DE2747261A1 - Schaltungsanordnung zum schutz von gleichstrom-nebenschlussmotoren gegen unzulaessige drehzahlerhoehungen - Google Patents

Schaltungsanordnung zum schutz von gleichstrom-nebenschlussmotoren gegen unzulaessige drehzahlerhoehungen

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DE2747261A1
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DE19772747261
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English (en)
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Walter Ing Grad Eberle
Klaus Dr Rer Nat Lindenmaier
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Daimler Benz AG
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Daimler Benz AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/093Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against increase beyond, or decrease below, a predetermined level of rotational speed

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  • Protection Of Generators And Motors (AREA)

Description

  • Schaltungsanordnung zum Schutz von Gleichstrom-Nebenschluß-
  • motoren gegen uzulässige Drehzahlerhöhungen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schutz eines Gleichstrom-Nebenschlußmotors gegen eine unzulässige Drehzahlerhöhung mit einem Drehzahlschalter mit zugeordnetem Schaltschütz zur Unterbrechung des Ankerstromkreises des Rotors, Bei Gleichstrom-HebenschluSmotoren können Drehzahl und Leitung über einen breiten Bereich durch Veränderung der magnetischen Feldstärke des Erregerfeldes bzti. durch Änderung der Stromstarke in der Feldwicklung eingestellt und dann ggf. auf konstante Werte geregelt werden, ohne daß der Ankerstrom in dem mit einer konstanten Gleichspannung gespeisten Ankerstromkreis geändert werden müßte. Die Einstellung und ggf. Regelung der Drehzahl erfolgt vielmehr allein durch Veränderung des Stroms durch die Feldwicklung(en), wobei dieser Strom üblicherweise sehr viel kleiner ist als der Ankerstrom, so daß für die Drehzahlsteuerung und -regelung elektronische Schaltelemente mit vergleichsweise geringer Nennleistung eingesetzt werden können, die zu einem relativ günstigen Preis zur Verfügung stehen.
  • Andererseits erweist es sich bei Gleichstrom-Nebenschlußmotoren als problematisch, daß eine starke Schwächung oder ein totaler Ausfall des Erregerstromes, beispielsweise aufgrund einer Leitungsunterbrechung, bei gleichzeitig fehlender oder sehr geringer Belastung des Motors wegen der unvermeidlichen Remanenz des Statormaterials und des daraus resultierenden, verbleibenden schwachen Erregerfeldes eine rasche Beschleunigung des Ankers auf unzulässig hohe Drehzahlen zur FolGe hat, die schnell zu einer Zerstörung von Kommutator und/oder des Motors führen können. Dabei ist es besonders kritisch, daß der Ankerstrom bei einem derartigen unkontrollierten "IIochlaufen" des Motors durchaus unterhalb des maximal zulässigen Wertes bleiben kann, so daß ggf. in den Ankerstromkreis eingebaute uberstromsicherungen nicht ansprechen.
  • Im Hinblick auf die vorstehend erläuterten Schwierigkeiten ist es üblich, Gleichstrom-Nebenschlußmotoren, wie sie beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, durch einen Drehzahlschalter zu schützen, der bei Erreichen des zulässigen oberen Grenzwertes der Drehzahl über ein Schaltschütz die Unterbrechung des Ankerstromkreises bewirkt. Es hat sich gezeigt, daß eine derartige Sicherung bei einem plötzlichen Absinken des Erregerstromes aufgrund der Trägheit der eingesetzten Hochstromschätze, die beispielsweise eine Ansprechverzögerung von 0,1 sec aufweisen, zu langsam sind, um in allen Fällen einen wirksamen Schutz des rotors zu gewährleisten. Bei einem starken Absinken des Erregerstroms, insbesondere bei einem völligen Ausfall desselben, beispielsweise aufgrund einer Leitungsuntrbrechung, kann nämlich die Drehzahl innerhalb des Zeitintervalls zwischen dem Erreichen der zulässigen Höchstdrehzahl und der endgultigen Abschaltung des Ankerstromes ohne weiteres um 1000 Upm ansteigen und somit den zulässigen Höchstwert weit übersteigen.
  • Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß die bisher eingesetzten Schutzschaltungen für einen wirksamen Schutz von Gleichstrom-ebenschlu3motoren zu langsam sind. Andererseits ist es auch nicht ohne weiteres möglich, durch den Einsatz geeigneter Ilalbleiter-Bauelemente, wie z.B. Transistoren, Thyristoren usw.
  • zu Schutzschaltungen mit einer höheren Ansprechgescfrjindigkeit zu gelangen, da für eine entsprechende Leistung ausgelegte Halbleiterbauelemente für solche Schutzschaltungen sehr teuer sind.
  • Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik und der erläuterten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine schnelle und gleichzeitig preiswerte Schaltungsanordnung zum Schutz von Gleichstrom-Nebenschlußmotoren gegen eine unzulässige Drehzahl erhöhung anzugeben.
  • Diese Aufgabe ist bei einer Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dal! die Feldwicklung des Motors in zwei Teilwicklungen mit separaten Speisespannungsanschlüssen unterteilt ist.
  • Der entscheidende Vorteil dieser Unterteilung der Feldwicklung besteht dabei darin, daß die Gefahr eines vollständigen Ausfalls des Erregerfeldes (bis auf das remanent-magnetische Restfeld) von vornherein auf ein Minimun reduziert ist, da es unwahrscheinlich ist, daß eine Störung gleichzeitig beide Teilwicklungen betrifft. Dies gilt insbesondere dann, wenn man den Erregerstrom in einer der Teilwicklungen auf einen fest vorgegebenen Wert einstellt, der zu einer Grunderregung fahrt, bei der der rotor bei stromloser zweiter Teilwicklung gerade seine zulässige Höchstdrhzahl erreicht. In diesem Fall können nämlich alle Einrichtungen zur Drehzahlsteuerung und/oder -regelung mit der zweiten Teilwicklung verbunden sein, wo die Gefahr einer Störung, die jetzt jedoch nicht mehr zu einem gefährlichen hochlaufen des liotors führen kann, wegen der zugeordneten 'chaltkreisteile wesentlich höher ist.
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn mindestens einer der Teilwicklungen - insbesondere der Teilwicklung, über die ein fest vorgegebener Erregerstrom fließt - eine Untersti'omüberwachungsschaltung zugeordnet ist, über die bei Absinken des betreffenden Erreger-Teilstroms unter einen vorgegebenen Grenzwert der Ankerstrom vorzugsweise über den ohnehin vorhandenen Schalter schütz abschaltbar ist.
  • Vorteilhaft ist es ferner, wenn einer der Teilwicklunven eine Regelschaltung zugeordnet ist, mit deren Hilfe der in dieser Teilwicklung fließende Rrregerstrom in Abhängigkeit von Speisespannungsschwankungen und/oder kritischen Drehzahländerungen veränderbar ist.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert, in denen verschiedene bevorzugte Ausführungsformen von Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung dargestellt sind.
  • Es zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung und Fig. 3 eine dritte Ausfihrungsform einer Schaltungsanordnung gemaß der Erfindung.
  • im einzelnen zeigt Fig. 1 einen Gleichstrom-Nebebnschlußmotor 10, mit einem Anker 12 und mit einer Feldwicklung, die in zwei Teilwicklungen 14, 16 unterteilt ist. Der Anker 12 bzir. die Ankerwicklung und die beiden Teilwicklungen 14, 16 werden einzeln aus einer Speisespannungsquelle 18 gespeist. Der Ankerstromkreis enthält einen Schalter 20, mit einem normalerweise geschlossenen Ruhekontakt. Dieser Schalter 20 kann beispielsweise ein Schaltschütz mit geringer Ansprechgeschwindigkeit sein. Der Schalter 20 ist einerseits in üblicher Weise durch einen Drehzahlschalter 22 betätigbar, welcher, wie dies schematisch angedeutet ist, die Drehzahl der Abtriebswelle 24 des Rotors 10 erfaßt und den Schaltkontakt des Schalters 20 bei Erreichen bzw.
  • Uberschreiten einer maximal zulässigen oberen Drehzahl öffnet.
  • Andererseits ist der Schalter 20 mit Hilfe einer Unterstrom- Oberwachungsschaltung 26 betätigbar, welche beim husführungsbeispiel den Strom durch die erste Teilwicklung 14 überwacht und den Schaltkontakt des Schalters 20 öffnet, wenn dieser Strom unter einen vorgegebenen unteren Grenzwert absinkt.
  • Weiterhin sind bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 in Serie zu den Teilwicklungen 14, 16 jeweils noch Regelschaltungen 28 bzw. 30 vorgesehen, mit deren Hilfe eine Regelung der betreffenden Erreger-Teilströme erfolgen kann. Im einzelnen kann beispielsweise mit der Regelschaltung 28 für die erste Teilwicklung 14 eine konstante, temperaturunabhängige Grunderregung eingestellt werden, die so groß ist, daß der rotor bei stromloser zweiter Teilwicklung 16 seine maximal zulässige Höchstdrehzahl nicht überschreitet. Wenn diese konsta-nte Grunderregung unterschritten wird, spricht die Unterstrom-Uberwachungsschaltung 26 an und unterbricht den Ankerstrom. Die Steuerung der Drehzahl des Rotors erfolgt über einen variablen Strom in der zweiten Teilwicklung 16 derart, da'; die Summe aus dem konstanten Strom in der ersten Teilwicklung 14 und dem variablen Strom in der zweiten Teilwicklung bei gegebenem Ankerstrom die jeweils gewünschte i3etriebsdrehzahl gewährleistet. Die niedrigste Betriebsdrehzahl, die Nenndrehzahl, bestimmt also die maximal erforderliche Gesamterregung des Motors 10 und damit die Größe der Teilwicklung 16 bzw. des durch diese Teilwicklung fließenden Stromes. i;s versteht sich, daß die maximal erforderliche Gesamterregung bei dem Rotor bzw. der Schaltungsanordnung Memä3 der Erfindung ebenso gro3 ist, wie bei einem konventionellen Gleichstrom-hebenschlußmotor mit ungeteilter Erregerwicklung, so daß die Aufteilung der Erregerwicklung keinen zusätzlichen konstruktiven Aufwand, beispielsweise hinsichtlich der Ausgestaltung des Stators und oder der Windungszahl mit sich bringt.
  • Andererseits gewährleistet der beschriebene Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung den Schutz des Motors gegen eine unzulässige Drehzahlerhöhung bei Ausfall eines Erregerteilstroms. Fällt nämlich der Strom durch die zweite Teilwicklung 16 aus, so stellt die über die erste Teilwicklung 14 erzeugte Grunderregung sicher, daß die Drehzahl nur bis zur maximal zulässigen Höchstdrehzahl ansteigen kann. Andererseits wird der Motor 10 bei Ausfall des Stromes in der ersten Teilwicklung 14 durch das von der zweiten Teilwicklung 16 erzeugte Erregerfeld geschützt, insbesondere, wenn man die Regelschaltung 30 so ausbildet, daß der Strom durch die zweite Teilwicklung 16 bei einem unzulässigen Absinken oder Ausfallen des Stromes durch die erste Teilwicklung 14 entsprechend erhöht wird.
  • Aus der vorstehenden Beschreibung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 wird deutlich, daß eine erhöhte Sicherheit bereits dadurch erreicht wird, daß zwei Teilwicklungen vorgesehen sind, da es unwahrscheinlich ist, daß beide Teilwicklungen gleichzeitig ausfallen und da es ferner unwahrscheinlich ist, daß bei einem Ausfall der ersten Teilwicklung 14, welche stets für die erforderliche Grunderregung sorgen soll, der durch die zweite Teilwicklung 16 fließende Strom gerade ull ist. Wenn dann zusätzlich noch eine Unterstrom-fJberwachungsschaltung vorgesehen ist, dann ergibt sich überdies der Vorteil, daß der Schalter 20 bereits bei einem Absinken des Stromes in der ersten Teilwicklung 14 angesteuert wird und nicht erst bei Uberschreiten der zulässigen Höchstdrehzahl, so daß das für den Abschaltvorgang zur Verfügung stehende Zeitintervall vergrößert wird. Binde praktisch absolute Sicherheit gegen eine unzulässige Drehzahlerhöhung erreicht man schließlich dadurch, daß man bei Ausfall des Stromes durch die erste Teilwicklung 14 den Strom in der zweiten Teilwicklung 16 über die zugeordnete Regelschaltung 30 entsprechend erhöht.
  • Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 dadurch, daß zusätzlich eine Meßschaltung 32 zum Erfassen der Ankerspannung vorgesehen ist, welche mit der Regelschaltung 28 für die erste Teilwicklung 14 verbunden ist und diese derart beeinflußt, daß die Grunderregung entsprechend der jeweiligen Ankei'spaniiung nachgeregelt wird, so daß einerseits bei sehr hoher Versorgungsspanung die maximal zulässige Höchstdrehzahl bei Ausfall des Stromes durch die zweite Teilwicklung 16 nicht überschritten wird, während andererseits bei sehr niedriger Versorgungsspannung die maximale Betriebsdrehzahl noch erreicht werden kann.
  • Auch die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 entspricht weitgehend derjenigen gemäß Fig. 1, wobei jedoch anstelle der Unterstrom-Uberwachungsschaltung 26 eine Drehzahlme@einheit 34 vorgesehen ist, die mit der Regelschaltung 28 im Stromkreis der ersten Teilwicklung 14 verbunden ist und ciort bei Uberschreiten der maximalen Betriebsdrehzahl, beispielsweise aufgrund einer Erhöhung der Speisespannung für eine entsprechende Erhöhung des Erregerteilstromes sorgt. Dadurch wird sichergestellt, daß bei Ausfall des Erregerstromes durch die zweite Teilwiicklung 16 auch bei hoher Ankerspannung die maximal zulässige Wchstdrehzahl nicht überscbritten wird.
  • Obwohl bei den Schaltungsanordnungen gemäß Fig. 1 bis 3 keine entspprechenden Einrichtungen gezeigt sind, versteht es sich, dals es sinnvoll ist, den Ausfall einer Teilwicklung oder das unerwünschte Hochlaufen des Motors bis zu einer über der Betiiebsdrehzahl liegenden Drehzahl, die jedoch noch unkritisch ist und ausgeregelt wird, mit Hilfe einer entsprechenden Anzeigeeinrichtung anzuzeigen, damit die betreffende Störung erkanrit und vom Bedienungspersonal behoben werden kann.

Claims (5)

  1. Ansprüche 1. Schaltungsanordnung zum Schutz eines Gleichstrom-Nebenschlußmotors gegen eine unzulässige Drehzahlerhöhung mit einem Drehzahlschalter mit zugeordnetem Schaltschütz zur Unterbrechung des Ankerstromkreises des Motors, dadurch gekennzeichnet, d'ß die Feldwicklung des rotors (10) in zwei Teilwicklungen (14, 16) mit separaten Speisespannungsanschlüssen unterteilt ist.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Teilwicklungen (14) eine Unter stromüberwachungsschaltung (26) zugeordnet ist, über die bei Absinken des betreffenden Erregerteilstromes unter einen vorgegebenen Grenzwert der Ankerstrom abschaltbar ist.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Cckennzeichnet, daß der Erregerstrom durch mindestens eine der Teilwicklungen (14, 16) mit Hilfe einer Regelschaltung (28, 30) regelbar ist.
  4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßschaltung (32) zum Messen der Ankerspannung vorgesehen ist, mit deren Hilfe die einer Teilwicklung (14) zugeordnete Regelschaltung (28) zur spannungsabhängigen Änderung des Erregerstroms beeinflußbar ist.
  5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehzahlmeßeinheit (34) vorgesehen ist, mit deren Hilfe die einer Teilwicklung zugeordnete Regelschaltung (28) zur drehzahlabhängigen Änderung des Erregerstromes beeinflußbar ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0572805A2 (de) * 1992-05-08 1993-12-08 KOENIG & BAUER-ALBERT AKTIENGESELLSCHAFT Schleichdrehzahlüberwachung für Antriebe in Druckmaschinen

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0572805A2 (de) * 1992-05-08 1993-12-08 KOENIG & BAUER-ALBERT AKTIENGESELLSCHAFT Schleichdrehzahlüberwachung für Antriebe in Druckmaschinen
EP0572805A3 (de) * 1992-05-08 1994-10-26 Koenig & Bauer Ag Schleichdrehzahlüberwachung für Antriebe in Druckmaschinen.

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