DE3113557C2

DE3113557C2 - Elektrische Meßeinrichtung für die Läufertemperatur elektrischer Maschinen

Info

Publication number: DE3113557C2
Application number: DE19813113557
Authority: DE
Inventors: Herwig Dr.-Ing. 8540 Schwabach Güntner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-04-03
Filing date: 1981-04-03
Publication date: 1984-04-26
Also published as: JPS57178119A; DE3113557A1

Abstract

Eine induktive eisenlose Übertrageranordnung (7, 8) bildet mit ihrer ruhenden Ringspule (8) einen Teil des Schwingkreises eines freischwingenden Oszillators (9), der von einer ruhenden Gleichstromversorgung (11) gespeist wird. Der Oszillator (9) wird von einer periodisch mit temperaturabhängigem Tastverhältnis geschalteten rotierenden Belastungsschaltung (6) belastet und ändert pulsbreitenmoduliert seine Stromaufnahme und seine Schwingfrequenz. Die aus seiner Stromaufnahmeänderung mittels einer Einrichtung (10) abgeleiteten Meßsignale sind der Läufertemperatur proportional. Die taktweise Schaltung der Belastungsschaltung (6) erfolgt in Abhängigkeit von dem Signal eines Meßfühlers (1) und Ausgangsimpulses eines niederfrequenten Impulsgenerators (3) über einen Komparator (4). Die Frequenz des Impulsgenerators ist wesentlich kleiner als die Schwingfrequenz des Oszillators.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Meßeinrichtung für die Läufertemperatur elektrischer Maschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche bekannte Meßeinrichtung (Siemens-Betriebsanleitung NMA 2886 D) überträgt die von einer ruhenden Wechselstromversorgung gelieferte elektrische Energie über eine eisengefüllte ruhende Spule und eine eisengefüllte rotierende Spule einer Übertrageranordnung auf eine mit der rotierenden Spule zu einer Baueinheit verbundenen rotierenden Signalschaltung, die von einem mitrotierenden Meßfühler zur Erzeugung von temperaturproportionalen Meßsignalen angesteuert wird, die dann ihrerseits über eine gesonderte, von der erstgenannten rotierenden Spule entkoppelte rotierende Signalspule sowie eine ruhende, ihrerseits ebenfalls entkoppelte Signalspule induktiv auf eine Auswerteschaltung für die Meßsignale übertragen werden.

Die ei-sengefüllte Übertrageranordnung mit den beiden voneinander entkoppelten aufwendigen Spulenanordnungen ist schwer und teuer und erfordert eine erhebliche axiale Baulänge bei relativ kleinen Luftspalten zwischen rotierenden und ruhenden Spulen, so daß zwecks Einhaltung dieser kleinen Luftspalte enge Toleranzen für ein axiales Wellenspiel der Läuferwelle gefordert werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 in Aufbau und Wartung zu vereinfachen, robuster, kleiner und leichter zu bauen und den Luftspalteinfluß auf das Meßergebnis zu vermindern, so daß größere Wellenspiele in Achsrichtung praktisch keinen Einfluß auf die Genauigkeit der temperaturabhängigen Meßsignale haben.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die Maßnahmen nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1.

Gegebenenfalls soll eine leichte Anpassung der Meßeinrichtung an verschiedene Maschinentypen und -großen für große Temperatur- und Drehzahlbereiche möglich sein und die Meßsignale in analoger und digitaler Form erhalten zu können.

Solche vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch an Hand eines Blockschaltbildes dargestellt und nachfolgend erläutert.

Im nicht dargestellten Läufer einer elektrischen Maschine ist z. B. in üblicher Weise in einer Nut ein bekannter, kontinuierlich arbeitender Meßfühler 1, insbesondere ein Plaint-Widerstandsfühler Pt 100 oder ein Heißleiter angebracht, der Teil einer Meßbrücke 2 ist, die einen Verstärker zur Verstärkung des Fühlersignals enthält. Die Ausgangsgröße des Verstärkers wird zusammen mit der Ausgangsgröße eines mit wenigen Hz arbeitenden Impulsgenerators 3 (Dreieck- oder Sägezahn-Generator) einem Komparator 4 zugeführt zur Bildung eines temperaturproportionalen Steuersignales für die mit temperaturproportionalem Tastverhältnis erfolgende Ein- und Ausschaltung einer nachfolgend noch erläuterten Belastungsschaltung 5. Die

Belastungsschaltung 5 hat eine Gleichstromversorgung 6 für die Meßbrücke 2 samt Verstärker, den Impulsgenerator 3 und den Komparator 4. Alle genannten Teile außer dem Meßfühler 1 sind zusammen mit der eisenlosen Ringspule 7 einer Übertrageranord- s nung zu einer auf der Läuferwelle befestigten scheibenförmigen Baueinheit zusammengefaßt, der eine eisenlose ruhende Ringspule 8 der induktiven Übertrageranordnung unter Freilassung eines radialen und/oder axialen Luftspaltes zugeordnet ist Die ruhende Ringspule 8 ist Teil des Schwingkreises, insbesondere des Parallelschwingkreises eines mit mehreren kHz freischwingenden Oszillators 9, der von einer ruhenden Gleichstromversorgung 11 mit Strom gespeist wird. Über die Übertrageranordnung mit den Ringspulen 7,8 wird vom Oszillator 9 die im rotierenden Teil der Meßeinrichtung benötigte Energie der Belastungsschaltung 5 samt Gleichstromversorgung 6 zugeführt Bei der periodisch temperaturabhängig impulsbreitenmodulierten Belastung des Oszillators 9 wird durch die Belastungsschaltung 5 der Schwingkreis entsprechend gedämpft, wodurch sich die Schwingfrequenz und die Gleichstromaufnahme des Oszillators 9 im gleichen Tastverhältnis ändern. Mittels einer zwischen der Gleichstromversorgung 11 und dem Oszillator 9 vorgesehenen Einrichtung 10 zur Erfassung der Stromaufnahmeänderung wird die pulsbreitenmodulierte Änderung der Stromaufnahme erfaßt und über einen Hochpaß 12, einen nachgeordneten Verstärker 13 samt Spannungsbegrenzungselementen sowie eine Glättungsschaltung 14 eine der temperaturproportionalen Änderung des Tastverhältnisses entsprechende analoge Meßgröße an dem Ausgang A 1 als Spannung abgenommen. Über ein eingeprägtes Stromglied 15 kann an dessen Ausgang A 2 die Meßgröße als Strom sowie hinter Grenzwertstufen 16 und 17 an deren Ausgängen A 3 und A 4 jeweils eine digitale Meßgröße abgenommen werden, die zur Betätigung von Auslöseorganen oder Meldeeinrichtungen verwendet wird.

Die Bemessung des Oszillators 9 ist so zu wählen, daß die Änderung seiner Stromaufnahine bei Belastung durch die Belastungsschaltung 5 im Meßbereich so groß wie möglich ist, wozu auch die Belastungsschaltung selbst entsprechend zu dimensionieren ist Entsprechendes gilt auch für die Änderung der Schwingfrequenz des Oszillators. Durch den freischwingenden Oszillator 9 kann dessen Schwingkreis mit der ruhenden Ringspule stets unabhängig von Einbau und Temperatureinflüssen der Umgebung in Resonanz betrieben werden.

Die Gleichstromversorgung der rotierenden Schaltungsteile erfolgt bei eingeschalteter Belastungsschaltung 5 von der ruhenden Gleichstromversorgung 6 und bei ausgeschalteter Belastung durch ÄC-Glieder der Bdastungsschaltung. Das Tastverhältnis liegt etwa zwischen 30% bei der unteren Temperaturgrenze (z. B. 0°C) und etwa 80% bei der oberen Temperaturgrenze (z.B. 200° C).

Durch mitrotierende Meßstellenumschalter für weitere Meßfühler läßt sich die Meßeinrichtung erweitern und durch Beeinflussung des Verstärkers in der Meßbrücke 2 eine Anpassung an verschiedene Maschinentypen erreichen.

Die axiale Länge der rotierenden Baueinheit kann unter 10 mm betragen, so daß in Verbindung mit radial und/oder ?,x\a\ zulässigen Toleranzen von ±5 mm für den Luftspalt eine Meßeinrichtung nach der Erfindung praktisch in jeder Maschine untergebracht werden kann. Die scheibenförmige glasfaserverstärkte Baueinheit ist für hohe Beschleunigungen in drei Achsen sowie für hohe Drehzahlen ausreichend stabil und gegen Verschmutzung und sonstige Einflüsse der Umgebung unempfindlich.

Die Meßeinrichtung kann auch für die berührungslose Erfassung der Temperatur rotierender Teile anderer Maschinen oder Geräte eingesetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Meßeinrichtung für die Läufertemperatur elektrischer Maschinen mit einem im Läufer angeordneten Meßfühler und einer von diesem gesteuerten Signalschaltung, die über eine aus rotierenden und feststehenden und zur Läuferwelle konzentrisch beabstandeten Spulen gebildete induktive Übertrageranordnung von einer ruhenden Stromversorgung gespeist ist und über die Übertrageranordnung ihre temperaturabhängigen Signale auf eine ruhende Auswerteschaltung zur Bildung von Meßsignalen überträgt, wobei die Signalschaltung und die rotierenden Teile der Übertrageranordnung zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertrageranordnung nur aus einer eisenlosen, ruhenden F-ingspule (8) und einer eisenlosen rotierenden" Ringspule (7) besteht und die mit der rotierenden Ringspule (7) zu einer scheibenförmigen Baueinheit zusammengefaßte Signalschaltung (2 bis 6) eine mit temperaturabhängigem Tastverhältnis impulsweise betätigte Belastungsschaltung (5) enthält, die entsprechend dem Tastverhältnis einen die ruhende Ringspule (8) in seinem Schwingkreis enthaltenden freischwingenden Oszillator (9) dämpft, aus dessen dabei auftretenden temperaturabhängig pulsbreitenmodulierten Änderungen der Gleichstromaufnahme und Schwingfrequenz des Oszillators (9) die temperaturproportionalen Meßsignale abgeleitet sind.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsschaltung (5) über eine Gleichrichterbrücke an die rotierende Ringspule (7) angeschlossen und außerdem als rotierende Gleichstromversorgung (6) für die übrigen Teile (2 bis 4) der Signalschaltung mitbenutzt ist und daß die Belastungsschaltrng (5) in Abhängigkeit von den temperaturabhängig pulsbreitengesteuerten Signalen eines mit wesentlich niedrigerer Frequenz als die Schwingfrequenz des Oszillators (9) arbeitenden Impulsgenerators (3) ein- und ausgeschaltet wird.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (1) Teil einer Meßbrücke (2) ist, die mii einem nachgeschalteten Verstärker auf den einen Eingang eines !Comparators (4) geführt ist, dessen anderer Eingang an den Impulsgenerator (3) angeschlossen und dessen Ausgang mit der Belastungsschaltung (5) verbunden ist.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsschaltung (5) im wesentlichen aus Transistoren in Kaskadenschaltung sowie für die Gleichstromversorgung aus fiC-Gliedern mit Zenerdioden besteht.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (9) einen die ruhende Ringspule (8) enthaltenden Parallelschwingkreis aufweist und die Ringspule (8) in Mittelanzapfung über eine Schaltung (10) zur Erfassung der Stromaufnahmeänderung mit der ruhenden Gleichstromversorgung (11) und andererseits über einen Hochpaß (12) und über einen Verstärker (13) mit Begrenzungsschaltung mit einer steuerbaren Glättungsschaltung verbunden ist, an der ausgangsseitig das analoge Meßsignal auftritt.

6. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch

gekennzeichnet, daß mehrere Meßfühler über Meßstelleneinschalter an die Meßbrücke anschaltbar sind und der Verstärker der Meßbrücke einstellbar ist