DE1945343C - Arrangement for monitoring the operation of an electrical machine - Google Patents

Description

Da während des Betriebes elektrischer Maschinen Die von der zu überwachenden LäuferoberfläcbeSince during the operation of electrical machines the rotor surface to be monitored

manchmal nicht vorhersehbare Störungen auftreten ausgehende Wärmestrahlung wird also zunächst vonSometimes unpredictable disturbances occur outgoing thermal radiation is therefore initially from

können, die einen Schaden oder eine Betriebsunfähig- dem verlustfreien Übertragungsleiter für Wärmesirah-damage or inoperability - the lossless transmission conductor for heat sir-

keit der Maschine zur Folge haben könnten, emp- lung erfaßt und dem außerhalb des Ständetblech-that the machine could result in an induc-

fiehlt sich der Einsatz von Anordnungen zur Betriebs- S paketes der Maschine, also außerhalb des magne-If it is not necessary to use arrangements for the operating package of the machine, i.e. outside of the magnetic

überwachung. So ist z.B. aus den bekanntgemach- tischen Nutzfeldes der Maschine liegenden und so-monitoring. For example, from the known useful field of the machine, lying and so-

ten Unterlagen der Patentanmeldung ρ 16451 VIII d/ mit keinen Störeinflüssen ausgesetztem Strahlungs-th documents of the patent application ρ 16451 VIII d / with no radiation exposed to interference

21 d3-D eine Anordnung zur Betriebsüberwachung pyrometer zugeführt. Durch die Zwischenschaltung21 d3-D supplied an arrangement for operational monitoring pyrometer. Through the interposition

einer elektrischen Maschine bekannt, die eine Ab- des Übertragungsleiters kann das Strahlungspyro-an electrical machine known, the one output of the transmission conductor can be the radiation pyrotechnic

schaltung der Stromzufuhr bei übernormaler Erwär- io meter auch zur Messung der Temperatur an verdeck-switching of the power supply in the event of excessive heat, also for measuring the temperature at

mung einzelner Teile bewirkt. Dazu ist außerhalb des ten, im Innern der Maschine liegenden Meßpunktenmation of individual parts. This is done outside of the measuring points located inside the machine

Ständerblechpaketes der Maschine ortsfest ein Strah- verwendet werden, obwohl es sehr leicht zugänglichStator core of the machine stationary a jet can be used, although it is very easily accessible

lungsempfänger zur Temperaturerfassung, nämlich ist und auch erst nachrträglich an der Maschine an-management receiver for temperature recording, namely is and is only subsequently attached to the machine

ein Thermosc.halter, angeordnet, der mit einem Fühl- gebracht werden kann. Außerdem erfaßt das Strah-a thermosc.holder, which can be brought with a feeler. In addition, the radiation

glied verbunden ist, das bis in die unmittelbare Nähe 15 lungspyrometer durch seine große Meßgenauigkeitmember is connected, the up in the immediate vicinity 15 lung pyrometer due to its great measurement accuracy

des zu überwachenden Teiles führt. Diese Anordnung und hohe Ansprechgeschwindigkeit auch sehr schnelleof the part to be monitored leads. This arrangement and high response speed are also very fast

hat zwar den Vorteil, daß sie nachträglich eingebaut Temperaturschwankungen sicher und genau. ManAlthough it has the advantage that it can be retrofitted with temperature fluctuations safely and precisely. Man

weiden kann und daß der Thermoschalter leicht zu- kann daher bei einer nicht gleichmäßigen Tempe-graze and that the thermal switch can therefore easily be closed at a non-uniform temperature

gänglich ist, abei sie erfaßt halt nur eine Betriebs- raturverteilung entlang des erfaßten Umfanges desis accessible, but it only records an operating temperature distribution along the recorded circumference of the

größe der Maschine, ohne sie messen zu könn> n. 20 rotierenden Teiles, die natürlich vorhanden odersize of the machine without being able to measure it> n. 20 rotating parts that naturally exist or

Weiterhin ist es aus dem deutschen Gebrauchs- künstlich erzeugt werden kann, aus der Teraperaturmuster 1911 100 bekannt, in dem Luftspalt einer messung auch die Drehzahl des rotierenden Teiles elektrischen Maschine einen Strahlungsempfänger, ermitteln. Dies ergibt den überraschenden Vorteil, beispielsweise ein Thermoelement, einzubauen, um daß die bei elektrischen Maschinen sehr wichtige an dieser Stelle die Temperatur der Läuferoberfiäche 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 trischen Maschine befindet. Es müssen daher beson- Drehzahlmessers erforderlich ist.
dere Maßnahmen getroffen werden, um Störungen Durch die Verwendung des verlustarmen Überdurch 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 maß 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 einemFurthermore, it is known from the German utility artificially, from the Teraperaturmuster 1911 100, in which the air gap of a measurement also determines the speed of the rotating part of the electrical machine, a radiation receiver. This results in the surprising advantage of installing a thermocouple, for example, in order to record the speed measurement together with the temperature, which is very important in electrical machines at this point. This means that the radiation measurement takes place without contact and there is no free wave receiver within the magnetic fields of the electrical end of the machine for attaching a special tric machine. There must therefore be a special tachometer is required.
other measures are taken to avoid interference by using the low-loss overflow from these magnetic fields. In addition, the heat radiation of a very precisely defined point of small diameter with this arrangement of the radiation receiver during the operation of the electrical machine takes hold and the radiation pyrometer is not accessible without influencing and cannot, for example, be transmitted through the surrounding area in the event of failure. Rule to be exchanged. Because of this position of the beam in front of the transmission conductor passing receiver in the air gap of the machine, the rotor circumference measured uniform temperatures be provided, because the monitored rotor part covers to be arranged, it would only be able to be used subsequently with greater difficulty in heat radiation completely or partially. prevent. These covers can e.g. B. from a

Die bei dieser bekannten Anordnung beispiels- 40 Isolierstoff bestehen. Durch diese Abdeckungen wer-In this known arrangement, for example, there are 40 insulating material. These covers

weise verwendeten Thermoelemente sind ferner ver- den dann ebenfalls regelmäßige, von der DrehzahlIn addition, wisely used thermocouples are then also more regular, depending on the speed

hältnismäßig träge, so daß nur Temperaturmittel- des rotierenden Teiles abhängige Schwankungen inrelatively sluggish, so that only temperature mean of the rotating part dependent fluctuations in

werte gemessen werden können. Schnelle Temperatur- der Temperaturanzeige erzielt, durch die ein Maß fürvalues can be measured. Rapid temperature display achieved through which a measure of

änderungen werden nicht erfaßt. die Läuferdrehzahl erhalten wird.changes are not recorded. the rotor speed is obtained.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe 45 Die durch die erfindungsgemäße Anordnung zur zugrun&J, eine Anordnung zur Betriebsüberwachung Betriebsüberwachung erfaßten Daten können in an einer elektrischen Maschine zu schaffen, bei der sich bekannter Weise dann mit Anordnungen zur wesentliche Betriebsdaten der rotierenden Teile, näm- Veränderung des Betriebsverhaltens der Maschine lieh die Temperatur und die Drehzahl, mit einer ein- verbunden sein, welche durch die erfaßten Meßwerte zigen 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 Überwachungslustarmen Übertragungsleiter für Wärmestrahlung personal der Maschine aufmerksam gemacht wird, verbunden ist, der bis in die unmittelbare Nähe des Für die Durchführung der Erfindung ist vorteilzu 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 ei» 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. JeThe present invention now has the task 45 The by the arrangement according to the invention for zugrun & J, an arrangement for operational monitoring Operational monitoring can be used in an to create an electrical machine in the known manner then with arrangements for essential operating data of the rotating parts, namely changes in the operating behavior of the machine borrowed the temperature and the speed of rotation, with one connected, which by the measured values acquired umpteen monitoring arrangement can be triggered without contact with poss. So z. B. Ablichst the machine little effort can be recorded. To switched, changed in speed or opposite The solution to this problem is to be blocked in an arrangement for reclosing. It is Operational monitoring of an electrical machine with but also possible, the monitoring arrangement The help of a stationary outside of the stator core only with an alarm or signal device arranged radiation receiver to connect the temperature 55, which with certain adjustable measurement detection, which triggers the exploitation acting as a sensing element and which triggers the lack of surveillance Transmission conductor for thermal radiation personnel of the machine is made aware, is connected, which is in the immediate vicinity of the For carrying out the invention is advantageous monitoring part leads, according to the invention, if the low-loss transmission conductor for for the combined monitoring of the speed and the heat radiation from an electrically non-conductive one Temperature of the rotating parts of the machine. In this case the over-radiation pyrometer provided, and that up to the load conductor in the area of high-voltage conductors close to it of the rotating part to be monitored, the machine parts must be arranged without running out .Low-loss transmission conductor for heat. Special measures for insulation or shielding radiation must be taken at one or more points of the 65 mung. Monitored as transmission Rotor part covers opposite conductor is z. B. a rod made of quartz glass is suitable. Man available lying down or additionally arranged, but can also use plastics that have a prevent heat radiation. Transfer thermal radiation with as little loss as possible. Ever

nach den Erforderungen kann der Übertragungsleiter starr oder biegsam ausgebildet sein, wobei letzteres den Anwendungsbereich der Erfindung wesentlich vergrößertDepending on the requirements, the transmission conductor can be designed to be rigid or flexible, the latter being the case the scope of the invention increases significantly

Auch ein innen metallisiertes, z.B. versilbertes Rohr ist unter gewissen Bedingungen als Übertragungsleiter für die Wärmestrahlung verwendbar.An internally metallized, e.g. silver-plated, tube is also used as a transmission conductor under certain conditions can be used for thermal radiation.

Im folgenden sei die Erfindung noch an Hand des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In the following the invention will be explained in more detail with reference to the embodiment shown in FIGS.

Fig. 1 zeigt eine elektrische Maschine schematisch im Längsschnitt,Fig. 1 shows an electrical machine schematically in longitudinal section,

F ig. 2 das Schema eines Radialschnittes.Fig. 2 the scheme of a radial section.

Bei einem eiektrischen 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 Ständerbledipaketes 3 und des Läuferblechpaketes S 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 S durch einen Kurzschlußring 9 miteinander verbunden.In the case of an electric asynchronous motor 1, the stator core carrying the stator winding 2 is both 3 as well as the laminated rotor core 5 placed directly on the shaft 4 for better cooling penetrated by exaggeratedly large, radially extending cooling channels 6. The radial cooling channels 6 of the stator core 3 and the rotor core S face each other at the air gap 7 of the machine. The radial Cooling channels 6 penetrated by the bars of the stator winding 2, in contrast, by the bars 8 of the rotor Cage winding. All bars 8 are mutually on each end face of the rotor core S by one Short-circuit ring 9 connected to one another.

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.So that the temperature prevailing in the rods 8 of the rotor is constantly with an arrangement according to FIG Invention can be monitored, is in one of the radial cooling channels 6 of the stator core 3 Quartz glass rod 10 is arranged, which protrudes into the air gap 7 of the asynchronous motor 1. This quartz glass rod 10 is connected to a radiation pyrometer 11, which is attached to a writer (not shown) connected.

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 erg'bt sich aus der Frequenz der Temperaturschwankungen ein Wert für die augenblickliche Drehzahl des Asynchronmotors.The quartz glass rod 10 takes on its lower end face 12 that emanating from the rods 8 in the runner Heat radiation and conducts it with little loss to the radiation pyrometer 11. There are the measured values of thermal radiation transmitted in this way are converted into electrical values that are transmitted by the To be registered with the recorder. When the rotor of the asynchronous motor 1 rotates, if a rod 8 moves under the quartz glass rod 10, the surface temperature of this rod 8 measured, but between two rods 8 a temperature is measured that that of the shaft or that in the radial cooling channel 6 existing supply air is the same. One thus obtains both the value of the temperature of the rods as well as the value of the temperature of the shaft or supply air. In addition, the Frequency of temperature fluctuations a value for the current speed of the asynchronous motor.

F i g. 3 zeigt die über der Zeit t aufgetragenen Temperaturwerte T, die von dem in einem radialen Kühlkanal 6 liegenden Quereglasstab 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.F i g. 3 shows the temperature values T plotted over time t , which are detected by the transverse glass rod 10 located in a radial cooling channel 6. The lower temperature value corresponds to the temperature of the shaft or supply air, the upper temperature value to the temperature of the upper edge of the rod. The F i g. 3 shows the operating behavior of the rotor of the electric asynchronous motor 1 detected by the radiation pyrometer 11 and the quartz glass rod 10 during the start-up of the machine and during continuous operation. During the latter, constant temperature and speed values are established.

Die gezeigte radiale Anordnung des Quarzglasstabes 10 in einem Kühlkanal 6 hat den Vorteil, da3 insbesondere beim Anlauf des Asynchronmotors 1 dsr 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.The shown radial arrangement of the quartz glass rod 10 in a cooling channel 6 has the advantage that in particular when starting the asynchronous motor 1 dsr place of greatest heat generation detected directly will. If one or more rod breaks would occur during operation, this would result make noticeable that the following temperature values recorded in continuous operation differ become high or completely absent. This disturbance can also be with the arrangement according to of the invention can be detected.

ίο In F i g. 1 ist außerdem noch angedeutet, daß ein Strahlungspyrometer 13 mit einem Übertragungsleiter 14 axial vor dem Kurzschlußring 9 angeordnet sem kann, um dessen Oberflächentemperatur zu erfassen. ίο In F i g. 1 is also indicated that a Radiation pyrometer 13 with a transmission conductor 14 is arranged axially in front of the short-circuit ring 9 sem can to record its surface temperature.

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.In the exemplary embodiment, the use of the arrangement according to the invention in an electrical Asynchronous machine shown. But you can also use it with an electrical synchronous machine, to monitor the heating of the damper winding and protect it against asynchronous Connect the run of the machine.

Für die Merkmale der Ansprüche 2 bis 8 wird Schutz nur in Verbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 begehrt.For the features of claims 2 to 8 protection is only given in connection with the features of Claim 1 desired.

Claims (8)

Patentansprüche:Patent claims: 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 Übertragungsleiter 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.1. Arrangement for monitoring the operation of an electrical machine with the aid of a stationary radiation receiver arranged outside the stator core for temperature detection, the one with a low-loss transmission conductor for thermal radiation that acts as a sensing element is connected, which leads into the immediate vicinity of the part to be monitored, thereby characterized in that for the combined monitoring of the speed and the temperature the rotating parts of the machine a radiation pyrometer (11,13) is used and that the up in the proximity of the rotating part to be monitored leading low-loss transmission conductor (10,14) for thermal radiation at one or Several places of the monitored rotor part covers are present opposite one another or are additionally arranged, which prevent heat radiation. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verlustarme Übertragungsleiter (10,14) für Wärmestrahlung aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the low-loss transmission conductor (10,14) for thermal radiation from a electrically non-conductive material. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsleiter (10,14) aus einem Stab aus Quarzglas besteht.3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the transmission conductor (10,14) consists of a rod made of quartz glass. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsleiter (10,14) aus einem innen matallisierten Rohr besteht.4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the transmission conductor (10, 14) consists of an internally metallized tube. 5. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der verlustarme Übertragungsleiter (10, 14) für Wärmestrahlung biegsam ist. 5. Arrangement according to claim 1, characterized in that the low-loss transmission conductor (10, 14) is flexible for thermal radiation. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der verlustarme Übertragungsleiter (10) für Wärmestrahlung in einem radialen Kühlkanal (6) des Ständerblechpaketes (3) der elektrischen Maschine (1) angeordnet ist.6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the low-loss Transmission conductor (10) for thermal radiation in a radial cooling channel (6) of the stator core (3) the electrical machine (1) is arranged. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsleiter (10) in den Luftspalt (7) der Maschine (1) hineinragt.7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the transmission conductor (10) in the air gap (7) of the machine (1) protrudes. 8. Anordnung nach Anspruch 2 für eine elektrische Asynchronmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsleiter (14) axial vor dem KurzschluBring (9) am Läufer der Asynchronmaschine (1) liegt.8. Arrangement according to claim 2 for an electrical asynchronous machine, characterized in that that the transmission conductor (14) axially in front of the short-circuit ring (9) on the rotor of the asynchronous machine (1) lies. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings