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Anordnung zum Anlaufschutz elektrischer Maschinen durch in den Wicklungen
liegende Thermowächter Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Anlaufschutz elektrischer
Maschinen durch Thermowächter, die in den einzelnen Wicklungen der Maschine liegen.
Besonders ist diese Anordnung zum Anlaufschutz von Asynchronmotoren geeignet, deren
Läufer bei Blockierung ihre Grenztemperatur erreichen, bevor die Ständerwicklung
ihre thermische Grenze erreicht hat.
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Es ist bekannt, Drehstrom-Asynchronmotore durch in den Wickelkopf
der Ständerwicklung eingebaute Thermowächter vor Überlastung und damit vor Übererwärmung
zu schützen. Diese Thermowächter bestehen meist aus einem Bimetallstreifen, der
infolge seiner thermischen Durchbiegung einen Kontakt öffnet oder schließt, wenn
die Temperatur des Wickelkopfes die thermische Grenze überschreitet, und schalten
einen Hilfsstrom, der den Motorstrom abschaltet.
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Es gibt nun Drehstrom-Asynchronmotore, bei denen, wenn sie beim Einschalten
blockiert sind, die Temperatur des Läufers ihre kritische Grenze erreicht, während
die Temperatur der Ständerwicklung ihre kritische Grenze noch nicht erreicht hat;
beim Lauf tritt jedoch infolge der kleineren Läuferströme sowie der Kühlung durch
die Luftventilation diese starke Läufererwärmung nicht auf. Bei diesen Motoren ist
im blockierten Zustand jedoch der Schutz durch Thermowächter in der Wicklung unwirksam.
Um für die Blockierung einen Schutz zu erzielen, müssen also in den Läufer auf die
Läufergrenztemper aturen eingestellte Thermowächter eingesetzt werden, die über
Schleifringe angeschlossen sind, eine Anordnung, die die Ausbildung des Motors erheblich
kompliziert. _ Zum Schütz des Anlaufs eines Motors ist es auch bekannt, ein für
den Lauf des Motors vorgesehenes Schutzrelais durch Parallelschalten eines Widerstandes
während des Anlaufs unempfindlicher zu machen, so daß keine Abschaltung des Motors
während des Anlaufs erfolgt. Diese Herabsetzung der Empfindlichkeit erfolgt durch
ein thermisches Zeitrelais, das durch einen von der Spannung an den Motorklemmen
abhängigen Strom geheizt wird. Dieser Schutz ist jedoch nicht vollkommen, da Motor
und thermisches Relais an Orten mit unterschiedlicher Lufttemperatur angeordnet
sein können und die thermische Zeitkonstante des kleinen thermischen Relais bedeutend
kleiner als die thermische Zeitkonstante des großen Motors ist, was zu Fehlauslösungen
oder Überlastungen führen kann. Weiterhin erhöhen eine indirekte Beheizung oder
Sättigungsstromwandler zwar die Zeitkonstante im Anlaufbereich, jedoch berücksichtigen
sie die unterschiedlichen Kühlungsverhältnisse beim laufenden Motor und stehenden
Motor (Abkühlung, Blockierung) durch die vom Läufer bzw. den an diesen angebauten
Lüftern hervorgerufene Ventilation nicht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, gerade die eben aufgezeigten Nachteile
zu vermeiden, was erfIndungsgemäß dadurch erreicht wird, daß zwei Thermowächter
mit unterschiedlicher Ansprechtemperatur vorgesehen sind und der Thermowächter mit
der niedrigeren Ansprechtemperatur bei sich drehendem Läufer und normalem Temperaturverlauf
durch eine Hilfsvorrichtung unwirksam gemacht ist. Dabei ist der Thermowächter mit
der höheren Ansprechtemperatur auf die Grenztemperatur der Ständerwicklung eingestellt,
während der Thermowächter mit der niedrigeren Ansprechtemperatur eingestellt ist
auf die Temperatur, die die Ständerwicklung bei Blokkierung in dem Augenblick erreicht,
in dem am Läufer die Grenztemperatur auftritt. Dabei können die zwei Thermowächter
als Arbeitskontakte ausgebildet und parallel geschaltet sein und die Hilfsvorrichtung
als Ruhekontakt mit dem Thermowächter mit niedrigerer Ansprechtemperatur in Reihe
geschaltet sein; die Abschaltung muß dann erfolgen, wenn der Thermowächter den Hilfsstrom
einschaltet. Es ist jedoch auch möglich, däß die zwei Thermowächter als Ruhekontakte
ausgebildet und in Reihe geschaltet sind und die Hilfsvorrichtung als Arbeitskontakt
mit dem Thermowächter mit niedrigerer Ansprechtemperatur parallel geschaltet ist;
die Abschaltung
muß dann erfolgen, wenn der Thermowächter den Hilfsstrom
unterbricht.
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Häufig ist es ausreichend, wenn die Schutzanordnung nach der Erfindung
in einer Phasenwicklung der Maschine untergebracht ist und dabei die Abschaltung
des Motors besorgt. Zweckmäßig ist jedoch, in jeder je einer Phase zugeordneten
Wicklung des Motors je zwei Thermowächter mit unterschiedlicher Ansprechtemperatur
vorzusehen und die Thermowächter mit der niedrigeren Ansprechtemperatur bei normalem
Temperaturverlauf in den Wicklungen durch je eine Hilfsvorrichtung unwirksam zu
machen. Auch können alle Thermowächter mit der niedrigeren Ansprechtemperatur durch
eine gemeinsame Hilfsvorrichtung unwirksam gemacht werden. Bei einer weiteren Ausführung
kann auch die Kurzschlußüberwachung nur in einer Phasenwicklung vorgesehen werden,
während die allgemeine Schutzanordnung in allen drei Phasenwicklungen vorgesehen
ist.
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Die Hilfsvorrichtung kann z. B. aus einem von der Drehung des Motors
beeinflußten Schalter oder aus einem von einem ohnehin vorhandenen Tachometerdynamo
beaufschlagten Relais bestehen und den Thermowächter mit der niedrigeren Ansprechtemperatur
bei laufendem Motor und damit bei normalem Temperaturverlauf in der Wicklung unwirksam
machen. Wenn aber der Läufer des Motors blockiert ist, würde der Schalter als Hilfsvorrichtung
den thermischen Wächter mit der niedrigeren Ansprechtemperatur einschalten, so daß
eine schnelle und rechtzeitige Abschaltung des Motors erfolgt.
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Einen einfacheren Weg bringt jedoch eine weitere Erfindung, indem
sie den Effekt ausnutzt, daß die Wickelkopftemperatur bei Blockierung schneller
ansteigt als bei einem Anlauf, bedingt durch die länger anstehenden Kurzschlußströme
sowie durch das Fehlen der Luftzirkulation. Dieses wird erfindungsgemäß durch die
Verwendung eines zusätzlichen Thermowächters als Hilfsvorrichtung erzielt, der gegenüber
der Motorwicklung wärmeisoliert und für eine noch niedrigere Ansprechtemperatur
als die Temperaturgrenze der zwei Thermowächter vorgesehen ist. Die Wärmeisolierung
des zusätzlichen Thermowächters soll bewirken, daß dieser bei schnell ansteigender
Temperatur stark verzögert auslöst, während er bei normal ansteigender Temperatur,
wie es dem normalen Temperaturanstieg in den Wicklungen des Motors entspricht, bei
der eingestellten Temperaturgrenze anspricht. Der zusätzliche Thermowächter wirkt
entgegengesetzt zu den beiden Thermowächtern. Vorzugsweise sind alle Thermowächter
als Bimetallschalter ausgebildet.
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An Hand der Schaltbilder soll das Wesen der Erfindung näher erläutert
werden.
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In Bild 1 ist der aus dem Netz R-S-T gespeiste Motor M dargestellt.
Die Motorwicklungen werden durch eine Schutzanordnung A überwacht, die mit Hilfe
eines Relais Re den Netzschalter N betätigt.
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Nach Bild 2 besteht die Schutzanordnung A aus zwei Thermowächtern
3 und 4, die als Arbeitskontakte ausgebildet sind. Der Thermowächter 4 besitzt dabei
eine niedrigere Ansprechtemperatur als der Thermowächter 3. Die Thermowächter 3
und 4 sind parallel geschaltet und liegen zwischen den Phasen R-T. In Reihe mit
dem Thermowächter 4 liegt der zusätzliche Thermowächter 5, der mit einer Wärmeisolation
6 versehen ist. Der Thermowächter 5 ist als Ruhekontakt geschaltet und besitzt eine
noch niedrigere Ansprechtemperatur als die zwei Thermowächter 3 und 4. Das Relais
Re muß dann so ausgebildet sein, daß es bei Erregung den Motorstrom ausschaltet.
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Im Ausführungsbeispiel nach Bild 3 sind die zwei Thermowächter 3 und
4 als Ruhekontakte ausgebildet und in Reihe geschaltet und der zusätzliche Thermowächter
5 als Arbeitskontakt mit dem Thermowächter 4 parallel geschaltet. Das Relais Re
muß dann so ausgebildet sein, daß es beim Abfall den Motorstrom ausschaltet.
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Bei den Ausführungen nach den Bildern 2 und 3 können die Schutzanordnungen
A in jeder je einer Phase zugeordneten Wicklung des Motors M vorgesehen sein und
dann jeweils zwischen zwei Phasen R-S oder R-T oder T-R geschaltet werden, oder
die Schutzanordnung kann nur in einer Phasenwicklung liegen, wie es in Bild 1 beispielsweise
dargestellt ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Bild 4 ist die Schutzanordnung so
ausgebildet, daß in jeder je einer Phase zugeordneten Wicklung des Motors M je zwei
Thermowächter 3 und 4 vorgesehen sind und die Thermowächter 3 mit der niedrigeren
Ansprechtemperatur mit nur einem zusätzlichen Thermowächter 5 hintereinander geschaltet
sind, wobei die Thermowächter 3 und 4 als Arbeitskontakte und der zusätzliche Thermowächter
5 als Ruhekontakt ausgebildet sind.
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Bei der Ausführungsart nach Bild 5 sind in jeder je einer Phase zugeordneten
Wicklung des Motors je zwei Thermowächter 3 und 4 vorgesehen, die hintereinandergeschaltet
sind, und den Thermowächtern 4 ist nur ein zusätzlicher Thermowächter 5 parallel
geschaltet, wobei der Thermowächter 5 als Arbeitskontakt und die Thermowächter 3
und 4 als Ruhekontakte ausgebildet sind.
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Die Schaltungen nach den Bildern 4 und 5 ermöglichen einen vollständigen
Schutz aller Motorwicklungen bei gleichzeitiger Einsparung von Bimetallschaltern.
Die beiden Schaltungen können noch weiter vereinfacht werden, indem für die drei
Phasenwicklungen nur je ein Thermowächter 3 vorgesehen ist, während für alle drei
Phasen gemeinsam nur je ein Thermowächter 4 und 5 vorgesehen ist, so daß eine Kurzschlußüberwachung
nur in einer Phase für den gesamten Motor erreicht wird. Es sind auch noch andere
Schaltmöglichkeiten im Rahmen der Erfindung möglich.
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Die Thermowächter 3, 4 und 5 sind zweckmäßig Schalter mit Bimetallstreifen
als Schaltglieder. Dabei sind die Bimetalle der Thermowächter 3 und 4 dem Bimetall
des Thermowächters 5 entgegengerichtet.
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Das Wesen der Erfindung liegt darin, daß einem auf die Grenztemperatur
t, der Ständerwicklung bei normalem Betrieb abgestimmten Thermowächter 3 ein zweiter
Thermowächter 4 beigegeben ist, der den Motor bei einer niedrigeren Wicklungstemperatur
t4 abschaltet, die die Wicklung in dem Augenblick erreicht, in dem die Temperatur
des blockierten Ständers ihre thermische Grenze erreicht, ausgehend vom kalten Zustand
beim Einschalten. Dabei wird der Thermowächter 4 durch einen zusätzlichen Thermowächter
5 überwacht, der auf eine Temperatur t, eingestellt ist, die etwas unterhalb der
Temperatur t, liegt. Durch die Wärmeisolation 6 spricht der zusätzliche Thermowächter
5 nur bei langsamem Temperaturanstieg vor dem Thermowächter 4 an und
macht
diesen damit unwirksam, bei schnellem Temperaturanstieg, also bei blockiertem Läufer
dagegen wird die Wirkung des Thermowächters 4 zur vorzeitigen Abschaltung des Motors
nicht beeinträchtigt.
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Nach dem Ausführungsbeispiel in den Bildern 2 und 3 wird der zusätzliche
Thermowächter 5 bei normalem, langsamem Temperaturanstieg in der Wicklung des eingeschalteten
Motors bei der Temperatur t- (60° C) abschalten und damit den Thermowächter 4, der
bei einer Temperatur t4 (70° C) auslöst, aus dem Stromkreis schalten. Der Motor
wird dann erst durch den Thermowächter 3 abgeschaltet, wenn seine Wicklung die Grenztemperatur
t. (110° C) erreicht hat. Steigt jedoch die Temperatur der Motorwicklung schnell
an, dann wird der Thermowächter 4 eher seine Temperatur t4 erreichen als der wärmeisolierte
zusätzliche Thermowächter 5, so daß der Motor dann schon bei einer Temperatur t4
(70° C) abgeschaltet wird.