DE2236282B2 - Schaltungsanordnung fuer ein drehmeldersystem - Google Patents

Description

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schreibt jedoch eine wesentlich komplizierter aufge- F i g. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanord-

baute Anordnung, als dies beim Anmeldungsgegen- nung für einen üblichen Momentdrehmelder,

stand der Fall ist. Diese bekannte Einrichtung ver- F i g. 2 den typischen Verlauf von Strom und Lei-

wendet als Geber und als Empfänger jeweils die stung bei Auslenkung eines Drehmelderpaares mit

Kombination eines Drehmelders mit einem Repul- 5 und ohne erfindungsgemäße Schutzschaltung,

sionsmotor. Dabei ist neben einer Feldwicklung, die F i g. 3 den Strom- und Leistungsverlauf bei Au?-

sowohi für den Drehmelder als auch für den Motor lenkung eines Drehmelderpaares für den Fall, daß

wirksam ist, eine weitere Antriebswicklung vorhan- die Erregung eines Drehmelders fehlt,

den, die jeweils nur auf den Miuor wirkt. Diese zu- Die F i g. 1 zeigt zwei Momentdrehmelder DM1

sätzliche Antriebswicklung ist über einen Konden- io und DMl in betriebsmäßiger Zusammenschaltung,

sator an die Wechselstromquelle angeschlossen, und Die Statoren STl und STl haben jeweils eine drei-

auf Grund ihrer verschobenen Phasenlage gegenüber phasige Wicklung, die im Stern zusammengeschaltet

der Feldwicklung erzeugt sie ein Drehmoment für ist, während die Rotoren LR1 und LA 2 jeweils eine

den Motor. Somit dient der Kondensator auch in Einphasenwicklung tragen. Die Rotoren LR1 und

diesem Fall nicht zur Sicherung gegen Überlastung, 15 Li? 2 der beiden Drehmelder Hegen parallel über

so daß auch hieraus keine Anregung für den erfin- einen Übertrager UE an einer Netzspannung. Jeder

dungsgemäßer Überlastungsschutz von Drehmeldern dieser Rotoren induziert in den drei Strängen der

zu entnehmen ist. zugehörigen Statorwicklung ST1 bzw. ST1 drei Span-

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird der nungen, deren Höhe den Drehwinkel charakterisiert; ursprünglich induktive Phasenwinkel zwischen Strom 20 ihre Summe ist gleich Null. Solange die Winkelstel- und Spannung in einen kapazitive Phasenwinkel lungen der beiden Rotoren gleich sind, stehen in den verwandelt. Eine Verkleinerung des induktiven Blind- drei Stator-Verbindungsleitungen gleiche Spannunwiderstandes der Wicklung durch Auslenken des gen gegeneinander, und es fließen keine Ströme. Wird Rotors führt daher nicht mehr zu einer Verkleinerung jedoch einer der Rotoren verstellt, beispielsweise der des Gesamtblindwiderstandes, sondern sogar zu einer 25 Rotor Li? 2 um den Winkel J %, so entstehen Aus-Vergrößerung des resultierenden, im kapazitiven Be- gleichsströme, die durch magnetische Kräfte die beireich liegenden Blindwiderstands. Durch die Vor- den Rotoren in die gleiche Winkelstellung zu drehen schrift, aaß der resultierende Blindwiderstand we- versuchen. Bei Belastung des zweiten Drehmelders sentlich größer ist als der Wirkwiderstand der Wick- kann eine solche Verstellung ganz oder teilweise verlung, wird erreicht, daß bereits im Nullzustand des 30 hindert werden. Die verminderte Induktivität der Drehmelders keine unzulässige Übertemperatur auf- Rotorwicklung führt dann zu einer Verschiebung von treten kann. Wie groß dieser Differenzbetag der Blindleistung zur Wirkleistung, so daß sich der Blindwiderstände im Einzelfall sein muß, hängt also Drehmelder stark erwärmt und bei länger anhaltenweitgehend vom Wirkwiderstand der Wicklung und der Überlastung sogar durchbrennt,
von der thermischen Belastungsfähigkeit des einzel- 35 Um eine schädliche Zunahme der Wirkleistung zu nen Drehmelders ab. verhindern, ist in den Rotorkreis jeweils ein Konden-

In einer besonders günstigen Ausführungsform der sator Cl und C2 eingeschaltet. Dieser Kondensator Erfindung ist vorgesehen, den Kondensator so zu ist zweckmäßigerweise so bemessen, daß bei einer wählen, daß der Absolutwert seines Blindwiderstan- Rotorstellung die Differenz von Δα gleich 0° die des genau doppelt so groß ist wie der Blindwider- 4° Gleichung
stand der in Reihe geschalteten Wicklung bei Nullstellung des Drehmelders. Für diesen Fall, daß also Cl =

für eine Rotorstellungsdifferenz von 0° zwischen 2w²Li?l

beiden zusammengeschalteten Drehmeldern die Glei- bzw.

chung 45 Cl= 1

r - ^l

^c —— widerstand des Kondensators C1 bzw. C 2 wesent-

Hch größer sein als der absolute Blindwiderstand der

50 zugehörigen Rotorwicklung LR 1 bzw. LR 2, so daß

erfüllt ist, kann das Drehmelderpaar unter gleichen auch der resultierende, im kapazitiven Bereich He-

Bedingungen und mit gleicher Spannung wie ohne gende Blindwiderstand noch um ein Vielfaches größer

Kondensator betrieben werden. Der ursprünglich in- als der Wirkwiderstand der Wicklung LR1 bzw. Li? 2

duktive Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung ist. In diesem Fall können die beiden Rotoren mit

verwandelt sich dabei in einen kapazitiven Phasen- 55 einer beliebigen Winkelstellungsdifferenz Δ λ gegen-

winkel von gleicher Größe. Bei unveränderter Netz- einander verdreht sein, ohne daß die zulässige Er-

spannung bleibt also auch die Spannung am Dreh- wärmung überschritten wurde.

meider im Leerlauf erhalten. Wird dieser Drehmel- In gestrichelten Linien ist in der F i g. 1 ein zweiter

der jedoch so weit ausgelenkt, daß er ohne Schutz- Empfänger DM 2' mit einem Stator ST1' und einem

schaltung eine zu hohe Übertemperatur annähme, so 60 Rotor Li? T eingezeichnet, der analog zum Empfän-

bricht die Spannung an der Wicklung auf einen für gerDMl mit einem Kondensator C 2' gegen Über-

den Drehmelder ungefährlichen Wert zusammen. lastung geschützt ist.

Daraus ergibt sich eine Begrenzung der aufgenomme- In der F i g. 2 ist der typische Verlauf von Strom nen Wirkleistung und des aufgenommenen Stromes. und Leistung bei Auslenkung eines zusammenge-Der Drehmelder kann also nicht durchbrennen. 65 schalteten Momentdrehmelderpaares dargestellt. Über Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im der Auslenkung Δ <x sind Kurven für Strom und Leifolgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels be· stung aufgetragen, wobei jeweils die Werte in Nullschrieben. Es zeigt stellung (Auslenkung Δ<χ = 0°) zu 100⁰/o angenom-

men sind. Die Werte für den Strom Ia und die Wirkleistung Pa für ein zusammengeschaltetes Drehmelderpaar ohne Schutzschaltung sind dabei mit durchgezogenen Linien gezeichnet. Man erkennt, daß der Strom la bei einer Auslenkung von Λ λ = 90° etwa den doppelten Wert, die Wirkleistung Pa bei der gleichen Auslenkung etwa den lOfachen Wert gegenüber der Nullstellung annimmt. Eine derartig große Auslenkung führt also ohne Schutzschaltung zum Durchbrennen des Drehmelders. Schaltet man jedoch in den Rotorkreis jeweils einen Kondensator, so ergeben sich die gestrichelten Linien für den Stromverlauf Ib und den Wirkleistungverlauf Pb. Man erkennt, daß der Strom Ib nunmehr überhaupt nicht über den Nullstellungswert ansteigt und daß die Wirkleistung nur bis etwa 40° geringfügig ansteigt und dann wiederum sinkt. Eine für den Drehmelder schädliche Erwärmung ist damit ausgeschlossen.

Die Fig. 3 zeigt schließlich den entsprechenden Strom- und Leistungsverlauf für den Fall, daß die Erregung eines Drehmelders ausfällt. Über der Auslenkung Λ λ sind wiederum Strom und Leistung in Prozent aufgetragen, wobei die Verhältnisse bei Nullstellung mit 100%> angenommen werden. Die ausgezogenen Linien zeigen wiederum wie in F i g. 2 den Strom Ia und die Wirkleistung Pa für normal erregte Drehmelder ohne Schutzschaltung. Wird für einen von zwei zusammengeschalteten Drehmeldern der Erregerstromkreis unterbrochen, so fließt über den noch betriebsbereiten Drehmelder ein erhöhter Strom Ic, der allerdings in allen Stellungen etwa gleich bleibt. Die Wirkleistung Pc im Rotor nimmt bereits bei Nullstellung etwa den fünffachen Wert gegenüber dem Normalbetrieb an und verläuft dann etwa nach einer Sinuskurve mit einem Maximum bei 90° und jeweils einem Minimum bei 0 bzw. 180° Auslenkung. Bereits bei Nullstellung kann also die aufgenommene Wirkleistung in dem einen noch erregten Drehmelder so hoch werden, daß die zulässige Übertemperatur überschritten wird. Strom und Spannung für diesen Fall der Erregung nur eines Drehmelders sind jeweils mit punktierten Linien dargestellt.

t5 Durch die erfindungsgemäße Einschaltung eines Kondensators in Reihe mit der jeweiligen Rotorwicklung erreicht man auch in diesem zuletzt beschriebenen Fall, daß die Wirkleistung das zulässige Maß nicht überschreiten kann. Mit den gestrichelten Linien Id und Pd sind die Strom- und Wirkleistungsverhältnisse für einen Betrieb mit Schutzschaltung dargestellt, wenn die Erregung eines Drehmelders fehlt. Sowohl der Strom Id als auch die verbrauchte Wirkleistung Pd liegen bei beliebiger Auslenkung unter den Werten, die im normalen, ungestörten Betrieb in der Nullstellung erreicht werden. Eine unzulässige Erwärmung der Wicklungen ist damit für jeden Fall ausgeschlossen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

' 1 2 ρ .. . Gegen die eben beschriebene Überlastung voi raientansprucne. Drehmeldern ist bisher kein wirksamer Schutz be

1. Schaltungsanordnung für ein Drehmelder- kannt. Der Einsatz von Stromsicherungen bring system zur Momen !übertragung, bestehend aus keine Lösung des Problems, da der Strom bei Über einem Geber und einem oder mehreren Empfän- 5 lastung des Drehmelders, also bei einer Verschiebunj gern mit betriebsmäßig gekoppelten Mehrphasen- von Blindleistung zur Wirkleistung hin, nicht wesent wicklungen und mit jeweils einer an einer Speise- lieh zunimmt. So nimmt tier Strom bei einer Auslen spannung liegenden, zu den Mehrphasenwicklun- kung zwischen zwei Drehmeldern von 90' etwa dei gen relativ verdrehbaren Einphasenwicklung, da- doppelten Wert an, während die Wirkleistung etwi durch gekennzeichnet, daß mit den Ein- io auf den zehnfachen Wert ansteigt. Ein wirkliche; phasenwicklungen (ZJ? 1, LR 2) des Gebers Schutz eines Drehmelders vor Überlastung müßt« (DMl) und denjenigen der Empfänger (DM 2, deshalb nach dem Wattmeier-Prinzip aufgebaut sein DMl") jeweils ein Kondensator (Cl, C 2, CT) Solche Sicherungen sind aber nicht handelsüblich in Reihe geschaltet ist, dessen Blindwiderstand und die Herstellung derartiger Einrichtungen wan absolut so viel größer als der Blindwiderstand der »5 sehr aufwendig.

jeweiligen Wicklung ist, daß der resultierende Neben dem oben beschriebenen Fall einer zi

Blindwiderstand aus der Reihenschaltung von großen Winkeldifferenz bei Drehmeldern ist ein«

Wicklung (LR 1 bzw. LR 2) und Kondensator Überlastung auch dann möglich, wenn im Störungs-

(Cl bzw. C 2) jeweils wesentlich größer ist als fall die Erregung eines Drehmelders ausfällt. Wenn

der Wirkwiderstand der Wicklung (LR 1, LR 2). ao also beispielsweise der Rotor des Empfängers durch

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- einen Leitungsbruch nicht mehr an das Netz angedurch gekennzeichnet, daß der Blindwiderstand schlossen ist, die Statoren beider Drehmelder jedoch des Kondensators (Cl bzw. C2) jeweils den weiterhin miteinander verbunden sind, so muß der doppelten Absolutwert des Blindwiderstandes der Rotor des Gebers die gesamte Erregerleistung auch in Reihe geschalteten Wicklung (LR 1 bzw. LR1) 25 für den Empfänger liefern. Auch ein solcher Fall bei Nullstellung des Drehmelders aufweist. kann zum Durchbrennen des noch betriebsbereiten

Drehmelders führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

Überlastungsschutz für Drehmeldersysteme zu schaf-30 fen, der auf einfache und billige Weise herstellbar ist

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- und in jedem Fall eine zu starke Erwärmung eines anordnung für ein Drehmeldersystem zur Moment- Drehmelders verhindert. Erfindungsgemäß wird dies übertragung, bestehend aus einem Geber und einem dadurch erreicht, daß mit den Einphasenwicklungen bzw. mehreren Empfängern mit betriebsmäßig ge- des Gebers und denjenigen der Empfänger jeweils koppelten Mehrphasenwicklungen und mit jeweils 35 ein Kondensator in Reihe geschaltet ist, dessen Blindeiner an einer Speisespannung liegenden, zu den widerstand absolut so viel größer als der Blindwider-Mehrphasenwicklungen relativ verdrehbaren Ein- stand der jeweiligen Wicklung ist, daß der resultiephasenwicklung. rende Blindwiderstand aus der Reihenschaltung von

Von den vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten Wicklung und Kondensator wesentlich größer ist als der bekannten Drehmeldersy.teme ist die Verwen- 4° der Wirkwiderstand der Wicklung,
dung als Momentdrehmelder wohl die einfachste. Dieser erfindungsgemäße Überlastungsschutz mit

Hierbei wird das auf der Empfängerseite aufge- Hilfe eines Kondensators wird auch durch den Stand brachte Drehmoment direkt zur Weitergabe der über- der Technik nicht nahegelegt. So ist in der deutschen tragenen Winkelinformation ausgenutzt. Die beiden Auslegeschrift 11 52 642 zwar ein Verfahren zur zusammengeschalteten Momentdrehmelder bilden 45 elektrischen Übermittlung der Winkelstellung eines also eine elektrische Welle, die allerdings ziemlich drehbeweglichen Gebers mit einem wechselstromgetorsionselastisch ist. Daher führt eine Belastung auf speisten Drehmelder beschrieben, doch entspricht die der Empfängerseite stets zu einer gewissen Ver- dort verwendete Anordnung nicht dem der Erfindrehung zwischen Empfängerrotor und Geberrotor. dung zugrunde liegenden Momentdrehmelder. Bei

Ein Drehmelder verbraucht als induktives Bauteil 50 der bekannten Einrichtung ist nicht ein Drehmelderim Normalfall nur eine geringe Wirkleistung, die sich paar, sondern nur ein einzelner Drehmelder vorhanals Erwärmung der Wicklung bemerkbar macht. den, dessen Winkelstellung proportional über ein Entsteht jedoch zwischen zwei zusammengeschalteten Anzeigeinstrument angezeigt werden soll. Das Pro-Drehmeldern eine Winkeldifferenz, so ändert sich die blem einer Winkeldifferenz zwischen Geber und Induktivität des einzelnen Drehmelders und damit 55 Empfänger bei der Momentübertragung und der auch das Verhältnis zwischen Blindleistung und Wirk- damit verbundenen Überlastungsgefahr tritt also dort leistung. Bei gleichbleibender Spannung nimmt die nicht auf. Die Anzeige erfolgt über eine phasenmodu-Wirkleistung erheblich zu, ohne daß wesentlich mehr lierte Gleichrichtung, und zu diesem Zweck wird der Strom fließt. Drehmelder als Drehtransformator verwendet. Mit

Momentdrehmelder sind im allgemeinen so aus- 60 den dort vorgesehenen zwei Kondensatoren wird zur gelegt, daß bis zu einer Winkeldifferenz von etwa Umwandlung der Ausgangsspannung eine zweifache 15° die zulässige Erwärmung nicht überschritten feste Phasendrehung vorgenommen, um eine phasenwird. Dies entspricht dem normalen Einsatz eines proportionale und amplitudenkonstante Ausgangs-Momentdrehmelders. Wird diese Winkeldifferenz spannung zu erzeugen. Ein Überlastungsschutz wird durch weitere Auslenkung überschritten, so steigt die 65 also durch diese Kondensatoren nicht angestrebt und Übertemperatur über das zuträgliche Maß, und bei auch nicht erreicht.

länger anhaltender Überlastung brennt der Dreh- Die deutsche Patentschrift 9 52 729 nimmt zwar

meider durch. auf die Übertragung von Drehmomenten Bezug, be-