DE941859C

DE941859C - Protection relay for three-phase motors in intermittent operation

Info

Publication number: DE941859C
Application number: DESCH6232A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans-Juergen Schrader
Original assignee: HANS JUERGEN SCHRADER DR ING
Current assignee: HANS JUERGEN SCHRADER DR ING
Priority date: 1951-04-03
Filing date: 1951-04-03
Publication date: 1956-04-19

Description

Schutzrelais für Drehstrommotoren in aussetzendem Betrieb Drehstrommotoren für aussetzenden Betrieb werden periodisch belastet. Nach den Vorschriften des VDE ist die relative Einschaltdauer s das Verhältnis der Betriebszeit a bei Nennleistung zur Spieldauer, die sich aus der Summe von Einschaltzeit a und der Ruhepause b zusammensetzt: Als normale Werte für a gelten 15, z5 und q.00/0. Während der Betriebszeit a. steigt bei Nennbelastung des Motors die Erwärmung seiner Wicklungen dem Verlaufe einer e-Funktion folgend an und strebt einem Endwert zu, der in den meisten Fällen weit über der für die Isolation der Wicklungen zulässigen Grenzerwärmung liegt. Wird der Motor vor Erreichen der zulässigen Erwärmung abgeschaltet, so kühlt er sich während der Betriebspause ab und kann nach Ablauf einer aus der relativen Einschaltdauer und der gesamten Spieldauer zu errechnenden Zeit b wiederum für die Zeit a mit seiner Nennleistung belastet werden, ohne daß hierbei die Grenzerwärmung überschritten wird.Protection relays for three-phase motors in intermittent operation Three-phase motors for intermittent operation are loaded periodically. According to the VDE regulations, the relative on-time s is the ratio of the operating time a at nominal power to the cycle time, which is the sum of the on-time a and the rest period b : The normal values for a are 15, z5 and q.00 / 0. During the operating time a. If the motor is under nominal load, the heating of its windings increases following the course of an exponential function and strives for a final value which in most cases is far above the limit heating permitted for the insulation of the windings. If the motor is switched off before the permissible heating is reached, it cools down during the break in operation and, after a time b to be calculated from the relative duty cycle and the total cycle time has elapsed, it can again be loaded with its rated power for time a without the Limit warming is exceeded.

Ein hinreichender Schutz dafür, daß die relative Einschaltdauer nicht überschritten wird, die Wicklungen des Motors also nicht einer periodischen thermischen Überbelastung ausgesetzt werden, die die Lebensdauer des Motors stark herabsetzen würde, ist oft durch den Belastungsrhythmus der vom Motor angetriebenen Arbeitsmaschine gegeben. In solchen Fällen jedoch (z. B. in Kranbetrieben), in denen der Motor von Hand ein- und ausgeschaltet wird., soll der Motor durch eine automatische Schutzeinrichtung vor thermischer Überbelastung geschützt werden.A sufficient protection that the relative duty cycle is not is exceeded, the windings of the motor so not a periodic thermal Are exposed to overloads, which greatly reduce the service life of the motor is often due to the load rhythm of the work machine driven by the engine given. However, in such cases (e.g. in crane operations) where the motor is operated by Hand in and is switched off., the engine is supposed to be switched on by an automatic Protective device must be protected from thermal overload.

Durch die deutsche Patentschrift 658 664 ist eine derartige Schutzeinrichtung bekanntgeworden, bei welcher zwei einander entgegengerichtete Drehmomente auf ein Ferrarismeßwerk einwirken, von denen das eine von der Motorleistung abhängt, während das andere einer konstanten Energiequelle entnommen wird. Durch die nachstehend beschriebene, erfindungsgemäße . Schutzeinrichtung, bei der als wesentlicher Unterschied gegenüber der deutschen Patentschrift 658664 nicht dieLeistungsaufnahme des Motors, sondern das Quadrat des Motorstromes zur Erzeugung des stromabhängigen Drehmomentes verwendet wird, ergibt sich ein wesentlich einfacherer Aufbau des Schutzrelais. Ferner gestattet diese Maßnahme, das Verhalten der Schutzeinrichtung dem Wärmebild des Schützlings durch Einstellung der Triebsysteme entsprechend den Betriebs- und Ruhezeiten des Aussetzbetriebes in einfachster Weise anzupassen. Diese Tatsache ist im wesentlichen dadurch begründet, daß die Erwärmung des Motors in erster Linie vom Quadrat des Motorstromes abhängt und nicht etwa der aufgenommenen Leistung proportional ist.Such a protective device is provided by German patent specification 658 664 became known, in which two opposing torques on a Acting Ferrarismeßwerk, one of which depends on the engine power, while the other is taken from a constant source of energy. Through the below described, according to the invention. Protective device in which as a major difference compared to the German patent specification 658664 not the power consumption of the engine, but the square of the motor current to generate the current-dependent torque is used, the result is a much simpler structure of the protective relay. Furthermore, this measure allows the behavior of the protective device to the thermal image of the protégé by setting the drive systems according to the operating and Adapt idle times of intermittent operation in the simplest way. this fact is essentially due to the fact that the heating of the engine is primarily depends on the square of the motor current and not proportional to the power consumed is.

Das Schutzrelais gemäß der Erfindung besteht, wie das Ausführungsbeispiel zeigt, aus einer Ferrarisscheibe 1, die vorn je einer Stromspule 2 und Spannungsspule 3 in entgegengesetzter Richtung angetrieben wird. Beide Spulen erzeugen für sich ein Drehmoment, das nach dem Prinzip des Ferrarismotors ähnlich wie bei 12 - bzw. E2 -Elektrizitätszählern jeweils dem - Quadrat des Stromes bzw. der angelegten Spannung proportional ist.The protective relay according to the invention is like the embodiment shows, from a Ferrari disk 1, the front of each a current coil 2 and voltage coil 3 is driven in the opposite direction. Both coils generate for themselves a torque that, based on the principle of the Ferrari motor, is similar to that of 12 - resp. E2 electricity meters each to the square of the current or the applied voltage is proportional.

Die Spannungsspule wird an die Netzspannung angeschlossen; sie erzeugt ein konstantes Drehmoment. Die Stromspule wird vom Motorstrom durchflossen oder bei größeren Strömen über einen, Stromwandler mit einem dem Motorstrom proportionalen Sekundärstrom gespeist. Das auf die Scheibe einwirkende resultierende Drehmoment M ist dann gleich der Differenz zwischen dem Stromspulendrehmoment Mj und dem Spannungsspulendrehmoment Mu; M = Mj -MU - Mj ist proportional J2 und damit in erster Annäherung proportional dem Anstieg der Erwärmung der Wicklungen des Motors. Mu ist konstant.The voltage coil is connected to the mains voltage; it creates a constant torque. The motor current flows through the current coil or, in the case of larger currents, a current transformer is used to supply a secondary current proportional to the motor current. The resulting torque M acting on the pulley is then equal to the difference between the current coil torque Mj and the voltage coil torque Mu; M = Mj -MU - Mj is proportional to J2 and therefore, as a first approximation, proportional to the increase in the temperature rise in the motor windings. Mu is constant.

Die Welle der Ferrarisscheibe trägt - an ihrem Ende eine Schnecke 4, die ein .Schneckenraid 5 antreibt. Das Schneckenrad dreht sich bei positivem M (d. h. wenn Mj > MU) nach rechts. Auf dem Schneckenrad befindet sich ein Anschlagstift 6, der die Drehbewegung des Randes nach links begrenzt.Bei einerDrehbwegung nach rechts wind von dem Stift6 nach etwa einer halben Umdrehung ein Kontakt 7 geschlossen, der einen Stromkreis einschaltet, welcher z. B. über einen Elektromagneten die Verriegelung. des Hauptschalters löst und damit den Motor stromlos macht. Die Spannungsspule des Relais bleibt jedoch weiter an Spannung. Mittels eines verstellbaren Bremsmagneten 8 kann die Drelhgeschwindgkeit tder Ferrarisscheiibe und damit .die :des Schneckenrades eingeregelt werden.The shaft of the Ferrari disk carries - at its end a screw 4, which drives a .Schneckenraid 5. The worm wheel rotates to the right when M is positive (ie when Mj > MU). On the worm wheel there is a stop pin 6 which limits the turning movement of the edge to the left. When turning to the right, a contact 7 is closed by the pin 6 after about half a turn. B. the lock via an electromagnet. of the main switch and thus de-energizes the motor. The voltage coil of the relay remains energized. An adjustable brake magnet 8 can be used to regulate the rotation speed of the Ferrari disk and thus of the worm wheel.

Einstellung und Wirkungsweise des Relais Das Drehmoment der Spannungsspule wird so abgeglichen, daß die Laufzeit des Schneckenrades vom Kontakt 7 zum Anschlag nach links bei stromloser Stromspule gleich der Ruhezeit b des aussetzenden Betriebes wird. Das Drehmoment der vom Nennstrom des Motors durchflossenen Stromspule wird .so eingeregelt, daß bei gleichzeitig erregter Spannungsspule ein Drehmomentüberschuß Mj - Mu vorhanden ist, der das Schneckenrad in der maximal zulässigen Betriebszeit a des Motors vom Anschlag nach rechts bis -zum Endkontakt 7 bewegt.Setting and mode of operation of the relay The torque of the voltage coil is adjusted so that the running time of the worm wheel from contact 7 to the stop to the left when the current coil is de-energized is equal to the idle time b of the intermittent operation. The torque of the current coil through which the rated current of the motor flows is regulated so that when the voltage coil is excited at the same time, there is an excess of torque Mj - Mu, which moves the worm wheel from the stop to the right to the end contact 7 in the maximum permissible operating time a of the motor.

Beispiel Für einen Betrieb mit s = 25 % Einschaltdauer betrage die Laufzeit a = 2,5 Minuten, dann wird die Ruhezeit b, .das ist,die Rücklaufzeit, = 7,5 Minuten = 3 ca. Es gilt also MU = 1/4 Mj.Example For an operation with s = 25% duty cycle, the running time is a = 2.5 minutes, then the idle time b, .that is, the return time, = 7.5 minutes = 3 approx. MU = 1/4 Mj.

Bei einer Belastung des zu schützenden Motors, die unterhalb seiner Nennleistung liegt, steigt in-, folge der geringeren Strombelastung die zulässige Einschaltdauer des Motors und infolge des jetzt geringeren Stromspulendrehmomentes auch die "Hochlaufzeit des Relais. Nähere Untersuchungen (Elektrotechnische Zeitschrift72 [195z], S. 634ff.) zeigen, daß die Laufzeit des Relais mit geringer werdendem Motorstrom ein wenig langsamer anwächst als die zulässige Einschaltzeit. So wird beispielsweise bei einer bestimmten Stromstärke schließlich der Fäll eintreten,,daß die Maschine im Dauerbetrieb gefahren werden kann, ohne idaß ihre Wicklungen die zulässige Grenzerwärmung Überschreiten. Die Rechnung ergibt hierbei, daß stets bei einer etwas geringeren Stromstärke als dieser auch die Laufzeit des Relais unendlich groß wird. Letzteres tritt ein, wenn Mi < M" wird, die Ferrarisscheibe also in Ruhe bleibt. Hierdurch .ist einmal mit einer .gewissen Sicherheit gewährleistet, daß der Schutz vor thermischer Überbelastung der Wicklungen bei allen vorkommenden Betriebsmöglichkeiten gegeben ist, zum anderen aber auch .der vollen Ausnutzung,des Motors bei den verschiedenen Belastungen praktisch keine Grenzen gesetzt sind.If the motor to be protected is loaded below its Nominal power, the permissible increases due to the lower current load Duty cycle of the motor and as a result of the now lower current coil torque also the "run-up time of the relay. More detailed investigations (Elektrotechnische Zeitschrift72 [195z], p. 634ff.) Show that the running time of the relay with decreasing motor current grows a little more slowly than the permissible switch-on time. For example at a certain amperage, the event finally occurs, that the machine can be run in continuous operation without id that your windings exceed the permissible limit heating Exceed. The calculation shows that always with a slightly lower one Current strength as this also the running time of the relay becomes infinitely large. The latter occurs when Mi <M ", ie the Ferraris disk remains at rest. As a result .is guaranteed with a certain degree of certainty that the protection against thermal Overloading of the windings given with all possible operating possibilities is, on the other hand, the full utilization of the engine in the various There are practically no limits to loads.

Durch ,die Verwendung des J2-Triebsystems ist auch dann der Schutz vor Überlastung gegeben, wenn die zu schützende Maschine generatorisch arbeitet. Ein Hauptvorteil der beschriebenen Schutzeinrichtung ist es, daß die Einstellung des Relais ohne Berücksichtigung ider Motorgröße und der Erwärmungszeitkonstanten lediglich auf die Nennstromstärke und -die relative Einschaltzeit, für die der Motor bemessen ist, zu erfolgen hat.By using the J2 drive system there is also protection given before overload when the machine to be protected is working as a generator. A main advantage of the protective device described is that the setting of the relay without taking into account the motor size and the heating time constants only on the nominal current intensity and the relative switch-on time for which the motor is measured, has to be done.

Falls es sich in Spezialfällen als notwendig erweisen sollte, die Ansprechzeiten des Relais den Erwärmungszeiten bei verschiedenen Belastungsverhältnissen noch genauer anzupassen, so wird sich dieses durch Beeinflussung der Funktion Mi = f (J2) mittels besonderer Maßnahmen am Stromtriebsystem (z. B. magnetischer Nebenschluß) erreichen lassen.If, in special cases, it should prove necessary to adjust the response times of the relay more precisely to the heating times under different load conditions, this is done by influencing the function Mi = f (J2) by means of special measures on the current drive system (e.g. magnetic shunt) let reach.

Claims

PATENT CLAIM: Protection relay for three-phase motors in intermittent Operation in which two opposing torques act on a Ferrari measuring mechanism one of which is a function of the motor current, the other of which is a function of the motor current constant energy source is dependent, characterized .that for generation of the current-dependent torque, a power drive system is arranged, which a exerts a torque corresponding to the square of the motor current on the Ferrari disk, their speed by setting the current drive system or that of the constant Energy source dependent drive system can be regulated so that the running time is called the rated current the operating time, the ramp-down time corresponds to the idle time of the motor. Dressed Publications: German Patent No. 658 66q .; VDE technical report 1 () 28, p. 128, 12t9.