DE1945343B2

DE1945343B2 - Anordnung zur betriebsueberwachung einer elektrischen maschine

Info

Publication number: DE1945343B2
Application number: DE19691945343
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr. 1000 Berlin. GOIr 19-00 Gahleitner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-09-03
Filing date: 1969-09-03
Publication date: 1971-10-28
Also published as: BE755197A; DE1945343A1; NL7012951A; AU1871770A

Description

hat zwar den Vorteil, daß sie nachträglich eingebaut weiden kann und daß der Thermoschalter leicht zugänglich ist, aber sie erfaßt halt nur eine Betriebsgröße der Maschine, ohne sie messen zu können.

Weiterhin ist es aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 911 100 bekannt, in dem Luftspalt einer elektrischen Maschine einen Strahlungsempfänger, beispielsweise ein Thermoelement, einzubauen, um

Die von der zu überwachenden Läuferoberfläche ausgehende Wärmestrahlung wird also zunächst von dem verlustfreien Übertragungsleiter für Wärmestrahlung erfaßt und dem außerhalb des Ständerblech-5 paketes der Maschine, also außerhalb des magnetischen Nutzfeldes der Maschine liegenden und somit keinen Störeinflüssen ausgesetztem Strahlungspyrometer zugeführt. Durch die Zwischenschaltung des Übertragungsleiters kann das Strahlungspyroschaltung der Stromzufuhr bei übernormaler Erwär- io meter auch zur Messung der Temperatur an verdeckmung einzelner Teile bewirkt. Dazu ist außerhalb des ten, im Innern der Maschine liegenden Meßpunkten Ständerblechpaketes der Maschine ortsfest ein Strah- verwendet werden, obwohl es sehr leicht zugänglich lungsempfänger zur Temperaturerfassung, nämlich ist und auch erst nachrträglich an der Maschine anein Thermoschalter, angeordnet, der mit einem Fühl- gebracht werden kann. Außerdem erfaßt das Strahglied verbunden ist, das bis in die unmittelbare Nähe 15 lungspyrometer durch seine große Meßgenauigkeit des zu überwachenden Teiles führt. Diese Anordnung und hohe Ansprechgeschwindigkeit auch sehr schnelle

Temperaturschwankungen sicher und genau. Man kann daher bei einer nicht gleichmäßigen Temperaturverteilung entlang des erfaßten Umfanges des 20 rotierenden Teiles, die natürlich vorhanden oder künstlich erzeugt werden kann, aus der Temperaturmessung auch die Drehzahl des rotierenden Teiles ermitteln. Dies ergibt den überraschenden Vorteil, daß die bei elektrischen Maschinen sehr wichtige

an dieser Stelle die Temperatur der Läuferoberfläche 25 Drehzahlmessung zusammen mit der Temperaturzu erfassen. Dies bedeutet, daß sich der Strahlungs- messung kontaktlos erfolgt und kein freies Wellenempfänger innerhalb der Magnetfelder der elek- ende der Maschine zur Anbringung eines besonderen irischen Maschine befindet. Es müssen daher beson- Drehzahlmessers erforderlich ist. dere Maßnahmen getroffen werden, um Störungen Durch die Verwendung des verlustarmen Uber-

durch diese Magnetfelder zu vermeiden. Außerdem 30 tragungsleiters wird die Wärmestrahlung eines ganz ist bei dieser Anordnung der Strahlungsempfänger genau definierten Punktes geringen Durchmessers erwährend des Betriebes der elektrischen Maschine faßt und dem Strahlungspyrometer ohne Beeinflusnicht zugänglich und kann z.B. bei Versagen nicht sung durch die nähere Umgebung zugeleitet. Herrschen ausgetauscht werden. Wegen dieser Lage des Strah- an diesem vor dem Übertragungsleiter vorbeilaufenlungsempfängers im Luftspalt der Maschine muß da- 35 den Läuferumfang gleichmäßige Temperaturen, so her die bekannte Anordnung der Maschine von vorn- empfiehlt es sich, an einer oder mehreren Stellen des herein beim Bau der Maschine vorgesehen sein, denn überwachten Läuferteiles Abdeckungen anzuordnen, sie würde sich nachträglich nur mit größeren Schwie- die eine Wärmeabstrahlung ganz oder teilweise verrigkeiten einsetzen lassen. hindern. Diese Abdeckungen können z. B. aus einem

Die bei dieser bekannten Anordnung beispiels- 40 Isolierstoff bestehen. Durch diese Abdeckungen werweise verwendeten Thermoelemente sind ferner ver- den dann ebenfalls regelmäßige, von der Drehzahl hältnismäßig träge, so daß nur Temperaturmittelwerte gemessen werden können. Schnelle Temperaturänderungen werden nicht erfaßt.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe 45
zugrunde, eine Anordnung zur Betriebsüberwachung
einer elektrischen Maschine zu schaffen, bei der
wesentliche Betriebsdaten der rotierenden Teile, nämlich die Temperatur und die Drehzahl, mit einer einzigen Überwachungsanordnung kontaktfrei mit mög- 50 ausgelöst werden. So kann z. B. die Maschine ablichst wenig Aufwand erfaßt werden können. Zur geschaltet, in der Drehzahl verändert oder gegenüber Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Anordnung zur einer Wiedereinschaltung blockiert werden. Es ist Betriebsüberwachung einer elektrischen Maschine mit aber auch möglich, die Überwachungsanordnung Hilfe eines ortsfest außerhalb des Ständerblechpaketes lediglich mit einer Alarm- oder Signaleinrichtung zu angeordneten Strahlungsempfängers zur Temperatur- 55 verbinden, die bei bestimmten einstellbaren Meßerfassung, der mit einem als Fühlglied wirkenden ver- werten ausgelöst und durch die das Uberwachungslustarmen Übertragungsleiter für Wärmestrahlung personal der Maschine aufmerksam gemacht wird, verbunden ist, der bis in die unmittelbare Nähe des Für die Durchführung der Erfindung ist vorteil-

zu überwachenden Teiles führt, gemäß der Erfindung haft, wenn der verlustarme Übertragungsleiter für zur kombinierten Überwachung der Drehzahl und der 60 Wärmestrahlung aus einem elektrisch nichtleitenden Temperatur der rotierenden Teile der Maschine ein Material besteht. In diesem Fall kann der Über-Strahlungspyrometer vorgesehen, und dem bis in die tragungsleiter im Bereich von hochspannungsführen-Nähe des zu überwachenden rotierenden Teiles füh- den Maschinenteilen angeordnet sein, ohne daß berenden verlustarmen Übertragungsleiter für Wärme- sondere Maßnahmen zur Isolierung oder Abschirstrahlung sind an einer oder mehreren Stellen des 65 mung getroffen werden müssen. Als Übertragungsüberwachten Rotorteiles Abdeckungen gegenüber- leiter ist z. B. ein Stab aus Quarzglas geeignet. Man liegend vorhanden oder zusätzlich angeordnet, die kann jedoch auch Kunststoffe verwenden, die eine eine Wärmeabstrahlung verhindern. Wärmestrahlung möglichst verlustfrei übertragen. Je

des rotierenden Teiles abhängige Schwankungen in der Temperaturanzeige erzielt, durch die ein Maß für die Läuferdrehzahl erhalten wird.

Die durch die erfindungsgemäße Anordnung zur Betriebsüberwachung erfaßten Daten können in an sich bekannter Weise dann mit Anordnungen zur Veränderung des Betriebsverhaltens der Maschine verbunden sein, welche durch die erfaßten Meßwerte

nach den Erforderungen kann der Übertragungsleiter starr oder biegsam ausgebildet sein, wobei letzteres den Anwendungsbereich der Erfindung wesentlich vergrößert.

Auch ein innen metallisiertes, z. B. versilbertes Rohr ist unter gewissen Bedingungen als Übertragungsleiter für die Wärmestrahlung verwendbar.

Im folgenden sei die Erfindung noch an Hand des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Äusführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine elektrische Maschine schematisch im Längsschnitt,

F i g. 2 das Schema eines Radialschnittes.

Bei einem elektrischen Asynchronmotor 1 ist sowohl das die Ständerwicklung 2 tragende Ständerblechpaket 3 als auch das auf die Welle 4 direkt aufgesetzte Läuferblechpaket 5 zur besseren Kühlung von übertrieben groß dargestellten, radial verlaufenden Kühlkanälen 6 durchsetzt. Die radialen Kühlkanäle 6 des Ständerblechpaketes 3 und des Läuferblechpaketes 5 stehen sich jeweils am Luftspalt 7 der Maschine gegenüber. Im Ständer werden die radialen Kühlkanäle 6 von den Stäben der Ständerwicklung 2 durchsetzt, im Läufer dagegen von den Stäben 8 der Käfigwicklung. Alle Stäbe 8 sind untereinander auf jeder Stirnseite des Läuferblechpaketes 5 durch einen Kurzschlußring 9 miteinander verbunden.

Damit die in den Stäben 8 des Läufers herrschende Temperatur ständig mit einer Anordnung gemäß der Erfindung überwacht werden kann, ist in einem der radialen Kühlkanäle 6 des Ständerblechpaketes 3 ein Quarzglasstab 10 angeordnet, der in den Luftspalt 7 des Asynchronmotors 1 hineinragt. Dieser Quarzglasstab 10 ist mit einem Strahlungspyrometer 11 verbunden, das an einem nicht dargestellten Schreiber angeschlossen ist.

Der Quarzglasstab 10 nimmt an seiner unteren Stirnfläche 12 die von den Stäben 8 im Läufer ausgehende Wärmestrahlung auf und leitet sie verlustarm zu dem Strahlungspyrometer 11. Dort werden die so übertragenen Meßwerte der Wärmestrahlung in elektrische Werte umgewandelt, die von dem Schreiber registriert werden. Bei einer Drehung des Läufers des Asynchronmotors 1 werden jeweils, wenn sich ein Stab 8 unter dem Quarzglasstab 10 hinwegbewegt, die Oberflächentemperatur dieses Stabes 8 gemessen, zwischen zwei Stäben 8 wird aber eine Temperatur gemessen, die jener der Welle oder der in dem radialen Kühlkanal 6 vorhandenen Zuluft gleich ist. Man erhält somit sowohl den Wert der Temperatur der Stäbe als auch den Wert der Temperatur der Welle bzw. Zuluft. Außerdem ergibt sich aus der Frequenz der Temperaturschwankungen ein Wert für die augenblickliche Drehzahl des Asynchronmotors.

F i g. 3 zeigt die über der Zeit t aufgetragenen Temperaturwerte T, die von dem in einem radialen Kühlkanal 6 liegenden Querzglasstab 10 erfaßt werden. Der untere Temperaturwert entspricht jeweils der Temperatur der Welle bzw. Zuluft, der obere Temperaturwert der Temperatur der Staboberkante. Die F i g. 3 zeigt das durch das Strahlungspyrometer 11 und den Quarzglasstab 10 erfaßte Betriebsverhalten des Läufers des elektrischen Asynchronmotors 1 während des Anlaufens der Maschine und bei Dauerbetrieb. Während des letzteren stellen sich konstante Temperatur- und Drehzahlwerte ein.

Die gezeigte radiale Anordnung des Quarzglasstabes 10 in einem Kühlkanal 6 hat den Vorteil, daß insbesondere beim Anlauf des Asynchronmotors 1 der Ort der größten Wärmeentwicklung direkt erfaßt wird. Würden während des Betriebes ein oder mehrere Stabbrüche auftreten, so würde sich dies dadurch bemerkbar machen, daß die im Dauerbetrieb aufgezeichneten folgenden Temperaturwerte unterschiedlich hoch werden oder vollständig ausbleiben. Auch diese Störung kann also mit der Anordnung gemäß der Erfindung erfaßt werden.

ίο In Fig. 1 ist außerdem noch angedeutet, daß ein Strahlungspyrometer 13 mit einem Übertragungsleiter 14 axial vor dem Kurzschlußring 9 angeordnet sein kann, um dessen Oberflächentemperatur zu erfassen.

Im Ausführungsbeispiel wurde der Einsatz der Anordnung gemäß der Erfindung bei einer elektrischen Asynchronmaschine gezeigt. Man kann sie aber auch bei einer elektrischen Synchronmaschine einsetzen, um die Erwärmungen der Dämpferwicklung zu überwachen und sie mit einem Schutz gegen asynchronem Lauf der Maschine verbinden.

Für die Merkmale der Ansprüche 2 bis 8 wird Schutz nur in Verbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 begehrt.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Betriebsüberwachung einer elektrischen Maschine mit Hilfe eines ortsfest außerhalb des Ständerblechpaketes angeordneten Strahlungsempfängers zur Temperaturerfassung, der mit einem als Fühlglied wirkenden verlustarmen Ubertragungsleiter für Wärmestrahlung verbunden ist, der bis in die unmittelbare Nähe des zu überwachenden Teiles führt, dadurch gekennzeichnet, daß zur kombinierten Überwachung der Drehzahl und der Temperatur der rotierenden Teile der Maschine ein Strahlungspyrometer (11,13) dient und daß dem bis in die Nähe des zu überwachenden rotierenden Teiles führenden verlustarmen Übertragungsleiter (10,14) für Wärmestrahlung an einer oder mehreren Stellen des überwachten Läuferteiles Abdeckungen gegenüberliegend vorhanden oder zusätzlich angeordnet sind, die eine Wärmeabstrahlung verhindern.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verlustarme Übertragungsleiter (10,14) für Wärmestrahlung aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsleiter (10,14) aus einem Stab aus Quarzglas besteht.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ubertragungsleiter (10,14)

aus einem innen matallisierten Rohr besteht.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verlustarme Übertragungsleiter (10,14) für Wärmestrahlung biegsam ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der verlustarme Ubertragungsleiter (10) für Wärmestrahlung in einem radialen Kühlkanal (6) des Ständerblechpaketes (3) der elektrischen Maschine (1) angeordnet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsleiter (10) in den Luftspalt (7) der Maschine (1) hineinragt.

8. Anordnung nach Anspruch 2 für eine elektrische Asynchronmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Ubertragungsleiter (14) axial vor dem Kurzschlußring (9) am Läufer der Asynchronmaschine (1) liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen