DE4104403A1

DE4104403A1 - Anordnung zur messtechnischen erfassung und ueberwachung von laeuferunsymmetrien in induktionsmaschinen durch auswertung von schlupfmodulation und phasenlagen mit ortung der fehlerstelle

Info

Publication number: DE4104403A1
Application number: DE19914104403
Authority: DE
Inventors: Karsten Elberling
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-02-14
Filing date: 1991-02-14
Publication date: 1992-01-23

Description

Die Erfindung betrifft die meßtechnische Erfassung und Ver arbeitung von fehlerabhängigen Signalen bei der Überwachung von elektrischen Läuferunsymmetrien in Induktionsmaschinen mit Käfigläufern durch Auswertung von Sonder- bzw. Prüfpunkt spannungen, vor allem bezüglich tiefster Frequenzanteile, her vorgerufen durch Auftreten einer verstärkten Schlupfmodulation bei einer im Läufer beschädigten ASM, wobei die vorgeschlagenen Anordnungen ein in eindeutigem Zusammenhang zur Läuferunsymmetrie stehendes Fehlersignal gewinnen und bewerten soll und dabei an verschiedene wählbare Prüfpunkte der zu überwachenden bzw. zu prüfenden Maschine angeschlossen werden muß. Gleichzeitig kann die Phasenlage der Meßspannungen von Axialspulen für die Fehlererkennung genutzt werden. Die Angabe von Stab- oder Ringbruch mit Lagekoordinaten bezüglich Winkel am Umfang und Länge in axialer Richtung ist gleichfalls möglich.

Erfindungsgemäß werden geeignete Prüfpunkte gewählt, die eine Meßspannung abgeben, die in Zusammenhang mit einem fehlerhaften Läufer steht. Die Prüfpunkte können verschiedene Magnetfeldsonden, Stromwandler, ein vorhandener oder gegebenenfalls zu schaffender Sternpunkt oder die Ständerwicklung mit oder ohne Anzapfungen selbst sein.

Je nach dem Grad der Unsymmetrie des KSL werden alle in und um die ASM auftretenden Felder durch tiefste Frequenzen, Schlupffrequenz und Harmonische (f_s und k·f_s) moduliert, was sich an den Prüfpunkten in der Meßspannung nachweisen läßt. Je unsymmetrischer der KSL durch die Herstellung und durch Stab- oder Ringschäden ist oder wird, um so stärker ist die Modultion ausgeprägt. Dies kann also bei Erfassung und Auswertung, neben eventuell vorhandenen Pegelunterschieden der Meßspannungen, als Maß für einen KSL-Schaden dienen und in bekannter Weise zur Betätigung von Anzeige-, Schutz- oder Ab schalteinrichtungen herangezogen werden. Weiterhin können Frequenzanalysen im Bereich tiefster Frequenzen Aufschluß über den Zustand des KSL geben, wobei dort entsprechend dem Fehlerfall Harmonische und Verschiebungen der Anteile von Harmonischen der Schlupffrequenz fehlersignifikant, aber ab hängig vom speziellen KSL einer konkreten ASM sein können. Der Vergleich mit einem Masterfrequenzspektrum eines "intakten" Referenzläufers ist ebenfalls denkbar.
Schlupffrequenz f_s; f_s = s·f_n.

Läuferunsymmetrien können bei Induktionsmaschinen sowohl während des Herstellungsprozesses als auch im späteren Betrieb entstehen. Bei der Fertigung von KSL im Gießverfahren aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen können Lunkerbildungen oder Schwindungsrisse auftreten. Bei zusammengesetzten Läufern können durch die verwendeten Fertigungstechnologien und Mate rialinhomogenitäten Unsymmetrien entstehen.

Im Betrieb der Maschine werden Unsymmetrien vor allem durch Stabbrüche, Risse in den Kurzschlußringen oder durch die Be schädigung der Verbindung zwischen Stäben und Ringen hervorgerufen. Ursachen können im Anlauf oder Betrieb mechanische und/oder elektrische Kräfte, verbunden mit thermischen Spannungen und Dehnungen, elektromagnetisch angeregte Schwingungen elektrischer und mechanischer Natur in radialer und axialer Richtung oder auch chemisch aggressive Gase sein. Vor allem die ebenfalls Schlupffrequenz modulierten Schwingungen dürften für die Ausführung von Stab-Ring-Verbindungen von gestifteten Läufern große Bedeutung haben.

Die meist langsam größer werdenden Unsymmetrien werden oft erst im Stadium einer starken Schädigung bemerkt und gegebenenfalls repariert, wobei ein vorheriger Totalausfall einer teuren und/oder wichtigen ASM nicht ausgeschlossen ist. Deshalb ist die Früherkennung und Diagnose von Läuferfehlern von großer Bedeutung.

Die Erkennung von Fertigungsfehlern in gegossenen oder anders hergestellten Käfigläufern sowie die Betriebsprüfung ist schon länger Gegenstand von Untersuchungen:

Traupe, W.: Prüfvorrichtung für Kurzschlußläufer, DE 28 51 834;
Seinsch, H.-O.: Anordnung zur meßtechnischen Erfassung und Überwachung von elektrischen Läuferunsymmetrien in Induktionsmaschinen mit Käfigläufern, EP 00 19 869 bzw. DE 29 21 724;
Frohne, H.: Anordnung zur meßtechnischen Erfassung und Überwachung von Unsymmetrien in rotierenden elektrischen Induktionsmaschinen, DE 32 06 598;
Schröter, Th.: Untersuchung von Käfigschäden an ASM durch Messung der Feldstörungen, PH Ilmenau, Diplomarbeit 1988;
Sotzmann, V.: Theoretische und experimentelle Beurteilung der Wirksamkeit von Meßverfahren zur Schadens ermittlung an Läuferkäfigen von ASM TH Ilmenau, Diplomarbeit 1989;
Krug, Th.: Gewinnung fehlersignifikanter Signale für die Läuferfehlerdiagnose von Induktionsmaschinen, TH Ilmenau, Diplomarbeit 1991.

Die bekannt gewordenen Verfahren zur Fehlererkennung sind am ausgebauten Läufer oder im montierten Zustand der Maschine verwendbar. Bei der Prüfvorrichtung für einen KSL rotiert der Läufer langsam in einem Gestell, wobei an den Ringen eine Gleichstromquelle angeschlossen ist. Mittels Magnetfeldsonden und Meßschreiber werden sämtliche Läuferfehler als örtliche Fehlerstellen ermittelt.

Eine andere Anordnung erfaßt bei der laufenden Maschine mit geeignet angeordneten und verschalteten Meßspulen durch Läuferunsymmetrien hervorgerufene zusätzliche Luftspaltfelder, die analysiert werden. Bei Seinsch wird auch noch auf andere Verfahren verwiesen.

Bei einem weiteren Verfahren wird die mit Anzapfungen versehene Ständerwicklung als Prüfspulenanordnung genutzt, deren Spannungen geeignet in einem Meßwandler summiert werden und bei auftretenden Unsymmetrien in der Maschine eine Anzeige oder Schutzeinrichtung auslöst.

Schröter schlägt vor, die von ihm verwendetenASM (P_n=1,1 kW) bei abgesenkter Spannung (ca. 15 . . . 20% von U_n) zu betreiben und die Spannungen verschalteter Zahnspulen im Abstand τ_p und 2 τ_p auszuwerten. Bei einem Stabbruch gibt es nadel impulsförmige Spitzen im Signal, die den 5- bis 10fachen Wert des sonstigen Pegels haben. Ebenfalls wird vorgeschlagen, die Spannung so weit abzusenken, daß der Läufer von Hand durch gedreht werden muß und gleichzeitig die Spannung einer Zahnspule mit einem Oszillographen überwacht wird. Bei einem durch Stabbruch geschädigten Läufer gibt es genau dann eine starke Überhöhung der Meßspannung, wenn die rechts und links der Fehlerstelle gelegenen Stäbe unter der Zahnspule sind. Bei Erreichen des Spannungsminimums zwischen beiden Werten befindet sich der geschädigte Stab unter der Zahnspule.

Zur Verarbeitung der Meßspannungen wird eine Diode mit vor geschaltetem regelbarem Spannungsteiler verwendet, wobei die Flußspannung der Diode indirekt als Schwellwertschalter neben der gleichrichtenden Wirkung genutzt wird. Nachgeschaltet wird eine Anzeigevorrichtung.

Sotzmann gelangt bei gleicher Vorgehensweise mit einer 15-kW- Maschine zu ähnlichen Ergebnissen.

Krug schlägt vor, bei der vom Netz getrennten DASM zweiphasig eine Gleichstromquelle anzuschließen und bei Drehung des Läufers, langsam, von Hand oder im Auslauf, die Spannung von einer oder verschalteter Zahnspulen auszuwerten. Bei einer Stabunsymmetrie wird in der Meßsonde bei Passieren der Fehlerstelle eine nadelimpulsförmige Spannung induziert. Bei Verwendung von Axialspulen kann in ähnlicher Weise der Ringbruch erkannt werden. Dieses Verfahren soll auch Anwendung zur Prüfung eines dem KSL von DASM vergleichbaren Dämpferkäfigs von SM finden.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren vorgeschlagen, das es unter normalen Betriebsbedingungen, d. "starres" Netz, gestattet, bei einem durch den Anwender wählbaren Prüfpunkt eine permanente Überwachung des KSL einer ASM zu ermöglichen, wobei die Vorgehensweise ebenso bei einer zyklischen oder Reparaturprüfung Anwendung finden kann.

Die durch eine Läuferunsymmetrie hervorgerufene verstärkte Schlupfmodulation sämtlicher Felder der ASM bei gleichzeitigen Netzrückwirkungen tritt sowohl im Leerlauf als auch unter Last auf. Bei instationären Vorgängen wie Anlauf oder Lastwechseln ist die Modulation besonders stark, weshalb bei schaltungstechnischen Auswerteeinrichtungen durch geeignete zeitabhängige Stufen gewährleistet werden muß, daß ein vermeintlicher Fehler während der Dauer des instationären Vorgangs nicht kurzzeitig zur Anzeige kommt. Bei einer Prüfung, bei der diese Vorgänge ausgeschlossen sind, kann diese Stufe entfallen.

Im Leerlauf liegt die Schlupffrequenz meist weit unter 1 Hz. Deshalb erfolgt die Feststellung einer Modulation vorteilhaft visuell mit dem Oszillographen, kann aber bei entsprechender Anpassung auch durch Auswerteeinrichtungen oder rechnergestützte Prüfsysteme für ASM erfolgen.

Im Lastfall kann die Feststellung einer Modulation in gleicher Weise erfolgen. Im Leerlauf oder bei Betrieb unter Last können eventuell aber auch Pegelunterschiede ein auswertbares Fehlerkriterium darstellen.

Bei Betrieb der ASM unter Last bieten sich zur Lösung Filter schaltungen (Tiefpaß) mit geeignet gewählter Knickfrequenz an, denen eine Anzeige- oder Schutzeinrichtung nachgeschaltet wird. Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild der prinzipiellen Anordnung mindestens notwendiger Baugruppen. Die Ausgangsspannung der Tiefpaßschaltung nach Fig. 2 kann neben der Feststellung der Tatsache eines Fehlers gleichzeitig zur Unterscheidung in Stab- oder Ringbruch genutzt werden. Bei sinnvoller Wahl der Prüfpunkte (Axialspulen an beiden Enden der Läuferwelle) kann noch eine Seitenunterscheidung bezüglich der Lage einer Fehlerstelle erfolgen, was bei der Suche der Fehlerstelle am ausgebauten Läufer von Vorteil sein kann. Gegebenenfalls können vier Schwellwertschalter mit unterschiedlichen Schwellwerten (SW) für eine Anzeige verwendet werden. SW₁<SW₂<SW₃<SW₄.

SW₁ Stabbruch
SW₂ Stabbruch Fehlerseite
SW₃ Ringbruch
SW₄ Ringbruch Fehlerseite

Bei kleineren und/oder gegossenen KSL, die im Fehlerfall nur komplett gewechselt werden sollen, ist die Fehler unterscheidung nicht unbedingt notwendig. Bei großen KSL, deren Reparatur möglich und/oder kostengünstiger ist als ein neuer Läufer, erscheint die Fehlerunterscheidung und/ oder Seitenunterscheidung sinnvoll.

Als Prüfpunkte bzw. Sonden werden ohne Wertung in der Reihenfolge der Aufzählung vorgeschlagen:

- geeignet in, an oder in der Nähe der Maschine angebrachte Hallsonden,
- Stromshunts oder -wandler in einem oder mehreren Strängen der ASM,
- Sternpunkt der DASM, wenn vorhanden oder u. U. mit Widerständen geschaffen,
- die Ständerwicklung oder Teile der Ständerwicklung mit Anzapfungen,
- Zahnspulen und/oder Verschaltungen von Zahnspulen der Weite einer Zahnteilung, vorteilhaft im Abstand τ_p oder 2 τ_p und w≧1 (bezogen auf die Ständernutteilung),
- Axialspulen (auch Wellen- oder Unipolarflußspulen genannt) konzentrisch am Lagerschild angebracht, sowohl auf der Innen- als auch Außenseite, u. U. an beiden Wellenenden, wobei die Dämpfung durch das Gehäuse bei außen angebrachten Spulen durch eine höhere Windungszahl ausgeglichen werden sollte.
Bei zyklischer oder Werkstattprüfung ist auch eine im Bedarfsfall über die Welle der Maschine gestülpte Spule, die geeignet auch als eine gedruckte Spule mit zwei Hälften und Mehrfachsteckverbindungen ausgeführt werden kann, ausreichend,
- Verwendung einer oder mehrerer zu verschaltender Spulen, die z. B. in geringer räumlicher Entfernung zur Maschine angeordnet oder um die Kühlrippen der Maschine gewickelt sein könnten, wobei die aufgespannte Fläche und Windungszahl groß sein sollten, um bei der Erfassung des schlupfmodulierten Streufeldes eine hohe Meßspannung zu gewinnen.
Bei einer untersuchten 15-kW-ASM konnte der Ringbruch noch im Abstand von einigen Metern sicher festgestellt werden. Dies muß Beachtung finden, wenn mehrere ASM dicht beieinander aufgestellt sind. Es besteht aber auch die Möglichkeit, eine kleinere Spule mit Eisen- oder Ferritkern zu nutzen.

Um die Schaltung nach Fig. 2 wirklich universell an allen Prüfpunkten einsetzen zu können, ist eine Erweiterung nach Fig. 3 vorzunehmen. Eine bei Hochspannungsmaschinen besonders wichtige Potentialtrennung aus Sicherheitsgründen ist sinnvoll. Eine eventuell nötig werdende Pegelanpassung vor und nach dem Tiefpaß ist durch Verwendung von Spannungsteilern oder Verstärker stufen möglich. Mit dem regelbaren Hauptspannungsteiler kann, wenn erwünscht, auf verschiedene quasistationäre Lastfälle reagiert werden. Dazu wird eine eventuell angeschlossene Auswerteeinrichtung bei aufgedrehtem Regler z. B. auf Pegel verhältnisse bei halber Nennlast abgeglichen. Bei einer höheren Last, wenn die modulationsbestimmenden Spannungsanteile steigen, wird der Regler entsprechend einer vorherigen Eichung zugedreht (sowohl manuell als auch automatisch nachführbar).

Zur Eichung der Auswerteeinrichtung für einen speziellen Maschinentyp, geeigneterweise sind mehrere Schwellschalter verwendbar, wären bei einer ersten Typprüfung der ASM ein Referenzläufer "intakt" und zwei mit jeweils präpariertem Stab- oder Ringbruch notwendig.

Wenn bei einer völlig unbekannten ASM die Tatsache der Ver schlechterung des KSL allein interessiert, kann folgendermaßen vorgegangen werden:

Die Anordnung nach Fig. 3 wird ohne Hauptspannungsteiler ver wendet und die Anzeigevorrichtung mit einem Schwellwertschalter ausgestattet, der so eingestellt wird, daß er bei der vorliegenden Schlupfmodulation gerade nicht anspricht. Für den Tiefpaß wird vorteilhaft ein Filter hoher, z. B. 24. Ordnung, mit Knickpunktfrequenz, z. B. 10 Hz und Bessel charakteristik (Stabilität, Überschwingen), verwendet. Dies kann in geeigneter Weise durch Reihenschaltung vieler OV-Stufen 2. Ordnung geschehen, wobei die hohe Anfangsverstärkung für den Anwendungsfall durchaus erwünscht ist. Die Verfahrensweise kann prinzipiell auch rechnergestützt nach Fig. 4 Anwendung finden, wobei softwaremäßig die nach Fig. 3 fehlenden Baugruppen nachgebildet werden müssen. Die Eingliederung in ein bestehendes rechnergestütztes Überwachungssystem für die Betriebsüberwachung oder für die Stückprüfung im Herstellerbetrieb ist ebenfalls denkbar. Die Art und Weise der Auswertung sind anwenderspezifisch, wie z. B. die Kopplung mit Schutzvorrichtungen oder das Registrieren, Speichern und die Ausgabe eines Fehlerprotokolls.

Eine weitere Möglichkeit der Überprüfung, die aber einen mehr informativen Charakter hat, wurde bei einer 15-kW-ASM getestet (die Anordnung nach Fig. 5, die gegebenenfalls eine Zusatzeinrichtung sein kann, um eine weitere akustische In formation zu gewinnen). Ein normaler NF-Verstärker mit Laut sprecher gibt an Zahnspulen ein schnarrendes Geräusch ab, das bei SB oder RB mit doppelter Schlupffrequenz an- und abschwillt. An Axialspulen war der Ringbruch durch einen sirenenartig mit doppelter Schlupffrequenz modulierten Ton hörbar. Bei Verwendung von einer Rippenspule war ein an- und abschwellendes Geräusch nachweisbar. Lautstärkenunterschiede sind gleichzeitig Ausdruck für den Grad der Schädigung. Je größer die Unsymmetrie war, um so lauter wurde es.

Bei der Anordnung nach Fig. 6 werden Demodulationsschaltungen genutzt, die u. U. eine in der Meßspannung vorhandene, aber ohne Verarbeitung noch nicht erkennbare stärkere Modulation besser erfaßbar machen, wobei zu Fig. 6a und 6b gesagt werden muß, daß sich die Nichtlinearität der Diodenkennlinie für die meßtechnische Auswertung nachteilig auswirkt, da eventuell Stör spannungsbestände auftreten können, die nicht in Zusammenhang mit dem Grad der Unsymmetrie im KSL stehen. Sie tragen also eher informativen Charakter. Die Anordnung nach Fig. 6c) ist für eine meßtechnische Erfassung besser geeignet. In der Anordnung nach Fig. 7 und 7a) wird eine spezielle OV-Schaltung genutzt, mit FK bezeichnet, für die verschiedene Arbeitsbereiche unterschieden werden können; Differenzverstärker-, Komparator- und Pulsbreitenmodulationswirkung. Mit R_e wird der Arbeitsbereich gewählt und mit R_a die Ausgangsspannung geregelt. R₁ und C₁ werden vor teilhaft so gewählt, daß R₁·C₁=τ₁, mit τ₁=20 ms bei f_n=50 Hz, ergibt.

Die Schaltung reagiert gleichzeitig auf Pegelunterschiede und Modulation, weshalb neben der Auswertung der Ausgangs spannung auch die Einstellung von R_e bewertet werden kann. In jedem Arbeitsbereich können Unsymmetrien in KSL erkannt werden. Auf einen geschirmten Aufbau der Schaltung ist besonders zu achten, da die Empfindlichkeit je nach Arbeits bereich gegenüber anderen Streufeldern, z. B. vom Transformator der eigenen Stromversorgung, sehr hoch sein kann.

Neben der bekannten Auswertung ist bei Verwendung einer Rippenspule, Arbeitsbereich Differenzverstärker, die Ansteuerung einer LED-Kette mit sinnvollerweise grünem und rotem Bereich eine, gegenüber Potential- und Montageproblemen, als Prüfanordnung vergleichsweise einfache, visuell anschauliche und preiswerte Variante, Unsymmetrien in KSL zu erkennen und zur Anzeige zu bringen.

Nachdem Stab- oder Ringbruch als Tatsache erkannt worden ist, soll mit der Anordnung nach Fig. 9, einfacherweise bei Nennlast, die Fehlerstelle mit Winkelkoordinaten am Umfang des Läufers, bezogen auf die Lage des Gebers an der Welle und entgegengesetzt zur Drehrichtung des Läufers, angegeben werden. Ähnlich wird die Längenkoordinate ermittelt. Der Wellengeber muß so angebracht sein, daß er genau dann ein Signal abgibt, wenn er in Flucht mit der in Drehrichtung ersten Zahnspule steht. Da entgegengesetzt in Reihe geschaltete Zahnspulen im Abstand τ_p verwendet werden sollen, darf nur der Fehlerimpuls der ersten Zahnspule mittels FF zum Tragen kommen. Die Auswertung erfolgt mit Zählschaltungen. Die Feststellung der Schlupffrequenz kann über Drehzahlmessung in bekannter Weise geschehen (z. B. strobo skopisch). f_s darf nicht über den Nennschlupf der Maschine (Typenschild od. ä.) ermittelt werden, da die errreichte Drehzahl bei Nennlast in Abhängigkeit vom Fehler kleiner ist als die Nenndrehzahl des intakten Läufers, was wiederum ein Feh lerkriterium darstellt (gewisse Analogie zum "Görges-Phänomen").

Für die Bestimmung der Winkelkoordinate nach Fig. 9b) sollte die Anzahl der zu zählenden Impulse je Umdrehung des KSL sinnvoll 360 betragen. Die Taktfrequenz der zu zählenden Impulsfolge f_TW = 6·n_o·(1-(f_s : f_n)) wird am Tongenerator eingestellt. Durch Öffnen des Selbstprüfungsschalters kann die etwas ungenaue Frequenz so nachgestellt werden (Drift od. ä.), daß der gewünschte Endwert gezählt wird. Mit dem Taktgenerator niedriger Frequenz mit einem Tastverhältnis möglichst 1 : 1 soll eine sich wiederholende Messung erreicht werden, kann aber auch entfallen. Ähnliches gilt auch für die Be stimmung der Längenkoordinate. Dort sollte die Impulsfolge eine Taktfrequenz f_TL=f_s·I betragen. Die Wahl der Im pulszahl I ist in weiten Grenzen möglich. Das folgende Beispiel soll dies verdeutlichen. Bei einer Läuferlänge von 1 m könnte I= 200 gewählt werden, was einer Auflösung von 1 cm entspricht, bei I=400 wäre die Auflösung 0,5 cm bei diesem Beispiel. Würde im Zählergebnis z. B. die halbe Impulszahl zur Anzeige kommen, wäre ein Ringbruch vorhanden. Für die Bestimmung der Längenkoordinate wird der Unterschied der Phasenlage der Meßspannung von beidseitig angeordneten Axialspulen verwendet, wobei die Auswertung der Phasenlage der Spannungen selbst gemäß Fig. 9a) schon ausreichend wäre, um sämtliche Aussagen über Fehler im KSL zu haben. Es wurde festgestellt, daß ein "intakter" Läufer einen Phasenunterschied von 0° hat. Ein Ringbruch führt zu einem Phasensprung von 180°. Bei einem in axialer Richtung mittigen Stabbruch tritt eine Phasenverschiebung von 90° auf. Jede andere Phasenverschiebung kann also als Ursache nur einen Fehler in axialer Richtung des Stabes, abgesehen von der geometrischen Ausdehnung des KS-Ringes in dieser Richtung, haben. Phasen zwischen 180° und 360° dürften eine Standpunktfrage bezüglich der Wahl der Bezugsspule sein.

Die Feststellung der Phasenlage könnte aber auch prinzipiell mit einem Differenzverstärker gemäß Fig. 8 erfolgen, wobei aber die unterschiedlichen Pegel der AS-Spannungen abhängig vom Fehler und dessen Lage geeignet kompensiert werden, z. B. mit vorgeschalteten Stufen mit automatischer Verstär kungsregelung, damit am Eingang des Differenzverstärkers immer gleiche Spannungen bezüglich ihrer Amplitude anliegen. Bei einem Phasenunterschied von 180° wäre die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers maximal und bei 90° gerade die Hälfte.

Durch Verwendung der Anordnung nach Fig. 9a) mit aktiven Tief pässen, z. B. 8. Ordnung, f_K=10 Hz, Besselcharakteristik und einer Nullpunkterkennungsschaltung, einfachsterweise mit einem A302, gestaltet sich die Auswertung der Phasenlage relativ einfach. Andere Stufen der Impulsformung bzw. Schwellwert erkennung lassen sich gleichfalls mit einem A302 realisieren. Die Torschaltungen können vorteilhaft in TTL- oder CMOS- Technik ausgeführt werden, um den Aufwand für ein notwendiges Netzteil zu minimieren, in Zusammenhang mit der für die anderen Stufen notwendigen Stromversorgung.

Die Auswertung der Phasenlage kann auch prinzipiell mit einem Summationsverstärker erfolgen. In diesem Fall sind die Aussagen bezüglich Spannungsamplituden bei Fig. 8 zu beachten.

Claims

1. Anordnung zur meßtechnischen Erfassung und Über wachung von elektrischen Läuferunsymmetrien, insbesondere solcher, die hervorgerufen sind von Stab- oder Ringbrüchen, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Erfassung und Auswertung der vom Grad der Schädigung bzw. Unsymmetrie abhängigen verstärkten Ausprägung einer Schlupfmodulation und geeignet verwendeten bzw. angeordneten Prüfpunkten (PP), die fehler abhängige Meßspannungen liefern, bei prüfungsgemäß rotie rendem Kurzschlußläufer, eine Unsymmetrie alle um und in der Induktionsmaschine existierenden Felder schlupffrequent und/oder mit Harmonischen der Schlupffrequenz moduliert und dabei auch auf Klemmengrößen wirkt, was ebenfalls erfaßt und ausgewertet werden kann.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch sinnvoll angebrachte oder verwendete Prüfpunkte nach Anspruch 3 bis 9 die Modulation erfaßt und zur Anzeige (A) bzw. Auswertung gebracht wird. Pegelunterschiede können gegebenenfalls als fehlersignifikant erfaßt und ausgewertet werden.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorteilhaft in, an oder der Nähe der zu überwachenden/ zu überprüfenden Maschine plazierte Hallsonden als PP genutzt werden.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stromshunts bzw. Stromwandler in einem oder mehreren Strängen der Maschine als PP genutzt werden.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sternpunkt der Maschine oder ein gegebenenfalls erst zu schaffender Sternpunkt als PP genutzt wird.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklung und/oder Teile der Ständerwicklung gegebenenfalls mit Anzapfungen als PP genutzt werden.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Zahnspulen der Weite einer Zahnteilung mit verschiedenen Abständen, vorteilhaft τ_p oder 2 τ_p, als PP genutzt werden.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere, gegebenenfalls verschaltete Axialspulen (AS) konzentrisch an der Innen- und/oder Außenseite und auch gegebenenfalls an beiden Stirnseiten der Maschine angebracht oder nur über die Welle gestülpt, dann vorteilhaft als gedruckte, mit zwei Hälften und Mehrfachsteckverbindern ausgeführt, als PP genutzt werden.

9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere, gegebenenfalls verschaltete, beliebig am Gehäuse oder in der Nähe der Maschine anzubringende Spulen mit oder ohne Kern als PP genutzt werden.

10. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß Erfassung, Verarbeitung bzw. Anzeige entsprechend Fig. 1 bis Fig. 3 erfolgt.

11. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß als Anzeige gemäß Anspruch 10 ein Spannungsmesser, Oszillograph (gegebenenfalls mit Speichereinrichtung), LED-Kette, Schwellwertschalter oder ein Rechnersystem, mit oder ohne Frequenzanalyse, vor allem bezüglich tiefster Frequenzanteile, verstanden bzw. verwendet werden. Bei der Frequenzanalyse können verschiedene Anteile von Harmonischen der Schlupffrequenz und/oder Verschiebungen erfaßt und ausgewertet werden. Gegebenenfalls können Schutz- und/oder Abschaltvorrichtungen gekoppelt sein.

12. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß gemäß Fig. 2 oder Fig. 3 die Bewertung der Ausgangsspannung des Tiefpasses (TP), der auch geeigneterweise als aktive Schaltung, z. B. mit OV, mit niedriger Knickfrequenz f_K und oher Ordnung verwendet wird, zu Aussagen über den Zustand des KSL führen, die vorteilhaft mit einem oder mehreren, dann sinnvollerweise unterschiedlich eingestellten Schwellwertschaltern, die den Fehler Stabbruch oder Ringbruch, gegebenenfalls die Fehlerseite, charak terisieren, erreicht werden. Die Schwellwertschalter können, ausgelöst durch die verstärkte Modulation (in der Meßspannung), akustische, optische und/oder andere Signale, gegebenenfalls kombiniert, abgeben und auch Schutz- und/ oder Abschaltvorrichtungen betätigen.

13. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Erfassung und Bewertung entsprechend Fig. 5 oder deren Abwandlungen/Erweiterungen erfolgt und vorteilhaft ein PP gemäß Anspruch 7 bis 9 genutzt wird.

14. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Erfassung und Auswertung entsprechend Fig. 4 erfolgt und die dort gegenüber Fig. 3 entfallenen Baugruppen durch ein entsprechend zu gestaltendes Programm zu ersetzen bzw. nachzubilden sind.

15. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der in Fig. 3 angegebene Hauptspannungsteiler (HST) nur vorgesehen wird, wenn die Prüfung unter wechselnden, dann aber quasistationären Lastbedingungen erfolgen soll.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die in Fig. 3 angegebene Zeitstufe (ZS) nur vorgesehen wird, wenn instationäre Vorgänge mit starken Modulationswechseln "einen nicht vorhandenen Fehler" nicht versehentlich zur Anzeige bringen soll.

17. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die gemäß Fig. 6, 6a), 6b), 6c) angegebene Anordnung verwendet wird und die Anzeige gemäß Anspruch 11 erfolgt.

18. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Anordnung gemäß Fig. 7, 7a) verwendet wird und die Anzeige gemäß Anspruch 11 erfolgt. Die Eingänge des CV können gegebenenfalls auch getauscht werden.

19. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sonde gemäß Anspruch 9 oder gemäß Anspruch 3, dann aber nur außerhalb der Maschine, und eine LED-Kette, sinnvollerweise mit grünem, gelbem oder rotem Bereich, verwendet wird.

20. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein PP gemäß Anspruch 8 an beiden Enden der Maschine verwendet wird und der Phasenunterschied beider modulierter Meßspannungen als fehlersignifikante Größe erfaßt und entsprechend angezeigt und bewertet wird.

21. Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenunterschied gemäß Fig. 8, einem Summierverstärker oder mit einem zweikanaligen Speicheroszillograph bestimmt wird, unter Beachtung der Ausführungen in der Beschreibung.

22. Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenunterschied gemäß Fig. 9a) und/oder die Auswertung der Tiefpaßausgangsspannung nach Fig. 9a) gemäß Anspruch 21 erfaßt und entsprechend angezeigt und bewertet wird.

23. Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Lage von Fehlerstellen gemäß Fig. 9a) für die Längskoordinate und gemäß Fig. 9b) für die Winkelkoordinate erfolgt.

24. Eine Drehzahl- und damit Schlupf- bzw. Schlupffrequenz bestimmung, vorteilhaft mit Rechnersystemen bei vorteilhafter Nennlast, ist dadurch gekennzeichnet, daß als fehlersignifikante Größe eine zum entsprechenden Vergleichslastfall des intakten Läufers geringere Drehzahl im Fehlerfall des KSL auftritt, wodurch sich Schlupf- und Schlupffrequenzunterschiede einstellen, die ebenfalls mit einem KSL-Fehler in Zusammenhang stehen und als fehlersignifikant erfaßt und ausgewertet werden können.

25. Die Anordnung nach Anspruch 20 bis 24, dadurch gekenn zeichnet, daß die Erfassung und Auswertung vorteilhaft und in geeigneter Weise durch ein Rechnersystem mit einem ent sprechenden Programm über Bildschirm oder gegebenenfalls Fehlerprotokoll erfolgt.