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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Fernüberwachung eines Elektromotors, beispielsweise für
einen Motorpumpensatz, die wenigstens einen Sensor für die
Temperatur der Wicklung des Motors aufweist, der bei
Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur durch einen Teil
der Wicklung die Spannung des Motors abschaltet, wobei der
Temperatursensor durch Abgreifen einer Spannung des Motors
mit einem Überwachungsorgan verbunden ist.
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Derartige Überwachungsvorrichtungen sind bekannt und werden
in automatisch und ununterbrochen über lange Zeiträume
hinweg arbeitenden Anlagen verwendet. Die Auslösung des
Temperatursensors führt zur Abgabe eines Warnsignals; er
ist mit einem Abschaltsystem gekoppelt, welches die
Speisespannung des Elektromotors unterbricht, wenn die Temperatur
der Wicklungen des letzteren zu hoch ist, wodurch die
Wicklungen und der Motor vor einer irreversiblen
Beschädigung im Falle einer steigenden Erwärmung des Motors
geschützt werden. Dieser Überhitzungsschutz der Wicklungen
ermöglicht bei von Elektromotoren angetriebenen
Umwälzpumpen, ebenso wie bei mit Motoren mit Tauch-Rotor
ausgestatteten Wärmezirkulatoren, gleichermaßen einen
Überhitzungsschutz der von der Pumpe geförderten Flüssigkeit, weil die
Temperatur der Wicklungen des Motors direkt mit der
Temperatur des geförderten Fluids zusammenhängt, das in
unmittelbarer Nähe der Wicklungen zirkuliert.
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In letzter Zeit zeigte sich das Bedürfnis, eine oder
mehrere Fernanzeigen (Teleanzeigen) für den Betrieb von
Elektromotoren bereitzustellen, insbesondere für die,
welche Heizfluid-Umwälzpumpen antreiben, um aus der Ferne
sicherzustellen, daß der Elektromotor gut läuft. Diese
Anzeigen betreffen insbesondere:
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- das Vorhandensein oder die Abwesenheit einer korrekten
Speisespannung auf den Wicklungen des Motors,
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- die effektive Umdrehung des Motors,
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- die Temperatur der Wicklungen des Motors, welche es, wie
bereits erwähnt, ermöglicht, gleichzeitig die Erwärmung
der Wicklungen und eine Überhitzung des Heizfluids zu
überwachen.
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Die Einrichtung der Fernüberwachungsschaltungen zwischen
den Überwachungsgeräten und einer Überwachungs- und
Analysezentraleinheit, welche beispielsweise mit Computern oder
Aufzeichnungseinrichtungen ausgestattet ist, erfordert die
Installierung von zahlreichen Relais und/oder
Schnittstellen, die manchmal durch öffentliche Telefonleitungen
verlaufen. Diese Komplikationen führen zu erhöhten
Einrichtungskosten für jede zu übertragende Anzeige, was den
Benutzer dazu zwingt, sich oft auf eine einzige Anzeige bei
der Fernüberwachungseinrichtung zu beschränken.
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Die DE-B-1 107 338 beschreibt eine Vorrichtung zum Schutz
eines elektrischen Motors, welche einen Sensor für die
Temperatur der Wicklung des Motors aufweist, die geeignet
ist, sich bei Uberschreiten einer vorherbestimmten
Temperatur abzuschalten. Dieser Sensor ist mit einem
Phasentrennrelais verbunden, wobei er auf einer Schaltung zum
Abnehmen der Speisespannung zwischen Phasen des Motors
zwischengeschaltet ist.
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Eines der Ziele der vorliegenden Erfindung besteht genau
darin, es einem die Fernüberwachung verwendenden Benutzer
eines elektrischen Induktionsmotors, d.h. eines
Drehfeldmotors, zu ermöglichen, auf einer einzigen Leitung von
einer Alarminformation bezüglich der Temperatur der
Wicklungen des Elektromotors und gleichzeitig eine
Alarminformation bezüglich der Speisespannung des Motors zu erhalten,
indem er ein einfach eine der Phasen- oder
Zwischenphasenspannungen des Motors abgreift, und dies, ohne daß eine
besondere Isolierung hinsichtlich der abgegriffenen
Spannung erforderlich ist, die für gewisse Motoren mehrere
tausend Volt erreichen kann.
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Zu diesem Zweck ist der Temperatursensor, insbesondere für
eine Teleanzeige, mit dem Überwachungsorgan über einen
Spannungsteiler einer Schaltung zum Abgreifen der
Speisespannung des Motors verbunden, wobei der Teiler an ein
Fernüberwachungsrelais oder eine
Fernüberwachungsschnittstelle zu wenigstens einer Übertragungsleitung hin eine
reduzierte Spannung anlegt, die niedriger ist als die
Speisespannung des Motors, wobei der Ausgang des
Spannungsteilers entweder die ein Betriebssignal darstellende
reduzierte Spannung oder im Falle der Auslösung des
Temperatursensors und/oder des Verschwindens der Speisespannung des
Motors, ein ein Warnsignal darstellendes Abwesenheitssignal
für reduzierte Spannung abgibt. So ist es beispielsweise
möglich, 380 V Drehstrom in ein als 220 V Einphasenstrom
übermitteltes, logisches Signal umzuwandeln.
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Das Betriebssignal und das Alarmsignal können gleichzeitig
an ein lokales Schutzorgan, welches geeignet ist, bei
anliegendem Alarmsignal die elektrische Versorgung des
Motors zu unterbrechen, und an ein Relaisorgan zur
Fernübertragung der Signale an wenigstens eine
Fernübertragungsstation übermittelt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zur
Überwachung des Elektromotors weist diese Vorrichtung einen
Motorumdrehungssensor auf, der ein Motorbetriebs- oder
Motorstillstandssignal an eine logische Alarm- und
Motorschutzschaltung richtet, welcher außerdem das von dem
Spannungsteiler kommende Signal reduzierter Spannung
empfängt. Diese logische Schaltung gibt bei gleichzeitigem
Auftreten des Stillstands-Signals und des von dem
Spannungsteiler kommenden Signals reduzierter Spannung an
wenigstens ein Überwachungs- und/oder Sicherheitsorgan das
Signal "Motor unter Spannung abgestellt" ab. Das
Alarmsignal kann auf einer einzigen Leitung in Form eines
Verschwindens der Signalspannung an das Fernüberwachungsnetz
übertragen werden. Das Verschwinden des Spannungsignals
wird durch die Auslösung eines verzögerten
Motorschutzschalters bestätigt, wobei der Schalter erst auslöst, wenn
das Signal "Motor unter Spannung abgestellt" über eine
genau festgelegte, vorbestimmte Dauer des normalen
Anlaufens des Motors hinweg ansteht.
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Weitere Ziele, Vorteile und Charakteristika ergeben sich
aus der Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung,
die nicht beschränkend sein soll und auf die Zeichnungen
Bezug nimmt. Es zeigen:
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Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Überwachung eines Elektromotors zum Antrieb einer
Heizfluidumwälzpumpe,
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Fig. 2 schematisch eine Überwachungs- und Alarmschaltung
für einen Elektromotor in einer Version, die mit
integrierten elektronischen Bauelementen
ausgestattet ist.
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In Fig. 1 ist ein Elektromotor zum Antrieb einer Pumpe
dargestellt, welcher im Inneren seines Gehäuses 1 einen
Stator mit Dreiphasenwicklungen 2, 3, 4 in Sternschaltung
aufweist, welche im Inneren des Gehäuses 1 mit einem
Umschalter 5 zum Anschluß und zur Umschaltung Δ Y und
möglicherweise zur Geschwindigkeitsregelung verbunden ist. Der
Umschalter 5 ist an das elektrische Versorgungsnetz
entweder über einen manuellen Schalt- und Schutzschrank 6 oder
einen Schaltschrank durch Fernüberwachung (Fernsteuerung) 7
angeschlossen. Der Umschalter 5 weist Brückenanschlüsse 9
und Drahtverbindungen 10 auf, die mit den Versorgungsphasen
und mit einem Umdrehungs- und Drehsinnanzeiger 11 verbunden
sind (in der Figur ist nur der durch Erfassung der
Phasenfolge arbeitende Drehsinnanzeiger dargestellt).
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Die Vorrichtung zur Überwachung des Motors weist im Inneren
des Gehäuses 1 einen Sensor 12 für die Temperatur der
Wicklungen des Elektromotors 1 auf. Dieser Sensor, der in
der verwendeten Version unter der Handelsbezeichung
"Klixon" verkauft wird, ist in wenigstens einem elektrischen
Wickelkopf oder "Schaltenden" gelagert und geeignet, bei
Überschreiten einer begrenzten vorbestimmten Temperatur des
Wickelkopfes mit Hilfe eines Phasenunterbrechers 23, der
in ihn integriert sein kann, einen elektrischen Kontakt
herzustellen oder zu unterbrechen. Es wird beispielsweise
bei der vorliegenden Ausführungsform ein Temperatursensor
gewählt, der im Falle eines Überschreitens der Temperatur
die Spannungssignalschaltung unterbricht, die die Spannung
zwischen den Phasen der Wicklungen 3 und 4 überträgt.
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Die Verbindung der im Inneren des Gehäuses 1 des
Pumpenmotors getragenen Einrichtungen mit dem Äußeren ist über eine
Reihe von Verbindungsklemmen hergestellt, die mit a bis f
bezeichnet sind, wobei die Phasen des dreiphasigen
Stromversorgungsnetzes auf die Klemmen a, b, c geführt sind.
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Die Verbindungsklemmen d und e erfassen die Spannung
zwischen den Phasenwicklungen 3 und 4 und dienen dazu, über
den Temperatursensor 12 das Spannungssignal zur
Temperaturüberwachung abzugreifen. Vor seiner Ankunft an den Klemmen
d und e kann ein sehr hohes Spannungssignal (beispielsweise
380 V zwischen Phasen) an einen Spannungsteiler 13
übertragen werden. Es bildet dann beispielsweise ein
einphasiges, als 220 V Einphasensignal abgezweigtes Signal. Das so
von einer Spannungsabgriffschaltung gelieferte Signal
gelangt an ein Fernüberwachungsrelais oder eine
Fernüberwachungsschnittstelle 14, welches bzw. welche durch einen
Netzkasten 8 gespeist wird und beispielsweise ein
Bauelement des Typs aufweist, der unter der Handelsbezeichnung
"MODEM" verkauft wird. Das Relais oder die Schnittstelle 14
überträgt das Signal über öffentliche Telefonleitungen 15
an eine Fernüberwachungszentrale 16, die beispielsweise
Kontrollampen 17, einen Verwaltungs- und
Überwachungscomputer (nicht gezeigt) und einen Drucker oder eine andere
Speichereinheit 18 für die Fehler und die Zeit aufweist, zu
der sie aufgetreten sind. Das Spannungssignal (in
Wirklichkeit das Verschwinden des Spannungssignals), das den
Motortemperaturalarm darstellt, wird über eine Leitung 19 zu
einem Schalterrelais 20 des manuellen Schaltschranks 6
übertragen, so daß die dreiphasigen Kontakte 21 geschaltet
werden und so die von dem Netz kommende Versorgung im Falle
einer Überhitzung des Temperatursensors 12 unterbrochen
wird. Ein Fernschaltschrank 7a ist mit dem Schrank 7 und
über eine Leitung 22 mit dem Relais 14 verbunden und erhält
so möglicherweise von der Fernüberwachungszentrale 16 aus
einen Stillstands- oder Wieder-in-Gang-Setzungs-Befehl.
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Zusätzliche Klemmen g, h, i sind auf dem Gehäuse 1
vorgesehen. Zwischen g und h ist eine Schaltung 24 zur
Fehlerdarstellung abgezweigt, welche mit der von dem Sensor 12
gesteuerten Wicklungstemperatur-Alarmschaltung verbunden
ist. Diese zusätzlichen Klemmen ermöglichen es, zwischen h
und i eine Schaltung 25 zur Darstellung der
Motorversorgungsspannung abzuzweigen. Eine zusätzliche Klemme j auf
dem Gehäuse ermöglicht es, den Umdrehungsanzeiger 11 mit
einer logischen Schaltung 26 (UND) zu verbinden, welche
auch das von den Klemmen e und d dem Relais 14 zugeführte
Spannungssignal empfängt. Die wahlweise am Äußeren des
Gehäuses 1 angebrachte logische Schaltung 26 ermöglicht es,
die Anzeige "Motor unter Spannung blockiert" auszugeben
(und möglicherweise über Fernübertragung auszugeben), wenn
sie gleichzeitig das von dem Anzeiger 11 gelieferte
Motorabschaltsignal und das von den Klemmen e und d dem Relais
14 zugeführte Spannungssignal (fehlerloser Betrieb)
empfängt.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise der Überwachungs- und
Fernüberwachungsvorrichtung beschrieben. Wenn der Motor
normal läuft, wird der Temperatursensor 12 nicht erregt und
das Spannungssignal wird über den Phasenunterbrecher 23 dem
Relais 14 zugeführt, welches es telefonisch an die
Fernüberwachungszentrale 16 übermittelt. Diese zeigt auf der
Kontrollampe 17 ein grünes Signal für einwandfreien Betrieb
an. Wenn sich eine abnormale Erwärmung auf den Wicklungen
2, 3, 4 des Motors zeigt, wird der Temperatursensor 12
ausgelöst, was den Unterbrecher 23 öffnet und das
Spannungssignal unterbricht, welches dem Relais 14 zugeführt
wird. Dieses überträgt die Fehleranzeige an die Zentrale
16, von wo es auf einer Kontrollampe 17 dargestellt und
über den Drucker 18 ausgedruckt wird. Die
Temperaturfehleranzeige wird über die Leitung 19 übertragen, die durch das
Relais 20 den Schaltschrank 6 schalten läßt. Die Versorgung
des Motors ist unterbrochen und die von dem Motor
angetriebene Pumpe hält an. Das Fernüberwachungspersonal in der
Zentrale 16 kann nach einer gewissen Stillstandszeit
entscheiden, über die Leitung 22 durch Fernsteuerung (Schrank
7a) einen Wiedereinschaltbefehl an den Schaltschrank 7 zu
geben. Wenn der Motor nach Abkühlen seiner Wicklungen
wieder korrekt anläuft, zeigt die entsprechende
Kontrolllampe 17 von neuem eine Betriebsanzeige an.
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Es ist gleichermaßen möglich, daß bei der Wieder-in-Gang-
Setzung des Elektromotors dieser unter Spannung gesetzt
wird, aber nicht anläuft, da sein Rotor im Laufe des
Abkühlens (oder aus ganz anderem Grund) blockiert worden ist.
Da die Motorwicklungen noch nicht erwärmt sind, ist der
Temperatursensor 12 nicht erregt, der Unterbrecher 23 ist
geschlossen und das Relais 14 empfängt somit ein korrektes
Spannungssignal. Die logische Schaltung 26 ermöglicht es,
die Störung "Rotor unter Spannung blockiert" festzustellen.
Dabei besteht die Gefahr, daß die Statorwicklungen
beschädigt werden, bevor der Temperatursensor 12 auslöst, um die
Motorversorgung zu unterbrechen. Bei dieser Störung handelt
es sich auf jeden Fall um eine Situation, bei der eine
Unterbrechung nützlich ist.
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Wenn im Laufe eines normalen Betriebs der Pumpe die
Netzspannung verschwindet, empfängt das Relais 14 sofort ein
Störungssignal, weil die Signalgebungsspannung zwischen den
Klemmen e und d ebenfalls verschwindet. Das Telefonrelais
14 mit unabhängiger Versorgung (Batterien) fährt fort, das
Warn- oder Fehlersignal zu übertragen. Oder das
Verschwinden
des Telefonsignals löst gemäß einer Sicherheitschaltung
den Alarm aus. Ohne Änderung des erfindungsgemäßen Prinzips
und Überwachungssystems kann der in Fig. 1 dargestellte
dreiphasige Asynchronmotor durch einen einphasigen
Asynchronmotor mit Kurzschlußwicklung oder einen Motor ersetzt
werden, dessen Hilfsphase mit einem äußeren Kondensator
verbunden ist.
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Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung zur Fehlererfassung
weist im Inneren des Motorgehäuses 1, welches durch die
gleichen Standardklemmen a bis f verbunden ist, die bereits
bei dem in Fig. 1 dargestellten Motor vorhandenenen
Elemente auf: einen Stator mit seinen nicht gezeigten Wicklungen,
einen Stator-Temperatursensor 12 und ein Verteilergehäuse
5. Gemäß dieser Ausführungsform des Elektromotors sind
außerdem im Inneren des Gehäuses 1 oder des Gehäusegehäuses
elektronische Steuerungs- und
Darstellung-Kompaktbauelemente vorgesehen, die auf Wunsch eingebaut werden, und zwar
zur Fest- und Darstellung:
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- bei 27, der Umdrehung und des Umdrehungssinns des
Rotors,
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- bei 28 und 29, der Speisespannung (dreiphasig 220-380
V, einphasig),
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- bei 30, des Vorhandenseins einer Betriebsstörung über
ein Relais zur Aufrechterhaltung der elektrischen
Versorgung,
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- bei 31, der Auswahl des Übertragungsmodus der Signale:
der verwendeten Spannung, der Verwendung des
Spannungsteilers, des Übertragungsmodus durch ein
Spannungssignal oder der Abwesenheit von Spannung.
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Da die Klemmen a bis f mit denen von Fig. 1 identisch sind,
kann das in Fig. 2 dargestellte Gehäuse 1 des Motors an Ort
und Stelle des in Fig. 1 dargestellten Gehäuses 1 montiert
und mit einer externen Erfassungs- und
Fernüberwachungsschaltung verbunden sein, die mit der von Fig. 1 identisch
ist.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf
die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen
beschränkt, sondern für zahlreiche dem Experten zugängliche
Varianten geeignet, ohne daß von der Idee der Erfindung
abgewichen wird.