DE565337C

DE565337C - Device for monitoring induction motors

Info

Publication number: DE565337C
Application number: DE1930565337D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1929-10-18
Filing date: 1930-10-19
Publication date: 1932-11-29

Description

Drehstrommotoren sind im allgemeinen mit Überlastschutzeinrichtungen ausgerüstet, die in Abhängigkeit von dem Primärstrom des Motors ansprechen. Derartige Einrichtungen schützen einen Motor jedoch nur dann, wenn die Größe des Sekundärstromes immer in einem bestimmten Verhältnis zu der Größe des Primärstromes steht. Dieses ist jedoch nicht mehr der Fall, wenn dem Sekundärkreis eines Drehstrommotors zum Zwecke der Drehzahl- oder Leistungsfaktorregelung noch bestimmte Stromkomponenten aufgezwungen werden. Es kann dann vorkommen, daß der Sekundärstrom größer als der Primärstrom ist. Es ist in diesem Falle nötig, auch den Sekundärstrom mit zur Überwachung des Motors heranzuziehen. Man könnte zu diesem Zwecke daran denken, daß man den Sekundärstrom unmittelbar oder über Strom-Three-phase motors are generally equipped with overload protection devices that respond depending on the primary current of the motor. Such facilities protect a motor only if the size of the secondary current is always in has a certain relationship to the size of the primary current. This is however is no longer the case if the secondary circuit of a three-phase motor for the purpose of speed or power factor control, certain current components can still be imposed. It can then happen that the Secondary current is greater than the primary current. In this case it is necessary, also that Secondary current to be used to monitor the motor. You could go to this Purposes, remember that the secondary current can be supplied directly or via current

ao wandler der Überwachungseinrichtung zuführt. Dies hätte jedoch den Nachteil, daß die Überwachungseinrichtung bei sekundären Frequenzen in der Nähe von Null von den Strömen sämtlicher drei Phasen beeinflußt werden müßte. Denn es kann beispielsweise bei der Frequenz Null vorkommen, daß eine Phase dauernd keinen Strom führt, während die beiden anderen Phasen dauernd ihren Maximalstrom besitzen.ao converter supplies the monitoring device. However, this would have the disadvantage that the monitoring device at secondary frequencies near zero of the Flows of all three phases would have to be influenced. Because it can, for example at the frequency zero it can happen that a phase is continuously without current while the other two phases always have their maximum current.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist erfindungsgemäß die Einrichtung so getroffen,In order to avoid these difficulties, the device according to the invention is made so

daß ein dem Sekundärstrom proportionaler Strom durch einen Strom von Netzfrequenz dargestellt und der Überwachungseinrichtung zugeführt wird.that a current proportional to the secondary current through a current of mains frequency is shown and fed to the monitoring device.

In den Abb. ι und 2 sind zunächst die vektoriellen Stromverhältnisse zwischen den primären und sekundären Stromkreisen eines Drehstrommotors dargestellt. Die Abb. 3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung. In den Abb. 1 und 2 ist angenommen, daß Primär- und Sekundärwicklung gleich viel Windungen besitzen. Abb. 1 zeigt das Vektordiagramm für ein in der normalen Art betriebenen Drehstrommotor. AB stellt die aufgedrückte Spannung dar, AC den Primärstrom, AD den Magnetisierungsstrom, der etwa um 90° gegen die aufgedrückte Spannung nacheilt. CD stellt den Sekundärstrom dar. Der Primärstrom AC kann in die beiden Komponenten AE und EC aufgeteilt wurden. AE ist ein Wattstrom, der dem Sekundärstrom CD das Gleichgewicht hält. Da die Primärseite den Magnetisierungsstrom liefert, ist der Primärstrom größer als der Sekundärstrom, und er eilt um den Phasenwinkel V gegenüber der Spannung nach. W ist der Phasenwinkel des Magnetisierungsstroms gegen die Spannung. In Figs. Ι and 2, the vectorial current relationships between the primary and secondary circuits of a three-phase motor are shown. Figs. 3 and 4 show embodiments of the invention. In Figs. 1 and 2 it is assumed that the primary and secondary windings have the same number of turns. Fig. 1 shows the vector diagram for a three-phase motor operated in the normal way. AB represents the applied voltage, AC the primary current, AD the magnetizing current, which lags the applied voltage by about 90 °. CD represents the secondary current. The primary current AC can be divided into the two components AE and EC . AE is a watt current that keeps the secondary current CD in balance. Since the primary side supplies the magnetizing current, the primary current is greater than the secondary current and it lags behind the voltage by the phase angle V. W is the phase angle of the magnetizing current against the voltage.

Abb. 2 zeigt das Vektordiagramm eines Drehstrommotors, in dessen Sekundär Stromkreis irgendein Apparat, z. B. eine Erreger-Fig. 2 shows the vector diagram of a three-phase motor, in its secondary circuit any apparatus, e.g. B. a pathogen

maschine, eingeschaltet ist, die den Magnetisierungsstrom liefert. Der Motor arbeitet mit einem cos 93=1. AB ist wieder die aufgedrückte Spannung, AC der Primärstrom. AD der Magnetisierungsstrom und CD der Sekundärstrom. Der Sekundärstrom CD kann in die beiden Komponenten CE und ED aufgeteilt werden. CE ist die magnetisierende Komponente. Da in diesem 'Falle die Sekundärseite den Magnetisierungsstrom liefert, ist der Sekundärstrom größer als der Primärstrom. Es ist auch möglich, jede Zwischenstellung zwischen dem Vektordiagramm der Abb. ι und 2 zu erhalten, bei der sowohl ig Primär- als auch Sekundärseite je einen Teil des Magnetisierungsstroms liefert. Jedenfalls steht bei derartigen Motoren der Primärstrom nicht in einem feststehenden Verhältnis zu dem Sekundärstrom, so daß ein zo Überwachungsrelais, das nur auf den Primär strom anspricht, den Motor nicht richtig schützen würde.machine, is switched on, which supplies the magnetizing current. The motor works with a cos 93 = 1. AB is again the applied voltage, AC the primary current. AD is the magnetizing current and CD is the secondary current. The secondary current CD can be divided into the two components CE and ED . CE is the magnetizing component. Since in this case the secondary side supplies the magnetizing current, the secondary current is greater than the primary current. It is also possible to obtain any intermediate position between the vector diagram in FIGS. 1 and 2, in which both the primary and the secondary side each supply part of the magnetizing current. In any case, in such motors, the primary current is not in a fixed ratio to the secondary current, so that a monitoring relay that only responds to the primary current would not protect the motor properly.

Abb. 3 stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. 10, 11 und 12 sind die drei Phasen eines Drehstromnetzes. 13 ist ein Induktionsmotor mit· den Primärwicklungen 14 und den Sekundärwicklungen 15. 16 sind die Schleifringe, zu denen die Sekundärwicklungen geführt sind. Der Sekundärstromkreis verläuft von den Schleifringen 16 über die Leitung· 17 zu der Drehstromkommutatormaschine 18, die von dem Drehstrommotor 19, der über den Schalter 20 an das Drehstromnetz angeschlossen ist, angetrieben wird. Die Regeleinrichtungen 18 und 19 dienen dazu, den Magnetisierungsstrom des Motors zu steuern. 21 und 22 sind zwei Stromtransformatoren mit den Primärwicklungen 23 und 24 und den Sekundärwicklungen 25 und 26. Es ist angenommen, daß die beiden Stromwandler so entworfen sind, daß ihr Übersetzungsverhältnis in dem gesamten Arbeitsbereich im wesentlichen konstant ist. 27 ist eme Impedanz, welche die Aufgabe hat, eine bestimmte Phasenverschiebung zwischen den Strömen der Wicklungen 25 und 26 hervorzurufen. 28 ist ein Schalter, der sowohl zur Verbindung der Wicklung 14 mit dem Drehstromnetz dient als auch zur Verbindung der Sekundärwicklung 15 mit der Erregermaschine 18. 29 sind die feststehenden, 30 die beweglichen Kontakte des Schalters. Die Schalterstange 31 besitzt zwei Vorsprünge 32 und 33. 34 und 35 sind zwei feststehende Bolzen. Zwischen dem Bolzen 35 und der Schaltstange 31 befindet sich die Feder 36. 37 ist ein Hebelarm, der bei 38 unterstützt ist und eine Sperrklinke 39 besitzt. 40 und 41 sind zwei Elektromagnete, deren Anker mit 42 und 43 bezeichnet sind. Solange der Schalter 28 geschlossen ist, drückt der Vorsprung 33 unter der Einwirkung der Feder 36 gegen die Sperrklinke 39. Sobald einer der beiden Magnete 40 oder 41 von einem genügend großen Strom durchflossen ist, wird einer der Beiden Anker 42 oder 43 angezogen und bewegt den Sperrklinkenhebel aus seiner Verriegelungsstellung heraus. Unter der Wirkung der Feder 36 wird hierauf der Schalter 28 ausgeschaltet.Figure 3 illustrates one embodiment of the invention. 10, 11 and 12 are the three Phases of a three-phase network. 13 is an induction motor with the primary windings 14 and the secondary windings 15. 16 are the slip rings to which the secondary windings are led. The secondary circuit runs from slip rings 16 via line 17 to the three-phase commutator machine 18, from the three-phase motor 19, which is connected to the three-phase network via the switch 20 is connected, is driven. The control devices 18 and 19 are used to control the magnetizing current of the motor. 21 and 22 are two Current transformers with the primary windings 23 and 24 and the secondary windings 25 and 26. It is assumed that the two current transformers are designed so that their transformation ratio in the entire Working area is essentially constant. 27 is eme impedance which the Task has a certain phase shift between the currents of the windings 25 and 26. 28 is a switch that is used both to connect winding 14 with the three-phase network serves as well as to connect the secondary winding 15 with the Exciter 18, 29 are the fixed, 30 the moving contacts of the switch. The switch rod 31 has two projections 32 and 33. 34 and 35 are two stationary ones Bolt. The spring is located between the bolt 35 and the shift rod 31 36, 37 is a lever arm which is supported at 38 and has a pawl 39. 40 and 41 are two electromagnets, the armatures of which are designated 42 and 43. So long the switch 28 is closed, the projection 33 presses under the action of Spring 36 against the pawl 39. As soon as one of the two magnets 40 or 41 of a sufficiently large current has flowed through it, one of the two armatures 42 or 43 tightened and moves the pawl lever out of its locked position. Under the action of the spring 36, the switch 28 is then switched off.

Der den Magneten 41 durchfließende Strom ist proportional dem Primärstrom, und der den Magneten 40 durchfließende Strom ist proportional dem Sekundärstrom des Motors 13. Wie diese Ströme erzeugt werden, ist im folgenden beschrieben:The current flowing through the magnet 41 is proportional to the primary current and the The current flowing through the magnet 40 is proportional to the secondary current of the motor 13. How these currents are generated is described below:

Eine Betrachtung der Abb. 1 und 2 zeigt, daß Primär-, Sekundär- und Magnetisierungsstrom ein Dreieck miteinander bilden. Der Magnetisierungsstrom AD eilt der Spannung AB um einen konstanten Winkel W nach. Die Winkelverschiebung zwischen dem Primärstrom AC und der Spannung AB hängt von dem Leistungsfaktor des Motors ab. Der Sekundärstrom CD ist die vektorielle Summe von AC und AD^ Es müssen daher für sämtliche Betriebsverhältnisse des Motors zwei getrennte Ströme erzeugt werden, deren Werte in einem bestimmten Verhältnis zu AC und AD stehen und deren Winkelver-Schiebung gegen AB gleich den Winkelverschiebungen zwischen AC und AD gegen AB ist. Durch geeignete Kombination dieser beiden getrennten Ströme wird ein resultierender Strom erhalten, dessen Wert gleich dem Sekundärstrom CD des Motors ist und dessen Winkelverschiebung gegen AB gleich derjenigen zwischen CD und AB ist. Um die dem Magnetisierungsstrom AD proportionale Komponente zu erhalten, ist die Impedanz 27 i°° an eine verkettete Spannung des Drehstromnetzes geschaltet. Sie besitzt einen solchen Wert, daß der die Primärwicklung 24 des mit der Impedanz 27 in Reihe geschalteten Stromwandlers 22 durchfließende Strom gegen die Netzsternphasenspannung der Phase, in welcher der Stromwandler 21 liegt, um den Winkel W verschoben ist. Der Strom in der Sekundärwicklung des Stromwandlers ist dem Strom der Primärwicklung um iSo° entgegengesetzt gerichtet, so daß die Phasenlage des Stromes in der Sekundärwicklung 26 gegenüber dieser Spannung gleichfalls gleich dem Winkel W ist. Zur Erzeugung eines den Vektor AC darstellenden Stromes ist der ¹¹S Stromtransformator 21 in Reihe mit der Primärwicklung 14 geschaltet. Der Strom in der Primärwicklung 23 und infolgedessen auch der Strom in der Sekundärwicklung 25 hat daher dieselbe Winkelverschiebung gegenüber der Netzspannung wie der Primärstrom des Motors. Die Sekundärströme der Strom-A consideration of Figs. 1 and 2 shows that the primary, secondary and magnetizing currents form a triangle with one another. The magnetizing current AD lags the voltage AB by a constant angle W. The angular displacement between the primary current AC and the voltage AB depends on the power factor of the motor. The secondary current CD is the vectorial sum of AC and AD ^ Therefore, two separate currents must be generated for all operating conditions of the motor, the values of which are in a certain ratio to AC and AD and their angular displacement with respect to AB equals the angular displacements between AC and AD is against AB . By appropriately combining these two separate currents, a resultant current is obtained whose value is equal to the secondary current CD of the motor and whose angular displacement with respect to AB is equal to that between CD and AB . In order to obtain the component proportional to the magnetizing current AD , the impedance 27 °° is connected to a line voltage of the three-phase network. It has such a value that the current flowing through the primary winding 24 of the current transformer 22 connected in series with the impedance 27 is shifted by the angle W from the grid star phase voltage of the phase in which the current transformer 21 is located. The current in the secondary winding of the current transformer is directed in the opposite direction to the current in the primary winding by iSo °, so that the phase position of the current in the secondary winding 26 with respect to this voltage is also equal to the angle W. ^{The 11} S current transformer 21 is connected in series with the primary winding 14 to generate a current representing the vector AC. The current in the primary winding 23 and consequently also the current in the secondary winding 25 therefore has the same angular displacement with respect to the mains voltage as the primary current of the motor. The secondary currents of the electricity

wandler 21, 22 stellen daher bei entsprechender Wahl des Übersetzungsverhältnisses phasenrichtige proportionale Teile der Vektoren AC und AD dar. Hinsichtlich des Magneten 40 sind die Wicklungen 25 und 26 parallel geschaltet, so daß sich ihre beiden Ströme überlagern und einen Strom ergeben, der proportional dem Sekundärstrom des Motors entsprechend dem Vektor CD ist.Converters 21, 22 therefore represent in-phase proportional parts of the vectors AC and AD with an appropriate selection of the transmission ratio. With regard to the magnet 40, the windings 25 and 26 are connected in parallel so that their two currents superimpose and result in a current that is proportional to the secondary current of the motor is corresponding to the vector CD .

Hat der Primärstrom des Motors einen bestimmten Maximalwert erreicht, so spricht der Magnet 41 an, überschreitet der Sekundärstrom einen bestimmten Wert, dann spricht der Magnet 40 an.If the primary current of the motor has reached a certain maximum value, then speaks the magnet 41 on, the secondary current exceeds a certain value, then the magnet 40 responds.

«5 Man kann den Motor 19 auch zwischen der Wicklung 14 und dem Schalter 28 anschließen, so daß beim Ansprechen einer der beiden Magnete 40 oder 41 auch die Erregermaschine 18 abgeschaltet wird. In diesem Falle genügt es, wenn der Schalter 28 lediglich den Primärkreis des Motors unterbricht. «5 You can switch the motor 19 between the Winding 14 and the switch 28 connect so that when one of the two magnets 40 or 41, the exciter 18 is also switched off. In in this case it is sufficient if the switch 28 only interrupts the primary circuit of the motor.

In Abb. 3 ist die Impedanz 27 zwischen eine verkettete Spannung geschaltet. Man kann auch zwei Impedanzen 27 von gleichem oder ungleichem Wert verwenden, die an verschiedene verkettete Spannungen angeschlossen sind, wie dies z. B. in Abb. 4 der Fall ist. In Abb. 4 sind nur diejenigen Teile dargestellt, die gegenüber der Anordnung nach Abb. 3 verändert sind. Die beiden Sekundärwicklungen 26 der beiden Stromwandler 22 sind in Serie geschaltet; sie können natürlich unter gewissen Umständen auch parallel geschaltet sein.In Fig. 3 the impedance 27 is connected between a line voltage. Man can also use two impedances 27 of equal or unequal value connected to different concatenated voltages are connected, as z. B. in Fig. 4 is the case. In Fig. 4 only those parts are shown that are compared to the arrangement according to Fig. 3 are changed. The two secondary windings 26 of the two current transformers 22 are connected in series; they can of course also be connected in parallel under certain circumstances be.

Um festzustellen, ob der Magnet 40 in Abb. 3 einen Strom erhält, der proportional dem Sekundärstrom des Motors ist, schaltet man einen Strommesser in Reihe mit der Wicklung dieses Magneten und einen Oszillographen in Reihe mit der Sekundärwicklung des Motors. Der Wert der Impedanz 27, die Verbindungen der Impedanz 27 mit dem Drehstromnetz und das Verhältnis der Sekundärwindungen zu den Primärwindungen des Stromwandlers 22 werden hierauf so eingestellt, daß der Strommesser ein bestimmtes Verhältnis des von dem Oszillographen angezeigten Wertes anzeigt.To determine whether the magnet 40 in Fig. 3 is receiving a current that is proportional the secondary current of the motor, an ammeter is connected in series with the Winding this magnet and an oscilloscope in series with the secondary winding of the motor. The value of the impedance 27, the connections of the impedance 27 to the three-phase network and the ratio of the secondary turns to the primary turns of the current transformer 22 are then set so that the ammeter a certain The ratio of the value displayed by the oscilloscope.

Der Erfindungsgegenstand eignet sich nicht nur zum Abschalten von Motoren bei Überlast, sondern er kann auch vorteilhaft für Einrichtungen zur Schlupfregelung verwendet werden. Es ist hierbei nicht unbedingt nötig, daß Primärstrom und Magnetisierungsstrom der Überwachungseinrichtung im gleichen Verhältnis zugeführt werden, sondern man kann auch durch passende Wahl des Übersetzungsverhältnisses der Stromwandler einen Strom erzeugen, welcher der geometrischen Summe von Primärstrom und beispielsweise ²/₃ des Magnetisierungsstromes entspricht.The subject matter of the invention is not only suitable for switching off motors in the event of an overload, but it can also be used advantageously for devices for slip control. It is not absolutely necessary that the primary current and magnetizing current of the monitoring device are fed in the same ratio, but one can generate a current, the current transformer by a suitable choice of the transmission ratio corresponding to the geometric sum of the primary current and, for example, ^_2/3 of the magnetizing current.

Claims

Patent claims:

1. Device for monitoring induction motors in their secondary circuit a control voltage is inserted, characterized in that the monitoring device is dependent on a current of mains frequency, that of the vectorial sum of the magnetizing current and is proportional to the primary current.

2. Device according to claim I, characterized in that the magnetizing current proportional current is taken from a resistor combination (24, 27), which is one of the star voltage corresponding to that phase (12) from which the primary current is drawn proportional and this generated by about 90 ° lagging current.

1 sheet of drawings