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Magnetisches Anlaß-Stromrelais mit Tauchan#ker für Einphasen-Induktionsmotore
Bei Einphasen-Induktionsmotoren mit Haupt- und Hilfsphase ist ein sogenanntes Anlaßrelais
vorgesehen, das die Hilfsphase beim Einschalten des Motors infolge eines großen
Hauptphasenstromes selbsttätig einschaltet und sie später, wenn der Motor eine bestimmte
Drehzahl erreicht hat, wieder ausschaltet. Bei der Zu- und Abschaltung durch das
Anlaßrelais wird die Tatsache ausgenutzt, daß der Hauptphasenstrom zunächst sehr
groß ist und mit steigender Drehzahl des Motors auf einen geringeren Wert zurückgeht.
Das Relais muß so ausgebildet sein, daß seine Ansprechgrenze unterhalb des Anlaßstromes
und seine Abfallgrenze oberhalb des Betriebsstromes des Motors liegt.
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Da der Anlaufvorgang auch bei erhöhter oder verminderter Netzspannung
noch einwandfrei sein soll, können Relais mit einer großen Differenz zwischen Anzugs-
und Abfallstrom nicht verwendet werden. Es sind daher Bestrebungen im Gange, Relais
zu konstruieren, bei denen die Differenz zwischen Anzugs- und Abfallstrom gering
ist, bei denen also das Verhältnis der Differenz von Anzugsstrom und Abfallstrom
zum Abfallstrom möglichst klein ist. Die Stromverhältnisse bei einem Einphasen-Induktionsmotor
sind in der F i g. 1 dargestellt, bei der über der Drehzahl n der Hauptphasenstrom
J aufgetragen ist. Die drei Kurven 1, 2 und 3 zeigen die Verhältnisse
bei erhöhter Spannung, bei Nennspannung und bei verminderter Spannung. Durch die
gestrichelten, waagerechten Linien 4 und 5 ist der Anzugsstrom J"" bzw. der
Ab-
fallstrom JA eines Anlaßrelais mit relativ großer Differenz zwischen
Anzugs- und Abfallstrom gekennzeichnet. Die Figur zeigt, daß die Differenz zwischen
beiden Strömen zu groß ist, denn ein Relais mit diesen Daten würde bei verminderter
Spannung nicht ansprechen und bei erhöhter Spannung nicht mehr abfallen. An Hand
der F i g. 2 seien die Verhältnisse, die für die Differenz zwischen Anzugs-
und Abfallstrom bei Tauchankerrelais maßgebend sind, erläutert. In der Darstellung
ist zu jeder Ankerhöhenlage h die Kraft P aufgetragen, die sich bei einer bestimmten
Erregung ergibt. Da der Anker A vertikal verschiebbar ist, wird für
h die Senkrechte verwendet. h = 0 entspricht dabei der Symmetrielage
des Ankers zur Spule, d. h. der Lage des Ankers im magnetischen Schwerpunkt
der Spule. Der Anker A ist also-' entsprechend der nebenstehenden Darstellung
zur Spule S in Pfeilrichtung verschiebbar. Bei der dargestellten Kurvenschar
ist der die Relaisspule durchfließende Strom Parameter. Bei h.. was der vollen Eintauchtiefe
des Ankers in der Relaisspule, also der Symmetrielage entspricht, ist die von der
Spule auf den Anker ausgeübte Kraft Null. Die Kurven zeigen, daß die auf den Anker
ausgeübte Kraft bis zu einer kritischen Höhe hk ansteigt und dann wieder abfällt.
Fließt in der Relaisspule der Strom J., so wird auf den Anker, wenn er sich
unterhalb der Höhe h" befindet, zwar bereits eine Kraft ausgeübt, jedoch ist diese
Kraft nicht ausreichend, den Anker anzuheben, da sein Eigengewicht größer ist. Die
bei G aufgetragene Linie stellt die Größe des Ankergewichtes dar. Bei der
angenommenen Lage unterhalb h" verläuft die Kurve J', noch links von G,
d. h., das Ankergewicht ist noch größer als die von der Spule ausgeübte Kraft.
Ein Anheben des Ankers durch das Kraftfeld der Relaisspule ist nur möglich, wenn
die Ausgangslage des Ankers so gewählt ist, daß die von der Spule ausgeübte Kraft
größer als das Ankergewicht ist. Ein solcher Ausgangspunkt müßte bei einer Erregerstromstärke
J.., also mindestens oberhalb des Punktes h" liegen, denn dann wird der Tauchanker
in die Relaisspule mit einer Kraft hineingezogen, die der in dem rechts von
G verlaufenden Teil der Kurve J, entspricht. Ist die Ausgangslage
h"" so springt also sozusagen der Anker von der Ausgangslage auf seine Endstellung
h.. die auf der Kurve J senkrecht über dem zu h", gehörenden Kurvenpunkt
liegt. Infolge seines Gewichtes kann er die Syn-unetrielage h. nicht erreichen.
Bei geringeren Erregerstromstärken 11 oder J, muß die Ausgangslage entsprechend
höher, also über h"2 bzw. h", gelegt werden, wenn der Anker noch ansprechen soll.
Bei der Stromstärke f, ist ein Ansprechen überhaupt nicht möglich, da das Ankergewicht
bei jeder Lage größer als die Kraft der Spule ist. Um den Anker des Relais zum Abfallen
zu
bringen, muß der Relaisstrom so weit zurückgehen, daß das Ankergewicht wieder wirksam
werden kann, #d. h., der Relaisstrom muß also mindestens auf den Wertfo zurückgehen.
In einem Diagramm, bei dem die Ankerhöhe h über der Erregerstromstärke
J aufgetragen ist, bedeutet das, daß die Kurve Unstetigkeitsstellen besitzt.
Diese Verhältnisse zeigt F i g. 3. Bei der Stromstärke J"" zieht der Anker
sprunghaft an und verändert bei steigendem Strom seine Lage nur noch geringfügig.
Sinkt der Strom, so tritt ein Abfallen des Ankers erst bei einem Strom J"l, ein,
der um den Betrag A J unter dem Anzugsstrom J"" liegt. Die Lageänderung
des Ankers erfolgt ebenfalls sprunghaft. Die Differenz zwischen Anzugs- und Abfallstrom
läßt sich bei den bekannten Tauchankerrelais, bei denen die Ausgangslage des Ankers
unterhalb der kritischen Höhehk liegt, nur sehr schwer verkleinern und schon gar
nicht vermeiden. Für Anlaßrelais, bei denen eine möglichst kleine Differenz zwischen
Anzugs- und Abfallstrom erwünscht ist, sind solche Geräte daher höchst unbefriedigend.
Bei den geschilderten Verhältnissen ist nicht berücksichtigt worden, daß der Anker,
wenn er gleichzeitig Kontaktträger ist, seine Lage in Kontaktschließstellung nicht
mehr verändern kann, denn die Gegenkontakte bilden die obere Begrenzung seiner Bewegung.
Die oberen Kurventeile müßten also in solchem Fall horizontal verlaufen.
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Es sind zwar auch Relais bekannt, die nur eine geringe Differenz zwischen
Anzugs- und Abfallstrom besitzen, jedoch wird bei diesem Relais ein Eisenrückschluß
verwendet, so daß die Änderung des Flusses mit dem Weg sehr groß ist. Der Anker
dieses Relais bewegt sich daher bei Erregung der Relaisspule sprunghaft. Die Differenz
zwischen Anzugs-und Abfallstrom läßt sich aber auch wegen der Hystereseeigenschaften
des den Rückschluß bildenden Materials nicht vermeiden.
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Es sind aber auch nicht eisengeschlossene Relais für Einphaseninduktionsmotore
bekannt, bei denen die eingangs erwähnten Schwierigkeiten bei über-oder Unterspannung
durch Verwendung besonderer Hilfseinrichtungen umgangen werden. Diese Relais besitzen
ein dem Magnetanker zugeordnetes Hilfsorgan, das erst bei überspannung in eine eine
Gegenkraft speichernde Stellung gebracht, nach erfolgtem Anlauf des Motors beim
Stromabfall in der Hauptwicklung wirksam wird und den Anker unter zusätzlicher Krafteinwirkung
in seine Ausgangsstellung zurückführt. Durch diese Zusatzeinrichtung wird das Relais
aber verhältnismäßig aufwendig und ist daher unvorteilhaft.
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Die Erfindung betrifft ein magnetisches Anlaß-Stromrelais mitTauchanker
fürEinphaseninduktionsmotore mit Haupt- und Hilfsphase, bei dem der Tauchanker die
Relaiskontakte zum Ein- und Ausschalten der Hilfsphase steuert und bei dem Mittel
zur Verringerung der Differenz zwischen Anzugs-und Abfallstrom vorgesehen sind.
Die erwähnten Schwierigkeiten werden erfindungsgemäß auf einfache Weise dadurch
beseitigt, daß die Ruhelage des Tauchankers bei unerregtern Relais so nahe an der
Relaisspule gewählt ist, daß er sich innerhalb des Bereiches zwischen magnetischem
Schwerpunkt der Spule und der Entfernung, bei der die Kraftwirkung auf ihn ein Maximum
ist, befindet.
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Betrachtet man die Verhältnisse, die bei dem erfindungsgemäßen Relais
herrschen, an Hand der F i g. 2, so ist zu erkennen, daß die Höhenänderung
des Ankers bei Stromänderungen nur verhältnismäßig gering ist, jedoch treten sprunghafte
Lageänderungen nicht ein. Sei die Ruhestellung des Tauchankers hk, so steht das
Ankergewicht mit der Kraft des Spulenfeldes im Gleichgewicht, wenn die Spule mit
einem Strom erregt wird, der etwas größer als der Strom J, ist. Bei Steigerung
des Stromes tritt eine Lageänderung des Ankers zur Spule hin ein, d. h.,
der Anker stellt sich bei jeder Stromstärke so ein, daß das Gleichgewicht zwischen
Ankergewicht und Spulenkraft gewahrt ist. In F i g. 4 ist die Ankerlage h
in Abhängigkeit von der Stromstärke J -aufgetragen. Der Kurvenverlauf über
der Stromstärke ist stetig, und zwar nimmt der Anker sowohl bei steigendem als auch
bei fallendem Strom nur die durch die Kurve festgelegten Lagen ein. Es besteht also
kein Unterschied in der Höhenlage für steigenden und fallenden Strom. Die eingezeichneten
Stromstärkenwerte entsprechen denen von F i g. 2.
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Ein Relais mit diesen Eigenschaften läßt sich nun sehr gut als Anlaßrelais
für Einphasen-Induktionsmotore verwenden, denn es würde auch bei den in F i
g. 1 dargestellten äußerst ungünstigen Verhältnissen, also bei erhöhter oder
verminderter Netzspannung, noch einwandfrei arbeiten, wenn sein Ansprechstrom so
gewählt wird, daß er in der Darstellung nach F i g. 1 bei dem Wert Jk liegt.
In diesem Fall wird nämlich bei verminderter Netzspannung der Ansprechstrom noch
erreicht, und ebenso wird bei erhöhter Netzspannung dieser Wert von dem Motorstrom
unterschritten, so daß ein Wiederabfallen auch hierbei gewährleistet ist.