Anordnung zum selbsttätigen belastungsabhängigen Sterndreieck-Umschalten elektrischer Induktionsmotoren Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum selbsttätigen belastungsabhängigen Stern- dreieek-Umsehalten elektrischer Induktions motoren.
Der Wirkungsgrad von elektrischen Induk tionsmotoren nimmt mit der Belastung be kanntlich rasch ab, da dabei auch der Lei stungsfaktor cos 7, geringer wird. Um diesen Nachteil ztt vermeiden, ist bereits bekannt, den Motor von Dreieck auf Stern umzuschalten, wenn seine Belastung unter einen vorbestimm ten Wert sinkt.
Es sind bereits Anordnungen zum Durchführen dieser Umschaltung vor geschlagen worden, gemäss welchen ein Relais in Abhängigkeit vom mechanischen Dreh moment des Motors oder von der durch den Motor aufgenommenen Stromstärke, das heisst vom Phasenstrom, oder aber von der Strom stärke und der Spannung, das heisst von der elektrischen Leistungsaufnahme des Motors, die Umsehaltung eines Sterndreieck-Umschalters bewirkt.
Gemäss andern Vorschlägen wird die Betätigung des Sterndreieek-Umsehalters in Abhängigkeit von der Drehzahl oder von einem andern auf die Belastungsverhältnisse des Mo tors kennzeichnenden Wert gesteuert. Die Um- sehaltung erfolgt. bei etwa. 50% der Nenn- leistun- des Motors oder, gemäss andern Vor sehlägen, bei 40 ö derselben derart, dass unter halb bzw. oberhalb dieser Werte der Motor in Stern- bzw. Dreieckschaltung im Einklang mit der jeweiligen Belastung arbeitet.
Die bisherigen Vorschläge sind jedoch mit dem wesentlichen Nachteil behaftet, dass der Sterndreieck-Umschalter der Anordnung im Bereich des Umschaltwertes, das heisst bei etwa 40 bis 50% der Nennleistung unnötig und häufig betätigt wird.
Die Erfindung beseitigt diesen Nachteil und schafft eine Anordnung, die so eingestellt werden kann, dass sie innerhalb eines be lastungsabhängigen Leistungsbereiches nicht anspricht, wodurch die unnötige Betätigung des Sterndreieck-Umschalters vermieden wird. Dies wird gemäss der Erfindung dadurch er reicht, dass der Sterndreieck-Umschalter als Fernschalter ausgebildet ist, der seinerseits durch in Abhängigkeit von der elektrischen Leistungsaufnahme des Motors betätigte Steuermittel gesteuert wird, die mit Verzöge rung arbeiten.
Es ist zweckmässig, die Betätigung der Steuermittel in Abhängigkeit von der Lei- stungsaufnahme derselben erfolgen zu lassen. Die Steuermittel können dabei durch ein mit Verzögerung arbeitende Wattrelais oder durch ein mit Verzögerung arbeitende Stromrelais gebildet sein.
Im letzteren Fall wird die Be tätigungswicklung des Stromrelais einerseits durch den einen Phasenstrom eines dreiphasi- gen Netzes und anderseits durch einen durch die Netzspannung der beiden übrigen Phasen des Netzes gelieferten verketteten Strom der art erregt, dass die wattlose Komponente des Phasenstromes durch den andern oder ver ketteten Strom ausgeglichen wird, wobei die Betätigungswicklung des Stromrelais durch den Phasenstrom bzw. durch den verketteten Strom über Umspanner (Transformatoren) ge speist werden kann.
Bei Sterndreieek-L'nischaltern, die einen mit einem Steuerstromkreis ausgerüsteten Be tätigungsmagnet aufweisen, kann die zur rich tigen Betätigung des Sterndreieck-Umschalters erforderliche Verzögerung dadurch erreicht werden, dass die Umschaltring des Steuerstrom kreises des Betätigungsmagnetes durch einzeln einstellbare Anschläge erfolgt, welche durch die Armatur der Steuermittel betätigt werden können. Die Armatur der Steuermittel ist dabei reit einzelnen Anschlägen für die Um- schaltung, von Stern auf Dreieck bzw. vom Dreieck auf Stern versehen.
Da. diese An schläge einzeln einstellbar sind, können den Umschaltungen von entgegengesetztem Sinn verschiedene Verzögerungszeiten zugeordnet werden. Da ferner die Anziehungskraft des Steuerrelais den Werten der vorkommenden Strom- oder Leistungsstösse proportional ist, wird auch die Zeitverzögerung diesen derart proportional sein, dass je grösser die -Ände rung der Belastung ist, desto geringer wird die Zeitverzögerung.
Bei Umschaltung von Dreieck auf Stern kann die Zeitverzögerrtng so bemessen sein, dass sie die der Unischaltung im entgegengesetzten Sinn zugeordnete Zeit verzögerung wesentlich übertrifft, da im ersten Fall keine Gefahr besteht, dass der Motor über lastet oder sein Kippmoment erreicht wird. Die Verzögerung kann offensichtlich auch durch Relais anderer Art, z. B. durch Zeit relais, erreicht werden.
Die Erfindung soll an Hand der Zeich- nung, die ein Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemässen Anordnung darstellt, näher er läutert werden.
Fig. 1 zeigt dabei das Schaltbild des bei spielsweisen Sterndreieck-Umschalters. Fig. 2 ist ein Vektordiagramin.
Fig.3 und 4 -neigen Einzelheiten in zwei verschiedenen Arbeitslagen.
In der Zeichnung bezeichnet <I>R,</I> \Z, <I>T</I> ein Dreiphasennetz, an welches ein elektrischer Induktionsmotor 1I mittels eines Hauptselial- ters 1 angeschlossen ist. Eine Gruppe der Dreiphasenwieklun ,:senden des Motors J1 ist.
ständig mit Klemmen T', 1', j>;' verbunden, während die andere Gruppe der Wicklungs enden an Unisehalt.erklemnien <I>X</I>, Y, Z eines als Fernsehalter ausgebildeten Sterndreieek- Umschalters ? angeschlossen sind. Bei der dargestellten Arbeitsla-@e des Sterndreieck Umsehalters 2 sind die Umsehalterklemnien Z, X, Y kurzgeschlossen, während in der andern Lage diese Klemmen mit. dem Netz ver bunden sind.
Somit liegen die Teile der Drei- phasenwicklung in der ersteren bzw. letzteren Arbeitslage in \Stern- bzw. Dreiecl@selialtunt. Die Sterndreieek-Umselialtun;- erfol;
-t mittels des Fernschalters '', dessen Betätig,ungswieli- lun- durch den Strom einer der drei Zieh lungen eines einphasigen Umspanners (Trans formators ) 3 durch einen ortsfesten Kontakt eines Drueksehalters 6 und einen Polschalter 5 hindurch über ein als Steuermittel arbeiten des und als Quecksilberschalter ausgebildetes Relais 1 erregt wird.
Mittels seiner Wicklung; wirken zwei Ströme auf das Relais .1, deren einer der über die Klemme 1j- zu-efüliri.e Plia- senstroin ist.
Der andere Strom ist der Se kundärstrom des Unispanners 3, der an die beiden übrigen Phasen P und S an,)@eseliloseii ist, wobei der Sekundärstrom durch den Wi derstand 7 regelbar ist und vom Phasenstrom der Klemme 11' vektoriell abweicht,
migleieli aber der Klemmspannung- des Motors J1 und somit auch deni durch den Motor J1 aufgenom- nienen Erregerstrom proportional ist, so daf) die resultierende magnetische Wirkung des Re lais sieh mit dein Wattstrom proportional ge staltet.
Die Verhältnisse sind im vektordia-rannii gemäss Fig. 2 dargestellt. T-iz, T-L, Z\r sind dabei die Vektoren der Phasenspannungen, Iss_a ist der Vektor des der Resultanten der Phasenspannungen Uiz. und T", proportionalen Stromes, 1.r ist der Vektor des Nennstromes der Phase T, IT watt ist.
der Vektor der Watt komponente des Phasenstromes IT und Ir der Vektor der magnetisierenden Stromkompo nente des Phasenstromes 1T. Der Nennstrom TI. der Phase T ist dabei für die Zwecke der Darstellung gewählt worden. Dieser Phasen strom Ir eilt seiner Phasenspannung Ur um den Winkel T des Leistungsfaktors nach. Der Vektor des Phasenstromes IT ist. in der Rich- tteig der ihm zugeordneten Spannung und scnkreeht hierzu in zwei Komponenten zerlegt worden.
Eine dieser Komponenten ist Irw,tt, die in Pliase mit der Phasenspannung UT liegt. Die andere Komponente ist. ITf" die senkrecht zur Phasenspannung 'jT und somit auch zur Stromkomponente ITW;,tt liegt. Diese Kompo nente dient als der Magnetisierstrom des Mo tors.
Bei geeigneter Schaltung wird der span- itrnigsabhängige Strom IR_s der beiden übri gen Phasen R und S proportional und ent- geriengesetzt der Klemmspannung des Induk tionsmotors und somit auch dem durch diesen aufgenommenen Ma.gnetisierstrom IT,,. Wenn demnach der spannungsabhängige resultie rende Strom III_s z.
B, mittels eines Wider standes geeignet eingestellt ist, wird der Ma- gnetisierstrom IT" durch den Strom IR_s gänz lich ausgeglichen, was im Vektordiagramm durch den mit gestrichelten Linien gezeich neten Vektor II;__" angedeutet ist.
Das Unisehaltersystem gemäss der Erfin- (hing ist. geeignet, einen derartigen Ausgleich zti bewirken. Die Wicklung des Relais 4 er hält nämlich zwei Stromkomponenten.
Eine dics,er Komponenten ist einer der Phasen- strönie des Motors, der beim dargestellten Aus- 1'iihrungsbeispiel von der Klemme ZV kommt. Dieser Strom stellt den Nennwert 1.h des Pha senstromes dar. Die andere Stromkomponente ist. durch den sekundären Strom des Umspan ners 3 gebildet, wobei der Umspanner an die beiden restlichen Phasen R und S ange- sehlossen ist.
Beim dargestellten Ausführungs beispiel entsprieht dieser Sekundärstrom der Resultante II;__s, wobei er durch den Wider stand 7 regelbar ist. Nun ist der Sekundär- Strom Ia_s mit dem verketteten Strom der Phasen R und S in Phase, wie dies gezeigt wor den ist, wobei bei geeigneter Einstellung des Widerstandes 7 die magnetisierende Strom komponente 1T 11 des Nenn- oder Phasenstromes IT ausgeglichen ist.
Die dargestellte Ausführungsform der er findungsgemässen Anordnung arbeitet wie folgt: Beim Einschalten des Druckschalters 6 wird der Betätigungsstromkreis des Haupt schalters 1 mittels eines Betätigungsmagnetes 8 geschlossen, wobei der Hauptschalter 1 für sich einen Haltestromkreis schliesst. Nach Frei lassen des Druckschalters 6 bleibt somit der Hauptschalter 1 geschlossen. Der Motor 31 wird dabei in Sternschaltung angelassen.
Wenn der Wattstrom des Motors 17 grösser wird als der vorbestimmte Wert, spricht das Relais 4 an, wobei eine Umschaltung des Motors 1't1 durch den Sterndreieck-Umschalter 2 von Stern auf Dreieck erfolgt. Fällt der Watt strom im Betrieb unter den vorbestimmten Wert, so nimmt das Relais 4 seine Ausgangs lage wieder ein, wodurch dann der Motor ilI auf Sternschaltung zurückgeschaltet wird.
' Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, ist der Eisenkern des Relais 4 mit zwei An schlägen 1 bzw. 2 versehen, die einstellbar sind und zum Umschalten des Relais dienen. Die Anordnung ist derart, dass bei abwärts- bzw. aufwärtsgeriehteter Bewegung des Eisenkernes die Umsehaltung in je einer andern einstell baren Lage erfolgt und innerhalb der An sehläge 1 und 2 keine Umschaltung stattfindet.
Somit. geht im Grenzgebiet bei geringen Be lastungsänderungen keine Umschaltung vor sieh, wobei der Umschalter auch den bei der Unischaltung auftretenden kurzwährenden Belastungsänderungen gegenüber unempfind- lieh ist, die ohne den erfindungsgemässen Um schalter unverzüglich einen Schaltvorgang ein leiten würden. Wenn demnach mit abnehmender Stromstärke die Armatur abwärtsbewegt wird und dabei eine Umschaltung von Stern auf Dreieck ausgelöst hat, wird die mit zunehmen der Belastung fällige Zurückschaltung auf Dreieck bei einer grösseren Stromstärke be wirkt, als die der Umschaltung zugeordnete Stromstärke war. Somit überlappen sieh die der Stern- bzw.
Dreieckschaltung zugeord neten Gebiete in regelbarer Weise, wodurch ein toter Raum entsteht, innerhalb dessen keine Umschaltung erfolgt. und somit. das Flat tern des Relais 1 beim Grenzwert vermieden wird. Das Relais 1 kann sogar mit einer Ver- zögerungsluftbremse, z. B. einem Stossdämpfer, versehen sein, wodurch seine Verzögerung ent sprechend erhöht werden kann.
Wird der Polschalter 5 in seine auf der Zeichnung linke Schalflage verlegt, so ist das Relais 4 ausgeschaltet, und der Motor JZ arbei tet sowohl beim Anlassen als auch im Betrieb ständig in Dreieckschaltung. Dies kann not wendig sein, wenn eine selbsttätige Umschal tung aus irgendeinem Grund bei gewissen Operationen nicht gewünscht wäre.
Arrangement for automatic load-dependent star-triangle switching of electric induction motors The invention relates to an arrangement for automatic load-dependent star-triangle switching of electric induction motors.
As is well known, the efficiency of electric induction motors decreases rapidly with the load, since the power factor cos 7 is lower. To avoid this disadvantage ztt, it is already known to switch the motor from delta to star when its load drops below a predetermined value.
There are already arrangements for performing this switch before proposed, according to which a relay depending on the mechanical torque of the motor or the current absorbed by the motor, that is, the phase current, or strength of the current and the voltage, that is from the electrical power consumption of the motor, the conversion of a star-delta changeover switch.
According to other proposals, the actuation of the Sterndreieek Umsehalters is controlled as a function of the speed or of another value characterizing the load conditions of the engine. The change takes place. at about. 50% of the nominal power of the motor or, according to other proposals, 40% of the same so that below or above these values the motor works in star or delta connection in accordance with the respective load.
However, the previous proposals have the significant disadvantage that the star-delta changeover switch of the arrangement is unnecessarily and frequently actuated in the range of the switchover value, that is to say at around 40 to 50% of the nominal power.
The invention eliminates this disadvantage and creates an arrangement which can be set so that it does not respond within a load-dependent performance range, whereby the unnecessary actuation of the star-delta switch is avoided. This is achieved according to the invention in that the star-delta changeover switch is designed as a remote switch, which in turn is controlled by control means actuated as a function of the electrical power consumption of the motor, which operate with delay.
It is expedient to have the actuation of the control means take place as a function of the power consumption of the same. The control means can be formed by a water relay operating with a delay or by a current relay operating with a delay.
In the latter case, the actuating winding of the current relay is excited on the one hand by the one phase current of a three-phase network and on the other hand by a linked current supplied by the network voltage of the two remaining phases of the network, so that the wattless component of the phase current is excited by the other or ver Chained current is compensated, whereby the actuating winding of the current relay can be fed by the phase current or by the chained current via transformers (transformers).
In star-triangle switches that have an actuating magnet equipped with a control circuit, the delay required for correct actuation of the star-delta switch can be achieved in that the switching ring of the control circuit of the actuating magnet is carried out by individually adjustable stops, which are triggered by the Valve of the control means can be operated. The armature of the control means is provided with individual stops for switching, from star to triangle or from triangle to star.
There. These stops can be set individually, different delay times can be assigned to the switchovers of the opposite sense. Furthermore, since the attraction of the control relay is proportional to the values of the occurring current or power surges, the time delay will also be proportional to these in such a way that the greater the change in load, the shorter the time delay.
When switching from triangle to star, the time delay can be dimensioned in such a way that it significantly exceeds the time delay assigned to the unconnection in the opposite sense, since in the first case there is no risk of the motor being overloaded or its breakdown torque being reached. The delay can obviously also be achieved by relays of another type, e.g. B. by time relay can be achieved.
The invention is to be explained in more detail with reference to the drawing, which shows an embodiment of the arrangement according to the invention.
Fig. 1 shows the circuit diagram of the star-delta switch for example. Figure 2 is a vector diagram.
Fig. 3 and 4 incline details in two different working positions.
In the drawing, <I> R, </I> \ Z, <I> T </I> denotes a three-phase network to which an electric induction motor 1I is connected by means of a main selector 1. A group of three-phase wieklun,: sending the motor J1 is.
constantly with terminals T ', 1', j>; ' connected, while the other group of winding ends at Unisehalt.erklemnien <I> X </I>, Y, Z of a star triangle switch designed as a television switch? are connected. In the illustrated work position of the star triangle Umsehalters 2, the Umsehalterklemnien Z, X, Y are short-circuited, while in the other position these terminals are short-circuited. connected to the network.
Thus, the parts of the three-phase winding in the former or the latter working position are in \ star or triangle @ selialtunt. The Sterndreieek-Umselialtun; - success;
-t by means of the remote switch '', whose actuation, ungswieli- lun by the current of one of the three draw lungs of a single-phase transformer (transformer) 3 through a fixed contact of a pressure holder 6 and a pole switch 5 through a work as a control means and designed as a mercury switch relay 1 is excited.
By means of its winding; two currents act on the relay .1, one of which is the Plia- senstroin via the terminal 1j- zu-efüliri.e.
The other current is the secondary current of the unispanner 3, which is connected to the other two phases P and S,) @ eseliloseii, the secondary current being controllable by the resistor 7 and deviating vectorially from the phase current of terminal 11 ',
However, the terminal voltage of the motor J1 and thus also the excitation current absorbed by the motor J1 is proportional, so that the resulting magnetic effect of the relay is proportional to the watt current.
The relationships are shown in the vektordia-rannii according to FIG. T-iz, T-L, Z \ r are the vectors of the phase voltages, Iss_a is the vector of the resultants of the phase voltages Uiz. and T ", proportional current, 1.r is the vector of the nominal current of phase T, IT is watt.
the vector of the watt component of the phase current IT and Ir the vector of the magnetizing Stromkompo component of the phase current 1T. The nominal current TI. phase T has been chosen for the purposes of illustration. This phase current Ir lags behind its phase voltage Ur by the angle T of the power factor. The vector of the phase current IT is. in the direction of the tension assigned to it and is broken down into two components for this purpose.
One of these components is Irw, tt, which is in Pliase with the phase voltage UT. The other component is. ITf "which is perpendicular to the phase voltage 'jT and thus also to the current component ITW;, tt. This component serves as the magnetizing current of the motor.
With a suitable circuit, the voltage-dependent current IR_s of the two remaining phases R and S is proportional and de-energized to the terminal voltage of the induction motor and thus also to the magnetizing current IT ,, absorbed by it. Accordingly, if the voltage-dependent resulting current III_s z.
B, is suitably set by means of a resistor, the magnetizing current IT "is completely compensated for by the current IR_s, which is indicated in the vector diagram by the vector II; __" drawn with dashed lines.
The university holder system according to the invention is suitable to effect such a compensation. The winding of the relay 4 holds two current components.
One of these components is one of the phase currents of the motor, which in the illustrated embodiment comes from terminal ZV. This current represents the nominal value 1.h of the phase current. The other current component is. formed by the secondary current of the transformer 3, the transformer being connected to the two remaining phases R and S.
In the illustrated embodiment example, this secondary current corresponds to the resultant II; __ s, whereby it was 7 adjustable by the counter. Now the secondary current Ia_s is in phase with the concatenated current of phases R and S, as shown in the WUR, with the magnetizing current component 1T 11 of the nominal or phase current IT being balanced with a suitable setting of the resistor 7.
The illustrated embodiment of the inventive arrangement works as follows: When the pressure switch 6 is switched on, the actuating circuit of the main switch 1 is closed by means of an actuating magnet 8, the main switch 1 closing a holding circuit for itself. After leaving the pressure switch 6 free, the main switch 1 remains closed. The motor 31 is started in a star connection.
If the watt current of the motor 17 is greater than the predetermined value, the relay 4 responds, with the motor 1't1 being switched from star to delta by the star-delta switch 2. If the watt current falls below the predetermined value during operation, the relay 4 resumes its starting position, whereby the motor ilI is then switched back to star connection.
'As can be seen from FIGS. 3 and 4, the iron core of the relay 4 is provided with two hits 1 and 2, which are adjustable and are used to switch the relay. The arrangement is such that when the iron core is moved downwards or upwards, the switchover takes place in a different adjustable position and no switchover takes place within the lines 1 and 2.
Consequently. If there is no change in load in the border area with slight changes in load, the changeover switch is also insensitive to the brief changes in load that occur during switching, which would immediately initiate a switching process without the changeover according to the invention. If, therefore, the valve is moved downwards with decreasing current intensity and a switchover from star to delta has been triggered, the switch back to triangle due with increasing load will be effective at a higher current intensity than the current intensity assigned to the switchover. Thus you see the overlap of the star resp.
Delta connection zugeord designated areas in a controllable manner, which creates a dead space within which no switching takes place. and thus. the fluttering of relay 1 at the limit value is avoided. The relay 1 can even be equipped with a delay air brake, e.g. B. a shock absorber, whereby its delay can be increased accordingly.
If the pole switch 5 is moved to its switching position on the left in the drawing, the relay 4 is switched off, and the motor JZ works continuously in delta connection both when starting and in operation. This may be necessary if an automatic switchover device for some reason would not be desired in certain operations.