Schutzvorrichtung mit Wärmefühlem für elektrische Maschinen mit Schleifringen und/oder Kommutator Die Betriebssicherheit elektrischer Maschinen ist weitgehend davon abhängig, mit welcher Genauigkeit die durch Stromwärme hervorgerufene Temperatur der einzelnen Maschinenteile erfasst werden kann. Bei überschre.ten bestimmter, gerade noch zulässiger Temperaturen können, dann Vorkehrungen. getroffen werden, die die Maschinentemperatur herabsetzen.
Man hat zu diesem Zweck bereits Wärmefühler angewandt, mit denen für sich gesehen mit genügend grosser Genauigkeit die Temperatur am Einbauort, d.h. die Temperatur an der Stelle der elektrischen Maschine, an der der Wärmefühler angeordnet ist, erfasst werden kann.
So ist es bekannt, bei elektrischen Maschinen den Wärmefühler am Ständereisen anzuordnen und auf Grund der Temperatur des Ständers auf den Gesamttemperaturzustand der Maschine zu schliessen.
Bei schleifring- und kommutatorlosen Maschinen sind die Temperaturverhältnisse im allgemeinen leicht zu erfassen. Schwieriger liegen die Verhältnisse bei Kommutator- und Sähleifringmaschinen, weil der Kommutator als rotierendes. Teil ähnlich wie auch alle rotierendr, Wicklungen sehr schwer und nur unter grossem Aufwand' mit Wärmefühlern ausgerüstet wer den kann, die bei übertemperaturen ein Signal abge ben.
Zum Schutz von Kommutator- und Schleifring- maschinen ist es bekannt, Birnetallauslöser zu ver wenden, die bei langsam veränderlichen Vor gängen eine überwachung der Wicklungen ermög lichen. Weitgehend ausgeschlossen von diesem über- wachungsvorgang ist aber der Kommutator oder sind die Schleifringe.
Der Wärmeschutz einer elek trischen Maschine, bei der ein Bimetallauslöser als Wärmefühler verwendet wird, hat zudem den Nach teil, dass bei stark veränderlichen, Belastungsvor- gängen der Maschine, also bei Anlassvorgängen oder bei lange andauerndem Tippbetrieb diese Mess- methode versagt, weil die thermische Eigenzeit- konstante der Bimetallauslöser sich stark von der der Maschine unterscheidet.
Durch die schon erwähnte Schutzmethode, näm lich der Anordnung eines Wärmefühlers am Ständer eisen, kann mit einer gewissen Nacheilung dlie Tem peratur der Stäederwicklung überwacht werden. Ausserdem kann in gewissem Masse dieKommutator- tempe,ratur festgestellt, werden, da die vom Kommuta- tor erwärmte Kühlluft über den Wärmefühler streicht. Doch auch für diese.
Methode gilt, dass sie mit einer Nacheilung arbeitet und daher für Anlass- und Tipp betrieb nur schlecht geeignet, ist.
<B>.</B> Besondere Schwierigkeiten ergeben sich bei fest- .gebremsten Motor hinsichtlich der überwachung des Kommutators, da in diesem Fall die schädliche über- erwärmung nur örtlich auftritt und schon bei Be schädigung auch nur einer Lamelle zur Unbrauchbar keit des gesamten Kommutators führt. Die neue Schutzvorrichtung beseitigt die vorer wähnten Nachteile.
Die Lösung besteht darin, dass Wärmefühler mit einer Eigenzeitkonstante. von<B>0,6</B> Sekunden und kleiner in engem Wärmekontakt an dem Ende des Bürstenhalters der elektrischen Ma schine, angeordnet sind, das dem Kommutator oder den Schleifringen zugewandt ist. Durch die Eigen- zeitkonstante von<B>0,6</B> Sekunden, und kleiner wird sichergestellt, dass die Temperatur des Wärmefühlers auch bei sehr schnell stattfindenden Temperatur änderungen nur so viel von der eigentlichen Tempe ratur der Maschine abweicht, dass keine Gefahr für die Maschine besteht. Derartige Wärmefühler sind bekannt.
<B>Je</B> nach den herrschenden Betriebsbedingungen kann der Wärmefühler direkt auf den metallischen Bürstenhalter aufgebracht werden oder elektrisch ge gen diesen isoliert angeordnet sein. Wird der Wärme fühler direkt mit dem Bürstenhalter galvanisch ver bunden, so ist im Zuge, der nachgeschalteten Mess- einrichtung, z.B. einer B.rückenanordnung, ein Iso- liertransformator erforderlich, der eine Potentialtren nung hervorruft. Die Wärmeisolierung des Wärme fühlers kann dadurch hergestellt werden, dass dieser nur an seinen vom Bürstenhalter abgewandten Flä chen in einer Wärmeisolationsschicht eingebettet ist.
Je nach der Art der verwendeten elektrischen Ma schine (Gleichstrommaschine, Mehrphasenwechsel- strommaschine oder dergleichen) werden Wärmefüh ler an jedem einzelnen Bürstenhalter oder an<B>je</B> einem Bürstenhalter verschiedener Phasen angeordnet.
Es können auch an einem Bürstenhalter zwei Wärmefühler angeordnet werden, von denen der eine eine niedrigere Ansprechtemperatur als der andere aufweist. Hierdurch kann eine Vorwarnung des Be dienungspersonals der elektrischen Maschine herbei geführt werden.
Zur näheren Erläuterung wird auf das Aus führungsbeispiel in der Zeichnung verwiesen; sie zeigt schematisch einen Bürstenhalter mit Wärme fühler.
An dem mit<B>1</B> bezeichneten Tragring ist der Bürstenhalter 2 über Schrauben<B>3</B> verbunden. Der Bürstenhalter 2 ist dreifach unterteilt zur Aufnahme von drei Bürsten 4,<B>5</B> und<B>6.</B> Die Bürsten liegen mit ihrem unteren Ende auf dem Kommutator <B>7</B> auf. An der Aussenseite des Bürstenhalters 2, und zwar an seinem unteren dem Kommutator zugewandten Ende, ist ein Wärmefühler<B>8</B> befestigt. Dieser Wärme fühler hat eine Eigenzeit von weniger als<B>0,6</B> Sekun den und ist an den Bürstenhalter mit Hilfe einer Wärmeisolierschicht angeklebt, die auf der vom Bürstenhalter abgewandten Seite am Wärmefühler und den benachbarten Oberflächenteilen des Bürsten halters aufliegt.
Die Zuleitung<B>9</B> zum Wärmefühler, die zwei Einzelleiter enthält, ist ihrerseits am Trag ring<B>1</B> mit einer Schelle<B>10</B> befestigt und wird von hier aus zur eigentlichen Messanordnung, z. B. einer Messbrücke geführt.
Die neue Anordnung der Wärmefühler ist gegen über dem Bekannten deshalb besonders vorteilhaft, weil die den Kommutator und die Bürsten auf heizende Wärme hauptsächlich an der Lauffläche zwischen. Kommutator und Bürste entsteht und gleichermassen auf den Kommutator und d.ie Bürsten und damit auch auf die Bürstenhalter abfliesst.
Durch die Verwendung einer Wärmeisolierschicht an der vom Bürstenhalter abgewandten Seite des Wärmefühlers wird der Wärmeabfall von der Büvste zum Bürstenhalter kleiner und ein guter Wärmeiiber- gang vom Bürstenhalter zum Wärmefühler sicher gestellt.
Es können auch metallische Halterungen, die direkt mit dem Bürstenhalter verbunden oder Teile des Bürstenhalters sind,<B>d.</B> h. kleine Taschen oder dergleichen vorgesehen werden, in die der Wärme fühler eingeschoben wird und die danach zur Her stellung der mechanischen Sicherheit und eines guten Wärmeüberganges mit einem gut wärmeleitenden Material ausgefüllt werden.
Die neue Schutzvorrichtung unterscheidet sich vorteilhaft von den bekannten Einrichtungen, da ein mal die Erwärmung des empfindlichsten Teiles der Maschine, nämlich des Kommutators, nahe am Ent stehungsort der Wärme gemessen wird und ausserdem Wärmefühler verwendet werden, die nur eine sehr kleine thermische Eigenzeitkonstante aufweisen. Fer ner sind die Wärmefühler an einem ruhenden Teil befestigt, so dass die übertragung von Signalen über normale Leitungen ohne aufwendige übertragungs- teile wie besondere Schleifringe oder dergleichen erfolgen kann.
Schliesslich ist auch bei festgebremstem Motor eine Erfassung der jeweiligen Temperatur des Kommutators oder der Schleifringe jederzeit möglich, wodurch auch in diesem ungünstigen Be lastungsfall ein guter Schutz der Maschine gewähr leistet ist.
Protective device with heat sensors for electrical machines with slip rings and / or commutator The operational safety of electrical machines largely depends on the accuracy with which the temperature of the individual machine parts caused by electrical heat can be recorded. If certain, barely permissible temperatures are exceeded, take precautions. that reduce the machine temperature.
For this purpose, heat sensors have already been used, with which, viewed in isolation, the temperature at the installation site, i.e. the temperature at the point of the electrical machine at which the heat sensor is arranged can be detected.
It is known, for example, to arrange the heat sensor on the stator iron in electrical machines and to infer the overall temperature state of the machine based on the temperature of the stator.
In the case of machines without slip rings and commutators, the temperature conditions are generally easy to determine. The situation with commutator and steel ring machines is more difficult because the commutator is a rotating one. Partly similar to all rotating, windings very heavy and only with great effort 'can be equipped with heat sensors that send a signal in the event of excessive temperatures.
To protect commutator and slip-ring machines, it is known to use pear-shaped triggers that enable the windings to be monitored in the case of slowly changing processes. The commutator or the slip rings are largely excluded from this monitoring process.
The thermal protection of an electrical machine in which a bimetallic release is used as a heat sensor also has the disadvantage that this measurement method fails in the event of highly variable load processes on the machine, i.e. during starting processes or long-term jogging operation, because The real time constant of the bimetal release differs greatly from that of the machine.
With the protection method already mentioned, namely the arrangement of a heat sensor on the stator iron, the temperature of the stator winding can be monitored with a certain delay. In addition, the commutator temperature can be determined to a certain extent, since the cooling air heated by the commutator passes over the heat sensor. But also for this.
Method is that it works with a lag and is therefore poorly suited for starting and typing operations.
<B>. </B> Particular difficulties arise in the case of a locked motor with regard to the monitoring of the commutator, since in this case the harmful overheating occurs only locally and even if only one lamella is damaged, the whole is unusable Commutator leads. The new protection device eliminates the aforementioned disadvantages.
The solution is to have heat sensors with a proper time constant. of <B> 0.6 </B> seconds and less are arranged in close thermal contact at the end of the brush holder of the electrical machine that faces the commutator or the slip rings. The real time constant of <B> 0.6 </B> seconds and less ensures that the temperature of the heat sensor only deviates so much from the actual temperature of the machine that there is no danger, even with very rapid temperature changes for the machine. Such heat sensors are known.
<B> Depending </B> on the prevailing operating conditions, the heat sensor can be attached directly to the metallic brush holder or it can be arranged electrically insulated from it. If the heat sensor is galvanically connected directly to the brush holder, the downstream measuring device, e.g. B. a back arrangement, an isolating transformer is required, which creates a potential separation. The thermal insulation of the heat sensor can be produced in that it is only embedded in a thermal insulation layer on its surfaces facing away from the brush holder.
Depending on the type of electrical machine used (direct current machine, multi-phase alternating current machine or the like), heat sensors are arranged on each individual brush holder or on a brush holder of different phases.
Two heat sensors can also be arranged on a brush holder, one of which has a lower response temperature than the other. In this way, the operator of the electrical machine can be warned in advance.
For a more detailed explanation, reference is made to the exemplary embodiment in the drawing; it shows schematically a brush holder with a heat sensor.
The brush holder 2 is connected to the support ring labeled <B> 1 </B> by means of screws <B> 3 </B>. The brush holder 2 is divided into three to accommodate three brushes 4, <B> 5 </B> and <B> 6. </B> The lower end of the brushes rest on the commutator <B> 7 </B> . A heat sensor <B> 8 </B> is attached to the outside of the brush holder 2, specifically at its lower end facing the commutator. This heat sensor has a proper time of <B> 0.6 </B> seconds and is glued to the brush holder with the help of a heat insulating layer, which rests on the side facing away from the brush holder on the heat sensor and the adjacent surface parts of the brush holder.
The supply line <B> 9 </B> to the heat sensor, which contains two individual conductors, is in turn attached to the support ring <B> 1 </B> with a clamp <B> 10 </B> and becomes the actual one from here Measuring arrangement, e.g. B. out a measuring bridge.
The new arrangement of the heat sensor is particularly advantageous over the familiar because the commutator and the brushes on heating heat mainly on the running surface between. The commutator and brush are created and flow equally onto the commutator and the brushes and thus also onto the brush holder.
By using a heat insulating layer on the side of the heat sensor facing away from the brush holder, the heat loss from the brush to the brush holder is reduced and a good heat transfer from the brush holder to the heat sensor is ensured.
Metallic holders that are directly connected to the brush holder or are parts of the brush holder can also be used, <B> d. </B> h. small pockets or the like are provided, into which the heat sensor is inserted and which are then filled with a highly thermally conductive material for the manufacture of mechanical security and good heat transfer.
The new protection device differs advantageously from the known devices, since the heating of the most sensitive part of the machine, namely the commutator, is measured close to the place where the heat occurs, and heat sensors are used that have only a very small thermal proper time constant. Furthermore, the heat sensors are attached to a stationary part so that signals can be transmitted via normal lines without complex transmission parts such as special slip rings or the like.
Finally, even when the motor is braked, the respective temperature of the commutator or slip rings can be recorded at any time, which ensures good protection of the machine even in this unfavorable load case.