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Steuereinrichtung zum selbsttätigen asynchronen Anlassen von Synchronmaschinen
mit einem Zeitrelais Die Erfindung betrifft Anlaßeinrichtungen für Synchronmaschinen,
insbesondere für Synchronmotoren. Mit einer Einrichtung nach der Erfindung kann
eine Synchronmaschine nicht nur vom Stillstand aus, sondern auch nach Außertrittfallen
selbsttätig wieder angelassen werden. Die wesentlichen Merkmale der Erfindung seien
an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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In der Zeichnung ist das Schaltbild für einen Synchronmotor i dargestellt.
Der Motor wird durch einen Schalter a an ein Drehstromnetz RST angeschlossen. Zum
Einschalten dient z. B. ein Druckknopf 9, welcher an beliebiger Stelle entweder
in der Nähe des Motors oder in einem entfernten Steuerstand angebracht sein kann.
Der Erregerstromkreis des Schalters a bleibt nach dem Loslassen des Schalters 9
über die Hilfskontakte 21 geschlossen. Durch einen magnetischen Schalter 3 kann
die Erregerwicklung des Motors i entweder über einen Anlaßwiderstand i i kurz- oder
an eine Erregermaschine 8 angeschlossen werden, welche mit dem Synchronmotor i gekuppelt
ist. An Stelle der Erregermaschine 8 kann selbstverständlich auch eine andere Energiequelle,
beispielsweise eine Batterie, gesetzt werden. Zum Schalten des Widerstandes i i
und des Gleichstromerregerkreises dienen Kontakte 31 und 32 des Schalters 3. Die
in der Zeichnung angegebene Schaltung des Widerstandes i i kann auch dahin abgeändert
werden, daß durch Unterbrechen der Kontakte 31 der Widerstand ii vollständig abgeschaltet
wird. An Stelle der Kontakte 32 tritt dann zweckmäßig eine zweipoligeAbschaltung
im Stromkreis der Erregermaschine B.
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Der Anlaßvorgang wird durch zwei Zeitrelais 4 und 5 überwacht. Das
Zeitrelais 4 ist für eine Laufzeit bemessen, welche etwa der Zeit entspricht, die
der Synchronmotor braucht, um asynchron bis in die Nähe der synchronen Drehzahl
angelassen zu werden. Das Zeitrelais 5 wird eingeschaltet, wenn das Zeitrelais 4
abgelaufen ist, und ist auf eine wesentlich geringere Zeit eingestellt. Die gleiche
Wirkung kann auch dadurch erzielt werden, daß beide Zeitrelais 4 und 5 gleichzeitig
eingeschaltet werden, das Relais 5 je-
doch für eine längere Laufzeit bemessen
ist als das Relais 4. Diese Schaltung der beiden Zeitrelais hat den Vorteil, daß
eine Störung an dem Gleichstromschalter 3 keinen Einfluß auf den durch das Zeitrelais
5 bezweckten Steuervorgang haben kann. Hat aus irgendeinem Grunde der Schalter 3
nicht ordnungsmäßig angesprochen, so wird mit Sicherheit
nach Ablauf
des Zeitrelais 5 unter Vermittlung des Überwachungsrelais 6, dessen Wirkungsweise
noch näher beschrieben wird, die Gleichstromerregung abgeschaltet.
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Um feststellen zu können, ob nach Ablauf der Zeitrelais, d. h. nach
Ablauf einer bestimmten Zeit nach dem Steuern des Schalters 9, der Anlaßvorgang
auch tatsächlich beendet ist, ist erfindungsgemäß ein Überwachungsrelais 6 vorgesehen.
Dieses Relais hat eine Erregerspule 61, welche an die Klemmen einer Drosselspule
62 angeschlossen ist. Die Drosselspule liegt in Reihe mit dem Erregerstromkreis
des anzulassenden Synchronmotors i. Die Feststellung der ordnungsmäßigen Wirkungsweise
Beruht darauf, daß iri dem Erregerkreis des Synchronmotors eine Wechselstromkomponente
mehr oder weniger großer Amplitude vorhanden ist, solange noch eine Abweichung vom
Synchronismus vorliegt. Diese dem Gleichstrom überlagerte Wechselstromkomponente
wird dazu benutzt, um das Relais 6 zu erregen. Die im Erregerkreis liegende Drosselspule
62 wird zu diesem Zweck so bemessen, daß die Spannung an den Klemmen der Drosselspule
für die Erregung des Relais 6 nicht ausreicht, solange in dem Erregerkreis des Synchronmotors
nur Gleichstrom fließt. Ist dagegen dem Gleichstrom eine Wechselstromkomponente
bestimmter Größe überlagert, so steigt die Spannung an den Klemmen der Drosselspule
entsprechend ihrer Induktivität an, und bei einer bestimmten Mindestamplitude des
Wechselstromes spricht das Relais 6 an. und 'öffnet die Kontakte 63. Der Einfluß-dieserUnterbrechung
derKontakteC,3 auf den Anlaßvorgang ist unten näher erläutert.
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An Stelle der beschriebenen Schaltung des Relais 6 kann man auch andere
Schaltungen anwenden. Man kann beispielsweise die Erregerspule des Relais 6 über
einen Kondensator an die Klemmen der Erregerwicklung des-Synchronmotors anschließen.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß zwischen die Erregerwicklung des Relais
6 und den Erregerkreis ein Transformator geschaltet wird. Eine besonders zweckmäßige
Ausführungsform der Schaltung des -Relais 6 ergibt sich, wenn erfindungsgemäß an
Stelle der Drosselspule 62 ein normaler Meßwiderstand gesetzt wird, zu dem die Erregerspule
des Relais 6 parallel geschaltet ist. Die Kontakte 63 sind in diesem Falle als Arbeitsstromkontakte
ausgebildet, d. h. sie werden in erregtem Zustande des Relais 6 geschlossen gehalten.
Tritt eine dem Erregergleichstrom überlagerte Wechselstromkomponente auf, so fällt
das Relais 6 in dem Augenblick ab, in welchem die Differenz zwischen dem konstanten
Erregerstrom und dem überlagerten Wechselstrom einen bestimmten Mindestwert unterschreitet.
Diese Schaltung hat den Vorteil, daß das Relais 6 auch anspricht, wenn der Strom
im Erregerkreis des Synchronmotors aus anderen Gründen unter einen bestimmten Mindestwert
absinkt. Außerdem ergibt sich bei dieser Schaltung der Vorteil,. daß an Stelle eines
Wechselstromrelais ein Gleichstromrelais angewendet werden kann.
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Um ein wiederholtes öffnen und Schließen des Relais zu vermeiden,
wird das Relais zweckmäßig außer von einer Stromspule noch von einer zusätzlichenSpannungsspule
erregt, welche der Stromspule entgegenwirkt und somit das Abfallen des Relais unterstützt.
Die Zusatzerregerwicklung wird hierbei beispielsweise an die Spannung der Erregermaschine
über einen Arbeitskontakt des Zeitrelais 5 gelegt und außerdem so angeschlossen,
daß sie bei angezogenem Zustand des Relais 6 kurzgeschlossen ist, daß sie dagegen
sofort voll zur Wirkung kommt, wenn nach dem Ansprechen des Zeitrelais 5 die Differenz
zwischen Gleichstrom und überlagertem Wechselstrom den eingestellten. Mindestwert
noch überschreitet, so daß das Relais 6 noch kurzzeitig öffnet und schließt. Die
Zusatzerregung bewirkt dann, daß das Relais 6 endgültig abfällt und hierdurch den
Motor, wie verlangt, abschaltet. ° Sollte es aus bestimmten Gründen erwünscht sein,
daß der normale Erregergleichstrom von dem Relais 6 ferngehalten wird und trotzdem
ein Gleichstromrelais zur Anwendung kommen soll, so kann man die folgende Schaltung
anwenden: In den Erregerstromkreis des Relais 6 wird eine Hilfsspannungsquelle und
ein elektrisches Ventil geschaltet. Das Ventil hat den Zweck, daß die Gleichspannung
der Erregerstromquelle keinen Strom durch das Relais fließen lassen kann. Durch
die Hilfsstromquelle im Relaisstromkreis wird der von dem Erregerstrom herrührende
Spannungsabfall des Meßwiderstandes ausgeglichen. Bei dieser Schaltung spricht das
Relais bei einem zwar sich zeitlich ändernden, jedoch nur in einer Richtung fließenden
Strom an, -welcher von der überlagerten Wechselstromkomponente herrührt.
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Der Anlaßvorgang nach der Erfindung vollzieht sich also im wesentlichen
folgendermaßen: Zunächst wird die eingeschaltete Maschine nach Ablauf einer bestimmten
Zeit (Zeitrelais q.) zwangsläufig von der Anlaßschaltung auf die Betriebschaltung
umgeschaltet, unabhängig davon, ob sich die Maschine zum Zeitpunkt der Umschaltung
bereits in der Nähe des Synchronismus befindet oder nicht. Die Maschine erhält hierbei
ein synchronisierendes Drehmoment, durch das
sie gewaltsam in den
Synchronismus gezwungen wird. Die Zeitdauer, nach welcher die Umschaltung der Maschine
auf die Betriebschaltung erfolgt, ist so festgelegt, daß die Maschine bei normalen
Betriebsbedingungen nach ihrer Umschaltung infolge des synchronisierenden Moments
schnell den Synchronismus annimmt. Nun kann es aber vorkommen, daß die Maschine
durch irgendwelche störenden Umstände zum Zeitpunkt der Umschaltung noch so weit
von Synchronismus entfernt ist, daß sie nach der Umschaltung trotz des synchronisierenden
Moments den Synchronismus nicht erreicht, daß aber trotzdem das Gegenmoment der
anzutreibenden Arbeitsmaschine nicht größer ist, als für den Motor zulässig. In
diesem Falle wäre es unerwünscht, den Motor vollkommen vom Netz zu trennen; vielmehr
würde es genügen, die Gleichstromerregung wieder abzuschalten und den Motor nochmals
vorübergehend asynchron zu betreiben. Hierzu tritt nun die neue Überwachungseinrichtung
in Tätigkeit und macht die bereits vollzogene Umschaltung des Erregerstromkreises
vom Anlaßauf den Betriebzustand wieder rückgängig. Da die Maschine hierbei nicht
vollständig vom Netz getrennt wird, tritt sie selbsttätig wieder in die Anlaufperiode
ein.
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Nach der Umschaltung der Maschine von der Anlaß- auf die Betriebschaltung
vergeht eine kurze Zeitspanne, bis die Maschine den ihr aufgezwungenenSynchronismus
annimmt. Es muß daher Sorge getragen werden, daß die Überwachungseinrichtung nicht
bereits während dieser Zeit anspricht. Hierfür ist das zweite Zeitrelais bestimmt,
das die Wirksamkeit der Überwachungseinrichtung erst eine bestimmte Zeit nach der
Umschaltung der Maschine auf die Betriebschaltung freigibt.
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Tritt gelegentlich eine wirkliche Störung an der Maschine ein, so
wird ein fortgesetztes Anlassen und Wiederausschalten der Maschine erfindungsgemäß
durch eine Überlastungsschutzeinrichtung bekannter Art vermieden.
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Die beschriebene Einrichtung zum selbsttätigen Anlassen des Motors
i wirkt also wie folgt: Drückt man den Schalter 9, so wird die Primärwicklung des
Motors i durch den Schalter 2 an das Drehstromnetz RST angeschlossen. Der Motor
i läuft jetzt asynchron an, denn die Erregerwicklung ist über den Anlaßwiderstand
i i und die Steuerkontakte 3 i des noch ausgeschalteten Schalters 3 kurzgeschlossen.
Die Steuerkontakte 3'2 sind offen, und die Erregermaschine 8 ist von der Erregerwicklung
des Motors i abgeschaltet. Der Schalter 2 schließt die Kontakte 21, durch welche
der Erregerstromkreis der Spule des Schalters geschlossen gehalten wird. In diesem
Erregerstromkreis liegen auch die Kontakte eines zum Ausschalten des Motors dienenden
Steuerschalters io. Über den Schalter 9 bzw. die nach dem Ansprechen des Schalters
2 geschlossenen Kontakte 2i wird das Zeitrelas4 eingeschaltet. Im:Stromkreis der
Erregerspule dieses Relais liegen dabei die Steuerkontakte 34 des Schalters 3, welche
im ausgeschalteten Zustande dieses Schalters 3 geschlossen sind. Nach Ablauf der
Zeit, für die das Zeitrelais 4 eingestellt ist, schließt dieses seine Kontakte und
damit den Erregerstromkreis des Schalters 3. Der Schalter 3 wird dabei zweckmäßig
so ausgebildet, daß die Kontakte 35 beim Ansprechen des Schalters sich schließen,
bevor die Kontakte 34 geöffnet werden. Dadurch wird erreicht, daß der Stromkreis
des Zeitrelais 4. so lange geschlossen ist, bis der Haltestromkreis der Erregerspule
des Schalters 3 über die Kontakte 35 und weiter über die Kontakte 51 des Zeitrelais
5 eingeschaltet ist. , Der Schalter 3 spricht jetzt an und verbindet die Erregermaschine
8 mit der Erregerwicklung des Motors und öffnet gleichzeitig den Kurzschlußstromkreis
über den Widerstand ii. Beim Ansprechen des Schalters 3 werden die Kontakte 34 geöffnet
und damit die Erregerwicklung des Zeitrelais 4 abgeschaltet, so daß dieses Relais
wieder in seine Ausgangslage zurückkehrt. Durch die Kontakte 35 wird das Zeitrelais
5 eingeschaltet. In dem gleichen Stromkreis liegen noch die Kontakte 5 i dieses
Relais, welche im abgefallenen Zustande des Relais geschlossen sind. Nach Ablauf
einer bestimmten Zeit, welche zweckmäßig wesentlich kürzer ist als die Laufzeit
des Zeitrelais 4, zieht das Zeitrelais 5 seinen Anker an und öffnet die Kontakte
5 i.
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Beim Einschalten der Gleichstromerregung durch den Schalter 3 ist
für den Erregerstromkreis dieses Schalters ein Haltestromkreis über die Kontakte
5 i des Zeitrelais 5 und die Kontakte 35 des Schalters 3 geschlossen. Parallel zu
den Kontakten 51 des Zeitrelais liegen die Kontakte 63 des bereits erwähnten Überwachungsrelais
6. Wenn nach Ablauf des Zeitrelais 5 der Anlaßvorgang des Motors a so weit beendet
ist, daß in dem Erregerstromkreis kein Wechselstrom genügend großer Amplitude fließt,
so ist das Relais 6 entregt, und die Kontakte 63 sind geschlossen, der Schalter
3 bleibt eingeschaltet, auch wenn die Kontakte 51 beim Ansprechen des Zeitrelais
5 geöffnet werden. Ist dagegen nach Ablauf des Zeitrelais 5 in dem Erregerstromkreis
des Motors z noch eine Wechselstromkomponente dem Gleichstrom überlagert, welche
so groß ist, daß die Haltekraft der
Erregerwicklung 61 des Relais
6 zum Halten des Relais 6 ausreicht, so sind die Kontakte 63 geöffnet, der Erregerstromkreis
des Schalters 3 ist also unterbrochen.
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öffnet das Relais 6 durch Ausschalten der Kontakte 63 den Erregerstromkreis
des Schalters 3, so fällt dieser Schalter ab, öffnet die Verbindung zwischen der
Erregerwicklung des Motors i und der Erregermaschine 8 und schließt gleichzeitig
den Kurzschlußstromkreis über den Anlaßwiderstand ii. Außerdem wird das Zeitrelais
q. wieder eingeschaltet. Die Anlaßeinrichtung befindet sich jetzt wieder in dem
Zustand, der nach Betätigung des Schalters g vorlag. Die Primärwicklung des Motors
i bleibt also mit dem Drehstromnetz RST verbunden, und der Anlafivorgang wiederholt
sich in der beschriebenen Weise. Wenn nach dem Wiederanlassen des Motors der Schalter
3 stets durch das Überwachungsrelais 6 ausgeschaltet wird, so wird der Motor mittels
des Schalters 2 vom Netz getrennt, zweckmäßig durch eine Überstromschutzeinrichtung
bekannter Art, deren Kontakte im Erregerstromkreis des Schalters :2 liegen.