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Vieradrige Steuerschaltung für einen reversierbaren elektromotorischen
Antrieb, vorzugsweise für Weichen u. dgl. in Eisenbahnstellwerken Die Erfindung
betrifft eine vieradrige Steuerschaltung für einen reversierbaren elektromotorischen
Antrieb, vorzugsweise für Weichen u. dgl. in Eisenbahnstellwerken, wobei der Antrieb
mit einem Dreiphasenmotor ausgerüstet ist, welcher drei offene Phasenwicklungen
enthält, und von deren Enden einige über drei Phasenleitungen mit der Steuereinrichtung
fest verbunden und andere an eine Umschalteinrichtung im Antrieb angeschlossen sind,
und wobei die Phasenwicklungen des Dreiphasenmotors in der Ruhestellung von einem
Überwachungsstrom durchflossen werden, indem über die drei Phasenleitungen und eine
überwachungsleitung zwei in Serie liegende Leiterschleifen gebildet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung dieser Art
zu schaffen, die bei größtmöglicher Sicherheit und möglichst geringer Störanfälligkeit
ein großes Nutzmoment beim Anlaufen erzielt.
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Es sind verschiedene Steuerschaltungen dieser Art bekannt, bei denen
die drei Phasenleitungen und eine Überwachungsleitung zwei in Serie liegende Leiterschleifen
bilden, zwischen welche die überwachungsrelais zur Vervollständigung des Stromkreises
geschaltet sind. Soll der Antrieb anlaufen, so ist es nötig, die beiden Leiterschleifen
wieder zu trennen, wodurch über die je zwei Leiter jeder Schleife die vier Enden
von zwei getrennten Wicklungsteilen des Motors in der Steuereinrichtung zur Verfügung
stehen.
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Bei den bisher bekannten Schaltungen werden diese beiden Wicklungsteile
je an eine Phase eines Zweiphasensystems gelegt, indem aus der verketteten Spannung
zwischen zwei Phasen des Dreiphasensystems sowie der dritten Phase und dem Nullpunkt
künstlich die zwei Phasen des Zweiphasensystems gebildet werden. Nach dem Anlaufen
des Motors werden die Wicklungsteile im Motor in ein Sternsystem zusammengeschaltet.
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Diese bekannten Anordnungen haben den Nachteil, daß die Anlaufbedingungen
nicht besonders günstig sind. Diese ungünstigen Eigenschaften zeigen sich in besonderem
Maße in ausgedehnten Eisenbahnanlagen mit großen Kabellängen; denn dort bedingt
der erforderliche größere Anlaufstrom, für die Kabel größere Leiterquerschnitte
zu wählen als für den auftretenden Dauerstrom erforderlich wären, damit der ohmsche
Widerstand die für das notwendige Anzugsmoment zulässige Größe nicht überschreitet.
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Gemäß der Erfindung ist zum Anlaufen des Antriebs eine offene Dreieckschaltung
vorgesehen, wobei eine Phasenwicklung des Dreiphasenmotors über eine Phasenleitung
und die Überwachungsleitung an eine verkettete Spannung und in an sich bekannter
Weise mindestens eine zweite Phasenwicklung über die zwei anderen Phasenleitungen
an eine zweite verkettete Spannung eines Dreiphasensystems gelegt sind.
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Durch diese Anlaufschaltung wird der Vorteil erreicht, daß der Antrieb
bei großen Zuleitungswiderständen mehr als das doppelte Anzugsmoment entwickelt,
als es unter gleichen Kabelverhältnissen bei den bekannten Schaltungen der Fall
wäre. Dies rührt daher, daß bei der Schaltung nach der Erfindung die Wicklungsströme
bei großen Zuleitungswiderständen um 120° phasenverschoben sind, wie bei einer symmetrischen
Drehstromschalturig. Bei den bekannten Schaltungen dagegen stehen die Ströme unter
90° aufeinander.
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Darüber hinaus bringt die durch die Schaltung nach der Erfindung erzielte
Vergrößerung des Anzugsmomentes aber auch noch den wesentlichen Vorteil mit sich,
daß der Stehstromkreis des Motors einen höheren Widerstand haben kann. Das besagt,
daß entweder bei gleichem Aderquerschnitt der Antrieb über eine größere Entfernung
gesteuert werden kann oder daß bei gleicher Entfernung wie bisher ein kleinerer
Aderquerschnitt und somit ein billigeres Kabel aus-. reichend ist.
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Bei der Ausführung der Schaltung nach der Erfindung ergeben sich zwei
Möglichkeiten für den Laufzustand, indem durch die Motorkontakte die drei Phasenwicklungen
des Motors entweder zu einem Dreiecksystem zusammengeschaltet werden oder aber indem
in bekannter Weise ein Sternsystem gebildet wird.
An Hand der Zeichnung
sollen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert werden.
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In F i g. 1 ist im Feld A der elektromotorische Antrieb mit den drei
Phasenwicklungen 1, Il und III und den Motorkontakten A 11 bis
A 13 und A 21 bis A 23
dargestellt: Der Antrieb ist über die
Leitungen L 1 bis L 4 mit der Steuereinrichtung im Feld B verbunden. In dieser ist
ein Überwachungsrelais B 1 für die Pluslage und ein Überwachungsrelais B 2 für die
Minuslage sowie ein Endlagen-Überwachungsrelais B 3, das die Umschaltung von Stellstrom
auf Oberwachungsstrom auslöst, angeordnet. Die Kontakte 111 und 112, 211, 311 bis
313, 411 bis 413 und 511 bis 516 gehören zu fünf nicht dargestellten Steuerrelais,
die ihrerseits in bekannter Weise von Tasten, Abhängigkeitsrelais od. dgl. gesteuert
werden. Über die Sicherung S1 und die Rückleitung R ist eine Gleichstromquelle für
den Überwachungsstrom angeschlossen. Über die Sicherungen S2, S3 und S4 wird die
Verbindung zwischen der Steuereinrichtung und den drei Phasen X, Y und Z
der Wechselstromquelle für den Stellstrom hergestellt.
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Die Schaltung ist im Überwachungszustand dargestellt. Der Überwachungsstrom
fließt von der Sicherung S 1 über den geschlossenen Kontakt 515 und die Leitung
L 3 zu den zusammengeschalteten Enden der Phasenwicklungen 1 und 1I des Antriebs.
Über die Phasenwicklung I, den geschlossenen Motorkontakt A 11 und die Überwachungsleitung
L 4 fließt der Strom zurück zur Steuereinrichtung. Die Phasenwicklung
11
ist durch die Kontakte A 21 bzw. A 13 abgetrennt und daher
stromlos. Von der Leitung L 4 fließt der Strom über den geschlossenen Kontakt 516
zum Pluslage-Überwachungsrelais B 1 und über die geschlossenen Kontakte 313 und
312 sowie die Leitung L 2 wieder zum Antrieb. Die Sperrzelle V verhindert, daß der
Strom auch durch das Relais B 3 fließt. Die Leitung L 2 ist unmittelbar mit der
Phasenwicklung 111 und diese mit der Leitung L 1 verbunden. Die Verbindung
zwischen der Leitung L 2 und der Phasenwicklung I ist durch den Kontakt A 12 im
Antrieb unterbrochen Von der Leitung L 1 fließt der Strom weiter über die Kontakte
311, 211 und 511 zur Rückleitung R.
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Wird die Weiche aufgefahren, so werden die Motorkontakte
A 11, A 12 und A 13 umgelegt, da der Antrieb aus seiner Endlage
heraus bewegt wird. Beim Schließen des Kontaktes A 11 fällt das Relais
B 1 ab;
dagegen wird die Leitung L 3 über die Wicklung 1 und die Kontakte
A 12 und A 23 sowie die Wicklung III mit der Leitung L i verbunden.
Eine gleichartige Verbindung entsteht über die Wicklung 1I und den geschlossenen
Kontakt A 13. Da somit der Ruhewiderstand des Relais B 1 überbrückt ist, steigt
der Strom an, wodurch beispielsweise die Sicherung S1 durchbrennt und den aufgefahrenen
Zustand anzeigt.
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Soll der Antrieb umgestellt werden, so öffnet zunächst der Kontakt
211, wodurch der Überwachungsstrom abgeschaltet wird und das Pluslage-Überwachungsrelais
B 1 abfällt. Danach öffnen die Kontakte 311, 312 und 313, während sofort
anschließend die Kontakte 411, 412 und 413 schließen. Sobald dieser Vorgang beendigt
ist, wird der Stellstrom angeschaltet, indem die Kontakte 511., 515 und 516 öffnen,
während die Kontakte 512, 513 und 514 schließen. Mit dem Kontakt 516 wird der Stromzweig
der Überwachungsrelais B 1 und B 2 abgetrennt. Der Kontakt
111 hat das Relais B 3 abgetrennt, und über den Kontakt 112 ist die Überwachungsleitung
L 4 mit der durch den Kontakt 512 angeschalteten Phase X dcs Stehstromnetzes verbunden
worden. Die Phase X ist aber auch über den geschlossenen Kontakt 411 an die
Leitung L 2 und die Phase Y ist über den Kontakt 412 an die Leitung L
1 angeschaltet. Somit liegen im Antrieb die Phasenwicklung 111 über die Leitungen
L-" und L 1 zwischen den Phasen X und Y, während gleichzeitig
die Phasenwicklung 1 über die Leitungen L 3 und L 4 zwischen die Phasen Z
und X gelegt ist Somit ist der Antrieb mit zwei Phasenwicklungen an zwei
verkettete Spannungen des Dreiphascnnetzes gelegt und läuft mit relativ hohem Drehmoment
an.
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Beim Anlaufen legen die Motorkontakte A 11 bis A 13
um. Der Kontakt A 13 schließt die Phasenwicklung 11, die mit ihrem einen
Ende schon über die Leitung L 3 mit der Phase Z verbunden war, mit ihrem anderen
Ende an die Leitung I_ 1 an, so daß diese Wicklung nun zwischen den Phasen Z und
Y liegt. Da die Kontakte A 11 und A 12 ohne Stromunterbrechung umlegen,
wird das eine Ende der Phasenwicklung 1 von der Leitung L 4 an die Leitung
L 2 angeschaltet, was jedoch am Schaltzustand nichts ändert, da beide Leitungen
an derselben Phase liegen.
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Nach einer kurzen Zeitverzögerung werden die Kontakte 111 und 112
zurückgelegt, so daß die Leitung L 4 von der Phase X abgetrennt und
über das Relais B 3 und den geschlossenen Kontakt 111 mit der Phase Y verbunden
wird.
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Sobald die Endlage der Weiche erreicht ist, legen die Kontakte
A 21 bis A 23 um. Dadurch wird die Verbindung von der Phasenwicklung
11 über die Leitung L 1 und den Kontakt 412 zur Phase Y unterbrochen
und statt dessen die Verbindung über den geschlossenen Kontakt A 21, die
Leitung L 4, das Relais B3 und den Kontakt 111 zur Phase Y hergestellt. Über
der Sperrzelle V zieht das Relais B 3 an und veranlaßt auf nicht dargestellte
Weise das Zurückstellen der Kontakte 511 bis 516. Da inzwischen auch der
Kontakt 211 wieder geschlossen wurde und die drei Phasen X, Y und Z durch
die Kontakte 512 bis 514 abgeschaltet sind, fließt nun wieder überwachungsstrom
über die Sicherung S 1, den Kontakt 515, die Leitung L 3, die Phasenwicklung 1I
(die Wicklung I ist durch die Kontakte A 1 1 bzw.
A 23 abgetrennt), den Motorkontakt A 21, die Leitung L 4, den Kontakt 516,
das Minuslage-Überwachungsrelais B2, die Kontakte 413 und 412, die Leitung L 1,
die Phasenwicklung 111, die Leitung L 2 und die Kontakte 411, 211 und 511
zur Rückleitung R.
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Die drei Phasenwicklungen des Motors werden also durch die Motorkontakte
nach dem Anlaufen in ein Dreiecksystem zusammengeschaltet, während der Anlauf in
offener Dreieckschaltung beginnt, weil eine der Phasenwicklungen abgeschaltet ist.
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Es ist auch möglich, die Phasenwicklungen und die Kontakte so anzuordnen,
daß die drei Phasenwicklungen durch die Motorkontakte nach dem Anlauf, wie bekannt,
in ein Sternsystem zusammengeschaltet werden. In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel
einer solchen Motorschaltung dargestellt, wobei die Leitungen L 1, L 2, L 3
und L 4 wiederum zu einer Steuereinrichtung führen, die genau gleich geschaltet
ist wie die in Feld B von F i g. 1 dargestellte, mit Ausnahme der Sperrzelle V,
die im umgekehrten Sinne sperren muß.
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Im dargestellten Überwachungszustand besteht lediglich ein Unterschied
gegenüber der Schaltung nach F i g. 1 darin, daß der Überwachungsstrom von
der
Leitung L 3 nicht zur Leitung L 4 geführt wird, sondern zur Leitung L 2; die zwischen
den Leitungen L 2 und L 4 angeschlossenen Überwachungsrelais B 1
bzw.
B 2 werden also im umgekehrten Sinne vom Strom durchflossen. Dafür ist die Leitung
L 4 über den Kontakt A 11 und die Wicklung 1 mit der Leitung L 1 verbunden, die
ihrerseits den Überwachungsstrom wieder zur Rückleitung R führt.
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Beim Anschalten des Motors, nachdem die Kontakte 311 und 312 sowie
411 und 412 umgelegt wurden, sind die Phasenwicklung 1I über die Leitung L2 mit
der Phase X und die damit in Reihe geschaltete Phasenwicklung IIl über die Leitung
L3 mit der Phase Z verbunden. Die Phasenwicklung I dagegen erhält über die Leitungen
L 4 und L 1 die verkettete Spannung zwischen den Phasen
X und Y. Somit ist der Motor wiederum an zwei verkettete Spannungen
des Dreiphasensysfems geschaltet, nur daß jetzt alle drei Phasenwicklungen (zwei
davon in Reihe) angeschaltet sind. Sobald der Antrieb angelaufen ist, legen die
Kontakte A 11 und A 12 um, wodurch das bisher mit der Leitung L 4
verbundene Ende der Phasenwicklung 1 zum Sternpunkt zwischen den Wicklungen 11 und
III zusammengeschaltet wird, so daß nun die drei Wicklungen in Sternschaltung an
den Phasen X, Y und Z liegen.
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Am Ende des Stehvorganges legen die Kontakte A 21 und
A 22 um, so daß die Phasenwicklung 1I mit dem einen Ende vom Sternpunkt abgetrennt
und an die Leitung L 4 angeschaltet wird. Somit liegt die Phasenwicklung II über
die Leitung L 2 und die Kontakte 411 und 512 an der Phase X sowie über die Leitung
L 4, die Sperrzelle V, das Relais B 3 und die Kontakte 111
und 513 an der Phase Y. Das Relais B 3
kann anziehen und die Abschaltung
des Stellstromes auslösen, so daß anschließend (wie bereits bei der Schaltung nach
F i g. 1 beschrieben) der überwachungsstrom wieder fließt.