DD247328A1

DD247328A1 - Verfahren zur ueberwachung von stromdurchflossenen elektrischen verbrauchern

Info

Publication number: DD247328A1
Application number: DD28760386A
Authority: DD
Inventors: Ralf Reiser
Original assignee: Elektroprojekt Anlagenbau Veb
Priority date: 1986-03-05
Filing date: 1986-03-05
Publication date: 1987-07-01

Abstract

Die Erfindung dient der Ueberwachung der Erwaermung von elektrischen Verbrauchern, insbesondere von elektrischen Motoren und Stromrichtern. Sie ist auch geeignet fuer deren gemeinsamen Schutz. Mit der Erfindung soll eine einfach zu realisierende Anpassung der Grenzwertkennlinie an die Erfordernisse eines gemeinsamen Schutzes unterschiedlicher Verbraucher unter der Beruecksichtigung des Unterschieds von Erwaermungs- und Abkuehlzeitkonstante moeglich sein. Erfindungsgemaess wird der Stromistwert auf mehrere Grenzwertstufen gefuehrt, deren Ausgangssignal auf je einen Zaehlerbaustein gegeben wird, welche von zwei Zeitgeberbausteinen ueber jeweils einen Verknuepfungsbaustein so angesteuert werden, dass je nach dem erreichten Abschnitt der Grenzwertkennlinie und je nach Erwaermungs- oder Abkuehlungsphase mit unterschiedlicher Zaehlfrequenz hoch- oder zurueckgezaehlt wird. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung der Erwärmung von stromdurchflossenen elektrischen Verbrauchern, insbesondere von elektrischen Motoren und Stromrichtern. Es ist auch geeignet für den gemeinsamen Schutz eines elektrischen Motors und eines zugehörigen leistungselektronischen Stellgliedes (z.B. Stromrichter).

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Überwachung von stromdurchflossenen elektrischen Verbrauchern sind verschiedene Schutzeinrichtungen bekannt. Im einfachsten Fall, insbesondere für den Schutz elektrischer Maschinen, bedient man sich magnetischer Auslöser oderthermischer Auslöser in Form von Bimetallschaltern. Bei Stromrichtern werden die zulässigen Strom- und Temperaturgrenzwerte mittels Sicherungselementen bzw. temperaturabhängigen Widerständen in Verbindung mit entsprechenden Auswerteschaltungen eingehalten. Diese Maßnahmen sind wegen der bekannten Nachteile nur für bestimmte Verbraucher anwendbar. Es sind auch aufwendige Schutzmaßnahmen bekannt, mit denen ein genaueres thermisches Abbild des Verbrauchers nachgebildet werden kann, als dies mit Bimetallrelais möglich ist.

Hierzu sind in der Vergangenheit Analogschaltungen benutzt worden, die allerdings einen enormen Schaltungsaufwand erfordern. Auch digitale Schaltungen wurden bereits vorgeschlagen. So ist mit der DE-OS 2630407 (H 02 H 5/04) eine Lösung bekannt, bei der mittels eines Analog-Digital-Wandlers ein stromproportionaler Digitalwert gebildet wird und zur Bestimmung der Erwärmung von einem dem Quadrat des in dem Verbraucher fließenden Stromes proportionalen Wert ausgegangen wird, der in einem Rechner unter Zuhilfenahme eines Schrittschaltwerkes weiterverarbeitet und einer Grenzwertstufe zugeführt wird. Die Lösung ist wegen der mehrfachen Analog-Digital-Wandlung und der nötigen Rechenschritte sehr aufwendig. Die Berücksichtigung der bei elektrischen Maschinen unterschiedlichen Erwärmungs- und Abkühlzeitkonstanten, verursacht durch Betrieb und Stillstand bzw. intermittierende Betriebsarten, ist nur bedingt möglich. Eine Kennlinienanpassung für den gemeinsamen Schutz eines Motors und eines Stromrichters ist, da nur ein Stromgrenzwert erfaßt wird, nicht möglich. Mit der Lösung nach der Europäischen Patentanmeldung 0019885 (H 02 H 6/00) wird ein Wärmeabbild eines Motors erzeugt, indem bei Überschreiten des 1,05fachen Nennstromes mittels eines Rechners das Stromintegral J _t ⁿ η i²(t) dt gebildet und ständig mit einem Maximalwert verglichen wird.

Auch mit dieser aufwendigen Lösung ist keine Anpassung an eine Kennlinie möglich, wie sie der gemeinsame Schutz mehrerer Verbraucher erfordert.

Nach der DE-OS 3219199 (H 02 H 6/00) wird ebenfalls das Quadrat des Stromes ermittelt und weiterverarbeitet. Zusätzlich soll durch ein Zeitsteuerwerk die Ein- und Ausschalthäufigkeit eines Motors erfaßt werden. Auch hier sind komplizierte Berechnungen nötig und es ist keine Kennlinienanpassung für den gemeinsamen Schutz mehrerer Verbraucher möglich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist der Schutz von stromdurchflossenen Verbrauchern, mit dem eine Anpassung der Grenzwertkennlinie auch an die Erfordernisse eines gemeinsamen Schutzes unterschiedlicher Verbraucher möglich ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

— Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schutz zur Überwachung eines oder mehrerer Verbraucher zu schaffen, der mit einfachen Mitteln auskommt und alle Betriebszustände der Verbraucher mit ihren unterschiedlichen Erwärmungs- und Abkühlzeitkonstanten genügend berücksichtigt.

— Merkmale der Erfindung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der gemessene Stromistwert zur Nachbildung der Grenzwertkennlinie des Stromes auf mehrere beliebig einstellbare Grenzwertstufen geführt wird, deren Ansprechzeit durch je einen Zählerbaustein erfaßt wird. Die Zählerbausteine werden von zwei Zeitgeberbausteinen über jeweils einen Verknüpfungsbaustein (einen für den Erwärmungs- und einen für den Abkühlungsvorgang) so angesteuert, daß die entsprechende Grenzwertkennlinie unter

Berücksichtigung der verschiedenen Erwärmungs- und Abkühlzeitkonstanten durch unterschiedliche Zählfrequenzen beim Hoch- bzw. Zurückzählen nachgebildet wird. Die verschiedenen Betriebszustände der Verbraucher (Kaltstart, betriebswarm, intermittierender Betrieb) werden durch die Zählerinhalte der Zählerbausteine gespeichert. Damit ist ein ständiger Neuanlauf der Verbraucher möglich, sofern die Grenzwerte nicht überschritten sind.

Die Zeitgeberbausteine enthalten Teiler, die die Frequenz von einem Taktgenerator durch eine entsprechende Verknüpfung so aufbereiten, daß die für die Nachbildung der Erwärmungs- und Abkühlzeitkonstanten unterschiedlichen Zählfrequenzen bereitgestellt werden. Hat ein Zählerbaustein seinen voreingestellten Wert erreicht, kann z. B. eine Drehzahl- oder Stromsollwertreduzierung vorgenommen oder der Verbraucher außer Betrieb gesetzt werden. Zusätzlich kann das Erreichen des Zählerinhalts eines Zählerbausteins durch eine Anzeigeeinrichtung signalisiert werden, womit der jeweils erreichte Abschnitt der Grenzwertkennlinie erkannt werden kann. Die Anzahl der Grenzwertstufen, Zähler und Teiler sind je nach Beschaffenheit der Grenzwertkennlinie festzulegen

Gegenüber den bisher bekannten Lösungen werden folgende Vorteile erreicht:

— Es sind keine komplizierten A/D- bzw. D/A-Wandlungen oder Berechnungen nötig, deshalb kann die Schaltung mit relativ wenigen und einfachen Bauelementen aufgebaut werden,

— durch die variable Anzahl und Einstellung der Zähler können beliebige Grenzwertkennlinien nachgebildet werden, wodurch auch ein kombinierter Überlastschutz von Motoren und Stromrichtern unterschiedlichster Typen bzw. anderer Konfigurationen möglich ist,

— durch die Bereitstellung variabler Taktfrequenzen ist eine optimale Anpassung an die unterschiedlichen Erwärmungs- und Abkühlzeitkonstanten und den Betriebszustand möglich, so daß auch große Zeitkonstanten nachgebildet werden können und die Forderung erfüllt wird, daß aus betriebswarmem Zustand mindestens ein weiterer Motoranlauf erfolgen kann,

—- durch automatisch oder von Hand durchzuführende Eingriffsmöglichkeit (z.B. Drehzahl oder Stromsollwertreduzierung) ist vor einer etwaigen Abschalthandlung ein entscheidender Einfluß auf technologische Prozesse möglich.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erklärt werden. Das Schaltbild in Fig. 1 zeigt einen Antrieb mit einem über einen dreiphasigen Gleichrichter 1 betriebenen Gleichstrommotor 2. Der Stromistwert wird über ein Meßglied erfaßt und auf beispielsweise fünf Grenzwertstufen 3.1 ...3.5 geführt. Die Grenzwertstufen 3.1 ...3.5 sind entsprechend dem zu erfassenden Stromwertevorrat verschieden hoch eingestellt. Spricht eine Grenzwertstufe 3.1 ...3.5 an, so wird ihr Ausgangssignal von dem jeweils zugeordneten Zählerbaustein 4.1 ...4.5 weiterverarbeitet. Jeder Zählerbaustein 4.1 ...4.5 steht in Verbindung mit zwei Zeitgeberbausteinen 5.1, 5.2. Die Zeitgeberbausteine 5.1, 5.2 enthalten u. a. Teiler 5.12..., 5.22..., die die Frequenz von den Taktgeneratoren 5.11,5.21 durch eine entsprechende Verknüpfung so aufbereiten, daß unterschiedliche Erwärmungs-und Abkühlzeitkonstanten nachgebildet werden können. Die Anzahl der Teilerstufen ist in Abhängigkeit von der variierbaren Anzahl der Zählerbausteine und der verschiedenen Zeitkonstantenfebenfalls veränderbar. Die Verknüpfungsbausteine 6.1,6.2 ordnen die in den Zeitgeberbausteinen 5.1,5.2 erzeugten Taktfrequenzen je nach dem erreichten Abschnitt der Grenzwertkennlinie dem entsprechenden Zählerbaustein 4.1 ...4.5 zu. Bei Überschreiten eines Grenzwertes wird der zutreffende Zählerbaustein 4.1 ...4.5 aktiviert, d.h. es wird hochgezählt und bei darauffolgendem Unterschreiten zurückgezählt. Mit Hilfe der Anzeigeeinrichtung 7 kann der erreichte Abschnitt der Grenzwertkennlinie angezeigt werden. Das Ausgangssignal der Zählerbausteine 4.1 ...4.5 wird außerdem zur Drehzahl- oder Stromsollwertreduzierung auf den Steuersatz 8 und auf die Abschalteinrichtung 9 geführt. Jenach der überschrittenen Grenzwertstufe wird entweder über die Abschalteinrichtung 9 mittels des zugeordneten Leistungsschalters 10 eine sofortige Abschaltung bewirkt oder es wird über den Steuersatz 8 eine Drehzahl-oder Stromsollwertreduzierung vorgenommen.

Mit dem vorliegenden Verfahren wird eine direkte Stromüberwachung und daraus abgeleitet eine indirekte Temperaturüberwachung zum kombinierten Überlastschutz für ein leistungselektronisches Stellglied und einen elektrischen Verbraucher (im Ausführungsbeispiel ein Umrichter und ein Motor) realisiert. Fig. 2 zeigt ein Beispiel für eine nachgebildete Grenzwertkennlinie, die sich aus der entsprechenden Belastungsklasse für den Stromrichter und den zulässigen Grenzwerten für den eingesetzten Motor— repräsentiert durch die Überströme und Ansprechzeiten der den Motor schützenden Auslöser — ergibt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Überwachung von stromdurchflossenen elektrischen Verbrauchern, bei dem bei Überschreiten einer festgelegten Grenzwertkennlinie ζ. B. eine Drehzahl- oder Stromsollwertreduzierung vorgenommen wird oder der Verbraucher außer Betrieb gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromistwert zur Nachbildung der Grenzwertkennlinie des Stromes auf mehrere beliebig einstellbare Grenzwertstufen (3.1 ...3.5) geführt wird, deren Ausgangssignal auf je einen beliebig einstellbaren Zählerbaustein (4.1 ...4.5) gegeben wird, welche von zwei Zeitgeberbausteinen (5.1; 5.2) über jeweils einen Verknüpfungsbaustein (6.1; 6.2) so angesteuert werden, daß je nach dem erreichten Abschnitt der Grenzwertkennlinie des Verbrauchers und je nach Erwärmungs- oder Abkühlphase mit

unterschiedlicher Zählfrequenz hoch-oder zurückgezählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils erreichte Abschnitt der Grenzwertkennlinie durch eine beim Erreichen des Zählerinhalts eines Zählerbausteins (4.1 ...4.5) ansprechende Anzeigeeinrichtung (7) signalisiert wird.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen