DE1261953B - Vorrichtung zur UEberlastungssicherung von Elektromotoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES wlw PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H02h

H02k
Deutsche KL: 21d3-2

Nummer: 1261953

Aktenzeichen: L 44066 VIII b/21 d3

Anmeldetag: 6. Februar 1963

Auslegetag: 29. Februar 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überlastungssicherung von Elektromotoren mit einem Motorschutzschalter, der wenigstens einen stromdurchflossenen Bimetallauslöser aufweist, welcher beim Überschreiten einer zulässigen Höchststromstärke die Stromzufuhr zum Motor abschaltet, und mit einem auf Übertemperatur ansprechenden Schalter an der Motorwicklung, der einerseits mit einer Motorwicklung und andererseits über eine einzige zusätzliche Leitung mit dem Motorschutzschalter verbunden ist und der beim Überschreiten einer zulässigen Höchsttemperatur einen Stromkreis schließt, über welchen eine zur Auslösung sicher ausreichende zusätzliche Erwärmung des Bimetallauslösers des Motorschutzschalters bewirkt wird.

Man ist bestrebt, die mögliche Leistung eines Motors weitestgehend auszunutzen. Auf der anderen Seite muß man natürlich eine Überlastung des Motors vermeiden. Eine solche Überlastung kann in zweierlei Hinsicht stattfinden: Der Motor kann unzulässig hohe Ströme aufnehmen, wenn er beispielsweise mechanisch blockiert ist. Es kann aber auch eine unzulässig starke Erwärmung der Motorwicklungen stattfinden, obwohl die Stromaufnahme noch nicht den zulässigen Höchstwert erreicht hat. Letzteres kann beispielsweise der Fall sein, wenn der Motor im Dauerbetrieb und etwa bei schlechter Kühlung mit einer dicht unter dem Höchstwert liegenden Stromaufnahme arbeitet. Während eine solche Stromaufnahme kurzzeitig durchaus tragbar ist und daher eine auf die Stromaufnahme ansprechende Überlastungssicherung noch nicht in Tätigkeit treten sollte, werden die Wicklungen auf die Dauer zu heiß, so daß eine Beschädigung der Isolation eintreten kann.

Es sind Überlastungssicherungen bekannt, welche sowohl auf Überstrom als auch auf Übertemperatur der Motorwicklungen ansprechen und den Motor dann abschalten, so daß ein Verbrennen der Motorwicklung vermieden wird. Zur Überstromsicherung dient ein Motorschutzschalter mit Bimetallschaltern, über welche der Strom zum Motor fließt. Wenn der Strom einen bestimmten Wert überschreitet, erwärmt sich das Bimetall und öffnet und unterbricht den Stromfluß. Um die Temperatur der Motorwicklung zu überwachen, ist ein temperaturempfindlicher Schalter an oder in der Motorwicklung angeordnet. Dieser Übertemperaturschalter schaltet einen Stromkreis, der bei Übertemperatur der Motorwicklung eine Temperaturerhöhung an dem Motorschutzschalter bewirkt, durch welche der Motorschutzschalter zum Ansprechen gebracht wird. Zur Ab-Vorrichtung zur Überlastungssicherung
von Elektromotoren

Anmelder:

Loserihausen Maschinenbau Aktiengesellschaft,

4000 Düsseldorf, Schlüterstr. 19

Als Erfinder benannt:

Herbert Bergmann, 4021 Metzkausen;

Hans Hänel, 7320 Göppingen

schaltung des Motors ist somit ein einziger als Bimetallschalter ausgebildeter Motorschutzschalter vorgesehen. Dieser kann entweder unmittelbar durch Überstrom zum Ansprechen gebracht werden oder mittelbar durch den von dem Übertemperaturschalter gesteuerten Hilfsstromkreis.

Auf eine solche Vorrichtung bezieht sich die Erfindung.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art handelt es sich um den Antrieb eines Einphaseninduktionsmotors. Der Übertemperaturschalter ist dort einerseits mit dem einen Ende der Hauptwicklung des Motors verbunden und andererseits über eine Ader eines Zuleitungskabels und eine Heizwicklung mit dem anderen Pol der Speisespannung. Die Heizwicklung beheizt bei Schließen des Übertemperaturschaiters den Bimetallkontakt des Motorschutzschalters und bringt diesen dadurch zum Ansprechen (USA.-Patentschrift 2 930 959). Bei einem Einphasenmotor ist es offensichtlich, daß man die Spannung für den Hilfsstromkreis auf dter einen Seite unmittelbar an der Motorwicklung abgreifen kann und nur eine einzige zusätzliche Ader in der Motorzuleitung für den Hilfsstromkreis der Übertemperatursicherung vorzusehen braucht. Die Sicherheit der Anordnung wird dadurch nicht beeinträchtigt. Wenn die Spannung an der Motorwicklung wegfällt und dadurch der Hilfsstromkreis außer Betrieb gesetzt wird, dann erhält auch der Motor keinen Strom, so daß die Übertemperatursicherung ohnehin nicht in Tätigkeit zu treten braucht.

Anders ist die Situation bei einem Drehstrommotor, der von drei Phasen eines Drehstromes gespeist wird. Hier können eine oder zwei Phasen des

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Drehstromes ausfällen und trotzdem erhält der Motor noch Strom, und gerade dann ist eine Übertemperatur zu befürchten. Aus diesem Grund hat man bei Drehstrommotoren eine andere Art von Übertemperatursicherung vorgesehen, beispielsweise mit einer Brückenschaltung, welche bei Übertemperatur über ein in der Brückendiagonale angeordnetes polarisiertes Relais und eine Schützensteuerung eine Abschaltung des Motors bewirkt (belgische Patentbleiben also alle Vorteile der bekannten thermischen Abschaltung erhalten. Es ist nur ein insgesamt vieradriges Kabel als Zuleitung für den Motor nötig. Das ist wichtig, weil Kabel mit mehr als vier Adern nur für Spezialzwecke zur Verfügung stehen, während vieradrige Kabel gebräuchlich sind.

Bei einem Drehstrommotor ist aber noch ein zweiter Gesichtspunkt von Wichtigkeit. Es sind dort nämlich drei Wicklungen vorhanden, und ein wesentlicher

schrift 522 791). Schützensteuerungen lassen sich bei io Zweck der Überlastungssicherung ist der Schutz Verwendung handelsüblicher Bauelemente nur bei gegen Zweiphasenlauf. Dabei werden zwei der Wick-50 Hertz Netzspannung anwenden. Bei Rüttelmoto- Jungen überlastet und brennen durch, während die ren arbeitet man aber häufig mit wesentlich höheren dritte kalt bleibt. Es kann also vorkommen, daß geFrequenzen. Ferner hat man für die Ubertempera- rade die Wicklung kalt bleibt, an welcher der Übertursicherung dort vier zusätzliche Adern in dem Zu- 15 temperaturschalter angeordnet ist, so daß kein ausleitungskabel des Motors vorgesehen. reichender Schutz gegeben ist. Deshalb wird erfin-

Es sind auch Anordnungen bekannt, bei denen die dungsgemäß bei Drehstrommotoren der Übertem-Ubertemperatur durch in die Wicklung eingebaute peraturschalter an einem wärmeleitenden Glied an-Übertemperaturbimetallschalter festgestellt wird, und geordnet, welches mit allen drei Wicklungen des durch die Übertemperäturschalter ein Schütz gesteu- 20 Motors in Wärmeaustausch steht. Dieses wärmeleiert wird, welches den Motor abschaltet. Diese be- tende Glied nimmt im wesentlichen die Temperatur kannte Anordnung (z. B. AEG-»Duplotherm«) hat der wärmsten Wicklung an. Erst durch diese Maßdie gleichen Nachteile einer Schützensteuerung, wie nähme, die bei dem bekannten Einphasenindukdie vorher geschilderte Vorrichtung, und es sind für tionsmotor naturgemäß gar keine Rolle spielt, wird die Übertemperäturschalter zwei zusätzliche Adern 25 bei einem Drehstrommotor eine vollständige Überin dem Zuleitungskabel des Motors erforderlich. . lastungssicherung erreicht.

Außerdem hat die Steuerung von Schützen durch Bi- Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in

metallschalter in der Motorwicklung den Nachteil, den Zeichnungen dargestellt und im folgenden bedaß die Bimetallschalter statt durch Übertemperatur schrieben. -

auch durch Stöße und Erschütterungen einmal kurzzeitig Kontakt geben können. Dann sprechen die Schütze an und schalten den Motor ab. Diese Anordnungen sind aus diesem Grunde sehr erschütterungsempfindlich und daher für rauhen Betrieb auf Baustellen und für Rüttlermotoren nur schlecht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten Uberlastungssicherungen bei Drehstrommotoren zu vermeiden.

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung der

F i g. 1 zeigt die Schaltung einer Anordnung nach der Erfindung mit einem im Stern geschalteten Drehstrommotor;

Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform mit einem im Dreieck geschalteten Drehstrommotor; F i g. 3 zeigt eine dritte Ausführung;

F i g. 4 und 5 zeigen zwei Möglichkeiten der Anordnung des temperaturempfindlichen Schalters an den Motorwicklungen.

In Fig. 1 bezeichnen RST die drei Phasen eines

eingangs erwähnten Art und ist gekennzeichnet 4° Drehstromes, die über einen generell mit 1 bezeichdurch ihre Anwendung bei durch einen Motorschutz- neten Motorschutzschalter einen im Stern geschalteten Drehstrommotor 3 speisen. Der Motorschutzschalter 1 weist drei Bimetallauslöser 2 α, 2 b und 2 c

auf. Dabei liegen die Auslöser 2a und 2b in den

schalter geschützten Drehstrommotor in der Weise, daß der temperaturempfindliche Schalter 4 an einem wärmeleitenden Glied angeordnet ist, das mit allen

drei Wicklungen des Drehstrommotors 3 gut wärme- 45 Phasen R bzw. S des Speisedrehstromes undbewirleitend verbunden ist. ken ein Ansprechen des Motorschutzschalters 1 auf Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man Überstrom. Der dritte Bimetallauslöser 2 c liegt an eine solche bei Einphasenmotoren bekannte Über- der Sekundärwicklung eines Transformators 5. Ein lastungssicherung mit einem von einem Übertempe- als Bimetallschalter ausgebildeter temperaturempfindraturschalter gesteuerten Überstrommotorschutz- 50 Hcher Schalter 4 ist an der Wicklung des Motors 3 schalter auch bei Drehstrommotoren anwenden kann, angeordnet und schließt, wenn die Temperatur der und zwar auch mit nur einer einzigen zusätzlichen ' Wicklung einen vorgegebenen Höchstwert überschrei-Ader für die Übertemperatursicherung. Selbst wenn tet. Dann verbindet der Schalter 4 die Phasen R nämlich eine Phase des Drehstromes ausfallen sollte, und T über die Primärwicklung des Transformaerhält der Hilfsstromkreis infolge der Eigenschaften 55 tors 5. In der Sekundärwicklung des Transformades Drehstromes über die anderen, in Stern oder tors 5 wird dadurch ein Strom, erzeugt, der über den

Dreieck geschalteten Wicklungen Spannung. Die Übertemperatursicherung bleibt also bei geeigneter Bemessung stets voll wirksam. Bei einer solchen thermischen Abschaltung können kurzzeitige Kontaktgaben der Übertemperäturschalter durch Erschütterungen nicht viel schaden, weil ja die kurzzeitigen Kontaktgaben noch nicht zu einer merklichen Erwärmung der Bimetallkontakte des Motorschutz-

Bimetallauslöser 2 c fließt und ausreicht, den Motorschutzschalter 1 zum Ansprechen zu bringen und damit den Motor 3 dreiphasig abzuschalten.

Nachteilig ist bei dieser Anordnung noch, daß nur in zwei Phasen R und S des Speisestromkreises auf Überstrom ansprechende Bimetallauslöser 2a, 2h angeordnet sind. Eine Anordnung, bei welcher alle drei Phasen durch Bimetallauslöser des Motorschutz

schalters führen. Es liegen also in dieser Hinsicht ⁶5 schalters 1 gegen Überstrom abgesichert sind, zeigt günstigere Verhältnisse vor als bei Schützensteue- F i g. 2. Hier ist der Motor 3 im Dreieck geschaltet, rungen. Die Anordnung ist natürlich auch nicht von Die drei Bimetallauslöser 2a, 2b, 2c des - Motorder Frequenz des Speisedrehstromes abhängig. Es Schutzschalters 1 liegen in den drei Speisestrompha-

sen R S T. Am Motor 3 sind zwei temperaturempfindliche Schalter4α und Ab vorgesehen, die parallelgeschaltet sind und über die Primärwicklung des Transformators 5 zwischen den Phasen R und T liegen. Die Sekundärwicklung des Transformators 5 liegt parallel zu dem Bimetallauslöser 2 c.

Wenn einer der Kontakte 4 α oder 4 b schließt, dann erhält der Transformator 5 Strom, und es fließt ein Strom über die Sekundärwicklung des Transformators 5 und den Bimetallauslöser 2 c. Der Transformators ist dabei so ausgelegt, daß der Strom über den Bimetallauslöser 2 c auch unter Berücksichtigung der außerdem noch darüberfließenden Phase T und der Phasendifferenz zwischen den Strömen ausreicht, um den Motorschutzschalter zum Ansprechen zu bringen.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 ist der Motor 3 im Dreieck geschaltet. Im übrigen entspricht die Anordnung im Prinzip der Anordnung nach Fig. 1. Die Phasen R und S (40 bis 60 Volt, 200 Hertz) enthalten die Bimetallauslöser 2 a bzw. 2b. Der Auslöser2c wird jedoch statt über einen Transformators über den temperaturempfindlichen Schalter 4 unmittelbar zwischen die Phasen R und T geschaltet. Dafür ist der Bimetallauslöser 2 c wesentlich empfindlicher ausgelegt als die Bimetallauslöser 2«und2b. Während die Bimetallauslöser2α und 2b z. B. auf den Nennstrom des Motors von 8 Ampere eingestellt sind, ist der Auslöser2c z.B. so ausgeführt, daß er bei einem Nennstrom von 0,1 Ampere anspricht.

Bei dem sogenannten Einphasenlauf eines Drehstrom-Asynchronmotors wird die Wicklung nicht gleichmäßig warm. Bei im Stern geschalteten Motor fließt bei Einphasenlauf durch eine Wicklung kein Strom. Diese bleibt daher entsprechend kalt. Bei Einphasenlauf und im Dreieck geschaltetem Motor fließt durch zwei Wicklungen nur der halbe Strom der dritten Wicklung, die somit auch erheblich kühler als diese dritte Wicklung bleiben. Deshalb müssen besondere Maßnahmen ergriffen werden, wenn man mit nur einem Bimetallauslöser oder sonstigen temperaturempfindlichen Schaltern einen Überlastungsschutz auch bei Einphasenlauf erhalten will.

Eine solche Anordnung zeigt F i g. 4, die einen Teilschnitt eines gewickelten Statorpaketes darstellt. Mit 6 ist das Blechpaket, z. B. aus geschichtetem Dynamoblech, und mit 7 der Wickelkopf einer geschnitten gezeichneten Drehstromwicklung bezeichnet. Um den Wickelkopf 7 ist ein Bandagering 8 herumgelegt, der aus gut wärmeleitendem Material, z. B. eloxiertem Aluminium, besteht. An diesem Bandagering 8 liegt der temperaturempfindliche Schalter 4 wärmeleitend an. Der Ring 8 nimmt im wesentlichen die höchste Temperatur an, die in der gesamten Wicklung auftritt, und diese Temperatur wird auf den temperaturempfindlichen Schalter übertragen.

F i g. 5 zeigt in ähnlicher Darstellung wie F i g. 4 eine vereinfachte Ausführung. Hier liegt der temperaturempfindliche Schalter 4 zwischen zwei Nuten auf der Stirnseite des Blechpaketes 6 auf, das somit die Funktion des Ringes 8 mit übernimmt. Diese Anordnung ist voll wirksam, z. B. bei Betoninnenrüttlern. Bei diesem Betoninnenrüttler ist der Außendurchmesser des Statorgehäuses immer kleiner als die Baulänge des Stators. Die Wickelkopftemperatur ist damit kaum höher als die des Statorblechpaketes. Der Rüttler ist im Verdichtungseinsatz immer gut gekühlt. Er kommt durch die Arbeitsweise mit feuchtem und kühlem Beton in Berührung. Damit kann bei Motorvollschutz — wie oben beschrieben —die Leistungsausnutzung bei intermittierendem Betrieb noch weiter als bisher betrieben werden,

Zweckmäßigerweise ist der in den Wickelkopf eingebaute, temperaturempfindliche Schalter 4 ohne Zerstörung des Wickelkopfes austauschbar angeordnet. Man kann beispielsweise oberhalb des Blechpaketes 6 (Fig. 5) den für den Schalter 4 vorgesehenen Raum freilassen und den Wickelkopf? in üblicher Weise bandagieren und tränken. Nach Fertigstellung der Statorwicklung 7 wird nachträglich der Schalter 4 an der vorgesehenen Stelle eingebaut und mit Siliconkautschuk oder ähnlichem Stoff befestigt, so daß er sich wieder herausnehmen und austauschen läßt. Eine solche Austauschmöglichkeit des temperaturempfindlichen Schalters 4 ist deshalb von großer praktischer Bedeutung, weil seine Lebensdauer, insbesondere unter dem Einfluß von Rüttelschwingungen bei Rüttelmotoren viel geringer ist als die Lebensdauer des Motors selbst.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Überlastungssicherung von Elektromotoren mit einem Motorschutzschalter, der wenigstens einen stromdurchflossenen Bimetallauslöser aufweist, welcher beim Überschreiten einer zulässigen Höchststromstärke die Stromzufuhr zum Motor abschaltet, und mit einem auf Übertemperatur ansprechenden Schalter an der Motorwicklung, der einerseits mit einer Motorwicklung und andererseits über eine einzige zusätzliche Leitung mit dem Motorschutzschalter verbunden ist und der beim Überschreiten einer zulässigen Höchsttemperatur einen Stromkreis schließt, über welchen eine zur Auslösung sicher ausreichende zusätzliche Erwärmung des Bimetallauslösers des Motorschutzschalters bewirkt wird, gekennzeichnet durch ihre Anwendung bei durch einen Motorschutzschalter geschützten Drehstrommotor in der Weise, daß der temperaturempfindliche Schalter (4) an einem wärmeleitenden Glied angeordnet ist, das mit allen drei Wicklungen des Drehstrommotors (3) gut wärmeleitend verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen des Motors von einem wärmeleitenden Ring (8) umgeben sind, an welchem der temperaturempfindliche Schalter angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorschutzschalter drei Bimetallauslöser (2 a, 2 b, 2 c) aufweist, von denen zwei in je einer Phase des Drehstromes liegen, während der dritte im Stromkreis des Übertemperaturschalters angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorschutzschalter je

einen Bimetallkontakt in jeder Drehstromphase enthält und daß in den Stromkreis des Übertemperaturschalters die Primärwicklung eines Transformators (5) eingeschaltet ist, dessen Sekundäres wicklung an einem der Bimetallkontakte des Motorschutzschalters liegt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an oder in

den Motorwieklungen mehrere parallelgeschaltete temperaturempfindliche Schalter angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in oder an den Motorwieklungen angebrachte, temperaturempfindliche Schalter ohne Zerstörung der Wicklungen austauschbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturempfindliche Schalter im bandagierten und getauchten Wickel-

kopf in einem freigelassenen Raum mittels Siliconkautschuk oder eines ähnlichen Stoffes befestigt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1003 330, 606;

belgische Patentschrift Nr. 522731; USA.-Patentschriften Nr. 2 930 959, 2 463 935;

AEG-Druckschrift, Z 31/SgN 57924, Mai I960, »Duplothermschutz«.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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