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Mehrphasige elektrische Anlage und Verfahren zu ihrem Betrieb Im Patent
1092 557 ist eine mehrphasige elektrische Anlage, an welche zumindest ein parallel
arbeitender Generator und/oder ein Motor schaltbar ist, der einen herausgeführten,
an einen gemeinsamen Nulleiter anschließbaren Nullpunkt aufweist, unter Schutz gestellt,
bei welcher in den einzelnen Phasensträngen der Anschlußleitungen der elektrischen
Maschine einpolige Schalter vorgesehen sind, die das aufeinanderfolgendeZuschalten
der einzelnenPhasenstränge an die Sammelschienen der Anlage ermöglichen.
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Die Erfindung hat Verbesserungen dieser Anlage zum Ziel, wonach ein
zu großer Spannungsabfall in den Speisephasen empfindlicher Relais- oder Schaltspulen
während des Anschließens von Maschinen, z. B. Zusatzgeneratoren oder Asynchronmotoren,
an die Anlage vermieden wird. Nach einem Aspekt der Erfindung können Wechselstromgeneratoren
mit Einzelphasenzuschaltung in fünf Schritten, die von einem Zeitschalter gesteuert
werden, parallel geschaltet werden, und zwar mit einem Einleitungsschritt, in dem
der gesamte Strom in der Erregerwicklung des zuzuschaltenden Wechselstromgenerators
und in der Erregerwicklung seiner Erregermaschine unterbrochen wird, wobei mit dem
fünften Schritt wieder die normale Erregung des Generators hergestellt wird, der
so automatisch in Phasenübereinstimmung mit dem schon am Netz liegenden Generator
gebracht wird. Bei der verbesserten Parallelschaltvorrichtung für Generatoren ist
der herausgeführte Nullpunkt mit dem Nulleiter unter Zwischenschaltung entsprechender
Impedanzen verbunden, und außer den Schaltern in den Anschlußphasensträngen sind
zwei Schalter vorgesehen, die in den Stromkreis der Erregerwicklung des Zusatzgenerators
und in den Erregerstromkreis seiner Erregermaschine gelegt sind.
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Die Erfindung befaßt sich auch mit verschiedenen Verbesserungen in
den Anlaßvorrichtungen mit Einzelphasenzuschaltung für einen Asynchronmotor mit
Kurzschlußläufer, deren Merkmal es ist, daß in zwei Anschlußphasensträngen des Motors
einzelne Schalter vorgesehen sind, während in dem dritten Anschlußphasenstrang ein
von den erstgenannten Schaltern unabhängiger Schalter in Reihe mit einem Widerstand,
dem ein Schalter eines von einem Zeitschalter oder ähnlichem Gerät gesteuerten Schützes
parallel geschaltet ist, angeordnet ist.
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Hierdurch wird es von dem dritten Schritt des Anlaßvorganges mit Einzelphasenzuschaltung
auch für einen Dreiphasenmotor, der auf Grund des Vorhandenseins des oder der obenerwähnten
Widerstände unsymmetrisch läuft, möglich, eine Drehzahl nahe der Synchrondrehzahl
anzunehmen mit einer beträchtlichen Verminderung der Leistungsaufnahme auf Grund
des bei dem zweiten Schritt aufgenommenen Stromes.
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Die Erfindung befaßt sich des weiteren mit einer Verbesserung, die
darin besteht, daß in den Nulleiter ein Widerstand, eine Impedanz oder eine reine
Reaktanz eingeschaltet wird, die eventuell den Fortfall des vierten oder fünften
Schrittes beim Anlassen eines Asynchronmotors, wie sie erfindungsgemäß vorgesehen
sind, ermöglichen, indem der anomale Stromstoß unterdrückt wird, wenn der dritte
Schalter geschlossen wird, und indem auch der dem Einschalten des ersten Schalters
folgende Stromstoß vermindert wird, derart, daß sich die überspannungen, die sich
zwischen den verschiedenen Phasen infolge der verschiedenen Einschaltungen ergeben,
besser ausgleichen, wobei die Verminderung der überspannung beim Einschalten des
ersten Schalters kompensiert wird durch eine Erhöhung der überspannung beim Einschalten
des zweiten Schalters.
Die Erfindung betrifft schließlich auch eine
Vorrichtung, die an Stelle der verschiedenen Schalter verwendet werden kann, welche
das Anschließen der elektrischen Maschinen mit Einzelphasenzuschaltung ermöglichen,
derenMerkmal dieAnordnung mehrerer Kurvenscheiben ist, die nacheinander das öffnen
und Schließen der verschiedenen Kontakte regeln und auf einer Welle sitzen, deren
Drehung von einem Servomotor oder einem Elektromotor gesteuert wird, der mit einer
Verzögerungsvorrichtung verbunden ist und zwischen der zweiten und dritten Phase
des Netzes oder zwischen der zweiten Phase und dem Nullpunkt des Netzes liegt.
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Weitere Merkmale ergeben sich aus der Beschreibung, in der verschiedene
Ausführungsbeispiele vorliegender Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert
sind. Hierin zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Parallelschalten
zweier Generatoren mit Einzelphasenzuschaltung in fünf Schritten, Fig. 2 eine schematische
Darstellung einer Vorrichtung zum Anlassen eines Asynchronmotors in vier Schritten,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Anlassen eines Asynchronmotors
in fünf Schritten, Fig.4 eine Abwandlung der Fig. 3, in welcher in ähnlicher Weise
schematisch eine Vorrichtung zum Anlassen eines Asynchronmotors in fünf Schritten
gezeigt ist, und Fig. 5 eine schematischeVorrichtung zumAnlassen eines Asynchronmotors,
bei dem Widerstände in dem Nulleiter derart vorgesehen sind, daß man in immer stärkerem
Maße während des Zuschaltens der Phasen LUberspannungen erhält, wodurch in den meisten
Fällen der vierte und fünfte Schritt unterdrückt werden kann.
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Die Schaltung in Fig. 1 zeigt eine Parallelschaltvorrichtung mit Einzelphasenzuschaltung
für einen Wechselstromgenerator 2, der zu einem Generator 1 zugeschaltet werden
soll, wobei die beidenNullpunkte vorläufig durch eine Verbindung 7 und den Widerstand
18 bzw. eine Verbindung 7 a und den Widerstand 19 mit der vierten Leitung des die
drei Phasen R, S, T und den Nulleiter N aufweisenden Netzes verbunden sind.
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Das Zuschalten erfolgt in fünf Schritten, deren Abstände durch einen
von dem Schalter 12 geregelten Zeitschalter 11 bestimmt werden, wodurch das nacheinander
erfolgende Einschalten der Schaltschütze 4', 5', 6' der Schalter 4, 5, 6 und des
die Schalter 20 und 21 betätigenden Schützes 20' veranlaßt wird.
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Beim ersten Schritt werden die Schalter 20 und 21 derart betätigt,
daß der Strom im Polrad des Generators 2 und in der Erregerwicklung seiner Erregermaschine
16 unterbrochen wird.
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Beim zweiten Schritt (etwa 1 Sekunde später, damit der magnetische
Fluß verschwinden kann) wird das Schütz 4' eingeschaltet.
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1 Sekunde oder den Bruchteil einer Sekunde später, welche es dem automatischen
Spannungsregler 15 des in Betrieb befindlichen Generators 1 gestattet, zu reagieren,
ruft der dritte Schritt das Einschalten des Schützes 5' hervor.
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1 oder 2 Sekunden danach, damit sich die Generatoren in synchronen
Lauf bringen, sofern sie es noch nicht sind, erfolgt der vierte Schritt mit dem
Einschalten des Schützes 6'. Beim fünften Schritt werden die Schalter
20 und 21 geschlossen, um die normale Erregung des Generators 2 wiederherzustellen
und um den Strom wieder durch das Polrad zu schicken. Die Schalter20 und 21 schließen
und öffnen sich gleichzeitig; es ist unnötig, sie von getrennten Schützen regeln
zu lassen.
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Der Generator 2 kommt auf diese Weise automatisch in Phasenübereinstimmung
mit dem Generator 1.
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Das Einfügen der Widerstände 18 und 19, die auch durch Impedanzen
des gleichen Wertes oder von reinenReaktanzen ersetzt werden können, in dieNullleiter
der beiden Generatoren erleichtert das Zuschalten, indem die Ausgleichsströme vermindert
werden.
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Die Besonderheit der Fig. 2 besteht in dem Vorhandensein eines Widerstandes
18 in Reihe mit der Anschlußleitung des Motors 8 an die dritte Phase T, wobei der
Widerstand 18 mit Hilfe eines Schalters 20 nach dem Einschalten des Schaltschützes
6' am Ende einer veränderlichen Zeit, je nach der Art der angetriebenen Maschine,
kurzgeschlossen wird.
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Die Größe des ohmschen Widerstandes 18 muß ausreichen, um den Stromstoß
beim Schließen des Schalters 6 zu vermindern und um den Spannungsabfall zwischen
den Phasen S und T unter den vorgeschriebenen Wert zu begrenzen.
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Dieser Widerstand hat den Vorteil, den Wert der Stromstöße zu vermindern,
indem der normale dritte Schritt beim Anlassen mit Einzelphasenzuschaltung in zwei
getrennte Schritte unterteilt wird.
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Er gestattet es des weiteren, nach der Verbindung der Phase T mit
dem Motor unter Zwischenschaltung des Widerstandes 18 beim dritten Schritt einen
unsymmetrischen Dreiphasenbetrieb zu erzielen, während der Motor beim zweiten Schritt
als schlechter Zweiphasenmotor arbeitet, der nicht in der Lage ist, eine genügende
Antriebskraft zu entwickeln, um eine der Synchrondrehzahl nahekommende Drehzahl
zu erreichen.
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Nach dem dritten Schritt, also dem Anschließen der Phase T unter Zwischenschaltung
des Widerstandes 18, kann der Motor im Gegensatz dazu eine Drehzahl in der
Nähe der Synchrondrehzahl annehmen, und der aufgenommene Strom ist beträchtlich
vermindert, bezogen auf den Anlaßstrom während des zweiten Schrittes. Der aufgenommene
Strom hat einen Wert ziemlich in der Nähe des normalen Leerlaufstromes.
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Bei diesen Bedingungen ist der Spannungsabfall zwischen den Phasen
S und T sehr klein, wenn der Schalter 20 geschlossen wird.
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Wenn der Motor 8 keine allzu große Trägheit besitzt, kann dieser
sich rasch beschleunigen, und die Zeiträume zwischen dem Zuschalten der Schalter
6 und 20 können in der gleichen Größenordnung liegen wie diejenigen, die das Zuschalten
zwischen den anderen Kontakten (4 und 5 oder 5 und 6) voneinander trennen.
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Der Widerstand 18 kann also sehr klein ausgebildet sein.
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Wenn im Gegensatz dazu der Motor 8 eine große Trägheit besitzt,
muß auch der Zeitraum zwischen dem Zuschalten der Schalter 6 und 20 größer sein,
und der Widerstand 18 ist dementsprechend größer zu bemessen.
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Die Spule des Schalters 20 ist in Fig. 2 mit 20' bezeichnet.
In
dem Fall der Fig.3, die die Schaltung für schweren Anlauf darstellt, ist in Reihe
mit dem Widerstand 18 ein zweiter Widerstand 19 vorgesehen, wobei
die beiden Widerstände durch die Schalter 20
und 21 mit den Magnetspulen 20'
und 21' kurzgeschlossen werden können. Bei diesem Ausführungsbeispiel schließen
sich die Schalter 20 und 21 nacheinander derart, daß beim zweiten Schalter der Gesamtwiderstand
18 + 19 kurzgeschlossen ist, der in der Verbindungsleitung zwischen dem Motor und
der Phase T liegt.
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Die Zeiträume zwischen dem Schließen des Schalters 20 und des Schalters
6 einerseits und zwischen dem Schließen des Schalters 20 und des Schalters
21
andererseits müssen in jedem Fall ebenso wie der ohmsche Wert der Widerstände
18 und 19 bestimmt sein.
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In der Abwandlung nach Fig. 4 gestatten aus wirtschaftlichen Gründen
die Kontakte der Schalter 20
und 21 zunächst das Errichten der Verbindung
der Phase T mit den beiden in Reihe geschalteten Widerständen 18 und
19 und dann das Kurzschließen des zweiten Widerstandes. Diese Kontakte sind
nicht dazu bestimmt, eine überbrückung während längererZeiten für einen Strom großer
Stärke zu bilden. In der Tat ist es in diesem Schaltbild derKontakt des Schalters
6,
der die beiden Widerstände 18 und 19 zusammen kurzschließt und auch eine
überbrückung der beiden Schalter 20 und 21 darstellt, so daß man diesen
beiden Schaltern sehr viel kleinere Abmessungen geben kann.
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Die Arbeitsweise, die nachfolgend nochmals geschildert wird, ist leicht
zu verstehen: Schließen des Schalters 20 beim dritten Schritt, Schließen
des Schalters 21 beim vierten Schritt und Schließen des Schalters 6 beim fünften
Schritt.
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Es ist zu bemerken, daß die Gesamtanordnung der Schalter 4, 5, 6 und
eventuell 20 und 21, wie sie in den Schaltungen der Fig. 2, 3 und 4 verwendet werden,
durch andere ähnliche elektrische Geräte ersetzt werden kann oder durch eine einheitliche
Vorrichtung mit mehreren Polen mit verschiedenen Kontakten, welche durch Kurvenscheiben
betätigt werden, die von einem Servomotor oder einem magnetischen Relais mit Verzögerung
derart angetrieben werden, daß das aufeinanderfolgende Schalten in den notwendigen
Zeitabständen erfolgt.
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Wenn ein elektrisch gespeister Antriebs-Servomotor verwendet wird,
kann er einphasig sein und liegt vorzugsweise zwischen den Phasen S und T oder zwischen
der Phase S und dem Nullpunkt.
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Man wird zwischen diesen Phasen S und T oder zwischen
der Phase T und dem Nulleiter alle einphasigen Geräte geringer Leistung anschließen,
die insbesondere von Spannungsänderungen beeinflußt werden.
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Bei einer ortsbeweglichen Anlage wird man nicht nur die Betätigungsspulen
für die elektrisch ferngesteuerten Schalter an diesen Phasen anschließen, sondern
in gleicher Weise auch die Anzugsspulen der Schalter und des weiteren die Relais
für die Brandüberwachung, die Signalisation, die Befehlsübertragung, die Radioapparate
usw.
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In dem Ausführungsbeispiel der Fig.5 sind die Widerstände
18 und 19 an den Nulleiter wie in dem Schaltbild nach Fig.1 angeschlossen.
Die Widerstände können durch Impedanzen oder reine Reaktanzen ersetzt werden, die
in den Nulleiter des Motors 8 eingesetzt sind. In dem allgemeinen Fall des Anlassens
kann man hier mit drei Schritten auskommen. Dies liegt daran, daß man in dieser
Figur keine Schalter 20 und 21 benötigt, welche die Widerstände
18 und 19 kurzschließen.
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Der Spannungsabfall in den genannten Widerständen in dem Nulleiter
ist in der Tat automatisch vermindert, weil von dem Moment an, wo die Hauptschalter
der drei Phasen eingeschaltet sind und der Motor symmetrisch gespeist wird, in dem
Nulleiter kein merklicher Strom mehr zirkuliert, welcher die Funktion des Motors
beeinflussen würde.
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Ferner ist die Überspannung, die zwischen den Phasen S und T während
des Einschaltens des Schalters 4 bei den vorgenannten Schaltungen auftritt, beträchtlich
vermindert, während die überspannung, die während des Einschaltens des Kontaktes
5 erzeugt wird, erhöht wird.
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Die auftretenden Überspannungen sind daher besser abgestuft, und die
Haltbarkeit der Schalter wird verbessert.