DE215260C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

■— .M 215260 KLASSE 21 c. GRUPPE

Dr. MARTIN KALLMANN in BERLIN.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. November 1908 ab.

In den Patentschriften 167804 und 186056 sind bereits Verfahren zum Anlassen von Elektromotoren unter Benutzung sogenannter Variationswiderstände oder Variatoren, bestehend aus Leitern von hohem positiven Temperaturkoeffizienten, insbesondere Eisen,' und zwar in der Regel in Zusammenschaltung mit Widerständen von geringem Temperaturkoeffizienten beschrieben worden.

Die nachfolgend beschriebene Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen an solchen Anlassern, wenn dieselben wenigstens zum Teil von Hand beeinflußt werden sollen, und hat eine praktische Vereinfachung und Erhöhung der Betriebssicherheit zum Zweck.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß Variationswiderstände, die in der Regel aus ziemlich dünnem Eisendraht in Glasröhren mit Wasserstoffüllung von angemessenem Druck und Vo-

lumen bestehen, sehr schnell ansprechen, wenn sie unmittelbar an die von ihnen maximal aufzunehmende Spannung angelegt werden. So zeigt z. B. Fig. 1 das Verhalten eines für maximal etwa 4 Ampere bestimmten Variators, wenn er an 110 Volt angeschlossen ist. Sein Widerstand von anfänglich 2 Ohm steigt in kaltem Zustande nach ¹Z₁₀ Sekunde bereits auf über 10 Ohm und nach ¹Z₃ Sekunde auf etwa 20 Ohm, bis er schließlich mit etwa 27 Ohm nach einigen Sekunden allmählich den Endwert erreicht. Von etwa 10 Ohm ab befindet er sich bereits im glühenden Zustande. ■ Ebenso schnell wie der Widerstand sich erhöht, sinkt der Strom von anfänglich über 30 Ampere (theoretisch sogar über 50 Ampere, was aber selbst an einem Oszillographen nicht mehr sichtbar ist) auf etwa io Ampere nach ¹Z₁₀ Sekunde, auf etwa 5¹Z₂ Ampere nach ¹Z₃ Sekunde usw. Der Endwert ist nach.mehreren Sekunden etwas über 4 Ampere.

Diese starke Widerstandszunahme der Variatoren macht dieselben in hervorragendem Maße beim Beginn des Anlassens brauchbar, indem schon nach etwa ¹Z₄ Sekunde ihr allmählicher Abkühlungsprozeß und damit die selbsttätige Beschleunigung des Motors eintreten kann.

Nach den Vorschriften der meisten Elektrizitätswerke ist es jedoch nicht zulässig, den Strom selbst nur, wie ersichtlich, für ¹Z₁₀ Sekunde auf mehr als das etwa 2 ¹J₂ fache des Betriebsstromes ansteigen zu lassen. Daher werden nach der Patentschrift 186056 zur Abschwächung des Stromstoßes Nickelin- oder ähnliche Widerstände von geringem Temperaturkoeffizienten vorgeschaltet.

Fig. 2 zeigt das Verhalten desselben Variators wie in Fig. 1, jedoch unter Vorschaltung eines Nickelinwiderstandes, welcher 27 Ohm beträgt, also ebensoviel, wie der Widerstand des glühenden Variators im Endzustande beträgt.

Legt man diesen Widerstand von 27 Ohm nebst dahintergeschaltetem Variator an 220 Volt, so ist das Verhalten des Variators nach Fig. 2 erheblich anders als nach Fig. 1. Die Spannung am Variator steigt jetzt allmählich mit zunehmendem Eigenwiderstande desselben von anfänglich 20 Volt bis etwa 102 Volt innerhalb der ersten 2 Sekunden an (die strichpunktierte Linie), der Widerstand des Variators steigt ebenfalls erst innerhalb 2 Sekunden von etwa 2 Ohm bis' etwa 20 Ohm an, und

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der Strom, der anfänglich nur mit etwa 8 Ampere einsetzte, fällt ganz allmählich in etwa 2 Sekunden auf etwa 5 Ampere herab. Somit entsteht kein plötzlicher Vorgang mehr am Variator, sondern ein recht langsamer, der etwa sechsmal so viel Zeit beansprucht, um dieselben Werte zu ergeben, wie in Fig. 1.

Es ist natürlich anzustreben, die Verschlechterung der Variatoren durch die Vorschaltung solcher im folgenden als konstant bezeichneten Widerstände nach Möglichkeit zu verringern, jedenfalls die schädliche Einwirkung des auf die Variatoren ungünstig wirkenden Widerstandes der Größe und der Zeit nach auf ein Mindestmaß zu beschränken. Es ist auch er- - . sichtlich, daß, wenn man außer dem Motor nur Variatoren im Stromkreis hätte, mithin der größere Anfangsstromstoß gestattet wäre, die Mehrzahl der Anlasser in einer Stufe, also vollständig auf einmal abgeschaltet werden könnte; denn die Variatoren hätten sich alsdann am Ende der Anlaufperiode nach anfänglichem Aufglühen so weit abgekühlt und im Widerstände verringert, daß man sie, wenn man sie nicht, wie z. B. bei intermittierenden Betrieben, der Einfachheit halber dem Anker vorgeschaltet lassen will, auf einmal kurz schließen könnte, ohne daß der Stromstoß und der Ruck auf den Motor zu groß würde. Dieses lediglich mit Variatoren bewirkte sehr einfache Anlassen ist einstufig ausführbar. Bei Mitvorschaltung von konstanten Widerständen wenigstens bei größeren Motoren ist es j edoch nicht mehr möglich, da der Stromstoß bei Abschaltung der Widerstände und damit der Ruck auf den Motor zu groß würde. Benutzt man nun Variationsanlasser mit einfachem Handbetrieb, so setzt man die Variatoren bei in der Praxis meist nicht zu vermeidender, zweistufiger Abschaltung unter Umständen der Gefahr der Zerstörung aus; denn, wenn die Spannung am Motor infolge langsamen Anlaufs noch nicht hoch genug gestiegen ist und man vorzeitig den konstanten Widerstand kurzschließt (erste Stufe), so müssen die noch vorgeschaltet bleibenden Variatoren eine übermäßig hohe Spannung aufnehmen, z. B. bei 220 Volt Netzspannung etwa 160 Volt, während sie nur iiö Volt aushalten können; sie werden also zerstört, da die Geschwindigkeitszunahme des Motors nicht so schnell erfolgen konnte, wie zur Spannungsvernichtung nötig gewesen wäre.

Fig. 3, 4 und 5 zeigen nun Einrichtungen,' ■ 55 um diese Unbequemlichkeiten und Störungen bei Anwendung von Handvariationsanlassern zu vermeiden, und auch gleichzeitig die Eingangs erwähnten, besonders durch die Kurven der Fig. 2 erläuterten schädlichen Beeinflussungen der Variatorwirkung nach Möglichkeit zu verhüten.

Zu diesem Zwecke wird auch bei Handbetrieb der Variationsanlasser doch ein Teil der Schaltungen selbsttätig durch ein Relais ausgeführt, in der Regel in der Weise, daß die erste Stufe, d. h. die Abschaltung des konstanten Widerstandes durch das Relais und nur die endgültige, vollständige Abschaltung, auch der Variatoren, durch eine Schalterbewegung (Stufe 2) von Hand erfolgt. Man erreicht dadurch einerseits, daß der konstante · Widerstand im richtigen Zeitpunkt viel genauer, als man dies beim Abwarten mit der Hand bewirken könnte, vom Relais abgeschaltet wird, also z. B. bei schnellem Motoranlauf schon nach ¹Z₄ Sekunde, bei langsamen erst nach ι Sekunde usw., jedenfalls so früh wie es für die Variatoren irgend zulässig ist, andererseits, daß ein Durchbrennen der Variatoren unmöglich ist. Da der Schalter nämlieh erst nach dem Arbeiten des Relais weiter gedreht wird, so sind die Variatoren vor Zerstörung geschützt und man kann allenfalls die zweite Schaltstufe von Hand zu früh abschalten, dadurch werden aber, auch die Variatoren abgeschaltet. Diese sind also stets außer Gefahr, selbst bei viel zu vorzeitiger Kurzschließung (Stufe 2). Im letzten Falle könnte vielleicht die Sicherung abschmelzen und der Motor einen zu starken Ruck bekommen, wie dies auch sonst bei falscher Handhabung gewöhnlicher Anlasser nicht ausgeschlossen ist.

Die möglichst schnelle Abschaltung der Stufe ι durch das Relais hat den Zweck, so früh als irgend möglich die nur zur Verhütung des ersten Stromstoßes auf das Netz vorgeschalteten konstanten Widerstände abzuschalten, um alsdann eine ähnliche, schnelle und günstige, durch Fig. 1 dargestellte. Wirkung der dann allein verbleibenden Variatoren zu erreichen. Der zweite Stromstoß kann dann ebenfalls in der zulässigen Grenze gehalten werden. Die Variatoren werden in der Regel ihren Glühgrad nach dem Ansprechen des Relais erlangen, wenn es sich nicht um einen schwereren Anlauf handelt, bei welchem sie auch schon im Augenblick .der Einschaltung zur Glut gebracht werden können.

In Fig. 3 ist der Übersichtlichkeit halber ein doppelpoliger Umschalter angewendet. In der Einschaltstellung berühren die Kontaktarme 13 und 14, welche um 11 bzw. 12 drehbar sind, die Kontakte 15 bzw. 17. Der Strom durchfließt den konstanten Widerstand 1, die Variatoren 2 und den Motoranker 3. Bei Nebenschlußmotoren ist das Feld 4, wie dargestellt, in bekannter Art zum gefahrlosen Ausgleich des Extrastromes angeschlossen. Der Motor setzt sich in Gang und gelangt bis etwas über die halbe Drehzahl, z. B. 125 Volt bei 220 Voltanlagen. . . -

Wie die Fig. 3 zeigt, berührt der Kontaktarm 14 auch gleichzeitig ein bewegliches, kleines Kontaktstück 10, wodurch die mit dem einen Ende an den einen Motorpol angeschlossene Wicklung 9 . eines Relais über 17 mit dem anderen Motorpol verbunden und dadurch an die beiden Klemmen des Motorankers angeschlossen wird. Das Relais ist so eingestellt, daß es bei der eben erwähnten Spannung von beispielsweise 125 Volt seinen Anker 5 anzieht, der mit dem Kontaktstück 6 die beiden festen Kontakte 7 und 8 berührt und den konstanten Widerstand 1 kurz schließt. Bei mäßig schnellem oder langsamem Anlauf des Motors waren die Variatoren 2 zum Glühen gelangt, hatten ihren Widerstand um ein Mehrfaches erhöht und ihn inzwischen mit zunehmender Motorgeschwindigkeit wieder verringert. Im Augenblick der Kurzschließung von ι glühen die Variatoren in der Regel wieder auf, da die bisher von diesem Widerstand ι vernichtete Spannung nunmehr von ihnen aufgenommen werden muß.

Hiermit ist die erste Stufe des Anlassens beendigt. Die Variatoren kühlen sich wieder ab, während die elektromotorische Gegenkraft des Ankers in demselben Maße zunimmt, bis diese etwa 200 Volt erreicht, worauf dann ohne erheblichen Stromstoß die Abschaltung des gesamten Widerstandes durch Weit er drehung der Kontaktarme 13 und 14 auf 16 bzw. wie früher 17 von Hand vorgenommen wird. Nunmehr geht der Strom von -|- und —■ unmittelbar in den Motoranker 3.

Man erkennt . den Augenblick, in welchem diese zweite Stufe von Hand abgeschaltet werden darf, daran, daß vorher der Relaisanker 5 angezogen sein muß, was auch durch eine farbige Scheibe oder eine ähnliche Vorrichtung, wie sie bei sogenannten Bogenlampenindikatoren üblich ist, angezeigt werden oder welche Vorrichtung auch zur Schaltersperrung dienen kann. Man kann den richtigen Zeitpunkt auch ferner an den Variatoren beobachten/ deren Glühzustand jedenfalls wieder verschwunden sein muß, bevor der doppelpolige Schalter auf die Endstellung zu bringen ist.

Die Kurzschließung des Widerstandes 1 durch das Relais 9 ist nun nicht mehr erforderlich, da die Kontakte 16 und 17 alles überbrücken; infolgedessen wird zweckmäßig nunmehr die Wicklung 9 unterbrochen, was durch Vorbeibewegen von 14 an dem bewegliehen Kontakt 10 geschieht. Um bei der Rückbewegung des Schalters zwecks Ausschaltung des Motors nicht erst das Relais wieder einzuschalten, was infolge der elektromotorischen Gegenkraft des auch nach Abschaltung vom Netz auslaufenden Ankers geschehen würde, ist die Rückseite des beweglichen Kontaktarmes 10 mit Isoliermaterial belegt, so daß der Kontaktarm 14 vorüberstreifend keine Verbindung herstellen kann. Wie ersichtlich, ist mit diesem Umschalter auch gleich eine doppelpolige Abschaltung des Motors erreicht, was mit gewöhnlichen Anlassern in der Regel nicht der Fall ist, jedoch häufig vorgeschrieben wird. Das Relais 9 braucht, da es nur wenige Sekunden während der Stufe 1 eingeschaltet ist, nur ganz klein bemessen zu sein.

Fig. 4 zeigt eine praktische Ausführungsform derselben Einrichtung mit einem der bekannten Drehschalter. Mit 17 ist der drehbare Stern, welcher sechs Zacken beiderseitig hat, bezeichnet. Zwei von den Zacken sind ohne Belegung, die übrigen, vier sind zu je zwei durch metallische Belegungen im Zusammenhang, was durch die schwarze Farbe angedeutet ist. 18 bis 23 stellen die sechs Kontaktfedern ,dar. Die Wirkungsweise ist wie in Fig. 3 derart, daß in der gezeichneten Ausschaltstellung die Zuführungen 21 und 22 zweipolig abgeschaltet sind. In der ersten Einschaltstellung, also bei Weiterdrehung um eine Zacke, geht der Strom von 21 über 18 in den konstanten Widerstand 1, die Variatoren 2, den Anker. 3, durch die Kontaktfeder 19 zu 22 und zum Minuspol. Gleichzeitig ist das Relais 9 bereits angeschlossen, da 23 in Verbindung mit 19 kommt, während 20 auf einem Isolierstück liegt.

Mit zunehmender Motorgeschwindigkeit zieht 9 den Anker 5 an und schließt durch 6 und die Kontakte 7 und 8 in der ersten Stufe den Widerstand 1 kurz. In der zweiten Stufe erfolgt die Kurzschließung des gesamten Widerstandes durch Weiterdrehung des Sternes 17 um einen Kontakt, wodurch 21 wiederum mit 18 und 22 mit 19, gleichzeitig aber auch 20 mit 18 in Verbindung kommt, was der Kurzschließung von ι und 2 entspricht. In dieser Stellung ist aber andererseits die Feder 23 auf ein Isolierstück gelangt, und, wie beabsichtigt, das nunmehr unnötige Relais 9 wieder unterbrochen. .

Fig. 5 zeigt dieselbe Einrichtung beispielshalber unter Anwendung nur eines einpoligen Schalters, wobei, wie es in manchen Anlagen mit Vorteil möglich ist, von der Anwendung konstanter Widerstände ganz oder nahezu vollständig abgesehen ist. Hierdurch wird allerdings, wie eingangs erläutert, während etwa Y₁₀ Sekunde ein etwas größerer Anfangsstromstoß (z. B. das Fünffache des Normalstromes statt des sonst meist nur zulässigen 2^χ/₂ fachen) herbeigeführt, andererseits aber kommen in beiden Stufen, selbst bei schnellem Anlauf des Motors, die Variatoren besser zur Wirkung. Bei der Einschaltung, also Stellung des Hebels 25 auf 26, sind die Variatoren α und δ

dem Anker 3 vorgeschaltet und glühen beide auf, um sich alsbald wieder abzukühlen. Das Relais 9 ist an den Anker 3 angeschlossen und wird, wenn etwa die halbe Drehzahl erreicht ist (der Schalter 28 ist geschlossen), genügend erregt sein, um durch Überbrückung von 7 und 8 die erste Abteilung der Variatoren α kurzzuschließen. Nunmehr nimmt die Motorgeschwindigkeit weiter zu, und bei Weiterbewegung von 25 gleichzeitig auf 26 und 27 werden alle Variatoren kurzgeschlossen. Vorher hatten noch die Variatoren b zum zweitenmal ihren Widerstand erhöht, als α kurzgeschlossen wurde. Der Schalter 28 kann nunmehr wieder geöffnet werden, da das Relais 9 während des Betriebes nicht erforderlich ist. Zweckmäßig wird 28 gleich mit dem Hauptschalter, ähnlich wie in Fig. 3 und 4, vereinigt. Die vorstehend geschilderten Ausführungen lassen sich auch in anderer Form herstellen, wobei die besonderen Verhältnisse mancher Motorbetriebe berücksichtigt werden können, stets beruhend auf dem Grundgedanken, daß eine Art halb selbsttätiger und halb von Hand erfolgender Anlasserbeeinflussung derart vereinigt ist, daß mit möglichst einfachen Schaltvorrichtungen im Sinne der Eigenart der Variatoren gearbeitet werden kann.

Claims (6)

1. Patent-Ansprüche:

   I. Einrichtung zum Anlassen von Elektromotoren mit Widesständen von hohem Temperaturkoeffizienten (Variationswiderständen, bei welcher das Anlassen mit mindestens zwei Widerstandsstufen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste oder die ersten der Stufen selbsttätig abgeschaltet werden, während die Abschaltung der übrigen Stufen von Hand erfolgt, um eine Beschädigung der Variatoren durch vorzeitiges Weiterschalten zu verhüten.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe ein Vorschaltwiderstand von geringern Temperaturkoeffizienten selbsttätig abgeschaltet wird, während in der zweiten und erforderlichenfalls in weiteren Stufen die Abschaltung · von Variationswiderständen von Hand erfolgt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei oder mehreren Stufen von Variationswiderständen die erste Stufe selbsttätig, die übrigen von Hand abgeschaltet werden.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Relais, welches zum selbsttätigen Abschalten der ersten Stufe oder Stufen der Widerstände an den Motoranker angeschaltet wird, eine Anzeigevorrichtung zur Meldung der durch das Relais vollzogenen Schaltung verbunden ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch das zur Abschaltung dienende Relais die Weiterschaltung von Hand bis nach Vollzug der Schaltung durch das Relais gesperrt ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis des zur Abschaltung dienenden Relais nach der selbsttätigen Schaltung durch die von Hand erfolgende Weiterbewegung der Anlaß vorrichtung geöffnet wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.