DE309895C

DE309895C -

Info

Publication number: DE309895C
Application number: DENDAT309895D
Authority: DE

Description

KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

Zum Schutz stromdurchflossener Körper gegen übermäßige Erwärmung hat man Temperaturkontakte benutzt, deren Erwärmung derjenigen der zu schützenden Apparate ähnlich war. Man schuf in den Temperaturkontakten thermische Abbilder der zu schützenden Gegenstände, um gleiche Erwärmungsverhältnisse zu erzielen.Temperature contacts are used to protect current-carrying bodies against excessive heating used, the heating of which was similar to that of the apparatus to be protected. One created in the temperature contacts thermal images of the objects to be protected to ensure the same heating conditions to achieve.

Diese thermischen Abbilder sind bisher jedoch den Urbildern nicht genügend angepaßt worden, weil man insbesondere der genaueren Form der Erwärmungs- und Abkühlungskurven nicht die erforderliche Sorgfalt schenkte. In Fig. ι sind die Temperatur Verhältnisse eines stromdurchflossenen Körpers, beispielsweise eines Elektromotors, dargestellt, und zwar ist ein etwas komplizierterer Fall vorgesehen, nämlich ein Gleichstrommotor, dessen Feldwicklung auch in den kurzzeitigen Be-So far, however, these thermal images have not been sufficiently adapted to the original images especially because of the more accurate shape of the heating and cooling curves did not give the necessary care. In Fig. Ι are the temperature relationships a current-carrying body, for example an electric motor, shown, and although a somewhat more complicated case is provided, namely a DC motor, its Field development also in the short-term

ao triebspausen eingeschaltet bleibt.ao drive breaks remains switched on.

In Fig. ι a ist die Stromverteilung im Laufe der Zeit dargestellt; es wechseln Anlaufströme erheblicher Stärke mit geringeren Lastströmen und Betriebspausen in der gezeichneten Folge.In Fig. Ι a the current distribution is in the course represented by time; Starting currents of considerable strength alternate with lower load currents and breaks in operation in the sequence shown.

In Fig. ib sind in Übereinstimmung mit der Schaulinie Fig. ι a die für die Erwärmung aufgewandten Arbeiten aufgezeichnet. Durch die dauernde Einschaltung des Feldes ist eine gewisse Wärmemenge in den Feldmagneten und durch die Ummagnetisierung im Anker vorhanden, die auch ohne jeglichen Hauptstrom eine Übertemperatur erzeugt. Diese Wärmemenge in Watt ist durch die Ordinate PF₀ dargestellt, hierzu addieren sich noch die Energieverluste in Watt durch den Hauptstrom.
Im Schaubild 1 c ist nun die Erwärmungskurve ausgezogen dargestellt, wie sie beispielsweise an einem Punkt des Ankers in der Nähe der Wicklung mittels des Thermometers gemessen werden würde. Es ist besonders darauf zu achten, daß die Erwärmungskurve nicht die einfache logarithmische Funktion besitzt, die in der Literatur bisher fast allgemein für solche Erwärmungskurven genannt wurde. Die Kurve hat nicht den nach oben ausgeschweiften Charakter, wie er der in der ersten Erwärmungsschaulinie gestrichelt eingezeichneten logarithmischen einfachen Kurve entspricht, sondern sie besitzt an ihrem Anfang eine deutliche Ausbauchung nach unten. Zwischen der einfachen logarithmischen Erwärmungskurve und der tatsächlichen Kurve befindet sich eine Fläche, die schraffiert dargestellt ist. Diese-schraffierte Fläche entsteht aus der gestrichelten einfachen Erwärmungskurve durch Subtraktion einer zweiten, negativ zu nehmenden, also nach oben konkaven logarithmischen Kurve, welche jedoch eine wesentlich geringere Zeitkonstante besitzt und daher schneller abklingt als die Hauptkurve. Die beiden logarithmischen Kurven besitzen also verschieden große Zeitkonstanten, man kann daher nicht durch einen einfachen Körper die Erwärmungskurve nachahmen, sondern muß zum mindesten zwei miteinander verbundene Körper verwenden, deren Haupteigenschaften ent- , sprechend denen des zu schützenden Apparates eingerichtet sein müssen.In Fig. Ib are recorded in accordance with the inspection line Fig. Ι a, the work expended for the heating. Due to the permanent activation of the field, a certain amount of heat is present in the field magnets and due to the reversal of magnetization in the armature, which generates an excess temperature even without any main current. This amount of heat in watts is represented by the ordinate PF ₀ , to which the energy losses in watts due to the main flow are added.
In diagram 1 c, the heating curve is now shown in solid lines, as it would be measured, for example, at a point on the armature near the winding by means of the thermometer. Particular care must be taken to ensure that the heating curve does not have the simple logarithmic function that has hitherto been mentioned almost generally in the literature for such heating curves. The curve does not have the character that is sloping upwards, as it corresponds to the logarithmic simple curve drawn in dashed lines in the first warming visual line, but rather it has a clear downward bulge at its beginning. There is an area between the simple logarithmic heating curve and the actual curve, which is shown hatched. This hatched area is created from the dashed simple heating curve by subtracting a second, negative, i.e. upwardly concave logarithmic curve, which, however, has a significantly lower time constant and therefore decays faster than the main curve. The two logarithmic curves therefore have different time constants, so one cannot imitate the heating curve with a simple body, but must use at least two interconnected bodies, the main properties of which must be set up according to those of the apparatus to be protected.

In ähnlicher Weise wie die Erwärmungskurve ein zweites Glied zeigt, welches von der einfachen logarithmischen Kurve abweicht, ist dies bei der Abkühlungskurve der Fall, wieIn a similar way to the warming curve showing a second term, which is from the deviates from the simple logarithmic curve, this is the case with the cooling curve, such as

dies die anfangs nach rechts oben gerichtete Ausbauchung der gezeichneten Abkühlungskurve zeigt. Eine Betrachtung lehrt, daß diese Abweichungen von den einfachen logarithmischen Erwärmungen darauf zurückzuführen sind, daß in den nicht direkt vom Hauptstrom durchflossenen Massen erst allmählich ein Eindringen der Wärme stattfindet, daher die Erwärmung zu Anfang etwas verzögert ist. In derselben Weise findet bei der Abkühlung zunächst ein Übertritt von Wärmemengen aus der anfangs noch wärmeren Wicklung in die umgebenden Massen statt, so daß auch die Abkühlung sich zu Anfang etwas verzögert.this shows the bulge of the drawn cooling curve, which is initially directed to the top right. Contemplation teaches that attributed these deviations from the simple logarithmic warming to it are that in the masses that are not directly traversed by the main stream only gradually penetration of the heat takes place, therefore the warming is delayed somewhat at the beginning is. In the same way, there is initially a transfer of heat during cooling from the initially still warmer winding into the surrounding masses, so that the cooling is also somewhat at the beginning delayed.

In dem Schaubild Fig. ic sind nun die verschiedenen Linienzüge der aufeinanderfolgenden Belastungen so dargestellt, daß die Abkühlung nicht auf den Endwert der vorhergehenden Betriebspause zurückführt, sondern noch einen, wenn auch geringen, Temperaturzuwachs aufweist. Infolgedessen wachsen auch die Spitzen der Erwärmungskurven, und bei dem gezeichneten Beispiel wird bei der vierten Belastung die. Gefahrtemperatur t_s erreicht, beispielsweise eine Temperatur von 80°, bei welcher die Isolation der Ankerwicklung Schaden leiden würde.In the diagram in FIG. 1C, the various lines of the successive loads are shown in such a way that the cooling does not lead back to the final value of the previous break in operation, but rather shows a temperature increase, albeit a slight one. As a result, the peaks of the heating curves also grow, and in the example shown, the fourth load becomes the. Dangerous temperature t _s reached, for example a temperature of 80 °, at which the insulation of the armature winding would suffer.

Die Aufgabe ist nun, daß der Schutzapparat anspricht, wenn der zu schützende Apparat diese Gefahrtemperatur erreicht, und diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß alle Erwärmungs- und Abkühlungskurven des Schutzapparates proportional denjenigen des zu schützenden Apparates gemacht werden.The task now is that the protective apparatus responds when the apparatus to be protected this dangerous temperature is reached, and this object is achieved in that all heating and cooling curves of the protective apparatus are made proportional to those of the apparatus to be protected.

Um dies zu erreichen, ist es erforderlich, die Annäherung des Schutzapparates an den zu schützenden Apparat weiter zu treiben, als es bisher bekannt war. Insbesondere ist es erforderlich, auch die zweiten logarithmischen Kurven mit geringer Zeitkonstante nachzubilden; denn wenn Erwärmungen und Abkühlungen nicht so lange dauern, daß die zweiten logarithmischen Kurven abgeklungen sind, was etwa praktisch nach dem Vier- bis Fünffachen ihrer Zeitkonstante der Fall ist, so würde durch Fortlassung dieser Kurven ein vollständig falsches'Bild entstehen.To achieve this, it is necessary to move the protective apparatus closer to the to drive the apparatus to be protected further than was previously known. In particular is it is necessary to simulate the second logarithmic curves with a low time constant; because if warming and cooling do not last so long that the second logarithmic curves fade away are, which is practically the case after four to five times their time constant, omitting these curves would result in a completely false picture.

Gemäß der Erfindung wird die im vorstehenden geschilderte Aufgabe dadurch gelöst, daß dem thermischen Abbild eigene Massen in der Wicklung und in den nicht aktiven Teilen und passende Abkühlungsmöglichkeiten zwischen der Wicklung und den nicht aktiven Teilen, zwischen der Wicklung und den Außenräumen und zwischen den nicht aktiven Teilen und den Außenräumen gegeben werden. Durch geeignete Wahl dieser verschiedenen Größen läßt sich eine weitgehende Annäherung des Abbildes an das Urbild erzielen.According to the invention, the above-described object is achieved by that the thermal image has its own masses in the winding and in the non-active parts and suitable cooling options between the winding and the inactive parts, between the winding and the external spaces and between the not be given to active parts and the outdoor spaces. By appropriate choice of this different sizes can be a close approximation of the image to the original achieve.

Im folgenden ist zur Vereinfachung derjenige Teil, welcher die Wärme erzeugt, als Einsatz, derjenige Teil, welcher an sich keine Wärme erzeugt, sondern nur Wärme aufnimmt und weiter leitet, als Kapsel bezeichnet. Der vorstehend geschilderte Gleichstrommotor würde also zwei Einsätze haben, nämlich einen vom Hauptstrom abhängigen, d. h. die Ankerwicklung, und einen von der Spannung abhängigen, im geschilderten Beispiel mit dem Hauptstrom nicht abschaltbaren Einsatz, nämlich die Wärmeerzeugung in den Feldmagneten und durch Ummagnetisierung im Anker. Die Kapsel ist durch die übrigen Massen dargestellt, der Anker selbst bildet sowohl Kapsel als auch einen Teil des Einsatzes.In the following, for the sake of simplicity, the part that generates the heat is used as an insert, the part which in itself does not generate any heat, but only absorbs heat and forward, referred to as a capsule. The DC motor described above would thus have two uses, namely one dependent on the main flow, i.e. H. the armature winding, and one dependent on the voltage, in the example shown with the main current Use that cannot be switched off, namely the generation of heat in the field magnets and through reversal of magnetization in the armature. The capsule is represented by the other masses, the anchor itself forms both capsule and also part of the effort.

In Fig. 2 ist nun eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, nämlich ein thermisches Abbild des vorstehend geschilderten Gleichstrommotors, in Verbindung hiermit ist die Schaltung des Motors und seiner Schutzvorrichtung skizziert. Das Ausführungsbeispiel ist dabei unter Verwendung an sich bekannter Einzelheiten, insbesondere von flüssigen und geschütteten Heizgütern, ausgebildet worden. In Fig. 2, an embodiment of the invention is now shown, namely a thermal Image of the DC motor described above, in connection with this is the Circuit of the motor and its protection device outlined. The embodiment is using details known per se, especially liquid ones and poured heating goods.

In dem Gefäß G befindet sich eine Flüssigkeit O, z. B. öl, deren Menge z. B. durch Zugießen sowie durch Verstellung eines Verdrängers V geregelt werden kann. An letzterem sind abnehmbare Kühlrippen K befestigt. In der Mitte des Gefäßes G befindet sich das Rohr R, ζ. B. aus Metall, um welches die Hauptstromwicklung W]₁ gelegt ist. Dieses 95 ■. Rohr stellt die in der Hauptstromwicklung enthaltenen Massen dar. Die Wärmekapazität kann dadurch verändert werden, daß mehr oder weniger Pulver P, z. B. Schrotkörner, in dieses Rohr geschüttet wird.In the vessel G there is a liquid O, e.g. B. oil, the amount of which z. B. can be regulated by pouring as well as by adjusting a displacer V. Removable cooling fins K are attached to the latter. In the middle of the vessel G is the tube R, ζ. B. made of metal, around which the main current winding W] _{1 is} placed. This 95 ■. Tube represents the masses contained in the main current winding. The heat capacity can be changed by adding more or less powder P, e.g. B. shot pellets, is poured into this tube.

Ferner ist in dem als Kapsel dienenden öl O noch eine von der Spannung abhängige Heizwicklung Ws angebracht. Diese liegt mit der Feldwicklung F in Reihe, würde also mit letzterer ein- und ausgeschaltet werden und erzeugt eine Energiemenge, welche derjenigen der Feldwicklung proportional ist.Furthermore, a voltage-dependent heating winding Ws is attached in the oil O serving as a capsule. This is in series with the field winding F , so it would be switched on and off with the latter and generates an amount of energy which is proportional to that of the field winding.

Innerhalb des ölgefäßes befindet sich ein temperaturempfindlicher Körper T, im Beispiel als ein Kontakt dargestellt, dessen bewegliches Glied ein Doppelband aus Metallen verschiedener Ausdehnungskoeffizienten ist. Durch Verschieben dieses Temperaturkontaktes innerhalb des Öles, d. h. mehr oder weniger große Annäherung des temperaturempfindlichen Teiles an die Heizwicklung Wi₁, kann man den im Schutzapparat kontrollierten Punkt dem gefährdeten Punkt des zu schützenden Apparates mehr oder weniger anpassen. Ist z. B. die Isolation des Motors an der Ankerwicklung der gefährliche Punkt, dann wird es sich empfehlen, das Doppelband des Temperatur-Inside the oil container there is a temperature-sensitive body T, shown in the example as a contact, the movable member of which is a double band made of metals with different expansion coefficients. By moving this temperature contact within the oil, ie more or less close proximity of the temperature-sensitive part to the heating coil Wi ₁ , the point controlled in the protective device can be more or less adapted to the endangered point of the device to be protected. Is z. B. the insulation of the motor at the armature winding is the dangerous point, then it is recommended to use the double band of the temperature

kontaktes T möglichst nahe an die Heizwicklung Wh zu bringen.contact T as close as possible to the heating winding Wh .

Die Schaltung zeigt, wie die Hauptstromwicklung Wh von einem Nebenschlußwiderstand N' im Hauptstromkreis abgezweigt, die Spannungswicklung W_s mit dem Feld F in Reihe gelegt ist. Der Temperaturkontakt schaltet bei der Gefahrtemperatur die Auslösespule A ein, welche die Auslösung des Hauptschalters H bewirkt.The circuit shows how the main current winding Wh is branched off from a shunt resistor N ' in the main circuit, the voltage winding W _s is placed in series with the field F. The temperature contact switches on the tripping coil A at the hazardous temperature, which triggers the main switch H.

Zwecks Annäherung der Verhältnisse zwischen dem Schutzapparat und dem zu schützenden Apparat sind folgende Größen an - ersterem einzustellen: Die Wärmekapazität des Einsatzes, die Wärmekapazität der Kapsel, die Wärmeableitung aus dem Einsatz in die Kapsel, die Wärmeableitung aus der Kapsel ins Freie, die Wärmeableitung aus dem Einsatz ins Freie, ferner das Verhältnis der entwickelten Wärmemenge in Haupt- und Nebenwicklung. Aus vorstehendem ist ersichtlich, wie alle diese Größen in beliebiger Weise eingestellt und verändert werden können.For the purpose of approximating the relationships between the protective apparatus and that to be protected The following parameters are to be set in the apparatus - the former: The heat capacity of the Insert, the heat capacity of the capsule, the heat dissipation from the insert into the Capsule, the heat dissipation from the capsule to the outside, the heat dissipation from the insert into the open air, and also the ratio of the amount of heat developed in the main and secondary winding. From the above it can be seen how all these variables are set in any way and can be changed.

In dem Beispiel ist jedoch eine direkte Wärmeableitung aus dem Einsatz ins Freie nicht vorhanden, von der Vorstellung ausgehend, daß eine solche auch in dem zu schützenden Apparat nicht vorhanden sei. Will man auch diese Ergänzung noch berücksichtigen, so ist es nur erforderlich, das Rohr R im Gefäß G mehr oder weniger einseitig anzubringen oder ganz an die eine Wand zu legen. Das Verhältnis der Energiemengen in den Wicklungen läßt sich durch Abstufung der Stromstärken, die Wärmeableitung in dem einen Sinne durch Umwicklung mit schlechten Wärmeleitern, in dem anderen Sinne durch zusätzliche Kühlrippen oder Vergrößerung oder Schwärzung der Oberflächen, die Wärmekapazitäten durch Zusätze von mehr oder weniger Material entsprechend gewählter spezifischer Wärme verändern.In the example, however, there is no direct heat dissipation from the insert to the open air, based on the assumption that such is not present in the apparatus to be protected. If one also wants to take this supplement into account, it is only necessary to attach the pipe R in the vessel G more or less on one side or to lay it entirely on one wall. The ratio of the amounts of energy in the windings can be determined by grading the current strengths, the heat dissipation in the one sense by wrapping with poor heat conductors, in the other sense by additional cooling fins or enlargement or blackening of the surfaces, the heat capacities by adding more or less material accordingly change selected specific heat.

Abweichend von der Ausführungsform des Beispiels kann z. B. ein geschütteter oder festerNotwithstanding the embodiment of the example, z. B. a poured or solid

Körper die ölfüllung ersetzen; man wird in diesem Falle statt des Temperaturkontaktes ein anderes temperaturempfindliches Mittel wählen, z. B. einen Faden aus leicht schmelzbarem Metall, über den eine Ruhestrom auslösung für den Schalter gespeist wird. Ein solcher Faden kann bequem in einer Patrone untergebracht sein, die in dem Heizkörper an geeigneter Stelle angebracht wird und jeweils nach dem Schmelzen des Fadens auszuwechseln ist. Verbindungen mit anderen ähnlichen temperaturempfindlichen Körpern, wie Zerreißsicherungen mit Festhaltung durch Lötstellen, werden danach einfach festzustellen sein.
In denjenigen Fällen, in den eine dauernde Einschaltung des Feldes nicht stattfindet, also praktisch in den meisten Fällen, wird man die Spannungswicklung W_s fortlassen können, sie ist hier nur eingefügt worden, um das Beispiel vollständiger zu gestalten. Anstatt die Wicklung W_s von der Spannung zu speisen, kann sie auch ari eine unabhängige Stromquelle angeschlossen werden.Body replace the oil filling; in this case, instead of temperature contact, another temperature-sensitive agent will be chosen, e.g. B. a thread made of easily fusible metal, through which a quiescent current release for the switch is fed. Such a thread can conveniently be accommodated in a cartridge which is fitted in the heating element at a suitable location and which has to be replaced after the thread has melted. Connections to other similar temperature-sensitive bodies, such as tear-proofs with retention by soldered joints, will then be easy to determine.
In those cases in which the field is not permanently switched on, i.e. practically in most cases, the voltage winding W _s can be omitted; it has only been inserted here to make the example more complete. Instead of supplying the winding W _s with voltage, it can also be connected to an independent power source.

In dem gezeichneten Beispiel ist ferner auch die Ableitung aus dem Einsatz in die Kapsel nicht einstellbar, obwohl dies beispielsweise durch Anbringung von Kühlflächen oder Umwicklung mit schlecht leitendem Material ohne weiteres erreichbar wäre. Eine derartige Beeinflussung der Ableitung läßt sich entbehren. Die Ableitung von der Kapsel nach außen ist mittels des Verdrängers und der Kühlfläche, ebenso sind die beiden Wärmekapazitäten des Einsatzes und der Kapsel regelbar.In the example shown, the derivation from the insert into the Capsule not adjustable, although this can be done, for example, by attaching cooling surfaces or Wrapping with poorly conductive material would be easily achievable. Such a one Influencing the derivation can be dispensed with. The derivation from the capsule after outside is by means of the displacer and the cooling surface, as are the two heat capacities of the insert and the capsule can be regulated.

Von den oben genannten fünf bestimmenden Größen der Kapazitäten und Ableitungen brauchen überhaupt nur vier verändert werden, da zwischen ihnen eine gewisse Abhängigkeit vorhanden ist und man sich außerdem zwecks Erzielung einer bestimmten Temperatur für das Ansprechen des Schutzapparates noch weiterer Regelungen bedienen kann, nämlich einer Veränderung der Temperatur, bei welcher das temperaturempfindliche Organ anspricht, z. B. Verstellung der Stellschrauben im Temperaturkontakt T oder Veränderung der in der Heizwicklung erzeugten Wärme durch Veränderungen des die Heizwicklung durchfließenden Stromes. Zur Vereinfachung wird es daher in vielen Fällen empfehlenswert sein, von w-thermischen Größen, nämlich Wärmekapazitäten und Ableitungen, nur η-τ zu regeln.Only four of the above-mentioned five determining quantities of the capacitances and discharges need to be changed, since there is a certain dependency between them and further regulations can be used to achieve a certain temperature for the response of the protective apparatus, namely a change in the Temperature at which the temperature sensitive organ responds, e.g. B. Adjustment of the adjusting screws in the temperature contact T or change in the heat generated in the heating coil by changing the current flowing through the heating coil. To simplify matters, it is therefore advisable in many cases to regulate only η-τ of w-thermal quantities, namely heat capacities and discharges.

Alle vorstehend geschilderten Maßnahmen bezogen sich darauf, daß die Erwärmungs- und Abkühlungskurven des Abbildes proportional denjenigen des Urbildes sein sollten. Da nun die Gefahrgrenze nicht durch eine bestimmte Übertemperatur über die Raumtemperatur, sondern durch eine bestimmte Gesamttemperatur gegeben ist und die Raumtemperatur für Urbild und Abbild dieselbe ist (oder sein sollte), so wird es zweckmäßig sein, nicht nur die Proportionalität, sondern die Gleichheit der Kurven zu erreichen. Zu diesem Zwecke ist es nur erforderlich, die Stromstärke in den Wicklungen so einzuregeln, daß der Ordinatenmaßstab der Erwärmungs- und Abkühlungskurven passend wird; dann kann man eine vollständige Gleichheit dieser Kurven erreichen und das temperaturempfindliche Organ im Abbild direkt auf die Gefahrgrenze des Urbilds, im erwähnten Beispiel 80°, einstellen.All of the above measures related to the fact that the heating and The cooling curves of the image should be proportional to those of the original. Because now the danger limit is not due to a certain excess temperature above room temperature, but is given by a certain total temperature and the room temperature is (or should be) the same for archetype and copy, it will be expedient, not only to achieve the proportionality but the equality of the curves. To this end it is only necessary to regulate the amperage in the windings so that the ordinate scale the heating and cooling curves become appropriate; then you can get one Achieve complete equality of these curves and the temperature-sensitive organ in the image Set directly to the danger limit of the original, 80 ° in the example mentioned.

Claims

Patent-to sayings:

i. Protection device for current-carrying bodies resulting from a thermal Image of the body to be protected

stands, characterized in that this image is special, for. B. in whole or in part Liquid or loose bodies, existing masses for insert (the heat-generating part) and capsule (the heat the receiving part).

2. Protection device according to claim i, characterized in that the thermal image contains control devices either for all heat capacities and heat dissipations or only for ni of η in question heat capacities and heat dissipations.

3. Protection device according to claim 1 or 2, characterized in that the mutual position of the insert to the capsule and the temperature-sensitive organ is made adjustable within the capsule and for use.

4. Protection device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that for mapping the heat source not dependent on the main current, a special winding (Ws) is present, which is fed depending on 'needs from the voltage or an independent power source.

1 sheet of drawings.