DE1270678B

DE1270678B - Device for monitoring the temperature of electrical machines and devices

Info

Publication number: DE1270678B
Application number: DE19591270678
Authority: DE
Inventors: Rene Gotthier; Dipl-Ing Dr Herbert Meyer; Dipl-Ing Hubert Stettner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1959-12-30
Filing date: 1959-12-30
Publication date: 1968-06-20

Description

Einrichtung zur Überwachung der Temperatur elektrischer Maschinen und Geräte Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Überwachung der Temperatur elektrischer Maschinen und Geräte, z. B. der Wicklungstemperatur, mittels in der Maschine oder im Gerät eingebauter Klein-Temperaturfühler.Device for monitoring the temperature of electrical machines and apparatus The invention relates to a device for monitoring temperature electrical machines and devices, e.g. B. the winding temperature, means in the Machine or small temperature sensor built into the device.

Es ist bekannt, zum Schutz elektrischer Maschinen kleine Temperaturfühler in die Wicklung oder an anderen thermisch gefährdeten Stellen einzubauen, von denen die Abschaltung der Maschine bei unzulässiger Erwärmung gesteuert wird. Solche Temperaturfühler werden z. B. zum Schutz von Drehstrommotoren eingesetzt, um die Motoren gegen die unregelmäßigen Erwärmungen im Schaltbetrieb (Schalthäufigkeit größer als 20 Schaltungen pro Stunde), die durch übliche Motorschutzschalter nicht erfaßt werden können, zu schützen. Naturgemäß müssen die Temperaturfühler gegenüber der Wicklung des Motors elektrisch so isoliert sein, daß die für die gewünschte Isolationsklasse erforderliche Prüfspannung ertragen wird. Diese elektrische Isolation bedingt gleichzeitig eine thermische Isolation, welche die thermische Zeitkonstante des Thermostaten vergrößert. Bei steilen Temperaturanstiegen in der Wicklung der elektrischen Maschine folgt daher die Temperatur des Temperaturfühlers der Maschinentemperatur mit einer zeitlichen Verzögerung, wodurch eine so große Temperaturdifferenz zwischen Wicklung und Temperaturfühler eintreten kann, daß bereits eine Schädigung der Maschine eintritt, bevor der Temperaturfühler anspricht. Um auch in solchen Fällen noch einen ausreichenden Schutz zu erzielen, verwendet man zusätzlich Bimetallauslöser, die so eingestellt sind, daß sie z. B. vom dreifachen Nennstrom des Motors an den Schutz übernehmen. Diese Anordnung erfordert einen zusätzlichen äußeren Schaltungsaufwand.It is known to use small temperature sensors to protect electrical machines to be installed in the winding or in other thermally endangered locations, of which the shutdown of the machine in the event of impermissible heating is controlled. Such temperature sensors are z. B. used to protect three-phase motors to protect the motors against the irregular heating during switching operation (switching frequency greater than 20 switching operations per hour), which cannot be detected by conventional motor protection switches protection. Naturally, the temperature sensors must face the winding of the motor be electrically insulated so that that required for the desired insulation class Test voltage is endured. This electrical insulation also requires a thermal insulation, which increases the thermal time constant of the thermostat. If the temperature rises steeply in the winding of the electrical machine, this follows therefore the temperature of the temperature sensor of the machine temperature with a temporal Delay, which causes such a large temperature difference between the winding and the temperature sensor it can happen that damage to the machine occurs before the temperature sensor appeals to. In order to still achieve sufficient protection in such cases, you also use bimetal triggers that are set so that they z. B. take over protection from three times the rated current of the motor. This arrangement requires an additional external circuit complexity.

Es ist ferner ein Temperaturwächter zur Überwachung elektrischer Geräte bekanntgeworden, bei dem die Temperatur des Meßfühlers gleich oder größer ist als die größte Temperatur des zu überwachenden Gerätes. Der Temperaturwächter arbeitet unter Verwendung eines in eine Brückenschaltung eingeschleiften, temperaturabhängigen, beheizten Meßwiderstandes als Fühler. Der Brückenstrom und der Wärmeübergangswiderstand zwischen Meßfühler und zu schützendem Gerät ist so bemessen, daß die Temperatur-Zeitkurve des Meßfühlers ohne Wärmeabgabe an die Umgebung durch den Brückenstrom mit der Temperatur-Zeitkurve des zu überwachenden Gerätes zusammenfällt oder oberhalb dieser verläuft. Der durch den Brückenstrom erzeugte Wärmeüberschuß wird über den Wärmeübergangswiderstand an das zu überwachende Gerät abgeführt. Diese Einrichtung arbeitet mit großem Aufwand, denn für jeden Meßfühler ist eine Brückenschaltung notwendig, und da in der Regel bei elektrischen Geräten mehrere Temperaturfühler eingebaut werden müssen, ergibt sich ein hoher technischer Aufwand.It is also a temperature monitor for monitoring electrical devices became known in which the temperature of the probe is equal to or greater than the highest temperature of the device to be monitored. The temperature monitor is working using a temperature-dependent, heated measuring resistor as a sensor. The bridge current and the heat transfer resistance between the sensor and the device to be protected is dimensioned in such a way that the temperature-time curve of the sensor without heat dissipation to the environment through the bridge current with the temperature-time curve of the device to be monitored collapses or runs above it. The through The excess heat generated by the bridge current is over the heat transfer resistance dissipated to the device to be monitored. This facility works with great effort, because a bridge circuit is necessary for each sensor, and there is usually several temperature sensors have to be installed in electrical devices a high technical effort.

Es ist außerdem eine Temperaturüberwachungseinrichtung für elektrische Wicklungen während des Betriebes bekannt, bei der parallel zu einer Hauptwicklung eine Hilfswicklung geschaltet ist, deren Temperaturkoeffizient vernachlässigbar klein gegenüber der Hauptwicklung ist. Die Ströme in den beiden Wicklungen werden mittels einer Vergleichsgrößenmeßeinrichtung, z. B. einem Quotientenmeßwerk, überwacht. Bei dieser Einrichtung ist vorausgesetzt, daß die zu überwachende Maschine bereits bei ihrer Herstellung mit der Hilfswicklung ausgerüstet wird. Das Meßergebnis dieser Einrichtung soll nur von der Widerstandsänderung der Hauptwicklung abhängen; das ist jedoch nur der Fall, wenn der Strom in der Hilfswicklung Belastungsänderungen der Hauptwicklung proportional folgt. Außerdem beansprucht diese Einrichtung ein besonders ausgebildetes Auslöseorgan, z. B. in Form eines elektrodynamischen Doppelspulinstrumentes.It is also a temperature monitor for electrical Windings known during operation when parallel to a main winding an auxiliary winding is connected, the temperature coefficient of which is negligible is small compared to the main winding. The currents in the two windings will be by means of a comparative quantity measuring device, e.g. B. a quotient measuring mechanism monitored. This setup assumes that the machine to be monitored is already is equipped with the auxiliary winding during their manufacture. The measurement result of this The device should only depend on the change in resistance of the main winding; the however, is only the case when the current in the auxiliary winding changes in load follows the main winding proportionally. Also, this facility claims a specially designed trigger element, z. B. in the form of an electrodynamic double coil instrument.

Zur Überwachung der Temperatur von elektrischen Maschinen oder Geräten hat man auch bereits Thermostate benutzt, bei denen der Temperaturfühler zwei Ausdehnungsorgane besitzt, von denen das eine schneller anspricht als das andere und sich dabei außerdem weiter ausdehnt. Mit einer solchen Anordnung läßt sich die Temperaturänderung pro Zeiteinheit berücksichtigen.For monitoring the temperature of electrical machines or devices one has already used thermostats in which the temperature sensor has two expansion organs of which one responds faster than the other and, in the process, also further expands. With such an arrangement, the temperature change per Take into account the time unit.

In neuerer Zeit hat man zur Temperaturüberwachung vielfach Temperaturfühler verwendet, die einen Halbleiterwiderstand mit großem Temperaturkoeffizienten enthalten. Solche Temperaturfühler lassen sich außerordentlich klein bauen. Auch solche Temperaturfühler haben infolge ihres Aufbaus und ihrer Isolation eine thermische Zeitkonstante, die ein Nachhinken der Temperatur in den Fühlern bedingt.In recent times, temperature sensors have often been used for temperature monitoring which contain a semiconductor resistor with a large temperature coefficient. Such temperature sensors can be built extremely small. Such temperature sensors also have a due to their structure and insulation thermal time constant that causes the temperature in the sensors to lag behind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, bei der unter Verwendung von Halbleiterwiderständen der Temperaturanstieg in den zu schützenden Maschinen und Geräten genau nachgebildet wird. Bei einer solchen Einrichtung, bei der die Temperaturfühler aus Heißleitern bestehen, wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Heißleiter zur Berücksichtigung der Temperaturänderung pro Zeiteinheit sowohl eine unterschiedliche Temperatur-Widerstandscharakteristik als auch eine unterschiedliche thermische Zeitkonstante aufweisen und in den Zweigen einer Kippschaltung liegen, die in an sich bekannter Weise als »Schmitt-Trigger-Schaltung« ausgeführt ist, und daß an dem Ausgang der Schaltung ein Relais liegt. In der Kippschaltung können als Verstärkerelemente Transistoren verwendet sein. Dadurch ist es möglich, als Temperaturfühler Heißleiter zu verwenden und gleichzeitig die Temperaturänderung pro Zeiteinheit zu berücksichtigen.The invention is based on the object of creating an arrangement when using semiconductor resistors, the temperature rise in the The machines and devices to be protected are precisely reproduced. With such a Device in which the temperature sensors consist of thermistors, this is according to the invention achieved in that the thermistor to take account of the temperature change a different temperature-resistance characteristic per unit of time as well as have a different thermal time constant and in the branches a flip-flop circuit, which is known per se as a "Schmitt trigger circuit" is carried out, and that a relay is located at the output of the circuit. In the toggle switch transistors can be used as amplifier elements. This makes it possible to use as a temperature sensor NTC thermistor and at the same time the temperature change to be taken into account per time unit.

In der Zeichnung ist der Aufbau eines Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt.In the drawing is the structure of an embodiment of the invention shown.

In der Zeichnung sind mit 1 und 2 Heißleiter bezeichnet, die als ein Temperaturfühler aufzufassen sind. Derartige Temperaturfühler werden in die zu überwachende Maschine eingebaut. Die beiden Heißleiter besitzen eine unterschiedliche thermische Zeitkonstante und eine unterschiedliche Temperatur-Widerstandscharakteristik. Letztere entspricht beispielsweise bei Bimetallen der unterschiedlichen Ausbiegung bei gleicher Temperaturänderung. Die Heißleiter sind in eine Kippschaltung eingebaut, die als an sich bekannte »Schmitt-Trigger-Schaltung« aufgebaut ist. Als Verstärkerelemente sind in dieser Kippschaltung Transistoren 3 und 4 vorgesehen. Am Ausgang der Kippschaltung liegt ein Relais 5, das als Auslöserelais wirkt. Der Heißleiter 1 liegt im Emitter-Basiskreis, der Heißleiter 2 im Kollektor-Basiskreis des Transistors 3, der als Eingangstransistor geschaltet ist.In the drawing are denoted by 1 and 2 thermistors, as a Temperature sensors are to be grasped. Such temperature sensors are in the to be monitored Machine built in. The two thermistors have a different thermal Time constant and a different temperature-resistance characteristic. Latter For example, in the case of bimetals, this corresponds to the different deflection for the same Temperature change. The thermistors are built into a toggle circuit, which is called known "Schmitt trigger circuit" is constructed. As amplifier elements transistors 3 and 4 are provided in this flip-flop. At the output of the trigger circuit there is a relay 5, which acts as a trigger relay. The thermistor 1 lies in the emitter base circle, the thermistor 2 in the collector base circuit of transistor 3, which acts as an input transistor is switched.

Bei schnellem Temperaturanstieg in der zu überwachenden Maschine folgt die Temperatur der Heiß-Leiter 1 und 2 der Maschinentemperatur gemäß ihrer unterschiedlichen thermischen Zeitkonstante verschieden schnell. Dadurch ändert sich das Widerstandsverhältnis der Heißleiter 1 und 2 und daher auch das Potential an der Basis des Eingangstransistors. Bei einem bestimmten Widerstandsverhältnis löst die Kippschaltung das von ihm gesteuerte Relais 5 aus.If the temperature rises rapidly in the machine to be monitored, this follows the temperature of the hot conductors 1 and 2 of the machine temperature according to their different thermal time constant at different speeds. This changes the resistance ratio the thermistors 1 and 2 and therefore also the potential at the base of the input transistor. At a certain resistance ratio, the flip-flop triggers the one it controls Relay 5 off.

Bei langsamen Temperaturanstiegen in der Maschine stellt sich zwischen den beiden Heißleitern 1 und 2 keine unterschiedliche Temperatur ein. Da die Heißleiter jedoch eine unterschiedliche Temperatur-Widerstandscharakteristik aufweisen, ergibt sich beim Überschreiten einer bestimmten Temperatur ebenfalls ein solches Widerstandsverhältnis, daß die Schaltung eine Auslösung bewirkt. Diese Auslösetemperatur muß mit der höchsten zulässigen Maschinentemperatur übereinstimmen. Anstatt der beschriebenen »Schmitt-Trigger-Schaltung« sind natürlich auch andere ähnlich wirkende Verstärkerschaltungen zur Auslösung des Relais 5 möglich.If the temperature rises slowly in the machine, between the two thermistors 1 and 2 do not set a different temperature. Because the thermistor however, have different temperature-resistance characteristics When a certain temperature is exceeded, there is also such a resistance ratio, that the circuit causes a trip. This release temperature must be the highest permissible machine temperature. Instead of the described »Schmitt trigger circuit« are of course also other similar acting amplifier circuits for triggering of relay 5 possible.

Claims

Claims: 1. Device for monitoring the temperature of electrical Machines and devices, e.g. B. the winding temperature, by means of a built-in temperature sensor, which consist of thermistors, d a - characterized in that the thermistors (1, 2) to take into account the temperature change per unit of time both a different Temperature-resistance characteristics as well as a different thermal time constant have and lie in the branches of a flip-flop circuit, which is known per se Way is designed as a "Schmitt trigger circuit", and that at the output of the Circuit is a relay (5).

2. Device according to claim 1, characterized in that that transistors (3, 4) are used as amplifier elements in the flip-flop. Considered publications: German Patent Specifications No. 843115, 740 755, 448 410, 377 607; Austrian patent specification No. 209 988.