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Selbsttätige belastungsabhängige Spannungsumschalteinrichtung, insbesondere
Sterndreieckschalter, für. Wechselstrommotoren Es ist bekannt, den bei schwacher
Belastung im allgemeinen empfindlich zurückgehenden Leistungsfaktor und Wirkungsgrad
von Wechselstrominduktionsmotoren dadurch zu verbessern, daß man den Motor bei Minderbelastung
nur mit einem Teilbetrag seiner Nennspannung betreibt. Hierzu steht beispielsweise
beim betriebsmäßig in Dreieck geschalteten Drehstrommotor zur Spannungsherabsetzung
das Zurückgehen auf die Sternschaltung zur Verfügung. Es ist ferner bekannt, den
Motor je nach der jeweiligen Belastung durch ein auf Leistung ansprechendes Relais
selbsttätig in der Stern- öder Dreieckschaltung arbeiten zu lassen. Den bisher vorgeschlagenen
Maßnahmen dieser Art haftet aber vor allem der Nachteil an, daß sie ihre Aufgabe
nur dann erfüllen können, wenn der Motor sich in seinem vollen Betriebszustande
befindet und in eindeutiger Weise einen Belastungszustand unterhalb bzw. oberhalb
des kritischen, die selbsttätige Umschaltung bedingenden Belastungswertes aufweist.
Bei jeder Abweichung hiervon, so während des Motoranlaufs und beim Hinundherpendeln
der Motorbelastung um den kritischen Belastungswert, versagen sie. Und zwar beim
Anlauf deshalb, weil dieser im Falle des Motors mit kurzgeschlossenem Läufer mit
verminderter Spannung erfolgen muß, trotzdem in der Regel die tewältigung des Beschleunigungsvorganges
an sich die volle Betriebspannung verlangen würde, was dem selbsttätigen Steuerzusammenhang,
wie er für den Betriebszustand einzuhalten ist, gerade widerspricht. Bei den Pendelungen
im Betriebszustande, d. h. bei rasch verlaufenden Belastungsänderungen, sind nicht
die Augenblickswerte des Belastungszustandes, sondern die zeitlichen Mittelwerte
des Schwankungsverlaufs entscheidend, so daß trotz vorübergehenden Durchganges durch
die kritischen Umschaltwerte der maßgebliche Mittelwert längs einer kurzen Zeit
die kritischen Umschaltwerte noch gar nicht erreicht zu haben braucht.
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Es ist nun Gegenstand der Erfindung, diese die Ursache unmittelbarer
Falschschaltungen bildenden und die praktische Anwendbarkeit der selbsttätigen Hinundherschaltmaßnahmen
bisher verhindernden Nachteile zu vermeiden und Maßnahmen zu treffen, die jene Abweichungen
vom normalen Betriebsfall voll beherrschen, und sowohl den Anlaßvorgang als auch
die kurzzeitigen Belastungschwankungen des Betriebes in den selbsttätigen Umschaltvorgang
voll und fehlerfrei einzubeziehen. Dies geschieht dadurch, daß die selbsttätige
Umschalteinrichtung für die Dauer des Anlaßvorganges bzw. überhaupt einer lediglich
kurzzeitigen Abweichung von dem Belastungszustand, bei dem die Umschalteinrichtung
an sich anzusprechen hätte, vorübergehend an der Umschaltung gehindert wird.
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Diese vorübergehende Herabsetzung der Ansprechempfindlichkeit bzw.
Verzögerung, des Ansprechens zum Zwecke, unter dem
Schutze der kleinen.
Zeitspannen vorübergehend durch die kritischen Umschaltwerte hindurchgehen zu_lgönn@rl,
ohne daß die selbsttätige Umschaltung wirksam wird, hat nichts mit einer Verzögerungseinrichtung
zu tun, wie sie z. B. bei Sterndreieckschaltern dahin bekannt ist, daß beim Anlassen
des Motors mit dem Umlegen eines Anlaßhebels von der Abschaltlage zur Einschaltstellung
zwangsläufig die Anlaßstufe Stern für eine gewisse kurze Zeit aufrechterhalten werden
muß, ehe der Schalter zur Betriebstellung Dreieck übergeht. Es handelt sich vielmehr
darum, das selbsttätige Hinundherschalten z. B. zwischen den beiden durch die Stern-
und die Dreieckschaltung gegebenen Spannungsstufen sowohl für die Vor- als auch
für die Zurückschaltung während einer gewissen kurzen Zeit zu verzögern.
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Zur weiteren Ausgestaltung, insbesondere auch der Einbeziehung des
Anlaßvorgangs, sieht die Erfindung die zusätzliche Anwendung einer Lastkupplung
vor, die den Anlauf des Motors zeitlich von dem der Last trennt und dadurch u. a.
ermöglicht, die Zeitdauer, für die der selbsttätige Umschalter während des Anlaufs
am Ansprechen gehindert werden muß, auf einen besonders kleinen Betrag herabzusetzen,
der zudem von den beim Anlaufe jeweils vorliegenden Lastverhältnissen bzw. der jeweiligen
Anlaufschwere vollkommen unabhängig ist.
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Die Erfindung betrifft die Vervollkommnung der Gesamtumschalteinrichtung
und bleibt nicht auf die Anwendung der bisher bekanntgewordenen Umschaltmaßnahmen
beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf an sich neue Umschaltanordnungen und
legt die j e nach Wahl der betreffenden selbsttätigen Umschaltanordnung in Betracht
kommenden Zusammenhänge klar. Es ist dabei gleichgültig, von welcher Schaltungsart
zur Erzielung der Spannungsänderung Gebrauch gemacht wird und mit welcher Zahl verschiedener
Wicklungspannungen die Umschalteinrichtung arbeitet. Es können ebensogut mehrere
verschiedene Spannungen an die Gesamtmotorwicklung gelegt werden als die verschiedentlich
unterteilte oder besonders angezapfte Wicklung an gleichbleibende Spannungen, als
auch beide Möglichkeiten in beliebiger Zusammenstellung Anwendung finden. An Hand
der Abb. r bis 6 wird die Erfindung beispielsweise an einem Drehstromkurzschlußankermotor
erläutert, bei dem zur Spannungsveränderung von der Sterndreieckumschaltung Gebrauch
gemacht wird. Die Zusammenhänge beim Umschalten werden sowohl auf Grund des Drehmomentals
auch des Drehzahl- (Schlupf-) oder des Stromverhaltens des Motors näher erläutert.
Die Kurven der Abb. z zeigen in Funktion des als Abszisse angetragenen Drehmoments
D des Motors die charakteristischen Betriebskurven für die Leistungsfaktoren cos
(p, Wirkungsgrade 71, Schlupfe 6 und Stromaufnahmen I eines Drehstromkurzschlußankermotors,
der bei derselben Netzspannung einmal in der Vollschaltung Dreieck und ferner mit
der auf Stern umgeschalteten Wicklung betrieben wird. Dieselben Werte zeigt die
Abb. z in Funktion der Drehzahl ia bzw. des Schlupfes a und die Abb. 3 in Funktion
der Stromentnahme I aus dem Netze. Die jeweiligen im getreuen Verhältnis zu den
Werten Dnorm, Tnorm, Unorm, 7/norm des Vollastzustandes bei Dreieckschaltung stehenden
Werte des Leistungsfaktors, des Wirkungsgrades, der Stromaufnahme und des Schlupfes
und des Drehmomentes sind dabei für die Dreieckschaltung mit cos gd, lid, Jd, ad
und D,1 und für die Sternschaltung mit cos gas, 77, 1s, 6s und DS
bezeichnet. Die Abb. q., 5 und 6 veranschaulichen einige Ausführungsbeispiele des
Erfindungsgegenstandes.
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Die Abb. z, auf die zunächst Bezug genommen wird, läßt erkennen, wie
bei Belastungen unterhalb des Nenndrehmomentes Dnorm der Leistungsfaktor cos T,
der Sternschaltung ganz erheblich günstiger verläuft als der cos q9d der Dreieckschaltung.
Der Wirkungsgrad als der Sternschaltung ist dagegen nur bei ganz geringen Belastungen
günstiger als 77,1 der Dreieckschaltung. Von Drehmomententnahmen an, die
etwas geringer sind als die Hälfte des Nenndrehmomentes Dnrm, sinkt q, sehr rasch
unter während der cos cps bis fast zum vollen Drehmoment Dnorm hinauf günstiger
als cos q@d verläuft. Ganz abgesehen davon, daß es keinen Zweck haben würde, nur
einem günstigen Leistungsfaktor zuliebe jeden beliebig schlechten Wirkungsgrad
71, in Kauf zu nehmen, verbieten schon die in der Maschine in Wärme umgesetzten
Verluste, welche. in Gestalt höchstzulässiger Temperaturgrenzen die bei den beiden
Schaltungen möglichen Höchstbelastungen vorschreiben, sehr bald, den Motor in Sternschaltung
über ein gewisses Maß hinaus zu belasten. Das Drehmoment, bei dessen Lieferung im
Dauerbetriebe . der Motor bei Sternschaltung die höchstzulässigen Wicklungstemperaturen
gerade erreichen würde, ist für den vorliegenden Motor mit Du (ungefähr 6o
°1o des Vollastdrehmomentes Dnorm) bezeichnet. Ob nun der Drehmomenthöchstbetrag
Du für die Sternschaltung aus Gründen der Erwärmung oder aus Gründen der
Wirtschaftlichkeit, welche mit der Leistungsfaktorgröße einerseits und gleichzeitig
mit der Wirkungsgradgröße andererseits ,eng zusammenhängt, oder sonstwie
festgesetzt
wird, es wird stets ein kritisches Drehmoment Du geben, bei dessen Überschreitung
ein Verweilen in Sternschaltung unzweckmäßig und der Übergang zur Dreieckschaltung
geboten ist.
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Wenn nun beispielsweise auf Grund der Überschreitung eines solchen
kritischen Drehmomentes Du die Umschaltung von Stern auf Dreieck selbsttätig einsetzt,
bei Unterschreitung aber die Umschaltung aus der Dreieckschaltung auf Stern, so
wird der Motor nach Maßgabe der gestellten Drehmomentanforderung stets mit der vorteilhaftesten
Schaltungsart arbeiten. Es ist mit beliebigen aus der Technik zu Gebote stehenden
Mitteln möglich, das jeweils auftretende Drehmoment beispielsweise zwischen dem
Läufer einerseits und der Riemenscheibe oder anderen Kraftübertragungsmitteln andererseits
etwa an Federkräften zu messen und bei Überschreitung des kritischen Drehmomentes
Du
an der damit in beliebiger Verbindung stehenden Schalteinrichtung anstatt
der Sternschaltung die Dreieckschaltung herbeizuführen, und umgekehrt. Dabei ist
ohne Belang, wie die Kraftäußerungen, z. B. zum Umlegen des Schaltgerätes bei der
Drehmomentüberschreitung oder Unterschreitung hergeleitet werden, ob etwa die Kraftäußerungen
unmittelbar die Bewegung des Schalters herbeiführen oder ganz oder teilweise mittelbar,
d. h. auf anderweitig beliebig bereitgestellte, aus mechanischen oder elektrischen
Gründen auftretende Kräfte nur auslösend wirken.
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Eine hierfür geeignete Ausführung zeigt die Abb. 4, bei welcher auf
die antreibende Läuferwelle W die Riemenscheibe R verdrehbar aufgesetzt ist. Sie
greift mit ihrer entsprechend ausgebildeten Nabe von der Stirnseite der Welle her
etwa mittels Nut und Feder an einem ihr gegenüber unverdrehbaren, aber axial verschiebbaren
Bolzen G an, welcher einerseits mit einem Gewinde in eine entsprechende axiale Gewindebohrung
der Welle eingeschraubt ist, andererseits den Schaltknopf K trägt, der mit dem durch
S angedeuteten Schaltgerät zusammenarbeitet. Bei jedem Versuch einer Drehmomentübertragung
schraubt sich der Bolzen G mit seinem Gewinde in die Welle W hinein, wobei er sich
auf eine in die Wellenbohrung eingebrachte Schraubendruckfeder F abstützt. Je größer
das an die Riemenscheibe R vom Motor her übertragene Drehmoment ist, desto mehr
wird der Bolzen G mit seinem in der Drehachse umlaufenden Schaltknopf K in die Welle
hineingezwungen; bei kleiner werdendem Drehmoment bewegt ihn die gespannte Feder
F wieder nach außen. Es ist lediglich eine Frage der Steigungsverhältnisse, der
gewählten Federabmessungen und der an der Schalteinrichtung S getroffenen Maßnahmen,
wie diese Drehmömentmeßeinrichtung bei Überschreitung des kritischen Drehmomentes
Du das Schaltgerät auf Dreieck umlegt oder bei Unterschreitung auf Stern
zurücklegt. Das Zusammenwirken zwischen K und S kann dabei sowohl mechanisch oder
elektrisch für die Umschaltung dienende Kräfte steuern. als auch unmittelbar die
Umlegung hervorbringen.
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Das Drehmoment läßt sich natürlich ganz oder teilweise und an jeder
beliebigen anderen Stelle längs seiner Überleitung vom Motor bis zur Nutzlast mit
allen möglichen Mitteln messen und auf die Umschalteinrichtung übertragen. Es läßt
sich nicht nur an den umlaufenden Teilen, sondern auch als Reaktionsdrehmoment am
Ständer des Motors (z. B. Pendelmotor) oder den entsprechenden Teilen der angetriebenen
Maschine heranziehen.
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Die Kurvenzüge der Abb. z lassen auch erkennen, wie bei dem übergang
von der einen Spannungstufe zur andern ein vollkommen verändertes Verhalten des
Motors in seinem Schlupf ß herbeigeführt wird. So herrscht bei dem kritischen Drehmoment
Du im Falle der Sternschaltung der gegenüber dem Schlupfe der Dreieckschaltung ßud
wesentlich größere Schlupf aus. Bei dem Übergang von der Stern- zur Dreieckschaltung
gehört also zu dem Schaltdrehmoment Du eine wesentlich höhere Drehzahl, als
sie bei Sternschaltung besteht. War also der Motor in Sternschaltung gerade beim
Schlupf % mit dem kritischen Drehmoment Du belastet und setzt die Umschaltung auf
Dreieck infolge einer geringfügigen Drehmomentsteigerung ein, dann findet die Dreieckschaltung
noch nicht den neuen, wesentlich geringeren Schlupf vor, sondern, da sie während
der Umschaltezeit praktisch so gut wie nicht abfällt, mindestens den alten, größeren
Schlupf aus. Bei diesem Schlupfzustand entwickelt aber der Motor zunächst das bedeutende
Drehmoment D'ud, während von ihm das in dem angenommenen Falle nur geringfügig überschrittene
Drehmoment Du verlangt wird. Mit diesem allmählich zurückgehenden Drehmomentüberschuß
werden die gesamten Massen bis auf die zu dem Schlupfwert atd gehörige, nur das
Drehmoment Du entwickelnde Drehzahl beschleunigt. Besteht die zur Dreieckschaltung
führende Überschreitung zufällig gerade in dem Anwachsen von Du auf D'"d,
dann geht der Motor ohne Drehzahländerung in seinen neuen Betriebszustand der Dreieckschaltung
über. Ist nun die sprunghafte Drehmomentüberschreitung nicht bedeutend, dann bestehen
im ersten Augenblicke stets Überschüsse des bei der zu niederen
Drehzahl
zunächst entwickelten Drehmoments gegenüber dem benötigten geringeren Drehmoment,
welche mit der Beschleunigung der beteiligten Massen auf die höhere Drehzahl wieder
verschwinden. Ist aber das mit der Umschaltung geforderte Drehmoment größer als
das zu aus gehörige D'ud, dann werden bei dem Drehmomentfehlbetrag die Massen bis
auf diejenige Drehzahl verzögert, bei welcher das entwickelte Drehmoment entaprechend
groß genug geworden ist. Es setzt also mit "der Umschaltung ein Ausgleichv organg
ein, welcher die im ersten -Augenblick noch unzutreffende Drehzahl unter Entwicklung
entsprechender Drehmomente allmählich herstellt. Je nach der Größe der beteiligten
Massen wird der neue stationäre Betriebszustand nach mehr oder weniger kurzer Zeit
eingetreten sein.
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Wenn also beispielsweise, ausgehend vom Drehmoment Du bei crus
der Sternschaltung, eine geringfügige Überschreitung von D" den Übergang zur Dreieckschaltung
bewirkt hat, so werden für die Dauer des Ausgleichvorganges vorübergehend an der
die Umschaltung betätigenden Drehmomentmeßeinrichtung-wesentlich größere Drehmomente
gewaltsam in Erscheinung treten, so daß kleinere Drehmomente als diese sich bis
auf weiteres der Messung entziehen. Wenn also unmittelbar nach der durch die geringfügige
Überschreitung von Du bewirkten Umschaltung eine geringfügige Unterschreitung des
Nutzdrehmomentes eintritt, dann vermag die mit dem größeren Drehmomente vorübergehend
beanspruchte, gewissermaßen unempfindlicher gewordene Meßeinrichtung erst nach Ablauf
des Ausgleichsvorganges anzusprechen, so daß also in erwünschter Weise eine sofortige
Rückschaltung auf Stern vermieden wird, wenn der Motor zufällig nur mit dem kritischen
Drehmoment belastet läuft, bei welchem nach einer Überschreitung sofort wieder eine
Unterschreitung gegeben ist. Ebenso liegen die Verhältnisse bei der Rückschaltung
von Dreieck auf Stern, wo im Augenblick der Umschaltung das Drehmoment von
Du bei at auf das wesentlich kleinere D'u$ absinkt, so daß erst nach Verzögerung
der beteiligten Massen bis zum Schlupf aus die Drehmomentschalteinrichtung wieder
ihre Empfindlichkeit für geringfügige Überschreitungen von Du zurückerlangt
hat, somit auch hier die Einrichtung daran gehindert wird, in rascher Folge immer
wieder -% an neuem anzusprechen. Ganz allgemein geben also die Ausgleichvorgänge
ein Mittel, den selbsttätigen Umschaltvorgang - des Erfindungsgegenstandes in praktisch
wertvoller Weise zu beeinflussen. Die Zeitdauer der vorübergehend herabgesetzten
Empfindlichkeit des Ansprechens läßt sich beispielsweise durch Vergrößerung der
beteiligten Massen, durch Anordnung besonderer relativ beweg" licher Schwungmassen
oder durch Einschaltung von Umschaltwiderständen nach Belieben ändern. In gewissen
Fällen auftretende, etwa störend wirkende Schwingungsvorgänge lassen sich auch durch
Anwendung von Dämpfungseinrichtungen ohne weiteres beherrschen.
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Daß der selbsttätige Übergang in die beispielsweise ins Auge gefaßten
beiden Schaltstellungen Stern und Dreieck auch auf andere Weise, -und zwar vermöge
des Drehzahlverhaltens des Motors hervorgebracht werden kann, geht aus der Abb.
2 hervor. Dort ist n" die Drehzahl in Sternschaltung und 92ud die in Dreieckschaltung,
welche zu dem kritischen Schaltdrehmoment Du gehört. Baut man nun eine von
der Größe der jeweiligen Drehzahl abhängige Einrichtung derart, daß bei Unterschreitung
der Drehzahl st", die Sternschaltung in die Dreieckschaltung übergeht, bei
Überschreitung der kritischen Drehzahl zzud jedoch die Zurückschaltung in Stern
erfolgt, dann ist ebenfalls die Erfindung verwirklicht. Die Abb. 5 zeigt, wie beispielsweise
vermöge der Fliehkraft Fliehmassen Z, welche etwa im Innern der Riemenscheibe R
um die Zapfen 7-l drehbar angebracht sind, mit ihrem Hebelende Z2 durch eine Durchbrechung
der Riemenscheibennabe- und der Welle W hindurch an einen in einer zentralen Bohrung
in der Welle von der Stirnseite her eingesetzten Bolzen B wirken, der beispielsweise
durch die sich an der in der Wellenbohrung befestigten Büchse H abstützende Schraubendruckfeder
F1 axial in die Welle hineingedrückt wird. Je größer die Drehzahl, desto mehr zwingt
die Fliehmasse Z den Bolzen B entgegen der Wirkung der Feder F1 aus der Welle W
wieder heraus. B arbeite wieder etwa mit seinem Knopfe K mit einem -Teile S der
Umschalteinrichtung zusammen, so daß bei einer Kraftäußerung auf den Zinken S1 beim
Absinken der Drehzahl auf den Wert yzUS das Überschalten auf Dreieck erfolgt, eine
weitere, wieder die Sternschaltung herbeiführende Betätigung jedoch erst bei einer
Steigerung der Drehzahl über den Wert nud hinaus durch Zusammenwirken des Knopfes
K mit dem Zinken S. erfolgt. Auch eine derartige Einrichtung läßt sich wieder mit
beliebigen aus der Technik zu Gebote stehenden Mitteln praktisch ausgestalten. Es
bedarf zur Feststellung der jeweiligen Umlaufgeschwindigkeit oder des Schlupfes
selbstverständlich nicht der Benutzung der Fliehkraft, es stehen vielmehr hierfür
sämtliche sonst möglichen Anordnungen zur Messung der Geschwindigkeit
oder
des Schlupfes auf den Schalter zur Verfügung. Auch hier sorgen die einsetzenden
Ausgleichvorgänge mit den beteiligten Massen dafür, da.ß eine erwünschte vorübergehende
Unempfindlichkeit des Ansprechens bei zufälligem Arbeiten des Motors in der Nähe
der kritischen Drehzahl jeweils unmittelbar nach der Umschaltung eintritt. Es bleibt
auch hier wie in allen übrigen Fällen unbenommen, sich darüber hinaus zusätzlicher
Einrichtungen sowie auch solcher zur Verhütung unerwünschter Erscheinungen in diesem
Zusammenhange zu bedienen.
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Daß zur Verwirklichung der Erfindung die Kotorströme selbst herangezogen
werden können, geht aus den Kurvenzügen der Abb.3 hervor, woselbst die Arbeitsgrößen
über dem entnommenen Netzstrom aufgetragen sind. Jus ist die zum kritischen Drehmoment
Au gehörige Stromstärke, bei deren Überschreitung von der Stern- in die Dreieckschaltung
übergegangen werden muß. Jud ist diejenige Stromstärke, bei deren Unterschreitung
zur Sternschaltung zurückgegriffen werden muß. Im Beispiel ist der kritische Wert
Jus, bei dessen Überschreitung die Dreieckschaltung herbeizuführen ist, kleiner
als der Wert J,d, bei dessen Unterschreitung wieder zur Sternschaltung übergegangen
werden muß. Daß sich auch diese Forderung ohne weiteres praktisch verwirklichen
läßt, geht aus der Abb. 6 hervor, bei welcher der Anker A eines Stromrelais etwa
durch Wicklungen El, E2, E3, welche ganz oder teilweise von den Motorströmen durchflossen
werden, ein Drehmoment erhält, welchem das Moment einer Feder F2 entgegenwirkt.
Steigt die Stromentnahme des Motors auf den kritischen Wert Jus an, dann schließt
der Arm C des Ankers infolge des gestiegenen Ankerdrehmomentes entgegen der Wirkung
der Feder F2 bei C1 den Kontakt für die mittelbare oder unmittelbare Herstellung
der Dreieckschaltung. Da nun die Rückschaltung zu Stern bei einer Unterschreitung
des Stromwertes J"d erfolgen muß, welcher größer ist als der Strom Jus, der den
Ankerkontakt C an C1 legte, so würde der Anker A, der nur bei kleineren Strömen
als Jus die Trennung des Kontaktes C von C1 herbeiführen könnte, den vorliegenden
Zweck nicht erfüllen können, wenn nicht mit dem Schließen des Kontaktes Cl für die
Dreieckschaltung ein anderer Zusammenhang zwischen den Motorströmen und dem Ankerdrehmomente
herbeigeführt werden würde. Dies g x e Schieht beispielsweise dadurch, daß
mit dem Einschalten in Dreieck ein Teil der Windungen der Wicklungen El, E2, E3
für die Ankerdrehrnomenterzeugung unwirksam gemacht wird, so daß es dann erhöhter
Stromstärken bedarf, um dieselben Ankerdrehmomente wie vorher in Sternschaltung
herbeizuführen. Mit anderen Worten: die Lösung des Kontaktes bei C1, mit welcher
z. B. gleichzeitig die Rückschaltung auf Stern Hand in Hand geht, tritt jetzt erst
bei einer höheren Stromstärke ein, als zur Schließung erforderlich war.
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Derartige selbsttätige Eingriffe in die Wirkungsweise des Umschalters
seitens des Stromes lassen sich zwar mit beliebigen Mitteln, z. B. auch unter Mitbeteiligung
der Spannungen, herbeiführen. Es ist aber auch möglich, sie zu vermeiden, wenn dafür
gesorgt wird, daß die für das Ansprechen des Apparates maßgebende Stromstärke Jus,
bei deren Überschreitung die Dreieckschaltung einzusetzenhat, größer ist als die
Stromstärke Jud, deren Unterschreitung ihrerseits die Sternschaltung herbeiführen
muß. Dies läßt sich ohne weiteres dadurch erreichen, daß nicht die Netzströme ganz
oder teilweise durch die Wicklungen Ei, E2, E3 des Stromrelais fließen, sondern
nur die jeweils in den Phasenwicklungen des Motors fließenden Ströme entscheidend
werden. Da nämlich in der Sternschaltung der Wicklungstrom dem Netzstrom gleich
ist, in der Dreieckschaltung aber nur das
des Netzstromes ist, so ist der kritische Stromwert Jud als Phasenstrom
jetzt kleiner als Jus. Es bleibt- wie auch in allen Fällen unbenommen, das Drehmoment
des Relais oder der Umschalteeinrichtung ganz oder teilweise unter der Mitbeteiligung
der Ströme und der Spannungen aller oder nur einer Phase im unterstützenden Sinne
oder in Differenzwirkung zustande kommen zu lassen. Auch die im Rotor verfügbaren
Ströme und Spannungen können dienstbar gemacht werden.
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Da der Motor auch bei der durch Ströme hervorgebrachten Umschaltung,
gleichgültig, ob sie über irgendwelche Relais hinweg oder unmittelbar herbeigeführt
wird, immer wieder in seinen entsprechend veränderten Drehzahlbereich übergeführt
werden muß, so setzt wiederum als Folgeerscheinung der mechanischen Ausgleichvorgänge
beim Übergang von Stern auf Dreieck, der infolge der Überschreitung des kritischen
Stromes Jus eintrat, die mit dem Schlupfwert ß", zusammenhängende höhere Stromaufnahme
J'ud ein, welche erst nach Erreichen der stationären Drehzahl auf den von dem neuen
höheren Drehmoment vorgeschriebenen Wert zurückgeht, welcher zur Drehmomentüberschreitung
geführt hat. Andererseits entsteht bei dem Rückgang zur Sternschaltung, wie sie
nach Maßgabe der Stromunterschreitung Tud eintrat,
vorübergehend
eine weit darüber hinausgehende Unterschreitung bis auf J'us. Wenn also der Schalter
einmal betätigt worden ist, so bleibt er gewissermaßen für eine weitere Betätigung
nach der anderen Seite durch den einsetzenden Ausgleichstrom während einer gewissen
kurzen Zeit für die zur Nutzbelastung gehörigen stationären Stromwerte gesperrt.
Neben der Wahl besonderer Massen steht u. a. auch hier wieder das Einsetzen besonderer
Vorschaltwiderstände, Drosselspulen u. dgl. zur Abstimmung der Zeitdauer des Ausgleichsvorganges
zur Verfügung.
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Die mit der selbsttätigen Umschaltung verbundenen Vorgänge sind also
im Sinne der Erfindung praktisch verwertbar. Ferner steht nichts im Wege, sie wie
auch alle sonstigen Maßnahmen unter sich zu beliebigem Zusammenwirken zu kombinieren.
So könnte beispielsweise seitens des Drehmomentes, der Drehzahl (bzw. des Schlupfes)
und der Ströme für sich jeweils unabhängig die Umschalteinrichtung gesteuert werden,
so daß beim Versagen des einen Mittels die anderen ergänzend eingreifen. Andererseits
bleibt es unbenommen, anstatt die einzelnen Maßnahmen unabhängig voneinander zu
benutzen, sie beliebig zu verknüpfen.
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Da die Sterndreieckschaltung dazu dienen kann, nicht nur die Spannungsverminderung
zur Verbesserung des Leistungsfaktors oder des Wirkungsgrades hervorzubringen, sondern
auch die Kurzschlußstromaufnahme des Motors beim Anlauf einzuschränken, so ist die
Möglichkeit gegeben, das bisher betrachtete selbsttätige Umschalten der Spannungstufen
bzw. die beispielsweise betrachtete Sterndreieckumschaltung beim bereits angelassenen
Motor den Erfordernissen des Motoranlaufs anzupassen. Da der Motor beim Anlauf in
Sternschaltung, auch wenn er vollkommen unbelastet ist, höhere Drehmomente, höhere
Stromaufnahme und höhere Schlupfwerte aufweist, als zu den entsprechenden kritischen
Werten, bei denen die Dreieckschaltung des Betriebes erfolgen muß, gehören, so würden
die für die selbsttätigen Umschaltungen im Betrieb vorgesehenen Maßnahmen nicht
in allen Fällen erst nach dem Anlauf ansprechen, sondern schon beim Anlaufe ohne
weiteres in unerwünschter Weise die Dreieckschaltung herbeiführen können. Um die
Erfordernisse des Anlaufes mit denen des Betriebes in Einklang zu bringen, muß man
in die betreffenden Einrichtungen während des Anlaufes entsprechend eingreifen.
So könnte man mittels einer selbsttätigen Kupplung beispielsweise die Drehmomentmeßeinrichtung,
an welcher die selbsttätige Schaltung herbeigeführt wird, erst am Ende des Motoranlaufes
in Tätigkeit setzen. Dasselbe Mittel ließe sich bei der Drehzahlmeßeinrichtung verwenden,
wie auch dem Strome für die Zeit des Anlaufes etwa durch eine Zeitmeßeinrichtung
die Möglichkeit genommen werden könnte, umschaltend einzugreifen. Auch hier sind
die einzelnen Möglichkeiten unter sich austauschbar und zusammenstellbar. Bei der
elektrischen Umschaltung zusammen mit dem Einrücken der Nutzlast, die anstatt von
Hand durch selbsttätige Maßnahmen, wie Kupplungen u. dgl., bewirkt werden könnte,
ist, da erst mit dem Einrücken der Nutzlast zur Dreieckschaltung übergegangen wird,
der Zusammenhang zwischen den Erfordernissen des Anlaufes und denen des Betriebes
ohne weiteres gegeben.
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An sich bekanntgewordene Zusammenhänge zwischen mechanischen Stoßwirkungen
bei Kupplungsbenutzung und den elektrischen Schaltvorgängen können ohne weiteres
dienstbar gemacht werden.
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Es ist für die Erfindung nicht wesentlich, auf Grund welcher besonderen
baulichen Maßnahmen die Steuereinrichtung und das Schaltgerät arbeiten, ob z. B.
das Schaltgerät unmittelbar im Zusammenbau mit dem Motor Verwendung findet oder
getrennt von ihm. Im unmittelbaren Zusammenbau mit dem Motor wird es möglich sein,
beispielsweise die Maßnahmen nach den Abb. 4 und 5 auch so zu treffen, daß eine
Übertragungseinrichtung von der Drehmoment- oder Drehzahlmeßeinrichtung elektrischer
oder mechanischer Art durch die Rotorwelle hindurch oder an derselben entlang nach
der anderen Motorseite geleitet wird, an welcher das Umschaltgerät befestigt ist.
Auf diese Weise könnte ein geschlossener Zusammenbau mit dem Motor leicht erzielt
werden. Bei Anwendung selbsttätiger Kupplungen könnte beispielsweise die Anordnung
nach Abb.5 auch dazu dienen, beim Erreichen einer gewissen Drehzahl. die während
des Anlaufes des Motors ausgerückte Riemenscheibe R selbsttätig einzurücken. Ferner
steht nichts im Wege, an der beispielsweise an der Rotorwelle entlang geführten
Energieüberleitung für das Schaltgerät besondere Wirkungen der in den Rotorwicklungen
fließenden Ströme bzw. der Spannung zu erzielen.
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Die zur Erzwingung der jeweils richtigen Stellung des Umschalters
geschaffenen Einrichtungen, ob sie nun nach Maßgabe des Drehmomentes, der Drehzahl
(bzw. Schlupfes) oder der Ströme erfolgt, können auch ohne weiteres dazu ausgebaut
werden, die Sicherung des Motors gegen Überlastung oder Überstrom zu übernehmen.
Im Fall der Drehmomentsteuerung der Umschalteinrichtung,
welche
bei Drehmomenten oberhalb der Größe von DU die Dreieckschaltung aufrechterhalten,
ist es z. B. leicht möglich, eine zusätzliche Einrichtung .zu treffen, die bei einer
gewissen weiteren Drehmomentüberschreitung, welche eine größere Überlastung oder
gar den Stillstand des Läufers bedingen würde, den Motor abzuschalten. So könnte
beispielsweise an der Drehmomentmeßeinrichtung der Abb. 4 bei noch weiterem Heraustreten
des Schaltknopfes K die Abschaltung selbsttätig erfolgen. Bei der selbsttätigen
Umschaltung auf Grund des Drehzahlverhaltens hätte man nur nötig, bei besonders
weitgehender Unterschreitung der Drehzahl ebenfalls das Abschalten zu bewirken,
und endlich könnte bei der Abhängigkeit von den Strömen die Schalteinrichtung im
Falle einer bestimmten Stromüberschreitung den Motor spannungslos machen. Es bleibt
naturgemäß unbenommen, Einrichtungen zur selbsttätigen Stillsetzung auch mit Maßnahmen
für die Fernsteuerung des Schalters ganz oder teilweise zu verknüpfen. Es ist ferner
möglich, beim Ausbleiben der Netzspannung, also beim Fehlen jeden Drehmomentes,
beim Verschwinden der Umlaufgeschwindigkeit bzw. beim Verschwinden der Ströme ebenfalls
. die elektrische Abschaltung herbeizuführen, so claß die Einrichtungen auch in
den Dienst von Nullspannungsauslösungen oder von Maßnahmen gestellt werden können,
welche einen ungewollten Wiederanlauf des Motors beim Wiedereinsetzen der ausgebliebenen
Spannung verhüten.
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Die zur selbsttätigen Umschaltung der Spannungsstufe benutzten oder
die damit zusammenarbeitenden Einrichtungen können so eingerichtet werden, daß die
kritischen Werte einstellbar sind und auch selbsttätig verändert werden können.
So wäre z. B. auch die Möglichkeit gegeben, sie abgeänderten Betriebsverhältnissen,
u. a. der geänderten Netzspannung, selbsttätig anzupassen. Schließlich ist es auch
möglich, die bei den elektrischen Umschaltungen zu erwartenden Schaltstromstöße
durch Anwendung geeigneter Mittel, z. B. durch Schutzwiderstände u. dgl., zu beherrschen.
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Ob nun die Umschalteinrichtung zum Anlegen des Motors an veränderte
Spannung im Zusammenwirken mit den A.nlaßerfordernissen, den Motorschutzeinrichtungen
und Fernbetätigungseinrichtungen ausgestattet wird oder nicht, Hauptsache ist und
bleibt, daß gemäß dem Erfindungsgegenstand das Anlegen des Motors an die jeweils
günstigste Spannungsstufe nicht wie bisher mit dem Erreichen des Umschaltkriteriums
erfolgt, sondern verzögert. Dadurch ist es möglich, die Arbeitsweise des Wechselstrominduktionsmotors,
ob mit oder ohne Kurzschlußanker, in weitgehender Weise zu vervollkommnen.