DE3320080C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Für die Drehstrommotoren von Baustellengeräten, insbe­ sondere Innen- und Außenrüttler, ist die häufigste Ur­ sache durchgebrannter Motorwicklungen ein Zwei-Phasen­ lauf, der häufig über längere Zeit unbemerkt bleibt, wenn das Gerät z. B. nach Beendigung einer Verdichtungs­ arbeit lange praktisch leer läuft, was immer wieder der Fall ist. Eine sehr häufige Ursache für einen solchen Zweiphasenlauf ist der Bruch einer Phase der Speise­ leitung unter den rauhen Betriebsbedingungen, die auf einer Baustelle vorherrschen, aber auch das Ansprechen nur einer Phasen-Sicherung bei kurzzeitiger Überlastung u. v. a. m.

Die Reparatur durchgebrannter Motorwicklungen ist kost­ spielig und bedingt einen längeren Ausfall des Baustel­ lengeräts. Die durch Zweiphasenlauf bedingten gefähr­ lichen Zustände für den Motor werden auch durch die bekannten Motorschutz-Thermoschalter nicht abgewendet, da diese nur auf das Überschreiten der zulässigen Maxi­ malbelastung ansprechen, die bei einem Zweiphasen-Leer­ lauf des Geräts oder bei Teillast nicht überschritten zu sein braucht, obzwar einzelne Phasen des Motors weit überlastet sind.

Es ist beispielsweise aus "Industrie-Elektrik + Elektro­ nik", 1966, Nr. 84, S. 56-60 bekannt, daß ein Drehstrommotor bei Zweiphasenlauf oder starker Unsymmetrie der Stromauf­ nahme gewöhnlich sehr gefährdet ist und vor dieser Gefähr­ dung durch Überwachung der Stromsymmetrie und Abschaltung der Stromzufuhr bei Feststellung eines gefährlichen Aus­ maßes an Unsymmetrie geschützt werden kann, wofür im Stande der Technik geeignete Schaltungsanordnungen entwickelt worden sind. Diese Schaltungsanordnungen sind relativ kostspielig und wurden den Elektromotoren bisher einzeln zugeordnet.

Aus "Elektro-Technik", 1967, Nr. 42, Beilage "Elektro-Auto­ mation", S. 18, 19 ist die Verwendung eines gemeinsamen, auf unsymmetrische Spannungen ansprechenden Asymmetrierelais für mehrere Drehstrommotoren mit einer der gemeinsamen Energieleitung zugeordneten Abschaltvorrichtung bekannt. Spannungsunsymmetrien vom Netz sind für alle angeschlos­ senen Motoren gefährlich und verlangen demgemäß die Ab­ schaltung aller Motoren bei starker Netzspannungsunsym­ metrie.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so zu gestal­ ten, daß mit einem verhältnismäßig geringen zusätzlichen Aufwand an Kosten und Ausstattung die mehreren Motoren gegen die Gefahren, denen sie bei unsymmetrischer Stromauf­ nahme ausgesetzt wären, sicher geschützt sind.

Die vorstehende Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungs­ teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Gestaltung der Anordnung zum Speisen der Motoren hat die Wirkung, daß zunächst alle über die gemeinsame Energieleitung gespeisten einzelnen Motoren abgeschaltet werden, wenn die Symmetrie-Prüfeinrichtung in der gemeinsamen Energieleitung eine Stromunsymmetrie feststellt, die so groß ist, daß sie, wäre sie durch den in dieser Beziehung kritischsten der einzelnen Motoren ver­ anlaßt, diesen Motor schädigen könnte. Nach einer solchen Notabschaltung werden dann alle einzelnen Geräte mittels der Geräteschalter abgeschaltet und dann - nach Schließen der Abschaltvorrichtung z. B. in Form eines Schützes - einzeln der Reihe nach wieder eingeschaltet, wobei dann ggf. leicht der Motor ermittelt und aus dem weiteren Be­ trieb herausgenommen werden kann, der für die Abschaltung tatsächlch verantwortlich gewesen ist. Natürlich bewirken dann auch Stromunsymmetrien, die vom Netz her veranlaßt sind, bei Überschreiten der vorstehend aufgezeigten Schwel­ le eine Abschaltung aller Motoren. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß diese nur sehr zeitweilig auftre­ tende Belastung des Baustellenbetriebs zugunsten des Schutzes aller Motoren gegen das weitaus gravierendere Durchbrennen einer Motorwicklung ohne weiteres in Kauf genommen werden kann, der wegen des Einsatzes nur eines einzigen Schützes und nur einer einzigen Stromsymmetrie- Prüfeinrichtung mit nur geringen zusätzlichen Kosten und Schaltungsmitteln erreicht ist.

Die Unteransprüche 1-5 betreffen bevorzugte Ausgestaltun­ gen des Gegenstandes des Patentanspruchs 1.

Die Maßnahme gemäß Patentanspruch 2 ermöglicht es, dem häufig wechselnden Einsatz von Baustellengeräten unter­ schiedlicher Leistung Rechnung zu tragen. Wenn Baustel­ lengeräte hoher Leistung eingesetzt sind, dann können in der gemeinsamen Energieleitung toleranzbedingte Strom­ unsymmetrien auftreten, die in der Größe derjenigen liegen, die sich bei einem leistungsschwachen Gerät bei einem Zweiphasenlauf ergeben, für die im Einsatz befindlichen stärkeren Geräte hingegen keine Abschaltung erforderlich machen. Die veränderliche Ansprechgrenze gestattet es, in einem weiten Bereich die Einstellung so abzustimmen, daß das kritischste Gerät noch sicher geschützt ist, ohne daß toleranzbedingte Unsymmetrien zu einer Abschal­ tung führen.

Die Maßnahme gemäß Patentanspruch 3 ermöglicht es, unter Berücksichtigung der jeweiligen leistungsbezogenen Be­ triebsbedingungen, kurzzeitige Stromunsymmetrien, die von selbst wieder verschwinden und daher für die Motoren unge­ fährlich sind, für die Notabschaltung außer Betracht zu lassen. Das verzögerte Ansprechen des Stromunsymmetrie­ relais ist aus der DD-PS 87 095 bekannt.

Die Maßnahme gemäß Patentanspruch 4 bezieht den Umrichter in die Stromsymmetrieüberwachung mit ein. Außerdem erbringt sie den Vorteil, daß die Abschaltvorrichtung auf der Ein­ gangsseite des Umrichters im Normalfall geringere Ströme zu schalten hat als auf dessen Ausgangsseite. Wenn nach erfolgter Abschaltung bei der dann stattfindenden Einzel­ einschaltung der einzelnen Motoren bei jedem Motor eine erneute automatische Abschaltung zustande kommt, ist dies ein Anzeichen dafür, daß eine Phase des Umrichters defekt ist.

Insbesondere in Herstellerwerken für Fertigbauteile sind häufig sehr viele Geräte unterschiedlicher Leistung in Be­ trieb. In diesem Falle bietet das Vorgehen gemäß Patentan­ spruch 5 die Möglichkeit, mit einem insgesamt optimal niedrigen zusätzlichen Aufwand den Schutz für alle Motoren an den Verdichtungsgeräten u. dgl. in einem Versorgungs­ system zu bewirken, das insgesamt eine sehr hohe Gesamt­ leistung bewältigt und in dem die toleranzbedingten Strom­ unsymmetrien weit über den Werten liegen können, die die schwächsten Motoren beim Ausfall einer Phase verursachen.

Die drei Figuren der Zeichnung zeigen in Form von Block­ schaltbildern verschiedene Beispiele der Realisierung der Erfindung, wobei in diesen Figuren

M die einzelnen Drehstrommotoren der Baustellen­ geräte,
SL die Speiseleitungen zu den einzelnen Motoren M,
V die Anschlußstellen der Speiseleitungen SL einer Gruppe zusammengehörender Motoren M an eine gemeinsame Energieleitung,
EL die gemeinsame Energieleitung,
SPE die in die gemeinsame Energieleitung EL ein­ geschaltete Symmetrieprüfeinrichtung,
KM das von der jeweiligen Symmetrieprüfeinrich­ tung gesteuerte Schütz o. dgl. zum dreiphasigen Unterbrechen der gemeinsamen Energieleitung EM,
UF einen Umrichter (Spannungs/Frequenz-Umformer) und
N den Anschluß an das Kraftstromnetz von 380 Volt und 50 Hertz

bezeichnen, wobei alle dargestellten Leitungen Drehstrom­ leitungen sind.

In dem in Fig. 1 dargestellten einfachsten Fall ist eine Gruppe G von Motoren M über eine gemeinsame Energieleitung EL direkt an das Kraftstromnetz N angeschlossen. In die gemeinsame Leitung EL ist eine Stromunsymmetrie-Prüfein­ richtung eingebaut, die das in diese Energieleitung EL ebenfalls eingeschaltete Schütz KM in den den Abschaltzu­ stand steuert, wenn die Ströme in den drei Phasen der gemeinsamen Energieleitung EL in einem Ausmaß voneinander verschieden sind, das für den kritischsten der zu der Gruppe zusammengefaßten hier fünf Motoren gefährlich sein könnte, wäre es durch diesen beispielsweise infolge einer Unterbrechung einer Phase in der zu ihm führenden Zuleitung verursacht. Von der Abschaltung werden, da das Schütz in die gemeinsame Energieleitung EL eingebaut ist, alle über die gemeinsame Energieleitung mit Strom versorgten Motoren M betroffen. Diese Motoren werden nach der Abschaltung mittels der Geräteschalter abgeschaltet und danach, sobald das Schütz wieder geschlossen ist, einzeln wieder zuge­ schaltet, wobei die Zuschaltung des Motors, der über eine defekte Phase versorgt wird, wieder zu einer Notabschaltung führt, die dann anzeigt, in welchem Leitungszug der Fehler zu suchen und eine Reparatur vorzunehmen ist. Zur Durchfüh­ rung der diesbezüglichen Reparaturarbeiten wird der ge­ samte Leitungszug zunächst abgetrennt, so daß die anderen Motoren auf die Dauer der Fehlersuche und -Beseitigung weiter arbeiten können.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 sind die Motoren M zu einzelnen Gruppen, hier drei Gruppen, G 1, G 2 und G 3 zusammengefaßt. Die einzelnen Gruppen werden jeweils über eine eigene, den Motoren dieser Gruppen gemeinsame Energieleitung EL mit Strom versorgt, an die die Speise­ leitungen SL der Motoren bei V mittels eines Verteilers o. dgl. angeschlossen sind. In jeder dieser drei Ener­ gieleitungen EL ist jeweils eine Symmetrieprüfeinrich­ tung SPE und ein Schütz KM eingeschaltet, so daß die drei Gruppen G 1, G 2 und G 3 voneinander unabhängig abgeschaltet werden, wenn in der jeweils zugehörigen Energieleitung EL eine Stromunsymmetrie gefährlichen Ausmaßes auftritt, wobei auch hier wieder hinsichtlich der einzelnen Gruppen bei der Ansprechgrenze auf den kritischsten Motor der Gruppe, gewöhnlich den leistungs­ schwächsten, abgestellt ist.

Die Motoren M sind auf die einzelnen Gruppen G 1, G 2 und G 3 so verteilt, daß die eine Gruppe die leistungs­ stärksten, die zweite Gruppe die Motoren einer mittleren Leistung und die dritte Gruppe die leistungsschwächsten Motoren umfaßt.

Die Energieleitungen EL sind an den Ausgang eines Um­ formers angeschlossen, der eingangsseitig vom 380 V/50 Hz- Kraftstromnetz gespeist wird und ausgangsseitig Dreh­ strom-Energie von 42 V und 200 Hz abgibt.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist ebenfalls ein Umformer UF von der in Verbindung mit Fig. 2 geschilderten Art vorgesehen, der eingangsseitig an das Kraftstrom-Netz N angeschlossen ist. Der Leistungszug zwischen dem Netzan­ schluß N und der Verteilungsstelle V bildet die gemein­ same Energieleitung EL für die am Verteiler V daran über die einzelnen Speiseleitungen EL angeschlossenen Motoren M, in der der Umformer UF mit vorgeschaltetem Schütz KM und nachgeschalteter Symmetrieprüfeinrichtung SPE liegt. Die letztgenannte Einrichtung SPE prüft die Energielei­ tung EL hinter dem Umformer UF auf Stromsymmetrie und steuert das davor befindliche Schütz KM in den Abschalt­ zustand, wenn eine Stromsymmetrie von einem für den kritischsten Motor M gefährlichen Ausmaß vorliegt. Bei dieser Abschaltung wird auch der Umformer mit abgeschal­ tet, so daß der Umformer, insbesondere dessen Antriebs­ motor, in die Symmetrieprüfung mit einbezogen ist.

In die bei den Ausführungen nach den Fig. 1-3 zur Anwendung gelangenden Symmetrieprüfeinrichtungen SPE ist jeweils in nicht näher dargestellter Weise eine Schal­ tungsanordnung eingebaut, die es ermöglicht, die An­ sprechgrenze der jeweils durch einen gestrichelten Linien­ zug dargestellten Wirkbeziehung zwischen der Symmetrie­ prüfeinrichtung SPE und dem zugehörigen Schütz KM in einem vorgegebenen Bereich von z. B. 1 Prozent Unsymmetrie bis 100 Prozent Unsymmetrie einzustellen und so dem je­ weiligen Leistungsverhältnis der verschiedenen zugehö­ rigen Motoren M untereinander in optimaler Weise Rech­ nung zu tragen.

Des weiteren ist in die einzelnen Symmetrieprüfeinrich­ tungen SPE eine nicht näher dargestellte Zeitverzöge­ rungseinrichtung eingebaut, die das von der Symmetrie­ prüfeinrichtung abgegebene Schaltsignal für das Schütz KM bei erkannter Stromunsymmetrie erst weitergibt, wenn diese Unsymmetrie eine voreinstellbare Zeit lang - z. B. wählbar in einem Bereich von 1-7 sec - vorgelegen hat, so daß in der vorgewählten Zeitspanne von selbst ver­ schwindende Stromunsymmetrien, die für die Motoren un­ gefährlich sind, keine Abschaltung bewirken.

Claims (5)

1. Anordnung zum Speisen mehrerer, jeweils ein Baustellen­ gerät antreibender Drehstrommotoren, die einzeln über getrennte Speiseleistungen an eine nur diesen mehreren Motoren gemeinsame Dreiphasen-Energieleitung ange­ schlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Symmetrieprüfeinrichtung (SPE) die gemeinsame Energie­ leitung (EL) auf Symmetrie der Phasenströme überwacht, daß eine zugeordnete Abschaltvorrichtung (KM) in die gemeinsame Energieleitung (EL) eingebaut ist, und daß die Abschaltvorrichtung (KM) von der Symmetrieprüfein­ richtung (SPE) dann in den Abschaltzustand gesteuert wird, wenn diese ein Ausmaß an Stromunsymmetrie festgestellt hat, das, wäre es von einem Motor allein verursacht, diesen gefährden könnte.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechgrenze der Stromunsymmetrie, bei der die Symmetrieprüfeinrichtung (SPE) die Abschaltvorrichtung in den Abschaltzustand steuert, einstellbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieprüfeinrichtung (SPE) eine vorzugsweise einstellbare Zeitverzögerung zwischen dem Erkennen einer gefährlichen Stromunsymmetrie und dem Erregen der Abschaltvorrichtung (KM) aufweist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem in die gemeinsame Energieleitung eingefügten Um­ richter, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltvor­ richtung (KM) vor dem Umrichter (UF) in die gemeinsame Energieleitung (EL) eingebaut ist und die Symmetrie­ prüfeinrichtung (SPE) die gemeinsame Energieleitung (EL) hinter dem Umrichter (UF) auf Stromsymmetrie überwacht.

5. Anordnung zum Speisen einer Vielzahl von jeweils ein Baustellengerät antreibenden Drehstrommotoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstrommotoren (M) ent­ sprechend ihrer Leistung in Leistungsgruppen unter­ schiedlicher Leitungsbereiche eingeteilt sind und jede Leistungsgruppe über eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gespeist wird.