DE2402423C3 - Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystems mit einer Anzahl von Drehfeldmaschinen sowie Überwachungsschaltung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

(d) UND verknüpft werden, und daß aus diesem resultierenden Signal (WJdas Meldesignal (s\,s2) fCir 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, ti) der Wechselspannungüquelle (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 Drenfeldmaschinen (2,3,4) an ihrem Ausgang abgibt, direkt mit dem zweiten Eingang der Winkel-Vergleichsschaltung (19; i9_aj verbunden ist, und daß die Winkel-Vergleichsschaltung (19; 19a) ^{mit einem} Grenzwertgeber (34; 41) zur Vorgabe eines Grenzwertes (φ*, ψ·; für den Winkel (φ, ψ) 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 Signalformerstufe (20,32) nachgeschaltet ist, die ein zeitlich rechteckiges Ausgangssignal (f, h) abgibt, dessen Flanken zeitlich mit den Nulldurchgängen ihrer Eingangsspannung übereinstimmen.

7. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel-Vergleichsschaltung (19) ein vom ersten und zweiten Eingang gespeistes Winkelmeßglied (21) enthält, dem ein Vergleichsglied (33) nachgeschaltet ist, dessen Vergleichseingang an den Grenzwertgeber (34) angeschlossen ist (F i g. 1).

8. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel-Vergleichsschaltung (19a; ein vom ersten Eingang gespeistes Verzögerungsglied (40), dessen Verzögerungseingang 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.

10. 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, weiche 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

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

Drehfeldmaschine Spannung und Strom gemessen werden, ein Phasenvergleich zwischen zwei aus Spannung und Strom abgeleiteten elektrischen Größen durchgeführt und in Abhängigkeit von dem Winkel zwischen den beiden Größen ein Meldesignal über den S Betriebszustand der Drehfeldmaschine abgegeben wird. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Überwachungsschaltung zur Durchführung des Verfahrens 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.

Ein solches Verfahren und eine solche Überwachungsschaltung sind aus der deutschen Offenlegungsschrift 1812 926 bekannt. Ziel des bekannten Verfahrens und der bekannten Überwachungsschaltung ist es, den Schlupf eines Asynchronmotors zu messen. Dazu werden Speisestrom und Speisespannung des Asynchronmotors erfaßt und hieraus mit Hilfe von zwei linearen Netzwerken zwei Sinusspannungen gebildet, von denen jede zugleich von der Speisespannung und dem Speisestrom abhängig ist. Die Ausgänge der beiden passiven linearen Netzwerke sind mit den Eingängen eines Vergleichsgliedes verbunden, das die Phasenver-Schiebung zwischen den beiden Sinusspannungen bestimmt Diese Phasenverschiebung ist eine schlupfproportionale Größe. Die Ausgangsgröße des Vergleichsgliedes wird einer Meßeinrichtung zugeführt. Das Vergleichsglied kann hierbei ein Impedanzrelais enthalten, das ein Ausgangssignal liefert, das bei einem vorbestimmten Wert des Schlupfes unter Vorzeichenänderung durch den Wert Null geht.

Es ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 21 32 179 weiter bekannt, eine größere Anzahl von Zentrifugen, die zur Trennung z. B. von Uranisotopen verwendet werden, jeweils durch einen synchron laufenden Hysteresemotor oder eine andere Drehfeldmaschine anzutreiben. Die Trennanlage kann je nach Größe bis zu 1 000 000 solcher Zentrifugen aufweisen. Die Hysteresemotoren, deren Antriebsleistung z.B. je 100 Watt beträgt, werden gruppenweise gemeinsam mit einer Frequenz, die beispielsweise 1 kHz oder mehr betragen kann, von einem gemeinsamen frequenzsteuerbaren Umrichtergespeist.

Bei einem solchen Antriebssystem ist es von Bedeutung, ein Meldesignal zu erhalten, das anzeigt, ob sich die einzelnen Drehfeldmaschinen und damit die angekoppelten Zentrifugen im richtigen Belastungszustand befinden, insbesondere, ob sie sich mit der so richtigen Drehzahl drehen. Bei Hysteresemotoren und Reluktanzmotoren ist es insbesondere von Interesse, ob 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 durchgeführt werden müssen oder nicht

Bei allen Überlegungen, die eine Überwachung der Drehzahlen der einzelnen Zentrifugen zum Ziel haben, muß der spezielle konstruktive Aufbau des Systems Drehfeldmaschine-Zentrifuge berücksichtigt werden. Zentrifuge und Drehfeldmaschine sind nämlich gemeinsam in einem Gehäuse eingekapselt, das mittels zweier Deckel vakuumdicht verschlossen ist und unter Unterdruck steht Durch den einen Deckel sind lediglich die Zuleitungen der Drehfeldmaschine und eine Justiervorrichtung für das Lager luftdicht hindurchgeführt. Die Konstruktion des Systems Drehfeldmaschine-Zentrifuge ist insgesamt so ausgeführt, daß das Gehäuse nur wenige verschließbare öffnungen besitzt Bei einem Defekt der Zentrifuge, z. B. bei einem Lagerschaden, könnte nämlich andernfalls wegen der hohen Drehzahl und des großen Trägheitsmoments ein verschließender Deckel zerstört werden und an dieser Stelle das Verfahrensgas entweichen. Ein solcher Unfall muß aber unter allen Umständen vermieden werden.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß man bei der Überwachung der Drehzahlen der einzelnen Zentrifugen nicht von einer direkten Drehzahlmessung ausgehen kann. Eine für die Praxis annehmbare Lösung muß berücksichtigen, daß jedes System Drehfeldmaschine-Zentrifuge ein in sich geschlossenes, unter Außendruck stehendes Gebilde darstellt Extern oder intern angeordnete mechansiche Drehzahlgeber, die einen Eingriff in dieses System erfordern würden, scheiden von vornherein aus. Dasselbe gilt für intern angeordnete optische und induktive Drehzahlmesser, da sie wiederum die Durchführung von Meßleitungen erforderlich machen und darüber hinaus kostspielig sind und nicht immer zuverlässig arbeiten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das eingangs genannte Verfahren so abzuändern, daß nicht der Schlupf einer einzelnen Asynchronmaschine gemessen wird, sondern bei einem Antriebssystem mit Zentrifugen ein Lauf- oder Meldesignal abgegeben wird, das den Laufzustand der einzelnen Zentrifugen charakterisiert. Das Verfahren soll dabei keine Nachteile für den konstruktiven Aufbau und den Betrieb der einzelnen Zentrifugen nach sich ziehen. Weiterhin soll eine Überwachungsschaltung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden, die kostengünstig herzustellen ist und auch im Dauerbetrieb zuverlässig arbeitet

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß nacheinander der Winkel direkt zwischen Spannung und Strom jeder Drehfeldmaschine gemessen und mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird, und daß dann, wenn der Winkel unterhalb des vorgegebenen Grenzwertes liegt, ein Meldesignal für einen ersten Betriebszustand und/oder dann, wenn der Winkel oberhalb des vorgegebenen Grenzwertes liegt, ein Meldesignal für einen zweiten Betriebszustand der Drehfeldmaschine abgegeben wird.

Der Strom wird hierbei jeweils in einer Anschlußleitung der Drehfeldmaschinen gemessen. Die Spannung kann (bei einer dreiphasigen Wechselspannungsquelle) als Phasenspannung zwischen einem Phasenleiter und dem Mittelpunktleiter abgegriffen werden. Als Winkel erhält man dann den Phasenwinkel zwischen Strom und Phasenspannung. Häufig ist jedoch die Phasenspannung einer Messung nicht zugänglich. In diesem Fall sollte als Spannung die verkettete Spannung zwischen zwei Phasenleitern gemessen werden. Als Winkel erhält man dann den Verschiebungswinkel zwischen Strom und Phasenspannung. Ein solches Vorgehen hat den Vorzug, daß — da der Verschiebungswinkel kleiner als der Phasenwinkel ist — eine genauere Messung möglich ist

Das erfindungsgemäße Verfahren, das sowohl für Asynchron- als auch für Synchronmaschinen geeignet

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 Meldesignal 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 stets 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 Planke mit den Nulldurchgängen 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 genanntem Art zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Abgriff der die Spannung der Wechselspannungsquelle 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-Ver-

S gleichsschaltung verbunden ist, und daß die Winkel·Vergleichsschaltung mit einem Grenzwertgeber zur Vorgabe eines Grenzwertes für den Winkel ausgerüstet ist.

Gegenüber der aus der DT-OS 18 12 926 bekannten Überwachungsschaltung ergibt sbh 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 Unteren-

Sprüchen 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,

J5 Verschiebungswinkel und Phasenwinkel einer Drehfeldmaschine eingetragen sind,

Fig.3 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 Fi 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 110, 11 bzw. 12 untergebracht Das Gehäuse 10, 11, 12 steht unter einem Druck von beispielsweise 10-³Torr.

jo 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

SS Nennbetrieb beispielsweise bei 1 kHz. Das Mittelfrequenznetz wird von einem steuerbaren Umrichter 14 gespeist, der an ein übliches Drehstromnetz 15 mit den Phasenleitern R₁ S, T angeschlossen ist. Die Netzfrequenz dieses Drehstromnetzes 15 kann in Üblicher

«0 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

6s Spannungs- oder Stromsteuereingang des Umrichters 14 ist mit 16, sein Frequenzsteuereingang ist mit 17 bezeichnet. Die Ausgangsfrequenz kann über den Frequenzsteuereingang 17 von einem Anfanguwert 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-Ultrazentriftigen zur Trennung von gasförmigen Uranisotopenverbindungen wie Uranhexafluorid verwendet werden, beträgt bei der angegebenen Mittelfrequenz etwa 60000 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 s 1 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 si ab, wenn die gerade as betrachtete Drehfeldmaschine 2,3,4 unerwünschtermaßen mit asynchroner Drehzahl läuft, und sie gibt immer dann das Meldesignal 5 2 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 ψ zwischen Strom und Phasenspannung betrachtet. Bei Hysteresemotoren und Reluktanzmaschinen gäbt es einen Grenzwert g>* dieses Phasenwinkels φ zwischen Strom und Phasenspannung, der zwei verschiedene Betriebszustände oder Belastungszustände voneinander trennt. Liegt der Phasenwinkel φ oberhalb dieses Grenzwerts φ*, 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 φί, φ2, φ3 zwischen Phasenspannung u_p und Strom 11, 5< > /2, /3 jeder Drehfeldmaschine 2,3 bzw. 4 mißt. Sie gibt immer dann, wenn der gerade gemessene Phasenwinkel 9»1. 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 ψ* identisch mit dem asynchronen Betriebszustand der betreffenden Drehfeldmaschine 2, 3 oder 4. Die Überwachungsschaltung gibt auch immer dann, wenn der gerade gemessene Phasenwinkel φΧ, φ2 βο oder <p3 oberhalb des vorgegebenen Grenzwerts φ Hegt, das Meldesignal s2 zur Charakterisierung des iweiten Betriebszustands ab. Dieser zweite Betriebszustand ist identisch mit dem synchronen Betriebszustand der betreffenden Drehfeldmaschine 2,3 oder 4. «*

Die Meldesignale s 1 und s2 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 Fig. 1 könnte hierzu mittels eines Abgriffs 18/: als Spannung die Phasenspannung u_p zwischen dem Phasenleiter U und dem Mittelpunktleiter Λ/_ρ abgegriffen werden. Das ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen. Die Überwachungsschaltung enthält vielmehr einen Abgriff 18, mit dem die verkettete Spannung υ zwischen den beiden Phasenleitern Uund !Verfaßt wird. Diese verkettete Spannung u 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 der verketteten Spannung υ übereinstimmen. Diese Ausgangsspannung f wird in den ersten Eingang eines Winkelmeßgliedes 21 gegeben.

In 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° 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 Taktgebet 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. Dei 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 dei abzufragenden Zentrifugenanzahl und liegt hier einige Zehnerpotenzen unterhalb der Mittelfrequenz det Wechselspannungsquelle 13. Für eine Zeitdauer, die gleich dem Reziproken der Taktfrequenz ist, stehen die Meßsignale für die Ströme /1, /2, /3 nacheinander arr zweiten Eingang der Winkel-Vergleichsschaltung 19 an In F i g. 1 ist durch den Taktgeber 29 gerade da; Schaltglied 27 geschlossen, so daß das Meßsignal für der 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 Aus gangsspannung (1 ab, deren Nulldurchgänge mit der Nulldurchgängen des Meßsignals an ihrem Eingang übereinstimmen, im vorliegenden Fall also mit der Nulldurchgängen des Stroms /2. Die Ausgangsspan nung (2 wird in den anderen Eingang des Winkelmeß gliedcs 21 gegeben.

709 839/332

_AlsSigna._formerstufen^32_re,_Ä^ Η^ΑΑΕΑΙ

S^SSÄS ^d«"tSSSfie an.aen #

einemNüllsignalvergleichendesmdsogg^Maß _T^_b^I_{9 ein Zähler} 9 angeschlossen ist. Dieser Q

sie nur so lange, als der Wert des Md^a^osM 5 Uttg» ^ ^ _{der Taktsignal weite}r. Der

auch ein positives Ausgangssignal / taw. /* jbgeb^. gj,_{er 9 zeigt eine} Kennzahl an, welche die gerade von

Ein negativer Wert des Meßsignals u bzw. /1, / 2, / 3 ^_r ⁿ'_UmschJ_teinrichtung 25 eingenommene Schaltstel-

wird nicht berücksichtigt. . _niff „ lung und damit die gerade abgefragte Drehstrornma-

Das Winkelmeßglied 21, das z. B. als Z^ "eren* ^!™fJJ¹J_{3 oder 4 cha} ⁸ _rakterisiert. Anstelle des Zählers 9 Glied ausgeführt sein kann.j^^JfSS?Ä kann auch eine digitale Codiereinrichtung verwendet

das ein Maß für die zeitliche Differenz zwischen den Ausgangssignal zusammen mit dem

-Anstiegsflanken der Ausgangsspannungen ί und /2 «L J^g^«™ _weit£_ve ^g _rarbeitet, z. B. in die^Datenver-

^lnfOlg.^e '"π fÄeiiem U J Λ'd der arbeitungsanlage 37 eingegeben wird. Dasselbe gilt auch

ÄnÄ ^I5 ^rSftfi-^ Ausführungsform einer

»eSeß^Ä'SngÄS ^ _£ÄS_ÄÄÄ

Spannung «einerseits und dem Strom i2 der g^rag ^{ω ue} _p· ₂ ^ _{χ ein} Zeigerdiagramm, in dem d.e

glied 33 vergleicht es ^«g^g*^ Snären Anteil und einen in Richtung der Ordinate re Grenzwert ψ*. der von.einen «^^"'^ gemessenen reellen Anteil. Die Spitze des Stromzeigers

A SwXt"!:; £ ÄSÄr. Phasenwinkel _Φ oberhalb des vorgegebenen Grenz-

«SBS3SBS:' msSSSES*

^t^i^^Z^Z ₄₅ SÄSSSSi

?S**i^Jf«rS^ ^deK?r_gTg^Oe^rz^Seigte überwachungsschaltun« hat

^GrnⁿchTone^en B^tri bs'us L deÄ?eldn!ascLe 3 wegen der speziellen Anordnung des Abgriffs

asynchronen ^Bet"^e°«"^sxan° ° . . _{h der} verschie- (Messung der verketteten Spannung u) und der an e.nen ^^η*^^^^,^,_η gibt 50 Stromwandler 22, 23, 24 die Eigenschaft, daß nicht (1er

bungswinkel y2 obe ha» ^dJ^ °"™™^_β^. Phasenwinkel φ, sondern der Verschiebungsw.nkel ψ

es ein Meldesignal s2 fü den *«J~ⁿ^ "" _{39 ab} gemessen wird Die Messung erfolgt in bezug auf den

Γ££%££ÄÄ«ÄSshZKng der verketteten Spannungszeiger u. der um 30» gegenüb

π ThnlSchfun^ ^{dem Zei}«5^{er der} Phasenspannung "Pf⁰^_1nS

Diese leuchtet auf, ■wennei η Meldes gna Ji as Winkel-Vergleichsschaltung trägt das

Anstelle ^^SlÄl^Ä » ^ eine Bezugszeichen 19a. Sie enthält an ihrem ersten und kann der W'nkel-Vcrgle.^cns^^atun8 _und/oder zweiten Eingang gleichfalls Signalformerstufen 20 bzw·

^¹¹TSSA ^sein· ³²· ^Dk S'enalformerstufe 20 gibt ein binäres Ausgange

η"' ¹SSSSi 1TSn^ aber auch einem (nicht «s signal a an ein nachgeschaltetes Verzögerungsglied^ Das .Meldesignal iiMnn bdb v _{Bei diegem A} , , _{a stimmen} pro Periode

geze.gten) Speicherglied *»;;™l^rt ^_β ^βη^_{ηη anzci}. _die Anstiegsflanke und die Abfallflanke mit den _g ^aeⁿn^gSS ^£^S^^r^M von Nulldurchgängen der Spannung u überein. Der Ver-

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 7"die 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 aus- ij kommt

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 ao 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

d — 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 s 1 für den ersten und/oder das Meldesignal 3s s? für den zweiten Betriebszustand hergeleitet. Das Meldesignal si ist dabei direkt am Ausgang des Vergleichsgliedes 42 abgegriffen und an den Ausgang 38 gelegt. Zur Ableitung des Meldesignals 5 2 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 so 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 RC-Glied, vom invertierten Ausgangssignal der NAND-Stufe, also vom Signal des Transistors, gesteuert wird. Durch geeignete Bemessung dieses Zeitgliedes wird eine Selbsthaltung des Vergleichsglicdes 42 erreicht, die übet 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<ψ·), am Ausgang 38 als Meldesignal si eir //-Dauersignal und am Ausgang 39 als Meldesignal
ein L-Dauersignal erscheint, und daß dann, wenn siel die Drehfeldmaschine 3 im zweiten Betriebszustam (ψ>ψ·) befindet, am Ausgang 38 als Meldesignal s 1 eil L-Dauersignal und am Ausgang 39 als Meldesignal s'. ein W-Dauersignal erscheint

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

Das geformte Ausgangssignal a der Signalformerstu fe 20 erstreckt sich über eine Halbperiode 772 dei Spannung u. Im Verzögerungsglied 40 wird ein« Phasenverschiebung der Anstiegsflanke um den Betraf ψ* durchgeführt Die Abfallflanke bleibt zeitlich unverändert erhalten. Das erste digitale Ausgangssigna eist somit verkürzt, seine zeitliche Dauer ist kleiner ah eine Halbperiode T/2. Das zweite digitale Signal b is mit seiner Abfallflanke um den Verschiebungs-Winkel y gegenüber der Anstiegsflanke des Ausgangssignals
phasenverschoben. Die NAND-Verknüpfung im Ver gleichsglied 42 ergibt ein resultierendes Signal d ir Form eines Dauersignals. Dieses resultierende Signal < kann direkt als Meldesignal s 1 verwendet werden.

In Fig.5 ist ebenfalls der zeitliche Verlauf vor Signalen der Winkel-Vergleichsschaltung 19a aufgetra gen. Die eingetragenen Signalverläufe treten dann auf wenn sich die gerade abgefragte Drehfeldmaschine 2, ί oder 4 im zweiten Betriebszustand befindet, wenn alsc der Verschiebungswinkel ψ größer als der vorgegeben' Grenzwert ψ* ist.

Das Ausgangssignal a der Signalformerstufe 2( besteht wiederum pro Periode Taus einem positiver Spannungsbalken der Dauer 772. Seine Anstiegs- unc Abfallflanke stimmt wiederum zeitlich mit zwe aufeinander folgenden Nulldurchgängen der Spannung υ überein. Das erste digitale Ausgangssignal c de Verzögerungsgliedes 40 besitzt wiederum eine An Stiegsflanke, die um den vorgegebenen Betrag ψ gegenüber der Anstiegsflanke des Ausgangssignals ι phasenverschoben ist. Die Abfallflanken sind zeitgleich Das zweite digitale Signal b ist mit seiner Abfallflank um den Verschiebungswinkel ψ gegen die Anstiegsflan ke des Ausgangssignals a phasenverschoben. De Verschiebungswinkel ψ ist größer als der vorgegeben* Betrag ψ*.

Die NAND-Verknüpfung im Vergleichsglied 4: ergibt als resultierendes Signal d ein Signal mit einen i-lmpuls pro Periode T. Bei einer Frequenz dei Wechselspannungsquelle 13 von 1 kHz enthält da resultierende Signal d demnach 1000 L-Im pulse pr Sekunde. Das Auftreten dieser Impulse am Ausgang 31 ist charakteristisch für den zweiten Betriebszustand, be einem Hysteresemotor also charakteristisch für seiner synchronen Betriebszustand. Das Haltosignul 43 sorg dafür, daß aus diesem Signal c/als Meldcsignal s 2 füi den zweiten Betriebszustand am Ausgang 39 ei Dauersignal wird.

Es sei noch erwähnt, daß die Winkel-Vergleichsschal tung 19« auch so konstruiert sein kann, daß sich jeweili die inversen Signale ergeben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystems mit einer Anzahl von Drehfeldmaschinen, s 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 werden, ein Phasenvergleich zwischen zwei aus Spannung und Strom abgeleiteten elektrischen Größen durchgeführt und in Abhängigkeit von dem Winkel zwischen den beiden Größen ein Meldesignal über den Betriebszustand der Drehfeldmaschine abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander der Winkel (φ, ψ) direkt zwischen Spannung (up, u) und Strom (H, /2, /3) jeder Drehfeldmaschine (2,3,4) gemessen und mit einem vorgegebenen Grenzwert (φ*, ψ*) verglichen wird, *> und daß dann, wenn der Winkel (ψ, ip) unterhalb des vorgegebenen Grenzwertes (φ*, W*) "⁶S¹- ^e'ⁿ Meldesignal (si) für einen ersten Betriebszustand und/oder dann, wenn der Winkel (φ, ψ> oberhalb des vorgegebenen Grenzwertes (ψ*, ψ*) Hegt, ein Meldesignal (s2) 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 (φ, φ*, ψ, y*) zwischen der um 3» einen vorgegebenen Grenzwert (φ*, ψ*; phasenverschobenen Spannung (Up₁ 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 (ψ, φ*, ψ, ψ*) negativ ist, daß Meldesignal (s 1) für den ersten Betriebszustand und/oder dann, wenn dieser Winkel (φ, φ*, ψ, y*) 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 (cbzw. b) logisch miteinander zu einem resultierenden Signal