DE2537950A1 - OVERHEATING DEVICE FOR THE ROTOR OF AN ELECTRIC MACHINE - Google Patents
OVERHEATING DEVICE FOR THE ROTOR OF AN ELECTRIC MACHINEInfo
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Description
Fo 9562 DFo 9562 D
Dipl.-InQ. Jürgen WEINMH-LER 2 6. Aug.Dipl.-InQ. Jürgen WEINMH-LER 2 6th Aug.
SOSPi GmbHSOSPi GmbH
8OOO München SO Zeppelinstr. 638OOO Munich SO Zeppelinstr. 63
UNELEC 38, avenue Kleber 75784 PARIS CEDEX FrankreichUNELEC 38, avenue Kleber 75784 PARIS CEDEX France
UBERHITZÜNGSSCPIUTZVORRICHTUNG FUR DEN ROTOR EINER ELEKTRISCHEN MASCHINEOVERHEATING SCREEN DEVICE FOR THE ROTOR OF AN ELECTRIC MACHINE
Die Erfindung betrifft den Überhitzungsschutz des Rotors einer elektrischen Maschine.The invention relates to the overheating protection of the rotor of an electrical machine.
Während die Statorwindungen von elektrischen Maschinen auf einfache Weise gegen überhöhte Temperatur geschützt werden können, erfordert der Schutz der Rotoren zur Zeit ziemlich komplizierte und teure Vorrichtungen, die beispielsweise elektrische Verbindungen mit Hilfe von Flüssigkeits- oder Ringkollektoren bzw. Induktions- oder magnetische Übertragungen oder auch Hochfrequenz-Fernmeßvorrichtungen umfassen.While the stator windings of electrical machines are protected against excessive temperatures in a simple manner protection of the rotors is currently quite complicated and expensive devices, such as making electrical connections using liquid or ring collectors or induction or magnetic transmissions or high-frequency telemetry devices include.
609811/0891 ./.609811/0891 ./.
253795Q253795Q
Es ist Ziel der Erfindung, diese komplizierten Vorrichtungen zu vermeiden.The aim of the invention is to avoid these complicated devices.
Dieses Ziel wird bei einer Überhitzungsschutzvorrichtung für den Rotor einer elektrischen Maschine, die eine elektrische Brücke verwendet, die bei einer Zustandsänderung zwischen dem Ungleichgewichtszustand und dem Gleichgewichtszustand ein Schutzrelais auslöst und die einen Zweig enthält, in dem ein temperaturempfindlicher Detektor und ein tempeiaturunempfindliches Regelglied untergebracht sind, dadurch erreicht, daß dieser temperaturempfindliche Detektor ortsfest in der Nähe einer der heißen Stellen des Rotors montiert ist, während zusätzlich ein temperaturempfindliches Ausgleichsglied, das ebenfalls ortsfest im Innern der Maschine, jedoch vor deren heißen Stellen geschützt, untergebracht ist, in den Zweig der elektrischen Brücke eingeschaltet ist, derart, daß es auf das Gleichgewicht der Brücke gegensinnig sum Detektorglied einwirkt.This goal is achieved with an overheat protection device for the rotor of an electrical machine that uses an electrical bridge that, when the state changes between the Unbalance state and the state of equilibrium a protective relay triggers and which contains a branch in which a temperature-sensitive Detector and a temperature-insensitive control element are housed, achieved in that this temperature-sensitive detector stationary in the vicinity of one of the hot Place the rotor is mounted, while in addition a temperature-sensitive compensating element, which is also stationary in the Inside the machine, but protected from its hot spots, housed, switched into the branch of the electrical bridge is such that it acts on the balance of the bridge in opposite directions sum detector element.
Die verwendeten temperaturempfindlichen Bauteile können insbesondere Widerstände mit positiven oder negativen Temperaturkoeffizienten oder Thermoelemente sein. The temperature-sensitive components used can in particular be resistors with positive or negative temperature coefficients or thermocouples.
Das Detektorglied kann vorteilhafterweise auf dem Stator befestigt und zwischen Stator und Rotor radial gegenüber einer der heißen Stellen des Rotors angeordnet werden, während das Ausgleichsglied ebenfalls fest mit dem Stator verbunden in praktisch gleichem Abstand von der Rotorachse, jedoch in einer axial verschobenen Lage angeordnet ist, so daß es sich radial außerhalb des Rotorraums befindet.The detector element can advantageously be attached to the stator and radially opposite one between the stator and the rotor the hot spots of the rotor can be arranged, while the compensating member is also firmly connected to the stator in practical the same distance from the rotor axis, but in an axially displaced one Position is arranged so that it is located radially outside of the rotor space.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich vorzugsweise zu einem vollkommenen Schutz einer elektrischen Maschine ausbauen,The device according to the invention can preferably be expanded to provide complete protection for an electrical machine,
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indem in der elektrischen Brücke weitere Zweige mit temperaturempfindlichen Gliedern vorgesehen werden, die der Temperatur bestimmter Stellen des Stators ausgesetzt sind, so daß mit einer einzigen elektrischen Brücke und einem einzigen Schutzrelais ein Überhitzungsschutz sowohl für den Rotor als auch für den Stator der Maschine erreicht wird.by adding more branches with temperature-sensitive in the electrical bridge Links are provided that are exposed to the temperature of certain points of the stator, so that with a single electrical bridge and a single protection relay provide overheating protection for both the rotor and the Stator of the machine is reached.
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden vier Figuren wird nachfolgend ein Ausführungsbexspxel der Erfindung näher erläutert.With reference to the accompanying four figures, an exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below explained.
Fig. 1 zeigt ein allgemeines Schaltbild für den erfindungsgemäßen Wärmeschutz.Fig. 1 shows a general circuit diagram for the inventive Heat protection.
Die Fig. 2 und 3 stellen Teilschnitte quer und längs zur Achsenrichtung durch ein Ende der elektrischen Maschine dar und zeigen die Lage der temperaturempfindlichen Glieder.2 and 3 show partial sections transversely and longitudinally to the axial direction through one end of the electrical machine and show the location of the temperature sensitive members.
Fig. 4 stellt ein Schaltbild für den vollkommenen Schutz einer elektrischen Maschine dar.Fig. 4 shows a circuit diagram for the complete protection of an electrical machine.
Gemäß Fig. 1 erfolgt die Speisung einer hier nicht dargestellten Überhitzungsanzeige über Drähte 1 in Abhängigkeit von einem Relais 2, das durch ein Netz 3 gespeist wird, wenn ein Kontakt 4 eines REED-^elais 5 geschlossen ist. Dieses Relais 5 wird durch einen mit einem Netz 7 verbundenen Transformator 6 über einen Thyristor 8 gespeist, dessen Steuerung durch einen mit 9 bezeichneten RC-lvreis vom Gleichgewichts- bzw. Ungleichgewichtszustand einer elektrischen Brücke abhängt, die einen Zweig 10 aufweist, in dessen einer Hälfte ein Detektorwiderstand 11 mit positivem Temperaturkoeffizienten eingeschaltet ist, der der Wärmestrahlung eines heißen Bereichs des Rotors der elektrischen Maschine ausgesetzt ist, und in dessen anderer Hälfte ein Regelwiderstand 12 mit temperaturunabhängigem Wert sowie ein Ausgleichs-According to FIG. 1, an overheating indicator, not shown here, is fed via wires 1 as a function of a relay 2 which is fed by a network 3 when a contact 4 of a REED relay 5 is closed. This relay 5 is fed by a transformer 6 connected to a network 7 via a thyristor 8, the control of which depends on the equilibrium or imbalance state of an electrical bridge, which has a branch 10, in one of which is controlled by an RC-lvreis labeled 9 Half a detector resistor 11 with a positive temperature coefficient is switched on, which is exposed to the thermal radiation of a hot area of the rotor of the electrical machine, and in the other half a variable resistor 12 with a temperature-independent value and a compensation
■widerstand 13 mit positivem Temperaturkoeffizienten liegen, der der Lufttemperatur in der Maschine ausgesetzt ist.■ resistance 13 have a positive temperature coefficient, exposed to the air temperature in the machine.
Das Relais 5 besitzt einen zweiten Kontakt 14, mit dem ein Wiedereinschaltwiderstand 15 kurzgeschlossen werden kann, dessen Funktion weiter unten erläutert wird.The relay 5 has a second contact 14 with which a restart resistor 15 is short-circuited can, the function of which is explained below.
Ein ODER-Schaltkreis 16 verbindet den Mittelpunkt 17 des Zweiges 10 mit einem gemeinsamen Anschlußpunkt des Schaltkreises 9 und einer Steuerelektrode 19 des Thyristors 8.An OR circuit 16 connects the center point 17 of the branch 10 to a common connection point of the Circuit 9 and a control electrode 19 of the thyristor 8.
Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist folgendermaßen :This device works as follows:
Im Normalzustand ist der Wert des Widerstands 11 kleiner als der, der das Gleichgewicht der elektrischen Brücke hervorruft. Die Brücke befindet sich somit im Ungleichgewicht, und keinerlei Strom fließt durch den ODER-Schaltkreis 16. Der Thyristor 8 ist leitend, das REED-Relais ist erregt und seine Kontakte 4 und 14 sind geschlossen : der Wiedereinschaltwiderstand 15 ist kurzgeschlossen, und die Überhitzungsanzeigevorrichtung wird über das Relais,2 mit Strom versorgt.In the normal state, the value of the resistor 11 is smaller than that which the equilibrium of the electrical bridge evokes. The bridge is thus out of balance and no current is flowing through the OR circuit 16. The Thyristor 8 is conducting, the REED relay is energized and its contacts 4 and 14 are closed: the restart resistor 15 is short-circuited and the overheating indicator is supplied with power via relay, 2.
Überschreitet die Temperatur in Höhe des Widerstands 11 einen bestimmten Wert, so wird die elektrische Brücke ins Gleichgewicht gebracht und durch den ODER-Schaltkreis 16 fließt ein Strom, der Thyristor 8 wird gelöscht und das REED-Relais 5 wird erregt und öffnet dabei die Kontakte 4 und 14, wodurch die Überhitzungsanzeige stromlos und damit ein Alarm ausgelöst wirdf der Wiedereinschaltwiderstand 15 ist eingeschaltet. Dieser ist auf diese Weise in die Brücke in Reihe mit dem Widerstand 11 geschaltet, wodurch ein Ungleichgewicht der elektrischen Brücke in entgegengesetzter Richtung geschaffen wird. Der ODER-KreisIf the temperature at the level of the resistor 11 exceeds a certain value, the electrical bridge ins Equilibrated and a current flows through the OR circuit 16, the thyristor 8 is extinguished and the REED relay 5 is energized and opens contacts 4 and 14, whereby the overheating indicator is de-energized and an alarm is triggered the restart resistor 15 is switched on. This is in this way in the bridge in series with the resistor 11 switched, creating an imbalance of the electrical bridge in the opposite direction. The OR circle
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verhindert in diesem Zustand der Brücke das Zünden des Thyristors 8. Dieser kann erst dann wieder gezündet werden, wenn die Summe der Werte der Widerstände 11 und 15 kleiner als die Summe der Werte der Widerstände 12 und 13 ist.prevents the triggering of the thyristor 8 in this state of the bridge. This can only be triggered again when the sum of the values of the resistors 11 and 15 is smaller than the sum of the values of the resistors 12 and 13.
Kommt es zu einer Temperaturänderung der Umgebungsluft in der Maschine, so ändern sich die Werte des Ausgleichswiderstands 13 und des Detektorwxderstands 11 in entsprechender Weise, so daß das Ungleichgewicht der elektrischen Brücke konstant bleibt. Die Veränderungen der Umgebungstemperatur können daher nicht den Schutz ungewollt auslösen. Lediglich ein übergroßes Ansteigen der zu überwachenden Temperatur, deren Schwelle durch den Wert des Regelwiderstands 12 bestimmt ist und der rechnerisch oder im Experiment festgestellt wird, führt zu einer Stromunterbrechung für die Anzeige.If there is a temperature change in the ambient air in the machine, the values of the balancing resistor 13 and the detector resistor 11 change accordingly, so that the electrical bridge imbalance remains constant. Changes in the ambient temperature can therefore not unintentionally trigger the protection. Just an excessive increase in temperature to be monitored, the threshold of which is determined by the value of the control resistor 12 and which is calculated or im Experiment found leads to a power failure for the display.
Die Fig. 2 und 3 zeigen, wie die temperaturempfindlichen Detektorglieder in einer elektrischen Maschine angeordnet werden können, so daß diese Glieder die Wärmestrahlung des zu schützenden Rotors empfangen? ferner wird die Anordnung des temperaturempfindlichen Ausgleichsglieds 13 gezeigt, das von der Temperatur der Umgebungsluft im Innern der Maschine abhängig ist, jedoch von der Wärmestrahlung des Rotors geschützt ist.Figs. 2 and 3 show how the temperature sensitive Detector elements can be arranged in an electrical machine, so that these elements absorb the thermal radiation of the to be protected Received rotor? Furthermore, the arrangement of the temperature-sensitive compensating member 13 is shown, which depends on the temperature of the The ambient air inside the machine is dependent on, but is protected from the heat radiation of the rotor.
Im Stator 20 dieser Maschine, die hier ein asynchroner Käfigläufermotor sein soll, wurde auf die Statorwicklung 21 unter Zwischenschaltung von isolierenden Keilen 22 ein ebenfalls aus einem Isoliermaterial bestehender steifer Ring 23 geschoben, der drei in 120 Abstand voneinander angeordnete Detektorglieder 11 aufweist; die Winkel können beliebig sein oder auch von den Phasen und Polen des Motors abhängen. Diese Detektorglieder 11 liegenIn the stator 20 of this machine, which is supposed to be an asynchronous squirrel cage motor here, the stator winding 21 was placed under Interposition of insulating wedges 22, a stiff ring 23, also made of an insulating material, is pushed has three detector members 11 spaced 120 apart from one another; the angles can be arbitrary or of the phases and poles of the motor. These detector elements 11 are located
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radial einem heißen Bereich gegenüber, der hier der Kurzschlußring 24 des Rotors 25 ist, und befinden sich so nahe wie möglich an diesem Kurzschlußring, ohne daß jedoch Gefahr besteht, daß sie sich am Rotor reiben.radially opposite a hot area, which is the short-circuit ring here 24 of the rotor 25 is, and are as close as possible to this short-circuit ring, but without the risk of that they rub against the rotor.
Der Ring 23 weist eine Zunge 26 auf, auf der das Ausgleichsglied 13 sitzt. Dieses befindet sich so in praktisch dem gleichen Abstand von der Rotorachse wie die Detektorglieder, jedoch in einer axial verschobenen Lage außerhalb des Rotorraums.The ring 23 has a tongue 26 on which the compensating member 13 is seated. This is so in practically that the same distance from the rotor axis as the detector elements, but in an axially displaced position outside the rotor space.
Zur Erhöhung der Wärmeempfindlichkeit der Detektorglieder wird der Ring 23 in weißer Farbe ausgeführt, während die Glieder 11 und 13 schwarz sind. Ferner kann zwischen dem Ring 23 und den Gliedern 11 sowie zwischen der Zunge 26 und dem Glied 13 ein Material mit reflektierender Oberfläche angeordnet werden, beispielsweise eine vollkommen polierte Aluminiumfolie.To increase the heat sensitivity of the detector elements, the ring 23 is made in white color, while the Links 11 and 13 are black. Furthermore, between the ring 23 and the links 11 and between the tongue 26 and the link 13 a material with a reflective surface can be arranged, for example a completely polished aluminum foil.
Es wurden Versuche mit einem Dreiphasen-Elektromotor durchgeführt, bei dem Detektorelemente 11 und ein Ausgleichselement 13 so angeordnet werden, wie es in den Fig. 2 und 3 gezeigt wird, und gemäß einer Schaltung, die der in Fig. 1 gezeigten entspricht, jedoch ebenso viele Zweige IO aufweist, wie Detektorwiderstände vorhanden sind. Dabei konnte man feststellen, daß der Temperaturabstand zwischen der Umgebungstemperatur im Innern des Motors und der Temperatur des heißesten Teils des Rotors ziemlich konstant bleibt, sowohl bei der Auslösung des Schutzes als auch bei der Wiedereinschaltung der Motorstromversorgung, unabhängig von der inneren Umgebungstemperaturs bei einer inneren Umgebungstemperatur von beispielsweise 25 C kommt es bei einer Rotortemperatur von 5O C zu einem Ausschalten und bei 35 C zu einem Wiedereinschalten, während bei einer inneren Umgebungstemperatur von 50 C das Ausschalten und Wiedereinschalten bei 75 bzw. 60 C erfolgen.Experiments were carried out with a three-phase electric motor with detector elements 11 and a compensation element 13 can be arranged as shown in Figs. 2 and 3 and according to a circuit corresponding to that shown in Fig. 1, but has as many branches IO as there are detector resistors. You could see that the Temperature difference between the ambient temperature inside the motor and the temperature of the hottest part of the rotor is quite remains constant, both when the protection is triggered and when the motor power supply is switched on again, regardless from the internal ambient temperature at an internal ambient temperature of 25 C, for example, the rotor is switched off at a rotor temperature of 5O C and switched on again at 35 C, while at an internal ambient temperature of 50 C, switching off and on again takes place at 75 and 60 C respectively.
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Die Schaltung gemäß Pig.· 4 entspricht der aus Fig. 1, mit der Ausnahme, daß die elektrische Brücke außer dem Zweig 10, der für den Wärmeschutz des Rotors einer elektrischen umlaufenden Maschine bestimmt ist, zusätzlich Zweige 27 und 28 aufweist, die für den Schutz des Stators der Maschine bestimmt sind. In diesen Zweigen 27 und 28 liegen Detektorwiderstände 29, die auf die Temperatur von bestimmten Abschnitten des Stators ansprechen, sowie Regelwiderstände 30 und 31. Jedoch ist es nicht nötig, Ausgleichswiderstände hinzuzufügen, da die Temperaturen am Stator direkt gemessen werden können.The circuit according to Pig. 4 corresponds to that of FIG. 1, with the exception that the electrical bridge, in addition to branch 10, which is intended for the thermal protection of the rotor of an electric rotating machine, additionally has branches 27 and 28, which are intended for the protection of the stator of the machine. In these branches 27 and 28 are detector resistors 29, which on the Address the temperature of certain sections of the stator, as well as control resistors 30 and 31. However, it is not necessary Add balancing resistors, as the temperatures can be measured directly at the stator.
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Legal Events
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