EP0963593A1 - Motorantrieb - Google Patents

Motorantrieb

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EP0963593A1
EP0963593A1 EP98904049A EP98904049A EP0963593A1 EP 0963593 A1 EP0963593 A1 EP 0963593A1 EP 98904049 A EP98904049 A EP 98904049A EP 98904049 A EP98904049 A EP 98904049A EP 0963593 A1 EP0963593 A1 EP 0963593A1
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EP
European Patent Office
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motor
cam
motor drive
additional
switching
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EP98904049A
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English (en)
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EP0963593B1 (de
Inventor
Hermann Eberwein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/002—Monitoring or fail-safe circuits
    • H01H47/004—Monitoring or fail-safe circuits using plural redundant serial connected relay operated contacts in controlled circuit
    • H01H47/005—Safety control circuits therefor, e.g. chain of relays mutually monitoring each other

Definitions

  • the invention relates to a motor drive for tap changers, diverters and plunger core coils according to the preamble of the first claim.
  • the generic motor drive is preferably used to set the tap changer to the desired operating position.
  • the load gearbox operates the tap changer directly; for this purpose, it has an appropriately dimensioned electric motor.
  • the control gear is arranged on the side of the load gear and contains a cam disk which rotates one full revolution each time the step switch is switched. This cam disk contains a large number of switching cams for the mechanical actuation of numerous cam switches or cam-actuated contacts, which are at the same time part of the electrical modules to be explained.
  • the control gear also contains means for displaying the step position or the switching step. /
  • the most important electrical components in the motor drive are the different circuits.
  • the motor drive is controlled according to the principle of step switching, i.e. an adjustment process by one switching step is initiated by a one-time control pulse and is then necessarily brought to an end.
  • the output shaft of the motor drive which is coupled to the input shaft of the tap changer when fully assembled, performs a precisely defined number of revolutions.
  • the running time of the stepping circuit is determined by a control cam of the control gear with one revolution per stage.
  • a DurcUau protection device which prevents the motor drive from running through to the end position if the step control described fails. Such a failure of the step control can occur if, for example, a motor contactor "sticks" or a coil of the step switching relay, which is part of the step control, becomes defective.
  • this continuous protection is implemented by an additional time relay in the control circuit, which is excited by contacts of the motor contactor. If the corresponding motor contactor is used after a specified time, in practical operation e.g. 7 seconds, has not yet dropped, i.e. If a new unwanted changeover from one stage to an adjacent other stage of the tap changer begins, the timing relay triggers the motor protection switch and thus stops the drive.
  • timing relays used are themselves relatively susceptible to faults and also quite expensive because of the required electronic components. Additional contactor contacts are also required to excite them.
  • the object of the invention is therefore to provide a new type of motor drive with a continuous protection, which is simple and inexpensive and yet works self-monitoring and error-free.
  • two additional control cams are present in the control gearbox, which correspond to additional cam-controlled monitoring contacts and monitor the contactor contact points and trigger the motor-protective circuit-breaker if the contact position is incorrect, which could lead to an impermissible motor run beyond the new position to be controlled and into the end position.
  • a time relay according to the prior art is generally superfluous for this purpose.
  • the first control cam according to the invention with the corresponding first additional cam-controlled monitoring contact monitors the position of the contactor contact of the relay for the stepping circuit
  • the second control cam according to the invention in turn monitors the position of the motor contactor with the corresponding second additional cam-controlled monitoring contact.
  • the motor contactor can "stick", then the motor drive runs through to the end position.
  • the relay for the step switching does not pick up - be it that it is defective or that there is a fault in the supply line - then the motor drive also runs through to the end position.
  • the two control cams provided according to the invention which each interact with a cam-controlled monitoring contact actuated by them, enable reliable protection against runs caused by both errors with minimal
  • Step switching is present and a maximum of one step adjustment if there is an error on the
  • Motor contactor is present - at the latest then the motor protection switch is triggered.
  • Fig. 1 shows the circuit of a motor drive according to the invention
  • Fig. 2 shows the actuation sequence of the contacts involved in the circuit shown in Fig. 1, which are controlled by the cam, during a changeover, i.e. a rotation of the cam disc of 360 degrees.
  • FIG. 1 the complete circuit of a motor drive according to the invention is shown.
  • the left part shows the motor circuit with the motor Ml, a motor protection switch Ql, the motor contactor Kl, K2 and a heating resistor Rl.
  • the right part shows the control circuits with the cam-controlled contacts S12, S13, S14, which are also available according to the prior art.
  • a stepping switch relay K 20 The arrangement of a stepping switch relay K 20 is also already known. Furthermore, the cam-controlled monitoring contacts S15 and S16 additionally provided according to the invention are arranged in this part of the circuit. Further elements of the circuit are a push button switch S3 for manual actuation of the motor contactor Kl, K2, a flow contact S37, a closing contact S40 and the limit switches S4, S5, S6, and a blocking switch S8.
  • the second cam-controlled monitoring contact S16 closes.
  • the motor protection switch does not trip if it functions properly. In this switching step, it is checked by closing the monitoring contact S16 whether the motor contactor Kl, K2 and / or the stepping relay K20 are defective.
  • K20 61-62 opens and interrupts the self-holding for K2.
  • K2 is now only held via S12: N01-N02.
  • the first cam-controlled monitoring contact S15 closes and thus checks whether K20 has tightened properly. Normally K2: 43-44 is closed and K20: 51-52 is open. The motor protection switch is not triggered if it functions properly.
  • Monitoring contacts S15, S16 monitor the motor contactor Kl, K2 and the stepping relay K20. This takes place, as explained, in that the second monitoring contact S16 is closed by the cam disk at a time after the impulse is given and is opened again shortly thereafter, and the first monitoring contact S15 is also closed at a later point in time after activation of the step contactor K20 and opened again shortly thereafter becomes.
  • This actuation is realized by correspondingly arranged switching cams on the cam disk.
  • FIG. 1 This representation shows the entire changeover process of the tap changer, in which a complete rotation of the cam disk and a switching step indicator wheel connected to this cam disk occurs in the motor drive.
  • the complete switching process is divided into 33 individual, sequential time steps, which are displayed in a known manner by a switching step indicator wheel.
  • the short-time firing of the second monitoring switch S16 after the impulse is given, as well as the short-term firing of the first monitoring switch S15 at a later point in time after actuation of the step-by-step contactor K 20 by firing S13.

Description

Motorantrieb
Die Erfindung betrifft einen Motorantrieb für Stufenschalter, Umsteller und Tauchkernspulen gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
Solche Motorantriebe sind aus der Firmenschrift BA47/91de "Motorantriebe" der Anmelderin bereits bekannt.
Der gattungsgemäße Motorantrieb dient vorzugsweise zur Einstellung des Stufenschalters auf die jeweils gewünschte Betriebsstellung.
Im Motorantrieb sind alle mechanischen und elektrischen Baugruppen, die zum Antrieb des Stufenschalters o.a. erforderlich sind, vereinigt.
Wichtige mechanische Baugruppen sind das Lastgetriebe und das Steuergetriebe. Das Lastgetriebe betätigt direkt den Stufenschalter; es weist dazu einen entsprechend dimensionierten Elektromotor auf Das Steuergetriebe ist seitlich am Lastgetriebe angeordnet und enthält eine Nockenscheibe, die sich bei jeder Umschaltung des Stufenschalters um eine volle Umdrehung dreht. Diese Nockenscheibe enthält eine Vielzahl von Schaltnocken zur mechanischen Betätigung zahlreicher Nockenschalter bzw. nockenbetätigter Kontakte, die gleichzeitig Bestandteil der noch zu erläuternden elektrischen Baugruppen sind. Das Steuergetriebe enthält weiterhin Mittel zur Anzeige der Stufenstellung bzw. des Schaltschrittes. /
Die wichtigsten elektrischen Baugruppen im Motorantrieb sind die unterschiedlichen Stromkreise. Dazu gehört der Motorstromkreis, bei dem die Klemmen des elektrischen Antriebsmotors über Motorschütze, Bremsschütze und andere Schaltmittel mit der Stromzuleitung verbunden sind. Dazu gehören weiterhin der Steuerstromkreis und verschiedene Meldestromkreise und Auslösestromkreise für Motorschutzschalter. Die Steuerung des Motorantriebes erfolgt nach dem Prinzip der Schrittschaltung, d.h. ein Verstellvorgang um einen Schaltschritt wird durch einen einmaligen Steuerimpuls eingeleitet und danach zwangsläufig zu Ende geführt. Die Abtriebswelle des Motorantriebes, die im fertig montierten Zustand mit der Antriebswelle des Stufenschalters gekuppelt ist, voU-fiihrt dabei eine genau festgelegte Anzahl von Umdrehungen.
Die Laufzeit der Schrittschaltung wird durch eine Steuernocke des Steuergetriebes mit einer Umdrehung je Stufe bestimmt.
Bei dem bekannten Motorantrieb ist zusätzlich, neben anderen Sicherheitseinrichtungen, auch eine DurcUau-fechutzeinrichtung vorgesehen, die verhindert, daß beim Versagen der beschriebenen Schrittsteuerung der Motorantrieb bis in die Endstellung durchläuft. Ein solches Versagen der Schrittsteuerung kann auftreten, falls z.B. ein Motorschütz "kleben bleibt" oder eine Spule des Schrittschaltrelais, das Bestandteil der Schrittsteuerung ist, defekt wird.
In einem solchen Fehlerfall muß die DurcMaufschutzeinrichtung zuverlässig den
Motorschutzschalter auslösen und damit den Motorantrieb stillsetzen, um dessen Durchlaufen zu verhindern.
Bei den bekannten Motorantrieben wird dieser Durchlaufschutz durch ein zusätzliches Zeitrelais im Steuerkreis realisiert, das durch Kontakte des Motorschützes erregt wird. Wenn das entsprechende Motorschütz nach einer festgelegten Zeit, im praktischen Betrieb z.B. 7 Sekunden, noch nicht abgefallen ist, d.h. eine neue ungewollte Umschaltung von einer Stufe auf eine benachbarte andere Stufe des Stufenschalters beginnt, löst das Zeitrelais den Motorschutzschalter aus und setzt damit den Antrieb still.
Dieser Durchlaufschutz mit Zeitrelais weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. Zum einen sind die verwendeten Zeitrelais selbst relativ störanfällig und wegen der erforderlichen elektronischen Bauteile auch recht teuer. Weiterhin werden zu ihrer Erregung zusätzliche Schützkontakte benötigt.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen neuartigen Motorantrieb mit einem Durchlaufschutz anzugeben, der einfach und preisgünstig aufgebaut ist und dennoch, sich auch selbst überwachend, fehlerfrei arbeitet.
Diese Aufgabe wird durch einen erfmdungsgemäßen Motorantrieb mit den Merkmalen des Patentanspruches gelöst.
Erfindungsgemäß sind im Steuergetriebe zwei zusätzliche Steuernocken vorhanden, die mit zusätzlichen nockengesteuerten Überwachungskontakten korrespondieren und die Schützkontaktstellen überwachen und bei nicht ordnungsgemäßer Kontaktstellung, die zu einem unzulässigen Motordurchlauf über die anzusteuernde neue Stellung hinaus bis in die Endstellung führen könnte, den Motorschutzschalter auslösen. Dadurch wird ein Zeitrelais nach dem Stand der Technik für diesen Zweck ganz allgemein überflüssig.
Nach einem Merkmal der Erfindung überwacht die erste erfindungsgemäße Steuernocke mit dem korrespondierenden ersten zusätzlichen nockengesteuerten Überwachungskontakt die Stellung des Schützkontaktes des Relais für die Schrittschaltung und die zweite erfindungsgemäße Steuernocke wiederum mit dem korrespondierenden zweiten zusätzlichen nockengesteuerten Überwachungskontakt die Stellung des Motorschützes. Ein unerwünschter Durchlauf des Motorantriebes kann zwei unterschiedliche Ursachen haben:
Es kann das Motorschütz "kleben bleiben", dann läuft der Motorantrieb bis in die Endstellung durch.
Es kann jedoch auch vorkommen, daß das Relais für die Schrittschaltung nicht anzieht - sei es, daß es selbst defekt ist oder daß ein Fehler in der Zuleitung vorliegt -, dann läuft der Motorantrieb ebenfalls bis in die Endstellung durch.
Die erfindungsgemäß vorgesehenen beiden Steuernocken, die mit jeweils einem durch sie betätigten nockengesteuerten Überwachungskontakt zusammenwirken, ermöglichen einen sicheren Schutz vor durch beide Fehler verursachten Durchläufen bei minimalem
Schaltungsaufwand.
Wie bereits erläutert, ist beim erfindungsgemäßen Motorantrieb kein Zeitrelais mehr erforderüch; vielmehr sind nur noch mechanische Teile vorhanden, die eine geringe Störanfalhgkeit aufweisen.
Außerdem erfolgt im Fehlerfall keine Stufenverstellung, wenn ein Fehler am Relais für die
Schrittschaltung vorliegt und maximal nur eine Stufenverstellung, wenn ein Fehler am
Motorschütz vorliegt - spätestens dann wird der Motorschutzschalter ausgelöst.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles noch näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt die Schaltung eines erfindungsgemäßen Motorantriebes
Fig. 2 zeigt die Betätigungssequenz der beteiligten Kontakte der in Figur 1 dargestellten Schaltung, die von der Nockenscheibe gesteuert werden, bei einer Umschaltung, d.h. einer Drehung der Nockenscheibe von 360 Grad.
In Figur 1 ist die vollständige Schaltung eines erfindungsgemäßen Motorantriebes dargestellt. Der linke Teil zeigt den Motorkreis mit dem Motor Ml, einem Motorschutzschalter Ql, dem Motorschütz Kl, K2 und einem Heizwiderstand Rl. Der rechte Teil zeigt die Steuerkreise mit den nockengesteuerten Kontakten S12, S13, S14, die auch nach dem Stand der Technik vorhanden sind.
Ebenfalls bereits bekannt ist die dargestellte Anordnung eines Schrittschaltrelais K 20. Weiterhin sind in diesem Teil der Schaltung die erfindungsgemäß zusätzlich vorgesehenen nockengesteuerten Überwachungskontakte S15 und S16 angeordnet. Weitere Elemente der Schaltung sind ein Tastschalter S3 zur manuellen Betätigung des Motorschützes Kl, K2, ein Durchlaufkontakt S37, ein Schließkontakt S40 sowie die Endschalter S4, S5, S6, weiterhin ein Sperrschalter S8.
Die einzelnen Bestandteile der Schaltung sind in ihrer Funktion nachfolgend näher beschrieben. In der Figur 1 ist die Schaltung in Ruhestellung, d.h. im stationären Zustand des Motorantriebes, dargestellt. Bei einer Schaltung in Richtung "+" laufen nacheinander folgende Schaltschritte ab:
- Impulsgabe über den Tastschalter S3 oder von außen von beispielsweise einem Spannungsregler, dadurch wird Motorschütz K2 erregt und schließt zur Selbsthaltung K2: 13- 14. Außerdem werden K2: 1-2, 3-4 und 5-6 geschlossen. Der Motor Ml läuft an.
- Der zweite nockengesteuerte Überwachungskontakt S16 schließt. Da der Kontakt K20:33-34 im Normalfall noch nicht geschlossen und der Kontakt K2:31-32 bereits geöffnet ist, erfolgt bei ordnungsgemäßer Funktion keine Auslösung des Motorschutzschalters. In diesem Schaltschritt wird durch das Schließen des Überwachungskontaktes S16 also überprüft, ob das Motorschütz Kl, K2 und/oder das Schrittschaltrelais K20 defekt sind.
- S 16 öffnet wieder.
- S12 schließt.
- S13 schließt; das Schrittschaltrelais K20 wird angesteuert und zieht an. Über K20:23-24 und K2:13-14 geht K20 in Selbsthaltung.
Bei der anschließenden Schrittschaltung öffnet K20:61-62 und unterbricht die Selbsthaltung für K2. K2 wird jetzt nur noch über S12:N01-N02 gehalten.
- der erste nockengesteuerte Überwachungskontakt S15 schließt und überprüft damit, ob K20 ordnungsgemäß angezogen hat. Im Normalfall ist K2:43-44 geschlossen und K20:51-52 ist offen. Der Motorschutzschalter wird bei ordnungsgemäßer Funktion nicht ausgelöst.
- S 15 öffnet wieder.
- S13 öffnet. K20 fällt aber nicht sofort ab, da K2: 13- 14 noch geschlossen ist.
- S12 öffnet. Dadurch, daß S12:NOl-NO2 öffnet, fällt K2 jetzt ab und öffnet K2: 13-14, den Haltekontakt von K20. Erst jetzt fällt K20 ab. K2:l-2, 3-4 und 5-6 öffnen; der Motor Ml kommt zum Stillstand. Sämtliche Kontakte und Steuerungsschalter befinden sich in der Ausgangsstellung. Die Umschaltung ist damit abgeschlossen.
Aus diesem Schaltablauf ist ersichtHch, daß die beiden zusätzlich vorgesehenen nockengesteuerten
Überwachungskontakte S15, S16 das Motorschütz Kl, K2 sowie das Schrittschaltrelais K20 überwachen. Dies geschieht, wie erläutert, dadurch, daß der zweite Überwachungskontakt S16 durch die Nockenscheibe zeitlich nach der Impulsgabe geschlossen und kurz danach wieder geöffnet wird und der erste Überwachungskontakt S15 zu einem späteren Zeitpunkt zeithch nach der Ansteuerung des Schrittschaltschützes K20 ebenfalls geschlossen und kurz danach wieder geöffnet wird.
Diese Betätigung wird durch entsprechend angeordnete Schaltnocken auf der Nockenscheibe realisiert.
In der oben erläuterten Schaltsequenz wurde von einer ordnungsgemäßen Funktion des
Motorschützes Kl, K2 und des Schrittschaltrelais K20 ausgegangen.
In diesem Fall läuft der Schaltungsablauf ungestört weiter, im Fehlerfall, bei dem ohne zusätzUche
Sicherung der Durchlauf eintreten würde, wird der Motorschutzschalter ausgelöst. Aus Figur 2 ist die bereits beschriebene kurzzeitige Betätigung der Überwachungskontakte S15 und S16 zu den beschriebenen Zeitpunkten durch die Nockenscheibe verdeutlicht. In dieser Darstellung ist der gesamte Umschaltvorgang des Stufenschalters, bei dem eine vollständige Umdrehung der Nockenscheibe und eines mit dieser Nockenscheibe verbundenen Schaltschritt- Anzeigerades im Motorantrieb auftritt, dargestellt.
Der komplette Umschaltvorgang ist hierbei in 33 einzelne, nacheinander ablaufende zeitliche Schritte unterteilt, von einem Schaltschritt-Anzeigerad auf bekannte Weise angezeigt werden. Das kurzzeitige Schheßen des zweiten Überwachungsschalters S16 nach der Impulsgabe ist ebenso wie das kurzzeitige Schheßen des ersten Überwachungsschalters S15 zu einem späteren Zeitpunkt nach der Ansteuerung des Schrittschaltschützes K 20 durch Schheßen von S13 verdeutlicht.

Claims

Patentanspr uch :
Motorantrieb für Stufenschalter, Umsteller oder Tauchkernspulen
- mit einem Lastgetriebe, das einen elektrischen Antriebsmotor aufweist und direkt auf den Stufenschalter o. dgl. wirkt,
- ferner mit einem Steuergetriebe, das eine Nockenscheibe aufweist, welche Steuernocken aufweist, die wiederum mechanische Nockenschalter betätigen und die sich bei jedem Schaltschritt um 360 Grad dreht,
- ferner mit einem Motorstromkreis, mittels dessen die Klemmen des Antriebsmotors über ein Motorschütz drehrichtungsabhängig mit der Stromzuleitung verbindbar sind und in den auch ein Motorschutzschalter geschaltet ist,
- ferner mit einem Steuerstromkreis, der ein Schrittschaltrelais enthält, das mittels der Nockenschalter betätigbar ist, derart, daß der Motorantrieb nach dem Prinzip der Schrittschaltung arbeitet, wobei der eingeleitete Schaltschritt selbsttätig und zwangsläufig zu Ende geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Nockenscheibe zwei zusätzliche Steuernocken angeordnet sind, daß zwei zusätzliche nockengesteuerte Überwachungskontakte (S15,S16), die von den zusätzlichen Steuernocken auf der Nockenscheibe betätigbar sind, vorgesehen sind, daß die Betätigung des zweiten zusätzlichen Überwachungskontaktes (S16) derart erfolgt, daß er zu einem ersten Zeitpunkt, wenn im normalen Betrieb bei einer Umschaltung der Motorschütz
(K1,K2) bereits erregt wurde, das Schrittschaltrelais (K20) aber noch nicht erregt ist, kurzzeitig geschlossen wird, daß die Betätigung des ersten zusätzlichen Überwachungskontaktes (S15) derart erfolgt, daß er zu einem zweiten Zeitpunkt, wenn im normalen Betrieb bei einer Umschaltung sowohl das
Schrittschaltrelais (K20) als auch der Motorschütz (K1,K2) erregt sind, kurzzeitig geschlossen wird und daß der erste und der zweite zusätzliche Überwachungskontakt (S15, S16) so in den
Steuerstromkreis geschaltet sind, daß, wenn im ersten und im zweiten Zeitpunkt sich Motorschütz
(Kl, K2) und Schrittschaltrelais (K20) nicht im jeweils für den normalen Betrieb vorgesehenen
Zustand befinden, der Motorschutzschalter (Ql) ausgelöst wird und damit der Motorantrieb stillsetzbar ist.
EP98904049A 1997-02-26 1998-01-09 Motorantrieb Expired - Lifetime EP0963593B1 (de)

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JP (1) JP2001512660A (de)
AT (1) ATE208955T1 (de)
AU (1) AU6208298A (de)
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CZ (1) CZ300299A3 (de)
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