DD240807A1

DD240807A1 - Verfahren zur ueberwachung von elektrischen antrieben

Info

Publication number: DD240807A1
Application number: DD28027885A
Authority: DD
Inventors: Harald Schippel; Walter Mettin; Uwe Klaus
Original assignee: Elektroprojekt Anlagenbau Veb
Priority date: 1985-09-03
Filing date: 1985-09-03
Publication date: 1986-11-12

Abstract

Mit dem Verfahren sollen elektrische Antriebe auf aussergewoehnliche Zustaende hin ueberwacht werden, wie z. B. Lager- und Kupplungsschaeden und Schwergaengigkeit der Arbeitsmaschine. Erfindungsgemaess wird vorgeschlagen, den Stromverlauf des das Antriebssystem antreibenden Elektromotors auf das Ueber- bzw. Unterschreiten mehrerer Stromwerte innerhalb des betriebsbedingten Stromwertevorrats hin zu ueberwachen.

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren zur Überwachung von elektrischen Antrieben

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von elektrischen Antrieben hinsichtlich außergewöhnlicher Betriebszustände. Unter Antrieb v/ird hierbei ein System bestehend aus Elektromotor, Kupplung, ggf. Getriebe und Arbeitsmaschine verstanden. Außergewöhnliche Betriebszustände sind lager- und Kupplungsschaden oder Schwergängigkeit (z.B. Festsitz) der Arbeitsmaschine sowie daraus resultierende gefährliche Betriebszustände für den technologischen Prozeß (z.B. Kohle- und Koksstaub-, staubexplosions- oder gasexplosionsgefährdete Arbeitsstätten)·

Mit dem Verfahren sollen die Schaden am Antriebssystem und der technologischen Gesamtanlage durch Früherkennung der Fehler minimiert werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannte Motorschutzeinrichtungen reagieren auf eine Überlastung der elektrischen Maschine, indem der Strom in der elektrischen Maschine erfaßt und möglichst mit Hilfe eines sogenannten thermischen Abbildes der elektrischen Maschine, z.B. unter Verwendung von Bimetallauslösern - ausgewertet .wird. Auf diese ?/eise ist gewährleistet, daß die elektrische Maschine sich bei durch Kurzschluß oder Überlastung erhöhten Strömen nicht über die zulässige Temperatur erwärmen kann_e Andere gefährliche Betriebszustände, z.B. durch Schaden an der Kupplung, am Getriebe, oder an der Arbeitsmaschine hervorgerufen, werden hiermit nicht direkt erfaßt. Ein derartiger Betriebszustand kann ein plötzlicher Kupplungsbruch sein. Lagerschäden können lange Zeit unbemerkt bleiben, ehe sie zum Festlaufen der Maschine und damit zur Auslösung wegen Überlast führen. Werden Lagerschäden nicht rechtzeitig bemerkt, so können sie auch zu Wicklungsschäden führen bzw. durch mechanische Schwingungen zum

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ständigen Auftreten der mechanischen Eigenfrequenz (kritische Drehzahl) führen. Diese gefährdenden Bereiche führen bei längerem Auftreten zum Totalausfall des Antriebssystems. Eine Schwergängigkeit der angetriebenen Arbeitsmaschine bleibt ebenfalls längere Z_eit unbemerkt, da der thermische Schutz auf Grund seiner Auslösecharakteristik Überlastungen erst nach geraumer Zeit, bzw. geringe Überlastungen gar nicht, erfaßt. Sie kann ebenfalls zum Totalschaden der Arbeitsmaschine führen, z.B. bei Schnellaufenden Turbosätzen.

Die Folgeschäden am gesamten Antriebssystem sind deshalb oft erheblich größer als der Ausfall des thermisch geschützten Elektromotors.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist der Schutz von elektrischen Antrieben vor Ausfall durch mechanische Schaden, z.B. infolge Kupplungsoder Lagerschaden sowie Schwergängigkeit der Arbeitsmaschine sowie vor deren Folgeschäden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

- Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungsmöglichkeit für elektrische Antriebe zu schaffen, die es erlaubt, mechanische Schaden, z.B. Lager- und Kupplungsschaden oder Schwergängigkeit der Arbeitsmaschine rechtzeitig und differenziert zu erkennen.

- Merkmale der Erfindung

Brfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Stromverlauf des Elektromotors auf das Über- bzw. Unterschreiten mehrerer Stromwerte innerhalb des betriebsbedingten Stromwertevorrats, d.h. innerhalb &_es vom KurzSchlußstrom und Leerlaufstrom begrenzten Bereiches, hin überwacht wird. Ist der Strom nach Ablauf der Hochlaufzeit des Elektromotors

noch nicht unter den 1,03-fachen Wert des charakteristischen Betriebsstroms des Antriebs abgeklungen, erfolgt eine Meldung und die Auslösung des Ausschaltbefehls.

Nach Ablauf der Anlaufzeit des Elektromotors erfolgt bei Überbzw. Unterschreiten weiterer Stromwerte eine Meldung bzw. Auslösung des Ausschaltbefehls. Eine Meldung und Auslösung erfolgt, wenn der Strom den 1,20 bis 2,5-fachen Wert des charakteristischen Betriebsstroms überschreitet oder den 0,95 bis 0,4-fachen V/ert unterschreitet, ohne daß der 1,05-fache Wert des Leerlaufstroms unterschritten wird· Überschreitet der Strom den 1,03 bis 1,20-fachen Wert des charakteristischen Betriebsstroms, erfolgt zunächst eine Meldung und bei längerem Anstehen des Stromes (ca. 5 Min.) eine· Auslösung.

Es ist möglich, die Überwachung weiterer Stromwerte vorzusehen.

Zur Ausfilterung kurzfristiger Vorgänge werden alle Meldungen bzw. Auslösungen um 80 bis 100 ms verzögert. Die erforderlichen Stromwerte und Zeiten sind für jeden Antrieb individuell festzulegen und können z.B. bei der Inbetriebnahme des Antriebs bei der Leistungsfahrt ermittelt werden.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich jeder außergewöhnliche Betriebszustand eines Antriebes in einem charakteristischen Strombild des Elektromotors widerspiegelt. Mit Hilfe der Erfindung können deshalb Betriebszustände wie Lager- und Kupplungsschäden oder Schwergängigkeit des Antrieb ssystems mit hoher Sicherheit erkannt und signalisiert werden, bzw. kann der Antrieb rechtzeitig vor dem Auftreten eines Schadens vom H_etz getrennt werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

S¹Ig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Überwachung des Stromes i(t), der durch einen mit einer Arbeitsmaschine AM

gekuppelten Elektromotor M fließt. Dabei können beliebig viele Stromwerte überwacht werden, wobei die Bürdenleistung des Wandlers Q?1 entsprechend auszulegen ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden drei Stromwerte überwacht.

Der Strom i(t), der durch den Antrieb fließt, wird galvanisch getrennt mittels eines Wandlers TT erfaßt. Im Ausführungsbeispiel ist ein induktiver ("klassischer") Wandler dargestellt, es ist jedoch jede andere Stromerfassung möglich.

Der sekundärseitige Strom prägt über dem Widerstand R 1.0 eine stromäquivalente Spannung ein. Diese Spannung wird mit der Diode V 1.2 verwechselungssicher auf den Kondensator C 1.0 geschaltet und durch diesen integriert. Damit werden Störspitzen vermieden.

Zur Herstellung eines definierten Spannungsabfalls für die hysteresefreie stabilisierte Ausv/ertung können parallel zum Kondensator C 1.0 Dioden V 2 bis V 4 vorgesehen werden. (Bezugspotential).

Mittels Einstellreglern R 1 bis R 3 werden in Abhängigkeit von den gewählten Schwellwerten stromabhängige Spannungen erzeugt und jeweils einem zugehörigen Initiatorschaltkreis zur Auswertung aufgeschaltet. Die Einstellregler R 1 bis R 3 können wie in Pig. 1 in Reihe geschaltet sein, sie können aber auch parallel oder in einer Reihen-Parallelschaltung angeordnet sein, womit sich alle benötigten Spannungswerte beliebig einstellen lassen.

Bei einer dem eingestellten Strom entsprechenden Spannung liefern die Initiatorschaltkreise, die als Operationsverstärker OY 1 bis OV 4 ausgebildet sein können, an ihrem Ausgang ein Signal. Diese Signale werden nachgeschalteten einstellbaren Zeitstufen Z 1 bis Z 4 aufgeschaltet. Diese Zeitstufen dienen der Ausfilterung von betriebsbedingten Zeitvorgängen.

Das am Ausgang der jeweiligen Zeitstufe erzeugte Signal ("echtes" Überschreiten oder Unterschreiten eines eingestellten Stromwerts) kann über die nachgeschaltete Auswerteeinheit auf Meldung oder Auslösung geschaltet werden. Eine Beschaltung der Operationsverstärker OV 1 bis OV 4 mit Speichereffekt und Quittung ist möglich.

Anhand der Pig. 2 und 3 soll die erfindungsgemäße Schutzfunktion erläutert werden:

Pig. 2 zeigt den möglichen Stromverlauf i(t) eines elektrischen Antriebs in Abhängigkeit von der Z_eit t. Darin bedeutet I, der Betriebsstrom des Elektromotors M in Abhängigkeit vom Widerstandsmoment der Arbeitsmaschine AM für einen stationären stabilen Arbeitspunkt des Antriebssystems, I^_Q der Leerlaufstrom, IjT der N_ennstrom des Elektromotors.

Ist nach Ablauf der Hochlaufzeit t_v-. des Elektromotors der Strom i(t) noch nicht unter den 1,03 bis 1,20-fachen Wert des normalerweise vorliegenden Betriebsstromes IL. abgeklungen, so liegt ein Schweranlauf vor (z.B. eine Arbeitsmaschine, die normalerweise ohne Produkt angefahren v/erden muß, ist mit Pro-, dukt gefüllt), der binnen kurzer Zeit zu einem Schaden an der Arbeitsmaschine, der Kupplung oder dem Getriebe führen könnte. In diesem erfolgt deshalb eine Meldung und Auslösung durch die Logikschaltung (Pig. 3)» der Elektromotor M wird abgeschaltet.

Nach der Anlaufzeit to» iⁿ <3-^θ*" der Anlauf des Antriebes mit Sicherheit abgeschlossen ist, erfolgt auch bei Über- bzw. Unterschreiten der übrigen überwachten Stromwerte eine Meldung bzw. Auslösung. Überschreitet der Strom i(t) den 1,20 bis 2,5-fachen Wert des Betriebsstroms I, für eine Zeit von mehr als 80 bis 100 ms (Stromverlauf i..(t), so ist ein Pestsitz des Antriebes zu vermuten. Es erfolgt eine M_eldung und Auslösung.

überschreitet der Strom i(t) innerhalb des normalen Betriebes (d.h. außerhalb der Anlaufzeit) den 1,03 bis 1,20-fachen Wert des Betriebsstromes I, über eine einstellbare Wartezeit t - die sich aus dem mechanischen Schv/ingungsverhalten des Gesamtantriebes ergibt, z.B. 80 bis 100 ms, so ist ein Lagerschaden zu vermuten. Durch die Logikschaltung erfolgt zunächst eine Meldung. Klingt der Strom i(t) innerhalb von etwa 5 niin nicht wieder auf den normalen Wert ab (Stromverlauf i₂(t)), erfolgt eine Auslösung·

Unterschreitet der Strom i(t) den 0,95 bis 0,4-fachen Wert des Betriebsstromes 1^, erreicht aber nicht den 1,05-fachen Wert des Leerlaufstromes 1^₀, so wird wiederum nach einer Wartezeit t - von 80 bis 100 ms eine Meldung und nach einer Warte-

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zeit ΐ * die Auslösung veranlaßt (Stromverlauf i In diesem Pail ist ein Kupplungsschaden zu vermuten.

Gegebenenfalls können weitere Stromwerte überwacht werden. So ist es z.B. möglich, auch einen Kurzschlußschutz zu realisieren, sofern kein herkömmlicher Kurzschlußschutz vorgesehen ist.

Claims

I Ai* *, _%,

Patentansprüche

1. Verfahren zur Überwachung von elektrischen Antrieben hinsichtlich außergewöhnlicher Betriebszustände, gekennzeichnet dadurch, daß der Stromverlauf (i(t)) des das Antriebssystem antreibenden Elektromotors (M) auf das Über- bzw. Unterschreiten mehrerer Stromwerte innerhalb des betriebsbedingten Stromwertevorrats hin überwacht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß nach Ablauf der Hochlaufzeit (^_ν·ι) des Elektromotors (M) des Antriebssystems bei Überschreiten des Stromes (i(t)) über den 1,03-fachen Wert des charakteristischen Betriebsstromes eine verzögerte Meldung und Auslösung erfolgt»
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß nach

Ablauf der Anlaufzeit (t g) äes Antriebs bei Überschreiten des Stromes (i(t)) über den 1,20 bis 2,5-fachen Wert des charakteristischen Betriebsstromes (X. ) eine verzögerte Meldung und Auslösung erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß nach Ablauf der Anlaufzeit (t ₂) des Antriebs bei Überschreiten des Stromes (i(t)) über den 1,03 bis 1,20-fachen Wert des charakteristischen Betriebsstromes (X, ) eine verzögerte Meldung und bei längerfristigern Überschreiten (ca. 5 min.) eine Auslösung erfolgt»
5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei Unterschreiten des Stromes (i(t)) unter den 0,95 Ms 0₈4~ fachen Wert des charakteristischen Betriebsstromes (X. ) sofern nicht der 1,05-fache Wert des Leerlaufstromes (Xu₀) unterschritten wird, eine verzögerte Meldung und nach einer Wartezeit (t^.*) eine Auslösung erfolgt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen