der Oberfläohentemperatur einzubeziehen.However, better and clearer results are obtained if the state of the black radiation receiver is compared to that of a white one Comparative body relates and forms the white body as the carrier of the cold solder joint. The body should therefore be white so that it is as insensitive to radiation as possible. For this it should assume a characteristic bypass temperature, and in particular the temperature of the cold cooling gas in gas-cooled machines. The temperature difference between black and white Body is then a measure of the warming of the runner's surface. the Placing a white body in the cold gas flow is valuable because it allows the temperature of the cooling gas to be determined the critical value of the surface temperature.

Im folgenden soll die Neuerung anhand der Zeichnung erläutert werden. Fig, 1 zeigt ausschnittsweise einen Teil der elektrischen Maschine mit einem in eine Ständernut eingebauten Strahlungsempfänger. Fig. 2 gibt in Ansicht den Läufer für den Fall wieder, daß die Temperatur der Läuferkeile durch Strahlung gemessen werden soll. Fig. 3 veranschaulicht die Wirkungsweise des Gegenstandes der Neuerung durch die Kennlinien des Strahlungsempfängers. In Fig. 1 ist der Läufer 1 mit seiner schwarzen Strahlerschicht la schematisch angedeutet. Der Strahlungsempfänger ist in den Streukanal 2 im oberen Teil der durch einen Keil 13 abgeschlossenen Nut des Ständerkörpers 4 eingebaut. Seine aktiven Teile sind der schwarze Körper 5* der weiße (reflektierende) Körper 8 und die Thermoelemente 11, von denen zur Erhöhung der Thermospannung in bekannter Weise eine Mehrzahl hintereinandergeschaltet ist, wobei jeweils die warme Lötstelle dem schwarzen, die kalte Lötstelle dem weißen Körper zugeordnet ist.In the following, the innovation will be explained with reference to the drawing. 1 shows a section of part of the electrical machine with a radiation receiver built into a stator slot. Fig. 2 shows a view of the runner for the case that the temperature the rotor wedges should be measured by radiation. Fig. 3 illustrates the operation of the subject of the innovation by the characteristics of the radiation receiver. In Fig. 1, the runner 1 is indicated schematically with its black radiator layer la. The radiation receiver is in the scattering channel 2 in the upper part of the groove closed by a wedge 13 of the stator body 4 installed. Its active parts are the black body 5 * the white (reflective) body 8 and the thermocouples 11, of which a plurality is connected in series in a known manner to increase the thermal voltage, each of which warm soldering point to the black, the cold soldering point to the white body assigned.

- 3 - Du/Sm- 3 - You / Sm

7.12.6412/7/64

Γ*Γ *

PLA β1/102J GMPLA β1 / 102J GM

Der schwarze Körper soll eine möglichst große Strahlungsmenge und diese möglichst verlustfrei aufnehmen. Um das zu erreichen, liegt er hinter einer Linse 7 aus einem Stoff, der für Infrarotstrahlen gut durchlässig ist, wie z.B. aus einem Spezialglas, Steinsalz, Quarz oder durchsichtigem oder durchscheinendem Kunststoff, und wird hierdurch gleichzeitig gegen den Spalt zwischen Läufer und Ständer und damit gegen den warmen Kühlgasstrom abgeschirmt. Zur Halterung des Strahlungsempfängers dient eine Stützplatte 12, die außerdem die Punktion hat, den Kanal 2 nach dem Maschineninneren hin abzusperren. Es entsteht auf diese Weise ein Kanal, durch den Kaltgas hindurchströmt. Diesem Kanal zugekehrt ist der weiße Vergleichskörper 8, der gegen Wärmestrahlungen vom Maschineninneren her durch eine Reflektionsschicht 10 abgeschirmt ist. 9 ist eine weitere Wärmeisolation.The black body should have the greatest possible amount of radiation and record them with as little loss as possible. In order to achieve this, he lies behind a lens 7 made of a material suitable for infrared rays is well permeable, e.g. made of a special glass, rock salt, quartz or transparent or translucent plastic, and is thereby at the same time shielded against the gap between the rotor and the stator and thus against the flow of warm cooling gas. To the bracket of the radiation receiver is a support plate 12, which also has the puncture to block the channel 2 from the inside of the machine. This creates a channel through which cold gas flows. Facing this channel is the white comparative body 8, which protects against thermal radiation from inside the machine is shielded by a reflective layer 10. 9 is another thermal insulation.

Im Betrieb gelangt die der Oberflächentemperatur entsprechende Strahlung auf den schwarzen Körper 5· Dieser erwärmt sich und bringt die warmen Lötstellen der Thermoelemente auf eine bestimmte Temperatur. Der weiße Körper 8 andererseits wird durch das Kaltgas ebenfalls auf einer bestimmten Temperatur gehalten, welche die Temperatur der mit dem Körper 8 verbundenen kalten Lötstellen ist. Es entsteht also eine Thermospannung bestimmter Größe. Wenn man die Thermoelemente in Gruppen gegeneinanderschaltet, so erhält man je nach der von der Läuferoberfläche abgestrahlten Wärmemenge eine bestimmte Differenzspannung, die ein Maß für die Läufererwärmung ist, und zwar was wichtig ist, unter Berücksichtigung der Kaltgast emperatür.During operation, the radiation corresponding to the surface temperature reaches the black body 5 · This heats up and brings about the warm solder joints of the thermocouples to a certain temperature. The white body 8, on the other hand, is also kept at a certain temperature, which is the temperature, by the cold gas of the cold solder joints connected to the body 8. So there is a thermal voltage of a certain size. If you have the Thermocouples connected in groups against one another, one obtains Depending on the amount of heat radiated from the rotor surface, a certain differential voltage, which is a measure of the rotor heating is, and what is important, taking into account the cold guest emperatur.

- 4 - Du/Sm- 4 - You / Sm

PLA 61/1023PLA 61/1023

Da der Strahlungsempfänger und der diesem zugeordnete Vergleichskörper dem Magnetfeld der Maschine ausgesetzt sind, ist es erforderlich, Maßnahmen zu treffen, um Störungen durch Magnetfelder zu vermelden. Zu diesem Zweck werden die Meßkörper wie auch die Halteteile aus einem Metall geringer elektrischer Leitfähigkeit hergestellt, beispielsweise aus einer Nickelchromlegierung. Zur weiteren Verringerung der Wirbelstromverluste empfiehlt es sich, die den schwarzen und weißen Meßkörper bildenden Plättchen zu lameliieren. Auch die Drähte der Thermoelemente sind zweckmäßig zu verdrillen.Since the radiation receiver and the reference body assigned to it are exposed to the magnetic field of the machine, it is necessary to Take measures to report interference from magnetic fields. For this purpose, the measuring body as well as the holding parts are made of a metal of low electrical conductivity, for example from a nickel-chromium alloy. To further To reduce eddy current losses, it is advisable to laminate the platelets that form the black and white measuring body. It is also advisable to twist the wires of the thermocouples.

Bei der Anwendung der Neuerung ist man nicht auf den Fall beschränkt j daß die Temperatur in einer Ringzone des Läufers erfaßt wird. Man kann die Methode auch anwenden, um die Erwärmung einzelner längs verlaufender Zonen des Läuferkörpers zu messen. Beispielsweise kann es von Interesse sein, die Keiltemperatur in bestimmten Bereichen zu bestimmen. In diesem Fall wird, wie es Figur 2 schematisch zeigt, die Oberfläche der achsparallel angeordneten Keile 20 mit einem entsprechenden schwarzen Anstrich versehen, während die zwischen den Keilen liegenden Außenflächen der Zahnköpfe 21 ohne Anstrich bleiben, besser aber noch mit einem reflektierenden, z.B. weißem Anstrich versehen werden. In diesem Fall verhält sich der Läuferkörper wie ein grauer Strahler, dessen Strahlungsenergie jedoch im wesentlichen durch die Wärmestrahlung der schwarzen Keile bestimmt ist.In applying the innovation, one is not restricted to the case j that the temperature is detected in a ring zone of the rotor. The method can also be used to heat individuals lengthways to measure running zones of the rotor body. For example, the wedge temperature in certain areas may be of interest to determine. In this case, as is shown schematically in FIG. 2, the surface of the wedges 20 arranged axially parallel to a corresponding one black paint, while the outer surfaces of the tooth tips 21 lying between the wedges are unpainted remain, but better still be provided with a reflective, e.g. white paint. In this case the rotor body behaves like a gray radiator, the radiation energy of which, however, is essentially determined by the thermal radiation of the black wedges is.

Die Einrichtung zur Messung der Wärmestrahlung kann leicht in ein Schutzsystem eingegliedert werden, in der Weise, daß bei Erreichen der kritischen Temperatur ein Relais anspricht, das den MaschineThe device for measuring the thermal radiation can easily be incorporated into a protection system in such a way that when it is reached the critical temperature a relay responds, which the machine

R Du/SmR You / Sm

satz abschaltet. -D- 7.12.64·block switches off. -D- 7.12.64 ·

PLA 61/1023 GMPLA 61/1023 GM

In Figur 3 ist zur Veranschaulichung der Wirkungsweise unter Berücksichtigung unterschiedlicher Temperaturen des an dem Strahlungsempfänger entlanggeführten Kühlmittels noch ein Diagramm wiedergegeben.In Figure 3 is to illustrate the mode of operation under consideration different temperatures of the coolant guided along the radiation receiver is shown in a diagram.

in dem über der Temperaturdifferenz *-* t für verschiedene Kühlmitteltemperaturen Sj/ k, die als ein Maß der Läufererwärmung in dem Strahlungsempfänger aufgenommene und für die Messung ausgenutzte Strahlungsenergie E in —p— . 10" aufgetragen ist. Für die ver-in that over the temperature difference * - * t for different coolant temperatures Sj / k, the radiation energy E in —p— recorded as a measure of the rotor heating in the radiation receiver and used for the measurement. 10 "is applied. For the

cm
schiedenen Kühlgastemperatüren ergeben sich unterschiedliche Kurven, die mit steigendem Temperaturunterschied etwas auseinanderlaufen, aber in dem in Betracht kommenden Temperaturbereich zwischen etwa 30 und 4o°C doch immerhin so dicht aufeinanderliegend daß die aufgenommene Strahlungsenergie des Strahlungsempfängers sich bei Änderungen der Kühlgastemperatur ^Jy k nur in geringem Maße ändert.cm
different cooling gas temperature doors results in different curves diverge slightly with increasing temperature difference, but in the eligible temperature range between about 30 and 4o ° C but at least so close to each other lying that the absorbed radiation energy of the radiation receiver is k with changes in the cooling gas temperature ^ Jy only to a small Dimensions changes.

11 Schützansprüche
3 Figuren11 protection claims
3 figures

- 6 - Dü/Sm- 6 - Thu / Sm

7.12.6412/7/64

Claims

1. Electrical machine with a device for measuring the rotor temperature door, characterized. That opposite defined areas the runner surface (la) in the air gap of the machine at least a radiation receiver (5 * 8,11) is arranged.

2. Machine according to claim 1, characterized in that the radiation receiver (5 * 8,11) in a groove (3) of the stator body (4) of the machine, in particular. In a scattering channel (2), is housed.

^. Machine according to Claim 2, characterized in that the radiation receiver in its part (5) exposed to the rotor radiation is designed as a black body and has a reflective (white) reference body (8) facing away from the rotor surface (la), which is located in a cooling channel (scattering channel 2) the machine lies.

4. Machine according to one of the preceding claims, characterized in that that for measuring the absorbed radiant energy serving as thermal voltage thermocouples (11) with their warm solder joint on the black (5) and with their cold soldering point on the white body (8), the thermocouples (II) being useful for Formation of a differential voltage switched against one another in groups are.

PLA 2/11/9Oa (Amlsboaen) 3000 8.63 1<S8?PLA 2/11 / 9Oa (Amlsboaen) 3000 8.63 1 <S8?

You / Sm

PLA 61/1023 GM

5. Machine according to claim 1, characterized in that the black Body (5) of the radiation receiver is preceded by a lens (7) which transfers the heat emitted by the runner (10) to the black Body (5) focused.

6. Machine according to claim 5j, characterized in that the lens (7) is designed at the same time as thermal insulation of the black body (5) from the inside of the machine.

7. Machine according to claim 5 or 6, characterized in that the white comparative bodies (II) against thermal radiation from the rotor is shielded.

8. Machine according to claim 1, characterized in that the wires of the thermocouple (ll) are twisted.

9. Machine according to claim 1, characterized in that the active Parts of the radiation receiver (black body (5), white body (11) and its support parts (12) to avoid eddy current losses sus consist of a metal with low electrical conductivity.

10. Machine according to claim 1, characterized in that the rotor body (1) in defined areas (la) designed as a black body, in particular provided with a corresponding paint or coating is.

PLA 61/1025

11. Machine according to claim 1O _3, characterized in that the radiator surfaces of the rotor are in the direction of the rotor axis extending surfaces (20), (for example wedges) and the rotor parts (21) lying between the black surfaces, with a reflective (white) coating are provided (Figure 2).

- 9 - You / Sm