DE2402423B2

DE2402423B2 - Verfahren zur ueberwachung eines antriebssystems mit einer anzahl von drehfeldmaschinen sowie ueberwachungsschaltung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2402423B2
Application number: DE19742402423
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing.; Weigand Wolfgang Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; 8520 Erlangen Mickal
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-01-18
Filing date: 1974-01-18
Publication date: 1977-02-03
Also published as: JPS5627200B2; JPS50107415A; GB1494202A; NL7405749A; DE2402423A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystems mit einer Anzahl von Drehfeldmaschinen, insbesondere von Hysteresemotoren, die jeweils zum Antrieb einer reibungsarmen Zentrifuge vorgesehen und gemeinsam aus einer Wechselspannungsquelle gespeist sind, wobei bei einer

Spannung und Strom gemessen in einem

Gehäuse eingekapselt, das mitteis zweier

«wnnuog und Strom abgeleiteten elektrischen orooen

Kgeffihrt und in Abhängigkeit von dem Winkel

^•hen den beiden Größen ein Melaesignal über den

«Sszustand der Drehfeldmaschine abgegeben wird.

Ϊ? Friindung bezieht sich weiterhin auf eine Uberwa-

Ψ oSStung zur Durchführung des Verfahrens mit

-¹AgAr die Spannung an eh.«- Drehfeldma-

*m£ abgreift, mit einem Stromwandler, der den Strom jemneabgreu^ ^^ _{einer winkel}.

Vereleichsschaitung »m *«v, ^...^..₆>..., -.-ISff und dem Stromwandler verbunden sind, ff solches Verfahren und eine solche Uberwaaltung sind aus der deutschen Offenlegungs-IB12 926 bekannt Ziel des bekannten Verfahd _der bekannten Überwachungsschaltung ist es, j«, Schlupf eines Asynchronmotors zu messen. Dazu den aw»'«H . „„^ Q„_e;_C(»cn!>nniin(i des Asyn-

führt Die Konstruktion des Systems ^fl^f^ Zentrifuge ist insgesamt so aus geführt da ^Gehäuse nur wenige verschließbare öffnungen besitzt Bei einem Defekt d^ger Zentrifuge, z. B. bei eine»' »g«^ ίο könnte nämlich andernfalls wegen der hohen> £j*««*J und des großen Trägheitsmoments ein versehender Deckel zerstört werden und an dieser Stelle das ?erfahrensgas entweichen. Ein solcher Unfall muß aber

bef^überwachung der ^^tlZltll mehl von einer direkten

zugleich von der

und inte, η a

_erfordern würden,

vorbestimmlen Wert des Schlupfes unter ■££££,SXCngsschr», 2, _? .7,

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^diefn jeweils durch einen synchron laufenden werden, jeweils α Drehfeldmaschine

SSSKuS Trtnnige kann je nach Größe bis zu Tm m solcher Zentrifugen aufweisen. Die Hysterese-ι deren Antriebsleistung z.B. je 100 Watt 'werden gruppenweise gemeinsam mit einer enz!die beispielsweise 1 kHz oder mehr betragen Ion einem gemeinsamen frequenzsteuerbaren

Antriebssystem ist es von

£'· _{Aufgabe wird} „r,n<l„ng_Sg«n,äß d_u,ch

°* !Sf™ JJ₅? das dadurch gekennzeichnet ist. e,n, Verfah «njaO^ _{direkt zwjschen Sp}

da3 »chem^ _Dreh,_eld ,sch,™^g-J"-

luktanzmotoren ist es msDesonucic v_U1. ..._vw „„.,,.,

sie sich im synchronen oder asynchronen Betriebszustand befinden. Die Kenntnis der genauen Drehzahl einer jeden einzelnen Drehfeldmaschine und Zentrifuge ist dabei von untergeordneter Bedeutung. Entscheidend ist die Kenntnis, ob sich die betreffende Drehfeldmaschine in einem unerwünschten oder in einem erwünschten Betriebs- oder Belastungszustand befindet. Hiervon hängt es ab, ob weitere Steuermaßnahmen durchgeführt, ein Alarm ausgelöst, Schutzmaßnahmen eingeleitet und/oder Wartungs- oder Reparaturarbeiten j..-^Ur,«.f,-,v,rt werden müssen oder nicht.

einer

sea

ist, beruht auf einer schrittweise vorgenommenen indirekten Drehzahlmessung aus der Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom einer jeden Drehfeldmaschine.

Die Ermittlung der Meßwerte erfolgt dabei außerhalb des Systems Drehfeldmaschine-Zentrifuge. Dadurch werden Durchführungen durch das Gehäuse nicht benötigt. Weiterhin treten bei diesem Verfahren unerwünschte Rückwirkungen auf den Lauf der einzelnen Zentrifugen nicht auf. Das Verfahren eignet sich auch für besonders hohe Drehzahlen, die bei Gas-Ultrazentrifugen üblich sind. Weiterhin ermöglicht es eine Drehzahlüberwachung sowohl im Dauerbetrieb als auch im gemeinsamen Anlauf der einzelnen Drehfeldmaschinen.

Bei einem Hysteresemotor, einer Reluktanzmaschine oder einer fremderregten synchronen Maschine wird der Grenzwert, mit dem der jeweilige Winkel verglichen wird, bevorzugt gleich demjenigen Grenzwinkel gewählt, der den asynchronen vom synchronen Betriebszustand trennt. Zu diesem Grenzwinkel kann allerdings noch ein geringer Sicherheitszuschlag treten.

Prinzipiell kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren so vorgegangen werden, daß zuerst der betreffende Winkel (Phasen- oder Verschiebungswinkel) durch Zeitdifferenzmessung der Nulldurchgänge von Spannung (Phasenspannung bzw. verkettete Spannung) und Strom gemessen und daß dann dieser Winkel subtraktiv mit dem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird. Es ist aber auch möglich, zunächst eine Verschiebung der Nulldurchgänge der Spannung um einen vorgegebenen Betrag, der dem Grenzwert entspricht durchzuführen, danach durch Zeitdifferenzmessung der Nulldurchgänge der verschobenen Spannung mit den Nulldurchgängen des Stromes den Winkel (Phasenwinkel bzw. Verschiebungswinkel) zu ermitteln und schließlich eine Vorzeichenbestimmung dieses Winkels vorzunehmen. Von dieser letzteren Möglichkeit macht eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens Gebrauch. Diese Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, daß nacheinander für jede Drehfeldmaschine der Winkel zwischen der um einen vorgegebenen Grenzwert phasenverschobenen Spannung der Drehfeldmaschine und dem Strom der Drehfeldmaschine bestimmt wird, und daß dann, wenn dieser Winkel negativ ist das Meldesignali für den ersten Betriebszustand und/oder dann, wenn dieser Winkel positiv ist, das Meldesignal für den zweiten Betriebszustand der Drehfeldmaschine abgegeben wird.

Hierbei kann insbesondere so vorgegangen werden, daß aus der Spannung der Drehfeldmaschine ein erstes digitales Signal abgeleitet wird, bei dem stete pro Periode mindestens eine Flanke um den vorgegebenen Wert gegenüber einem Nulldurchgang dieser Spannung phasenverschoben ist, daß jeweils aus dem Strom der Drehfeldmaschine ein zweites digitales Signal gewonnen wird, bei dem pro Periode mindestens eine Flanke mit den NuMurchgängen dieses Stromes zeitlich übereinstimmt daß das erste und das zweite digitale Signal logisch miteinander zu einem resultierenden Signal UND verknüpft werden, und daß aus diesem resultierenden Signal das Meldesignal für den ersten und/oder zweiten Betriebszustand hergeleitet wird.

Eine Überwachungsschaltung der eingangs genannten Art zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Abgriff der die Spannung der WechselspanrumgsqueH? abgreift, direkt mit dem ersten Eingang der Winkel-Vergleichsschaltung verbunden ist, daß eine Umschalteinrichtung, die wahlweise einen der durch Stromwandler erfaßten Ströme der Drehfeldmaschinen an ihrem Ausgang abgibt, mit dem zweiten Eingang der Winkel-Vergleichsschaltung verbunden ist und daß die Winkel-Verglcichsschaltung mit einem Grenzwertgeber zur Vorgabe eines Grenzwertes für den Winkel ausgerüstet ist.

Gegenüber der aus der DT-OS 18 12 926 bekannten Überwachungsschaltung ergibt sich der Vorteil, daß

ίο infolge der direkten Messung des Winkels zwischen Spannung und Strom Verknüpfungsnetzwerke entfallen.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Überwachungsschaltung sind in den Unteransprächen 5 bis 13 gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von fünf Figuren näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Überwachungsschaltung mit Winkel-Ver-

gleichsschaltung zur Überwachung eines Antriebssystems mit einer Anzahl von Drehfeldmaschinen, die zum Antrieb von Zentrifugen vorgesehen sind, in schematischer Darstellung,

F i g. 2 ein Zeigerdiagramm, in dem Strom, Spannung, Verschiebungswinkel und Phasenwinkel einer Drehfeldmaschine eingetragen sind,

Fig.2 eine bevorzugte weitere Winkel-Vergleichsschaltung für die in F i g. 1 gezeigte Überwachungsschaltung,

F i g. 4 den zeitlichen Verlauf von Signalen, die bei der Winkel-Vergleichsschaltung nach F i g. 3 dann auftreten, wenn sich die gerade betrachtete Drehfeldmaschine im ersten Betriebszustand befindet und

F i g. 5 den zeitlichen Verlauf von Signalen, die bei der Winkel-Vergleichsschaltung nach F i g. 3 dann auftreten, wenn sich die gerade betrachtete Drehfeldmaschine im zweiten Betriebszustand befindet

Nach F i g. 1 enthält ein Antriebssystem eine größere Anzahl von Drehfeldmaschinen, z. B. eine Gruppe von tausend Drehfeldmaschinen, von denen nur die drei Drehfeldmaschinen 2, 3 und 4 dargestellt sind. Es handelt sich hierbei speziell um Hysteresemotoren, die im Normalbetrieb synchron laufen. Sie sind jeweils zum Antrieb einer reibungsarmen Zentrifuge 6, 7 bzw. 8 vorgesehen und mit dieser mechanisch gekoppelt. Drehfeldmaschine 2,3 und 4 sowie Zentrifuge 6,7 und 8 sind jeweils in einem vakuumdichten Gehäuse 10, 11 bzw. 12 untergebracht Das Gehäuse 10, 11, 12 steht unter einem Druck von beispielsweise 10 -³ Torr.

So Die Drehfeldmaschinen 2, 3 und 4 sind an eine gemeinsame Wechselspannungsquelle 13 angeschlossen. Es handelt sich dabei um ein Mittelfrequenznetz mit den Phasenleitern U. V. W und dem Mittelpunktleiter Mp. Die Frequenz des Mittelfrequenznetzes liegt im Nennbetrieb beispielsweise bei 1 kHz. Das Mittelfrequenznetz wird von einem steuerbaren Umrichter 14 gespeist der an ein übliches Drehstromnetz 15 mit den Phasenleitern R, S, T angeschlossen ist Die Netzfrequenz dieses Drehstromnetzes 15 kann in üblicher Weise 50 oder 60 Hz betragen. Der steuerbare Umrichter 14 besteht insbesondere aus einem spannungssteuerbaren Gleichrichter und einem frequenzsteuerbaren Wechselrichter, die über einen-Gleichstromzwischenkreis miteinander verbunden sind. Der

*5 Spannungs- oder Stromsteuereingang des Umrichters 14 ist mit 16, sein Frequenzsteuereingang Ist mit 17 bezeichnet Die Ausgangsfrequenz kann über den Frequenzsteuereingang 17 von emem Anfangsswert bis

Nennfrequenz gesteuert werden.

Eine Großanlage zur Urananreicherung kann eine Vielzahl von Zentrifugen-Gruppen und insgesamt bis zu einer Million Zentrifugen aufweisen. Die Arbeitsdrehzahl dieser Zentrifugen 6,7,8, die z. B. als Gas-Ultrazentrifugen zur Trennung von gasförmigen Uranisotopenverbindungen wie Uranhexafluorid verwendet werden, beträgt bei der angegebenen Mittelfrequenz etwa 60 000 U/min. Jede Zentrifuge 6, 7 und 8 benötigt eine Antriebsleistung von etwa 100 Watt.

Um die Drehzahlen der Zentrifugen 6, 7, 8 einer Gruppe zu überwachen, ist eine elektronische Überwachungsschaltung vorgesehen. Diese fragt die Drehzahlen der einzelnen Zentrifugen 6, 7, 8 der Gruppe nacheinander auf indirektem Wege ab. Sie gibt immer dann ein Meldesignal 51 ab, wenn sich die Drehfeldmaschine 2,3,4 der gerade abgefragten Zentrifuge 6,7,8 in einem ersten Betriebszustand befindet, und sie gibt immer dann ein Meldesignal s2 ab, wenn sich die Drehfeldmaschine 2, 3, 4 der gerade abgefragten Zentrifuge 6, 7,8,... in einem zweiten Betriebszustand befindet Genauer gesagt: Da es sich bei den Drehfeldmaschinen 2, 3, 4 speziell um Hysteresemotoren handeln soll, gibt die Überwachungsschaltung immer dann das Meldesignal s 1 ab, wenn die gerade betrachtete Drehfeldmaschine 2,3,4 unerwü nschtermaßen mit asynchroner Drehzahl läuft, und sie gibt immer dann das Meldesignal s2 ab, wenn die gerade betrachtete Drehfeldmaschine 2, 3, 4 erwünschtermaßen synchron läuft.

Die Überwachungsschaltung macht sich die Tatsache zunutze, daß sich bei einem Hysteresemotor als Drehfeldmaschine 2, 3, 4 der synchrone und der asynchrone Betriebszustand durch unterschiedliche Wirkleistungsaufnahme und damit unterschiedlichen Winkel zwischen aufgenommenem Strom und angelegter Spannung bemerkbar macht. Im folgenden wird zunächst als Winkel der Phasenwinkel φ zwischen Strom und Phasenspannung betrachtet. Bei Hysteresemotoren und Reluktanzmaschinen gibt es einen Grenzwert φ* dieses Phasenwinkels φ zwischen Strom und Phasenspannung, der zwei verschiedene Betriebszustände oder Belastungszustände voneinander trennt. Liegt der Phasenwinkel φ oberhalb dieses Grenzwerts <p*. dann läuft die Maschine synchron, liegt er dagegen unterhalb dieses Grenzwerts φ*, dann läuft sie asynchron.

Die Überwachungsschaltung kann demgemäß so konstruiert sein, daß sie nacheinander die Phasenwinkel <jpl, φ2, φ3 zwischen Phasenspannung u_p und Strom /1, /2, /3 jeder Drehfeldmaschine 2,3 bzw. 4 mißt. Sie gibt immer dann, wenn der gerade gemessene Phasenwinkel <pl, φ2, φ3 unterhalb eines vorgegebenen gemeinsamen Grenzwerts φ* liegt, das Meldesignal s 1 zur Charakterisierung des ersten Betriebszustandes ab. Dieser erste Betriebszustand ist wegen der getroffenen Wahl des Grenzwerts φ* identisch mit dem asynchronen Betriebszustand der betreffenden Drehfeldmaschine 2, 3 oder 4. Die Überwachungsschaltung gärt auch immer dann, wenn der gerade gemessene Phasenwinkel φΐ, φ2 oder g*3 oberhalb des vorgegebenen Grenzwerts φ* liegt, das Meldesignal s2 zur Charakterisierung des zweiten Betriebszustands ab. Dieser zweite Betriebszustand ist identisch mit dem synchronen Betriebszustand der betreffenden Drehfeldmaschine 2,3 oder 4.

Die Meldesignale s I und s 2 können, gegebenenfalls versehen mit einer Kennziffer für die gerade abgefragte Drehfeldmaschine 2, 3 oder 4, zur weiteren Verarbeitung z. B. in eine Datenverarbeitungsanlage, eine Anzeigeeinrichtung oder eine Alarmeinrichtung gegeben werden. Die Laufmeldung kann somit in ein Steuersignal, ein Anzeigesignal bzw. ein Alarmsignal umgewandelt werden.

Nach F i g. 1 könnte hierzu mittels eines Abgriffs 18/ als Spannung die Phasenspannung u_p zwischen derr Phasenleiter t/und dem Mittelpunktleiter M_p abgegriffen werden. Das ist im vorliegenden Ausführungsbei-

ίο spiel nicht vorgesehen. Die Überwachungsschaltung enthält vielmehr einen Abgriff 18, mit dem die verkettete Spannung u zwischen den beiden Phasenleitern i/und IVerfaßt wird. Diese verkettete Spannung t wird dem ersten Eingang einer Winkel-Vergleichsschaltung 19 zugeführt. Die Winkel-Vergleichsschaltung 19 besteht im wesentlichen aus digitalen Bausteinen. Am ersten Eingang befindet sich eine Signalformerstufe 20 Sie gibt eine zeitlich rechteckige Ausgangsspannung 1 ab, deren Nulldurchgänge mit den Nulldurchgängen dei

ίο verketteten Spannung u übereinstimmen. Diese Ausgangsspannung f wird in den ersten Eingang eines Winkelmeßgliedes 21 gegeben.

'n je einer Anschlußleitung der Drehfeldmaschinen 2. 3, 4 ist jeweils ein Stromwandler 22, 23 bzw. 24 angeordnet. Es handelt sich dabei jeweils um diejenige Anschlußleitung, welche die Verbindung mit dem Phasenleiter U herstellt. Durch die spezielle Anordnung des Abgriffs 18 und der Stromwandler 22, 23, 24 ist gewährleistet, daß jeweils ein Winkel kleiner als 90^c gemessen wird. Die Stromwandler 22, 23, 24 erfassen die Ströme /1, /2, /3 der Drehfeldmaschinen 2,3 bzw. 4 Die gemessenen Signale werden über eine Umschalteinrichtung 25, die wahlweise eines dieser Signale an ihrem Ausgang abgibt, an den zweiten Eingang der Winkel-Vergleichsschaltung 19 gelegt.

Die Umschalteinrichtung 25 besteht aus einer Anzahl von Schaltgliedern 26,27 und 28 sowie einem Taktgeber 29 zu deren Ansteuerung. Die Schaltglieder 26, 27, 28 sind abweichend von der Darstellung in F i g. 1 bevorzugt kontaktlose elektronische Schaltglieder, ζ. Β Transistoren, insbesondere Feldeffekt-Transistoren. Sie verbinden die einzelnen Stromwandler 22, 23, 24 mit einer Sammelleitung 30. die am zweiten Eingang der Winkel-Vergleichsschaltung 19 angeordnet ist Der Taktgeber 29 schließt nacheinander durch Taktsignale die über nicht näher bezeichnete Steuerleitungen auf die Steuereingänge der Schaltglieder 26,27 und 28 gegeben werden, je eines dieser Schaltglieder 26, 27 und 28. Die Taktfrequenz des Taktgebers 29 ist abhängig von der abzufragenden Zentrifugenanzahl und liegt hier einige Zehnerpotenzen unterhalb der Mittelfrequenz der Wechselspannungsquelle 13. Für eine Zeitdauer, die gleich dem Reziproken der Taktfrequenz ist, stehen die Meßsignale für die Ströme /1, /2,13 nacheinander am zweiten Eingang der Winkel-Vergleichsschaltung 19 an In F i g. 1 ist durch den Taktgeber 29 gerade das Schaltglied 27 geschlossen, so daß das Meßsignal für den Strom /2 der Drehfeldmaschine 3 weiterverarbeite) wird.

Am zweiten Eingang der Winkel-Vergleichsschaltung 19 liegt eine weitere Signalformerstufe 32. Diese Signalformerstufe 32 gibt eine rechteckförmige Ausgangsspannung fl ab, deren Nulldurchgänge mit den Nulldurchgängen des Meßsignals an ihrem Eingang übereinstimmen, im vorliegenden Fall also mit den Nulldurchgängen des Stroms /2. Die Ausgangsspannung fl wird in den anderen Eingang des Winkelmeßgliedes 21gegebea

ίο

Als Signalformerstufen 20, 32 können insbesondere Grenzwertmelder verwendet werden, die das eingegebene sinusförmige Meßsignal u bzw. /1, /2 oder /3 mit einem Nullsignal vergleichen. Sie sind so aufgebaut, daß sie nur so lange, als der Wert des Meßsignals positiv ist, auch ein positives Ausgangssignal / bzw. /"2 abgeben. Ein negativer Wert des Meßsignals u bzw. /1, /2, /3 wird nicht berücksichtigt

Das Winkelmeßglied 21, das z. B. als Zeit-Differenz-Zentrifugen 6, 7,8 nicht mit der gewünschten Drehzahl läuft. Auf diese Weise ist eine bloclcweise Überwachung der Zentrifugen 6,7,8 einer Gruppe möglich.

Aus F i g. 1 ist weiter ersichtlich, daß an den Taktgeber 29 ein Zähler 9 angeschlossen ist. Dieser Zähler 9 zählt im Takte der Taktsignal weiter. Der Zähler 9 zeigt eine Kennzahl an, welche die gerade von der Umschalteinrichtung 25 eingenommene Schaltstellung und damit die gerade abgefragte Drehstromma-

Glied ausgeführt sein kann, gibt ein Ausgangssignal ab, io schine 2,3 oder 4 charakterisiert. Anstelle des Zählers 9

' ' kann auch eine digitale Codiereinrichtung verwendet

werden, deren Ausgangssignal zusammen mit dem Meldesignal s 1 weiterverarbeitet, z. B. in die Datenverarbeitungsanlage 37 eingegeben wird. Dasselbe gilt auch für das Meldesignal s 2.

Die in F i g. 1 gezeigte Ausführungsform einer Überwachungsschaltung ermöglicht es also, die unerwünschte Drehzahl einer beliebigen der Zentrifugen 6, 7, 8 indirekt und ohne äußere Eingriffe in eines der Gehäuse 10,11 bzw. 12 festzustellen.

F i g. 2 zeigt ein Zeigerdiagramm, in dem die charakteristischen Größen der Drehfeldmaschine 3 eingetragen sind. Dabei wurde wieder angenommen, daß als Drehfeldmaschinen 2,3 und 4 Hysteresemotoren eingesetzt sind. Der Strom ; = /!, /2 oder /3 dieser Hysteresemotoren ist komplex dargestellt: er besitzt einen in Richtung der Abzisse im gemessenen imaginären Anteil und einen in Richtung der Ordinate re gemessenen reellen Anteil. Die Spitze des Stromzeigers

das ein Maß für die zeitliche Differenz zwischen den Anstiegsflanken der Ausgangsspannungen fund fl ist. Infolge der getroffenen Anordnung des Abgriffs 18 zwischen den Phasenleitern U und W und dei Anordnung des Stromwandlers 23 in der Anschlußleitung zu dem Phasenleiter U erhält man vom Winkelmeßglied 21 ein Ausgangssignal, das ein Maß ist für den Verschiebungswinkel ψ2. Dieser Verschiebungswinkel ψ2 ist der Winkel zwischen der verketteten Spannung u einerseits und dem Strom /2 der gerade ausgewählten Drehfeldmaschine 3 andererseits. Er unterscheidet sich um 30° von dem Phasenwinkel <p2. Es gilt also ψ2 = φ2-30°. Das Ausgangssignal ist wie der Verschiebungswinkel mit ψ2 bezeichnet.

Das Ausgangssignal ψ2 des Winkelmeßgliedes 21 ist einem Vergleichsglied 33 zugeführt. Dieses Vergleich«;-glied 33 vergleicht es mit einem vorgegebenen Grenzwert ψ*, der von einem Grenzwertgeber 34 geliefert wird. Der Grenzwertgeber 34, der an den

Vergleichseingang des Vergleichsgliedes 33 angeschlos- 30 / liegt auf einer Kurve L· Der Stromzeiger ; schließt mit

sen ist. ist beispielsweise als Potentiometer eingezeichnet. Der vorgegebene Grenzwert ψ*, der fest eingestellt wird, ist am Grenzwertgeber 34 so eingestellt, daß er hier speziell die Grenze zwischen dem asynchronen und dem Zeiger der Phasenspannung Up, der in Richtung der reellen Achse re liegt, den Phasenwinkel φ ein. Ein vorgegebener Grenzwert φ* trennt einen ersten Betriebszustand von einem zweiten Betriebszustand des

dem synchronen Betriebszustand jeder Drehfeldmaschi- 35 Hysteresemotors. Dabei ist angenommen, daß der erste - , -. _._:..__.. T^._^ »1 _.-!.-:..„ Betriebszustand, bei dem der Phasenwinkel φ unterhalb

des vorgegebenen Grenzwerts φ* liegt, unerwünscht ist Erwünscht ist ein zweiter Betriebszustand, bei dem der Phasenwinkel φ oberhalb des vorgegebenen Grenzwerts ψ* liegt.

Der Grenzwert φ* ist speziell so gewählt, daß er den asynchronen vom synchronen Arbeitsbereich trennt. Der Punkt P_k auf der Kurve bezeichnet wiederum den Kippunkt der Punkt P_a einen asynchronen Betriebs-

ne 2,3,4 bezeichnet. Der Grenzwert φ* kann dabei um einen geringen Sicherheitszuschlag im synchronen Bereich liegen. Unterschreitet der Verschiebungswinke! ψ2 den Grenzwert φ*, so ist das ein Anzeichen dafür, daß die betreffende Drehfeldmaschine 3 vom ersten in den zweiten Betriebszustand, im vorliegenden Fail also vom synchronen in den asynchronen Betriebszustand übergeht.

Das Vergleichsglied 33 ist als Grenzwertmelder

anzusehen. Es gibt im vorliegenden Fall dann, wenn der 45 punkt und der Punkt P« einen svnchronen Arbeitspunkt

Verschiebungswinkel ψ2 unterhalb des vorgegebenen Grenzwertes ψ* liegt ein Meldesignal s 1 für den asynchrcnen Betriebszustand der Drehfeldmaschine 3 an einen Ausgang 38 ab. Liegt jedoch der Verschiedes Hysteresemotors.

Die in F i g. 1 gezeigte Überwachungsschaltung hat wegen der speziellen Anordnung des Abgriffs 1« (Messung der verketteten Spannung u) und dei

bungswinkel ψ2 oberhalb dieses Grenzwerts φ*, so gibt 50 Stromwandler 22, 23, 24 die Eigenschaft daß nicht dei

Phasenwinkel φ. sondern der Verschiebungswinkel if gemessen wird. Die Messung erfolgt in bezug auf dei verketteten Spannungszeiger u, der um 30° gegenöbei dem Zeiger der Phasenspannung u_p gedreht isi 55 Gemessen wird also der kleinere Verschiebungswinke V_#= Ψ - 30" Demzufolge wird auch nicht der Grenzwer Ψ* vorgegeben, sondern ein kleinerer Grenzwer V =9^)#-30°.Esgiit:{g>-₉>^#) = (_v-v>·).
........ . , , ^ln F i g. 3 ist eine bevorzugte andere AusfOhnmgs

Diese leuchtet auf. wenn em Meldesjgnal si ansteht. 60 form der Winkel-Vergteichsschaltung 19 von Fig. Anstelle oder zusätzlich zu der AnzeigeemnchtungjS dargestellt. Diese Winkel-Vergleichsschaltung trägt da kann der Winkel-Vergleichsschalrung 19 auch eine Bezugszeichen 19a. Sie enthält an ihrem ersten m Alanneinrichtung 36. z. B. akustischer Art, und/oder zweiten Eingang gleichfalls Signalformerstufen 20 bw eine Datenverarbeitungsanlage 37 nachgeschaltet sein. 32. Die Signalformerstufe 20 gfot ein binäres Ausgangs Das Meldesignal si kann aber auch emem (nicht 65 signal a an eh, nachgeschaltetes Verzögerungsglied * gezeigten) Spe.chergl.ed zugeführt werdea Das Aus- ab. Bei diesen, AusfLgssignal a stimme- pro Period gangssignal dieses SpenAergheaes wurde aannanz^ dje Anstiegsflanke und die Abfanflanke mit de gen. daß eine aus einer größeren Anzahl von Nundurchgängen der Spannung u überein. Der Vei

es ein Meldesignal s 2 für den synchronen Betriebszu stand der Drehfeldmaschine 3 an einen Ausgang 39 ab. Entsprechendes gilt bei einer anderen Schaltstellung der Umschalteinrichtung 25 auch für die Betriebszustände der Drehfeldmaschinen 2 und 4. Das Meldesignal s 1 kann einer Anzeigeeinrichtung 35 zugeführt werden, die z. B. mit einem optischen oder mechanischen Zeiger ausgerüstet isi. Die Anzeigeeinrichtung 35 besitzt im eingezeichneten Fall ab optischen Zeiger eine Lampe.

zögerungseingang des Verzögerungsgliedes 40 ist an einen Grenzwertgeber 41 angeschlossen, der als Potentiometer dargestellt ist. An diesem Grenzwertgeber 41 wird eine zeitliche Verzögerung eingestellt, die dem Grenzwert ψ* entspricht. Am Ausgang des Verzögerungsgliedes 40 erscheint ein erstes digitales Signal c, bei dem stets pro Periode Tdie Anstiegsflanke um den vorgegebenen Grenzwert ψ* gegenüber einem Nulldurchgang der Spannung u phasenverschoben ist. Dieses erste digitale Signal c wird dem ersten Eingang eines Vergleichsgliedes 42 zugeführt. Als Vergleichsglied 42 dient ein logisches UND-Glied, insbesondere ein NAND-Glied. Die Verwendung eines NAND-Gliedes hat den Vorzug, daß man bei der logischen Verknüpfung mit einem einzigen Bauelement auskommt.

Mittels der Signalformerstufe 32 wird aus dem Strom /2 der Drehfeldmaschine 3 ein zweites digitales Signal b gewonnen. Bei diesem Signal b stimmt pro Periode die Anstiegs- und Abfallflanke mit den Nulldurchgängen des Stroms -/2 überein. Das zweite digitale Signal b wird dem zweiten Eingang des Vergleichsgliedes 42 zugeführt. Das Vergleichsglied 42 sorgt dafür, daß das erste und das zweite digitale Signal c bzw. b logisch miteinander zu einem resultierenden Signal d UND-verknüpft werden. Die logische Funktion dieses Vergleichsgliedes 42 ist also gegeben durch

£/= c b.

Der Ausgang des Vergleichsgliedes 42 zeigt somit nur dann ein L-Signal (Null-Signal), wenn seine beiden Eingänge gleichzeitig auf //-Signal (Hoch-Signal) liegen, sonst immer ein //-Signal.

Aus dem resultierenden Signal d werden das Meldesignal $ 1 für den ersten und/oder das Meldesignal s 2 für den zweiten Betriebszustand hergeleitet. Das Meldesignal i 1 ist dabei direkt am Ausgang des Vergleichsgliedes 42 abgegriffen und an den Ausgang 38 gelegt. Zur Ableitung des Meldesignals s2 ist dem Vergleichsglied 42 ein Halteglied 43 nachgeschaltet, dessen Ausgang an den Ausgang 39 gelegt ist. Dieses Halteglied 43 hat die Eigenschaft, daß es das resultierende Signal d, welches im zweiten Betriebszustand als kurzzeitiges L-Signal periodisch auftritt, über eine Zeitdauer, die über eine Periode Tder Spannung u hinausgeht, verlängert und anschließend wieder löscht, wenn kein neuer Impuls eintrifft. Es kann sich bei dem Halteglied 43 also insbesondere um eine monostabile Kippstufe mit Impulsverlängerung handeln.

Vergleichsglied 42 und Halteglied 43 können bevorzugt so ausgeführt sein, daß als Vergleichsglied 42 eine NAND-Stufe mit externem Basiseingang vorgesehen ist daß an den Ausgang dieser NAND-Stufe die Basis eines Transistors in Verstärkerschaltung geschaltet ist, der das Ausgangssignal der NAND-Stufe invertiert und daß der Basiseingang über ein Zeitglied, insbesondere ein ÄC-Glied, vom invertierten Ausgangssignal der NAND-Stufe, also vom Signal des Transistors, gesteuert \ ird. Durch geeignete Bemessung dieses Zeitgliedes wird eine Selbsthaltung des Vergleichsgliedes 42 erreicht die über eine Periodendauer T hinausgeht Die Winkel-Vergleichsschaltung 19 hat dadurch die Eigenschaft daß sich dann, wenn sich die Drehfeldmaschine 3 im ersten Betriebszustand befindet (ψ<φ*), am Ausgang 38 als Meldesignal si ein W-Dauersignal und am Ausgang 39 als Meldesignal s2 ein L-Dauersignal erscheint, und daß dann, wenn sich die Drehfeldmaschine 3 im zweiten Betriebszustand (φ > ψ*) befindet, am Ausgang 38 als Meldesignal s 1 ein L- Dauersignal und am Ausgang 39 als Meldesignal s2 ein //-Dauersignal erscheint.

In Fig.4 ist für den ersten (oder asynchronen) Betriebszustand der zeitliche Verlauf verschiedener Signale der Winkel-Vergleichsschaltung 19a dargestellt. F i g. 4 gilt also für den Fall, daß der Verschiebungswinkel ψ kleiner als der vorgegebene Grenzwert φ* ist.

Das geformte Ausgangssignal a der Signalformerstu' fe 20 erstreckt sich über eine Halbperiode 772 der Spannung u. Im Verzögerungsglied 40 wird eine Phasenverschiebung der Anstiegsflanke um den Betrag ψ* durchgeführt. Die Abfallflanke bleibt zeitlich unverändert erhalten. Das erste digitale Ausgangssignal c ist somit verkürzt, seine zeitliche Dauer ist kleiner als eine Halbperiode 772. Das zweite digitale Signal b ist mit seiner Abfallflanke um den Verschiebungs-Winkel ψ gegenüber der Anstiegsflanke des Ausgangssignals a phasenverschoben. Die NAND-Verknüpfung im Vergleichsglied 42 ergibt ein resultierendes Signal d in ,Form eines Dauersignals. Dieses resultierende Signal d kann direkt als Meldesignal 5 1 verwendet werden.

In F i g. 5 ist ebenfalls der zeitliche Verlauf von Signalen der Winkel-Vergleichsschaltung 19a aufgetragen. Die eingetragenen Signalverläufe treten dann auf, wenn sich die gerade abgefragte Drehfeldmaschine 2,3 oder 4 im zweiten Betriebszustand befindet, wenn also der Verschiebungswinkel ψ größer als der vorgegebene Grenzwert φ* ist.

Das Ausgangssignal a der Signalformerstufe 20 besteht wiederum pro Periode T aus einem positiven Spannungsbalken der Dauer 772. Seine Anstiegs- und Abfallflanke stimmt wiederum zeitlich ^mit zwei aufeinander folgenden Nulldurchgängen der Spannung u überein. Das erste digitale Ausgangssignal c des Verzögerungsgliedes 40 besitzt wiederum eine Anstiegsflanke, die um den vorgegebenen Betrag ψ* gegenüber der Anstiegsflanke des Ausgangssignals a phasenverschoben ist. Die Abfallflanken sind zeitgleich. Das zweite digitale Signal b ist mit seiner Abfallflanke um den Verschiebungswinkel φ gegen die Anstiegsflanke des Ausgangssignals a phasenverschoben. Der Verschiebungswinkel φ ist größer als der vorgegebene Betrag ψ*.

Die NAN D-Verknüpfung im Vergleichsglied 42 ergibt als resultierendes Signal d ein Signal mit einem L-Impuls pro Periode T. Bei einer Frequenz der Wechselspannungsquelle 13 von 1 kHz enthält das resultierende Signal d demnach 1000 L-Impulse pro Sekunde. Das Auftreten dieser Impulse am Ausgang 38 ist charakteristisch für den zweiten Betriebszustand, bei einem Hysteresemotor also charakteristisch für seinen synchronen Betriebszustand. Das Haltesignal 43 sorgt dafür, daß aus diesem Signal d als Meldesignal s 2 für den zweiten Betriebszustand am Ausgang 39 ein Dauersignal wird.

Es sei noch erwähnt daß die Winkel-Vergleichsschaltung 19a auch so konstruiert sein kann, daß sich jeweils die inversen Signale ergeben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystems mit einer Anzahl von Drehfeldmaschinen, insbesondere von Hysteresemotoren, die jeweils zum Antrieb einer reibungsarmen Zentrifuge vorgesehen und gemeinsam aus einer Wechselspannungsquelle gespeist sind, wobei bei einer Drehfeldmaschine Spannung und Strom gemessen werdea ein Phasenvergleich zwischen zwei aus Spannung und Strom abgeleiteten elektrischen Größen durchgeführt und in Abhängigkeit von dem Winkel zwischen den beiden Größen ein Meidesignal über den Betriebszustand der Drehfeldmaschine abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander der Winkel (φ, ψ) direkt zwischen Spannung (up, u) und Strom (H, 12, /3) jeder Drehfeldmaschine (2,3,4) gemessen und mit einem vorgegebenen Grenzwert (φ*, -ψ*) verglichen wird, und daß dann, wenn der WinkeJ (φ, ψ) unterhalb des vorgegebenen Grenzwertes (φ*, ψ*) liegt ein Meldesignal (s 1) für einen ersten Betriebszustand und/oder dann, wenn der Winkel (φ, ψ) oberhalb des vorgegebenen Grenzwertes (φ*, ψ*) liegt, ein Meldesignal fs 2) für einen zweiten Betriebszustand der Drehfeldmaschine (2,3,4) abgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander für jede Drehfeldmaschine (2,3,4) der Winkel (ψ, φ*, ψ, χμ*) zwischen der um einen vorgegebenen Grenzwert (φ*, y>*) phasenverschobenen Spannung (up, u) der Drehfeldmaschine (2, 3, 4) und dem Strom (H, /2, /3) der Drehfeldmaschine (2, 3, 4) bestimmt wird, und daß dann, wenn dieser Winkel {φ, φ*, ψ, y>*) negativ ist, daß Meldesignal (s 1) für den ersten Betriebszustand und/oder dann, wenn dieser Winkel (φ, φ*, ψ, ψ*) positiv ist, das Meldesignal (s2) für den zweiten Betriebszustand der Drehfeldmaschine (2, 3, 4) abgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Spannung (Up, u) der Drehfeldmaschine (2,3,4) ein erstes digitales Signal

(c) abgeleitet wird, bei dem stets pro Periode (T) mindestens eine Flanke um den vorgegebenen Grenzwert (φ*, ψ·; gegenüber einem Nulldurchgang dieser Spannung (Up, u) phasenverschoben ist, daß jeweils aus dem Strom (H, /2, /3) der Drehfeldmaschine (2, 3, 4) ein zweites digitales Signal (b) gewonnen wird, bei dem pro Periode (T) mindestens eine Flanke mit den Nulldurchgängen dieses Stromes (H, /2, /3) zeitlich übereinstimmt, daß das erste und das zweite digitale Signal (c bzw. b) logisch miteinander zu einem resultierenden Signal

(d) UND verknüpft werden, und daß aus diesem resultierenden Signal (d)das Meldesignal (s 1, s 2) für den ersten und/oder zweiten Betriebszustand hergeleitet wird.

4. Überwachungsschaltung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Abgriff, der die Spannung an einer Drehfeldmaschine abgreift, mit einem Stromwandler, der den Strom dieser Drehfeldmaschine erfaßt, und mit einer Winkel-Vergleichsschaltung mit zwei Eingängen, die mit dem Abgriff und dem Stromwandler verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abgriff (18p, 18), der die Spannung (up, u)der Wechselspannungsquelle (13) abgreift, direkt mit dem ersten Eingang der Winkel-Vergleichsschaltung (19,19a,) verbunden ist, daß eine Umschalteinrichtung (25), die wahlweise einen der durch Stromwandler (22, 23, 24) erfaßten Ströme (i 1, /2, /3) der Drehfeldmaschinen (2,3,4) an ihrem Ausgang abgibt, direkt mit dem zweiten Eingang der Winkel-Vergleichsschaltung (19; 19a; verbunden ist, und daß die Winkel-Vergleichsschaltung (19; 19a) mit einem Grenzwertgeber {34; 41) zur Vorgabe eines Grenzwertes (φ*, ψ*; für den

Winkel fg>, -φ) ausgerüstet ist

5. Überwachungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Winkel-Vergleichsschaltung (19; 19a; aus digitalen Bausteinen besteht

6. Überwachungsschaltung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet daß dem Abgriff (18p. 18) und der Umschalteinrichtung (25) jeweils eine Signalformerstafff (20,32) nachgeschaltet ist, die ein zeitlich rechteckiges Ausgangssignal (f. f₂) abgibt, dessen Flanken zeitlich mit den Nulldurchgängen ihrer Eingangsspannung übereinstimmen.

7. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkel-Vergleichsschaltung (19) ein vom ersten und

zweiten Eingang gespeistes Winkelmeßglied (21) enthält dem ein Vergleichsglied (33) nachgeschaitet ist dessen Vergleichseingang an den Grenzwertgeber (34) angeschlossen ist (F i g. 1).

8. Überwachungsschaltung nach einem der Anspräche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die

Winkel-Vergleichsschaltung (19a; ein vom ersten Eingang gespeistes Verzögerungsglied (40), dessen Verzögemngseingang an den Grenzwertgeber (41) angeschlossen ist, und ein logisches Vergleichsglied (42), das eingangsseitig einerseits an den Ausgang des Verzögerungsgliedes (40) und andererseits an den zweiten Eingang der Winkel-Vergleichsschaltung (19a;angeschlossen ist enthält (F i g. 2).

9. Überwachungsschaltung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet daß als logisches Vergleichsglied (42) ein NAND-Glied vorgesehen ist.

IC. Überwachungsschaltung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vergleichsglied (42) ein Halteglied (43) nachgeschaltet ist.

11. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (25) steuerbare Schaltglieder (26, 27, 28) enthält die je einen Stromwandler (22, 23, 24) mit einer Sammelleitung (30) verbinden, welche am zweiten Eingang der Winkel-Vergleichsschaltung (19; 19a;angeordnet ist.

12. Überwachungsschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Schaltglieder (26,27,28) in vorgegebener Reihenfolge ein Taktgeber (29) vorgesehen ist.

13. Überwachungsschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß an den Taktgeber (29) ein Zähler (9) angeschlossen ist.