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Überstromschalter mit Kraftspeicher. Die Eifindung bezieht sich auf
Merstroinschalter mit Kraftspeicher und einem sowohl durch den Strom des zu schützenden
Stromkreises als auch durch einen Hilfsstrom erregbaren Magnetfelde. Die Erfindung
bezweckt. einen für jede Stromart geeigneten Überstromschalter der angegebenen Art
zu schaffen, der die Eigenschaft besitzt, daß er nach Beseitigung der störenden
Ursache sich nicht von selbst wieder einschalten kann, sondern so lange geöffnet
bleibt, bis der Hilfsstromkreis von Hand geöffnet wird, und der sich durch einfache
Bauweise, bequeme Handhabung und hohe Betriebssicherheit auszeichnet.
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Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in den Abb. I bis 5
an fünf verschiedenen Ausführungsbeispielen schematisch veranschaulicht.
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Bei dem aus Abb. r ersichtlichen ersten Ausführungsbeispiel ist angenommen,
daß ein (nicht dargestellter) Stromverbraucher, z. B. ein Gleichstrommotor, durch
den selbsttätigen Schalter vor Überstrom geschützt werden soll. Im einzelnen bedeutet
.d die Hauptstrormwicklung, :11 den -Magnetkern und _-1= eine mit dem Magnetkern
starr verbundene Stroinschlußbürste eines unmittelbar wirkenden elektromagnetischen
Schalters. Az stellt eine Zugfeder dar, «-elche die Stroinscblußbürste A1 finit
zwei an die zu unterbrechende Leitung angeschlossenen Stromschlußkliitzen A' und
.-P in Berührung zu setzen sucht. Auf dem Magnetkern A' ist außer der Hauptstromwicklung=1
parallel zu dieser und der mit ihr in Reihe liegenden Unterbrechungsstelle eine
Hilfswicklung A'' angeordnet. Im Hauptstromkreise ist ferner ein doppelpoliger Handausschalter
B vorgesehen, der dazu dient, den Stromverbraucher und gleichzeitig die Hilfswicklung
A' stromlos zu machen. Der aus den Teilen A, A' bis AB bestehende selbsttätige Schalter
ist in einem (nicht dargestellten) allseitig geschlossenen Gehäuse untergebracht.
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Die beiden im gleichen Sinne wirkenden Magnetwicklungen A und @1"
sind so bemessen und angeordnet, daß ihre gemeinsame Zugkraft in der Einschaltstellung
des Schalters geringer ist als die entgegengesetzt gerichtete Kraft der Feder A',
solange die Hauptwicklung .1 von dem normalen oder einem geringeren Strome durchflossen
wird, daß ihre Zugkraft aber die Federkraft überwiegt, sobald eine unzulässig hohe
Stromstärke im Haupt-#,trotnkreise, d. h. im Stromkreise des Stromverbrauchers,
auftritt. Dabei ist die Hilfswicklung A' im besonderen so bemessen, daß ,lire Zugkraft
allein ausreicht, den durch Abheben der Strornschlußbürste .4= von den Stromschlußklötzen
A' und :1' geöffneten Schalter unter allen Umständen in der aus Abb. r ersichtlichen
Ausschaltstellung festzuhalten; nicht aber kann sie (A') den in der Einschaltstellung
hefindlichen Schalter ohne Mitwirkung der von einem unzulässig starken Strome durchflossenen
Hauptstromwicklung.d öffnen, da sie durch A, .4` praktisch kurzgeschlossen ist.
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Bei der Betrachtung der Wirkungsweise sei angenommen, daß sowohl der
selbsttätige Schalter A 2,A4, A" als auch der Handaus-.,chalter B sich in
der Einschaltstellung befin-(len, so daß der Stromverbraucher Strom aus der Gleichstromquelle
aufnimmt. Tritt nun. z. B. durch Festbremsen des den Stromverbraucher darstellenden
Motors, ein überstrom iin Stromkreise des Stromverbrauchers auf, so schaltet der
Schalter A2, A', A' unter der Wirkung der Hauptstromwicklung A aus. Da die
elektromotorische Gegenkraft des Motors, sobald der .die HauptstromwicklungA enthaltende
Stromkreis unterbrochen ist, schnell verschwindet, liegt die Hilfswicklung As nach
dein Ausschalten des Schalters .d=, <1', A@ an der vollen Spannung der Gleichstromquelle,
so daß sie voll erregt wird und den Schalter in der Ausschaltstellung festzuhalten
vermag. Nach Beseitigung der störenden Ursache wird zunächst der Schalter B von
Hand geöffnet. Infolgedessen wird auch die Wicklung .-?1 stromlos, und der Schalter
A=, A4, A" schaltet unter der Wirkung der Feder A3 wieder ein. Nun kann der
Schalter B geschlossen und der Motor von .neuem angelassen Zierden. Der Schalter
A"-, A4, A` bleibt dann, falls die Störung endgültig beseitigt ist, geschlossen,
aniernfalls schaltet er sofort von neuem aus.
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Die Anordnung nach Abb. 2, Welche in erster Linie zum Schutze eines
ein Netz speisenden
Gleichstromgenerators gedacht ist, unterscheidet
sich von der beschriebenen dadurch, daß clie Hilfswicklung A6 über einen Ausschalter
C, der zweckmäßig als Druckknopfschalter ausgebildet ist, an die beiden Pole des
von dem Gleichstromgenerator gespeisten Netzes angeschlossen ist, und daß dafür
der Handausschalter B fortfällt. Befindet sich der Schalter A2, A4, A' und
ebenso der Schalter C in der Einschaltstellung, so sind beide Magnetwicklungen A
und A° erregt. Steigt nun die Stromstärke im Hauptstromkreise aus irgendeinem Grunde
(z. B. infolge Kurzschlusses im Netze) übermäßig an, so gelangt der Schalter A=,
A4, A" unter der Wirkung der nun die Federkraft überwiegenden Zugkraft der Wicklungen
A und A' in die gezeichnete Ausschaltstellung. Um nach Beseitigung der störenden
Ursache den Schalter A2, A4, A' wieder einzulegen, braucht man nur durch
Öffnen des Schalters C den Strom in der Hilfswicklung A' vorübergehend zu_ unterbrechen.
Dadurch wird die Hilfswiclung AG stromlos, und der Schalter gelangt in seine
Einschaltstellung. Besteht nun wider Erwarten noch ein unzulässig hoher Strom, so
schaltet .der Schalter A2, A4, A' sofort von neuem aus, während er eingeschaltet
bleibt, wenn der Strom inzwischen auf das zulässige Maß herabgesunken ist.
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Abb. 3 zeigt eine für Leonardbetriebe geeignete Ausführungsform des
Schalters.
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Die Hauptstramwicklung A liegt hier im gemeinsamen Ankerstromkreise
des Leonardgenerators D und des zugehörigen Motors E. Die Unterbrechungsstelle des
Schalters A', .44, A' dagegen ist in den Erregerstromkreis des Generators D gelegt.
Die Hilfswicklung AG
ist über einen Umschalter F an die den Erregerstrom liefernde
Stromquelle konstanter Spannung angeschlossen.
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Die Wirkungsweise stimmt im wesentlichen mit derjenigen der Anordnung
nach Abb.2 überein. Ein Unterschied besteht nur darin, daß der Ankerstromkreis stromlos
gemacht «erden kann, ohne daß er unterbrochen zu werden braucht.
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Soll der selbsttätige Schalter den Leonardmaschinensatz auch gegen
Stromstöße schützen, bei denen sich die Stromrichtung im Ankerstromkreise umkehrt,
wie sie z. B. bei elektrischer Bremsung des Motors E auftreten, so ist es zweckmäßig,
den Schalter mit getrennten magnetischen Kreisen für die Hauptstrom- und für die
Hilfswicklung auszuführen. Da nämlich die Hilfswicklung A' so bemessen ist, daß
ihre magnetische Zugkraft auf alle Fälle ausreicht, den Schalter in der Ausschaltstellung
zu halten, sind bei getrennten magnetischen Kreisen Veränderungen in der Stärke
des magnetischen Feldes der Haupt-Stromwicklung A nicht imstande, den Schalter in
die Einschaltstellung zu bringen. Es wird dadurch vermieden, daß infolge der Stromamkehr
in der Hauptstromwicklung ein vorzeitiges Wiedereinschalten stattfinden kann.-In
Abb. 4 ist eine für einphasigen Wechselstrom geeignete Ausführungsform dargestellt,
bei welcher der Schaltmagnet durch einen Schaltmotor ersetzt ist. Dieser ist als
Repulsionsmotor ausgebildet. Auf der Welle seines Ankers G ist ein Arm g1 befestigt,
der in einen Zapfen g2 endigt. Mit diesem greift er in ein Langloch h2 einer an
die Stromschlußbürste H des in dem zu unterbrechenden Stromkreise angeordneten Schalters
angelenkten Stange h' ein. In diesem Stromkreise, der zum Speisen eines Stromverbrauchers
bestimmt sein möge, liegen ferner ein doppelpoliger Handausschalter I und die Primärwicklung
K eines Stromwandlers. Der Sekundärstromkreis des Stromwandlers, der dessen Sekundärwicklung
KI und die Feldwicklung G3 des Schaltmotors in Reihenschaltung enthält, ist - parallel
zur Unterbrechungsstelle des Hauptstromkreises an diesen angeschlossen.
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Bei geschlossenen Schaltern H und I und normaler Stromentnahme
des angeschlossenen Stromverbrauchers wird der die Feldwicklung G3 des Repulsionsmotors
enthaltende Stromzweig nur von dem schwachen Strome durchflossen, der in der Sekundärwicklung
KI des Stromwandlers K, KI- induziert wird. Die Stärke dieses induzierten Stromes,
welche der Stärke des in der Primärwicklung K fließenden Stromes verhältnisgleich
ist, reicht nicht aus, im Motor G, G3 ein Drehmoment hervorzurufen, das zum Öffnen
des Schalters H genügen würde. Die Verhältnisse sind vielmehr so gewählt, daß erst
bei einer ganz bestimmten, die normale übersteigenden Stromstärke im Hauptstromkreise
die Zugkraft des Schaltmotors die Federkraft des Schalters überwiegt, s6 daß der
Schalter H in die gezeichnete Ausschaltstellung gelangt. Nach der Unterbrechung
des Schalters H fließt aus dem Netze ein Strom über die jetzt in Reihe geschalteten
Wicklungen K, K1 und G3, der stark genug ist, dem Motor G, G3 ein Drehmoment zu
erteilen, durch das der Schalter H in der Ausschaltstellung festgehalten wird. Erst
wenn der Stromverbraucher, der das übermäßige Ansteigen der Stromstärke im Hauptstromkreise
veranlaßt hatte, durch Öffnen des Handausschalters I abgeschaltet ist, wird der
die Wicklungen K1 und G3 enthaltende Stromzweig stromlos, so daß der Motor G;, G3
sein Drehmoment verliert und der Schalter H wieder in seine Einschaltstellung gelangt.
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In Abb. 5 ist eine für Dreiphasenstrom geeignete Anordnung dargestellt.
Entsprechend der Phasenzahl sind der an ein Dreiphasennetz P angeschlossene Stromwandler
K, K1
und der (hier als Induktionsmotor mit Kurzschlußanker gedachte)
Schaltmotor G, G3 dreiphasig, der selbsttätige Schalter H und der Handausschalter
J dreipolig ausgebildet. l1 bezeichnet eine durch Gleichstrom erregte Synchromnaschine,
die sowohl als Drehstromerzeuger wie als synchroner Drehstrotnmotor arbeiten kann.
Der Hub des selbsttätigen Schalters H ist in nicht dargestellter Weise auf eine
Größe einstellbar, bei der aus der Ausschaltstellung des Schalters H heraus kleine
Schaltbewegungen möglich sind, welche jedoch ein Schließen des Hauptstromkreises
nicht herbeiführen.
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Die Wirkungsweise des selbsttätigen bei Überstrom wirkenden Ausschalters
H entspricht in allen Punkten der für die einphasige Anordnung nach Abb. q. beschriebenen.
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Die Anordnungen nach Abb. q. und 5 besitzen noch die sehr wichtige
Nebenwirkung, daß sie auch als Einrichtungen zum selbsttätigen Parallelschalten
zweier ein- oder mehrphasiger Wechselstromkreise gebraucht werden können. Dies soll
an Hand der Abb. 5 näher erläutert werden. Der eine Stromkreis sei durch das Netz
P, der andere, hinzuzuschaltende, durch die Synchronmaschine 31 dargestellt.
Solange nttn z. B. die Drehrichtung der Synchronmaschine hl falsch ist oder zwischen
ihrer Spannung, Frequenz und Phase und den entsprechenden Größen des Netzes P eine
erhebliche Abweichung besteht, bleibt unter der Annahme, daß der Handausschalter
J geschlossen ist, die Feldwicklung G3 des Schaltmotors G, G3 dauernd erregt,
und der Schalter H verharrt in der Ausschaltstellung. Bei richtiger Drehrichtung
der Synchronmaschine I11 lassen sich indessen die Unterschiede in der Spannung,
Frequenz und Phase allmählich so weit verringern, daß das Drehmoment des Schaltmotors
G, G3, dessen Erregung um so schwächer wird, je kleiner die angegebenen Unterschiede
werden, kleiner und kleiner wird. Infolgedessen beginnt der Schalter H Schaltbewe.gungen
auszuführen, die allmählich größer werden, aber noch nicht ausreichen, ihn in die
Einschaltstellung zu bringen. Sobald Gier Zustand der annähernden Übereinstimmung
von Spannung, Frequenz und Phase, der sich bekanntlich periodisch wiederholt, lange
genug anhält, sinkt das Drehmoment des Schaltmotors G, G 3 so weit, daß die Federkraft
des Schalters H überwiegt, worauf dieser sofort einschaltet. Alsdann sind Netz P
und Synchronmaschine 1V1 parallel geschaltet. Der Schaltmotor G, G3 wird nun nichtmehr
durch die Netzspannung, sondern durch die im Stromwandler K, KI induzierte Spannung
erregt. Er wirkt daher bei Überstrom genau entsprechend dem Schaltmotor nach Abb.
d. Hat eine Ausschaltung infolge Überstroms stattgefunden, so ist dadurch natürlich
auch die Parallelschaltung verlorengegangen. Sobald die den Überstrom hervorrufende
Ursache zu wirken aufgehört hat, läßt sich die Parallelschaltung in der beschriebenen
Weise wiederherstellen.