DE2139808A1

DE2139808A1 - Thermorelais

Info

Publication number: DE2139808A1
Application number: DE2139808A
Authority: DE
Inventors: Ewgenij Borisowitsch Chejfiz
Original assignee: CHEJFIZ
Current assignee: CHEJFIZ
Priority date: 1971-07-19
Filing date: 1971-08-09
Publication date: 1973-02-22
Also published as: FR2150243B1; FR2150243A1; GB1322836A; AT312086B

Description

THERMORELAIS

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrotechnische Einrichtungen zum Schutz von elektrischen Anlagen, die durch die Erwärmung beim Stromdurchgang die Formänderungswirkung von Bimetallstreifen ausnutzen, insbesondere Thermorelais.

Es ist ein Thermorelais bekannt, das die Funktion des Phasenausfallschutzes mit dem überlastungsschutz vereinigt und Bimetallstreifen aufweist, deren Zahl der Polzahl des Relais

Auslösegleich ist und die auf eine mit einer V vorrichtung in Ver- ä bindung stehende, in Axialrichtung bewegliche Welle einwirken (Urheberschein Mr. 161424 Klasse 2Iq., A_Q.). Die bewegliche Welle ist drehbar ausgebildet und mit Anschlägen (zwei je Phase), versehen, zwischen denen sich die Bimetallstreifen befinden.

309808/0384

Die Verbindung der Bimetallstreifen mit den Zapfen erden

folgt durch keilförmige Ansätze, die an^vfreien Enden der Bi-

Das .
metallstreifen angeordnet sind, ^freie Ende der beweglichen Welle weist eine Quernut und einen diametralen Schnitt, _an deja ein Anschlaghebel anliegt, auf.

Ein derart aufgebautes Thermorelais hat keine Temperaturkompensation und zeichnet sich durch erhebliehe Streuung der Ansprechzeit sowie geringe Schwingungs- und Stoßfeatigkeit aus. Instabile Kenndaten des Thermorelais sowie geringe Schwingungs- und Stoßfestigkeit sind durch folgende Ursachen bedingt.

Der Anschlaghebel ist beim Relais 3tändig gegen den Diametralschnitt , gedrückt, wodurch sich die- Welle im dreipoligen Betriebszustand des Thermorelais nicht zügig, sondern sprunghaft bewegt, womit gerade eine Streuung der Ansprechzeit des Relais zusammenhängt. Obwohl beim bekannten Aufbau des Thermorelais die keilförmigen Ansätze in einem stromlosen System zwischen den Zapfen frei liegen müssen, ist solche Anordnung bei der realen Bauart unausführbar. Damit sich die Welle beim Phasenausfall zu drehen vermag, müssen die Profile jener Seiten der keilförmigen Ansätse, mit denen

an
aie^die Zapfen im dreipoligen Betriebszustand des Relais

stoßen, ebenso wie die Profile jener Seiten der keilförmigen

den
Ansätze, die beim Phasenausfall ah^v Zapfen angreifen, geneigt

liegen.

Entsprechend dem Obengesagten müssen die Zapfen mit

309803/0384

fe einer vorgespannten Feder -gegen· die keilförmigen Ansätze gedrückt werden, -damit im dreipoligen Betriebszustand des Relais keine Umdrehung der Welle stattfindet d.h. damit streng

eine
nur Y fortschreitende Bewegung ausgeführt wird. Derartige

konstruktive Lösung der zu beschreibenden Baugruppe bewirkt wesentliche Reitung zwischen den Zapfen und Ansätzen, wodurch das Ansprechen des Relais,beim Phasenausfall verzögert und zugleich die Instabilität der Relaiskennlinien vergrößert

Geringe Schwingung- und Stoßfestigkeit eines derart aufgebauten Relais ist durch Folgendes zu erklären. Über die Yfelle wirken die Bimetallstreifen ständig auf den Anschlaghebel ein, der sich beim Ne.nnst.rom immer am Rande des Diametralschnittes befindet. Dabei.nähert sich die Größe.der Kraft von den die Welle angreifenden Bimetallstreifen der der zum Ansprechen des Relais erforderlichen Kraft an,.

.Selbst, bei geringen. .Stoßbelastungen,. durch die die Gr'pße. der. zum Ansprec/ien des. Relais erforderlichen Kraft abnimmt.,-- finden^ daher Fehlausl.ösungen des letzteren statt. ™

-Zwe.pk der vorliegenden.Erfindung ist es_i:.die obenaufgezählten .Ha ch teile- zu-vermeiden,. , -..-■..-.- ...

Der Kr fin dung liegt, die. Aufgabe_f zugrunde,,., ein Thermo-^; relais, zu schaffen, das sowohl bei überlastung.als auch bei . Phasenausfall, yorzugsweiae Asynchronmotpren. zuverlässig, schützt, stabile Kennlinien und hohe Schwingungs- und Stoß-

festigke-dt bei gleichzeitiger Vereinfachung der Verbindung. zwischen den Bimetallstreifen und der Auslösevorrichtung hat.

&rfir)dungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das thermorelais mit einem im Relaisgehäuse seitens des freien Endes der in Axialrichtung beweglichen Welle in einem Abstand davon angeordneten verstellbaren Anschlag ausgerüstet ist und

Auslöse-

die V vorrichtung eine Rast enthält, die mit dem federbelasteten Anschlaghebel zusammenwirkt, der mit der in Axialrichtung beweglichen Welle formschlüssig derart verbunden ist, daß die letztere den Anschlaghebel nur bei ihrer Drehung bewegt.

Zweckmäßigerweise erfolgt die formschlüssige Verbindung der in Axialrichtung beweglichen Welle mit dem Anschlaghebel über eine Hülse, auf die der Anschlaghebel aufgesetzt ist und die eine Mittenbohrung aufweist, in der das freie Ende der in Axialriohtung beweglichen Welle hin- und herleitend . beweglich angeordnet ist.

Sinngemäß wird die Mittenbohrung der Hülse und das freie Ende der in Axialrichtung beweglichen Welle rechteckig ausgebildet.

Sinngemäß wird ferner die in Axialrichtung bewegliche Welle in Form einer Isolierstange mit V-JSuten ausgebildet, in denen sich die freien Enden der Bimetallstreifen befinden, wobei die V-Nuten zweckmäßigerweise in einer der Drehachse der

309808/0384

Isolierstarige parallelen Ebene in einem Abstand von dieser Achse angeordnet sind.

Um die Einwirkung der Umgebungstemperatur auf den Einstellstrom des Thermorelais auszuschalten, ist der verstellbare Anschlag in Form von einem Bimetallstreifen ausgebildet.

Da3 vorliegende Thermorelais, das für Stromwerte von 0,2 bis 48 A ausgelegt ist, ist temperaturkompensiert und enthält einef/orrichtung zur Freiauslösung. Das Thermorelais ist

' t

zum Schutz von Drehstroraasynchronmotoren gegen Überlassungen von unzulässiger Dauer sowie zum beschleunigten Schutz gegen Ströme, die beim Ausfall einer der Phasen des Elektromotors entstehen, bestimmt.

Bei einer Stromunsymmetrie in den Phasen des speisenden Netzes bis ca. JO^C spricht das Thermorelais nicht an.

Das Thermorelais ist für den Einbau bei Magnetanlassern sowie für die Montage in verschiedenen Anlagen

von Steuerstationen für Elektroantriebe gedacht. Das Thermorelais ist zum Betrieb in folgenden Verhältnissen bestimmt:

a) Höhe über dem Meeresspiegel 1000 m;

Betrieb in einer Höhe über dem Meeresspiegel von ca. 2000 m bei einer Nennspannung von 660 V auch zulässig,

b) Umgebungstemperatur - 40 C bis +60 C₁

c) relative Feuchtigkeit der Umgebungsluft bei +2O⁰C nicht über

309808/0384

d) Stoßf--stigkeit 12g

e) ScIiwindung von Befestigungsstellen mit einer Frequenz von ca. 120 Hz bei Beschleunigungen Ms 1 g.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines ,Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Kinematik des Thermorelais nach der Erfindung ,

Fig. 2 eine Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Thermorelais mit abgenommenem Deckel,

Fig. 3 einen Schnitt durch Fig. 2 nach der Linie III-III.

Das Thermorelais (Fig. 1, 2, 3) enthält eine in Axialrichtung bewegliche Welle, die in Form von einer Isolierstange I mit V-JJuten ausgebildet ist, deren Zahl der Polzahl des Relais gleicht und in die die freien Enden von Bimetallstreifen 3 eingreifen. Diese Nuten sind in einer zur Längsachse der IsftLerstange I parallelverlaufenden Ebene in einem Abstand davon angeordnet.

Die Isolierstange I weist zwei miteinander fluchtende Sitzflächen auf, die eine von denen zylindrisch und die zweite rechteckig ausgebildet sind. Mit Hilfe dieser Sitzflächen ist die Isolierstange 1 in zwei zylindrischen Lagerungen 4 und 5 angeordnet. Die Lagerung 5 enthält ein Mittelstück, das

309808/0384

eine Führung geradliniger Bewegung der Isolierstange 1 darstellt. Das Mittelstück ist als Hülse 6,z. B; mit einer rechteckförmigen Mittenbohrung ausgebildet. An der Hülse 6 ist der Anschlaghebel 7 befestigt, der Kontakte 9 und

Auslösβ-10 der * vorrichtung über die Rast 8 in Schließstellung

hält. ·

Auf dem Weg geradliniger Bewegung der Isolierstange I ist der verstellbare Anschlag II angeordnet, der einen Einstellstromregler bildet.

Um die Einwirkung der Umgebungstemperatur auf den Relaisbetrieb auszuschalten, ist der verstellbare Anschlag II aus einem derart angeordneten Bimetallstreifen ausgebildet, daß dessen Biegerichtung bei Erwärmung mit der der Bimetallstreifen 3 der Relaispole übereinstimmt.

Da die Thermorelais mit beschleunigtem Ansprechen auf verschieden große Verformung beim Phasenausfall reagieren, können wegen einer durch eine Differenz der Polwiderstände bewirkten Verformungsdifferent auch im Falle der Vollsymmetrie der Linienströme des Elektromotors, von denen die Thermorelaispole durchflossen werden, Fehlauslösungen auftreten.

Die Elimination von solchen Erscheinungen bei den vorhandenen Relaisbauarten wird entweder durch einen genauen Nachabgleich der Polwiderstande, was bei der Massenproduktion erhebliche Schwierigkeiten bereitet, oder durch Einstellen eines

bestimmten Spiels zwischen den freien

und der
Enden der Metallstreifen V Auslösevorrichtung erreicht, wo-

durch eine wesentliche Empfiridlichkeitsvermiriderung des Thermorelais gegen den Phasenausfall bei geringen Belastungestromwerten verursacht wird.

Die Kompliziertheit der Lösung der Aufgabe vergrößert sich auch durch die Forderung, einen zuverlässigen Betrieb der Thearmorelais bei einer Stromunsymmetrie in den Polen von ca. 15$ zu gewährleisten.

Um den herstellungstechnischen Arbeitsaufwand herabzusetzen und die Fertigungsgerechtigkeit der Produktion zu steigern sowie die Einwirkung von allen obenerwähnten Faktoren auf die Betriebssicherheit des Thermorelais bei gleichzeitiger Vereinfachung der Verbindung der Bimetallstreifen 3

mit der

^v Auslösevorrichtung, vorliegend mit der i_n Axialrichtung beweglichen Welle,zu eliminieren, ist die letzte bei der vorgeschlagenen Bauart des Thermorelais in Form einer gepreßten Isolierstange I mit V-Wuten ausgebildet, in die die freien Enden der erwähnten Bimetallstreifen 3 eingreifen.

Da die Erwärmung und somit die Bewegung der freien Enden der Bimetallstreifen 3 "belastungsstromquadratproportional sind, wird die durch Toleranzen der Polwiderstände bedingte Verformungsdifferenz auch belastungsstromquadratproportional sein. Das Profil der V-Kuten wird daher je nach abgenommener Teleranzangabe der Polwiderstände und je nach Größe der zulässigen Stromunsymmetrie in den Polen derart bestimmt, daß sich die im Vorgang der Erwärmung der Bimetallstreifen entstehende,, iuft zwischen den freien Enden der Bimetallstrei-

309808/038A

-9- . ■

fen 3 und der Isolierstange I ebenfalls belastungsstromquadratproportional ändert.

Nun wird die Wirkungsweise des Thermorelais behandelt.

Im Dreipol!etrieb des Thermorelais bewegt sich die Isolierstange 1 je nach Erwärmung und Biegung der Bimetallstreifen 3 geradlinig zum verstellbaren Anschlag II. Bei weiterer Erwärmung drücken die Bimetallstreifen auf die Vorderwände 12 der V-Nuten und die Isolierstange I dreht sich zusammen mit der Hülse 6, wodurch der Anschlaghebel 7 aus der Rast 8 ™ springt und die Kontakte 9 und 10 getrennt werden.

Im Zweipolbetrieb des Relais übt der Bimetallstreifen 3 des stromlosen Pols die Funktion des verstellbaren

eine

Anschlages I^ aus, wobei⁷ geradlinige Bewegung der Isolierstange I nicht stattfindet.

Kräfte, die vor dem Zeitpunkt des Ansprechens des Ther-

Αλί f-iT fis P*^·

morelais in der ν vorricntung auftreten, werden auf die Lagerung 5 und die Rast 8 durch den Anschlaghebel 7 übertragen. I

Der Druck der Hülse 6 auf die Isolierstange I ist deswegen gleich Null und die durch geringe Masse der Isolierstange I bedingte Reibung zwischen der letzteren und der Hülse 6 gleicht praktisch bei geradliniger Bewegung der Isolierstange I ebenfalls Null.

Dadurch erfolgt eine geradlinige Bewegung der Iaolierstange I vor der Berührung mit dem verstellbaren Anschlag II zügig, sprungfrei und eine durch Reibung bei der Bewegung der

309808/0 384

Isolierstange I bedingte Streuung der Ansprechzeit ist daher nicht vorhanden.

Die Reibung zwischen der Hülse 6 und der Isolierstange I entsteht in dem Augenblick, wo sich die IsiüLerstange I und somit die Hülse 6 zu drehen beginnen. In diesem JTaIl aber ist

der weiteren die Reibung in dieser Baugruppe nutzbar, weil sie^geradlinige η

entgegenwirkt

Bewegung der I3ölierstange I ν · und deren Druck sowohl auf den verstellbaren Anschlag II im dreipoligen Betriebszustand des Relais als auch auf den stromlosen Bimetallstreifen beim Phasenausfall reduziert. In beiden Fällen hat dies zur Folge, daß die Kraft der Bimetallstreifen 3 nut auf die Drehung der Isolierstange I und somit auf da3 Ansprechen des Relais einwirkt.

Ea sei auch betont, daß die Fläche 13 der Rast 8 ent-

Auslösesprechend den in der ν vorrichtung wirkenden Kräften so

groß ausgebildet werden muß, daß der Abwurf des Anschlaghe-

Schaltbewegung beis 7 von der Rast 8 in einer ^ * (Sprung) erfolgt.

Beim Betätigen der laste 14 wird das Relais in die Arbeitslage rückgestellt. Dabei stellt 3ich der Anschlaghebelwenn die Bimetallstreifen ausreichend abgekühlt sind - unter der Einwirkung von einer Rückholfeder auf die Rast 8 und die Kontakte 9 und 10 werden unter dem Einfluß der Feder 16 geschlossen.

Auslose-

Die Isolierstange I kann sowohl ν vorrichtungen mit

verschieden aufgebauten Kontaktwerken (beispielsweise Werke mit

309808/038 4

Fre!auslösung yon Kontakten) als auch Vorrichtungen, die mit einer Auslösevorrichtung von Kraftkontakten der Schütte mechanisch unmittelbar gekoppelt sind, steuern.

309808/0384,;t;)

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Il Thermorelais, das die Funktion des Phasenausfallschutzes mit dem Überlastungsschutz gleichzeitig vereinigt, Bimetallstreifen aufweist, deren Zahl der Polzahl des Relais gleich ist. und die über eine in Axialrichtung bewegliche Welle auf den Anschlaghebel der Anlaßvorrichtung einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem im Relaisgehäuse seitens des freien Endes der in Axialrichtung beweglichen Welle in einem Abstand davon angeordneten verstellbaren Anschlag ClI) ausgerüstet ist und die Anlaßvorrichtung eine Rast (8) enthält, die mit dem federbelasteten Anschlaghebel (7) zusammenwirkt, der mit der in Axialrichtung beweglichen Welle formschlüssig derart verbunden ist, daß die letztere den Anschlaghebel (7) nur bei ihrer Drehung

bewegt.
2. Thermorelais nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die form schlüssige Verbindung der in Axialrichtung beweglichen Welle^it dem Anschlaghebel (7) über eine Hülse (6) mit einer Mittenbohrung erfolgt, in der da3 freie Ende der in Axialrichtung beweglichen Welle hin- und hergehend beweglich angeordnet und der Anschlaghebel (7) auf die Hülse (6) aufgesetzt ist.
3. Thermorelais nach Anspruch 2, dadurch ge .kennzeichnet, daß die Mittenbohrung der Hülse (6)

309808/0 384

und das freie Ende der in Axialrichtung beweglichen Welle rechteckig ausgebildet sind.
4. Thermorelais nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichne t, daß die in Axialrichtung bewegliche «Velle in Form von einer Isolierstange (I) mit V-Huten (2) ausgebildet ist, in denen sich die freien Enden von Bimetallstreifen (3) befinden, wobei die V-itfuten (2) in einer der Drehachse der Isolierstange (1) parallelen Ebene in einem Abstand von dieser Achse angeordnet sind. ™
5. Thermorelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Anschlag (II) in Form von einem Bimetallstreifen ausgebildet ist.

: / U 'J 0