DE3219199A1

DE3219199A1 - Schaltungsanordnung zur ueberwachung der erwaermung von elektrisch betriebenen motoren

Info

Publication number: DE3219199A1
Application number: DE19823219199
Authority: DE
Inventors: Hubert Ing.(grad.) 5628 Heiligenhaus Röllecke
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1982-05-21
Filing date: 1982-05-21
Publication date: 1983-11-24
Also published as: SE8302829D0; GB2120877A; CH658953A5; GB8313988D0; DE3219199C2; GB2120877B; SE451783B; SE8302829L

Description

·■/. ·: .:"'::'." ΊΙ-'": 321 9 Ί

Hartmann & Braun δοοό"Frankfurt*"(Main) , 07.05.82

Aktiengesellschaft Gräfstraße 97 Tu/Dg

Schaltungsanordnung zur Überwachung der Erwärmung von elektrisch betriebenen Motoren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur überwachung der Erwärmung von elektrisch betriebenen Motoren entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruches .

Zur Überwachung von Elektromotoren werden elektronische Schutzeinrichtungen benötigt, die die Temperatur der stromdurchflossenen Schützlinge erfassen und die bei überschreiten der zulässigen Betriebstemperatur das zu schützende Objekt außer Betrieb setzen. Bei Motoranläufen wird in der Mehrzahl der Anwendungsfälle der Rotor thermisch besonders stark beansprucht. Es ist allgemein bekannt, bei laufender Maschine in erster Näherung den Strom des Stators, der den Rotorstrom enthält, quadratisch in einem elektronischen Zeitglied elektrisch nachzubilden und zu bewerten. Im Gegensatz zu einfachen "thermischen Abbildern" mit indirekt beheizten Bimetallsysteinen bieten Motorschutzrelais mit elektrisch nachgebildeter thermischer Zeitkonstante die Möglichkeit, die Forderung zu erfüllen, daß auch aus betriebswarmen Zustand noch mindestens ein Motoranlauf erfolgen kann (AEG-TFK - Mitteilungen, 1968, H6, Seite 372 sowie EP-OS 00 19 885)=,

Aus der DE-OS 28 44 706 ist eine Schaltung bekannt, bei der die Zeitstufe im Motorschutzrelais oberhalb des Nennstromes von einem Funktionsgeber und unterhalb des Nennstromes von einem anderen Funktionsgeber beaufschlagt wird, sodaß hiermit die Erwärmung des Rotors im Nennbetrieb simuliert wird. Nachteilig dabei ist, daß die sehr große Abkühlzeitkonstante bei stehender Maschine nicht voll berücksichtigt ist. Unter Verwendung von RC-Gliedern lassen sich sehr große Abkühlzeitkonstanten nur schwierig realisieren, zumal diese von Motor zu Motor stark schwanken.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie die unterschiedlich langen Abkühlzeiten sowohl der laufenden als auch der stehenden Maschinen erfaßt.

Die gestellte Aufgabe ist mit den im Kennzeichen des Patentanspruches angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichnet. Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Motorschutzrelais, Fig. 2 das Spannungs- Zeit-Diagramm des elektronisch nachgebildeten Temperaturverlaufes des Schutzrelais nach Fig. 1 für einen Motor, Fig. 3 das Schutzrelais nach Fig. 1 in einer geänderten Ausführungsform und

Fig. 4 eine Schaltungsausführung für das Zeitsteuerwerk.

5 In Fig. 1 sind mit 1 drei Leitungen eines Dreiphasensystems für einen Motor M bezeichnet, dessen Ströme

über Stromwandler 2 einer elektronischen Auswerteschaltung zugeführt werden. Ein Impulsgeber 3 formt die Ströme in Impulse um. Dieser Impulsgeber sendet oberhalb Nennstrom Impulse aus, deren Pulsabstand sich quadratisch mit zunehmendem Strom verkürzt. Diese Impulse laden über einen Widerstand 5 und eine Diode 6 einen Kondensator 7 als Speicherglied auf. Erreicht die Spannung des Speichergliedes den Auslösegrenzwert des Schwellschalters 8, so löst dieser das Relais 9 aus, welches die Auslösespule eines Leistungsschalters 10 erregt, der den Stromkreis des Schützlings M unterbricht. Nach Abschaltung des Stromes wird der Kondensator 7 über den Widerstand 11 entladen. Insoweit ist der schaltungstechnische Aufbau eines Motorschutzrelais bekannt. Dieser Aufbau ist, wie nachfolgend beschrieben, durch die Erfindung erweitert und verbessert.

Die Ausgangsströme der Stromwandler 2 speisen zwei Schwellwertschalter des Zeitsteuerwerkes Ί4. Der Schwellwertschalter 12 prüft, ob sich der Strom oberhalb oder unterhalb C mal Nennstrom befindet, wobei c = 1.2 2.5 mal Nennstrom ist als Kriterium für. einen Motoranlauf. Bei Überschreitung dieses Wertes spricht der Schwellwertschalter 12 an. Der Schwellwertschaltex stellt fest, ob der Strom Null ist, d.h. ob der Motor M abgeschaltet ist. Der Schwellwertschalter 13 kann durch einen Hilfskontakt ersetzt werden, welcher mit dem Leistungsschalter 10 in Aus-Stellung gekoppelt ist.

Eine Zeitauswertestufe 28 zählt die Motoranläufe pro Zeiteinheit. Während des Zählvorganges bewertet die Stufe 28 die Abkühlzeit des laufenden Rotors und die Abkühlzeit des stehenden Motors. In Fig. 2 ist der Verlauf der Ladespannung U des Kondensators 7 über

_ 4 „

der Zeit t durch eine Kurve graphisch dargestellt. Wird zum Zeitpunkt T der Motor M eingeschaltet, so überlagert die Zeitauswertestufe 28 in der ersten Stufe A zum Zeitpunkt TA dem Kondensator 7 über die Diode 15 eine geringe Spannung U_y . Die Spannung U simuliert die Erwärmung des Rotors bei Nennbetrieb nach dem ersten Anlauf,

Wie Fig. 2 erkennen läßt, erhöht die Zeitauswertestufe 28 nach einem weiteren Motoranlauf in ihrer zweiten Stufe B zum Zeitpunkt TB die Voraufladespannung auf die Spannung U,_Tr). Nach einem weiteren

Via

dritten Motoranlauf sperrt die Stufe 28 zum Zeitpunkt TC in ihrer dritten Stufe C über das Hilfsrelais eine weitere Einschaltung des Leistungsschalters Gleichzeitig wird dem Kondensator 7 nochmals eine erhöhte Spannung U_vc überlagert. Die Rücksetzung der Stufen B und C der Zeitauswertestufe und des Hilfsrelais 16 erfolgt mit der Abkühlzeit des laufenden Rotors, die Rücksetzung der Stufe A mit der Abkühlzeit des stehenden Motors M. Hiermit ist die häufig gestellte Forderung erfüllt, drei Anläufe aus kaltem und zwei Anläufe aus betriebswarmen Zustand des Motors zuzulassen.

Das in Figur 3 dargestellte Motorschutzrelais entspricht in seinem Aufbau und seiner Wirkungsweise im wesentlichen der Ausführungsform nach Fig. 1. Jedoch an Stelle der Voraufladung über eine Diode wird hier der Fußpunkt des Entladewiderstandes 11 auf einen Spannungsteiler mit den Teilerwiderständen R1, R2 und R3 umgeschaltet. Dies bewirkt, daß bei Rückschaltung der Zeitauswertestufe 28 auf eine niedrigere Stufe die Entladung des Kondensators 7 langsam erfolgt. Der 5 gestrichelte Teil der Kurve in Fig. 2 zeigt den Verlauf der Entladespannung U für die Ausführung mit Entladewiderstand 11 .

— 5 —

In Fig. 4 ist eine mögliche Ausführungsform für das Zeitsteuerwerk 14 dargestellt.

Nach jedem Motoranlauf wird von dem Kippglied 12 ein Signal auf den Setzeingang a eines Schieberegisters gegeben. Die Ausgänge A1...A3 des Schieberegisters beaufschlagen die MOS-Karölschalter 18, die entsprechend der Schaltstufe eine Teilspannung über die Diode 15 zur Voraufladung dem Speicher 7 zuführen.

Bei eingeschaltetem Motor wird von dem Kippglied 13 über das bistabile Kippglied 19 die Zeitstufe 20 angesteuert. An dieser Zeitstufe wird die Abkühlzeit des Rotors bei laufender Maschine eingestellt. Nach Ablauf der eingestellten Zeit wird über die &-Stufe und die ODER-Verknüpfung 2 2 der Rücksetzeingang b des Schieberegisters 17 beaufschlagt. Die Rücksetzung von der Zeitstufe 20 kann aber bedingt durch die &-Stufe 21 und die ODER-Verknüpfung 23 nur erfolgen, wenn das Schieberegister in der zweiten oder dritten Stufe A2, A3 steht.

Bei jedem Ansprechen der Zeitstufe 20 wird über das ODER-Glied 24 der Rücksetzeingang R des bistabilen Kippgliedes 19 beaufschlagt, so daß ein erneuter Anlauf der Zeitstufe 20 erst erfolgt, wenn entweder von dem Kippglied 13 am statischen Eingang S des bistabilen Kippgliedes 19 noch ein Signal ansteht, der Rotor sich also dreht, oder wenn eine Einschaltung des Motors erfolgt, so daß das Kippglied 3 3 erneut anspricht. Die Ruoksetzung des bistabilen Kippgliedes erfolgt über die ODER-Verknüpfung 24 auch vom invertierenden Ausgang des Kippgliedes 13, so

3219193

daß bei ausgeschaltetem Motor der Zeitablauf zur Rücksetzung der Zeitstufe 20 unterbrochen wird.

Bei ausgeschaltetem Motor wird von einem weiteren invertierenden Ausgang des Kippgliedes 13 über das bistabile Kippglied 25 die Zeitstufe 26 angesteuert. Diese Zeitstufe ist auf die Abkühlzeit des stehenden Motors eingestellt. Nach Ablauf der eingestellten Zeit wird über die ODER-Verknüpfung 22 das Schieberegister bis zur Anfangsstellung zurückgesetzt.

Bei jedem Ansprechen der Zeitstufe 26 wird über das ODER-Glied 27 der Rücksetzeingang R des bistabilen Kippgliedes 25 beaufschlagt, so daß ein erneuter Anlauf der Zeitstufe 26 erst erfolgt, wenn entweder von dem Kippglied 13 am statischen Eingang S des bistabilen Kippgliedes 2 5 noch ein Signal ansteht, der Motor also abgeschaltet ist, oder wenn eine Abschaltung des Motors erfolgt, so daß das Kippglied erneut zurückfällt.

Die Rücksetzung des bistabilen Kippgliedes 25 erfolgt über die ODER-Verknüpfung 27 auch vom Ausgang des Kippgliedes 13, so daß bei eingeschaltetem Motor der Zeitablauf zur Rücksetzung der Zeitstufe 26 unterbrochen wird.

Die Funktion dieser Schaltung kann auch mit einem Microcomputer realisiert werden. 30

2 Leerseite

Claims

Patentansprüche:

Schaltungsanordnung zur überwachung der Erwärmung von elektrisch betriebenen Motoren, die in quadratischer Abhängigkeit der zu überwachenden Motorströme ein Speicherglied beaufschlagt, dessen Speicherinhalt als Maß für die Temperatur des Motors dient, mit einer Schaltstufe, die nach Erreichen eines vorgegebenen Speicherinhaltes den Stromkreis des Motors unterbricht, gekennzeichnet durch ein Zeitsteuerwerk (14), welches die Ein- und Ausschalthäufigkeit des Motors (M) pro Zeiteinheit erfaßt und in Abhängigkeit davon den Inhalt des Speichergliedes (7) ändert derart, daß sein Speicherinhalt ein Maß für die Betriebstemperatur des Motors darstellt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Zeitsteuerwerk mit

einem ersten Kippglied (12), welches ein Signal erzeugt, wenn der Anlaufstrom des Motors (M) einen Wert oberhalb des C mal Nennstromes überschreitet, wobei 1 ,2 a£ C S^ 2,5 ist, sowie mit einem zweiten Kippglied (13) , welches bei Stillstand des Motors (M) ein Signal erzeugt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des Speichergliedes (7) in Stufen geändert wird, wobei die Größe jeder Stufe ein Maß für die momentane Erwärxnungszustandsänderung des Motors (M) darstellt.