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Schaltungsanordnung für elektromagnetische Wechselstromrelais Für
das Ansprechen von Relais o. dgl. ist es häufig erwünscht, eine elektrische Größe,
z. B. eine elektromotorische Kraft, zu erhalten, die nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit
von einer anderen elektrischen Größe, etwa dem in einer- Leitung fließenden Strom,
abhängt. Besteht die gewünschte Abhängigkeit der beiden elektrischen Größen voneinander
nicht in einfacher Proportionalität, so ist die Aufgabe im allgemeinen mit einfachen
Mitteln nicht zu lösen. .Man hat deshalb vielfach zu dem Ausweg gegriffen, mit Hilfe
eines selbsttätig wirkenden Regelorganes, z. B. eines Schnellreglers, die sekundäre
Größe in Abhängigkeit von der primären durch Einschalten von Widerständen, Transformatoranzapfungen
o. dgl. zu regeln. Derartige Einrichtungen sind aber verhältnismäßig verwickelt
und teuer Erfindungsgemäß kann man nun, wenn es sich um Wechselstromrelais handelt,
für die praktisch in Frage kommenden Beziehungen zwischen der primären elektrischen
Größe, also etwa dem Strom in einer Leitung, und der sekundären Größe, also etwa
der Spannung, an die eine Wicklung eines Relais angeschlossen wird, dadurch erreichen,
daß diese Spannung von zwei magnetischen Kraftflüssen induziert wird, die in zwei
magnetischen Kreisen mit verschiedener magnetischer Charakteristik verlaufen. und
daß die-Erregerwicklungen dieser beiden Kraftflüsse in Reihenschaltung von dem-'selben
Strom durchflossen werden. Ist die primär gegebene Größe eine Spannung, so kann
man von dieser in bekannter Weise durch Einschalten von genügend großen Ohmschen
oder induktiven Widerständen einen mit ihr proportionalen Strom erhalten, der dann
die Erregerwicklungen der beiden magnetischen Kraftflüsse speist.
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Da man schon einer einzelnen magnetischen Charakteristik durch eine
Reihe von bekannten Mitteln, z. B. durch Herstellung des Magnetkernes aus verschiedenen
Eisensorten oder mit verschiedenen Querschnitten, oder durch Verringerungen des
Eisenquerschnittes an einer oder mehreren Stellen des Kraftlinienweges, oder durch
Anbringung von Luftspalten, die den Eisenweg ganz unterbrechen, ferner durch entsprechende
Wahl der Windungszahlen oder durch gleichzeitige Anwendung mehrerer dieser Mittel,
willkürlich sehr verschiedene Formen geben kann; so ist es möglich, durch Anwendung
zweier vom gleichen Strom erregten Magnetkreise und durch Addition und Subtraktion
von Spannungen, die von den in diesen Kreisen entstehenden Kraftflüssen induziert
werden, der Kurve, welche die Abhängigkeit dieser Sekundärspannung vom Erregerstrom
darstellt, fast jede beliebige gewünschte Form zu geben.
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Die beiden magnetischen Kraftflüsse können zum Teil auf demselben
Weg verlaufen und dabei in einer gemeinsamen Sekundärwicklung eine elektromotorische
Kraft induzieren, die ihrer vektoriellen Summe proportional ist.
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Sie können auch vollständig getrennt sein, wobei die in getrennten
Wicklungen von ihnen induzierten elektromotorischen Kräfte elektrisch addiert werden
können. Wenn schließlich
die sekundären elektrischen Größen zur
Erzeugung mechanischer Kräfte benutzt werden sollen, kann die Addition auch mechanisch.
erfolgen, etwa in der Weise, daß die einzelnen Magnetsysteme auf eine oder mehrere
auf der gleichen Achse angebrachten Ferraris-Scheiben oder Trommeln einwirken.
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Zwei Ausführungsbeispiele solcher Relaisschaltungen zeigen die Abb.
x und 2. In denselben sind a1 und a2 die beiden in Reihe geschalteten Primärwicklungen,
b1 und b2 die beiden magnetischen Kreise. Die Verschiedenheit der magnetischen Charakteristik
der beiden Kreise ist in diesen Beispielen dadurch erreicht, daß der eine Kreis
einen Luftspalt enthält, der andere nicht. In Abb. z ist c. eine Sekundärwicklung,
welche die beiden magnetischen Kraftflüsse umschlingt und in welcher also eine Spannung
induziert wird, die der Summe der beiden Kraftflüsse (vektoriell genommen) entspricht.
In Abb. 2 sind die magnetischen Kraftflüsse getrennt und die beiden von je einem
dieser Kraftflüsse induzierten Sekundärwicklungen cl und c2 elektrisch in Reihe
geschaltet.
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Für manche Zwecke, besonders für die wahlweise Abschaltung fehlerhafter
Leitungsstrecken in elektrischen Netzen, sind Relais erwünscht, deren Drehmoment
einer gegebenen elektrischen Größe (Strom oder Spannung) umgekehrt proportional
ist. Solche Relais können nach- der angegebenen Schaltung gebaut werden, indem erfindungsgemäß
die beiden magnetischen Kreise so bemessen sind, daß die sekundäre Spannung dem
primären Strom von einer gewissen Stromstärke an angenähert umgekehrt proportional
ist. Die umgekehrte Proportionalität kann schon von einer kleineren Primärstromstärke
an erreicht werden, wenn man erfindungsgemäß einem der beiden magnetischen Kreise
einen mit der Stärke des Kraftflusses veränderlichen Luftspalt gibt.
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Die Abb. 3 zeigt beispielsweise die Form der magnetischen Charakteristik
einer solchen Ein" richtung. k,. und k, sind die Charakteristiken der beiden getrennten
magnetischen Kreise (Kraftfluß in Abhängigkeit vom Erregerstrom); welche beispielsweise
in einer gemeinsamen Sekundärwicklung eine Spannung induzieren. Die Kurve l zeigt
den Verlauf dieser Spannung in Abhängigkeit vom Erregerstrom. Diese Spannung ist
vom Punkt m an dem Erregerstrom umgekehrt proportional.
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Wenn der magnetische Kreis, welchem die Charakteristik k2 entspricht,
einen mit der Stärke des Kraftflusses veränderlichen Luftspalt erhält, indem etwa.
nach Abb. q. ein. Anker i gegen eine Federkraft in den magnetischen Kreis hereingezogen
wird, dann kann die Charakteristik k, im unteren Teil die Form annehmen, die in
Abb. 3 gestrichelt eingetragen. ist, wodurch die Abhängigkeit der Spannung vom Erregerstrom
(Kurve l) ebenfalls einen anderen, in Abb.3 gestrichelt eingetragenen Verlauf erhält.
Dadurch wird erreicht, daß die umgekehrte Proportionalität zwischen der Spannung
und dem Erregerstrom schon von Puhkt n ab eingehalten wird.
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Für die wahlweise Abschaltung fehlerhafter Leitungsstrecken in elektrischen
Netzen noch besser geeignet sind wattmetrische Relais, deren Drehmoment dem Widerstand
einer Leitungsstrecke proportional ist. Ein solches Relais kann in der angegebenen
Weise gebaut werden, indem der Strom in der Leitungsstrecke oder ein ihm proportionaler
Strom die beiden magnetischen Kreise erregt und eine von den Kraftflüssen dieser
magnetischen Kreise gemeinsam induzierte Sekundärspannung der einen Wicklung des
wattmetrischen Relais zugeführt wird, während die andere Wicklung an die Spannung.
an den Enden der Leitungsstrecke oder eine ihr proportionale Spannung angeschlossen
wird. Durch bekannte Mittel läßt es sich erreichen, daß das Drehmoment des Relais
entweder dem Ohmschen Widerstand oder dem induktiven Widerstand oder der Gesamtimpedanz
der Leitungsstrecke proportional ist.
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Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Relais zeigt die Abb. 5. Die
Buchstaben a bis c haben hier dieselbe Bedeutung wie in Abb. 2. d und e sind die
zwei Wicklungen eines Ferraris-Relais, dessen Treibscheibe, mit f bezeichnet, das
Gewicht g hochwindet. Von diesen beiden Wicklungen. ist die eine, d, an die Wicklungen
cl und. c2 angeschlossen. Die in diesen Wicklungen induzierte Spannung ist dem Strom
in dem Leitungsstück h umgekehrt proportional, wenn die Charakteristiken der Transformatoren
b1 und b2 der Abb.3 entsprechen. Die andere Wicklung, e; liegt unmittelbar an den
Enden des Leitungsstückes h.
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Unter Verwendung eines Relais von der in Abb. 5 dargestellten Art
läßt sich eine Einrichtung zur wahlweisen Abschaltung fehlerhafter Leitungsstrecken
in elektrischen Netzen schaffen, indem erfindungsgemäß die eine Wicklung des Relais
an die Spannung. an einer Stelle des Netzes, die andere an eine durch die Hifstransformatoren
vom Strom in der zu schützenden Leitungsstrecke abgeleitete Spannung angeschlossen
wird und indem das Relais einen Kontakt einstellt, gegen den sich ein zweiter Kontakt
bewegt, so daß der Weg; den letzterer zurückzulegen hat und damit die dazu benötigte
Zeit um so größer ist; je größer der zwischen dem Anschlußpunkt des Relais und der
Kurzschlußstelle liegende Widerstand ist.
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Die beiden zur Speisung des Relais erforderlichen magnetischen Stromkreise
mit verschiedener Charakteristik können als kleine Hilfstransformatoren ausgeführt
werden und beispielsweise durch einen Stromwandler mit dem
Strom
einer Leitung gespeist werden, sie können aber auch selbst nach Art von Stromwandlern
gebaut werden und unmittelbar in die Leitung eingeschaltet werden. Ebenso können
sie auch, wenn die primäre elektrische Größe die Spannung einer Leitung ist, entweder
als besondere kleine Hilfstransformatoren ausgeführt und über einen Spannungswandler
an die Leitung angeschlossen werden, sie können aber auch selbst nach Art von Spannungswandlern
gebaut und unmittelbar an die Leitung angeschlossen werden.