AT144304B - Anordnung zur Fehlerstrombegrenzung bei Gestellschluß elektrischer Maschinen oder Apparate. - Google Patents

Anordnung zur Fehlerstrombegrenzung bei Gestellschluß elektrischer Maschinen oder Apparate.

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AT144304B
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Ernst Dipl Ing Bopp
Ernst Dipl Ing Grau
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Siemens Ag
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   <Desc/Clms Page number 1> 
 
 EMI1.1 
 
 EMI1.2 
 keit der Verkleinerung des Fehlerstromes besteht aber nur dann, wenn der   Gestellschluss   genügend weit vom Nullpunkt der Maschine oder einem etwaigen andern auf Erdpotential befindlichen Punkt der   Maschinenwicklung entfernt   ist, weil nur in diesem Falle im Fehlerstromkreis eine erhebliche treibende Spannung auftritt.

   Da man einen   Gestellsehluss auch dann   erfassen will, wenn er an einer solchen Stelle der Wicklung entsteht, dass die treibende Fehlerspannung nur sehr klein ist, verwendet man, wie bekannt ist, nicht konstante   Strombegrenzungswiderstände,   sondern solche, die sieh in ihrer Höhe nach der Grösse der treibenden Fehlerspannung richten, wobei man im wesentlichen erreichen mÖchte, dass in allen Fehlerfällen ein   Fehlerstrom solcher Stärke   fliesst, dass die Relais mit Sicherheit ansprechen, der aber nicht wesentlich über diesem Betrag liegt. Man hat vorgeschlagen, zu diesem Zweck Eisenwasserstoffwiderstände oder durch Relais   ein-oder ausgeschaltete   Widerstände anzuwenden. 



   Die Erfindung besteht darin, dass zur Begrenzung der Fehlerstromstärke ein druckabhängiger Widerstand, insbesondere ein Kohledruckwiderstand verwendet wird, wobei die Höhe des auf den Kohlewiderstand einwirkenden Druckes von der Stärke des Fehlerstromes abhängt. Da diese Kohlewiderstände sieh in einem   sehr grossen Spannungsbereich,   beispielsweise wenn die Höhe der Spannung sich 
 EMI1.3 
 ist diese Art der Stromstärkeregulierung den bisher angewendeten Anordnungen, namentlich wegen des   ausserordentlich grossen Spannungsbereiches,   aber auch, weil die Regelung sehr schnell wirksam wird, überlegen.

   Bei den bekannten   Eisenwasserstoffwiderständen   erreicht man eine Konstanz des Stromes innerhalb zweier Spannungsgrenzen, die sich maximal etwa wie 1 : 5 verhalten, während man mit   Kohledruckwiderständen SpannungsgTenzwerte,   die etwa im Verhältnis 1 : 20 liegen, beherrschen kann. 



     Nachdem   man durch Anwendung des Kohledruekreglers eine konstante Fehlerstromstärke, sei es in der Erdverbindung eines Generatornullpunktes oder eines sonstigen Nullpunktes des Systems oder auch auf der   Sekundärseite   eines Wandlers oder Transformators eine vorher bestimmte konstante Stromstärke gewonnen hat, besitzt man die Möglichkeit, von dieser konstanten Stromstärke eine konstante Erregung für die Spannungsspule des   wattll1etrischen Relais   abzuleiten, so dass also das Drehmoment des wattmetrischen Relais bei Annäherung der   Fehlerstelle   an den Nullpunkt der zu   schützenden   Wicklung nicht oder nur wenig abnimmt. Man wird zweckmässig mit der Anschliessung der Spannungsspule warten, bis der Kohledruekwiderstand die gewünschte Stromstärke einreguliert hat. 



   Da der Kohledruckwiderstand einen um so kleineren Widerstandswert besitzt, je höher der auf ihm lastende Druck ist, muss also in Abhängigkeit von der   Fehlerstromstärke   der Druck auf dem Kohlewiderstand vermindert werden, je grösser die   Fehlerstromstärke   ist. Auf diese Weise wird der Widerstand so lange vergrössert, bis sich ein vorher bestimmter Strom eingestellt hat. Im ersten Augenblick 
 EMI1.4 
   gewünschten   Wert liegt. Es empfiehlt sich deshalb, mit dem Kohledruckwiderstand entweder einen thermo-negativen Widerstand, beispielsweise einen Widerstand aus Urandioxyd, in Reihe zu schalten oder die Anordnung so zu treffen, dass der Kohlewiderstand normalerweise vom Druck entlastet ist und erst nach Entstehung des Gestellschlusses unter Druck gesetzt wird. 

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   Damit man die vorteilhaften Eigenschaften des Kohlewiderstandes voll ausnutzen kann, ist es erforderlich,   den Widerstand vor Übererwärmung zu schützen. Aus diesem Grunde wird der über diesen   Widerstand fliessende Fehlerstrom nach Ablauf einer bestimmten Zeit seit Entstehung des Gestellschlusses abgeschaltet. Dies ist vor allem in den Fällen notwendig, in denen sich die Betriebsleitung   entschliesst,   trotz des Gestellschlusses die Maschine noch weiter in Betrieb zu lassen, etwa wenigstens so lange, bis eine Ersatzmaschine angelassen ist. 



   Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Ausführungsbeispiele. 



   In Fig. 1 ist die Wicklung eines Generators 1 mit einer   Gestellschlusssehutzeinrichtung   versehen, die aus einem wattmetrischen Relais 2 besteht, dessen Stromspule an eine Stromwandlerschaltung   3   und dessen Spannungsspule an den Sekundärkreis einer Gestelldrossel 4 angeschlossen ist. Wenn das wattmetrische Relais 2 den Kontakt 5 schliesst, wird beispielsweise die AuslösespuleA erregt, die den nicht gezeichneten Hauptschalter auslöst. Weitere Anordnungen, die zu einer vollständigen Schutzeinrichtung noch gehören, wie z. B. die Anordnung zur selbsttätigen Entregung oder Schnellentregung, die Anordnung zur Abschaltung der Antriebsmaschine usw., sind, weil sie nicht zur Erfindung gehören, nicht dargestellt. 



   Die Gestelldrossel 4 besitzt eine sekundäre   Dreieekwicklung,   welche einen   Strommagneten   6, einen   druckabhängigen   Kohlewiderstand 7 und einen konstanten Widerstand 8 enthält. Ausserdem ist ein thermo-negativer Widerstand 9 eingezeichnet. Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende :
Bei einem Gestellschluss entsteht ein Strom im   Sekundärkreis   der Gestelldrossel 4. Für die Grösse dieses Stromes und somit auch für die Stärke des primären Fehlerstromes ist massgebend der Gesamtwiderstandswert der Gestelldrossel. Der Widerstand 1 steht unter dem Druck eines Hebels 10, welcher um den Punkt 11 drehbar ist und unter der Einwirkung einer Federkraft 72 steht.

   Je grösser nun der Strom in der Spule 6 und dem Widerstand 7 wird, um so stärker wird die Zugkraft des Magneten 6, welche der Kraft der Feder 12 entgegenwirkt. Auf diese Weise wird also der Widerstand 7 vom Druck um so stärker entlastet, je grösser der Fehlerstrom ist. Die Kräfte des Magneten 6 und der Feder 12 sind mit Rücksicht auf die Druckabhängigkeit des Widerstandswertes der Kohlesäule 7 so aufeinander abgestimmt, dass sich bei allen im geschützten Bereich möglichen Lagen der Gestellschlussstelle ein nahezu vollkommen   konstanter Sekundärstrom   ergibt. Der Sekundärstrom ruft dann in einem konstanten Widerstand 8 eine konstante Spannung hervor, welche zur Erregung der Spannungsspule des Wattmeters 2 dient. 



   Der thermo-negative Widerstand 9 ist beispielsweise ein Urandioxydwiderstand. Da sein Widerstandswert im ersten Augenblick sehr hoch ist, verhindert dieser Widerstand die Ausbildung einer zunächst hohen Stromspitze. Es kann der Strom im   Sekundärkreis   der Gestelldrossel 4 nicht plötzlich stark anwachsen, so dass also in dem Masse, in dem der Widerstand 9 mit wachsender Erregung sinkt, die Regulierung der Stromstärke durch die Teile 6,7, 12 erfolgt. Die Zeitverzögerung des Widerstandes 9 wird deshalb dem Zeitbedarf angepasst, der für das Wirksamwerden der   Kohledruekstromregelung   besteht. 



   In Fig. 2 ist nur die Gestelldrossel 4 und ein Teil ihres Sekundärkreises wiedergegeben. Der Strommagnet 6, der   Druckhebel j ! C,   der Kohlewiderstand 7 und der konstante Widerstand 8 entsprechen Fig. 1. 



  Es ist aber die Zuleitung vom Widerstand 8 zum Spannungspfad des   Gestellschlussrelais   durch einen Kontakt   15   normalerweise unterbrochen, dieser Kontakt wird durch ein Relais 16 mit Verzögerung 
 EMI2.1 
 Augenblick, in dem der Kontakt   15 sich schliesst,   die Einrichtung 6 und 7 bereits den endgültigen konstanten Stromwert einreguliert hat. 



   In Fig. 1 ist, um die erste Stromspitze zu unterdrücken, ein thermo-negativer Widerstand 9 an dem Sekundärkreis der Gestelldrossel eingeschaltet. In Fig. 3 ist die Anordnung so getroffen, dass der Kohlewiderstand 7 normalerweise entlastet ist, während in Fig. 1 die Feder 12 des Hebels 10 ständig einen Druck auf die Kohlesäule 7 ausübt, ist bei der Anordnung in der Fig. 3 eine Verklinkung angewendet, durch welche die Zugkraft der Feder 12 aufgenommen wird. Zu diesem Zweck ist eine Sperrklinke 20 vorgesehen, und der Hebel 10 ist über seinen Drehpunkt 11 hinaus verlängert. Die Sperrklinke 20 wird von einem   Magneten 2j ! gelöst,   sobald auf der Sekundärseite der Gestelldrossel   4   eine Nullpunktsverlagerungsspannung auftritt.

   Sobald die Sperrklinke 20 den Hebel 10 verlässt, überträgt sich die Kraft der Feder 12 als Druckkraft auf die Kohlesäule 7. Da in diesem Augenblick aber auch bereits der Strommagnet 6 erregt ist, wird also der Kohlewiderstand niemals kleiner, als er mit Rücksicht auf die einzustellende Stromstärke werden soll, sod ass also bei dieser Anordnung nicht im ersten Augenblick ein zu grosser Strom auf einen kleineren Wert herabgemindert wird, sondern dass ein von vornherein sehr kleiner Strom nur in dem erforderlichen Ausmass verbessert wird. Auf welche Weise nach einem Ansprechen der Einrichtung der   Druckhebel. Zss   und die Sperrklinke 20 wieder in die richtige Anfangsstellung voneinander gebracht werden, ist in der Zeichnung nicht angegeben, da dies für die Erfindung nicht von Bedeutung ist.

   Im übrigen   kann   dies selbstverständlich sowohl mit Hilfe von Relais als auch von Hand erfolgen, etwa durch Betätigung eines kleinen Hebels oder Druckknopfes. 

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   Eine Anordnung, bei welcher ebenfalls der Kohlewiderstand 7 normalerweise von jedem Druck entlastet ist, zeigt Fig. 4. Der   Druekhebel   steht bei dieser Anordnung unter der Einwirkung einer Feder 12, welche aber im Gegensatz zu den andern Ausführungsbeispielen normalerweise nicht gespannt ist. 



  Die Feder 12 wird vielmehr erst gespannt, wenn ein von der Nullpunktsverlagerungsspannung erregtes Relais 25 ein Gleichstromrelais 26 einschaltet, so dass dieses seinen Anker 27 anzieht und dadurch den Widerstand 12 sperrt. Erst von diesem Augenblick an wirkt auf den Hebel 10 eine Kraft, welche der Differenz der Stromkraft der Spule 6 und der Federkraft der Feder 12 gleich ist, so dass also auch bei dieser Anordnung von vornherein der Widerstand im Sekundärkreis der Gestelldrossel sehr gross ist und nur nach Bedarf vermindert wird, um die für das Ansprechen der Relais erforderliche Stromstärke zu gewinnen. Die Anordnungen, die in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellt sind, lassen sich natürlich leicht in unwesentlichen Punkten, beispielsweise in der Art, wie die normalerweise bestehende Druckentlastung durch ein Anregerelais beseitigt wird, abwandeln.

   Beispielsweise kann auf den Hebel 10 normalerweise eine Feder im Sinne einer Kraft der Spule 6 einwirken, und diese Kraft kann so hoch bemessen werden, dass sie grösser ist als die Kraft der Feder 12, was durch Wahl eines geeigneten Angriffpunktes oder auch durch entsprechende Fehlerstärke ohne weiteres zu erzielen ist. Im Augenblick des Ansprechens eines bei der Nullpunktsverlagerungsspannung erregten Relais kann diese zusätzliche Kraft durch die Kraft eines Hilfsrelais aufgehoben werden, so dass von diesem Augenblick an nur die Kraft der Feder 12 und die Kraft der Magnetspule 6 wirkt. 



   Ein anderer Weg, die Druckbelastung des Kohlewiderstandes 7 erst dann einzuschalten, wenn vorher der Reglermagnet 6 erregt ist, so dass auch nicht vorübergehend keine   gefährliche   Verkleinerung des Widerstandes 7 eintreten kann, zeigt Fig. 5. Es sind dort die drei   Sekundärwicklungen   der Gestelldrossel 4 wiedergegeben und der an diese   Sekundärwicklung   angeschlossene Stromkreis, welcher die Reglerspule 6 und den   Kohledruckwiderstand   7 enthält. Auf den   Kohledruckwiderstand   7 wirkt, wie in den andern Beispielen, ein   Druekhebel-M, welcher normalerweise   unter der Einwirkung einer Feder 12 steht.

   Dennoch ist der Kohlewiderstand 7, solange kein   Erdsehluss   entstanden ist, vom Druck entlastet, u. zw. mittels eines in   Ruhestromschaltung   arbeitenden   Hilfsmagneten.     30,   welcher von einer beliebigen Stromquelle, beispielsweise einer Gleichstromquelle gespeist wird, und welcher im gleichen Sinne wie die Kraft der Reglerspule 6 wirkt und stark genug ist,   um   den Kohlewiderstand 7 von der Druckbelastung durch die Feder 12 in gewünschtem   MaEe, beispielsweiqe   vollständig zu entlasten. 



   Sobald aber ein   Gestellschluss   entsteht, spricht ein von der Nullpunktsverlagerungsspannung 
 EMI3.1 
 den   Erregerstrom   der Spule 30 unterbricht. Von diesem Augenblick an verschwindet die Kraft des Hilfs-   magneten   30. Da die Erregung des Relais   31   zugleich mit der Erregung des Magneten 6 entsteht, anderseits aber bis zur Unterbrechung des Kontaktes   33 erstens   die Zeit bis zur Schliessung des Kontaktes des Relais. 31 und zweitens die Zeit bis zur Bewegung des Ankers des Relais   82   vergeht, ist also   zwangläufig   siehergestellt, dass die Abschaltung der Spule   30   erst wirksam wird, nachdem die Spule 6 erregt ist und ihrerseits die Steuerung des Kohledruckwiderstandes 7   übernommen   hat. 



   In Fig. 6 wird darauf verzichtet, den   KoMedruckwiderstand   7 normalerweise vom Druck zu entlasten. Es drÜckt also der Hebel 10 mit der von der Feder 12 erzeugten Kraft ständig auf den Kohle-   druckwiderstand 7,   so dass also dieser Widerstand normalerweise seinen kleinsten Widerstandswert besitzt. 



  Um aber eine Stromspitze im Augenblick der Entstehung des Erdschlusses zu verhindern oder jedenfalls die Höhe dieser Spitze zu verlängern, ist noch ein konstanter Vorwiderstand 35 vorgesehen, durch den der Gesamtwiderstand im Sekundärkreis der Gestelldrossel 4 auf eine solche Höhe gebracht wird, dass die Stromspitze keine Bedeutung hat. Bei der Bemessung des Widerstandes 35 ist also einerseits der Gesichtspunkt massgebend, dass die Stromspitze in zulässigen Grenzen gehalten wird. Anderseits aber darf der Widerstand 35 nicht zu gross gewählt werden, weil sonst die Einwirkung des veränderlichen 
 EMI3.2 
 Anordnung zweifellos bei einem Erdschluss auf der Leitung oder in den Anlagen des Generators auf. 



  Wenn man die für die in diesem Falle zulässige Stromstärke den Kleinstwert des Widerstandes 7 gewählt hat, ergibt sich daraus eine bestimmte Grösse für den Widerstand 35. Nun wird weiterhin das Verhältnis dieses Widerstandes 35 zum Kleinstwert des Widerstandes 7 derart gewählt, dass in einem Fehlerfall, in welchem unter der Einwirkung des zunächst bestehenden Gesamtwiderstandes gerade diejenige Stromstärke auftritt, welche mit Hilfe des veränderlichen Widerstandes 7 eingeregelt werden soll, die Kurz-   schliessung   des Widerstandes 35 keine grössere Stromspitze mit sich bringt, als im Falle eines Klemmenerdschlusses im ersten Augenblick entsteht. Man erreicht auf diese Weise, dass die Stromspitze innerhalb derjenigen Grenze bleibt, welche für den Fall des Klemmenerdschlusses zugelassen ist. 

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Claims (1)

  1. PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Anordnung zur Fehlerstrombegrenzung bei Gestellschluss elektrischer Maschinen oder Apparate, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerstromkreis direkt oder über einen Transformator einen strom- <Desc/Clms Page number 4> abhängigen Druekwiderstand, beispielsweise einen Kohledruckwiderstand, enthält, wobei der auf den Druckwiderstand einwirkende Druck von der Stärke des Fehlerstromes abhängig ist.
    2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine von dem regulierten Fehlerstrom abhängige Spannung dem Spannungspfad des wattmetrisehen Gestellschlussrelais zu, zugeleitet wird (Fig. 1).
    3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschaltung der Spannung für den Spannungspfad des Relais erst erfolgt, nachdem der Kohledruekwiderstand die Stromstärke reguliert hat (Fig. 2).
    4. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit dem Kohledruckwiderstand ein thermonegativer Widerstand (9) liegt, dessen Trägheit dem Regulierzeitbedarf des Kohledruckwiderstandes angepasst ist (Fig. 1).
    5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohledruekwiderstand normalerweise vom Druck entlastet ist, so dass sein Widerstandswert den oberen Grenzweit besitzt, und dass erst bei Auftreten eines Gestellsehlusses eine Druckkraft zur Wirkung kommt, welcher die Fehlerstromkraft entgegenwirkt (Fig. 3-5).
    6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckhebel auf den Kohlendruckwiderstand erst dann einen Druck ausüben kann, wenn durch ein auf Gestellschluss ansprechendes Relais (21) eine Verklinkung dieses Hebels gelöst ist (Fig. 3).
    7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder, welche im gespannten Zustand einen Druck auf den Kohlendruckwiderstand ausübt, erst durch das Ansprechen eines bei Gestellschluss in Tätigkeit tretenden Relais (25) gespannt wird (Fig. 4).
    8. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ablauf einer vorher bestimmten Zeit seit Entstehung des Gestellschlusses der Strom über den Kohledruekwiderstand unterbrochen wird.
    9. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohledrnck- widerstand durch Anwendung eines Hilfsmagneten ('30) oder einer Hilfswicklung auf dem Reglermagneten (6) normalerweise vom Druck entlastet ist und dass dieser Hilfsmagnet (. 30) oder diese Hilfswicklung erst bei Entstehung einer Verlagerungsspannung abgeschaltet wird (Fig. 5).
    10. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wicklung EMI4.1 abgeschaltet wird.
    11. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Kohle- druckwiderstand (7) ein konstanter Widerstand (. 35) in Reihe geschaltet ist, welcher nach Entstehung des Fehlers kurzgeschlossen wird (Fig. 6).
    12. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse des Zusatzwiderstandes ( und das Verhältnis seiner Grösse zum Kleinstwert des Kohledruekwiderstandes (7) so gewählt sind, dass bei solcher Verlagerungsspannung, bei welcher der Sollwert des Reglerstromes beim augenblicklich vorhandenen Kleinstwert des Kohledruekwiderstandes unter der Einwirkung des Gesamtwiderstandes gerade erreicht wird, die beim Überbrücken des Zusatzwiderstandes (. 3 entstehende Stromspitze ungefähr gerade derjenigen entspricht, die bei 100% iger Verlagerung von vornherein eintritt (Fig. 6).
    13. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Relaiseinwirkungen auf den Gesamtwiderstand des Fehlerstromkreises, welche im Sinne einer Verminderung dieses Widerstandes wirken, erst ausgelöst werden, nachdem der Reglermagnet bereits erregt ist (Fig. 6).
AT144304D 1935-03-12 Anordnung zur Fehlerstrombegrenzung bei Gestellschluß elektrischer Maschinen oder Apparate. AT144304B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10361555B2 (en) 2014-07-16 2019-07-23 Eaton Intelligent Power Limited Device to reduce residual current

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US10361555B2 (en) 2014-07-16 2019-07-23 Eaton Intelligent Power Limited Device to reduce residual current

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