DE2415171A1

DE2415171A1 - Supervisory circuit for single phase synchronous motor - using two comparators and one limiter circuit

Info

Publication number: DE2415171A1
Application number: DE2415171A
Authority: DE
Inventors: Lothar Schollenberger
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1974-03-29
Filing date: 1974-03-29
Publication date: 1975-10-16

Abstract

A resistor is provided in the phase lead to the motor and one side connected to one input of a first comparator, whilst the other side is connected to the limiter circuit. The second limiter input is connected to the neutral lead, and the limiter output is connected to the second input of the comparator. The comparator output is evaluated in an integrating circuit, and a further comparator, or level detector, used to operate an alarm circuit. The apparatus operates by measuring the phase angle between applied voltage and line current. The norm is determined by the power factor of the synchronously running normally loaded motor. Deviations are measured by the integrator receiving a variable pulse length signal from the output of the first comparator.

Description

Betriebszustand-Überwachungseinrichtung für eine Synchronmaschine orbit asynchronem Anlauf" Die Erfindung bezieht sich auf eine Betriebszustand-Uberwachungs einrichtung für Synchronmaschinen mit asynchronem Anlauf.Operating status monitoring device for a synchronous machine orbit asynchronous start-up "The invention relates to an operating state monitoring system device for synchronous machines with asynchronous start-up.

Im allgemeinen verwendet man für die Überwachung des Betriebszu= standes aufwendige, auf der Drehzahlmessung der Maschine be= ruhende Uberwachungseinrichtungen. Es ist daher verständlich, d«ß man bestrebt ist, eine weniger kostspielige Überwachungs= einrichtung zu schaffen.In general, it is used to monitor the operating status complex monitoring devices based on the speed measurement of the machine. It is understandable, therefore, that efforts should be made to use less costly surveillance to create facility.

Bei Synchronmaschinen mit asynchronem Anlauf tritt eine Phasen= verschiebung zwischen der Netzspannung und dem durch die Syn= -chronmaschine fließenden Strom auf, die bei ordnungsgemäßem Lauf der Synchronmaschine größer ist als im Asynchronbetrieb oder Stillstand. Treten Störungen auf, so verändert sich die Phasen= verschiebung zwischen der Netzspannung und dem Strom dergestalt, daß der Phasenwinkel kleiner wird.A phase shift occurs in synchronous machines with asynchronous start-up between the mains voltage and the current flowing through the synchronous machine which is greater when the synchronous machine is running properly than in asynchronous operation or standstill. If disturbances occur, the phase shift changes between the mains voltage and the current in such a way that the phase angle is smaller will.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostensparende überwachungseinrichtung für Synchronmaschinen mit asynchronem Anlauf zu schaffen, die die auftretende Phasenverschiebung zwi= schen der Netzspannung und dem durch den Synchronmotor fließen= den Strom zur Betriebskontrolle des laufenden Motors nutzt.The invention is based on the object of a cost-saving monitoring device for synchronous machines with asynchronous start-up to create the occurring phase shift between the mains voltage and the current flowing through the synchronous motor Operational control of the running engine uses.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst daß in die Stromzuführung einer Synchronmaschine ein Widerstand eingeschaltet ist, dessen Aus= gang sowohl r.--tit der Synchronmaschine als auch mit einem ersten Eingang eines ersten Komparators verbunden ist, dessen Ein= gang des Widerstandes rit einem Lingang einer Begrenzungsschal= tung verbunden ist, deren weiterer Eingang an den Nulleiter an= geschlossen ist und deren Ausgang nit einem zweiten Eingang des Komparators verbunden ist, daß dem Ausgang des Komparators eine Auswerteschaltung folgt.The object is achieved in that in the power supply of a synchronous machine a resistor is switched on, the output of which is both r - tit of the synchronous machine and is also connected to a first input of a first comparator, the The input of the resistor is connected to an input of a limiting circuit whose other input is connected to the neutral conductor and whose output is closed n is connected to a second input of the comparator that the output of the comparator an evaluation circuit follows.

Der erste Komparator der erfindungsgemäßen überwachungseinrich= tung wird vorzugsweise an ein integrierendes RC-Glied angeschlos= sen, dessen Ausgang mit dem zweiten Komparator verbunden ist, von dem im Fall einer Störung ein Signal an ein Anzeigegerät z.B. eine Lampe geht.The first comparator of the monitoring device according to the invention is preferably connected to an integrating RC element, the output of which is connected to the second comparator, from which a signal in the event of a fault goes to a display device, e.g. a lamp.

Die erfindungsgemäße Einrichtung vermittelt in einfacher Weise eine Inforination über die Phasenverschiebung und damit den Be= triebszustand der Maschine.The device according to the invention provides in a simple manner a Information about the phase shift and thus the operating status of the machine.

Die Überwachungseinrichtung wird nachfolgend an hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The monitoring device is described below on the basis of one in the Drawing illustrated embodiment explained in more detail.

Es zeigt Fig. 1 den Aufbau der Überwachungseinrichtung, Fig. 2 den Phasenverlauf der im ersten Komparator miteinander zu vergleichenden Spannungen Fig, 3 die vom ersten Komparator formierten Signale bei unter= schiedlichen Phasenwinkeln.It shows Fig. 1 the structure of the monitoring device, Fig. 2 the Phase curve of the voltages to be compared with one another in the first comparator 3 shows the signals formed by the first comparator at different phase angles.

Fig. 1 zeigt die Uber'.qachungseinrichtung 1 mit vier Widerstän= den 2, 3, 4, 5 einer Zenerdiode 6, einem ersten Komparator 7, einem RC-Glied 8 und einem Komparator 9. In eine Phasenleitung lo der Synchronmaschine 11, z.B. eines Synchronmotors, ist ein Widerstand 2 eingeschleift, der mit dem Synchronmotor 11 in Reihe geschaltet ist. Der Komparator besitzt einen ersten und einen zweiten Eingang 13 hz. 15. Fig. 1 shows the Uber'.qachungseinrichtung 1 with four resistors = the 2, 3, 4, 5 of a Zener diode 6, a first comparator 7, an RC element 8 and a comparator 9. In a phase line lo of the synchronous machine 11, e.g. Synchronous motor, a resistor 2 is looped in, which is connected to the synchronous motor 11 is connected in series. The comparator has a first and a second input 13 hz. 15th

Der Eingang des Widerstandes 2 ist mit den Eingang einer Zener= diode 6 und einem ersten Widerstand 3 verbunden. Der Ausgang der Zenerdiode 6 ist über einen zweiten Widerstand 4 mit dem Nulleiter 12 und über einen dritten Widerstand 5 mit dem zweiten Eingang 15 des Verstärkers verbunden, an den auch der erste Tfi= derstand 3 angeschlossen ist. Dic Zenerdiode 6 und die Wider stande 3, 4 und 5 bilden zusammen eine Begrenzungsschaltung 14, tIber welche die am Eingang des Widerstandes 2 abgegriffene Netz= spannung dem zweiten Eingang 15 des Komparators 7 zugeführt wird, Der Ausgang des Widerstandes 2 ist mit dem ersten Eingang 15 des Komparators 7 verbunden. An den Komparator 7 schließt sich eine Auswerteschaltung an. The input of the resistor 2 is connected to the input of a Zener = diode 6 and a first resistor 3 connected. The output of the zener diode 6 is over a second resistor 4 to the neutral conductor 12 and via a third resistor 5 is connected to the second input 15 of the amplifier, to which the first Tfi = derstand 3 is connected. Dic Zener diode 6 and the opposing positions 3, 4 and 5 form together a limiting circuit 14, via which the input of the resistor 2 tapped mains voltage is supplied to the second input 15 of the comparator 7 The output of the resistor 2 is connected to the first input 15 of the comparator 7 connected. The comparator 7 is followed by an evaluation circuit.

Die dem ersten Eingang 13 des Komparators 7 zugeführte Spannung ist das Produkt aus dem Wert des Widerstandes 1 und dem Strom, der durch den Synchronmotor 11 fließt. Dieser Strom erfahrt cre= genüber der Netzspannung eine Phasenverschiebung. Das hat zur Folge, daß auch die dem Eingang 15 des Kornparators 7 zugeführte Spannung eine Phasenverschiebung gegenüber der -Netzspannung auf= weist. Diese Phasenverschiebung wird zur Uber;achung des Syn= chronmotors genutzt. The voltage fed to the first input 13 of the comparator 7 is the product of the value of resistor 1 and the current flowing through the synchronous motor 11 flows. This current experiences a phase shift compared to the mains voltage. This has the consequence that the voltage fed to the input 15 of the comparator 7 is also applied a phase shift with respect to the mains voltage = has. This phase shift is used to monitor the synchronous motor.

Um dem zweiten Eingang 15 des Komoparators 7 eine geeignete Ver gleichsspannuncr für die am Ausgang des Widerstandes 2 abgegriffe= ne Spannung zuführen zu können, wird die Netzspannung zuvor durch die Begrenzungsschaltung 14 in geeigneter Weise verändert. Sie wird derart begrenzt, daß ihre negative Halbwellen vollständig wegfallen, während ihre positiven Halbwellen in trapezförmige Impulse mit relativ steilem Anstieg und Abfall umgeformt werden. To the second input 15 of the Komoparators 7 a suitable Ver Gleichsspannuncr for the tapped at the output of the resistor 2 = ne voltage to be able to supply, is the mains voltage beforehand by the limiting circuit 14 in a suitable manner changes. It is limited in such a way that its negative half-waves are complete fall away, while their positive half-waves turn into trapezoidal pulses with a relatively steep rise and waste can be transformed.

Die Höhe der positiven Restamplitude ist größer als die posi= tive Amplitude der am Ausgang des Widerstandes 2 abgegriffenen Spannung. The level of the positive residual amplitude is greater than the positive Amplitude of the voltage tapped at the output of resistor 2.

In Fig. 2 ist die durch die Begrenzungsschaltung 14 veränderte, von der Netzspannung abgeleitete Spannung 16 und die am Ausgang des Widerstandes 2 abgegriffene und bei ordnungsgemäßem Lauf des Motors um den Phasenwinkel? 1 gegen die Netzspannung ver= schobene Spannung 17 dargestellt. In Fig. 2 is changed by the limiting circuit 14, from the line voltage derived voltage 16 and the tapped at the output of the resistor 2 and when the motor is running properly around the phase angle? 1 against the mains voltage shifted voltage 17 shown.

Tritt im Synchronmotor eine Störung auf, so verändert sich die Phasenverschiebung zwischen der Netzspannung und dem durch den Synchronmotor fließenden Strom. Aus diesem Grund verändert sich auch der Phasenwinkel zwischen der Spannung 16 und der am Aus= gang des Widerstandes 2 abgegriffenen Spannung von g 1 auf2. If a fault occurs in the synchronous motor, the phase shift changes between the mains voltage and the current flowing through the synchronous motor. the end for this reason, the phase angle between the voltage 16 and the also changes at the output of resistor 2 the voltage tapped from g 1 to 2.

Fig. 2 zeiyt den Phasenverlauf der bei Störungen am Ausgang des Widerstandes 2 auftretenden Spannung 18 mit der Phasenverschie= bung T 2 2 gegenüber der Spannung 16. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, verändert sich die Phasenverschiebung zwischen den beiden Spannungen bei einer Störung zu kleineren Phasenwinkeln hin. Fig. 2 shows the phase curve in the event of disturbances at the output of the resistor 2 occurring voltage 18 with the phase shift = exercise T 2 2 with respect to the voltage 16. As can be seen from Fig. 2, the phase shift changes between the two voltages towards smaller phase angles in the event of a fault.

Der Komparator 7, z.B. ein Operationsverstärker, ermittelt die Spannungsdifferenz, zwischen den an seinen Eingängen liegenden Spannungen. In Abhängigkeit von der Polarität der Spannungs= differenz erzeugt er ein L oder ein O Signal. The comparator 7, e.g. an operational amplifier, determines the voltage difference, between the tensions at its inputs. Depending on the polarity the voltage difference it generates an L or an O signal.

An seinem Ausgang erscheinen Rechteckimpulse 19, 20, deren Größe von der Phasenverschiebung zwischen den beiden Spannung 16 und 17 bzw. 18 abhängt. At its output, square-wave pulses 19, 20 appear, their size on the phase shift between the two voltages 16 and 17 or 18 depends.

Am Ausgang des Komparators 7 erhält man die in Fig. 3 dargestell= ten Rechteckimpulse 19 kleiner Impulsbreite, wenn die in Fig.2 dargestellte, durch die Begrenzungsschaltung 14 erzeugte Spannung 16 am Eingang 15 und die am Ausgang des Widerstandes 2 abgegrif fene Spannung 17 ar Eingang 13 des Verstärkers 17 liegt. Ar, Aus= gang des Komparators 7 erhält man die Rechteckimpulse 20 großer Impulsbreite, wenn die Spannung 16 am Eingang 15 und die eben falls in Fig. 2 dargestellte Spannung 18 am Eingang 13 des Ver= stärkers 7 liegt. At the output of the comparator 7, the representation shown in FIG. 3 is obtained th square pulses 19 smaller pulse width, if the one shown in Fig.2 through the limiting circuit 14 generated voltage 16 at the input 15 and that at the output of the resistor 2 tapped fene voltage 17 ar input 13 of the amplifier 17 lies. Ar, Aus = output of the comparator 7 one receives the square-wave pulses 20 larger Pulse width when the voltage 16 at the input 15 and also if shown in FIG Voltage 18 at the input 13 of the amplifier 7 is Ver.

Die Rechteckimpulse 19, 20 werden an ein RC-Glied 8 weiterge= leitet, wo sie integriert werden. The square-wave pulses 19, 20 are passed on to an RC element 8, where they are integrated.

Am Ausgang des RC-Gliedes 8 erhält man eine Sägezahnspannung. Ihre Spannungshöhe ist proportional zur Länge der im RC-Clied inte= grierten Rechteckimpulse. Diese Sägezahnspannung wird dem Ein= gang 21 eines zweiten Komparators 9 zugeführt, an dessen Ein= gang 22 eine Vergleichsspannung bzw. Schwellspannung 23 angelegt ist. Der zweite komparator 9 vergleicht die beiden Spannungen miteinander. Überschreitet die Spannungshöhe der Sägezahnspan= die die Spannungshöhe der Vergleichsspannung 23 nicht, was bei großer Phasenverschiebung zwischen der veränderten Netzspannung 16 und der am Ausgang des Widerstandes 2 abgegriffenen Spannung 17 der Fall ist, so sendet der Komparator 9 kein Signal aus. Wird die Schwellspannung 23 jedoch überschritten, so gibt der Kompa= rator 9 ein Signal an ein Anzeigegerät (hier nicht dargestellt) z.B. eine Lampe, deren Aufkleuchten eine Storung im Lauft des Synchronmotors anzeigt. A sawtooth voltage is obtained at the output of the RC element 8. Her The voltage level is proportional to the length of the square-wave pulses integrated in the RC-Clied. This sawtooth voltage is fed to the input 21 of a second comparator 9, A comparison voltage or threshold voltage 23 is applied to its input 22 is. The second comparator 9 compares the two voltages with one another. Exceeds the stress level of the sawtooth chip = the stress level of the equivalent stress 23 not, what if there is a large phase shift between the changed mains voltage 16 and the voltage 17 tapped at the output of resistor 2 is the case, so the comparator 9 sends no signal. However, if the threshold voltage 23 is exceeded, so the comparator 9 sends a signal to a display device (not shown here) E.g. a lamp whose lighting up indicates a malfunction in the running of the synchronous motor.

Die Zuordnunung, kleine Phasenverschiebung - große Impulsbreite -Störungsmeldung. kann natürlich durch Schaltuncs ahwandlung cJe= ändert werden. Z.B. kann eine kleine phasenverschiebung in einer abgewandelten Schaltung zu einer kleinen Impulsbreite führen, die Integration ergibt dann eine relativ kleine Sägezahnspannungs= amplitude und ein Unterschreiten der Schwellspannung 23 führt zu einer Störungsmeldung.The assignment, small phase shift - large pulse width - fault message. can of course be changed by switching conversion. E.g. a small phase shift in a modified circuit to a small pulse width lead, the integration then results in a relatively small sawtooth voltage amplitude and falling below the threshold voltage 23 leads to a fault message.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der erste Komparator 7 ein Kippverstärker sein, der durch die Anstiegsflanken der tra= pezförmigen Spannung 16 jeweils in eine O-Lage (Ausgang) und durch |Nulldurchgänge der Spannung 17 bzw. 18 in positiver Richtung in |eine L-Lage gekippt wird. Es entstehen wiederum Rechteckimpulse 119 bzw. 20, die wie beschrieben ausgewertet werden.In a further embodiment of the invention, the first comparator 7 be a trigger amplifier, which by the rising edges of the trapezoidal voltage 16 each in an O-position (output) and through | zero crossings of the voltage 17 resp. 18 is tilted in the positive direction in | an L-position. Again, square-wave pulses arise 119 and 20, which are evaluated as described.

Claims

ld operating status monitoring device for synchronous machines with asynchronous start-up, characterized in that the phase line (13) the synchronous machine (11) a resistor (2) is switched on, the output of which is both with the synchronization machine (11) and with a first input (15) of a first Comparator (7) is connected, while the input of the resistor (2) with a A = output of a limiting circuit (14) is connected, the other input of which is connected to the neutral conductor (12) and its output with a second input (23) of the comparator (7) is connected that the output of the comparator (7) a Evaluation circuit follows.

2. Operating condition monitoring device according to claim 1, characterized characterized in that the input of the resistor (2) with a Zener diode (6) and a first resistor (3) is connected, the Zener diode (6) on the one hand via a two = ton resistor (4) is connected to the neutral conductor - (12), and the other via a third resistor (5) to the second input (13) of the comparator (7) to which the first resistor (3) is also connected.

3, operating condition monitoring device according to claim 1 or 2, characterized in that the output of the comparator (7) with the input of a integrating RC element (8) is connected, at the output of which a further comparator (9) is connected.