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Schützensteuerung für elektrische Stromkreise, insbesondere für Elektromotoren
Es ist bekannt, für die selbsttätige Schaltung von elektrischen Stromkreisen Schütze
zu verwenden und eine Verriegelung dieser Schütze gegeneinander durch Hilfskontakte
herbeizuführen. Man wird so ohne Zweifel auch schwierige Aufgaben der Schaltungstechnik
lösen können; aber die Ausführung und die Zahl der für die Schaltung notwendigen
Hilfskontakte gibt Anlaß zu Störungen., die um so schwieriger zu beheben sind, als
die Hilfskontakte meist schwer zugänglich sind. Wenn im besonderen die Aufgabe vorliegt,
eine gewisse Reihenfolge der ansprechenden Schütze und einen bestimmten zeitlichen
Abstand zwischen dem Ansprechen von je zwei aufeinanderfolgenden Schützen zu sichern,
so machen sich die erwähnten Nachteile ebenfalls bemerkbar. Auch die Verwendung
von besonderen Zeitrelais ist nicht zu empfehlen, da diese schwierig herzustellen
und somit teuer sind und ferner auch noch den Nachteil haben, daß sie auf einen
bestimmten Wert eingestellt werden müssen, während der Betrieb eine veränderliche,
z. B. vorn Strom abhängige Einstellung bedingt.
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Die Erfindung hat nun gegenüber den bekannten Einrichtungen den Vorteil
der Einfachheit und des sicheren Betriebes. Sie be.-trifft eine Schützensteuerung
.für einen elektrischen Stromkreis, bei der die Schütze in bekannter Weise von Hilfsrelais
gesteuert werden. Nach der Erfindung wird die durch Ansprechen irgendeines Schützes
bedingte Änderung des Scheinwiderstandes der Schützenspule dazu benutzt, um das
nächstfolgende Schütz zu steuern.
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Eine besonders zweckmäßige Schaltung, die für die halbselbsttätige
Steuerung eines Gleichstrommotors geeignet ist, zeigt Fig. i. Hier bedeutet i ein
Gleichstromnetz, an das der anzulassende Hauptstrommotor 2 (z. B. ein Motor für
Kran- oder Förderbetrieb) mit seiner Feldwicklung 3 über Umschalter q. und 5 angeschlossen
ist. In diesem Stromkreise befinden sich. Widerstände 6, 7 und 8, die allmählich
durch die Schütze g, f o und I i kurzgeschlossen werden sollen, ohne daß
hierbei der Strom eine unzulässige Höhe überschreitet. Auch die, Umschalter 4. und
5 werden als Schütze ausgebildet. Diese Schütze tragen zur gegenseitigen Verriegelung
noch Kontakte 12 und 13, die jedoch verhältnismäßig selten, nämlich nur beim Einschalten
oder beim Umkehren der Drehrichtung, betätigt werden. Sämtliche, Schütze werden
durch eine Meisterwalze 14 mit entsprechenden Kontaktbelägen und Gleitkontakten
in Betrieb gesetzt. Die Kurbel dieser Walze kann nach beiden Seiten gedreht werden
und be-,virkt so die entsprechende Drehrichtung des Motors. Die Walze hat auf jeder
Seite
q. Stufen, a, b, c, d; jede Stufe steuert hierbei ein
Schütz. Mit der Einstellung der Walze auf eine, Schaltstufe wird der entsprechende:
Betriebszustand des Motors dauernd eingestellt. Bei bekannten Einrichtungen dieser
Art darf die Walzenkurbel mit Rücksicht auf die erst allmählich entstehende Gegen-EMK
des Motors nicht gleich in ihre Endstellung gedreht werden. Diese Behinderung fällt
bei der vorliegenden Schaltung fort.
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Die Schütze 9, io und i i liegen mit Vorschaltwiderständen 15, 16
und 17 parallel zueinander zwischen einem Pol der Leitung und besonderen Kontakten
der Schaltwalze. Zwei weitere Kontakte führen zu sogenannten Endausschaltern
50 wie sie bei Kranen und Förderanlagen üblich sind. Die Kontaktbeläge der
Walzea sind auf jeder Hälfte miteinander metallisch verbunden. Die Widerstände 15,
16 und 17 haben Anzapfungen 18, i9 und 2o und der zwischen der zugehörigen Schützenspule;
und der Anzapfung liegende Teil jedes Widerstandes kann jeweils durch eines der
Relais 21, 22, und 23 überbrückt werden.
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Eines dieser letzteren Relais- ist in Fig. 2 vergrößert herausgezeichnet.
Es besteht aus zwei Spulen 24 und 25, zwei Kernen 26 und z7 sowie zwei Kontakten
28 und 29, hat aber nur eine; Schließstellung. Diese kommt dann zustande, wenn die,
Spannungspule 24 ihren Anker 28 angezogen und die Stromspule 25 ihren Anker 29 fallen
gelassen hat. Endanschläge 30 für die Anker 28 und 29 vervollständigen das
Bild nach Fig.2.
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Die Stromspule eines jeden dieser Relais wird nun entweder vom Hauptstrom
oder von einem Teil desselben (Neb,enschüußwiderstand 51) durchflossen, während
die Spannungspole des .ersten Relais 21 zugleich mit dem Einschalten eines der beiden
Schütze q. oder. 5 :Spannung erhält. Die Spannungspolen der anderen Relais liegen
in parallelen. Abzweigungen zu je einer der Schützenspulen 9 und io, und zwar so,
daß parallel zu 9 die Spannungspole von 22 und parallel zu io die Spannungspole
von 23 liegt. Außerdem hat jede Spannungspole der Hilfsrelais 21 bis 23 Vorschaltwiderstände
34 32 und 33. Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Es sei angenommep, daß.
die Meisterwalze 14. aus ihrer Nullstellung sofort in die äußerste Endstellung d
gedreht sei. Dann ist Schütz q. über die Schaltwalze und über den Ruhekontakt 13
von Schütz 5, sowie über den Vorschaltwiderstand 52 an Spannung gelegt, zieht also
an. Damit wird der Hauptstromkreis wie folgt geschlossen: vom positiven Pol der
Leitung über Feldwicklung 3, über den einen Pol des Schützes q., über Widerstände
6, ; und 8, über den Motox'-anker 2 und über den anderen Pol des Schützes 4. zum
negativen Pol der Leitung zurück. Die Spannungspule deis Hilfsrelais 21 erhält nunmehr
übeir den Vorschaltwiderstand 31 Strom aus dem Netz und die Stromspule des Hilfsrelais
21 einen ersten Stromstoß. Da der Strom gegenüber der Spannung immer etwas verzögert
ist, so könnte das Relais 21 in diesen. Zeitpunkt vorübergehend schließen. Dies
ist jedoch ohne Bedeutung, da der Strom alsbald ansteigt, somit Relais --i sofort
wieder öffnet. Das Schließen von Relais 21 kann auch ganz verhindert werden, wenn
durch elektrische oder mechanische Verzögerung des Spannungsankers dafür Sorge getragen
ist, daß dieser nicht sofort anzieht. Nachdem der Strom im Hauptstromkreise sein
Maximum erreicht hat, sinkt @er mit steigender Gegen-EMK des Motors wieder und auch
der Anker der Stromspule von 21 erreicht seine Ruhestellung. Hierdurch spricht Relais
--i an und überbrückt den Hauptteil des Widerstandes 15. Der Vorschaltwiderstand
32 für die Spannungspule des Hilfsrelais 22 ist nun so groß gewählt, daß die Spannungspule,
die im Parallelzweig zu Schütz 9 liegt, bei Schheßung des Relais 21 noch nicht anspricht.
Das Ansprechen dieser Spule könnte übrigens auch durch eine geeignete DiämpfungseinricUtung
mechanischer Art unter allen Umständen verhindert werden. Dadurch, daß Schütz 9
angesprochen hat, ist der Anlaßwiderstand 6 überbrückt worden und der Strom steigt
wiederum an. Dies hat zur Folge, daß Relais 21 öffnet. Schütz 9 hält jedoch seinen
Anker fest, da es im angezogenen Zustande nur :eitles geringeren Haltestromes bedarf.
Dex Strom im Hauptkreis fällt allmählich wieder auf seinen normalen Wert ab, und
Relais 21 spricht zum zweiten Mal an. In diesem Augmblick entsteht an den Enden
deir Spannungspole 9 ein starker induktiver Spannungsabfall, weil bei eingeschaltetem
Schütz deir durch den Kontaktschluß von 21 bedingten Verstärkung des Gleichstromes
in deir Schützenspule eine größere Selbstinduktion-entgegensteht als bei nichteingeschaltetem
Schütz. Die induktive Spannungsteigerung am Schütz 9 bringt die Spannungspole des
Relais 22 zum Ansprec11en. Damit zieht das Schütz io an und Anlaß@widerstand 7 wird
überbrückt. Jetzt wiederholt sich der gleiche Vorgang wie vorher; der Strom im Hauptstromkreis
steigt an, die Relais 21 und 22 unterbrechen, der Strom fällt auf seinen normalen
Wert; jetzt spricht zunächst Relais --,i an, hierauf Relais 22. Die induktive Spannungspitze
entsteht jetzt auch an Spule io und bewirkt das
Ansprechen der Spannungspule
von Relais 23, so daß auch Schütz i i anspricht.
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Bei dieser Bemessung der Vorschaltwiderstände 31 bis 33 sind die Fortschaltestromstärken
voneinander abhängig, weil jedes Hilfsrelais erst nach dem vorhergehenden ansprechen
kann und während dieser Zeit der Strom noch etwas abklingt. Deshalb hat es auch
keinen Zweck, die nächstfolgenden Hilfsrelais auf größere, Fortschaltestromstärken
einzustellen, in der Absicht, auf diese Weise die Fortschaltedauer zu verkürzen.
Eine Verlängerung der Fortschaltedauer dagegen ist durch Einstellung der einzelnen
Stromspulen auf fortlaufend geringere Werte ohne weiteres möglich. Es kann jedoch
mitunter die Verkürzung der Fortschalte;dauer als Bedingung gestellt sein.
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In diesem Falle wird man den V orschaltwiderstand der Spannungspule
jedes einzelnen der Relais 21 bis 23 relativ klein bemessen, so daß diese Spulen
ihren Anker schon dann anziehen, wenn beim Schließen des vorhergehenden Schützes
die Spannungserhöhung auftritt. Auch bei Verwendung eines großen Vorschaltwiderstandes
tritt bereits beim Schließen jedes Schützes eine Spannungserhöhung ein; sie: ist
aber nur bei kleinem Vorschaltwiderstand wirksam und läßt sich in diesem Falle durch
geeignete Ausführung des Schützes (z. B. mit gearingem Luftspalt in der Ruhestellung)
noch beträchtlich steigern.
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Bei Wahl eines kleinen Vorschaltwiderstandes spricht also die Spannungspute!
des nächstfolgenden Hilfsrelais bereits während des Einschattens de.s Schützes an.
Der Anker der Spannungspute muß hier mechanisch oder elektrisch so verzögert werden,
daß er erst nach dem Schließen der Hauptkontakte des Schützes, das die Stromsteigerung
im Hauptstromkreis und damit das Anziehen der Stromanker für die Hilfsrelais bewirkt,
seine Endstellung erreicht. Der Vorschaltwiderstand kann so klein gewählt werden,
daß die Spannungspute, z. B. von 22, ihren Anker auch dann hält, wenn Relais 21
öffnet. Damit lassen sich die Fortschalte.ströme unabhängig voneinander einstellen.
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Die Anwendung dex Erfindung für das selbsttätige Anlassen eines Drehstromasynchronmotors
mittels Schütze zeigt Fig. 3. Hier bedeutet 38 den Asynchronmotor, der primärseitig
aus einem Netz R, S, T gespeist wird und sekundärseitig auf .einen Widerstand
39 geschaltet ist, zu dem die Widerstände 40, ¢1 und ¢2 allmählich parallel geischaltet
werden sollen. Diese werden von den Schützen 9, to und ii in derselben Weise wie
in Fig. i die Widerstände 6, 7 und 8 geschaltet. @ Auch die übrigen Bezeichnungen
sind dieselben geblieben wie in Fig. i. Es ist hier jedoch nur eine einzige Stromspule
34 vorgesehen, welche die drei Ruhekontakte 35, 36 und 37 der Hilfsrelais 21 bis
z3 steuert. Wirksam ist in diesem Falle immer dasjenige Relais, dessen Spannungspule
beim Abfallen des Stromankers angezogen hat. Die Wirkungsweise der Anordnung ist
bezüglich der Änderung des Scheinwiderstandes der Schützenspule dieselbe wie bei
Gleichstrom. Während aber in einem Gleichstromkreis bei Änderung des Vorwiderstandes
nur eine Spannungspitze auftritt, bleibt bei Wechselstrom die erhöhte Spannung so
lange bestelhen, als der Vorwiderstand nicht geändert wird. Da die; Widerstände
15, 16 und 17 in der Schaltung nach Fig.3 unmittelbar an die Netzleitung angeschlossen
werden, so ergibt sich bezüglich der Zahl der an den gemeinsamen Anker der Stromspule
3¢ heranzuführenden Verbindungsleitungen,eine Vereinfachung gegenüber Fig. i. Die
Vereinfachung aus der Schaltung nach Fig. 3 kann natürlich auch bei der Gleichstromschaltung
nach Fig. i angewendet werden.