CH615538A5

CH615538A5 -

Info

Publication number: CH615538A5
Application number: CH270177A
Authority: CH
Inventors: Franz Ritter
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1977-03-04
Filing date: 1977-03-04
Publication date: 1980-01-31
Also published as: DK93578A; DE2715935A1; NL7802290A; AT363153B; GB1601678A; ATA149478A; US4194145A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung des Hochlaufs von - vorzugsweise explosionsgeschützten - Asynchronmotoren durch Erfassung einer drehzahlabhängigen physikalischen Grösse innerhalb einer erlaubten Blockierzeit und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Überwachung des Hochlaufs von Motoren ist für einige Anwendungen unerlässlich, so etwa bei explosionsgeschützten Motoren, bei denen eine zu starke Erhitzung der stromdurchflossenen Wicklungen bei Blockierung dadurch vermieden wird, dass die erlaubte Blockierzeit tE kleiner als die Anlaufzeit tA gewählt wird. Bei den bekannten Verfahren zur Überwachung des Hochlaufs von Asynchronmotoren ist es üblich, die Drehzahlen mittels eines Drehzahlwächters unmittelbar nach dem Einschalten des Motors und nach Ablauf einer bestimmten, innerhalb der Blockierzeit liegenden Zeitverzögerung zu ermitteln. Ist nach dem Zuschalten der Spannung der Motor nach Ablauf der eingestellten Zeitverzögerung nicht auf einer vorgeschriebenen Drehzahl, z. B. 40% n, so wird der Motor wieder spannungsfrei geschaltet. Ein derartiges Verfahren ist jedoch aufwendig und umständlich, da auf der Motor5

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welle eine Vorrichtung zur Drehzahlüberwachung angebracht werden muss und darüber hinaus auch die Reproduzierbarkeit der angezeigten Messwerte fraglich ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Überwachung des Hochlaufs von Asynchronmotoren anzugeben, bei dem durch das ausschliessliche Ermitteln elektrischer Grössen eindeutige und reproduzierbare Aussagen über den Betriebszustand des Motors gemacht werden können und das Verfahren darüber hinaus mit Hilfe einer wartungsfreien und wenig Raum beanspruchenden Vorrichtung durchzuführen ist.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Wert Ai einer vom Phasenwinkel cp zwischen Motorstrom I und -Spannung U abhängigen elektrischen Grösse nach Ablauf einer ersten Zeitverzögerung ti nach dem Einschalten des Motors sowie der Wert A2 dieser Grösse nach Ablauf einer zweiten Zeitverzögerung t2 nach dem Einschalten des Motors ermittelt und beide Werte Ai, A2 miteinander verglichen werden.

Als Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäs-sen Verfahrens sind Mittel zum Umwandeln der vom Motor ausgehenden Strom- und Spannungsignale, zur Einleitung und Bestimmung der Dauer der Messung der phasenwinkelabhängigen Grösse, zur Ermittlung der zeitlichen Änderung der phasenwinkelabhängigen Grösse und zur Abgabe eines Auslösebefehls vorgesehen.

Neben der Zuverlässigkeit und der Problemlosigkeit beim Anbringen einer Überwachungsvorrichtung zeichnet sich das erfindungsgemässe Verfahren vor allem dadurch aus, dass es insbesondere in Kernkraftwerken, wo bei Kühlmittel-Pumpenmotoren der Motorraum nicht betreten werden darf, oder anderen Anlagen, in denen ein Drehzahlwächter aus betrieblichen Gründen nicht beobachtet und gewartet werden kann, mit Vorteil einzusetzen ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung beruhen auf der Erkenntnis, dass sich während des Hochlaufs eines Asynchronmotors der Wert einer vom Phasenwinkel <p zwischen Motorstrom I und Motorspannung U abhängigen Grösse, etwa der effektive Widerstand R = U/I • cos<p, den der Motor dem Netz entgegensetzt, stark ändert. Diese Änderung wird dadurch bewirkt, dass sich die abgegebene mechanische Leistung zum eigentlichen ohm-schen Widerstand des Motors addiert. Da die mechanische Leistung bei verschwindender Drehzahl nicht messbar ist, tritt eine Änderung dieser Leistung und damit eine Änderung des effektiven Widerstandes R nur dann ein, wenn der Motor beschleunigt. Entsprechend wurde die Abhängigkeit der Motordrehzahl vom Phasenwinkel (p erkannt und für das erfindungsgemässe Verfahren ausgenutzt.

Es empfiehlt sich, die erste Zeitverzögerung so zu wählen, dass die beim Einschalten auftretenden Gleichstromkomponenten bei der Ermittlung der Werte der phasenwinkelabhängigen Grösse im wesentlichen abgeklungen sind.

Zur Durchführung des Verfahrens wird lediglich eine elektronische Messvorrichtung an einen Strom- und Spannungswandler des Motors angeschlossen, in der Messvorrichtung die Zeitverzögerungen sowie der Motornennstrom eingestellt, der Messvorgang nach Überschreiten eines vorgegebenen Stromscheitelwertes eingeleitet, der nach der ersten Zeitverzögerung ti ermittelte Wert Ai der phasenwinkelabhängigen Grösse gespeichert, der Wert A2 der phasenwinkelabhängigen Grösse nach Ablauf der zweiten Zeitverzögerung ermittelt, zum Wert Ai ein als Sicherheitsmarge dienender Wert B addiert, der um B vermehrte Wert Ai mit dem Wert A2 verglichen und bei Übertreffen des Wertes A2 durch den um die Marge B vermehrten Wert Ai die Abschaltung des Motors bewirkt. Ein derartig ausgestaltetes Verfahren zur Überwachung des Hochlaufs von Asynchronmotoren ist besonders vorteilhaft, da an Spannung und Strom des Motors lediglich eine elektronische Messvorrichtung angeschlossen werden muss. Nach Einstellen der für den zu schützenden Motor charakteristischen Zeitverzögerungen, also der für das Abklingen der Gleichstromkomponenten nach dem Einschalten erfor-5 derlichen Zeitspanne ti und der Zeitspanne t2, welche höchstens so gross wie die Blockierzeit tE gewählt werden darf, sowie des Nennstroms IN des Motors, ist die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens vorgesehene Vorrichtung über lange Zeiträume ohne aufwendige Wartung einsatzfähig. 10 Da lediglich elektrische Messwerte ermittelt werden, braucht deren Auswertung nicht in unmittelbarer Nähe des Motors zu erfolgen, sondern können diese Messwerte leicht und ohne besonderen Aufwand in entlegene Räume zur Auswertung übermittelt werden. Zusätzlich ist es noch von Vorteil, dass das 15 erfindungsgemässe Verfahren erst nach Überschreiten eines bestimmten Stromscheitelwertes (z. B. 2 IN, wobei IN = Nennstrom des Motors) wirksam wird, so dass betrieblich bedingte Laständerungen und Spannungsschwankungen im Netz nicht zu Fehlverhalten führen können.

20 In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht wiedergegeben. Der Erfindungsgegenstand ist selbstverständlich auf das in der Zeichnung Dargestellte nicht beschränkt. Es zeigt:

Fig. 1 ein Relais zur Durchführung des erfindungsgemässen 25 Verfahrens, bei der der effektive Widerstand des Motors als phasenwinkelabhängige Grösse verwendet wird und

Fig. 2 ein Relais zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, bei dem der Phasenwinkel <p zwischen Motorstrom I und Motorspannung U als phasenwinkelabhängige Grösse 30 verwendet wird.

In beiden Figuren sind gleiche Bezugsziffern auf gleiche Teile bezogen.

Gemäss Fig. 1 wird das erfindungsgemässe Relais über Zwischenwandler 1 an den Motor bzw. die Strom- und Spannungs-35 wandler des Motors angeschlossen. Ein an den Zwischenwandler 1 angeschlossener Gleichrichter 2 erzeugt eine zur Motorspannung proportionale Gleichspannung U. Ein an den Zwischenwandler 1 angeschlossener Impulsumformer 7 formt die sinusförmige Motorspannung in ein phasengleiches Rechteck-40 signal um. Ein bipolarer Schalter 11 wird über das Gatter 8 durch das Rechtecksignal angesteuert und bewirkt zusammen mit dem Filter 12 die Erzeugung eines dem Produkt I • coscp proportionalen Gleichspannungssignals. Zur Anpassung an den Motornennstrom ist eine über den Zwischenwandler 1 ange-45 schlossene Bürde 15 vorgesehen. In einem Dividierer 3 wird der effektive Widerstand R durch Division des Gleichspannungssignals U durch das Produkt I • cos(p gebildet.

Die Spannung an der Bürde 15 wird nicht nur zur Bildung des Produkts I • cos<p verwendet, sondern auch dazu, um den 50 Anlaufbeginn des Motors zu erkennen. Nach dem Einschalten steigt der Strom sehr stark an. Bei einem fest vorgegebenen Scheitelwert, beispielsweise I>2xIN, wobei IN = der Nennstrom des Motors, spricht ein Trigger 16 an. Da ein Trigger aber nur auf Scheitelwert reagiert, sind Mittel 17 zur Impulsverlänge-55 rung vorgesehen, um so ein kontinuierliches Signal nach dem Ansprechen zu bilden. Nach dem Ansprechen von Trigger 16 und Impulsverlängerung 17 beginnen die Zeitverzögerungsglieder 22 und 13 zu laufen. Das Verzögerungsglied 22 ist auf eine Zeitverzögerung ti von beispielsweise 0,1 s eingestellt, welche 60 dazu dient, das Ausklingen der Gleichstromkomponenten im Strom abzuwarten, bevor die erste Widerstandsmessung des Relais beginnt. Das Verzögerungsglied 13 ist auf eine Zeitverzögerung t2 eingestellt, welche grösser als ti ist, aber höchstens gleich der erlaubten Blockierzeit tE.

65 Nach Ablauf von ti wird über einen ersten monostabilen Multivibrator 23 und Gatter 24,25 ein zweiter monostabiler Multivibrator 26 getriggert. Der Ausgang dieses zweiten monostabilen Multivibrators startet für eine bestimmte Anzahl von

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Perioden, etwa 5, über Gatter 18,19,27 die Messung des Produktes I • coscp. Ist diese Messung beendet, so wird der über den Dividierer 3 gebildete Wert Ri = U/Ix coscp über einen Analog-Digital-Wandler 4 in einen Speicher 5 eingegeben.

Nach Ablauf der Zeitverzögerung t2 wird in entsprechender Weise eine Messung des Produktes I • coscp veranlasst. Der entsprechend ermittelte Wert des effektiven Widerstandes R2 wird in einem Komparator 10 mit dem an dem Speicher 5 über einen Digital-Analog-Wandler 6 abgerufenen Wert Ri verglichen. Zuvor wird jedoch zum Wert des effektiven Widerstandes Ri in einem Addierer 9 noch ein als Sicherheitsmarge dienender Wert B addiert. Ist der Wert R2der zweiten Widerstandsmessung mindestens um diesen Wert B grösser als Ri, so war der Start des Motors erfolgreich und das Relais hat keinen Auslösebefehl zu erteilen. Ist der Wert des Widerstandes der zweiten Messung jedoch kleiner als der um die Sicherheitsmarge B vermehrte Wert des Widerstandes der ersten Messung, so ist der Motor blockiert. Das Relais gibt nun über das Gatter 14, den monostabilen Multivibrator 20 und das Auslöserelais 21 einen Auslösebefehl.

Gemäss Fig. 2 wird das erfindungsgemässe Relais über den Zwischenwandler 1 an den Motor bzw. die Strom- und Span-5 nungswandler des Motors angeschlossen. Ein an den Zwischenwandler 1 angeschlossener erster Impulsumformer 7 formt die sinusförmige Motorspannung in ein phasengleiches Rechtecksignal und ein an den Zwischenwandler 1 angeschlossener zweiter Impulsformer T formt das an der Bürde 15 dem sinus-10 förmigen Motorstrom angepasste Signal ebenfalls in ein phasengleiches Rechtecksignal um. Über das Filter 12 wird der Phasenwinkel cp zwischen motorstrom- und motorspannungs-proportionalen Signalen ermittelt. Die Einleitung und Bestimmung der Dauer der Messung der Phasenwinkel cpi und cp2,"die 15 Ermittlung der zeitlichen Änderung des Phasenwinkels cp während der Anlaufphase des Motors und die Abgabe des Auslösebefehls erfolgt genau so wie bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel, bei dem der effektive Widerstand und nicht der Phasenwinkel als Bestimmungsgrösse verwendet wurde.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Überwachung des Hochlaufs eines Asynchronmotors durch Erfassung einer drehzahlabhängigen physikalischen Grösse innerhalb einer erlaubten Blockierzeit, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert Ai einer vom Phasenwinkel (p zwischen Motorstrom I und -Spannung U abhängigen elektrischen Grösse nach Ablauf einer ersten Zeitverzögerung ti nach dem Einschalten des Motors sowie der Wert A2 dieser Grösse nach Ablauf einer zweiten Zeitverzögerung t2 nach dem Einschalten des Motors ermittelt und beide Werte Ai, A2 miteinander verglichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zeitverzögerung ti so gewählt wird, dass die beim Einschalten auftretenden Gleichstromkomponenten im wesentlichen abgeklungen sind, und dass die zweite Zeitverzögerung t2 grösser als die erste Zeitverzögerung ti aber kleiner oder höchstens gleich der erlaubten Blockierzeit tE gewählt wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Messvorrichtung an einen Strom- und einen Spannungswandler des Motors angeschlossen wird, in der Messvorrichtung die Zeitverzögerungen ti, t2 sowie der Motornennstrom IN eingestellt werden, der Messvorgang nach Überschreiten eines vorgegebenen Stromscheitelwertes, z. B. 2 In, eingeleitet, der nach der ersten Zeitverzögerung ti ermittelte Wert Ai der phasenwinkelabhängigen Grösse gespeichert, der Wert A2 der phasenwinkelabhängigen Grösse nach Ablauf der zweiten Zeitverzögerung t2 ermittelt, zum Wert Ai ein als Sicherheitsmarge dienender Wert B addiert, der um B vermehrte Wert Ai mit dem Wert A2 verglichen und bei Übertreffen des Wertes A2 durch den um die Marge B vermehrten Wert Ai die Abschaltung des Motors bewirkt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als phasenwinkelabhängige Grösse der effektive Widerstand R = U/I • coscp verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nennstrom IN an einer Bürde (15) angepasst, durch Triggerung der Ablauf der Zeitverzögerungen ti, t2 eingeleitet, nach Ablauf der Zeitverzögerung ti der Strom I • cos<p über einige Perioden, z. B. 5, gemessen und in einem Dividierer (3) der effektive Widerstand Ri und nach Ablauf der Zeitverzögerung t2 der effektive Widerstand R2 in entsprechender Weise ermittelt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als phasenwinkelabhängige Grösse der Phasenwinkel cp verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Nennstrom IN an einer Bürde (15) angepasst, durch Triggerung der Ablauf der Zeitverzögerungen ti, t2 eingeleitet und nach Ablauf der Zeitverzögerung ti durch Vergleich der Phasenlage von Motorstrom I und -Spannung U der Phasenwinkel <pi und nach Ablauf der Zeitverzögerung t2 der Phasenwinkel <p2 in entsprechender Weise ermittelt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als phasenwinkelabhängige Grösse der Cosinus des Phasenwinkels <p verwendet wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Umwandeln der vom Motor ausgehenden Strom- und Spannungssignale, zur Einleitung und Bestimmung der Dauer der Messung der phasenwinkelabhängigen Grösse, zur Ermittlung der zeitlichen Änderung der phasenwinkelabhängigen Grösse und zur Abgabe eines Auslösebefehls vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Einleitung und Bestimmung der Dauer der Messung der phasenwinkelabhängigen Grösse ein Trigger (16) und eine Einrichtung (17) zur Impulsverlängerung sowie ein nach Ablauf einer fest einstellbaren Zeitverzögerung ti einen monostabilen Multivibrator (26) aktivierendes erstes Verzögerungsglied (22,23) und ein nach Ablauf einer fest einstellbaren Zeitverzögerung t2den monostabilen Multivibrator (26) aktivierendes zweites Verzögerungsglied ( 13) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Ermittlung der zeitlichen Änderung der phasenwinkelabhängigen Grösse ein Speicher (5) zum Abruf der nach Ablauf der Zeitverzögerung ti ermittelten Grösse Ai, ein Addierer (9) zum Vermehren der Grösse Ai um einen Wert B und ein Komparator (10) zum Vergleich der Grössen Ai + B und A2 vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zum Umwandeln der vom Motor ausgehenden Strom- und Spannungssignale bei der Ermittlung der effektiven Widerstände Ri, R2 als phasenwinkel-abhängiger Grösse folgende Elemente vorgesehen sind:

ein an einen Zwischenwandler ( 1 ) angeschlossener Gleichrichter (2) zur Erzeugung einer der Motorspannung proportionalen Gleichspannung U,

ein an den Zwischenwandler (1) angeschlossener Impulsumformer (7) zum Umformen der sinusförmigen Motorspannung in ein phasengleiches Rechtecksignal,

ein durch das Rechtecksignal angesteuerter bipolarer Schalter (11) und ein Filter ( 12) zur Erzeugung eines dem Produkt I • costp proportionalen Gleichspannungssignals, sowie eine Bürde (15) zur Anpassung an den Motornennstrom In, und ein Dividierer (3) zur Bildung des effektiven Widerstandes U/I coscp.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zum Umwandeln der vom Motor ausgehenden Strom- und Spannungssignale bei der Ermittlung der Phasenwinkel (pi, <p2 als phasenwinkelabhängiger Grösse folgende Elemente vorgesehen sind:

ein an einem Zwischenwandler (1 ) angeschlossener erster Impulsumformer (7) zum Umformen der sinusförmigen Motorspannung in ein phasengleiches Rechtecksignal,

ein an den Zwischenwandler ( 1 ) angeschlossener zweiter Impulsumformer (7) zum Umformen des an der Bürde (15) an den sinusförmigen Motorstrom angepassten Signals in ein phasengleiches Rechtecksignal, und ein Filter (12) zur Ermittlung des Phasenwinkels tp zwischen motorstrom- und motorspannungsproportionalen Signalen.