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Einrichtung zur Erfassung eines Windungsschlusses im Anker einer Gleichstrommaschine
Bei Gleichstrommaschinen treten mitunter Schäden auf, deren Ursache ein Windungsschluss in der Ankerwicklung ist. Ist ein solcher Windungsschluss vorhanden, so nimmt die kurzgeschlossene Windung in ausserordentlich kurzer Zeit, unter Umständen schon nach einer Sekunde, sehr hohe Temperaturen an, was dann weitere schwerwiegende Schäden nach sich zieht.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung eines Windungsschlusses im Anker einer in Betrieb befindlichen Gleichstrommaschine, bei der die durch die kurzgeschlossene Windung der Ankerwicklung erzeugten Pulsationen der Ankerdurchflutung an feststehenden Ständerwicklungen als Spannungspulsationen erfasst werden. Erfindungsgemäss ist die Einrichtung so getroffen, dass Wicklungen auf solchen Teilen des magnetischen Kreises benutzt werden, in denen der Fluss nur vom Ankerstrom abhängig ist bzw. Wicklungen, die selbst vom Ankerstrom durchflossen werden und dass die Spannungspulsationen durch ein Relais erfasst werden, dem ein Tiefpass für die Polfrequenz vorgeschaltet ist. Die Einrichtung beruht auf der Überlegung, dass als Folge eines Windungsschlusses starke Pulsationen der Ankerdurchflutung auftreten.
Diese Pulsationen erzeugen entsprechend schwankende Spannungen in feststehenden Ständerwicklungen, z. B. in den Wendepol- oder Kompensationswicklungen. Gegebenenfalls wird auf den Wendepolen eine besondere Messwicklung angebracht. Dadurch ist es möglich, das Vorhandensein eines Windungsschlusses schon in kürzester Zeit anzuzeigen und gegebenenfalls auch eine Abschaltung der kranken Maschine vorzunehmen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es ist angenommen, dass eine Gleichstrommaschine vorhanden ist, deren Anker 1 in Reihe mit einer Kompensationswicklung 2, einer Wendepolwicklung 3 und einem Verbraucher 5 geschaltet ist. Gegebenenfalls kann auf den Wendepolen eine besondere Messwicklung 4 für die erwähnten Spannungspulsationen angebracht sein. An die erwähnten Wicklungen sind Tiefpassfilter 6,7, 8 angeschlossen, die die Pulsationsfrequenz erfassen und nicht dargestellte Anzeigevorrichtungen, Relais u. dgl. beeinflussen, um eine optische oder akustische Anzeige zu vermitteln bzw. eine Abschaltung der kranken Maschine vorzunehmen.
Betrachtet man zuerst den Fall, dass zur Erfassung der Pulsationen eine besondere Messwicklung 4 vorhanden ist, so tritt bei der gesunden Maschine in dieser Messwicklung im Falle des Leerlaufes eine transformatorische EMK auf. Sie wird dadurch verursacht, dass ein Streuanteil des Hauptflusses über die Wendepole fliesst. Dieser Fluss pulsiert mit der Nutfrequenz.
Bei der kranken Maschine sind dieser Wechselspannung von Nutfrequenz besondere Spannungsimpulse überlagert. Bei einer vierpoligen Maschine werden für jede Umdrehung vier Impulse registriert. Diese Impulse sind mit den Durchflutungsstössen der kurzgeschlossenen Windung zu erklären. In jeder Polteilung tritt ein Maximum des Kurzschlussstromes auf. Die überlagerte Spitzenspannung besitzt also Polfrequenz.
Ist die Maschine belastet, so ergibt sich grundsätzlich dasselbe Bild für die Spannung an der Messwicklung 4. Der Wechselspannung von Nutfrequenz ist jetzt noch eine Wechselspannung von Lamellenfrequenz überlagert. Sie ist dadurch bedingt, dass die Durchflutung des belasteten Ankers mit Lamellenund Nutfrequenz pulsiert.
Falls eine besondere Messwicklung für diese Zwecke nicht vorgesehen wird, kann die Messung auch an der Kompensationswicklung 2 oder an der Wendepolwicklung 3 vorgenommen werden.
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Betrachtet man den Fall der Verwendung der Kompensationswicklung 2, so wird bei der gesunden Maschine und im Leerlauffall auch hier eine Wechselspannung von Nutfrequenz in der Kompensationswicklung induziert. Bei der kranken Maschine ist dieser Primärfrequenz eine Wechselspannung grösserer Am-
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spricht bei einer vierpoligen Maschine der Polfrequenz. Die Schwingung von Polfrequenz ist wieder durch die von der kurzgeschlossenen Windung hervorgerufene, mit Polfrequenz pulsierende Ankerdurchflutung bedingt. Die Amplituden der Schwingung von Polfrequenz sind innerhalb einer Umdrehung untereinander nicht gleich. Das ist damit zu erklären, dass die kurzgeschlossene Windung im Verlauf einer Umdrehung in verschiedene Lagen zu der zur Messung benutzten Kompensationswicklung stehen kann.
Ist die Maschine. belastet, so ändert sich auch in diesem Falle grundsätzlich nichts. Die mit Nutfrequenz in die Kompensationswicklung transformierte Wechselspannung ist höher als bei der unbelasteten Maschine. Die Spannung wird wieder durch die mit Nutfrequenz pulsierende Ankerdurchflutung hervorgerufen.
Durch Anbringung einer solchen Messeinrichtung kann eine Signalgabe erhalten werden, sobald eine Wechselspannung mit Polfrequenz und merklicher Amplitude auftritt. Auf dem Wege über einen Tiefpass kann diese Wechselspannung zur Betätigung von Anzeige- oder Sicherheitseinrichtungen verwendet werden. Die Ansprechgeschwindigkeit solcher Anordnungen ist ausserordentlich hoch, so dass ein ausreichender Schutz gegen Verbrennen der Ankerwicldung vorhanden ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Erfassung eines Windungsschlusses im Anker einer in Betrieb befindlichen Gleichstrommaschine, bei der die durch die kurzgeschlossene Windung der Ankerwicldung erzeugten Pulsationen
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durch gekennzeichnet, dass Wicklungen auf solchen Teilen des magnetischen Kreises benutzt werden, in denen der Fluss nur vom Ankerstrom abhängig ist bzw. Wicklungen, die selbst vom Ankeistrom durchflossen werden und dass die Spannungspulsationen durch ein Relais erfasst werden, dem ein Tiefpass für die Polfrequenz vorgeschaltet ist.