DE1151872B - Anordnung zur Anzeige oder Messung des Stromes in Kurzschlusskaefigen elektrischer Maschinen - Google Patents

Description

• Anordnung zur Anzeige oder Messung des Stromes in Kurzschlußkäfigen elelçtrischer Maschinen Die Erfindung befaßt sich mit der Ausbildung einer Meßanordnung, die es gestattet, in Kurzschlußkäfigen fließende Ströme ohne Auftrennung des Kurzschlußkäfigs zu messen bzw. anzuzeigen, so daß in Abhängigkeit von dieser Messung beispielsweise Regeleinrichtungen gesteuert werden können. Der zeitliche Verlauf des Stromes eines Kurzschlußkäfigs ist von Bedeutung für das Bestimmen des Verhaltens einer elektrischen Maschine bei bestimmten Betriebszuständen. So interessiert beispielsweise bei Synchronmaschinen der zeitliche Verlauf der Ströme in den als Kurzschlußkäfige ausgeführten Dämpferwicklungen nach Größe und Phasenlage, und zwar insbesondere bei unsymmetrischen und dynamischen Vorgängen, wie es beispielsweise ein- oder zweiphasige Laststöße, Kurz- oder Erdschlüsse sind.
• Gemäß der Erfindung werden zur Anzeige oder Messung des Stromes in Kurzschlußkäfigen elektrischer Maschinen ein oder mehrere Leiter des Kurzschlußkäfigs von einem Eisenkern umschlossen, der mit einem oder mehreren Luftspalten versehen ist. In diesen Luft spalten sind Hallgeneratoren angeordnet, deren Hallspannung eine dem Strom im Kurzschlußkäfig proportionale elektrische Größe ergibt. Die Erfindung macht sich also die Tatsache zunutze, daß in dem Luftspalt eines einen oder mehrere Leiter des Kurzschlußkäfigs umschließenden Eisenkernes ein Magnetfeld herrscht, dessen Größe proportional dem Strom in den vom Eisenkern umfaßten Leitern ist.
• Wird also ein in diesem Luftspalt befindlicher Hallgenerator mit einem konstanten Steuerstrom gespeist, so bildet die Hallspannung dieses Hallgenerators den Strom in den umfaßten Leitern nach Größe, Phasen lage und Frequenz ab. Bei elektrischen Maschinen, deren Kurzschlußkäfig sich auf dem umlaufenden Teil der Maschine befindet, kann dann die dem Strom im Kurzschlußkäfig proportionale Hallspannung der Hallgeneratoren über Schleifringe einem anzeigenden oder registrierenden Meßgerät zugeführt werden.
• Es ist zwar bereits bekannt, das Drehmoment einer elektrischen Gleichstrommaschine dadurch zu messen, daß man Hallgeneratoren so in den Luftspalt der Gleichstrommaschine einbaut, daß sie vom Erregerstrom durchsetzt werden, wobei man als Steuerstrom der Hallgeneratoren einen Teil des Ankerstromes benutzt. Die vorliegende Erfindung befaßt sich aber mit dem speziellen Problem der Messung des in Kurzschlußkäfigen elektrischer Maschinen fließenden Stromes. Dazu wird nicht der normale Luftspalt der Maschine ausgenutzt, sondern es wird gemäß der Erfindung ein besonderes Meßjoch geschaffen, das mit einem oder mehreren Luftspalten mit darin angeord- neten Hallgeneratoren versehen ist. Die Meßeinrichtung gemäß der Erfindung unterscheidet sich dadurch wesentlich von der bekannten Anordnung.
• Zur Erläuterung der Erfindung ist in den Fig. 1 bis 3 als Ausführungsbeispiel die Messung des Stromes im Kurzschlußkäfig eines Asynchronmotors dargestellt. Die Fig. 1 und 2 zeigen in verschiedenen Ansichten die konstruktive Anordnung des gemäß der Erfindung als Meßjoch vorgesehenen Eisenkernes, in dessen Luftspalten sich Hallgeneratoren befinden, während die schematische Darstellung der Fig. 3 das Schaltbild der Anordnung gemäß der Erfindung wiedergibt.
• Der als Ausführungsbeispiel dargestellte Asynchronmotor besteht aus dem Ständer, der die Ständerwicklung 2 trägt. Der Läufer 3 trägt den Kurzschlußkäfig 4, der aus den parallel zur Welle 5 verlaufenden Leitern 6 und den zu beiden Seiten des Asynchronmotors befindlichen Kurzschlußringen 7 besteht. Zur Anzeige oder Messung des Stromes im Kurzschlußkäfig 4 ist gemäß der Erfindung der eine Leiter 6' des Kurzschlußkäfigs4 4 von dem Eisenkern 8 als Meßjoch umfaßt. Der Eisenkern 8 ist mit zwei Luftspalten versehen, in denen sich jeweils ein Hallgenerator9 bzw. 10 befindet. Die Hallgeneratoren 9 und 10 werden also von einem Magnetfeld durchsetzt, das, da die Größe der beiden Luftspalte konstant ist, proportional dem Augenblickswert des Stromes im Leiter 6' des Kurzschlußkäfigs 4 ist.
• In Längsrichtung werden die beiden Hallgeneratoren 9 undl0 von einem konstanten Steuerstrom durchflossen. Der Steuerstrom jedes Hallgenerators wird jeweils an einer gesonderten Sekundärwicklung des mit dem Läufer 3 mitumlaufenden Transformators 11 abgenommen und durch die Gleichrichter 12 und 13 gleichgerichtet. Die Primärwicklung des Transformators 11 wird über die Schleifringe 14 mit einer konstanten Spannung gespeist. Die Hallspannungen der Hallgeneratoren 9 und 10 werden elektrisch summiert und über die Schleifringe 25 dem Meßinstrument 26 sowie der Oszillographenschleife 27 zugeführt.
• Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt der als Meßjoch dienende Eisenkern 8 lediglich den einen Leiter 6 des Kurzschlußkäfigs 4. Bei Ausführung des Kurzschlußkäfigs als Doppelkäfig kann man auch die beiden in radialer Richtung übereinander oder nahezu übereinanderliegenden Leiter des Doppelkäfigs durch den als Meßjoch dienenden Eisenkern umschließen.
• Die Anordnung gemäß der Erfindung zur Anzeige oder Messung des Stromes in einem Kurzschlußkäfig einer elektrischen Maschine eignet sich besonders zur Anzeige oder Messung des Drehmomentes von mit Kurzschlußkäfigen ausgerüsteten elektrischen Maschinen. Den Hallgeneratoren in den Luftspalten des als Meßjoch dienenden Eisenkernes wird dann ein dem Feld der Maschine proportionaler Steuerstrom zugeführt. Dieser dem Feld der Maschine proportionale Steuerstrom kann mit Hilfe weiterer Hallgeneratoren gewonnen werden, die im Luftspalt der Maschine angeordnet sind. Da die Hallspannung der letztgenannten Hallgeneratoren proportional dem Feld der elektrischen Maschine ist, ist die Hallspannung der in den Luftspalten des als Meßjoch dienenden Eisenkernes befindlichen Hallgeneratoren unabhängig von der Kurvenform des im Kurzschlußkäfig fließenden Stromes proportional dem Augenblickswert des Drehmomentes der elektrischen Maschine.
• Da der Strom, der von der Hallspannung der im Luftspalt der elektrischen Maschine befindlichen Hallgeneratoren hervorgerufen wird, im allgemeinen verhältnismäßig klein ist, empfiehlt sich eine Verstärkung dieses Stromes, so daß dieser Strom unmittelbar zur Steuerung der in den Luftspalten des als Meßjoch dienenden Eisenkernes befindlichen Hallgeneratoren verwendet werden kann. Durch die Verwendung von Transistorverstärkern erübrigt sich hierbei die Bereitstellung einer Anodenspannung.
• Die Messung des Drehmomentes von mit Kurzschlußkäfigen ausgerüsteten elektrischen Maschinen in der geschilderten Weise ist besonders für elektromagnetische Schlupfkupplungen geeignet. Die Hallspannung der in den Luftspalten des als Meßjoch dienenden Eisenkernes befindlichen Hallgeneratoren kann hierbei zur Regelung der Erregung der Schlupfkupplung verwendet werden.
• In Fig. 4 ist als Ausführungsbeispiel die schematische Darstellung der Messung des Drehmomentes einer elektromagnetischen Schlupfkupplung wiedergegeben. Der vom Außenläufer 15 umfaßte Innenläufer 16 der elektromagnetischen Schlupfkupplung trägt den Doppelkäfigi7, der aus den äußeren Leitern 6 und den zu beiden Seiten des Innenläufers befindlichen Kurzschlußringen 7 sowie aus den inneren Leitern 18 sowie den zu beiden Seiten des Innenläufers befindlichen Kurzschlußringen 19 besteht. Der als Meßjoch dienende Eisenkern 8 umfaßt den einen Leiter 6' der äußeren Käfigwicklung und den einen Leiterl8' der inneren Käfigwicklung. In den Luftspalten des als Meßjoch dienenden Eisenkernes 8 befinden sich die Hallgeneratoren 9 und 10, deren Hallspannung elektrisch summiert über die Schleifringe 25 dem Meßinstrument 26 und der Oszillographenschleife 27 zugeführt wird.
• Im Luftspalt zwischen dem die Erregerwicklung der Schlupfkupplung tragenden Außenläufer 15 und dem Innenläufer 16 sind die Hallgeneratoren 20 und 21 angeordnet, deren Hallspannungen einen Strom hervorrufen, der nach Verstärkung durch die Transistorverstärker 22 und 23 als Steuerstrom den Hallgeneratoren 9 und 10 zugeführt wird. So wird der durch die Hallspannung des Hallgenerators 20 hervorgerufene Strom durch den Transistorverstärker 22 verstärkt dem Hallgenerator 9 als Steuerstrom zugeführt, während der von der Hallspannung des Hallgenerators 21 hervorgerufene Strom nach Verstärkung durch den Transistorverstärker 23 dem Hallgenerator 10 als Steuerstrom zugeführt wird. Die Zahl der im Luftspalt der Schlupfkupplung angeordneten Hallgeneratoren ist gleich der Zahl der Hallgeneratoren in dem als Meßjoch dienenden Eisenkern 8.
• Damit die erforderlichen Proportionalitäten gewahrt bleiben, müssen die Steuerströme der Hallgeneratoren 20 und 21 sowie die Speiseströme der Transistorverstärker 22 und 23 konstant sein. Zu diesem Zweck und auch zur galvanischen Trennung dieser Stromkreise werden die erwähnten Ströme an voneinander getrennten Sekundärwicklungen des mitumlaufenden Transformators 24 abgegriffen, dessen Primärwicklung über die Schleifringe 14 mit einer konstanten Spannung gespeist wird.
• Als Hallgeneratoren empfiehlt sich in bekannter Weise die Verwendung von halbleitenden Verbindungen, deren Trägerbeweglichkeit mindestens 6000 cm2 Voli.sec' cm² vorzugsweise aber 10 000Volt. se oder mehr, beträgt.
• Als Hallgeneratoren eignen sich in bekannter Weise besonders halbleitende Verbindungen von der Form A1iiBv, also halbleitende Verbindungen eines Elementes der III. Gruppe des Periodischen Systems mit einem Element der V. Gruppe. So sind als Hallgeneratoren vor allem Verbindungen des Arsens, insbesonere InAs, geeignet.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Anordnung zur Anzeige oder Messung des Stromes in Kurzschlußkäfigen elektrischer Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Leiter des Kurzschlußkäfigs (4) von einem als Meßjoch dienenden Eisenkern (8) umschlossen sind, der mit einem oder mehreren Luftspalten versehen ist, in denen sich Hallgeneratoren (9, 10) befinden, deren Hallspannung eine dem Strom im Kurzschlußkäfig proportionale elektrische Größe ergibt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1 für elektrische Maschinen, deren Kurzschlußkäfig sich auf dem umlaufenden Teil befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Strom im Kurzschlußkäfig(4) proportionale Hallspannung der Hallgeneratoren (9, 10) über Schleifringe (25) einem anzeigenden oder registrierenden Meßgerät (26, 27) zugeführt wird.
3. 3. Verwendung der Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 zur Anzeige oder Messung des Drehmomentes von mit Kurzschlußkäfigen ausgerüsteten elektrischen Maschinen, insbesondere von elektrornagnetischen Schlupfkupplungen, dadurch gekennzeichnet, daß den Hallgeneratoren (9, 10) in den Luftspalten des als Meßjoch dienenden Eisenkernes (8) ein dem Feld der Maschine proportionaler Steuerstrom zugeführt wird.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet. daß der dem Feld der Maschine proportionale Steuerstrom der Hallgeneratoren (9, 10) in den Luftspalten des als Meßjoch dienenden Eisenkernes (8) mit Hilfe weiterer Hallgeneratoren (20, 21), die im Luftspalt der Maschine angeordnet sind, erzeugt wird.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der im Luftspalt der Maschine angeordneten weiteren Hallgeneratoren (20, 21) gleich der Zahl der Hallgeneratoren (9, 10) in den Luftspalten des als Meßjoch dienenden Eisenkernes (8) ist und daß jeweils der von der Hallspannung eines im Luftspalt der Maschine angeordneten Hallgenerators (20, 21) hervorgerufene Strom nach Verstärkung durch einen Transistorverstärker (23, 24) einem Hallgenerator (9, 10) im als Meßjoch dienenden Eisenkern (8) als Steuerstrom zugeführt wird.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die benötigten konstanten Ströme der im Luftspalt der Maschine angeordneten Hallgeneratoren (20, 21) und/oder die konstanten Speiseströme der verwendeten Transistorverstärker (23, 24) an den Sekundärwicklungen eines mitrotierenden Transformators (11, 24) abgegriffen werden, dessen Primärwicklung über zwei Schleifringe (14) mit einer konstanten Spannung gespeist wird.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Hallgeneratoren halbleitende Verbindungen mit einer Trägerbeweglichcm2 keit von etwa 6000 Volt sec oder mehr, vorzugscm weise etwa 10 000 Volj.sec verwendet werden.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als halbleitende Verbindung eine solche eines Elementes der III. Gruppe des Periodischen Systems mit einem der V. Gruppe, insbesondere InAs, dient.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Elektrotechnik, 1956, S. 10, 11, Abschnitt: »Elektrofertigung«.