DE3030740A1

DE3030740A1 - Anordnung zum ueberwachen und/oder steuern der ausgangsleistung eines induktionsmotors

Info

Publication number: DE3030740A1
Application number: DE19803030740
Authority: DE
Inventors: Kaichi Tokyo Izumi
Original assignee: Kao Corp; Kao Soap Co Ltd
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1979-09-07
Filing date: 1980-08-14
Publication date: 1981-04-02
Also published as: JPS618930B2; JPS5641783A; GB2061516A; US4340847A; GB2061516B

Description

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der Firma KAD SOAP COMPANY LIMIlED, 1-1 Nihonbashi-Kayabacho, Chuoku, Tokyo, Japan

betreffend

"Anordnung zum überwachen und/oder Steuern der Ausgangsleistung eines Induktionsmotors"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum überwachen und Steuern der Ausgangsleistung eines Induktionsmotors und insbesondere auf eine Schaltungsanordnung, mittels der die Lastbedingungen eines Induktionsmotors mit größerer Genauigkeit geprüft werden können in einem Bereich, der die Nennlast übersteigt und welche Anordnung so ausgebildet ist, daß Sie Drehzahl als einen Prozentsatz der Synchrondrehzahlanzeigen gestattet.

Bei einem Induktionsmotor nimmt mit steigender Belastung und steigendem Ausgangsdrehmoment die Drehzahl ab und gleichzeitig nimmt der elektrische Stromverbrauch zu. Es ist demgemäß möglich, den Belastungszustand eines Induktionsmotors zu überwachen durch Messen und überwachen der Drehzahl. Da jedoch die Drehzahländerung relativ zur Laständerung gpring ist, ist es schwierig, befriedigend Änderungen in der Drehzahl mittels Verwendung eines konventionellen Thermometers zu überwachen.

Die Synchrondrehzahl (S) wird berechnet aus der Netzfrequenz (f) und der Anzahl der Pole eines Motors (P) gemäß der folgenden Gleichung, die unabhängig ist von der Ausgangskapazität:

S = ^120f (1)

Der Schlupf (Sl) eines Induktionsmotors ist proportional der Differenz zwischen der Synchrondrehzahl und der Ist-Drehzahl (H) gemäß folgender Beziehung:

Sl = -^pJ- χ 100% (2)

Für die meisten Induktionsmotoren liegt der Schlupf bei Nennmaximalbereichen von 0,3 bis 5%. Wegen des sehr kleinen Wertes des Schlupfes kann nur

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ORIGINAL INSPECTED

ein sehr kleiner Bereich der Skala eines Tachometers als wirklicher Ablesebereich verwendet werden, und die Genauigkeit der Skalenablesung ist extrem schlecht. Wenn beispielsweise die Leistung eines vierpoligen Motors bestimmt werden soll, bei dem der Schlupf 5% beträgt und der mit einer Netzfrequenz von 50 Hz betrieben wird, ändert sich die Motordrehzahl zwischen 1500 und 1425 UpM, wenn die Last sich zwischen 0 und 100% der Maximalnennlast ändert. Wenn angenommen wird, daß das Tachometer eine Skala von 0 bis 1500 UpM aufweist, in Teilungen von 100, führt eine Fehlablesung von einem Teilstrich nur zu einem 1%igen Fehler, wenn die Skala als Tachometer benutzt wird; wenn jedoch das Tachometer als Leistungsmeßwerk benutzt wird, führt die gleiche Fehlablesung zu einem 20%igen Fehler.

Es ist auch eine Anordnung bekannt zum überwachen der Lastbedingungen durch Überwachen des elektrischen Stromverbrauchs. Auch dies ist nicht befriedigend, da die Änderung beim elektrischen Stromverbrauch relativ zur Laständerung zu klein ist.

Induktionsmotoren werden auch für Anwendungsfälle verwendet, wo die Laständerungen größer sind als gewöhnlich, welche Motoren für Rührwerke beispielsweise oder Werkzeugmaschinen eingesetzt werden. Beim überwachen der Last eines Induktionsmotors,der größeren Laständerungen unterliegt, war bisher keine befriedigende Überwachung durch einfaches überprüfen der Drehzahl oder des elektrischen Stromverbrauchs möglich.

In der DE-OS 29 29 437 ist eine Schaltungsanordnung beschrieben, mittels der eine schnelle und leichte Messung der Ausgangsleistung eines Induktionsmotors ermöglicht wird. Die Anordnung umfaßt Mittel zum Erzeugen eines ersten Spannungssignals proportional der Synchrondrehzahl des Motors, Mittel zum Erzeugen eines zweiten Spannungssignals proportional der Ist-Drehzahl des laufenden Motors und Mittel, die ansprechen auf die ersten und zweiten Spannungssignale zum Erzeugen eines dritten Spannungssignals, proportional der Differenz zwischen erstem und zweitem Spannungssignal. Das dritte Spannungssignal wird an ein Meßwerk angelegt, um eine fortlaufende Anzeige der Ausgangsleistung dieses Motors zu liefern.

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Zwar ist diese bekannte Anordnung sehr brauchbar zur Messung der Ausgangsleistung eines Induktionsrnotors, wenn der Motor innerhalb des Bereichs seiner Nennleistung betrieben wird, doch kann die Leistung unter Überlastbedingungen nicht genau gemessen werden, d.h. für eine genaue Messung der Leistung eines überlasteten Motors ist es erforderlich, die Meßung zu unterbrechen, um die festgelegten Werte für Schlupf und Skalenvollausschlag des Meßwerks erneut einzustellen. Beispielsweise wird durch Einstellen eines 6%igen Schlupfes für einen Induktionsmotor, der nominal einen Maximalschlupf von 4% hat, die Messung der Ausgangsleistung bei einer überlastung von bis zu 150% möglich. Es ist auch möglich, die Ausgangsleistung unter einer überlastung von 125% oder 200% zu messen durch Neueichung des Meßwerks derart, daß der Skalenvollausschlag 80% bzw. 50% der ursprünglichen Ablesung bei Skalenvollausschlag entspricht.

überlastbedingungen treten jedoch nur für eine sehr kurze Zeitperiode im tatsächlichen Betrieb eines Induktionsmotors ein, und es ist unangemessen, die Ausgangsleistung unter überlast mittels der oben beschriebenen Methode zu messen. Die Anordnung gemäß der genannten DE-CS ist deshalb unbequem, weil das Meßwerk nicht in der Lage ist, direkt die Drehzahl anzuzeigen, sondern eher dazu dient, die Ausgangsleistung selbst anzuzeigen, von der dann die Drehzahl zu dem Zeitpunkt gemäß einer Gleichung berechnet werden muß, zu welcher die betreffende Ausgangsleistung auftrat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, die den oben beschriebenen Beschränkungen nicht untaliegt, mit der es also möglich ist, die Ausgangsleistung eines Induktionsmotors zu überwachen und zu steuern, einschließlich Prüfung der überlastbedingungen mit größerer Präzision in einem Bereich, der die Nennlast eines Motors übersteigt, wobei die Anordnung zugleich die Drehzahl als einen Prozentsatz der Synchrondrehzahl anzeigen soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind gemäß der Erfindung die im Patentanspruch 1 angegebenen Mittel vorgesehen. Demgemäß umfaßt die Anordnung einen ersten Spannungssignalgenerator, dessen Spannung mit der Ist-Drehzahl des Motors variiert, einen zweiten Spannungssignalgenerator, dessen zweites Spannungssignal der Synchrondrehzahl des Motors entspricht, einen dritten Spannungssignalgenerator, dessen drittes Spannungssignal proportional ist der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungssignal sowie ein erstes

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Meßwerk, das anspricht auf das dritte Spannungssignal zur Anzeige der Ausgangsleistung des Motors, wobei ein erster Spannungsteiler zwischen den Ausgang des dritten Spannungsgenerators und das erste Meßwerk gekoppelt ist zum Ändern des "Maßstabs" oder "Skalentaktors" des ersten Meßwerks, während ein zweiter Spannungsteilerkreis an den Ausgang des ersten Spannungssignalgenerators angekoppelt ist und auf die Frequenz des Netzes anspricht, aus dem der Motor gespeist wird, so daß man eine Ausgangsspannung erhält, die ein Maß ist für die Ist-Drehzahl des laufenden Motors unabhängig von der Frequenz des Speisenetzes; ein zweites Meßwerk spricht auf die Ausgangsspannung des zweiten Spannungsteilers an.

Vorzugsweise ist eine Schaltersteuerung vorgesehen zum Steuern des Umschal tens des ersten Spannungsteilers durch die Spannung, die man aus dem zweiten Spannungsteiler erhält. Eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung verwendet ein Meßwerkrelais als zweites Meßwerk, um den Kontakt desselben als Schaltersteuerung zu benutzen. Es ist auch zu bevorzugen, daß die Schaltersteuerung einen dritten Spannungsteiler enthält zum Teilen des Ausgangs des zweiten Spannungsteilers, Zehnerdioden mit unterschiedlichen Zehnerspannungen, die an die entsprechenden Abgriff spunkte des Spannungsteilers angeschlossen sind und an den Basisanschlüssen von Transistoren liegt, in deren Kollektorkreisen Relais vorgesehen sind.

Es ist ferner bevorzugt, die Anordnung unter Verwendung eines einzigen Meßwerks aufzubauen, das sowohl als erstes als auch als zweites Meßwerk verwendet werden kann, indem seine Anzeige durch Umschalten gewählt wird. Es ist ferner bevorzugt, einen Differenzialverstärker im Eingangskreis des zweiten Meßwerks vorzusehen und einen Schaltkreis, der eine Gleichspannung konstanten Wertes auf einen der Eingänge des Verstärkers liefert sowie einen Schaltkreis, der die Empfindlichkeit des zweiten Meßwerks variiert. Schutzdioden sind vorzugsweise in Serie mit dem Ausgang des Differenzialverstärkers gelegt. Es ist ferner bevorzugt, daß Dioden für den Skalenvollausschlagsschutz parallel zum Meßwerk geschaltet sind. Ferner ist bevorzugt, daß das elektrische Potential an dem Kontakt des Meßwerkrelais oder des Meßwerks zu einer äußeren Klemme geführt ist. Schließlich ist bevorzugt, daß mindestens eines der Analogsignale, die als Eingänge zu dem ersten oder zweiten Meßwerk führen, auch an einer äußeren Klemme abgreifbar sind.

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Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung werden demgemäß die Probleme gelöst, die bei den bekannten Anordnungen zur überwachung und Steuerung der Leistung von Induktionsmotoren vorlagen. Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß diese Probleme gelöst werden durch Schaffung einer Anordnung, die in der Lage ist, die Lastbedingungen mit größerer Genauigkeit zu prüfen in einem Bereich, der jenseits der Nennlast eines Motors liegt, wobei die Anordnung zugleich in der Lage ist, die Drehzahl in Form eines Prozentsatzes der Synchrondrehzahl anzugeben. Ein daraus herleitbarer Vorteil besteht darin, daß die Ausgangsleistung eines Induktionsmotors unter Überlastbedingungen genau gemessen werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Ist-Drehzahl des laufenden Motors angezeigt werden kann, unabhängig von der Frequenz des Netzes, an dem der Motor hängt.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist das Schaltungsdiagramm der wichtigen Schaltungskomponenten entsprechend dem Stand der Technik gemäß DE-OS 29 29 437.

Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm mit den wesentlichen Teilen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist das Schaltungsdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels .

Fig. 4 ist das Schaltungsdiagrainti eines weiteren Ausführungsbeispiels .

Fig. 5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel. Fig. 6 stellt ein fünftes Ausführungsbeispiel dar.

Fig. 7 zeigt das Schaltungsdiagramm einer sechsten Ausführungsform und

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Fig. 8 ist das Schaltungsdiagrairm einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Spannungsquelle 1 zum Erzeugen einer Bezugsspannung erkennbar. Da die Synchrondrehzahl und die Maximalnenndrehzahl eines Induktionsmotors im allgemeinen konstant sind, ist es möglich, Spannungen entsprechend denselben aus der Spannungsquelle 1 zu entnehmen. Der Ausgang der Bezugsspannungsquelle 1 ist mit einem Widerstandsnetzwerk 2, der als Spannungsteiler dient, verbunden, wodurch die Ausgangsspannung durch eine Spannung entsprechend der Frequenz des elektrischen Netzes geteilt wird, aus dem der Induktionsmotor gespeist wird, was weiter unten näher erläutert wird. Die geteilte Spannung aus Schaltkreis 2 ist über einen Schalter 3 mit dem nicht invertierenden Eingang eines Differenzialverstärkers 5 verbunden, der als Pufferkreis dient. Der Ausgang des Verstärkers 5 ist mit dem nicht invertierenden Eingang eines Differenzialverstärkers 6 verbunden, an dessen Ausgang ein Meßwerk 9 über einen Potentiometer 7 angeschlossen ist. Ein umlaufender Frequenz/Spannungs-Umsetzer 11, der mechanisch mit dem Induktionsmotor,der zu überwachen ist, verbunden ist (der Motor ist nicht dargestellt) erzeugt eine Gleichspannung entsprechend der Drehzahl des Motors. Der Ausgang des Umsetzers 11 ist mit einem der Eingänge eines Verstärkers 14 über ein Spannungsteiler-Widerstandsnetzwerk 12 verbunden, daß dazu dient, die Eingangsspannung des Verstärkers 14 auf einem konstanten Pegel zu halten, unabhängig von der Zahl der Pole des Induktionsmotors, vorausgesetzt, daß das Verhältnis der Drehzahl zur Synchrondrehzahl konstant ist. Der Ausgang des Verstärkers 14 ist verbunden mit einem Schalterkontakt 16 eines Schalters 15, während der andere Kontakt 17 des Schalters 15 mit dem Ausgang von Verstärker 5 verbunden ist. Der Wechselkontakt 18 des Schalters 15 ist mit einem Schalterkontakt 20 eines weiteren Schalters 19 verbunden. Der andere Schalterkontakt 21 des Schalters 19 ist verbunden mit einem Spannungsteiler-Widerstandsnetzwerk 22, angeschlossen an den Ausgang des Verstärkers 5. Der Wechselkontakt 23 des Schalters 19 ist mit dem invertierenden Eingang des Differenzialverstärkers 6 verbunden. Das Spannungsteiler-Netzwerk 22 ist vorgesehen, um eine Skalenvollausschlageinstellung der Ausgangsanzeige am Meßwerk 9 vornehmen zu können und ist so aufgebaut, daß der Schlupf (nachfolgend als "Maximalschlupf") etabliert wird, von welchem der Nennausgang abgeleitet wird und dient ferner dazu, den Schalterkontakt 21 mit einer Spannung entsprechend der Nenndrehzahl zu versorgen.

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Der Ausgang des Verstärkers 14 ist mit der Basis eines Transistors 27 über einen Einstellwiderstand 25 und eine Zehnerdiode 26 verbunden. Der Kollektor des Transistors 27 ist mit der Spule eines Relais 28 verbunden. Das Relais 28 ist verbunden mit dem Wechselkontakt 18·des Schalters 15 derart, daß der Schalter 15 nur dann mit dem Schalterkontakt 16 durchverbindet, wenn das Relais 28 erregt wird, so daß das Meßwerk 9 gegen Beschädigungen geschützt ist.

Der Ausgang vom Differenzialverstärker 6 führt zum Eingang eines Komparatorverstärkers 30. Eine Einstellspannung Vs von einem Spannungsteiler-Widerstandsnetzwerk 31 ist an den anderen Eingang des Verstärkers 30 gelegt. Der Ausgang des Verstärkers 30 führt zur Basis eines Transistors 32, dessen Kollektor in Serie liegt mit der Spule eines Relais 33.

Bei dieser Anordnung werden die beiden Eingänge des Differenzialverstärkers 6 mit der Ausgangsspannung vom Verstärker 14 bzw. einer Spannung entsprechend der Synchrondrehzahl von Verstärker 5 gespeist, so daß die Differenz zwischen den beiden Spannungen am Ausgang des Verstärkers 6 steht. Damit dieses Differenzsignal vom Meßwerk 9 angezeigt wird, wird der Schalter 19 auf Kontakt 21 geschaltet, so daß ein Maximalschlupf etabliert wird, der sich berechnen läßt aus der Nennausgangsleistung, die auf dem zu messenden Induktionsmotor angegeben ist. Das Potentiometer 7 wird so eingestellt, daß der Maximalschlupf als Skalenvollausschlag des Meßwerks 9 angezeigt wird. Der Schalter 19 wird dann auf Kontakt 20 geschaltet, während der Schalter 15 auf Kontakt geschaltet wird. Das Meßwerk 9 zeigt null, wenn der Induktionsmotor mit der Synchrondrehzahl umläuft, d.h. wenn die Last null ist,und das Meßwerk zeigt Skalenvollausschlag, wenn der Motor mit Nennlast belastet wird.

Der Ausgang des Differenzialverstärkers 6 liegt ferner an Verstärker 30. Wenn der Ausgang des Differenzialverstärkers 6 höher ist als die Einstellspannung Vs, wird das Relais 33 erregt, während dann, wenn der Ausgang von Verstärker 6 niedriger liegt, das Relais nicht anspricht. Demgemäß kann durch Verwendung der Schaltkontakte (nicht dargestellt) des Relais 33 ein Alarm oder ein Kontrollsignal erzeugt werden, wenn die Last einen bestimmten, eingestellten Wert übersteigt.

Während die vorstehend beschriebene Konstruktion sehr brauchbar sein kann für die Messung des Ausgangs eines Induktionsmotors, der innerhalb des Bereichs der Nennleistung arbeitet, kann die Leistung unter tfcerlastbedingungen nicht genau gemessen werden. Das heißt, um eine genaue Messung eines Ausgangs eines

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überlasteten Motors bestimmen zu können, ist es erforderlich, die Messung zu unterbrechen, um den etablierten Wert des Schlupfes und des Skalenvollausschlags für das Meßwerk erneut einzustellen. Überlastbedingungen ergeben sich jedoch nur während einer sehr kurzen Zeitperiode im wirklichen Betrieb eines Induktionsmotors,und es scheint nicht angemessen, die Leistung unter Überlastbedingungen durch die beschriebene Methode zu messen. Die vorstehend beschriebene Schaltung ist dann unzweckmäßig, weil das Meßwerkzeug nicht in der Lage ist, direkt die Drehzahl anzuzeigen; die Schaltung ist vielmehr dazu bestimmt, nur die Leistung anzuzeigen, aus der die Drehzahl zu dem Zeitpunkt der Leistung entsprechend einer Gleichung berechnet werden muß.

In Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung in seinen wesentlichen Teilen dargestellt. In der Ausführungsform nach Fig. 2 werden für entsprechende Komponenten die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 verwendet. Im Vergleich mit der Schaltung nach dem Stand der Technik, die oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurde, ist die Schaltung nach Fig. 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Differenzialverstärkers 6 an einen Einstellwiderstand 35 gelegt ist und dann an ein Spannungsteiler-Widerstandsnetzwerk 36, das ein Paar von Widerständen mit den Werten R1 und R2 in Serie mit Widerstand 35 enthält.. Das Meßwerk 9 ist an dem Spannungsteiler 36 über einen Schalter 37 angeschlossen, der wahlweise an die Klemmen 45 oder 46 des Netzwerks 36 anschließbar ist. Die Anordnung nach Fig. 2 ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang vom Verstärker 14 an ein SpannungsteilerH/iiderStandsnetzwerk 39 gelegt ist mit einem Paar von Widerständen der Werte R. und R₅ in Serienschaltung und mit einem Paar von Ausgangsklemmen 47 und 48, die über ejuien Schalter 40, verbunden mit Schalter 3, an einen der Eingänge eines Verstärkers 41 anlegbar sind. Der Ausgang des Verstärkers 41 ist über einen Einstellwiderstand 42 an ein Meßwerk 43 gelegt, das die Drehzahl eines Induktionsmotors anzeigt.

Das Meßwerk 9 arbeitet in der folgenden Weise zur Anzeige der Ausgangsleistung des Induktionsmotors. Der Schalter 37 wird an die Anpassung 45 gelegt, und eine ähnliche Arbeitsweise wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben, führt dazu, daß das Meßwerk 9 Skalenvollausschlag zeigt, wenn der Induktionsmotor unter Nennlast arbeitet. Die verschiedenen Einstellungen ermöglichen eine Anzeige wie oben beschrieben, solange die Last innerhalb des Bereichs der Nennlast liegt. Andererseits ist bei der Anordnung nach Fig. 2 bequemer-

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weise vorgesehen, daß eine genaue Anzeige ermöglicht wird, selbst unter Uberlastbedingungen. Dies wird erreicht, wenn Schalter 37 auf Anzapfung 46 geschaltet wird, wenn das Meßwerk. 9 Skalenvollausschlag zeigt. Diese Schalterbetätigung dehnt den Anzeigebereich des Meßwerks 9 und ermöglicht eine genaue Anzeige da:Leistung selbst unter Überlastbedingungen.

In diesem Falle ist wegen der Beziehung zwischen den Widerstandswerten R₁ und R₂ des Spannungsteilers 36 der Grenzwert der überlast,die van Meßwerk 9 angezeigt werden kann, gegeben durch die Gleichung:

R₊R₂
-J L- (3)

R₂

Wenn der Widerstandswert R₁ einstellbar ist, ist es möglich, den Grenzwert der überlast vorher festzulegen, entsprechend den Betriebsbedingungen des Induktionsmotors.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der Schaltung zur Anzeige der Drehzahl des Induktionsmotors mittels Meßwerk 43 beschrieben. Der Verstärker 14 erzeugt eine Spannung proportional der Drehzahl des Induktionsmotors entsprechend der Frequenz der Speisequelle für den Motor. Wenn die Frequenz der Speisequelle 60 Hz beträgt, so ist die Ausgangsspannung des Verstärkers 14 das 1,2fache dessen, was bei der Frequenz der Quelle von 50 Hz vorliegt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 14 liegt am Schaltkreis 39. Das Verhältnis zwischen den Widerstandswerten R₄ und R^ der Schaltung 39 beträgt

V⁺ % =1,2 (4)

Die Spannung an der Anzapfung 47 wird das 1,2-fache der Spannung an Anzapfung 48. Der Schalter 40 wird auf Anzapfung 47 gelegt, wenn die Frequenz des Speisenetzes 50 Hz beträgt und auf Anzapfung 48, wenn die Frequenz 60 Hz beträgt, so daß eine Spannung an den Eingang des Verstärkers 41 angelegt wird, entsprechend der Drehzahl des Induktionsmotors, jedoch unabhängig von der Frequenz der Speisequelle. Demgemäß entspricht der Ausgang des Verstärkers 41 nur der Drehzahl und durch Einstellung des Skalenvollausschlags von Meßwerk 43 auf Synchrondrehzahl zeigt das Meßwerk 43 jederzeit die tatsächliche Drehzahl bezüglich der mit 100% angenommenen Synchrondrehzahl, und zwar unabhängig von

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der Zahl der Pole des Induktionsmotors, der zu messen ist oder unabhängig von der Frequenz des elektrischen Speisenetzes. Un den Skalenvollausschlag von Maßwerk 43 einzustellen, ist es möglich, einen Synchronmotor an Umsetzer 11 anzuschließen und den Zeiger des Meßwerks 43 so einzustellen, daß er Skalenvollausschlag erreicht, unter Verwendung des Einstellwiderstandes 42, wenn der Motor stabilen Betriebszustand erreicht. Obwohl das Meßwerk 43 in diesem Fall über Verstärker 41 angeschlossen ist, ist es auch möglich, es direkt an Schalter 40 zu legen.

Es ist festzuhalten, daß die Schutzschaltung aus Transistor 27, aus Relais 28 und dergleichen nach Fig. 1 in Fig. 2 weggelassen ist.

Durch Verwendung eines Meßwerkrelais mit zwei Steuerkontakten in Hoch- und Niedrigposition wie Meßwerk 43 in Fig. 2, ist es möglich, einen Schutzkreis für Meßwerk 9 aufzubauen. Mit anderen Worten kann die ursprüngliche Skalenvollausschlagablesung von Meßwerk 9 eingestellt werden durch Setzen des Maxlmumschlupfes, der die Nennlast an den Teilerkreis 22 gibt. Nach Umschalten des Schalters 37 kann der Skalenvollausschlag von Meßwerk 9 eingestellt werden durch den Grenzwert des Uberlasttaktors, gegeben durch die Beziehung zwischen dem Widerstandswerten R₁ und R₂ des Teilerkreises 36 ,wie in Gleichung 3 wiedergegeben ist. Demgemäß kann durch Einstellen des höheren Kbntaktpunktes des Meßwerkrelais, verwendet als Meßwerk 43 auf die Position von 100 minus Maximumschlupf (Prozent),um den Kontaktpunkt anstelle von 37 zu benutzen unter Schaltung so, daß der Ausgang unter tfoerlastbedingungen angezeigt wird, automatisch erreicht werden. Es ist auch möglich, das Meßwerk 9 gegen Überschlag zu schützen auf der Seite, die höher liegt als der voreingestellte Uberlastfaktor durch Setzen des unteren Kontaktes des Meßwerkrelais auf die Position von

(100 - Maxiraumschlupf) χ Uberlastfaktor (%).

Es ist auch möglich, eine Alarmlampe zu erregen während einer Anzeige der überlast durch Anschließen eines Kontaktes des Meßwerkrelais an eine äußere Klemme, die dann zu einer solchen Alarmlampe führt (nicht dargestellt). Verschiedene andere Kontrollen können durchgeführt werden,beispielsweise kann die elektrische Quelle für den Motor abgeschaltet werden, wenn die überlastbetriebsbedingung länger anhält als eine vorgegebene Zeitdauer.

Es ist ferner möglich, den Eingang des Meßwerks 43 an eine äußere Klemme

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anzulegen, um ein äußeres Meßwerk zu betreiben für Anzeigezwecke unter Verwendung von Analogsignalen, die an die äußere Klemme angelegt werden, um so ein äußeres Gerät zu steuern oder die Drehzahl des Induktionsmotors unter Betrieb aufzuzeichnen.

Fig. 3 zeigt eine Weiterausführungsform, bei der der Schutzkreis des Meßwerks 9 einen Transistor umfaßt. Genauer gesagt bezeichnen die Bezugszeichen 50 und 51 Einsteilwiderstände,an die Zehnerdioden 52 bzw. 53 mit unterschiedlichen Zehnerspannungen angeschlossen sind. Die Zehnerdioden 52 und 53 sind an die Basisklemmen von Transistoren 54 bzw. 55 gelegt. Die Relais 56 und 57 sind an die Kollektoren von Transistoren 54 bzw. 55 angeschlossen. Die übrigen Schaltungskanponenten entsprechen jenen nach Fig. 2.

In der Schaltung nach Fig. 3 macht die Verwendung der Zehnerdioden 52 und 53unterschiedlichen Zehnerspannungen es möglich, die Betriebspunkte der Feiais 56 und 57 zu unterscheiden. Dies führt zu dem gleichen Betrieb wie dem eines Meßwerkrelais mit zwei Differenzkontaktpunkten,wie in Verbindung mit Fig. 2 erläutert. Die freie Klemme jedes Relais ist verbunden mit einer äußeren Klemme. Durch Verwendung von Relais 56 und 57 mit einer Mehrzahl von Kontakten ist es möglich, durch die Bewegung der Relais verschiedene Kontrollarbeitsgänge auszuführen, etwa Aufleuchtenlassen einer Warnlampe bei überlastbetrieb oder Ansteuerung eines Zeitgebers, sobald der Motor unter überlastbedingungen zu arbeiten beginnt, so daß das Netz für den Motor abgeschaltet werden kann, wenn der überlastbetrieb langer anhält als eine bestimmte Zeitperiode.

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung mit weiterer Verbesserung der Schutzschaltung nach Fig. 3. Ώη Vergleich mit Fig. 3 hat die Schaltung nach Fig. 4 die Besonderheit, daß einer der Kontakte des Relais 57 verwendet wird, um einen Schalter 59 zu steuern, mit dem alternierend die Ausgänge von Differenzialverstärker 6 bzw. Verstärker 41 an ein einziges Netzwerk 58 gelegt werden können. Mit einer solchen Anordnung wird das Netzwerk 58 an den Ausgang des Differenzialverstärkers 6 gelegt, um die Ausgangsleistung eines Induktionsmotors anzuzeigen, solange er innerhalb des Bereichs der Nennlast arbeitet, während das Meßwerk an den Ausgang von Verstärker 41 zur Anzeige der Drehzahl eines solchen Motors gelegt wird, wenn er unter Überlastbedingungen arbeitet. Durch Verwendung eines einzigen Meß-

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werks 58 und seine Umschaltung zur Anzeige entweder der Drehzahl oder der Ausgangsleistung kann die Schaltung leicht,kostengünstig und tragbar gemacht werden. Es ist festzuhalten, daß die Verbindung der Relaiskontakte in Fig. 4, weil an sich bekannt, weggelassen ist.

In Fig. 5 ist das Schaltungsdiagramm einer vierten Ausführungsform des Gegenstandes vorliegender Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform ist so aufgebaut, daß sie genau den Betriebspunkt eines Meßwerkrelais etabliert, wenn die Anordnung an einen Motor mit kleinerem als dem üblichen Maximumschlupf angelegt wird. Die Ausführungsform nach Fig. 5 entspricht der nach Fig. 2 mit Ausnahme der nachstehend erläuterten Details. Beispielsweise ist der bewegliche Kontakt eines Schalters 60 mit dem invertierenden Eingang von Verstärker 41 verbunden. Das Spannungsteilernetzwerk 2 umfaßt eine bewecjliche Anzapfung, angeschlossen an einen Schalterkontakt 61 des Schalters 60, um so 80 bis 95 % der Skalenvollausschlagsspannung von der Bezugsspannungsquelle 1 an Klemme 61 zu legen. Ein weiterer Schalterkontakt 62 des Schalters 60 ist in Serie gelegt mit Widerständen 63 und 64. Die Widerstände 63 und 64 sind mit Anzapfung 62' bzw. 61' versehen, und ein Schalter 68 ist mit Schalter 60 verbunden, um eine der Anzapfungen 61' oder 62' anzuschalten.

Mit diesem Schaltungsaufbau entspricht die Wirkungsweise der Schaltung der nach Fig. 2, wenn die Schalter 60 und 68 an den Kontakten 62 bzw. Anzapfung 62' liegen, und die Schaltung arbeitet in derselben Weise zur Anzeige der Drehzahl,während die Synchrondrehzahl dem Skalenvollausschlag entspricht. Wenn jedoch die Schalter 60 und 68 mit den Schalterkontakten 61 bzw. der Anzapfung 61' verbunden sind, wird eine Spannung von 80 bis 95% des Skalenvollausschlags von Meßwerk 43 an den invertierenden Eingang des Verstärkers 41 gelegt und gleichzeitig wird der Widerstand 63 kurzgeschlossen. Der Verstärker 41 arbeitet demgemäß als Differenzialverstärker und, darüberhinaus, erzeugt er ein verstärktes Spannungsäquivalent zu dem Bereich zwischen 80 bis 85% und 100% der Anzeige von Meßwerk 43. Das Meßwerk 43 zeigt die verstärkte Spannung durch Vergrößerung der Skala mit Eichung zwischen 0 und 100 %.

In Fig. 6 ist eine fünfte Ausführungsform mit einer Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 5 dargestellt. Im Vergleich mit der Ausführungsform nach Fig. 5 ist die Ausführungsform nach Fig. 6 dadurch charakterisiert, daß das Meßwerk 43 in Serie liegt mit einem Widerstand 69, der eine bewegliche Anzapfung in Verbindung mit dem Arm eines Schalters 68 aufweist, welcher an Anzapfungen 61' bzw. 62' gelegt werden kann. Die Schalter 60 und 68 sind

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gekuppelt, wie eben beschrieben, so daß dann, wenn Schalter 68 an Anzapfung 61' liegt, ein Teil des Widerstandes 69 kurzgeschlossen ist, um den Widerstandswert abzusenken, womit die Vergrößerung vonMeßwerk 43 abnimmt, ohne Änderung des Verstärkungsfaktors von Verstärker 41, so daß das Meßwerk 43 den Ausgang von Verstärker 41 anzeigt, indem dieser auf die Skala von 0 bis 100% gedehnt wird.

Mit dem Schaltungsaufbau nach Fig. 5 und 6 kann die Betriebsgenauigkeit um das Fünf- bis Zwanzigfache gesteigert werden, wenn ein Meßwerkrelais verwendet wird. Dies ermöglicht, den Steuerkontakt eines solchen Meßwerkrelais genau zu etablieren, wenn die vorliegende Erfindung angewandt wird auf einen Motor mit konstanten Drehzahlkennwerten und mit einem niedrigeren Maximumschlupfwert. Die umschaltung der Schalter 60 und 68 kann manuell oder mittels eines Zeitgebers erfolgen, der zu laufen beginnt nach einer vorgegebenen Zeitperiode, nachdem der Induktionsmotor an das elektrische Netz angeschlossen ist.

In Fig. 7 ist eine sechste Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die Daten der Komponenten eingetragen sind, so daß die Erfindung unmittelbar in die Praxis umsetzbar ist. Der Differenzialverstärker 6 in der Schaltung nach Fig.7 ist ein Schaltkreis für die Berechnung sowohl der Drehzahl als auch der Ausgangsleistungssignale, wie im Falle der Fig. 2; hier sind jedoch drei Operationsverstärker 5¹, 71 und 72 als dessen Eingangsstufe vorgesehen. Der Verstärker 5" entspricht dem Verstärker 5 aus Fig. 2, doch sind nun drei Operationsverstärker als Pufferkreise vorgesehen, um die Linearität des Meßwerks zu verbessern.

Ein Schalter 74 ist vorgesehen zum Dehnen des Bereichs von Meßwerk 43. Schalter 75 und 76 sind in ähnlicher Weise vorgesehen und mit dem Schalter 74 zusammengekuppelt. Das Bezugszeichen 78 markiert einen Meßwerkrelaiskontakt und das Bezugszeichen 79 ist eine Diode. Das Eingangssignal wird in diesem Falle von einem Tachometergenerator TG geliefert, der angeschlossen ist an den Eingang eines Glättungskreises 80. Klemmen 84 und 85 sind an die Meßwerke 9 bzw. 43 angeschlossen, um Ausgänge für äußere Geräte von den Meßwerken 9 und 43 vorzusehen.

Mit dem Aufbau nach Fig. 7 wird die Spannungsquelle für den Induktionsmotor eingeschaltet mit dem Schalter 74 in der Position 1 der Schaltung. Wenn die Drehzahl des Tachogenerators TG zunimmt, nimmt auch die Anzeige von Meßwerk 43 für die Drehzahl zu. Mit dem Schalter 74 in Stellung 1 liefert das Meß-

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werk 43 eine Anzeige von 0 bis 100%, wobei die Synchrondrehzahl als 100% gilt.

Mit der Umschaltung des Schalters 74 in Position 2, wenn das Meßwerk 43 80% erreicht, wird eine Spannung an den invertierenden Eingang von Verstärker 41 mittels Schalter 75 angelegt, so daß die Auflösung des Meßwerks 43 erhöht wird und das Meßwerk 43 dazu gebracht wird, eine Anzeige von 80 bis 100% der Synchrondrehzahl auf der gesamten Skala von 0 bis 100% zu liefern. Durch Setzen des Kontakts 11 von Meßwerkrelais 78 so , daß er der Überlastbedingung entspricht, erzeugt das Meßwerk 9 ein Ausgangssignal, wenn die Drehzahl einen Wert entsprechend dem Ausgangssignal dem Überlastfaktor erreicht. Der Schalter 15 wird für den Kontakt L benutzt.

Mit den Schaltungswerten nach Fig. 7 ist das Meßwerk 9 einem Induktionsmotor angepaßt mit einem Maximalschlupf von 10%, um Ausgangssignale von bis zu 100% überlast anzuzeigen, vorausgesetzt der Schalter 74 ist in Position 2 gehalten. Wenn Schalter 74 auf Position 3 bewegt wird, können Ausgangssignale bis zu 100% überlast von Meßwerk 9 für einen Motor mit einem Maximalschlupf von 5% angezeigt werden. Wenn die Last diesen Wert übersteigt, fällt die Anzeige von Meßwerk 9 wieder auf die Position 0.

Die Umschaltung des Meßwerks 9 für Skalenüberschlagschutz und Uberlastanzeige wird erreicht durch Meßwerkrelaiskontakt 78. Der Kontaktpunkt 11 von Meßwerkrelais 78 wird verwendet, um den Schalter 15 zu steuern zwecks Schutz von Meßwerk 9.

Die Polarität der Eingänge von Differenzialverstärkern 6, 41, 71 und 72 sind entgegengesetzt bezüglich Meßwerken 9 und 43. Es ist deshalb festzuhalten, daß das Meßwerk 43 niemals über die Skala auf der positiven Seite hinaus ausschlägt, jedoch auf der negativen Seite, wenn die Eichung gedehnt wird. Dies wird verhindert durch Diode 79.

In Fig. 8 ist ein Schaltungsdiagraitm einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, und zwar für den Fall, daß gemäß Fig. 4 die Drehzahl und die Ausgangsleistungssignale von einem einzigen Meßwerk anzuzeigen sind. In der Schaltung nach Fig. 8 ist ein Verbundschalter 81 vorgesehen, um die verschiedenen Meßfunktionen zu einem Meßwerk 58 zu übertragen, für welchen Zweck der Schalter 81 Schalterkontakte a bis e aufweist. Schalterkontakt 8 dient der Anzeige der Maximalnenndrehzahl im Bereich von 0 bis

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100%, Schalterkontakt b dient der Anzeige der Maxittalnenndrehzahl im Bereich von 0 bis 200%, Schalterkontakt c dient der Anzeige der Synchrondrehzahl im Bereich von 0 bis 100%, Schalterkontakt d dient der vergrößerten Anzeige der Synchrondrehzahl im Bereich von 90 bis 100% und der Schalterkontakt e dient einer vergrößerten Anzeige der Synchrondrehzahl im Bereich von 80 bis 100%. Wenn das Meßwerk als Drehzahlmeßwerk verwendet wird, wird es geschützt durch Diode 82, während bei seiner Benutzung als Ausgangsleistungsmeßwerk es durch eine Schaltung geschützt wird, umfassend Transistor 27 und Relais 28, wie in Fig. 1 dargestellt. Es ist auch möglich, dasselbe zu erreichen durch Anschluß der Diode 83, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet. In jenem Falle wird die strichpunktiert umschriebene Schaltung überflüssig.

Wie oben beschrieben, ist es gemäß vorliegender Erfindung möglich, genau die Ausgangsleistung eines Induktionsmotors sogar während Überlastperioden anzuzeigen. Es ist ferner möglich, die Drehzahl des Induktionsmotors anzuzeigen unter Verwendung der Synchrondrehzahl als Skalenvollausschlagwert, ohne daß die Frequenz des Speisenetzes für den Motor oder die Zahl von dessen Polen von Einfluß sind. Es ist ferner möglich, gleichzeitig den Ausgang eines Induktionsmotors als auch die Drehzahl anzuzeigen, mit der diese Ausgangsleistung erzeugt wird.

Durch Verwendung eines Meßwerks als Meßwerkrelais können verschiedene Kontrollarbeitsgänge ausgeführt werden. Wenn eine Schaltung mit Zehnerdiode mit unterschiedlichen Zehnerspannungen und einem Transistor verwendet wird anstells des Netzwerkrelais, können ähnliche Steuerarbeitsgänge vorgesehen werden.

Die Verwendung von önschalteinrichtungen, damit ein einziges Meßwerk mehre; Funktionen ausführen kann, erlaubt die Anzeige der Ausgangsleistung und der Dn zahl mittels eines einzigen Meßwerks durch Umschalten der Anzeige des Meßwerks Die Meßwerkanzeige kann besser aufgelöst werden durch Anlegen einer vorgegeben Gleichspannung an einem der Eingänge des Differenzialverstärkers im Eingangskreis des Meßwerks und durch entweder Verändern der Verstärkungen der Differenzialverstärker oder Verändern der Meßwerkempfindlichkeit. Durch Einfügen einer Schutzdiode in den Ausgang des Differenzialverstärkers in Serienschaltung, wird das Meßwerk geschützt, daß der Zeiger auf der negativen Seite über die Skala hinaus ausschlägt. In ähnlicher Weise kann durch Einfügen einer

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Mehrzahl von Dioden zum Schutz der Skalenvollausschlagablesung des Meßwerks in Parallelanordnung verhindert werden, daß das Netzwerk über die Skala hinaus auf der positiven Seite ausschlägt.

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Claims

Patentansprüche

' 1. ) Anordnung zum Überwachung und/oder Steuern der Ausgangsleistung eines Induktionsmotors, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung zum Erzeugen eines ersten Spannungssignals, das sich mit der Ist-Drehzahl des im Betrieb befindlichen Motors ändert_/

eine Einrichtung zum Erzeugen eines zweiten Spannungssignals entsprechend der synchronen Drehzahl des Motors,

eine Einrichtung zum Erzeugen eines dritten Spannungssignals proportional der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungssignalj

einen ersten Spannungsteilerkreis, angekoppelt an den Ausgang des dritten Spannungssignalerzeugers zum Ändern des Maßstabs der dritten Spannung^

einen zweiten Spannungsteilerkreis, angekoppelt an den Ausgang des ersten Spannungssignalgenerators und ansprechend ausgebildet auf die Frequenz der Stromversorgung für den Motor zum Erzeugen einer Ausgangsspannung, die ein Maß ist für die Ist-Drehzahl des Motors unabhängig von der Frequenz der Spannungsquelle und

eine Anzeigeeinrichtung, die auf die Ausgangssignale des ersten und zweiten Spannungsteilers ansprechend ausgebildet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung umfaßt:

ein erstes Meßwerk, ansprechend auf den Ausgang des ersten Spannungsteilers zur Anzeige der Ausgangsleistung des Motors.

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3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung ferner ein zweites Meßwerk umfaßt, ansprechend ausgebildet auf die Ausgangsspannung des zweiten Spannungsteilers.
4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Differenzialverstärker im Eingang des zweiten Meßwerks, einen Schaltkreis zum Liefern einer konstanten Gleichspannung an einen der Eingänge des Differenzialverstärkers und einen Schaltkreis zum Verändern der Verstärkung des Differenzialverstärkers.
5. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Differenzialverstärker im Eingang des zweiten Meßwerks, einen Schaltkreis zum Liefern einer konstanten Gleichspannung auf einen der Eingänge des Differenzialverstärkers und einen Schaltkreis zum Variabelmachen der Empfindlichkeit des zweiten Meß Werks.
6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Schutzdiode in Serie mit dem Ausgang des Differenzialverstärkers.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung ein Meßwerk umfaßt, das wahlweise ansprechend ausgebildet ist auf den Ausgang des ersten Spannungsteilers zur Anzeige der Ausgangsleistung des Motors oder .auf die Ausgangsspannung des zweiten Spannungsteilers zur Anzeige der Motordrehzahl.
8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Spannungsteilerkreise schaltbar sind und Schaltersteuerungen umfassen zum Steuern der umschaltung des ersten Spannungsteilers mittels der Spannung, die vom zweiten Spannungsteiler abgeleitet ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung ein Meßwerkrelais umfaßt mit einem Schalterkontakt, der als Schaltersteuerung eingesetzt ist.
10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltersteuerung umfaßt:

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einen dritten Spannungsteiler zum Teilen der Ausgangspannung des zweiten Spannungsteilers,

Zehnerdioden mit unterschiedlichen Zehnerspannungen, angeschlossen an die Abgriffspunkte des dritten Spannungsteilers,

Transistoren, deren Basisanschlüsse mit den Zehnerdioden verbunden sind und

Relais, die an die Kollektoren der Transistoren angeschlossen sind.
11. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Diode, die der Anzeigeeinrichtung als Schutz für Skalenvollausschlag parallel gelegt ist.

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