DE2554849C2

DE2554849C2 - Einrichtung zur Überwachung der Erwärmung eines Rotors einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE2554849C2
Application number: DE2554849A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Wettingen Aargau Fiorentzis
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1975-11-14
Filing date: 1975-12-05
Publication date: 1983-10-20
Also published as: SE419919B; DE2554849A1; FR2331903B1; FR2331903A1; SE7612524L; CH591776A5

Description

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Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Einrichtung zur Überwachung der Erwärmung eines Rotors einer elektrischen Maschine während eines oder mehreren aufeinanderfolgenden Anfahr- und/oder Bremsvorgängen und während eines zu langen Verharrens der Maschine in festgebremstem Zustand nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik von Einrichtungen zur Überwachung der Erwärmung von stromdurchflossenen Schützlingen Bezug, wie er in der DE-AS 22 45 605 beschrieben ist. Dort werden zu überwachende Ströme, z. B. für Motore und Transformatoren, in eine Spannung umgeformt, die ein Spannungsfrequenzumformer in dem Quadrat der Ströme proportionale Impulse umwandelt. Diese Impulse werden dem Vorwärtszähleingang eines mehrstufigen Vorwärts-Rückwärts-Zählers zugeführt. Der Rückwärts-Zähleingang erhält Impulse vorgegebener, konstanter Frequenz von einem Generator zugeführt, wobei die Frequenz so bemessen ist, daß sie im Bereich zulässiger Ströme größer als die Frequenz des Spannungsfrequenziunformers sind. Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler gibi beim Erreichen seiner Nullstellung ein Stopp-Signai an den Generator ab; seine Ausgangsimpulse werden zum Auslösen eines Schalters im Stromkreis des Schützlings verwendet Bei Verwendung von Zählern mit Setzeingängen besteht die Möglichkeit, diese über Hilfsgeräte, die z.B. die Umgebungstemperatur des Schützlings erfassen, so zu beaufschlagen, daß die Auslösezeit von der Umgebungstemperatur abhängig ist Der Zustand der Ausgänge der Zählerstufen kann an einer Stellungsanzeige abgelesen werden. Mit der beschriebenen Einrichtung ist es möglich, die durch den momentanen Strom erzeugte Wanne zu überwachen. Vorausgegangene Erwärmungen des Schützlings b'eiben unberücksichtigt, soweit diese nicht die Umgebungstemperatur beeinflussen.

Bestimmte Betnebszustände einer elektrischen Maschine, sei sie eine Synchron- oder eine Asynchronmaschine, sind von einem Temperaturanstieg im Rotorköper begleitet Dieser Anstieg ist durch Induzierung von Wirbelströmen im Rotor bedingt und tritt während jedes Anfahr- und jedes Bremsvorganges der Maschine auf.

Bei mehreren aufeinanderfolgenden Anfahr- und/ oder Bremsvorgängen oder bei zu langem Verharren der Maschine in einem festgebremsten Zustand (verhindertes Losbrechen) kann die Maschine thermisch überlastet werden und es können kostspielige Schäden auftreten. Solche Schäden werden mit einer Einrichtung verhindert, die den Temperaturanstieg überwacht und bei Erreichen einer zulässigen Temperatur diese meldet und/oder einen die weitere Erwärmung verhindernden Vorgang auslöst

Bei schon seit langen Jahren verwendeten Überwachungseinrichtungen dieser Art wird der Temperaturanstig im Rotor während Anfahrvorgängen mit einem Thermorelais und während Bremsvorgängen mit einem Frequenzrelais überwacht Die Anfahrvorgänge werden über eine pauschal festgesetzte Anfahrzeit überwacht ohne Rücksicht auf den tatsächlichen Drehzahlverlauf und damit auf die tatsächliche Erwärmung des Rotors. Bei aufeinanderfolgenden Anlaufvorgängen wird der Ausgangszustand des Rotors bei jedem Anlaufvorgang als kalt betrachtet und schon gespeicherte Wärmemengen außer Betracht gelassen, so daß eine gegebenenfalls auftretende Überwärmung übersehen werden kann. Ferner sind zwei voneinander unabhängige Vorrichtungen notwendig, so daß die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Betriebsstörungen ansteigt und damit die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit der Einrichtung entsprechend absinkt

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist löst die Aufgabe, alle Beiträge zur Erwärmung des Rotors und damit dessen tatsächlichen Wärmezustand zu überwachen und in Abhängigkeit von einer thermischen Überlastung ein Signal zur Verfügung zu stellen, das zur Verhinderung einer weiteren Erwärmung verwendbar ist

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß alle Beiträge zur Erwärmung des Rotors mit einer einzigen Einrichtung erfaßt werden, unabhängig davon, ob sie von Anfahrvorgängen, Bremsvorgängen oder von einem verhinderten Losbrechen der Maschine herrühren. Es wird die Summe aller Teilerwärmungen und damit der tatsächliche Wärmezustand des Rotors

überwacht und zu einem gegebenenfalls notwendigen Auslösevorgang herangezogen. Die Auslösung des die weitere Erwärmung verhindernden Vorganges tritt nur bei Überschreitung der zulässigen Rotortemperatur auf, wodurch eine zu frühe oder zu späte Auslösung vermieden wird. Durch Verwendung einer einzigen Einrichtung zur Erfassung aller Wärmebeiträge wird auch die Wahrscheinlichkeit von Betriebsstörungen herabgesetzt und damit die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit der Einrichtung entsprechend erhöht ₎₀

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele rier Erfindung anhand der Zeichnung erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine in Blockschaltung dargestellte Überwachungseinrichtung;

F i g. 2 eine Variante der Einrichtung nach der F i g. 1.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Der elektrischen Maschine 1, die eine Synchron- oder eine Asynchronmaschine sein kann, ist eine Vorrichtung 2 angeschlossen, die an ihrem Ausgang eine, nächstehend als schlußfsynchrone Spannung bezeichnete, dem Schlupf der Maschine 1 synchrone Spannung erzeugt Die der Vorrichtung 2 nachgeschaltete Vorwärts-Rückwärts-Zählvorrichtung 3 empfängt auf ihrem Vorwärts-Zähleingang die schlupfsynchrone Spannung und zählt deren Halbwellen vor- bzw. aufwärts. Die Anzahl der aufwärts gezählten Schwingungen, die in der Zählvorrichtung in einem bestimmten Zeitpunkt gespeichert sind, ist für die bis zum betreffenden Zeitpunkt stattgefundene Erwärmung der Maschine 1 maßgebend. Entsprechend einer Schwingung der schlupfsynchronen Spannung werden verschieden hohe Wärmemengen im Rotor erzeugt, je nach der Frequenz, bei welcher die Schwingung erfolgt. Aus diesem Grund wird bei der Berechnung der Zählerstände für Meldung und/oder Auslösung eine mittlere Frequenz zugrunde gelegt

Der Vorwärts-Rückwärts-Zählvorrichtung 3 ist auch eine Impulsgebervorrichtung 4 zugeschaltet, welche eine Impulsfolge von nach Belieben einstellbarer Frequenz erzeugen kann. Zum vorliegenden Zweck ist die Frequenz der Impulsfolge in Abhängigkeit von den jeweiligen Kühlverhältnissen eingestellt. Bei guten Kühlverhältnissen, d. h. wenn durch Kühlung große Wärmemengen abgeführt werden, wird die Impulsfolgefrequenz entsprechend hoch eingestellt, wogegen bei unzulänglicher Kühlung die genannte Frequenz niedrig gewählt wird.

Die Vorwärts-Rückwärts-Zählvorrichtung 3 empfängt auf ihrem Rückwärts-Zähleingang die von der Impulsgebervorrichtung 4 erzeugten Impulse und zählt deren Halbwellen rück- bzw. abwärts. Die Anzahl dieser abwärts gezählten Impulse, die in der Vorwärts-Rückwärts-Zählvorrichtung 3 in einem bestimmten Zeitpunkt gespeichert sind, ist für die bis zu diesem Zeitpunkt stattgefundene Abkühlung der Maschine 1 maßgebend. Die durch die Vorwärts-Rückwärts-Zählvorrichtung 3 angezeigte, an ihrem Ausgang erscheinende Differenz zwischen aufwärts und abwärts gezählten Schwingungen ist für den Unterschied zwischen erzeugter und abgeführter Wärmemenge und damit für den jeweiligen Wärmezustand des Rotors maßgebend.

Die der Zählvorrichtung 3 nachgeschaltete Vorrichtung 5,5' empfängt die vorgenannte Differenz, d h. den jeweiligen Zählerinhalt Die Vorrichtung 5,5' kann eine Meldevorrichtung 5 sein und der Meldung eines einen zulässigen Wert und damit eine zulässige Erwärmung überschreitenden Zählerinhaltes dienen, oder sie kann eine Auslösevorrichtung 5' sein, und bei Erreichen des zulässigen Zählerinhaltes einen die weitere Erwärmung verhindernden Vorgang, beispielsweise das Abstellen der Maschine oder das Ingangsetzen zusätzlicher Kühlung, auslösen.

Der Abbau der während des Anfahrens gespeicherten Impulse erfolgt in der ersten Betriebszeit nach Erreichen der Nenndrehzahl. Wenn die Maschine mehrmals nacheinander angefahren und abgestellt wird, kann es dazu kommen, daß die Kühlungszeit nicht ausreicht, der zulässige Erwärmungswert überschritten wird und die Meldung bzw. Auslösung eintritt Dasselbe kann dann auftreten, wenn die Maschine in festgebremstem Zustand verharrt und ihr Losbrechen verhindert ist

Die zur Erzeugung der schlußfsynchronen Spannung dienende Vorrichtung 2 kann eine beliebige, dem Zweck entsprechende Vorrichtung sein. In der F i g. 2, die eine Variante der oben beschriebenen Überwachungsvorrichtung zeigt, weist die Vorrichtung 2 ein statisches Drehfeldrelais 6 mit Stator und Rotor auf, dessen mehrphasige Statorwicklung an die Klemmen der Maschine 1 angeschlossen und von deren Klemmenspannung gespeist ist. Zwischen dem Drehfeldrelais 6 und der Maschine 1 ist eine Vorrichtung 7 zur Bildung einer Abtastrotationsfrequenz ω für die zum Zweck der Erzeugung der schlupfsynchronen Spannung notwendige Abtastung der Motorwicklungen des Drehfeldrelais 6 vorgesehen. Die Vorrichtung 7, die ebenfalls verschiedene Formen annehmen kann, weist in der F i g. 2 einen Drehzahlgeber 8, der z. B. ein Wellendynamo sein kann, auf, dessen Rotor mit dem Rotor der Maschine 1 mechanisch gekoppelt ist und dessen Ausgänge an die Eingänge eines Elektronenschalters 9 angeschlossen sind.

Die Rotationsfrequenz ω des Elektronenschalters 9 ist über eine Steuereinheit und den Drehzahlgeber 8 direkt der mechanischen Rotationsfrequenz der Maschine 1 entnommen. Zu diesem Zweck wird die Drehzahlgeberfrequenz vervielfacht und als Impulsfolge für das Vorwärtsschalten des Elektronenschalters 9 (Analogschalter) verwendet. Der Elektronenschalter 9 tastet die Motorwicklungen des Drehfeldrelais 6 mit der Rotationsfrequenz ω ab, wobei in der Abtastleitung 10 die schlupfsynchrone Spannung der Vorwärts-Rückwärts-Zählvorrichtung 3 zugeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Überwachung der Erwärmung eines Rotors einer elektrischen Maschine (1) während eines oder mehreren aufeinanderfolgenden Anfahr- und/oder Bremsvorgängen und während eines zu langen Verharrens der Maschine in festgebremstem Zustand, mit einer Vorwärts-Rückwärts-Zählvorrichtung (3), deren Vorwärts-Zähleingang Impulse mit einer der Belastung der Maschine entsprechenden Frequenz und deren Rückwärts-Zähleingang Impulse zugeführt werden, die von einer Impulsgebervorrichtung (4) mit einer einstellbaren Frequenz erzeugt werden, welche Vorwärts-Rückwärts-Zählvorrichtung bei Erreichen eines vorgebbaren Zählerstandes ein Signal abgibt, das zum Schutz der Maschine gegen eine Überlastung auswertbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (2) vorgesehen ist, die eine der Schlupffrequenz der Maschine (1) synchrone Spannung erzeugt, welche als Maß für die Belastung an den Vorwärts-Zähleingang geführt ist und daß die Impulsgebervorrichtung (4) in Abhängigkeit von den Kühlverhältnissen einstellbar ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (2) zur Erzeugung der schlupfsynchronen Spannung ein statisches Drehfeldrelais mit Stator und Rotor aufweist, dessen mehrphasige Statorwicklung an die Klemmen der elektrischen Maschine (1) angeschlossen und von deren Klemmspannung gespeist ist

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine zwischen das Drehfeldrelais (6) und die Maschine (1) geschaltete Vorrichtung (7) zur Bildung der Abtastrotationsfrequenz ω für die Abtastung der Drehfeldwicklungen des Drehfeldrelais (6).

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (7) zur Bildung der Abtastrotationsfrequenz ω einen Drehzahlgeber (8) aufweist, dessen Rotor mit dem Rotor der Maschine (1) mechanisch gekoppelt ist, und dessen Ausgänge an die Eingänge eines Elektronenschalters (9) angeschlossen sind, der mit der Rotationsfrequenz ω die Drehfeldwicklungen des Drehfeldrelais (6) abtastet.