DE3405002A1 - Starting protection for an asynchronous rotating-field machine - Google Patents
Starting protection for an asynchronous rotating-field machineInfo
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Abstract
Description
151/83151/83
23-12.8323-12.83
Ka/ehKa / eh
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Anlaufschutz für asynchrone Drehfeldmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention is based on start-up protection for asynchronous induction machines according to the preamble of claim 1.
Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung Bezug auf einen Stand der Technik wie er in der CH-PS 615 538 beschrieben ist. Bei diesem Anlaufschutz wird der Anlaufvorgang einer asynchronen Drehfeldmaschine durch Erfassung einer drehzahlabhängigen Grosse, wie etwa des Wirkwiderstandes, überwacht. Ein AnlaufVorgang wird dann als gelungen beurteilt, wenn innerhalb einer fest vorgegebenen Anlaufzeit ein vorgegebener Wert der drehzahlabhängigen Grosse, etwa des Wirkwiderstandes, erreicht wird. Mit dem bekannten Anlaufschutz lässt sich jedoch nicht der gesamte kritische Bereich einer elektrischen Maschine beim Anlauf, welcher zwischen Stillstand und Kippunkt liegt, überwachen. Erst nach Durchlaufen des Kippunktes, d.h.derjenigen Stelle, an der bei steigender Drehzahl das Drehmoment der Maschine rasch abnimmt, kann mit SicherheitWith this generic term, the invention refers to a state of the art such as that in CH-PS 615 538 is described. With this start-up protection, the start-up process of an asynchronous induction machine is detected by means of detection a speed-dependent variable, such as the effective resistance, is monitored. A start-up process is then called judged to be successful if a specified value of the speed-dependent value is reached within a fixed, specified start-up time Large, such as the effective resistance, is achieved. With the well-known tarnish protection, however, not the entire Monitor critical area of an electrical machine during start-up, which lies between standstill and breakdown point. Only after passing through the tipping point, i.e. the one Point at which the torque of the machine decreases rapidly with increasing speed, can with certainty
- JK- 151/83- JK- 151/83
Ή-Ή-
ausgesagt werden, dass ein Anlaufvorgang gelungen ist. Insbesondere bei Maschinen mit extremer Materialausnutzung kann je nach Läuferaus führung ein Spannungseinbruch vor Erreichen des Kippunktes nachteilige Folgen haben.it can be stated that a start-up process was successful. Especially with machines with extreme material utilization Depending on the rotor design, a voltage drop before the tipping point is reached can have detrimental consequences.
Die Erfindung wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen Anlaufschutz der gattungsgemässen Art zu schaffen, welcher in einfacher Weise eine sichere Ueberwachung des gesamten kritischen Bereiches während des AnlaufVorganges der zu überwachenden Maschine ermöglicht.The invention as characterized in the claims solves the problem of tarnishing protection of the generic type Art to create, which in a simple manner a safe monitoring of the entire critical area during the start-up process of the machine to be monitored enables.
Die Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gemäss dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der gesamte kritische Bereich für den Anlaufvorgang einer asynchronen Drehfeldmaschine überwacht wird, dass gefährliche Spannungseinbrüche vor Ueberschreiten des Kippunktes der Maschine berücksichtigt werden können, und dass darüber hinaus eine fortlaufende Korrektur der Anlaufzeit unter Beachtung der bei einem AnlaufVorgang wirkenden Speisespannung ermöglicht ist. Ferner bietet der erfindungsgemässe Anlaufschutz die Möglichkeit, durch Verwendung verschiedener Kriterien für den Anlauf- - und einen zusätzlich vorgesehenen Kurzschlussschutz eine vollständige Fehlerselektivität zu erreichen.The task is in connection with the features of the preamble according to the characterizing part of the claim 1 solved. The invention is characterized in that the entire critical area for the start-up process an asynchronous induction machine is monitored to ensure that dangerous voltage drops are not exceeded the tipping point of the machine can be taken into account, and that, in addition, a continuous correction the start-up time taking into account the during a start-up process acting supply voltage is enabled. Furthermore, the tarnish protection according to the invention offers the possibility by using different criteria for the start-up protection and an additional short-circuit protection to achieve complete fault selectivity.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.The following is an embodiment of the invention explained in more detail with reference to the drawing.
Hierbei zeigt:Here shows:
Fig. 1 ein Funktionsschema eines erfindungsgemäss ausgeführten AnlaufSchutzes,1 shows a functional diagram of one implemented according to the invention Start-up protection,
- -3- - 151/83- -3- - 151/83
- r.- r.
Fig. 2 ein Diagramm, aus welchem die Abhängigkeit des Wirkstromes I„ und des Phasenwinkels φ der Maschine vom Schlupf s hervorgeht, und2 shows a diagram from which the dependency of the active current I "and the phase angle φ of the machine from the slip s, and
Fig. 3 ein Prinzipschaltbild eines selektiven Anlauf- und Kurzschlussschutzes, bei dem der erfindungs-3 is a basic circuit diagram of a selective start-up and short-circuit protection, in which the invention
gemässe Anlaufschutz gemäss Fig. 1 verwendet wird.Appropriate anti-tarnish protection according to FIG. 1 is used will.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Anlaufschutz bezeichnet 1 eine asynchrone Drehfeldmaschine, deren Speisung dreiphasig (R, S, T) über einen Schalter 2 erfolgt, welcher von einem Betätigungsorgan 3, beispielsweise einem Magneten, geöffnet oder geschlossen werden kann. Ueber einen Stromwandler 4 und einen Spannungswandler 5 werden Strom I und Speisespannung U gemessen. Die Messwerte werdenIn the start-up protection shown in FIG. 1, 1 denotes an asynchronous induction machine, the supply of which is three-phase (R, S, T) takes place via a switch 2, which is controlled by an actuator 3, for example a magnet, can be opened or closed. Via a current transformer 4 and a voltage transformer 5, currents I and supply voltage U measured. The readings are
15' über Messwertgeber 6 und 7 einem Analog-Digital-Wandler15 'via transducers 6 and 7 to an analog-to-digital converter
8 zugeführt. Die digitalen Strom- und Spannungswerte werden nach Abgabe eines von einem Steuer- und Rechenwerk8 supplied. The digital current and voltage values are output by a control and arithmetic unit
9 erzeugten und sich in differentiellen Zeitabständen At periodisch wiederholenden Speichersignals in einen mit dem Steuer- und Rechenwerk 9 in Wirkverbindung stehenden Speicher 10 übertragen. Mit dem Steuer- und Rechenwerk 9 in Wirkverbindung steht ferner ein weiterer Speicher 11, in welchem die Werte9 generated and at differential time intervals At periodically repeating memory signal in one with the control and arithmetic logic unit 9 in operative connection Transfer memory 10. A further memory 11 is also operatively connected to the control and arithmetic logic unit 9, in which the values
Ij. und Uw von Nennstrom und -spannung der Drehfeldmaschine, Ij. and U w of the nominal current and voltage of the induction machine,
I eines den Anlaufstrom anzeigenden, ein Mehrmax a?I one indicating the starting current, one Mehrmax a?
faches des Nennstromes IM betragenden Wertes des Stroms I,times the nominal current I M amount of the current I,
t. der Nennanlaufzeit der Drehfeldmaschine 1 (d.h. der Zeit, innerhalb welcher die Maschinet. the nominal starting time of the induction machine 1 (i.e. the time within which the machine
vom Stillstand auf die Nenndrehzahl bei definiertem Last- und Trägheitsmoment sowie bei Nennspannung Un hochgelaufen ist), undhas run up from standstill to nominal speed at a defined load and moment of inertia and at nominal voltage U n ), and
-/- 151/85 - / - 151/85
.6..6.
t, der Zeitspanne, innerhalb welcher das Gleichstromglied im Ausgleichsvorgang des Einschaltvorganges ab geklungen ist,t, the time span within which the direct current element has subsided in the equalization process of the switch-on process,
eingegeben sind.are entered.
Das Steuer- und Rechenwerk 9 seinerseits weist Ausgänge auf, von denen einer mit dem Betätigungsorgan 3 und zwei weitere mit Eingängen eines UND-Gliedes 12 in Wirkverbindung stehen.The control and arithmetic unit 9 for its part has outputs on, of which one with the actuator 3 and two more with inputs of an AND element 12 in operative connection stand.
Die vom Spannungswandler 5 analog gemessene Spannung U der Maschine 1 wird auch einem Impulsumformer 13 zugeführt, dessen Ausgang mit einem weiteren Eingang des UND-Gliedes 12 verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gliedes 12 ist an ein Steuerorgan eines bipolaren Schalters 14 gelegt, welcher seinerseits über eine Bürde 15 am Ausgang des Messwertgebers 6 und andererseits über ein Filter 16 am Eingang des Analog-Digital-Wandlers 8 angeschlossen ist.The voltage U of the machine 1, measured analogously by the voltage converter 5, is also fed to a pulse converter 13, the output of which is connected to a further input of the AND element 12. The output of the AND gate 12 is connected to a control element of a bipolar switch 14 placed, which in turn via a burden 15 at the output of the transducer 6 and on the other hand via a Filter 16 connected to the input of the analog-digital converter 8 is.
Diese Anlage wirkt nun wie folgt:This system now works as follows:
Beim Einschalten der Drehfeldmaschine zum Zeitpunkt t = 0 ermitteln Strom- und Spannungswandler fortlaufend die Werte von Strom I und Speisespannung U. In der Anlaufphase der Drehfeldmaschine 1 steigt der Strom I stark an. Das Steuer- und Rechenwerk 9 ruft nach Abgabe eines Speichersignals innerhalb eines sich periodisch wiederholenden Zeitintervalls At den gerade im Speicher 10 abgelegten Wert des Stromes I zum Zeitpunkt m· At, wobei m = 1, 2, 3, .·., und den im Speicher 11 abgelegten Schwellenwert I des Stromes ab und vergleichtWhen switching on the induction machine at the time t = 0, current and voltage transformers continuously determine the values of current I and supply voltage U. In the start-up phase of the induction machine 1, the current I increases strong. The control and arithmetic unit 9 calls periodically after a memory signal has been output within a repeating time interval At the value of the current I just stored in the memory 10 at the time mAt, where m = 1, 2, 3,. ·., and those stored in memory 11 Threshold value I of the current and compares
max / \Max / \
diese Werte miteinander. Ueberschreitet der Strom I zum Zeitpunkt M- At den Schwellenwert I , so legtthese values together. If the current exceeds I. at the time M at the threshold value I, so sets
m ο χm ο χ
das Steuer- und Rechenwerk 9 ein Aktivierungssignal A, an einen Eingang des UND-Gliedes 12.the control and arithmetic logic unit 9 sends an activation signal A to an input of the AND element 12.
151/83151/83
Das Steuer- und Rechenwerk 9 weist zudem einen nicht dargestellten Zeitgeber auf, dessen Zeitangabe fortlaufend mit dem nach jeder Zeitspanne At aus dem Speicher 11 abgerufenen Wert der Abklingzeit t. verglichen wird. Ueberschreitet die Zeitangabe des Zeitgebers die Abklingzeit t,, so wird vom Steuer- und Rechenwerk 9 ein Aktivierungssignal A„ an einen anderen Eingang des UND-Gliedes gelegt. Das UND-Glied 12 ist nun aktiviert und die im Impulsumformer 13 in Rechteckimpulse umgeformten Analogwerte der Speisespannung U sind nun an das Steuerorgan des bipolaren Schalters 14 geführt. Der solchermassen angesteuerte Schalter 14 bildet zusammen mit dem nachgeschalteten Filter 16 ein dem Wirkstrom I,, = I-cosip proportionales Spannungssignal, wobei ψ der Phasenwinkel zwischen Strom I und Speisespannung U ist. Dieses Signal wird im Analog-Digital-Wandler 8 digitalisiert und entsprechend den digitalisierten Werten von Strom I und Speisespannung U im Speicher 10 abgelegt.The control and arithmetic unit 9 also has a timer, not shown, whose time information is continuous with the value of the decay time t called up from the memory 11 after each time period At. is compared. If the time specification of the timer exceeds the decay time t 1, the control and arithmetic unit 9 sends an activation signal A "placed on another input of the AND gate. The AND element 12 is now activated and the im Pulse converter 13 converted into square-wave pulses analog values the supply voltage U are now fed to the control element of the bipolar switch 14. That kind of thing The activated switch 14, together with the downstream filter 16, forms an active current I ,, = I-cosip proportional voltage signal, where ψ is the phase angle between current I and supply voltage U. This signal is digitized in the analog-to-digital converter 8 and corresponding to the digitized values of current I and Supply voltage U stored in memory 10.
Das Steuer- und Rechenwerk 9 ruft innerhalb der Zeitspanne At die zuvor zu den Zeitpunkten m· At und (m+1) At gespeicherten Werte I.. und I.. des Wirkstromes aus dem Speicher 10 ab und ermittelt hieraus durch Differenzbildung den differentiellen Wirkstrom.The control and arithmetic unit 9 calls within the time period At that previously at the times m · At and (m + 1) At stored values I .. and I .. of the active current from the memory 10 and determined therefrom by forming the difference the differential active current.
AI - I(m+1) - I(m)
t0 üiW "1W W 'AI - I (m + 1) - I (m)
t0 üi W " 1 WW '
Das Vorzeichen des solchermassen ermittelten differentiellen Wirkstromes AI11 wird fortlaufend in einer im Steuer- und Rechenwerk 9 vorgesehenen (nicht dargestellten) Einrichtung auf Vorzeichenwechsel überwacht.The sign of the differential active current AI 11 determined in this way is continuously monitored for a change in sign in a device (not shown) provided in the control and arithmetic unit 9.
Aus den innerhalb jeder Zeitspanne A t aus dem Speicher 10 abgerufenen Werten U der Speisespannung zu den Zeitpunkten m-A t, wobei m = 1, 2, 3, ..., und den im Speicher 11 abgelegten Werten von t. und Un ermitteltFrom the values U of the supply voltage retrieved from the memory 10 within each time span A t at the times mA t, where m = 1, 2, 3,..., And the values of t stored in the memory 11. and U n is determined
- jT - 151/83- jT - 151/83
-V-V
das Steuer- und Rechenwerk 9 fortlaufend die von der Speisespannung U abhängige Anlaufzeit t' der Maschine nach dem Algorithmusthe control and arithmetic unit 9 continuously determines the start-up time t 'of the machine, which is dependent on the supply voltage U according to the algorithm
f = t ( Un >2.f = t ( Un > 2 .
Der auf diese Weise ermittelte Wert der Anlaufzeit t!The value of the start-up time t!
der Maschine 1 wird über das nicht dargestellte Zeitwerk der Steuer- und Recheneinheit 9 fortlaufend überwacht. Wechselt der differentielle Wirkstrom AI1-. innerhalb dieser Anlaufzeit t' sein Vorzeichen, so ist die Maschine erfolgreich angelaufen. Aendert sich hingegen das Vorzeichen nicht, so ist der AnlaufVorgang gestört, beispielsweise durch Blockierung des Läufers der Maschine 1, und das Steuer- und Rechenwerk 9 erteilt an das Betätigungsorgan 3 einen Befehl A, durch welchen der Schalter 2 zum Unterbrechen des Stromes I betätigt wird.the machine 1 is continuously monitored by the timing mechanism, not shown, of the control and computing unit 9. If the differential active current AI 1 - changes. if its sign is within this start-up time t ', the machine has started up successfully. If, on the other hand, the sign does not change, the start-up process is disturbed, for example by blocking the rotor of the machine 1, and the control and arithmetic unit 9 issues a command A to the actuating element 3, by means of which the switch 2 is actuated to interrupt the current I. .
Hierbei macht sich der erfindungsgemässe Anlaufschutz die in Fig. 2 in vereinfachter Weise dargestellte Wirkungsweise einer asynchronen Drehfeldmaschine zunutze, dass nämlich der Wirkstrom I11 der Maschine beim Anlaufen mit zunehmender Drehzahl η bzw. abnehmendem Schlupf s zunächst monoton zunimmt, beim Kippschlupf s, ein Maximum erreicht und danach monoton abnimmt. Beim Nennschlupf sM, wenn die Maschine 1 im Nennbetrieb läuft und der Phasenwinkel φ zwischen Strom I und Speisespannung U ein Minimum durchläuft, hat der Wirkstrom I., bereits wieder erheblich abgenommen, so dass der di ff erentielle Wirkstrom ΔΙ., schon lange vorher sein Vorzeichen gewechselt hat.Here, the inventive start-up protection, the operation of an asynchronous rotary field machine shown in Fig. 2 in a simplified manner, takes advantage namely that the active current I 11 η of the machine at start-up with increasing speed and decreasing slip s initially increases monotonically, when slip s, the maximum reached and then monotonically decreases. At nominal slip s M , when the machine 1 is running in nominal operation and the phase angle φ between current I and supply voltage U passes through a minimum, the active current I. has already decreased again considerably, so that the differential active current ΔΙ., Long before that has changed its sign.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann der erfindungsgemässe Anlaufschutz in einfacher Weise mit einem Kurzschlussschutz zusammenwirken. Der hierbei vorgesehene Kurzschlussschutz weist drei identische DifferenzstromwandlerAs can be seen from Fig. 3, the inventive Start-up protection interact in a simple manner with a short-circuit protection. The short-circuit protection provided here has three identical residual current transformers
- /- 151/83- / - 151/83
Wn, W_, W1. mit Ringkernen auf, welche jeweils gegen-K b IW n , W_, W 1 . with toroidal cores, which each against-K b I
sinnig von den als Primärwicklungen wirkenden Zuleitungen jeweils eines von drei Wicklungssträngen LR, L-, Lx der Maschine 1 durchdrungen sind. Die Sekundärwicklungen der Stromwandler Wn, U-, Wx sind der Reihe nach an nichtIt makes sense that one of three winding strands L R , L-, L x of the machine 1 are penetrated by the supply lines acting as primary windings. The secondary windings of the current transformers W n , U-, W x are not in sequence
K b IK b I
dargestellte Erregerorgane von identischen Differentialrelais Dp, D- und DT angeschlossen, welche auf das Betätigungsorgan 3 des Schalters 2 und auf den mit E bezeichneten Anlaufschutz der Maschine 1 wirken. Beim Auftreten eines Kurzschlusses, etwa zwischen den WicklungssträngenThe excitation elements shown are connected by identical differential relays Dp, D- and D T , which act on the actuating element 3 of the switch 2 and on the start-up protection of the machine 1 labeled E. When a short circuit occurs, for example between the winding phases
Ln und Lr der Maschine 1, bewirkt der die Differenzstrom-K bL n and L r of machine 1, causes the differential current K b
wandler Wn und W^ unkompensiert durchflutende Kurzschlussstrom in den Sekundärwicklungen dieser Stromwandler Ströme, welche oberhalb eines beispielsweise beim 0,1-bis 0,2-fachen des Nennstromes I der zu schützenden Maschine liegenden Schwellwertes eine Auslösung der Di f f erent ial re la is Dn und D,, verursachen. Diese Relais geben Auslösesignale A und A_ sowie Uerriegelungssignale Vn und νς ab. Die Auslösesignale bewirken die Oeffnung des Schalters 2 und damit die Unterbrechung der Stromzufuhr der elektrischen Maschine. Hingegen bewirken die Verriegelungssignale Vn und V^ eine Blockierung des An laufSchutzes E.converter W n and W ^ uncompensated short-circuit current flowing through in the secondary windings of these current converters currents, which above a threshold value lying, for example, 0.1 to 0.2 times the rated current I of the machine to be protected, triggers the differential D n and D ,, cause. These relays emit trigger signals A and A_ as well as locking signals V n and ν ς . The trigger signals cause the switch 2 to open and thus the interruption of the power supply to the electrical machine. On the other hand, the locking signals V n and V ^ cause the start-up protection E to be blocked.
Claims (6)
bedeuten.m = 1, 2, ...
mean.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH689283A CH663863A5 (en) | 1983-12-23 | 1983-12-23 | RUNNING PROTECTION FOR AN ASYNCHRONOUS ROTARY FIELD MACHINE. |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3405002A1 true DE3405002A1 (en) | 1985-07-04 |
Family
ID=4316693
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19843405002 Withdrawn DE3405002A1 (en) | 1983-12-23 | 1984-02-13 | Starting protection for an asynchronous rotating-field machine |
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DE (1) | DE3405002A1 (en) |
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- 1983-12-23 CH CH689283A patent/CH663863A5/en not_active IP Right Cessation
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