DE2431540C2

DE2431540C2 - Schaltungsanordnung zum Schutz einer elektrischen Maschine gegen zu hohe Erwärmung mit einer Simulationseinrichtung

Info

Publication number: DE2431540C2
Application number: DE19742431540
Authority: DE
Inventors: Herbert Ing.(Grad.) Krall; Robert Ing.(grad.) 6930 Eberbach Richter
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1974-07-01
Filing date: 1974-07-01
Publication date: 1984-09-13
Also published as: GB1508505A; AT338364B; CH591775A5; ATA498375A; NL7507740A; FR2277513A7; IT1040771B; SE7507412L; DE2431540A1; SE404280B; BE830861A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Schutz einer elektrischen Maschine gegen zu hohe Erwärmung mit einer Simulationseinrichtung mit einem Strommeßgerät, in welchem eine dem gemessenen Strom proportionale elektrische Größe gebildet und einem Quadrier- und Integriergerät zugeführt wird, sowie mit einer Einrichtung zur Berücksichtigung von Korrekturwerten.

Durch die DE-OS 22 45 605 ist eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Erwärmung von stromdurchflossenen Schützlingen bekanntgeworden, mit der ohne großen Aufwand die thermische Zeitkonstante elektrisch nachgebildet werden soll. Gemäß dieser bekannten Anordnung werden einem Vor-Rückwärts-Zähler Impulse zugeführt, deren Frequenz dem quadratischen Wert des Motorstromes entspricht. Der quadratische Wert wird in einem Spannungsfrequenzumformer erzeugt, während der Vor-Rückwärts-Zähler als Integriergerät dient. Die erzeugten Impulse werden dem Vorwärtszähleingang zugeleitet. Es ist weiterhin ein Generator vorgesehen, dessen Impulsfrequenz dem Wert der Motorströme entspricht, von dem ab die Überwachung des Motors gewünscht wird. Diese Impulse werden dem Rückwärtszähleingang zugeleitet. Ihre Frequenz bleibt konstant Sobald an dem Ausgang des Zählers, der zur Anpassung an die thermische Zeilkonstante ein- oder mehrstufig sein kann und somit der Wärmekapazität angepaßt werden kann, ein Impuls gelangt wird der Motorstrom abgeschaltet und hierdurch eine unzulässige Erwärmung vermieden.

Diese bekannte Überwachungseinrichtung eignet sich jedoch nicht für elektrische Maschinen mit Läufern sehr kleiner Masse, die für einen schnellen Hochlauf konstruiert sind. Bei der geringen Wärmekapazität des Läufers ist mit diesen bekannten Schutzeinrichtungen ein wirksamer Schutz gegen thermische Überlastung nicht erreichbar. Sie führt auch zu einer Abschaltung der Maschine.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Schutz gegen eine zu hohe Erwärmung der Läufer elektrischer Maschinen mit geringem Schwungmoment zu schaffen, welche dazu erlaubt die Läufertemperatur so zu beeinflussen, daß die maximal zulässige Temperatur überhaupt nicht überschritten wird und somit eine Abschaltung der elektrischen Maschine infolge Überlastung nicht erfolgt.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Durch die Begrenzung des Motorstromes wird cue Läufertemperatur so beeinflußt, daß die maximal zulässige Temperatur überhaupt nicht überschritten wird und somit eine Abschaltung der elektrischen Maschine infolge Überlastung nicht erfolgt, da überhaupt keine thermische Überlastung der Maschine infolge der Beeinflussung des Belastungsstromes erfolgt

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist im Integriergerät ein Bauelement (z.B. Widerstand R5) vorgesehen, in welchem eine der Zeit proportionale Größe, die der Wärmeabfuhr vom Läufer proportional ist, gebildet wird, und diese wird von dem Integralwert J/'² ■ Λ subtrahiert wird, womit ein der Temperatur des Motors proportionaler Wert ifml am Ausgang des Integriergerätes ansteht. Das Integriergiied allein würde, da es lediglich eine der dem Motor zugeführten Wärmemenge proportionale Größe ermittelt, jedoch nicht die Abstrahlung und die Wärmeflüsse durch die Rotation des Läufers berücksichtigt einen zu hohen Temperaturwert angeben. Aus diesem Grund ist das zusätzliche Bauelement, welches die Wärmeabfuhr aus dem Läufer simuliert, vorgesehen.

Durch die DE-AS 12 55 184 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit einer durch einen Elektromotor angetriebenen Vorschubeinrichtung in Abhängigkeit von der Belastung des Antriebsmotors der zugehörigen Arbeitsmaschine gekanntgeworden. Bei dieser bekannten Anordnung wird also in Abhängigkeit von der Belastung der nachgeschalteten Arbeitsmaschine, z. B. eines Steinbrechers, die Geschwindigkeit eines Förderbandes und damit die zugeführte Menge derart beeinflußt, daß eine Überlastung des Steinbrechers vermieden wird. Eine Schutzschaltung, die in Abhängigkeit von einem Simulationsmodell für die Erwärmung des Antriebsmotor:, und in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur arbeitel, enthält diese bekannte Anordnung nicht.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zu dem Produkt des Quadrates der dem Strom-

wert proportionalen Meßgröße und der Zeit eine der Temperatur des Gehäuses des Motors proportionale Meßgröße, welche in einem an dem Motorgehäuse angebrachten, mit dem Integriergerät elektrisch verbundenen Meßfühler ermittelt wird, hinzuaddiert wird. Durch diesen zusätzlichen Meßfühler wird die Temperatur der den Läufer des Motors abkü'uienden Kühlluft berücksichtigt, da in diesem speziellen Falle die Gehäusetemperatur und die Umgebungstemperatur, und damit die Kühllufttemperatur, in etwa übereinstimmen. Die Einführung dieser zusätzlichen Meßgröße erlaubt es, den Motor bei niedrigerer Umgebungstemperatur höher zu belasten, als bei höherer Umgebungstemperatur, ohne daß die Läufertemperatur einen unzulässig großen Wert annehmen würde.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Anordnung nach der Erfindung und

Fig.2 die Schaltung des Integriergliedes und des Wärmeabfuhrsimulationsbauelementes.

In den in der Zeichnung dargestellten Schaltungen ist jeweils mit 1 der Motor, mit 2 das Strommeßgerät, mit 3 das Multipliziergerät, mit 4 das Integriergerät, mit 5 das Bauelement für die Simulation der Wärmeabfuhr aus dem Läufer, mit 6 ein am Motorgehäuse angebrachter Temperaturmeßfühler, mit 7 ein Sollwertgeber für den maximalen Temperaturwert des Läufers und mit 8 ein Temperaturvergleichsglied bezeichnet Weiter bedeutet 9 einen Stromregler, 10 ein von dem Stromregler gesteuertes Stellglied, 11 einen Drehzahlregler, 12 einen Tachometergenerator und schließlich 13 einen Drehzahlsollwertgeber.

Wie aus der Schaltung hervorgeht, ist das Strommeßgerät als Stromwandler ausgebildet und mit dem Multipliziergerät 3 elektrisch verbunden. Das Multipliziergerät ist ein Hallgenerator, dem eine Erregerspule gegenübersteht, die vom gleichen Strom durchflossen ist, der auch das Hallelement erregt. Am Ausgang des Hallgenerators entsteht dann eine dem Quadrat des Stromes proportionale elektrische Größe, die über eine Verbindungsleitung 34 dem Integriergerät 4 zugeführt wird. Dieses besteht, wie aus Fig.2 zu entnehmen ist, im wesentlichen aus einem Aufladekondensator C und einem vorgeschalteten Widerstand R 4. Als Bauelement 5 für die Simulation der Wärmeabfuhr dient ein dem Kondensator C parallel geschalteter Widerstand R 5, der entsprechend der Wärmeabfuhr des Läufers dimensioniert ist Weiterhin ist das Integriergerät mit dem am Motorgehäuse 1 angeordneten Meßfühler 6 über eine Leitung 64 verbunden, der ebenfalls eine elektrische Größe, die der Gehäusetemperatur proportional ist, in das Integriergerät eingibt, wodurch die Kühllufttemperatur berücksichtigt wird. Am Ausgang des integriergerätes steht dann eine elektrische Größe an, die der Läufertemperatur proportional ist Dieser Wert wird über eine Verbindungsleitung 58 dem Temperaturvergleichsglicd 8 zugeführt. Am zweiten Eingang dieses Gerätes bo wird ebenfalls als elektrische Größe ein der zulässigen Läufertemperatur entsprechender, in einem Temperatursollwertgeber 7 erzeugter Wert zugeführt und in dem Temperaturvergleichsgerät 8 mit dem simulierten Temperatur-Istwert verglichen. Bei Erreichen der maxi- b5 mal zulässigen Temperatur steht damit am Temperaturvergleichsgerät 8 kein Ausgangssignal an. In diesem Falle wird in dem mit dem Temperaturvergleichsgerät elektrisch verbundenen Stromregler 9, welcher mit einem Stellglied 10 elektrisch verbunden ist, das auf diesen wirkende Ausgangssignal so geändert, daß das Stellglied eine Spannung liefert, weiche durch den Motor nur noch einen Strom der Größe treibt, der der normalerweise abgeleiteten Wärmemenge entspricht Dies dürfte im allgemeinen der Nennstrom sein. Bei voller Ausschöpfung der Überlastbarkeit des Motors ist dann anschließend noch ein Betrieb mit dem Nennstrom möglich. Es muß also nicht wie bei konventionellen Motorschutzeinrichtungen bei Erreichen der Läufergrenztemperatur abgeschaltet werden. Nach einer betriebsbedingten Abschaltung des Motors kann dieser sich wieder abkühlen und es steht bei dem nächsten Arbeitsspiel wieder die volle Dynamik des Motors zur Verfügung.

In dem Blockschaltbild ist weiterhin ein Drehzahlregier 11, der mit einem Sollwertgeber 13 elektrisch verbunden ist, und ein mit dem Motor gekuppelter Tachometerdynamo 12, der mit dem zweiten Eingang des Drehzahlreglers verbunden ist, eingezeichnet. Bei einer Differenz von Drehzahlsollwert und Drehzahlistwert wirkt der Drehzahlregler in üblicher Weise über den Stromregler 9 auf das Stellglied 10 und erhöht bzw. vermindert die Drehzahl des Motors.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Schutz einer elektrischen Maschine gegen zu hohe Erwärmung mit einer Simulationseinrichtung mit einem Strommeßgerät, in welchem eine dem gemessenen Stromwert proportionale elektrische Größe gebildet und einem Quadrier- und Integriergerät zugeführt wird, sowie mit einer Einrichtung zur Berücksichtigung von Korrekturwerten, gekennzeichnet durch die Anwendung für den Betrieb einer elektrischen Maschine mit kleiner Läufermasse im Kurzzeitbetrieb, welche aus einer Stromquelle über eine Regelvorrichtung mit einem Stromregler als Strombegrenzungseinrichtung gespeist wird, daß der Ausgang des Integriergerätes (4) mit einem Temperaturvergleichsgerät (8) elektrisch verbunden ist, dessen zweitem Eingang eine elektrische Größe zugeführt wird, die der bei Motornennstrom und Nenndrehzahl im Läufer maximal zulässigen Temperatur i?eff proportional ist und daß der Ausgang des Temperaturvergleichsgliedes (8) mit dem Stromregler der Regelvorrichtung elektrisch derart verbunden ist, daß bei Übereinstimmung der Werte Λπ/ der Motortemperatur und #eff der Stromwert für den Motor auf den Motornennstrom begrenzt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß im Integriergerät (4) ein Bauelement (5, Widerstand R 5) vorgesehen ist, in welchem eine der Zeit proportionale Größe, die der Wärmeabfuhr vom Läufer proportional ist, gebildet wird, und dieser Wert von dem Integral wert J i² ■ dt subtrahiert wird, womit ein der Temperatur des Motors proportionaler Wert «?/n/am Ausgang des Integriergerätes (4) ansteht

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Produkt des Quadrates der dem Stromwert proportionalen Meßgröße und der Zeit eine der Temperatur des Gehäuses des Motors proportionale Meßgröße, welche in einem an dem Motorgehäuse angebrachten, mit dem Integriergerät (4) elektrisch verbundenen Meßfühler (6) ermittelt wird, hinzuaddiert wird.

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