DE3206598C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer rotierenden elektrischen Induktionsmaschine mit einer Anordnung zum meßtechnischen Erfassen und Überwachen von Unsymmetrien durch Erfassen von in Spulen im Ständer induzierten Spannungen, die einem Anzeigegerät und/oder einer Überwachungseinrichtung zugeführt werden.

Eine derartige rotierende elektrische Induktionsmaschine ist aus der DE-OS 29 21 724 bekannt. Bei der bekannten Induktions­ maschine sind eine oder mehrere in Reihe geschaltete Meßspulen aus einer oder mehreren Windungen in der dem Luftspalt zuge­ wandten Bohrungsfläche des Ständerblechpaketes angeordnet, deren Weite so gewählt ist, daß das Maschinenhauptfeld, die Wicklungsoberfelder und die Zahnsättigungsfelder in ihr keine Spannung, die durch elektrische Läuferunsymmetrien hervorge­ rufenen zusätzlichen Luftspaltfelder hingegen eine maximale Spannung induzieren. Die Bemessung und Anordnung der Meßspule bzw. Meßspulen ergibt sich dabei aus einer Analyse des Luft­ spaltfeldes. Die in diesen Meßspulen infolge einer Läufer­ unsymmetrie induzierte Spannung wird dann einem Anzeigegerät und/oder einer Überwachungseinrichtung zugeführt. Diese bekannte Anordnung erfordert also zum Feststellen der Läuferexzentrizitäten das Vorhandensein einer oder mehrerer in bestimmter Weise bemessenen Meßspulen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine rotierende elektrische Induktionsmaschine mit einer Anordnung zum Erfassen von Unsymmetrien zu schaffen, die keine gesondert anzubringende Meßspule erfordert.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine rotierende elektrische Induktionsmaschine der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß bei einer als Spulenwicklung ausgeführten Ständerwicklung zwischen den Spulen und zumindest an einem Strangende eines oder aller Stränge der Ständerwick­ lung Anzapfungen vorgesehen sind, die über eine Wicklung zumindest eines Meßwandlers geführt so verbunden sind, daß die in den Spulen induzierten Spannungen, die durch Unsymmetrien verursacht werden, bei der Summation im Meßwandler eine von Null verschiedenen Wert, während die Spannungen, die durch das Maschinengrundfeld verursacht werden, den Wert Null ergeben und daß die andere Wicklung des Meßwandlers mit dem Anzeigegerät und/oder der Überwachungseinrichtung verbunden ist.

Zur Überwachung der Unsymmetrien werden also die Spulen der Ständerwicklung der rotierenden elektrischen Induktionsmaschine selbst genutzt, so daß nur Anzapfungen und Verbindungsleitungen gelegt, aber keine besonderen Meßspulen vorgesehen werden müssen. Durch die besondere Schaltung dieser zwischen den Anzapfungen liegenden Spulen derart, daß von den in ihnen induzierten Spannungen die durch das Grundfeld der Maschine induzierten Spannungen bei der Summation im Meßwandler Null ergeben, erfaßt man allein die in Einzelspulen über alle Stränge verursachten, von der zu überwachenden Unsymmetrien abhängigen symmetrischen Komponenten des induzierten Spannungs­ systems, insbesondere das Nullsystem und/oder die in den Einzelspulen eines Stranges induzierten, allein von der zu überwachenden Unsymmetrien abhängigen Einzelspannungen eines Spannungssterns, und diese werden ausgekoppelt und summiert zu einer von der Unsymmetrie abhängigen Meßspannung, die dem Anzeigegerät und/oder der Überwachungseinrichtung zugeführt wird. Es lassen dabei exzentrische Verlagerungen des Läufers, Schäden an der Käfigwicklung, wie Stab- oder Ringbrüche, und auch Schäden an Spulenwicklungen im Läufer oder Ständer, wie Unterbrechungen oder Windungsschlüsse, nachweisen.

Zur Begrenzung der Größe der Meßströme ist es zweckmäßig, daß in den Verbindungsleitungen zwischen den Anzapfungen jeweils untereinander gleiche Widerstände vorgesehen sind. Durch diese ohmschen oder kapazitiven Widerstände werden Kurzschlüsse der einzelnen angezapften Spulen vermieden.

Bei der durch die Erfindung gegebenen rotierenden elektrischen Induktiosmaschine mit einer Anordnung zum meßtechnischen Erfassen und Überwachen von Unsymmetrien kann man mit Vorteil die Tatsache ausnutzen, daß die unsymmetrieabhängigen Drehfeldwellen ein Nullspannungssystem hervorrufen, d. h. eine für alle drei Stränge der Ständerwicklung in Betrag und Phase gleiche Größe. Die von diesen Drehfeldwellen induzierten Spannungen summieren sich im allgemeinen über alle Spulen eines Stranges zu Null und können deshalb nicht in den Klemmenspannungen identifiziert werden. In Einzelspulen sind aber diese induzierten Spannungen von Null verschieden und können deshalb zum Nachweis der exzentrizitätsabhängigen Drehfeldwellen ausgewertet werden. Dazu kann mit Vorteil jeweils eine Anzapfung in der Mitte jedes Stranges der Ständerwicklung und eine Anzapfung am maschinenseitigen Strangende vorgesehen sein, die untereinander über die Wicklungen des Meßwandlers verbunden sind. Man erfaßt dadurch das Nullspannungssystem über die halbe Spulenzahl eines Stranges.

Dabei empfiehlt es sich für den Fall, daß die Wicklungsstränge der Ständerwicklung der Induktionsmaschine zu einem Sternpunkt verbunden sind, auch die von den mittigen Anzapfungen kommenden Leitungen zum Stern zu schalten, wobei dann die Wicklung des Meßwandlers zwischen dem Sternpunkt der Ständerwicklung und dem Sternpunkt der Leitungen liegt. Handelt es sich dagegen um eine Ständerwicklung mit offenen maschinenseitigen Strangenden, so ist es zweckmäßig, jede Verbindung zwischen den Anzapfungen des Stranges über eine separate Wicklung des Meßwandlers zu führen. Durch diese Schaltungen wird der bei Auftreten einer Unsymme­ trie fließende Nullstrom erfaßt, der durch das in den Strangmit­ ten erfaßbare Nullspannungssystem verursacht wird. Der Meß­ kreis ist sowohl über die eventuell vorhandenen Sternpunkte als auch über die galvanische Trennung durch den Wandler ohne zusätzlichen Aufwand ausreichend vom Hochspannungspotential der Maschine getrennt.

Die Phasenlage der durch Unsymmetrien entstehenden Felder ist auch von der räumlichen Lage der Unsymmetrie abhängig, somit also auch die Phasenlage der von diesen Feldern induzierten Spannung. Somit kann der Betrag der resultierenden Spannung zwischen bestimmte Anzapfungen eines Stranges außer von der Größe der Unsymmetrie auch noch von deren räumlicher Phasenlage abhängig sein. Soll nun eine solche gemessene Spannung oder die Differenz solcher Spulenspannungen eines Stranges unabhängig von der räumlichen Lage der Läuferexzentrizität sein, so müssen zwei Spannungssysteme aus zwei Spulensystemen, die um ^π/₂ räumlich gegeneinander verschoben sind, gewonnen und addiert werden oder die Differenzen von Spannungen um ^π/₂ gegeneinan­ der verschobenen Spulen. Dazu ist es zweckmäßig, die Spannungen zweier Spulensysteme, die räumlich um ^π /₂ versetzt sind, über mindestens einen Meßwandler summiert zu erfassen.

Da die unsymmetrieabhängigen Felder außer dem in Teilspulen der drei Ständerwicklungsstränge induzierten Nullspannungs­ systeme in allen Spulen eines Stranges einen symmetrischen Spannungsstern induzieren, läßt sich die Meßspannung grundsätz­ lich auch über einen einzigen Strang der Ständerwicklung durch Erfassung der Differenzspannung von geeignet ausgesuchten Spulen ermitteln. Dazu empfiehlt es sich, daß bei einer Ständer­ wicklung mit mindestens vier Spulen pro Strang oder Vielfachen davon jeweils zwischen vier symmetrisch über den Strang verteil­ ten oder Spulengruppen und an beiden Strangenden eines Stranges Anzapfungen vorgesehen sind, wobei jeweils die Anzapfungen am Spulenanfang und am Spulenende über eine Wicklung eines Meß­ wandlers verbunden sind und jeweils die Verbindungen der gegenüberliegenden Spulen über denselben Meßwandler geführt sind und die an den Meßwandlern abgegriffenen Spannungen addiert werden. Man erhält somit drei symmetrisch über den Strang verteilte, jeweils um ein Viertel des Stranges versetzte Anzapfungen und je eine Anzapfung an den Strangenden. Diese Schaltung erfordert somit zwei Meßwandler, in denen jeweils die gegenphasigen Ströme unsymmetrieabhängigen Spannungen gegenüberliegender Spulen addiert und die gleichphasigen Ströme der Grundwellenspannung subtrahiert werden.

Bei dem Aufbau der Meßschaltungen ist zu beachten, daß beim Betrieb einer elektrischen Maschine auch andere Nullspannungs­ systeme, wie z. B. Sättigungsfelder, auftreten oder Störspan­ nungen durch Mit- und Gegensysteme induziert werden. Diese Störspannungen treten aber im allgemeinen mit Frequenzen auf, die sich von der der unsymmetrieabhängigen Nutzspannung des Nullspannungssystems oder der Spulenspannungsdifferenz unterscheiden und somit durch elektronische Schaltungen ohne nennenswerten Aufwand ausfilterbar sind. Der Vorteil beider für die Induktionsmaschine gemäß der Erfindung gegebenen Schaltungsarten, nämlich der Erfassung des Nullspannungssystems bzw. die Erfassung der Differenzen in den Spulenspannungen eines Stranges besteht darin, daß durch Netzunsymmetrien die von Maschinenunsymmetrien abhängige Meßspannung nicht beeinflußt wird.

Im folgenden sei die Erfindung noch anhand der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Diese zeigen jeweils die Schaltbilder unter­ schiedlicher Meßanordnungen, wobei für gleiche Teile jeweils gleiche Bezugszeichen beibehalten sind.

Fig. 1 zeigt die aus drei Strängen 1, 2, 3 bestehende Ständerwicklung 4 einer elektrischen Induktionsmaschine mit einer nicht dargestellten Läuferwicklung. Jeder Strang 1, 2, 3 besteht aus jeweils vier gleichen Spulen oder Spulengruppen. Die Ständerwicklung 4 ist in Stern geschaltet, d. h. die maschinenseitigen Strangenden sind zu dem Sternpunkt 5 zusammengefaßt. In jeder Strang­ mitte ist jeweils eine Anzapfung 6, 7, 8 vorgesehen, die über gleich große ohmsche Widerstände 9 zu einem Sternpunkt 10 zusammengefaßt sind. Beide Sternpunkte 5 und 10 sind miteinander verbunden, wobei die Verbindung 11 zwischen den Sternpunkten 5 und 10 über einen Wandler 12 geführt ist, was hoch- oder niederohmig vorgenommen werden kann. Damit erfaßt der Meßwandler 12 den Nullstrom bzw. die Nullspannung. Dies kann an der anderen Wicklung 13 des Meßwandlers 12 abgenommen werden und einem nicht dargestellten Anzeigegerät und/oder einer nicht dar­ gestellten Überwachungseinrichtung zugeführt werden.

Fig. 2 zeigt ebenfalls eine Meßschaltung zum Erfassen des über die halben Stränge induzierten Nullspannungs­ systems bei einer aus drei Strängen 1, 2, 3 bestehenden Ständerwicklung 4 einer elektrischen Induktionsmaschine. Hier hat die Ständerwicklung 4 einen offenen Sternpunkt, d. h. die maschinenseitigen Strangenden X, Y, Z sind nicht miteinander verbunden. Aus diesem Grund ist am maschinen­ seitigen Strangende X die Anzapfung 14 am Strangende Y die Anzapfung 15 und am Strangende Z die Anzapfung 16 vorgesehen. In jedem Strang 1, 2, 3 ist die Anzapfung 6, 7, 8 in Strangmitte über den Widerstand 9 jeweils mit der Anzapfung 14, 15, 16 am Strangende verbunden, wobei die Leitungen über den Meßwandler 12 geführt sind. Durch diese Meßschaltung ergeben die auf das Grundfeld der Maschine bezogenen Spannungen im Meßwandler 12 Null, und es wird lediglich das infolge Unsymmetrien indu­ zierte Nullspannungssystem erfaßt, welches an der anderen Wicklung 13 des Meßwandlers 12 abgenommen und einem nicht dargestellten Anzeigegerät und/oder einer Über­ wachungseinrichtung zugeführt wird.

In Fig. 3 ist eine Meßschaltung zum Erfassen der Diffe­ renzen in den Spulenspannungen eines einzigen Stranges 1 der Ständerwicklung 4 einer elektrischen Induktions­ maschine dargestellt, durch die Unsymmetrien meßtechnisch erfaßt und überwacht werden. Dieser Strang 1 mit den Strangenden U, X hat eine Anzahl von Spulen, die sich in vier gleichartigen Spulen oder Spulengruppen 17, 18, 19, 20 unterteilen lassen. In diesem Strang 1 sind am Anfang und am Ende jeder der Spulen oder Spulengruppen 17, 18, 19, 20 jeweils Anzapfungen vorgesehen, nämlich die Anzapfung 21 am Strangende U bzw. am Eingang der Spule 17, die Anzapfung 22 zwischen den Spulen 17 und 18, die Anzapfung 23 zwischen den Spulen 17 und 18, die Anzapfung 24 zwischen den Spulen 19 und 20 und schließlich die Anzapfung 25 am Ausgang der Spule 20 bzw. am Strangende X. Die An­ zapfungen am Anfang und am Ende einer Spule sind jeweils miteinander verbunden, wobei die Verbindung über einen Meßwandler geführt ist. Die Verbindung 26 zwischen den Anzapfungen 21 und 22 am Eingang und am Ausgang der Spule 17 ist über den Meßwandler 27 geführt. Die Verbindung 28 zwischen den Anzapfungen 22 und 23 am Eingang und am Ausgang der Spule 18 ist dagegen über den Meßwand­ ler 29 geführt. Die Verbindung 30 zwischen den Anzapfungen 23 und 24 am Eingang und am Ausgang der Spule 19 ist wiederum über den Meßwandler 27 und die Verbindung 31 zwischen den Anzapfungen 24 und 25 am Eingang und am Ausgang der Spule 20 ist über den Meßwandler 29 geführt. In jeder der Verbindungen 26, 28, 30 und 31 ist jeweils ein Widerstand 9 gleicher Größe vorgesehen.

Die Meßschaltung erfaßt die in den vier Spulen 17, 18, 19, 20 induzierten Spannungen, die ein Spannungsquadrat bilden. Jeweils die im Hinblick auf das Grundfeld der Maschine in Phase liegenden Spannungen der Spulen 17, 19 bzw. 18 und 20 werden einem Meßwandler 27, 29 zugeführt, so daß sich in diesem die gleichphasigen Ströme der Grundwellenspannung subtrahieren, während gegenphasige Ströme der unsymmetrieabhängigen Spannungen addiert werden. Diese werden in der anderen Wicklung 32 der Meßwandler 27 bzw. 29 erfaßt, addiert und dann einem Anzeigegerät bzw. einer Überwachungseinrichtung zuge­ führt.

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der Meßschaltung nach Fig. 3 derart, daß ein einziger Meßwandler 33 zur Erfassung der Unsymmetrien mit Hilfe der an den Spulen 17, 18, 19, 20 des Stranges 1 der Ständerwicklung 4 der Induktions­ maschine abgegriffenen Spannungen ausreicht. Dabei wer­ den die Anzapfungen 21 und 23 über je einen Widerstand 9 zunächst miteinander verbunden und dann über den Meß­ wandler 33 zur Anzapfung 22 geführt. Außerdem wird die Anzapfung 23 über einen Widerstand 9 mit der von der Anzapfung 25 über einen Widerstand 9 kommenden Leitung verbunden und dann ebenfalls über den Wandler 33 zur Anzapfung 24 geführt. Dadurch werden alle vier Ströme in einem einzigen Meßwandler 33 in gewünschter Weise addiert. An der anderen Wicklung 32 des Meßwandlers 33 wird dann eine der Unsymmetrien entsprechende Meßgröße abgenommen und einem Anzeigegerät bzw. einer Überwachungs­ einrichtung zugeführt.

Claims (7)

1. Rotierende elektrische Induktionsmaschine mit einer Anordnung zum meßtechnischen Erfassen und Überwachen von Unsymmetrien durch Erfassen von in Spulen im Ständer induzierten Spannungen, die einem Anzeigegerät und/oder einer Überwachungeinrichtung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer als Spulenwicklung ausgeführten Ständerwicklung (4) zwischen den Spulen und zumindest an einem Strangende (U, V, W; X, Y, Z) eines oder aller Stränge (1, 2, 3) der Ständerwicklung (4) Anzapfungen (6, 7, 8; 14, 15, 16; 21, 22, 23, 24, 25) vorgesehen sind, die über eine Wicklung zumindest eines Meßwandlers (12; 27, 29; 33) geführt, so verbunden sind, daß die in den Spulen induzierten Spannungen, die durch Unsymmetrien verursacht werden, bei der Summation im Meßwandler (12; 27, 29; 33) einen von Null verschiedenen Wert ergeben, während die Spannungen, die durch das Maschinengrundfeld verursacht werden, den Wert Null ergeben, und daß die andere Wicklung (13, 32) des Meßwandlers (12, 27, 29, 33) mit dem Anzeigegerät und/oder der Überwachungseinrichtung verbunden ist.

2. Rotierende elektrische Induktionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verbindungsleitungen (26, 28, 30, 31) zwischen den Anzapfungen (6, 7, 8; 14, 15, 16; 21, 22, 23, 24, 25) jeweils untereinander gleiche Widerstände (9) vorgesehen sind.

3. Rotierende elektrische Induktionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Anzapfung (6, 7, 8) in der Mitte jedes Stranges (1, 2, 3) der Ständerwicklung (4) und eine Anzapfung (14, 15, 16) am maschinenseitigen Strangende (X, Y, Z) vorgesehen sind, die untereinander über die Wicklung des Meßwandlers (12) verbunden sind.

4. Rotierende elektrische Induktionsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei in Stern geschalteter Ständerwicklung (4) auch die von den mittigen Anzapfungen (6, 7, 8) kommenden Leitungen zum Stern (10) geschaltet sind und daß die Wicklung des Meßwandlers (12) zwischen dem Sternpunkt (5) der Ständerwicklung (4) und dem Sternpunkt (10) der Leitungen liegt.

5. Rotierende elektrische Induktionsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei offenen maschinenseitigen Strangenden (X, Y, Z) der Ständerwicklung (4) jede Verbindung zwischen den Anzapfungen (6, 7, 8; 14, 15, 16) des Stranges (1, 2, 3) über eine separate Wicklung des Meßwandlers (12) geführt ist.

6. Rotierende elektrische Induktionsmaschine nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen zweier Spulensysteme, die räumlich um ^π /₂ gegeneinander versetzt sind, über mindestens einen Meßwandler summiert werden.

7. Rotierende elektrische Induktionsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ständerwicklung (4) mit mindestens vier Spulen (17, 18, 19, 20) pro Strang (1, 2, 3) oder Vielfachen davon jeweils zwischen vier symmetrisch über den Strang verteilten Spulen oder Spulen­ gruppen (17, 18, 19, 20) und an beiden Strangenden (U, V, W; X, Y, Z) eines Stranges Anzapfungen (21, 22, 23, 24, 25) vorgese­ hen sind, wobei jeweils die Anzapfungen am Spulenanfang und am Spulenende über eine Wicklung eines Meßwandlers (27, 29, 33) verbunden sind, und daß jeweils die Verbindungen (26, 30; 28, 31) der im Spannungsquadrat gegenüberliegenden Spulen (17 und 19 bzw. 18 und 20) über denselben Meßwandler (27, 29, 33) geführt sind und daß die an den Meßwandlern (27, 29, 33) abgegriffenen Meßgrößen addiert werden.