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Anlaßrelais für Einphasen-Induktionsmotoren Einphasen-Induktionsmotoren
besitzen bekanntlich außer ihrer Hauptphasenwicklung noch eine Hilfsphasenwicklung,
die zur Ingangsetzung des Motors erforderlich ist. Die Hilfsphasenwicklung wird
durch ein Anlaßrelais gesteuert, das im Stromkreis der Hauptphasenwicklung angeordnet
ist, das also durch den Hauptphasenstrom erregt wird. Im allgemeinen wird die Hilfsphasenwicklung
nur beim Anlassen des Motors eingeschaltet, indem durch den Hauptphasenkurzschlußstrom
der Relaiskontakt für den Hilfsphasenstromkreis geschlossen wird. Das Relais fällt
nach dem Hochlaufen des Motors wegen des kleiner werdenden Hauptphasenstromes ab
und öffnet dadurch den Hilfsphasenstromkreis wieder. Als Anlaßrelais können thermische
oder magnetische Relais verwendet werden. Am gebräuchlichsten sind magnetische Relais,
bei denen aber meist der Nachteil besteht, daß sie nicht flatterfrei arbeiten. Zwischen
Anzugs- und Abfallstrom besteht nämlich eine DüTerenz, die unter Umständen größer
als die zwischen Kurzschlußstrom und Nennstrom des Motors bestehende Differenz ist,
so daß ein einwandfreies Anziehen oder Abfallen des Relais nicht mehr gewährleistet
ist. Außerdem sind die bekannten Relais meist lage- und frequenzabhängig. Dies trifft
auch teilweise auf die bekannten Differentialrelais zu, die als Anlaßrelais Verwendung
finden. Diese Relais sind so ausgeführt, daß zwei Wicklungen auf einen Kern angeordnet
sind. Sie besitzen einen verhältnismäßig schweren Anker, so daß sie zumindest lageabhängig
sind. Außerdem arbeiten sie auch nicht flatterfrei.
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Die Erfindung bezweckt, ein als Differentialrelais ausgebildetes Anlaßrelais
für Einphasen-Induktionsmotoren zu schaffen, bei dem die erwähnten Nachteile vermieden
sind. Bei einem Relais, bei dem die eine der beiden Wicklungen mit der Hauptphasenwicklung
des Motors und die andere Wicklung über einen vom Relais betätigten Kontakt mit
der Hilfsphasenwicklung des Motors in Reihe liegt, wird dies erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß die Relaiswicklungen in an sich bekannter Weise auf zwei getrennten
Magnetkernen angeordnet sind, wobei diese Kerne die Außenkerne eines E-förmigen
Relaiskörpers sind und mit einem als gemeinsamen Rückschluß dienenden Mittelkern
zwei Magnetkreise (1, 11) bilden, von denen durch einen Anker eines den Kontakt
tragenden Kippgliedes je nach dessen Stellung der eine oder andere geschlossen
wird.
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Durch die Verwendung als Differentialrelais mit einem Kippglied, das
gleichzeitig die Weiterleitung des über einen gemeinsamen Rückschluß verlaufenden
magnetischen Flusses übernimmt, ist eine besonders günstige Raumaufteilung möglich.
Außerdem wird der Aufbau sehr einfach, so daß gegenüber bekannten Relais mit zwei
auf getrennten Magnetkernen angeordneten Wicklungen ein erheblicher Fortschritt
erzielt wird.
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Zweckmäßigerweise besteht das Kippglied aus einem U-förmigen Federblech,
das mit den Enden am Relaiskörper eingespannt ist, mit seinen Schenkeln den Mittelkern
umfaßt und in seinem Mittelteil den Anker besitzt. Der magnetische Widerstand des
einen vom Hauptphasenstrom beeinflußten mangetischen Kreises ist durch ein zwischengefügtes
Teil aus nichtmagnetischem Material vergrößert. Zur Phasenkorrektur sind ohmsche
oder kapazitive Widerstände vorgesehen.
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Das erfindungsgemäße Anlaßrelais hat auch außer den bereits erwähnten
Vorteilen noch folgende weitere Vorzüge: Zunächst ist ein solches Relais wie auch
die bekannten Differentialrelais nahezu frequenzunabhängig, und es hat infolge des
Kippgliedes eine flatterfreie Kontaktgabe des Hilfsphasenkontaktes. Darüber hinaus
besitzt es auch alle die den Differentialrelais eigenen Vorteile, insbesondere die
Spannungsunabhängigkeit, so daß auch bei relativ großen Über-und Unterspannungen
ohne Schwierigkeiten der Anlauf des Motors gesteuert werden kann.
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Im folgenden ist an Hand der Zeichnung die Erfindung näher erläutert.
In Fig. 1 ist der grundsätzliche Aufbau des Anlaßrelais dargestellt; Fig.
2 zeigt das Relais im Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1; in Fig.
3 ist in einem Schaubild der Stromverlauf in der Haupt- und Hilfsphase eines
Einphaseninduktionsmotors beim Anlauf dargestellt;
Fig. 4 zeigt
die Stromverhältnisse beim Anlauf eines Einphaseninduktionsmotors bei Über-, Nenn-
und Unterspannung.
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In Fig. 1 bedeutet 1 ein Rückschlußeisen, an dem ein
in zwei stabile Lagen umschnappbares Kippglied 6
bekannter Bauart befestigt
ist. Das Kippglied 6
trägt einen Anker 7 und außerdem ein Kontaktteil
9.
An dem Rückschlußeisen 1 sind einerseits die ferromagnetischen
Teile 2 und 5 sowie andererseits ein aus nichtmagnetischem Material bestehender
Teil 4 und der ferromagnetische Teil 3 befestigt. Auf den Teilen
3 und 5 sind die Wicklungen 8 und 10 angebracht, die
von den Strömen, zweier Stromkreise durchflossen werden. Das eine Ende der Wicklung
10 führt zu einem Kontaktteil 12, der zusammen mit dem Kontaktteil
9 den Schaltkontakt des Relais bildet. Das eine Ende der Wicklung
8 ist mit dem ferromagnetischen Teil 3 und dieser über eine Brücke
11 mit dem Rückschlußeisen 1 verbunden. Die Anschlüsse des Relais
werden in den Punkten 13, 14 und 15 vorgenommen. Bei der Stellung
nach Fig. 1 ist der Relaiskontakt geöffnet, und der Anker 7 steht
zwischen dem von den Teilen 1 und 5 gebildeten Luftspalt. Durch die
Teile 1, 2, 5 und 7 wird ein magnetischer Kreis I gebildet,
der in dieser Kontaktstellung seinen geringsten magnetischen Widerstand besitzt.
Gleichzeitig ist in dem Magnetkreis II, der durch die ferromagnetischen Teile 3-,
5, 7 und dem nichtmagnetischen Teil 4 gebildet wird, der größte magnetische
Widerstand vorhanden.
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Fließt ein Strom bestimmter Größe von dem ZU-schluß 15 über
die Brücke 11, den Eisenteil 3, durch die Spule 8 zum Anschluß
13, so wird in dem Magnetkreis Il ein Fluß erzeugt, der den Anker
7 in die gestrichelt gekennzeichnete Lage zieht und dabei das Kippglied in
seine zweite Stellung kippt. Gleichzeitig schließt der Kontakt 9, und es
fließt ein Strom vom Anschluß 15 über den Kontakt 9, die Spule
10 zum Anschluß 14. Dadurch tritt auch im Magnetkreis I ein Fluß auf, der
dem des Kreises II entgegenwirkt, so daß nun auf den Anker die magnetischen Kreise
beider Kräfte wirken. Der Anker hält die eingenommene Lage so lange bei, bis die
vom anderen Kreis herrührende Kraft so viel größer ist, als zur Betätigung des Kippgliedes
nötig ist. Wird nun beispielsweise der Strom in der Wicklung 8 kleiner, so
verringert sich damit auch der Fluß im magnetischen Kreis 11
und die Kraft,
die durch Anziehung des Ankers den Kontakt geschlossen hält.
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Bleibt der Strom in der Spule 10 und damit der Fluß im Magnetkreis
I zumindest nahezu konstant, so wird sich der Einfluß des Kreises I auf den Anker
immer mehr auswirken, und bei einer bestimmtenDifferenz der in den Wicklungen
8 und 10 fließenden Ströme wird der Anker 7 in die Ausgangslage
zurückgezogen und der Kontakt geöffnet. Dadurch wird die Wicklung 10 stromlos.
Das Kippglied ist so eingestellt, daß dernun verbleibende Fluß im Kreis II nicht
mehr ausreicht, den Anker zu kippen. Die Wicklung 8 ist dabei in den Hauptphasenstromkreis
geschaltet, während die Wicklung 10 mit der Hilfsphase des Motors in Reihe
liegt.
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Die Schnittdarstellung in Fig. 2 zeigt die Anordnung des Kippgliedes.
Bei dem Ausführungsbeispiel besteht das Kippglied 6 aus einem U-förmigen
Blech aus federndem Material, das mit den freien Schenkelenden 16, 17 auf
dem Isolierteil 4 befestigt ist, wobei die Schenkelenden gegeneinander verspannt
sind. Dadurch erhält das Kippglied eine Vorspannung und zwei definierte Endlagen.
Durch eine Brücke 24 ist bei dieser Ausführung das Kippglied 6 mit dem Rückschlußeisen
1 elektrisch leitend verbunden. Grundsätzlich lassen sich auch andere Kippgliedformen
verwenden, jedoch ist die dargestellte Form insofern vorteilhaft, als sie das Rückschlußeisen
1 umfaßt und die durch den magnetischen Fluß in den Kreisen I und II auf
den Anker 7 und damit auf das Kippglied 6 ausgeübte Kraft am Kippglied
mittig angreift.
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Bei dem in Fig. 3 dargestellten Schaubild ist der Strom der
Haupt- und Hilfsphasen eines Einphaseninduktionsmotors über der Drehzahl aufgetragen.
Beim Einschalten des Motors steigt der Hauptphasenstrom auf seinen. Kurzschlußstromwert
an (JkHa). Dieser Strom fließt durch die Spule 8 und bewirkt ein Umkippen
des Ankers in die Einschaltstellung. Dadurch wird die Hilfsphase des Motors und
damit in dem Relais eine Gegenerregung eingeschaltet. Der Hilfsphasenstrom ist in
der Darstellung mit JHi bezeichnet. Beim Hochlauf des Motors ändert sich der Strom
in der Hauptphase JH" stärker als der Hilfsphasenstrom. Bei einem bestimmten Zeitpunkt
entsprechend der Drehzahl n, ist der Hauptphasenstrom so weit abgefallen, daß der
Hilfsphasenstrom ein Umkippen des Ankers und damit die Abschaltung der Hilfsphase
vom Netz bewirkt. Die Flußdifferenz A p in den magnetischen Kreisen I und
II ist proportional der in der Zeichnung mit A J bezeichneten Stromdifferenz.
Die Abschaltung der HiNsphase muß auf jeden Fall nach Überschreitung des Kippunktes
des Motors erfolgen.
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Nach dem Abschalten der Hilfsphase geht der Hauptphasenstrom JH" in
den Nennstrom J. des Motors über. Im Kreis I wird der Fluß Null, und der im Kreis
II verbleibende Fluß reicht nicht aus, die HiNsphase wieder einzuschalten.
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Da die Ausschaltung der Hilfsphase nicht von Absolutwerten des Stromes
und damit von der Spannung, sondern von der Differenz des Hauptphasen- und Hilfsphasenstromes
abhängig ist, läßt sich das Relais in bekannter Weise über einen großen Spannungsbereich
verwenden.
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Dies ist im folgenden an Hand der in Fig. 4 dargestellten Stromverhältnisse
beim Anlauf von Einphaseninduktionsmotoren erläutert. Entsprechend dem Schaubild
nach Fig. 3 sind hierbei ebenfalls die Ströme der Haupt- und I-Elfsphase
über der Drehzahl aufgetragen. Die mit 18, 19 und 20 bezeichneten Linien
stellen die Hauptphasenströme bei Über-, Nenn- bzw. Unterspannung dar. Entsprechend
bezeichnen 21, 22 und 23 die Hilfsphasenströme bei Über-, Neun- bzw. Unterspannung.
Da die Abschaltung unabhängig von der Höhe der Spannung und damit von der Größe
der Ströme erfolgt und nur allein durch die Stromdifferenz A J bewirkt
wird, muß bei Verwendung für extrem große Spannungsbereiche lediglich gewährleistet
sein, daß bei der niedrigsten zu erwartenden Netzspannung ein bestimmter, mit J,
bezeichneter Stromwert in der Hauptphase überschritten wird. Außerdem muß auch bei
Überspannung der Nennstrom Jit der Hauptphase so klein werden, daß er unter dem
Ansprechstrom des Relais liegt und dadurch ein Rückfall des Relais auf jeden Fall
vermieden wird. Das Relais ist nicht an einen bestimmten Motortyp gebunden, sondern
läßt sich ohne Schwierigkeiten bei allen Motoren mit ähnlicher Charakteristik verwenden.
Es muß nur darauf geachtet werden, daß eine bestimmte Stromdifferenz A J
und damit eine entsprechende
Flußdifferenz 1 (p erreicht
wird, wobei die Stromdifferenz entsprechend dem Aufbau des Relais verschiedene Werte
aufweisen kann.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß sich der Kippanker zweckmäßigerweise
jeweils so in den Luftspalt einfügt, daß er bei Erregung im Weg der größten Felddichte
liegt. Dadurch wird vermieden, daß der Kontakt durch das im Relais herrschende Wechselfeld
flattert.