DE2117639A1

DE2117639A1 - Schutzeinrichtung für die Erregerwicklung elektrischer Maschinen gegen unzulässige Erwärmung

Info

Publication number: DE2117639A1
Application number: DE19712117639
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Phys. 8741 Mühlbach; Arnert Jochen Dipl.-Ing. 8740 Bad Neustadt Gehm
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-04-10
Filing date: 1971-04-10
Publication date: 1972-10-19

Description

Schutzeinrichtung für die Erregerwicklung elektrischer Maschinen gegen unzulässige Erwärmung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung gegen Übererwärmung der im Läufer einer elektrischen Maschine angeordneten Erregerwicklung, die von einer Erregermaschine geseist wird. Eine solche Übererwärmung kann durch Übererregung und/oder zu hohe Umgebungstemperatur hervorgerufen werden. Bei bekannten Überwachungseinrichtungen der Läufertemperatur werden in die Wicklung eingebaute Temperaturfühler verwendet, wodurch ein hoher Aufwand hinsichtlich der Übertragung der Fühlersignale erforderlich ist. Besonders hoch ist dieser Aufwand dann, wenn es sich um bürstenlose Maschinen handelt.
Die Erfindung vermeidet diesen Aufwand und geht dabei von dem Umstand aus, daß der Erregerstrom einer Erregermaschine zu mindest angenähert ein Maß für den Erregerstrom der HauPtmaschine darstellt. Es wird daher bei der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung nicht mehr die Läufertemperatur unmittelbar überwacht, sondern erfindungsgemäß überwacht ein temperaturabhängiges Bauelement die rjiemreratur eines vom Erregerstrom der Erregermaschine durchflossenen Bauteiles und veranlaßt bei Erreichung einer Grenztemperatur die Abschaltung dieses Erregerstromes. Zweckmäßig wird durch das temperaturabhängige Bauelement entweder die Temperatur der Erregerwicklung der Erregermaschine überwacht oder aber die Temperatur der Endstufe eines elektronischen Reglers, die den Erregerstrom der Erregermaschine liefert (beispielsweise ein Transistor oder Thyristor).
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung sind im folgenden an Hand der Zeichnungen näher beschrieben.-In Fig. 1 ist das Prinzip der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung dargestellt. Mit 1 ist die Erregerwicklung einer Erregermaschine bezeichnet, welche die im Läufer einer - nicht dargestellten - elektrischen Maschine angeordnete Erregerwicklung speist. Die Erregerwicklung 1 ihrerseits wird von einer Stromquelle 2 versorgt. Zwischen Stromquelle 2 und Erregerwicklung 1 i-st eine Abschaltvorrichtung 3 eingeschaltet sowie ein temperaturabhängiges bauelement 4, welches die Tempera-tur eines vom Erregerstroin durchfl9ssenen Bauteiles (4') überwacht. Bei Erreichen einer Grenztemperatur öffnet das Teil 4 den Schalter 3, so daß der Erregerstrom der Erregermaschine abgeschaltet und damit ach eine Entregung der Hauptmaschine ausgelöst wird.
Gemaß der Erfindung überwacht das temperaturabhängige Bauelement 4 ein vom Erregerstrom der Erregermaschine durchtlossenes Bauteil. Dieses Bauteil kann die Erregerwicklung selbst sein, wie in Fig. 2 dargestellt. Das Teil 4 überwacht also hier die Erregerwicklung 1 und schaltet wie bereits erwähnt bei Erreichen einer bestimmten Temperatur den Erregerstrom über den Schalter 3 ab.
Fig. 3 zeigt eine andere Lösun. Hier überwacht das temperaturabhängige Bau element 4 die Temperatur der Endstufe eines elektronischen Spannungsreglers 5, die den Erregerstrom der Erreger maschine liefert.
Das temperaturabhängige Bauelement 4 kann im einfachsten Fall mit der Abschaltvorrichtung 3 zu einem an sich bekannten temperaturabhängigen Schalter 6 (Fig. 4) vereinig-t sein. Einen solchen Schalter erhält man beispielsweise durch den Einbau eines Klixons.
Eine andere Möglichkeit zeigt Fig. 5. Hier besteht das temperaturabhängige Bauclement aus einem temperaturabhängigen Widerstand 7, der an einer Hilfsspannung liegt. Bei Erreichen einer Grenztemperatur T2 schaltet der Widerstand 7 über ein Schaltelement 9 und den Schalter 3 den Erregerstrom ab.
Bei den folgenden Ausführungsbeispielen ist die Umgebungs- bzw.
Kühlmitteltemperatur T3 berücksichtigt, d.h. die Grenztemperatur T2 ändert sich mit der Umgebungs- bzw. Kühlmitteltemperatur.
In Pig. 6 ist mit dem Widerstand 7 ein zusätzlicher, auf Raun-bzw. Kühlmitteltemperatur gehaltener temperaturabhängiger Widerstand 10 so verschaltet, daß ein Grenzwert der Differenz # T*= T2 - T3 die zur Abschaltung erforderliche Grenzerwärmung ist.
In Fig. 7 sind zwei Spannungsteiler II und III mit teinperaturabhängigen Widerständen H2 und H3 versehen. Diese Widerstände sind so miteinander verschaltet, daß der überwachten Tenpersturdifferenz # T = T2 - T3 die Potentialdifferenz # U = U2 - U3 entspricht Ist der Grenzwert # T* erreicht, dann schaltet die Potentialdifferenz A U/die Schaltelemente 9 und S den Erregerstrom ab.
über Durch entsprechende Wahl des Temperaturganges der temteraturabhängigen Bauelemente bzw. durch die entsprechende Wahl der den Temperaturgallg bestimmenden Werkstoffkonstanten läßt sicli erreichen, daß mit steigender Bezugstemperatur T3, z.B. der Raumtemperatur, die zur Abschaltung führende Temperaturdifferenz # T* T2 - T3 sinkt. Fig. 8 zeigt das Diagramm über die Abhängigkeit # T von der Bezugstemperatur T3. Fig. 9 ist ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der gesamten Schutzeinrichtung bezogen auf die Ausführung nach Fig. 7.
Es sei angenommen, daß die Beschaltung nach Fig. 7 bzw. Fig. 9 mit folgenden Werten bestückt ist: Widerstand R2 = 30 K # Widerstand R3= 18 K Q Heißleiter H2 = 5 K#/ 20°C, B2 = 4250 K Heißleiter H3 = 2 K#/ 20°C, B3 = 3950 K Hierbei sind B2 und B3 Meterialkonstanten zur Bestimmung der Temperaturabhängigkeit von Heißleitern nach der Formel R(T) = R(To) exp [B (1/T - 1/To)] Dabei bedeuten: T = Temperatur des Heißleiters in K To = Bezugstemperatur des Heißleiters (hier To = 293 K # 20° C) R(T) Widerstand des Heißleiters bei der Temperatur T (K) R(To) Widerstand des Heißleiters bei der Bezugstemperatur To = 293 K # 20° C.
Dann ist, @nter der Voraussetzung, daß die zur Abschaltung führende Potenti@ldifferenz # U = U2 - U3 = 0 ist, # T eine Funktion von T3, wie dies Fig. 8 zeigt.
Man kann nun beispielsweise die Temperaturabhängigkeit des@ Beuelementes H3 so klein wählen, daß die die Abschaltung verursachende Potentialdifferenz im wescntlichen nur von der Temperatur T2 im Erregerstromkreis abhängt.
Bzgl. der speziellen Ausführung der Schutzeinrichtung ist folgendes zu erwähnen: Das die Unterbrechung des Erregerkreises bewirkende Signel kann von einem analog wirkenden elektrischen Bauelement abgenommen werden, an dessen Eingängen die von den temperaturabhängigen Bauelementen erzeugte Potentialdifferenz #U liegt. Das analog wirkende elektronische Bauelement hann dabei ein Operationsverstärker sein. Vom Ausgangszweig dieses Operstionsverstärkers kann ein Zweig zusätzlich über Vorwiderstand, Diode und über einen Öffnungsschalter an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers geführt werden derart, daß die Salbsthaltung, d.h. das Andauern des die Erregung unterbrechenden Ausgangssignals auch bei nachfolgender Unterschreitung der die Entregung herbeiführenden Erwärmung bowirkt ist, bis ein kurszeitiges Öffnen des Schalters erfolgt.
Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß das die Unterbrechung des Erregerkreises bewirkende Signal von einem digital wirkenden elektronischen Bauelement abgenommen wird, wobei auch hier an dessen Eingängen die von den temperaturabhängigen Bauelementen erzeugte Potentialdifferenz #U liegt.
Die temperaturabhängigen Bauelemente können Heißleiter oder Kaltleiter sein, und sie können ferner unterschiedliche temperaturabhängige Kem@@inien aufweisen. Ferner können sie im Ständer der Erregermaschine eingebaut oder im Regler derselben integriert sein.
19 Ansprüche 9 Figuren

Claims

Patentansprüche 1. Schutzeinrichtung gegen Übererwärmung der im Läufer angeordneten und von einer Erregermaschine gespeisten Erregerwicklung elektrischer Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturabhängiges Bauelement (4) die Temperatur eines vom Erregerstrom der Erregermaschine durchflossenen Bauteiles (4') überwacht und bei Erreichung einer Grenztemperatur die Abschaltung dieses Erregerstromes veranlaßt.
2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Bauelement (4) die Temperatur der Erregerwicklung (1) der Erregermaschine überwacht.
3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Bauelement die Temperatur der den Erregerstrom der Erregermaschine liefernden Endstufe eines elektronischen Reglers (5) (Endtransistor bzw.

-thyristor) überwacht.
4. Schutzeinrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als temperaturabhängiges Bauelement ein an sich bekannter Schalter (6) vorgesehen ist, der bei einer Grenztemperatur (T2) den Erregerstrom der Erregermasechine selbsttätig abschaltet. (Fig. 4).
5. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3-, dadurch gekennzeichnet, daß als temperaturabhängiges Bauelement ein temperaturabhängiger Widerstand (7) vorgesehen ist, der so an eine Hilfsspannung (83) geschaltet ist, daß er bei Erreichung einer Grenztemperatur (T2) die Abschaltung des 1½--regerstromes der Erregermaschine durch ein besonderes Schaltelement (9) bewirkt (Fig. 5).
6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer temperaturabhängiger Widerstand (10) vorgesehen ist, der auf Umgebungs- bzw. Kühlmittcltemperatur (T@) gehalten und mit dem ersten Widerstand (7) derart zusammengeschaltet ist, daß die Grenztemperatur (T2) sich mit der Eühlmitteltemperatur (T3) ändert (Fig. 6).
7. Schutseiurichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Läuferwicklungserwärmung ein Bauelement (H2) mit temperaturabhängiger Kennlinie an einer vom Erregerstrom der Erregermaschine auf der Temperatur T2 gehaltenen Stelle eingebaut und mit einem zweiten, an einer auf der Temperatur T3, vorzugsweise der Kühlmittel- oder Umgebungstemperatur gehaltenen Stelle eingesetzten Bauelement (H3) mit temperaturabhängiger Kennliuie derartig an eine nicht notwendig feste Hilfsspannung (8) geschaltet ist, daß die der Temperaturdifferenz T2 - T3 entsprechende Potentialdifferenz #U = U2 - U3 bei einem von der Bezugstemperatur T3 und der Temperatur T2 im Erregermaschinenkreis und damit auch von der Temperaturdifferenz T2 - T3 abhängigen Grenzwert dieser Potentialdifferenz den Erregerstromkreis der Erregermeschine unterbricht (Fig. 7).
8. Schutzeiprichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine derertige Wahl der den Temperaturgang der Bauelemente bestimmenden Werkstoffkonstanten, daß mit steigender Bezugstemperatur T3 die ihr zugeordnete, zur Abschaltung führende Tempersturdifferenz T2 - T3 sinkt. (Fig. 8).
9. Schutzeinrichtung nach den Ausprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturabhängigkeit des Bauelementes (H3) so klein gewählt wird, daß die die Abschaltung verursachende Potentialdifferenz im wesentlichen nur von der Temperatur T2 im Frregerstromkieis abhängt.
10. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das die Unterbrechung des Brregerkreises bewirkende Signal von einem analog wirkenden elektronischen Bauelement abgenommen ist, an dessen Eingängen die von den Bauelementen (H2) und H3) erzeugte Potentialdifferenz # U liegt.
11. Schutzeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das analog wirkende elektronische Bauelement ein Operationsverstärker (OP) ist, an dessen Eingängen die von den Bauelementen (H2) und (H3) erzeugte Potentialdifferenz AU liegt.
12. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das die Unterbrechung des Erregerkreises. bewirkende Signal von einem digital wirkenden elektronischen Bauelement abgenommen wird, an dessen Eingängen die von den Bauelemente (H2) und(H3) erzeugte Potentialdifferenz # U liegt.
13. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente mit temperaturabhängiger Kennlinie Heißieiter sind.
14. Schutzeinrichtung nach einem -der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente mit temperaturabhänger Kennlinie Kaltleiter sind.
15. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente unterschiedliche temperaturabhänglge Kennlinien haben.
16. Schutzeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß vom Ausgangszweig des Operationsverstärkers ein Zweig zusätzlich über Vorwiderstand, Diode und über einen Öffnungaschalter an den nicht intervertierenden Eingang des Opera tionsverstärkers geführt ist derart, daß Selbsthaltung, d.h. Andauern des die Erregung unterbrechenden Ausgangssignals auch bei nachfolgender Unterschreitung der die Entregung herbeiführenden Erwärmung im Erregerkreis bis zur fallweise nur kurzzeitigen Öffnung des Schalters bewirkt ist.
17. Schutzutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement mit temperaturabhängiger Kennlinie im Ständer der Erregermaschine eingebaut ist.
18. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelemen-t mit temperaturabhängiger Kennlinie im Regler integriert ist.
19. Schutzeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Entregung der Erregermaschine mittels des Reglers dadurch bewirkt ist, daß das Ausgangssignal des Operationsverstä.rkers auf eine Umkehrstufe des Reglers wirkt.