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Umschaltsperre für Anordnungen zum Steuern eines Wechsel- oder Drehstrommotors
Bei Anordnungen zum Reversieren und Gegenstrombremsen eines Wechsel- oder Drehstrommotors
oder auch zum Anlassen in Stern-Dreieck-Schaltung mit fernbetätigten Schaltern,
z. B. Schützen, besteht die Notwendigkeit, die Wiedereinschaltung des Motors zwangläufig
so lange zu verhindern, bis die Lichtbögen an den Kontakten des ausschaltenden Schützes
erloschen sind, um einen Phasenkurzschluß zu vermeiden. Zweckmäßig soll auch die
Wiedereinschaltung so lange verhindert werden, bis das Magnetfeld im Motor ganz
oder nahezu abgeklungen ist, da andernfalls sehr hohe Stromstöße beim Wiedereinschalten
auftreten können.
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Derartige Stromstöße würden außerordentlich hohe Bearuspruchungen
der Schaltgeräte und außerdem auch Drehmomentstöße ergeben, die sich sowohl auf
den Elektromotor als auch auf die angetriebene Maschine nachteilig auswirken können.
Solche Stromstöße, die bei Kurzschlußläufermotoren bis auf das 12- bis 14fache des
Nennstromes ansteigen können, würden außerdem Spannungsabfälle im Netz verursachen,
die sich störend auf andere Stromverbraucher auswirken können.
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Die Erfindung betrifft daher eine Umschaltsperre für Anordnungen zum
Reversieren, Gegenstrombremsen oder Anlassen in Stern-Dreieck-Schaltung eines Wechselstrom-
oder Drehstrommotors durch ein mit der Motorwicklung verbundenes Spannungsrelais,
das nach Ausschalten des Motors erst dann seinen Anker abfallen läßt, wenn seine
Klemmmenspannung auf einen Bruchteil des bei eingeschaltetem Motor vorhandenen Wertes
abgesunken ist, und das bis dahin durch einen oder mehrere Hilfskontakte die Wiedereinschaltung
des Motors durch einen anderen Schalter sperrt.
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Damit eine Anordnung der erwähnten Art zuverlässig arbeitet, muß das
Spannungsrelais derart konstruiert sein, daß sein Anker erst dann abfällt und die
Wiedereinschaltung des Motors freigibt, wenn seine Klemmenspannung auf- einen verhältnismäßig
kleinen Bruchteil - beispielsweise ein Fünftel oder noch weniger - des bei eingeschaltetem
Motor vorhandenen vollen Spannungswertes abgesunken ist.
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In der Patentliteratur ist mehrfach darauf hingewiesen worden, daß
diese Bedingung Schwierigkeiten bereitet, weil die dadurch an das Spannungsrelais
zu stellenden Anforderungen im allgemeinen Sonderkonstruktionen erforderlich machen.
Insbesondere ist die Verwendung handelsüblicher Hilfsschütze als Spannungsrelais
mit derartig kleinen Abfallwerten nicht möglich, da diese Schütze gewöhnlich bereits
bei Spannungssenkungen auf 60 oder 70% ihrer Nennspannung ihren Anker abfallen lassen.
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Man könnte, wie es in anderem Zusammenhange bekannt ist, Relais oder
Schütze verwenden, die für eine wesentlich niedrigere Spannung bemessen sind und
diesen während der Einwirkung einer höheren Betriebsspannung Widerstände vorschalten,
die dann kurzgeschlossen werden, -,venn ein Halten der Relais bis zu niedrigen Spannungen
erforderlich ist. Eine solche Maßnahme hätte aber den Nachteil, daß während des
normalen Betriebes mit hoher Spannung ein erhöhter Leistungsverbrauch stattfindet,
der vor allem wegen der Wärmeentwicklung in den Widerständen unerwünscht ist.
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Zur Vermeidung der erwähnten Nachteile geht deshalb die Erfindung
einen anderen Weg. Es ist bekannt, daß die an einer Induktivität, als welche sich
auch eine Relais- oder Schützspule darstellt, auftretende Wechselspannung dadurch
erheblich erhöht werden kann, daß zu der In.duktivität ein Kondensator in Reihe
geschaltet wird, insbesondere ein solcher, dessen Blindwiderstand etwa von der gleichen
Größe ist wie der Blindwiderstand der Induktivität. Auf diese Weise kann daher die
Haltefähigkeit eines Relais oder Schützes bei einer bestimmten Spannung wesentlich
erhöht werden.
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Die Erfindung macht sich diesen Umstand zunutze, und zwar in der Weise,
daß als Spannungsrelais ein Hilfsschütz handelsüblicher Bauart dient, zu dessen
Erregerwicklung ein Kondensator in Reihe geschaltet ist, und daß Schaltmittel vorgesehen
sind, durch die der Kondensator unwirksam oder vermindert wirksam gemacht wird,
so lange der Motor vom speisenden Netz Spannung erhält.
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In den Fig. 1 und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt.
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Mit R, S, T ist ein Drehstromnetz bezeichnet, mit dem der Motor 1
für Rechts- und Linkslauf wahlweise
über ein Schütz 2 mit den Kontakten
2" 2b, 2, und ein Schütz 3 mit den Kontakten 3a, 3b, 3, verbunden
werden kann. Mit 4 ist ein als spannungsempfindliches Relais dienendes Hilfsschütz
bezeichnet, das in Reihe mit einem Kondensator 5 an die Klemmen 1" und 1b eines
Phasenstranges des Motors 1 angeschlossen ist.
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Der geöffnete Ruhekontakt 4" des Hilfsschützes 4 sperrt mit Hilfe
einer nicht dargestellten Schaltungsanordnung bekannter Art nach Ausschaltung des
Motors 1 durch eines der beiden Schütze die Wiedereinschaltung des Motors durch
das andere Schütz so lange, bis dieser Kontakt 4, sich wieder geschlossen hat.
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Der Kondensator 5 ist so -bemessen, daß er eine wesentliche Erhöhung
der an der Wicklung des Hilfsschützes liegenden Spannung bewirkt. Vorzugsweise ist
der Kondensator 5 zu diesem Zweck mit der Induktivität der Erregerwicklung des Hilfsschützes
bei angezogenem Anker ganz oder angenähert auf Resonanz abgestimmt.
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Die Schaltmittel, die verhindern, daß die Spannung an der Erregerwicklung
im normalen Betrieb unzulässig hoch wird und die hierzu den Kondensator unwirksam
oder vermindert wirksam machen, solange der Motor vom speisenden Netz Spannung erhält,
bestehen im Beispiel der Fig. 1 aus den Hilfskontakten 2d und 3d an den Schützen
2 und 3. Durch diese Hilfskontakte wird der Kondensator 5 kurzgeschlossen, solange
eines der beiden Schütze eingeschaltet ist und dadurch den Motor mit dem Netz verbindet.
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Eine '.Möglichkeit, den Kondensator 5 vermindert wirksam zu machen,
besteht darin, daß der Wicklung des Hilfsschützes ein passend gewählter Widerstand
parallel geschaltet und später zur Erhöhung der Spannungsempfindlichkeit des Hilfsschützes
ausgeschaltet wird.
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Ein Beispiel dieser Art ist in der Fig. 2 dargestellt. Der der Wicklung
des Hilfsschützes 4 parallel zu schaltende Widerstand ist darin mit 6 bezeichnet.
Als Schaltmittel dienen wiederum Hilfskontakte 2e und 3e an den Schützen 2 und 3.
Um sicherzustellen, daß das Hilfsschütz auf jeden Fall beim Einschalten des Motors
anspricht, können diese Schaltmittel noch durch einen Hilfskontakt 4b am Hilfsschütz
4 ergänzt sein, der in Reihe mit den unter sich parallel geschalteten Hilfskontakte
2e und 3e liegt und die Zuschaltung des Widerstandes 6 erst dann bewirkt, wenn das
Hilfsschütz 4 seinen Anker bereits angezogen oder wenigstens in Bewegung gesetzt
hat.
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Eine Anordnung dieser Art bietet noch den Vorteil, daß die Wicklung
des Hilfsschützes unverändert für verschiedene Betriebsspannungen des Motors verwendbar
ist.
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Der Stromkreis des Hilfsschützes braucht nicht einem Phasenstrang
des Motors parallel geschaltet zu sein, sondern kann auch mit anderen Stellen der
Wicklung des Wechsel- oder Drehstrommotors verbunden sein. Insbesondere bei Hochspannungsmotoren
kann der Anschluß auch über einen Spannungswandler erfolgen. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit
der Erfindung bietet die Bremsung von Drehstrommotoren durch Gleichstrom, der der
Ständerwicklung oder einem Teil davon zugeführt wird. Dient bei solchen Anordnungen
zur Erzeugung des Bremsgleichstromes ein Trockengleichrichter, so darf dieser erst
eingeschaltet werden, wenn die Wechselspannung des Motors nahezu vollständig abgeklungen
ist, da andernfalls der Gleichrichter durch diese Wechselspannung gefährdet werden
kann. Durch eine Umschaltsperre nach der Erfindung kann diese Gefahr in einfacher
Weise beseitigt werden.
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Schließlich ist die Erfindung auch dann anwendbar, wenn zur Ausführung
der in Frage kommenden Umschaltungen Schaltgeräte dienen, die unmittelbar von Hand
zu betätigen sind.
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In diesem Falle können an den Schaltgeräten elektrisch gesteuerte
Verriegelungen bekannter Art vorgesehen werden, die durch das Abfallen des Hilfsschützes
sinngemäß freigegeben werden.