DE19530385A1 - Overspeed protection for three=phase motors - Google Patents
Overspeed protection for three=phase motorsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Überdrehzahlschutz für Dreh- oder Wechselstrommotore mit einer Drehzahlmeßeinrichtung, die ein der Motordrehzahl entsprechendes Istsignal an einen Komparator in einer Auswerteschaltung zum Vergleich mit einem Grenzwertsignal liefert, wobei die Auswerteschaltung bei Überschreiten des vorgegebenen Drehzahl-Grenzwertes ein Abschaltsignal für eine Motorsteuerung liefert.The invention relates to an overspeed protection for Three-phase or alternating current motors with a speed measuring device, the actual signal corresponding to the engine speed a comparator in an evaluation circuit for comparison with a limit signal, the Evaluation circuit when the specified one is exceeded Speed limit a shutdown signal for a Engine control supplies.
Ein Überdrehzahlschutz für Elektromotore muß in denjenigen Fällen vorgesehen werden, in denen Überdrehen einen gefährlichen Zustand verursachen kann (Europäische Norm EN 60 204-1: 1992). Werden Frequenz-Umrichter zur elektronischen Drehzahleinstellung eingesetzt, reicht deren in der Regel systemimmanent programmierbare Maximalfrequenz in den Fällen nicht aus, in denen eine Überdrehzahl einen gefährlichen Zustand im Sinne der Maschinenrichtlinie erzeugen kann. Die zu fordernde Redundanz der Einrichtungen für den Überdrehzahlschutz ist durch zusätzliche Maßnahmen sicherzustellen, deren Funktionsfähigkeit nicht von der des Frequenz-Umrichters abhängt. Ein wichtiges Element eines solchen Überdrehzahlschutzes ist die Drehzahlmeßeinrichtung, die das zu überwachende Istsignal liefert. An diese Drehzahlmeßeinrichtung werden hohe Zuverlässigkeitsanforderungen gestellt, weil ein Ausfall oder eine fehlerhafte Funktion der Drehzahlmeßeinrichtung den Überdrehzahlschutz unwirksam macht. Die für den Überdrehzahlschutz geforderte Redundanz läßt sich bei der Verwendung bisher bekannter Drehzahlmeßeinrichtungen nur mit hohem Bau- und Schaltungsaufwand erzielen.Overspeed protection for electric motors must be included in those Cases are provided in which overtightening one dangerous condition (European standard EN 60 204-1: 1992). Will frequency converters become electronic speed setting used, is enough which are usually programmable in the system Maximum frequency does not rule out in cases where a Overspeed a dangerous condition in the sense of Can generate machinery directive. The one to be challenged Redundancy of the devices for overspeed protection is ensure through additional measures, the Functionality not that of the frequency converter depends. An important element of such Overspeed protection is the speed measuring device that provides the actual signal to be monitored. To this Speed measuring device are high Reliability requirements because of a failure or a faulty function of the speed measuring device makes the overspeed protection ineffective. The one for the The redundancy required for overspeed protection can be achieved with the Use of previously known speed measuring devices only achieve with high construction and circuit complexity.
Herkömmliche, auch für den Überdrehzahlschutz verwendete Drehzahlmeßeinrichtungen weisen beispielsweise mechanisch oder magnetisch betätigte Signalgeber auf, die bei jeder Umdrehung der Welle des zu überwachenden Motors ein Signal liefern. Beispielsweise kann auf der Motorwelle ein Magnet angebracht sein, der beim Passieren eines Reedkontaktes jeweils pro Umdrehung ein Signal liefert. Andere berührungsfreie Drehzahlmeßeinrichtungen weisen beispielsweise eine Lichtschranke auf, die durch ein mit der Motorwelle verbundenes Teil bei jeder Wellenumdrehung unterbrochen wird. Ebenfalls gebräuchlich sind induktive oder kapazitive Näherungsschalter sowie Fliehkraftschalter. Gemeinsames Prinzip aller dieser Überwachungsverfahren ist die Wandlung der physikalisch- mechanischen Information "Drehzahl" in ein Signal, das mittels einer geeigneten Auswerteeinrichtung einen Vergleich mit einem zulässigen Grenzwert ermöglicht und bei Überschreiten des Grenzwertes zur Abschaltung führt. Fällt eines der ständiger mechanischer Beanspruchung ausgesetzten Bauelemente der Drehzahlmeßeinrichtung aus, wird kein der tatsächlichen Motordrehzahl entsprechendes Signal an die Auswerteschaltung geliefert, so daß eine Überdrehzahl nicht mehr erkannt wird.Conventional, also used for overspeed protection Speed measuring devices have, for example, mechanical or magnetically operated signaling devices, which are used for each Revolution of the shaft of the motor to be monitored a signal deliver. For example, a magnet can be on the motor shaft be attached when passing a reed contact delivers one signal per revolution. Other have non-contact speed measuring devices For example, a light barrier, which is connected by a part connected to the motor shaft with every shaft revolution is interrupted. Inductive are also common or capacitive proximity switches as well Centrifugal switch. Common principle of all of these Monitoring procedure is the change of the physical mechanical information "speed" in a signal that by means of a suitable evaluation device Allows comparison with an allowable limit and If the limit is exceeded, the device is switched off. One of the constant mechanical stresses falls exposed components of the speed measuring device, does not correspond to the actual engine speed Signal supplied to the evaluation circuit, so that a Overspeed is no longer recognized.
Andere Drehzahlmeßeinrichtungen erfassen die dem Motor zugeführte elektrische Spannung und bilden daraus ein der Frequenz proportionales Signal. Der für die Drehmomentbildung verantwortliche Motorstrom und dessen die Drehzahl bestimmende Frequenz werden dabei lediglich als indirekte Größen ermittelt. Die Ankoppelung des Meßwertaufnehmers erfolgt bei diesen Systemen in der Regel potentialbehaftet. Die für schnell schaltende Leistungshalbleiter charakteristischen erheblichen Spannungsspitzen wirken somit unmittelbar auf die Drehzahlmeßeinrichtung.Other speed measuring devices record the engine supplied electrical voltage and form one of them Frequency proportional signal. The one for the Torque formation responsible motor current and its the frequency determining the speed is merely determined as indirect quantities. The coupling the transducer takes place in these systems in the Rule with potential. The one for fast switching Power semiconductors characteristic considerable Voltage peaks thus have an immediate effect the speed measuring device.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Überdrehzahlschutz zu schaffen, der mit hoher Zuverlässigkeit arbeitet. Insbesondere sollen im Bereich der Drehzahlmeßeinrichtung mechanischer oder elektrischer Beanspruchung ausgesetzte Bauelemente vermieden werden, deren Ausfall zu einem Funktionsausfall des gesamten Überdrehzahlschutzes führen könnten.The object of the invention is therefore a To create overspeed protection with high Reliability works. In particular, should in the area the speed measuring device mechanical or electrical Components exposed to stress are avoided, their failure leads to a functional failure of the whole Overspeed protection could lead.
Diese Aufgabe wird bei einem Überdrehzahlschutz der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß die Drehzahlmeßeinrichtung ein in eine der Speiseleitungen des Dreh- oder Wechselstrommotors geschalteter Frequenzaufnehmer ist.In the case of overspeed protection, this task is performed solved type in that the Speed measuring device in one of the feed lines of the Three-phase or AC motor switched Frequency pickup.
Dieser Frequenzaufnehmer liefert unmittelbar aus der Speisefrequenz des Dreh- oder Wechselstrommotors ein drehzahlabhängiges Istsignal an den Komparator. Die Erzeugung dieses Istsignal s hängt nicht von der Funktionszuverlässigkeit irgendwelcher Schalter ab, da es unmittelbar aus dem Verlauf des Motorspeisestroms gewonnen wird. Fällt dieser Motorspeisestrom aus, so fällt auch der zu überwachende Dreh- oder Wechselstrommotor aus bzw. arbeitet nur noch mit verminderter Leistung, so daß keine Gefahr einer Überdrehzahl gegeben ist. This frequency pickup delivers directly from the Supply frequency of the three-phase or alternating current motor speed-dependent actual signal to the comparator. The Generation of this actual signal s does not depend on the Operational reliability of any switch since it obtained directly from the course of the motor feed current becomes. If this motor supply current fails, so does the three-phase or alternating current motor to be monitored only works with reduced power, so none There is a risk of overspeed.
Vorzugsweise ist der Frequenzaufnehmer induktiv an eine der Speiseleitungen des Dreh- oder Wechselstrommotors angekoppelt. Dies ermöglicht eine sehr einfache und zuverlässige Gewinnung des Istsignals mit sehr geringem Bau- und Schaltungsaufwand.The frequency pickup is preferably inductive to one the feed lines of the three-phase or alternating current motor coupled. This enables a very simple and reliable acquisition of the actual signal with very little Construction and circuit work.
Der induktive Meßwertaufnehmer unterliegt praktisch keiner Funktionsbeeinträchtigung durch Spannungsspitzen, mechanische Beanspruchung oder Alterung. Die potentialgetrennte Signalgewinnung schafft hohe Betriebssicherheit für die weitere Auswerteelektronik.The inductive sensor is practically not subject to any Functional impairment due to voltage peaks, mechanical stress or aging. The Isolated signal generation creates high Operational reliability for the further evaluation electronics.
Es kann vorgesehen werden, daß in der Auswerteschaltung eine UND-Verknüpfung (17) vorgesehen ist, deren erste Schaltbedingung (18) aus dem Zustand des Ausgangs des Komparators (10) und deren zweite Schaltbedingung (19) aus dem Ausgang des an die Speiseleitung (4) des angekoppelten Stromaufnehmers (20) gebildet wird und deren Ausgang (23) ein durch eine externe Motorsteuerung auswertbares Signal liefert.It can be provided that an AND link ( 17 ) is provided in the evaluation circuit, the first switching condition ( 18 ) of which is based on the state of the output of the comparator ( 10 ) and the second switching condition ( 19 ) is which is derived from the output of the supply line ( 4 ) of the coupled current sensor ( 20 ) and the output ( 23 ) of which provides a signal which can be evaluated by an external motor control.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the The idea of the invention is the subject of further Subclaims.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.The following is an embodiment of the invention explained in more detail, which is shown in the drawing.
Die Zeichnung zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines Überdrehzahlschutzes für einen Dreh- oder Wechselstrommotor 1, beispielsweise einen Synchronmotor, der von einem dreiphasigen Netz 2 über einen dreipoligen Motorhauptschalter 3 gespeist wird.The drawing shows a simplified circuit diagram of an overspeed protection for a three-phase or alternating current motor 1 , for example a synchronous motor, which is fed by a three-phase network 2 via a three-pole main motor switch 3 .
Eine der Speiseleitungen des Dreh- oder Wechselstrommotors 1, beim dargestellten Ausführungsbeispiel die U-Phasenleitung 4, ist über eine induktive Koppelungseinrichtung 5 eines Überdrehzahlschutzes 6 an ein Filter 7 angeschlossen. Das Filter 7 erzeugt aus einem möglicherweise mit Störfrequenzen überlagerten oder verzerrten Stromsignal der Speiseleitung 4 ein geglättetes Sinussignal.One of the feed lines of the three-phase or alternating-current motor 1 , the U-phase line 4 in the exemplary embodiment shown, is connected to a filter 7 via an inductive coupling device 5 of an overspeed protection 6 . The filter 7 generates a smoothed sinusoidal signal from a current signal of the feed line 4 which may be overlaid or distorted by interference frequencies.
Der Ausgang 8 des Filters 7 ist über einen Signalumformer 9 mit einem der beiden Eingänge des Komparators 10 verbunden. Der Signalumformer 9 liefert das aus der Speiseleitung 4 und dem Filter 7 gewonnene Signal als Rechtecksignal an den Komparator 10, wobei die Frequenz dieses Rechtecksignals der ggf. um Asynchronschlupf reduzierten Wellendrehzahl des Dreh- oder Wechselstrommotors 1 proportional ist und somit das Istsignal der Motordrehzahl darstellt.The output 8 of the filter 7 is connected to one of the two inputs of the comparator 10 via a signal converter 9 . The signal converter 9 supplies the signal obtained from the feed line 4 and the filter 7 as a square-wave signal to the comparator 10 , the frequency of this square-wave signal being proportional to the shaft speed of the three-phase or AC motor 1, which may be reduced by asynchronous slip, and thus represents the actual signal of the motor speed.
Zwischen einem in der Zeichnung nur schematisch angedeuteten stabilisierten Netzteil 11 und der Erde 12 ist eine Spannungsteilerschaltung 13 angeordnet, deren Mittenabgriff 14 über einen Widerstand 15 mit dem Netzteil 11 verbunden ist. Der Mittenabgriff 14 liegt am Eingang eines Spannungs-Frequenz-Umformers 16, der ein der anliegenden Spannung proportionales Rechteck-Frequenzsignal an einen zweiten Eingang des Komparators 10 liefert.A voltage divider circuit 13 is arranged between a stabilized power supply unit 11 , which is only schematically indicated in the drawing, and the earth 12 , the center tap 14 of which is connected to the power supply unit 11 via a resistor 15 . The center tap 14 is located at the input of a voltage-frequency converter 16 , which supplies a square-wave frequency signal proportional to the applied voltage to a second input of the comparator 10 .
Zwischen dem Mittenabgriff 14 und Erde 12 liegt ein Widerstandzweig der Spannungsteilerschaltung 13, der aus mehreren parallelgeschalteten Einstellwiderständen 17a, 17b, 17c. . . besteht. Diese Einstellwiderstände 17a, 17b, 17c. . . können über jeweils zugeordnete Schalter 18a, 18b, 18c. . . wahlweise zugeschaltet werden, um eine den jeweils gewünschten Drehzahlgrenzwert entsprechende Spannung an den Eingang des Spannungs-Frequenz-Umformers 16 zu legen. Die Codierung des Drehzahl-Grenzwertes durch addierende DIP-Schalter ermöglicht eine einfache und genaue Vorgabe des Grenzwertes in hierfür ausreichenden Stufen. Zugleich ist die Spannungsteilerschaltung 13 besonders wenig störanfällig, weil ein Ausfall eines der Einstellwiderstände 17a, 17b. . . durch Kurzschluß immer zu einer Herabsetzung des Grenzwertsignals führt.Between the center tap 14 and earth 12 there is a resistance branch of the voltage divider circuit 13 , which consists of a plurality of adjusting resistors 17 a, 17 b, 17 c connected in parallel. . . consists. These setting resistors 17 a, 17 b, 17 c. . . can be assigned via switches 18 a, 18 b, 18 c. . . can optionally be switched on in order to apply a voltage corresponding to the respectively desired speed limit value to the input of the voltage-frequency converter 16 . The coding of the speed limit value by adding DIP switches enables simple and precise specification of the limit value in steps sufficient for this. At the same time, the voltage divider circuit 13 is particularly less susceptible to failure because a failure of one of the setting resistors 17 a, 17 b. . . always leads to a reduction in the limit signal due to a short circuit.
In der Auswerteschaltung 6 ist ein UND-Gatter 17 vorgesehen, dessen erster Eingang 18 mit dem Ausgang des Komparators 10 verbunden ist. An diesem ersten Eingang 18 steht ein "Ja"-Signal an, wenn der von der Drehzahlmeßeinrichtung gelieferte Istwert größer als der vom Spannungs-Frequenz-Umformer 16 gelieferte Grenzwert ist.An AND gate 17 is provided in the evaluation circuit 6 , the first input 18 of which is connected to the output of the comparator 10 . A "yes" signal is present at this first input 18 when the actual value supplied by the speed measuring device is greater than the limit value supplied by the voltage-frequency converter 16 .
Ein zweiter Eingang 19 des UND-Gatters 17 ist mit einem an die Speiseleitung 4 des Dreh- oder Wechselstrommotors 1 angekoppelten Stromaufnehmer 20 verbunden. An diesem zweiten Eingang 19 steht ein "Ja"-Signal an, wenn der in der Speiseleitung 4 fließende Strom einen vorgegebenen Mindest-Stromwert überschreitet, beispielsweise 0,5 A.A second input 19 of the AND gate 17 is connected to a current sensor 20 coupled to the feed line 4 of the three-phase or alternating current motor 1 . A "yes" signal is present at this second input 19 when the current flowing in the feed line 4 exceeds a predetermined minimum current value, for example 0.5 A.
Ein dritter Eingang 21 des UND-Gatters 17 ist über eine Zeitschaltung 22 mit dem Ausgang des Komparators 10 verbunden. An diesem dritten Eingang 21 steht nur dann ein "Ja"-Signal an, wenn das vom Komparator 10 gelieferte Signal über eine vorgegebene Zeitspanne vorliegt.A third input 21 of the AND gate 17 is connected to the output of the comparator 10 via a timing circuit 22. A "yes" signal is only present at this third input 21 if the signal supplied by the comparator 10 is present for a predetermined period of time.
Wenn alle drei Eingänge 18, 19 und 21 des UND-Gatters 17 mit einem Signal beaufschlagt sind, steht am Ausgang 23 des Gatters 17 das Signal "logisch 0". Sein Ausgang 23 ist über ein Invertierglied 28 und ein Relais 24 mit einer externen Motorsteuerung 25 verbunden, die den Motorhauptschalter 3 betätigt. Der Ausgang 23 des UND-Gatters 17 liegt außerdem an einer Leuchtdiode 26, die beim Ansprechen des Überdrehzahlschutzes ein optisches Signal liefert. If all three inputs 18, 19 and 21 are applied to AND gate 17 with a signal of, at the output 23 of the gate 17, the signal logic "0". Its output 23 is connected via an inverter 28 and a relay 24 to an external motor control 25 which actuates the main motor switch 3 . The output 23 of the AND gate 17 is also connected to a light-emitting diode 26 which supplies an optical signal when the overspeed protection is triggered.
Im Normal-Betriebszustand, d. h. wenn die Speisespannung 11 vorhanden ist und der Ausgang 23 des Gatters 17 das Signal "logisch 0" liefert, erhält das Relais 24 das invertierte Signal 28 "logisch 1". Das Relais 24 ist damit angezogen und der Relaiskontakt 27 befindet sich in der Position "Betrieb". Wechselt der Ausgang 23 des Gatters 17 in den Zustand "logisch 1", fällt das Relais 24 ab und der Relaiskontakt 27 kippt in die Position "Fehler". Diese Betriebsweise stellt gleichzeitig sicher, daß ein Ausfall der Speisespannung 11 zur Anzeige eines Fehlers führt.In the normal operating state, ie when the supply voltage 11 is present and the output 23 of the gate 17 supplies the signal "logic 0", the relay 24 receives the inverted signal 28 "logic 1". The relay 24 is thus attracted and the relay contact 27 is in the "operation" position. If the output 23 of the gate 17 changes to the "logic 1" state, the relay 24 drops out and the relay contact 27 tilts into the "error" position. This mode of operation also ensures that a failure of the supply voltage 11 leads to the display of an error.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1995130385 DE19530385A1 (en) | 1995-08-18 | 1995-08-18 | Overspeed protection for three=phase motors |
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|---|---|---|---|
| DE1995130385 DE19530385A1 (en) | 1995-08-18 | 1995-08-18 | Overspeed protection for three=phase motors |
Publications (1)
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| DE19530385A1 true DE19530385A1 (en) | 1997-02-20 |
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ID=7769781
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE1995130385 Withdrawn DE19530385A1 (en) | 1995-08-18 | 1995-08-18 | Overspeed protection for three=phase motors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19530385A1 (en) |
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1995
- 1995-08-18 DE DE1995130385 patent/DE19530385A1/en not_active Withdrawn
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