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Uberlastschutzeinrichtung für elektrische Maschinen
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Die Erfindung betrifft eine überlastschutzeinrichtung für elektrische
Maschinen mit einem beim tiberschreiten eines entsprechend dem Nennbetrieb eingestellten
Auslösewertes die Abschaltung der Maschine bewirkenden Uberlastrelais.
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Derartige Uberlastschutzeinrichtungen sind allgemein bekannt (z. 3.
DT-OS 23 25 767). Bei diesen bekannten Uberlastschutzeinrichtungen wird der Auslösewert
so eingestellt, daß eine Abschaltung der Maschine erfolgt, wenn die dauernd zulässige
Grenztemperatur der Maschine überschritten wird. Ein kurzzeitiges tiberschreiten
dieser dauernd zulässigen Grenztemperatur bedeutet äedoch für die Maschine keine
unmittelbare Gefahr, sondern wirkt sich nur auf die Lebensdauer der Maschine aus.
Es besteht somit durchaus die Möglichkeit, die zulässige Grenztemperatur für eine
bestimmte Zeit zu überschreiten, wenn andere Betriebsverhältnisse, z. B. ein schwerwiegender
Produktionsausfall, dies erfordern und dafür eine Verkürzung der Lebensdauer der
Maschine in Kauf genommen wird. In derartigen Fällen hat man bisher die Schutæeinrichtung
von Hand abgeschaltet und somit eine Abschaltung der Maschine durch die Uberlastschutzeinrichtung
beim Überschreiten der Grenztemperatur verhindert.
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Ein solches Abschalten der Uberlastschutzeinrichtung bedeutet, daß
die elektrische Maschine vollkommen ohne Schutz betrieben wird. Außerdem besteht
die Gefahr, daß das Wiederzuschalten der überlastschutzeinrichtung vergessen wird
und somit die Maschine über längere Zeit vollkommen ungeschützt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Uberlastschutzeinrichtung
der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß bei
bestimmten
Betriebsfällen ein kurzzeitiges Uberschreiten der Grenztemperatur der Maschine ohne
Abschaltung der Uberlastschutzeinrichtung möglich ist.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch,
daß der Auslösewert des Uberlastrelais in Abhängigkeit vom Auftreten eines Uberstromes
selbsttätig auf einen gegenüber dem beim Nennbetrieb eingestellten Auslösewert anderen
Wert umgeschaltet und nach Abklingen des überstromes wieder auf den Auslösewert
für Nennbetrieb zurückgeschaltet ist, wobei mittels einer Blokkierschaltung die
Abschaltung der Maschine nach der Rückschaltung des Auslösewertes nur dann freigegeben
ist, wenn der Maschinenstrom über einem vorgegebenen Wert liegt. Mit einer solchen
Uberlastschutzeinrichtung ist eine kurzzeitige Überlastung der Maschine, wenn es
die Betriebsverhältnisse erfordern, möglich, ohne daß der Schutz der Maschine vollkommen
ausgeschaltet wird. Der Wert,auf den das Überlastrelais umgeschaltet wird, ist entsprechend
den Gegebenheiten der Maschine gewählt. Er entspricht derjenigen Temperatur, bei
deren Überschreiten die Maschine unmittelbar Schaden erleiden würde. Somit ist eine
kurzzeitige Überlastung der Maschine möglich, ohne daß deren Schutz vollkommen aufgegeben
wird.
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Eine besonders einfache Ausführungsform der beschriebenen Überlastschutzeinrichtung
ergibt sich nach einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß eine erste und zweite
Grenzwertstufe vorgesehen und jeder dieser Grenzwert stufen eine dem Maschinenstrom
proportionale Größe zugeführt ist, wobei die erste Grenzwertstufe ab einer bestimmten
Höhe des Maschinenstromes ein Ausgangssignal abgibt, durch das der Auslösewert des
Überlastrelais verändert ist, daß von der zweiten Grenzwertstufe ein Freigabesignal
an das Überlastrelais gegeben ist, wenn der Maschinenstrom über einem an dieser
Grenzwertstufe eingestellten Wert liegt. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der ersten
Grenzwertstufe eine Zeitstufe nachgeschaltet ist, durch welche das Ausgangssignal
dieser Grenzwertstufe verzögert abgeschaltet ist. Hierdurch kann eine Abschaltung
der Maschine verhindert werden, wenn der Überstrom nicht abrupt,
sondern
in einer bestimmten Zeitspanne auf den Nennwert.oder darunter zurückgeht.
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-Die Veränderung des Auslösewertes ist bei einer Sberlastschutzeinrichtung
mit einem die Erwärmung der Maschine nachbildenden Überlastrelais dadurch besonders
einfach, daß am Ausgang des Überlastrelais eine einen Blockiereingang aufweisende
Wippstufe vorgesehen ist, an deren Steuereingang die mittels einer Additionsstufe
aus der Ausgangsspannung des Überlastrelais und einer durch die erste Grenzwertstufe
zugeschalteten konstanten Spannung gebildete Summenspannung anliegt und deren Blockiereingang
mit der zweiten Grenzwertstufe verbunden ist.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird
der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher beschrieben.
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Als elektrische Maschine ist im Ausführungsbeispiel ein Motor 1 Vorgesehen,
der über einen Leistungsschalter 2 an ein Netz 3 schaltbar ist. Dem Leistungsschalter
2 ist eine elektromagnetische Auslösespule 4 zugeordnet. Mittels eines in der Motorzuleitung
angeordneten Stromwandlers 5 wird der Maschinenstrom erfaßt.
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An den Stromwandler 5 ist ein Überlastrelais 6 und eine erste und
zweite Grenzwertstufe 7 und 8 angeschlossen. Das Überlastrelais 6 weist eine Quadrierstufe
9 aufi deren Eingang mit dem Stromwandler 5 verbunden ist. In dieser Quadrierstufe
wird somit ein dem Quadrat des Maschinenstromes proportionales Signal gebildet.
Dieses Signal der Quadrierstufe 9 wird mittels eines Analog-Digital-Wandlers 10
in ein digitales Signal umgewandelt und über den Vorwär-ts-Zähleingang eines Umkehrzählers
11 in diesen eingegeben. Die am Ausgang des Umkehrzählers 11 erscheinenden digitalen
Signale werden über einen Digital-Analog-Wandier 12 wieder in analoge Werte umgewandel-t.
Das analoge Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers 12 wird über eine Additionsstufe
13 einer Kippstufe 14 zugeführt. Der Ausgang der Kippstufe 14 ist mit der elektromagnetischen
Auslösespule 4 verbunden. Diese Auslösespule kann somit durch das Ausgangssignal
der Kippstufe 14 ausgelöst werden. Das analoge Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers
12 wird ferner in einen weiteren Analog-Digital-Wandler 15 eingegeben. Der Ausgang
dieses
Analog-Digital-Wandlers l' ist mit dem RUckwärts-Zähleingang des Umkehrzählers 11
verbunden. Das analoge Ausgangssignal des Digital-Analog-Walldlers 12 ist jeweils
der Temperatur der zu überwachenden Maschine proportional. Das Überlastrelais 6
liefert somit ein thermisches Abbild der angeschlossenen Maschine.
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Der Ausgang der ebenfalls an den Stromwandler 5 angeschlossenen ersten
Grenzwertstufe 7 ist über eine Zcitstufe 16 und einen einstellbaren Widerstand 17
an die Additionsstufe 13 geführt. Die Zeitstufe 16 bewirkt eine verzögerte Abschaltung
des Ausgangssignals der ersten Grenzwertstufe 7. Mittels des einstellbaren Widerstandes
17 kann die Größe des Ausgangssignals der ersten Grenzwert stufe 7 verändert werden.
Der Ansprechwert der ersten Grenzwertstufe 7 wird beispielsweise gleich dem dreifachen
Maschinennennstrom gewählt. Das bedeutet, daß diese Grenzwertstufe erst dann ein
Ausgangssignal abgibt, wenn der dreifache Maschinennennstrom überschritten wird.
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Die weiterhin an den Stromwandler 5 angeschlossene zweite Grenzwertstufe
8 wird mit ihrem Ansprechwert nur wenig über den Nennstrom der Maschine eingestellt.
Der Ausgang dieser zweiten Grenzwertstufe 8 ist mit einem Blockiereingang der Kippstufe
14 verbunden. Durch das Ausgangssignal der zweiten Grenzwertstufe 8 wird die Blockierung
der Kippstufe 14 aufgehoben.
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Die Überlastschutzeinrichtung arbeitet wie folgt: Das analoge Ausgangssignal
des Digital-Analog-Wandlers -i2, welches ein Maß für die Erwärmung des an das Überlastrelais
6 angeschlossenen Motors darstellt, wird über die Additionsstufe 13 der Kippstufe
14 zugeführt. Die Kippstufe 14 ist auf einen Ansprechwert eingestellt, welcher der
Nennwärmung der angeschlossenen Maschine entspricht.
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Es wird angenommen, daß die zweite Grenzwertstufe 8 auf einen um 5
% über dem Nennstrom liegenden Wert des Motors eingestellt ist.
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Tritt nun beispielsweise e fle Überlast von 10 % auf, so wird über
die zweite Grenzwertstufe 8 die Blockierung der Kippstufe 14 aufgehoben. Infolge
der Uberlast steigt das analoge Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers 12 allmählich
an, so daß der Ansprechwert der Kippstufe 14 erreicht wird. Durch das dann von der
Kippstufe 14 abgegebene Ausgangssignal wird die Ausi:sespule 4 betätigt
und
schaltet den Motor über den Leistungsschalter 2 ab. Dies ist die Arbeitsweise der
Überlastschutzeinrichtung bei einer geringfügigen Überlastung.
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Ist aus betriebsbedingten Gründen eine kurzzeitige starke Überlastung
des Motors erforderlich, so wird die erste Grenzwertstufe 7 ein Ausgangssignal abgeben,
sobald ihr eirtgestellter Ansprechwert überschritten wird. Um ein Ansprechen der
Kippstufe 14 erst bei einem höheren analogen Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers
12 zu erreichen, wird das Ausgangssigna] der ersten Grenzwertstufe 7 als konstante
negative Spannung der Additionsstufe 13 zugeführt.
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Die Additionsstufe 13 bildet die Summe aus dem analogen Ausgangssignal
des Digital-Analog-Wandlers 12 und dieser konstanten negativen Spannung. Die durch
die Additionsstufe 13 gebildete Summenspannung wird der Kippstufe 14 zugeführt.
Die Zuschaltung einer konstanten negativen Spannung durch die erste Grenzwert stufe
7 bewirkt, daß'das analoge Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers 12 entsprechend
der Größe der zugeschalteten konstanten negativen Spannung höher ansteigen muß,
uni die Kippstufe 14 zum Kippen zu bringen.
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Sinkt der Überlaststr-on wieder 1 bevor das analoge Ausgangssignal
des Digital-Analog-Wandlers 12 den für das Ansprechen der Kippstufe 14 erforderlichen
Wert erreicht bei, erfolgt keine Abschaltung der Maschine. Beim Absinken des Überlaststromes
unter den Ansprechwert der ersten Grenzwertstufe 7 verschwindet deren Ausgangs signal
Infolge der Uberlast ist das Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers 12 auf einen
höheren Wert angestiegen, der nach dem Wegschalten der konstanten negativen Spannung
über dem Ansprechwert der Kippstufe 14 liegt. Um eine Auslösung des Leistungsschalters
2 zu verhindern, wird die Kippstufe 14 blockiert. Diese Blockierung wird nur dann
freigegeben, wenn über die zweite Grenzwertstufe 8 ein Freigabesignal ansteht. Dies
is-t aber nur der Fall, wenn der Maschinenstrom noch über dem an der zweiten Grenzwertstufe
8 eingestellten Wert liegt. Da die zweite Grenzwertstufe 8 auf einen nur wenig über
dem Nennstrom der Maschine liegenden Wert eingestellt ist, muß soipit er Maschinenstrom
nach einer Überlastung wieder auf den Mennstrom abgeklungen sein, damit keine
Auslösung
des Leistungsschalters 2 erfolgt.
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Die beschriebene Überlastschutzeinrichtung ist besonders vorteilhaft
für schwer anlaufende Motoren während der Anlaufphase wird der Auslösewert der Schutzeinrichtung
selbsttätig vorübergehend erhöht, so daß gegebenenfalls ein mehrmaliger Anlauf möglich
ist.
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Trotzdem bleibt ein Schutz für den Motor erhalten, da sofort eine
Abschaltung erfolgt, wenn der Motor eine Temperatur erreicht, die zu einem unmittelbaren
Schaden führt. Unmittelbar nachdem der Moto hochgelaufen ist, schaltet die Überlastschutzeinrichtung
wieder auf den dem Nennbetrieb entsprechenden Auslösewert zurück.
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Damit ist ein ununterbrochener Schutz für den Motor gewährleistet.
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Während des Hochlaufens eines Motors sinkt der Strom in einer gewissen
Zeitspanne wieder auf den Nennwert ab. Das bedeutet, daß einerseits beim Unterschreiten
des Ansprechwertes der ersten Grenzwertstufe 7 deren Ausgangssignal verschwindet,
andererseits aber am Ausgang der zweiten Grenzwertstufe 8 ein die Blockierung der
Kippstufe 14 aufhebendes Ausgangssignal ansteht, da der Strom noch über dem Anasprechwert
dieser zweiten Grenzwertstufe 8 liegt. Der ersten Grenzwertstufe 7 ist daher eine
Zeitstufe 16 nachgeschaltet, die das Ausgangssignal der ersten Grenzwertstufe 7
verzögert abschaltet. Die Verzögerungszeit dieser Zeitstufe 16 muß entspre chend
den Daten des zu Sperrechenden Motors eingestellt werden.
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In dem vortstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde dargelegt,
daß durch die Zuschaltung einer konstanten negativen Spannung an die Additionstufe
13 ein höherer Auslösewert erreicht wird. Es besteht aber auch die Möglichkeit,
durch die erste Grenzwertstufe 7 eine konstante @ i@ite Spannung an die Additionsstufe
13 anzuschalten. Dies würde kann einen Herabsetzung des Auslösewertes gleichkommen.
Anstelle einer Additionsstufe 13 kann selbstverständlich auch eine Subtraktionsstufe
verwendet werden. Dementsprechend muß dann zur Erhöhung des Auslösewertes von der
ersten Grenzwertstufe 7 eine konstante positive Spannung und zur Herabsetzung des
Auslösewertes eine konstante negative Spannung zugeschaltet werden. Dadurch, daß
der Auslösewert bei der beschriebenen Überlastschutzeinrichtung in einfacher Weise
veränderbar ist, kann die Überlastschutzeinrichtung in ihrer Auslösecharakteristik
leicht
den spezifischen Motordaten sowie C1en jeweiligen Betriebsbedingungen
angepaßt werden.
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4 Patentansprüche 1 Figur