DE4335965A1 - Motorstarter mit integriertem Kurzschlußschutz - Google Patents

Motorstarter mit integriertem Kurzschlußschutz

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Description

Die Erfindung betrifft einen Motorstarter mit integriertem Kurzschlußschutz zum Ingang- und Stillsetzen von Elektro­ motoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Motorstarter mit Kurzschlußschutz sind als "kombinierte Starter" bekannt. Bei diesen Startern wird einem Schütz, mit dem der Motor in Normalbetrieb gesteuert wird, ein Lei­ stungsschalter vorgeschaltet, der beim Auftreten von Kurz­ schlußströmen schnell genug den Strompfad trennt und so den zu steuernden Verbraucher und die anderen Schaltgeräte des Starters schützt. Die dabei zu leistende Lichtbogenarbeit der Kurzschlußstromtrennung wird allein von dem Leistungs­ schalter der Starterkombination geleistet. Die bekannten kombinierten Starter weisen einen engen Einsatzbereich auf, müssen mit einzelnen Schaltgeräten vom Anwender koordiniert und aufgebaut werden und bestehen aus mehreren unterschied­ lichen Schaltgerätetypen und zusätzlichen Hilfsgeräten wie Sicherungen oder Überstromrelais. Mögliche Ausführungen derartiger Starter sind in der DIN/VDE 0660 Teil 102 dar­ gestellt.
Weiterhin ist z. B. aus der DE 35 03 431 A1 ein Schütz bekannt, das als Einzelgerät Kurzschlußschutzeigenschaften besitzt. Damit im Kurzschlußfall ein sicheres Abheben der beweglichen Kontaktbrücke erreicht wird, muß bei diesem Schütz ein magnetischer Ausgleicher, der den in dem Kontakt­ system auftretenden elektrodynamischen Abstoßungskräften entgegenwirkt, mit einer Freigabevorrichtung ausgerüstet sein, die bei einer bestimmten Stromschwelle ein schnelles und eindeutiges Öffnen der Kontakte ermöglicht.
Zusätzlich müssen noch Dämpfungsmittel vorgesehen sein, die ein vorzeitiges Rückfallen der Kontaktbrücke innerhalb der 1. Halbwelle des Kurzschlußstromes verhindern.
Reihenschaltungen von Trennstellen, bei denen im Kurz­ schlußfall die zu leistende Lichtbogenarbeit auf mehrere Trennstellen verteilt wird, sind z. B. aus der DE-AS 11 92 731 bekannt. Dort wird ein Selbstschalter gezeigt, dem ein Kontaktsystem vorgeschaltet ist, das die gleichen Trenneigenschaften wie das Kontaktsystem des Selbst­ schalters besitzt, und als Bauteil, bestehend aus Kontakt­ trennstelle, Auslöseeinheit und Eingangsklemmen, dem Selbstschalter beigeordnet werden kann. Dabei sind zwischen dem Selbstschalter und dem Bauteil nur elektrische Verbindungen erforderlich.
Weiterhin sind noch Schaltgeräte mit den integrierten Funktionen eines Schützes und eines Leistungsschalters bekannt, die aber nur ein begrenztes Schaltvermögen aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, kostengünstige und anwenderfreundliche "selbstkoordinierende" kombinierte Starter mit integriertem Kurzschlußschalter und für hohe Schaltvermögen zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gegeben.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß der kombinierte Starter aus einem netzseitig angeordneten Leistungsschalter und einem zu diesem in Reihe geschalteten lastseitigen Schütz mit gleichartigen dynamischen Eigenschaften aufgebaut ist, wobei durch die gegenseitige Unterstützung dieser beiden Schaltgeräte ein schnelles und synchrones Abschalten bei Überlast- oder Kurzschlußstrom ermöglicht wird. Eine Koordination verschiedener Geräte zu einem Gerätesystem, wie es bei den bisher bekannten kombinierten Startern erforderlich ist, entfällt, da der erfindungsgemäße Starter als ein komplettes Schaltgerät aufgebaut werden kann. Die Steuerung und Überwachung der beiden Schaltgeräte erfolgt vorzugsweise mit einer Leistungselektronik in integrierter Technik (Smart Power Device). Sie ersetzt die herkömmlichen Auslöser wie Bimetallrelais und Schnellauslöser und umgeht die aufwendigen Konstruktionen, die eine Kurzschluß­ stromauslösung ermöglichen. Ein weiterer Vorteil der elektronischen Überlastüberwachung ist durch die großen Einstell- und Einsatzbereiche dieser Auslöser gegeben.
Der Leistungsschalter dient als Hauptschalter für das als Betriebsschalter dienende Schütz, wobei die bei der Abschaltung entstehenden Lichtbögen in Lichtbogenkammern des kompakt ausgebildeten Leistungsschalters gelöscht werden. Hierdurch wird die Schweißneigung des Schützes reduziert.
Durch die Mehrfachausnutzung der an sich vorhandenen und erforderlichen Einzelkomponenten wird eine kostengünstige Lösung für einen Niederspannungs- Motorstarter geschaffen. Damit entfällt die Notwendigkeit von Vorkontaktsystemen bzw. die aufwendigere Entwicklung mechanisch koordinierter Schaltgeräte.
Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispieles soll die Erfindung näher erläutertwerden. Es zeigen:
Fig. 1 als Blockschaltbild den schematischen Aufbau des Motorstarters und seine Anbindung an Verbraucher und Netz,
Fig. 2 ein Funktionsschaltbild des Motorstarters,
Fig. 3 den Motorstarter in geschnittener Draufsicht und
Fig. 4 die Auslösekennlinien der elektronischen Überstromauslöser.
Der in Fig. 1 dargestellte Motorstarter 1 besteht aus einem netzseitigen Leistungsschalter 2 und einem dazu in Reihe geschalteten lastseitigen Schütz 3. Zwischen diesen beiden Schaltgeräten ist die elektronische Einheit 4 zum Messen, Steuern und Überwachen eingefügt. Der netz- und lastseitige Anschluß erfolgt über die Anschlüsse 13 und 14.
Fig. 2 zeigt, daß die elektronische Einheit 4 aus der Meßwerterfassung 7, der Meßwertaufbereitung 8, sowie aus den elektronischen b-, s- und k-Auslösern 9, 10 und 11 besteht, die über Steuerleitungen 12 auf die beiden Schaltgeräte einwirken.
Unter b-Auslöser wird hier der Teil der elektronischen Einheit 4 verstanden, der das Verhalten eines herkömmlichen Bimetall-Auslösers simuliert; der s-Auslöser ersetzt einen herkömmlichen Schnellauslöser elektromagnetischer Bauart; der k-Auslöser betrifft ebenfalls die elektromagnetische Auslösung, wird jedoch unverzögert von dem entsprechenden Schaltungsteil der Einheit 4 simuliert.
Die EIN-/AUS-Funktion des Starters wird über die Be­ tätigungseinheit 5 ausgeführt, die auf den Leistungs­ schalter 2 wirkt. Mit der Betätigungseinheit 6 wird in Verbindung mit dem Schütz 3 die Betriebssteuerung des Motors ausgeführt. Der b-Auslöser 11, der auf eine thermische Überlastung des Motors reagiert, wirkt nur auf Schütz 3. Die s- und k-Auslöser 9 und 10 wirken auf beide Schaltgeräte 2 und 3. So wird bei einer Überlastung, die zu einer Schnell- oder Kurzschlußstromauslösung führt, an beiden Schaltgeräten 2 und 3 gleichzeitig die Kon­ takttrennung eingeleitet. Dazu müssen die Schaltgeräte 2, 3 annähernd gleiche Abhebeströme aufweisen, die durch Merkmale der baulichen Ausführung der beiden Schaltgeräte bestimmt sind.
Die Fig. 3 zeigt den Niederspannungs- Motorstarter 1 im Schnitt, wobei der in einem Gehäuse 15 angeordnete Leistungsschalter 2 und das in einem Gehäuse 16 angeordnete Schütz 3 hintereinander auf einer Grundplatte 17 befestigt sind.
Das Gehäuse 15 des Leistungsschalters 2 weist in einer ersten Kammer 18 das Kontaktsystem auf, welches aus einem U-förmig ausgebildeten Festkontaktstück 19 sowie aus einem beweglichen Kontaktarm 20 besteht. Dieser Kontaktarm 20 ist drehbar auf einer Achse 21 in einer Schaltwelle 22 gelagert, welche in einer das Schaltsystem enthaltenden zweiten Kammer 23 des Gehäuses 15 über einen federbeaufschlagten Schalthebel 25 mit einem Griff 26 um eine Achse 24 zum Ein- und Ausschalten des Kontaktsystems drehbar gelagert ist.
Zur Erzeugung des Kontaktdruckes zwischen den Kontakten 27 und 28 des Festkontaktstückes 19 und des beweglichen Kontaktarmes 20 ist ein durch eine Druckfeder 29 beaufschlagbarer Übertragungshebel 30 vorgesehen. In der ersten Kammer 18 ist neben dem Kontaktsystem eine Lichtbogenlöscheinrichtung 31 mit metallischen Löschgliedern 32 angeordnet. Schließlich weist das Gehäuse 15 noch eine dritte Kammer 33 auf, in welcher ein in einem Gehäuse 34 befindlicher Auslöser 35 gelagert ist. In diesem Gehäuse 34 befindet sich ein Wandler 36, der Auslöser 35 mit einer Auslösewelle 37 und einem Auslösemagneten 38 sowie die elektronische Auslöseeinheit 4 mit der Meßwerterfassung 7, der Meßwertaufbereitung 8 und den elektronischen Auslösern 9. 10 und 11. Die elektronische Einheit 4 kann als Smart Power Device ausgeführt sein. Das Gehäuse 34 mit der Auslöseeinheit 35 ist ein getrennt montiertes Bauteil, welches leicht austauschbar ist.
In Reihe zu dem Gehäuse 15 mit dem Leistungsschalter 2 ist das Gehäuse 16 mit dem Schütz 3 kompakt angeordnet, wobei das Schütz 3 feststehende Kontaktträger 39, 40 aufweist. Diese Kontaktträger 39, 40 besitzen eine U-Form, wodurch die elektrodynamische Abstoßung der beweglichen Kontaktbrücke 41 gegen die Kraft der Polfeder 42 ermöglicht wird, wenn ein Strom mit Kurzschlußüberstromstärke in den Starterkreis fließt. Der elektrische Stromfluß erfolgt von dem Anschluß 43 in dem Leistungsschalter 2 über die Festkontaktstücke 19, die beweglichen Kontaktarme 20 und über Litze 44, 45, welche mit durch den Wandler 36 hindurchgeführte Stromschienen 46 fest verbunden sind. Die aus dem Wandler 36 herausragenden Enden 47 der Stromschienen 46 sind über Zwischenschienen 48 mit dem Kontaktträger 39 fest verbunden, über welchen der Strom über die Kontaktbrücke 41 zu dem festen Kontaktträger 40 leitbar ist. Der feste Kontaktträger 40 hat einen aus dem Gehäuse 16 herausragenden Anschluß 49.
Die Fig. 3 zeigt einen kompakten und kostengünstigen Aufbau eines Motorstarters 1, der durch Mehrfachnutzung der ohnehin vorhandenen Komponenten unterstützt wird. Das Schütz 3 und der Leistungsschalter 2 öffnen erfindungsgemäß bei hohen Kurzschlußströmen dynamisch etwa gleichzeitig, wodurch ein hohes Schaltvermögen auch bei höheren Spannungen ermöglicht wird. Weiterhin sorgt die gemeinsame Auswerte-Elektronik dafür, daß der Leistungsschalter 2 schnell ausgelöst und der Schütz 3 schnell entregt werden. Hierbei wirkt die Schützansteuerung gleichzeitig als optimale Ansteuerung im Sinne von hoher Einschalt- und niedriger Halteleistung. Diese niedrige Halteleistung und auch die Reduzierung des Magnetvolumens tragen zur schnellen Ausschaltung des Schützmagneten bei.
In Fig. 4 sind die Auslösekennlinien der elektronischen Auslöser 9, 10 und 11 gezeigt. Dabei sind die für elektronische Auslöser gegebenen Möglichkeiten der Variation der Einstellwerte aufgezeigt. Die Kennlinien der b-, s- und k-Auslöser sind der Reihenfolge nach mit 27, 28 und 29 bezeichnet. Der Einstellbereich des b-Auslösers ist mit 30 bezeichnet. Beim s-Auslöser kann der Stromein­ stellbereich 31 und die Zeitverzögerung 32 variiert werden. Die Erfindung ist mit entsprechend angepaßten Schaltgeräten in ein- und mehrphasigen Starterkreisen einsetzbar.

Claims (7)

1. Motorstarter zum Ingang- und Stillsetzen von Elektromotoren, bestehend aus zwei in Reihe geschalteten Schaltgeräten und Betätigungselementen, dessen Überlastschutz sich auf den Schutz gegen Kurzschlußströme erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltgeräte (2, 3) aus einem netzseitigen Leistungsschalter (2) und einem dazu in Reihe geschalteten lastseitigen Schütz (3) bestehen und zusammen mit einer elektronischen Einheit (4) zum Messen, Steuern und Überwachen in Reihe geschaltet sind, wobei die beiden Schaltgeräte annähernd gleiche Abhebeströme aufweisen, daß das Überwachungssystem der Einheit (4) elektronische Auslöser (9, 10, 11) für den Motorschutz und Kurzschlußschutz enthält und daß das Steuersystem der Einheit (4) in Zusammenwirkung mit den elektronischen Auslösern (9 und 10) beim Auftreten von Überlast- oder Kurzschlußströmen ein gleichzeitiges Schnellabschalten der beiden Schaltgeräte (2, 3) innerhalb einer Fehlerstromhalbwelle bewirkt.
2. Motorstarter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltgeräte (2, 3), die elektronische Einheit (4) und die Betätigungselemente (5,6) eine fertig montierte Baueinheit bilden.
3. Motorstarter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Einheit (4) als Leistungselektronik in integrierter Technik (Smart Power Device) ausgeführt ist.
4. Motorstarter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der netzseitige Leistungsschalter (2) in Zusammenwirkung mit dem Betätigungselement (5) die EIN-/AUS-Funktion des Starters ausführt und das lastseitige Schütz (3) in Zusammenwirkung mit dem Betätigungselement (6) und dem Auslöser (11) der elektronischen Einheit (4), der den thermischen Überlastschutz des Motors gewährleistet, die Betriebssteuerung des Motors übernimmt.
5. Motorstarter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hintereinander angeordneten Geräte (15, 16) des Leistungsschalters (2) und des Schützes (3) miteinander verbunden sind.
6. Motorstarter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (15) des Leistungsschalters (2) eine erste Kammer (18) für das Kontaktsystem eine zweite Kammer (23) für das Schaltsystem eine dritte Kammer (33) für den Auslöser (35), in dessen Gehäuse (34) auch die elektronische Auslöseeinheit (4) mit dem b- (9), s- (10) und k- Auslösern angeordnet ist.
7. Motorstarter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöser (35) aus einem austauschbaren und leicht in der Kammer (33) des Gehäuses (15) einsetzbaren Baumodul besteht.
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