DE603958C - Stromabhaengiger Schutzschalter mit einer zusaetzlichen Heizeinrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 12. OKTOBER 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21c GRUPPE 5940

Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. Januar 1933 ab

Bei ständigem Betrieb kann man die Motoren in einfacher Weise dadurch, schützen, daß eine Abschmelzsicherung, ein elektromagnetisches Relais oder auch Bimetallstreifen entsprechend dem Nennstrom des Motors verwendet werden, die bei Überschreiten des Nennstromes ansprechen. Es ist auch bereits bekannt, Überwachungsvorrichtungen zu verwenden, die zur möglichst vollständigen Ausnutzung der Überlastunggfähigkeit des Stromverbrauchers zusätzliche Einrichtungen aufweisen, durch die erreicht wird, daß die Erwärmungszeitkonstante des Überwachungsgerätes gleich derjenigen des Motors ist. Man hat auch als Schutzvorrichtung Bimetallauslöser mit einer entsprechend der Geschwindigkeit des Motors einstellbaren zusätzlichen Heizung verwendet.

Derartige Vorrichtungen sind aber nicht geeignet, im Aussetzbetrieb den Erwärmungs-

ao zustand des Motors eindeutig zu charakterisieren, weil sie in Abhängigkeit von ihrer Einschaltdauer eine unterschiedliche Leistung und damit auch unterschiedliche Nennströme aufnehmen. Das Verhältnis des Stromes zur Einschaltdauer ist bei den verschiedensten Motortypen sehr verschieden, wie aus den in der Fig. 1 dargestellten Kurven hervorgeht. Wird beispielsweise der in dieser Figur mit V bezeichnete Motor mit 10% Einschaltdauer, also z. B. r Minute Betrieb, 9 Minuten Pause usw., betrieben, so ist der Strom etwa 78°/,, höher zulässig als bei 25% Einschaltdauer, wo der Strom gleich 100 °/₀ angenommen ist, während beim Dauerbetrieb (100 °/₀ ED) nur 42% des Stromes zulässig sind. Die Motorwärme bleibt in allen Fällen gleich. Zur Überwachung derartiger Motoren hat man bisher Motorschütze verwendet, die bestimmte wählbare Trägheit besitzen, ehe es zum Abschalten kommt, z. B. Schmelzlotpatronen, oder man hat einstellbare konstante zusätzliche Heizströme verwendet, die mit Hilfe besonderer Relais eingeschaltet wurden, wenn ein unzulässiger Überstrom auftrat, und abgeschaltet, wenn der Überstrom wieder verschwand. Derartige Anordnungen bewirkten einen vom Motorstrom beschränkt abhängigen oder unabhängig verzögerten Motorschutz. Alle diese Schutzeinrichtungen genügen jedoch nicht den gestellten Anforderungen, da bei Überschreitung der zulässigen Einschaltdauer leicht Motorschäden entstehen konnten.

Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Hauptheizeinrichtung für den bei Dauerbetrieb zulässigen Grenzstrom bemessen wird und daß der Hilfstrom der Zusatzheizwicklung in Abhängigkeit von der Einschaltdauer, aber unabhängig von der Größe des Belastungsstromes eingestellt ist. Die Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Johann Gewecke in Berlin-Siemensstadt.

wird also von zwei Strömen bzw. Stromkreisen beeinflußt. Der erste Stromkreis wird von dem Motorstrom selbst oder einem von seiner Größe abhängigen; gegebenenfalls einstellbaren Strom durchflossen, während durch den zweiten Stromkreis ein einstellbarer Hilfstrom fließt, dessen Dauer von · der jeweiligen Betriebsdauer des Motors abhängt.

Die Schutzeinrichtung kann in bekannter ίο Weise aufgebaut sein, z. B. können Abschmelzsicherungen oder Bimetallschalter verwendet werden. Es ist auch für die Erfindung nebensächlich, ob die Ein- und Ausschaltung der zusätzlichen Heizeinrichtung durch ein besonderes Hilfsrelais oder -schütz erfolgt oder direkt durch die Steuerwalze bzw. die Schützensteuerung. Es ist auch nebensächlich, ob die zusätzliche Heizeinrichtung eingeschaltet ist, wenn der Motor an Spannung liegt oder wenn er spannungslos ist. Ob die eine oder andere Schaltweise gewählt wird, hängt von den thermischen Eigenschaften des zu schützenden Aussetzmotors ab.

Die Wirkung der Schutzeinrichtung ist an einem Rechenbeispiel erläutert. Es. wird zunächst vorausgesetzt, daß der Hilfstrom immer in gleicher (einstellbarer) Höhe fließt, wenn der Motor an Spannung liegt.

Die Anordnung wirkt z. B. in Verbindung mit einem Bimetallstreifen dann folgendermaßen :

Bei höchster Einschaltdäuer (also 100 °/₀ ED, Dauereinschaltung) von beispielsweise 10 Min. beheizt der Hilfstrom das Bimetall mit einer Wärmemenge i² · t, während der Anteil des Motorstromes J²t ausmacht, insgesamt also t (P + i^z) Wärmeeinheiten. / soll dabei der bei den betr. °/₀ED für den Motor thermisch

zulässige Motorstrom· sein. Das Verhältnis — ζ wird nun so gewählt, daß das ausgewählte Bimetall-Relais bei Überschreitung des 100% ED-Wertes / auslöst, also bei der in der Figur mit V bezeichneten Motortype beispielsweise bei einem Strom, der 42% des Normalstromes bei 25% ED entspricht.

Die während einer bestimmten Zeit erzeugte Wärmemenge entspricht infolgedessen der Größe

W = 10 (042² + i²) = τ,77 + ίο i².

Bei 25% ED ist der Motorstrom 100% und die Einschaltdauer bei gleicher Spieldauer 2,5 Minuten. Die erzeugte Wärmemenge ist dann

W = 2,5 (i² + P) = 2,5 + 2,5 P.

Bei io°/₀ ED ist der zulässige Strom 178%» Einschaltdauer ι Minute, so daß die Auslösewärme

W = (i,78² + P) = 3,17 + *".

ist. Stellt man jetzt die Bedingung, daß der Überstromschutz die Bedingungen für 10 und 1 100 °/o ED erfüllt, so müssen in beiden Fällen die Wärmemengen gleich sein. Es läßt sich dann der Hilfstrom i errechnen.

Es kann aber auch der Fall eintreten, daß der Hilfstrom stets eingeschaltet werden muß, wenn der Motor ausgeschaltet ist. Als Beispiel hierfür kann der in der Figur mit III bezeichnete Motor dienen.

An Hand der Tabelle lassen sich dann folgende Wärmegleichungen aufstellen:

für io.% ED ist W = 1 · 1,45 ^s + 9 · i²

= 2,1+9 i²

für 100% ED ist W = 10 · 0,62^s + 0 · i²

= 3,85

Sollen jetzt wieder die Bedingungen für 10% und 100 °/₀ ED genau erfüllt werden, so läßt sich aus den beiden Gleichungen ebenfalls der erforderliche Wert des Hilfstromes i bestimmen. Durch Wahl der Stärke der Zusatzbeheizung und der richtigen Schaltweise kann man also den Auslöser jeder gewünschten Motorcharakteristik anpassen.

Gegen diese Berechnung könnte der Einwand erhoben werden, daß sich das Verhältnis zwischen Erwärmungszustand und Abkühlungszustand des Auslösers je nach der Einschaltdauer und der Schaltabhängigkeit ändert, so daß der Wärmeauslöser etwas anders arbeitet, als oben angenommen ist. Wenn aber Erwärmung und Abkühlungscharakteristik des Auslösers bekannt sind, kann durch zweckmäßige Wahl des Hilfstromes diese Ungenauigkeit ohne weiteres ausgeglichen werden.

Wesentlich ist nur, daß die Trägheit der Schutzeinrichtung so gewählt sein muß, daß ein einwandfreies Arbeiten erzielt wird, gleichgültig ob die verschiedenen Spiele regelmäßig oder unregelmäßig aufeinanderfolgen. . Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, die thermische Zeitkonstante der Schutzeinrichtung gleich der des Motors zu wählen.

Weiter können besondere zusätzliche Vorrichtungen erforderlich sein, die bewirken, daß bei sehr hohen Strömen (Kurzschluß) die Schutzeinrichtung schnell auslöst, während bei vorübergehender hoher Belastung während eines schweren Anlaufes eine Auslösung noch verhindert wird. Man kann als weiteren zusätzlichen Kurzschlußschutz ein besonderes Relais oder eine vorgeschaltete Sicherung verwenden. In bestimmten Fällen kann zur Erzielung einer gewünschten Auslösecharakteristik auch eine Einschaltung der Schaltströme nacheinander in beliebig wählbaren Zwischenräumen oder auch nach Überschreitung eines bestimmten Wertes des Motorstromes erfolgen. Da die Erfindung für die verschiedensten Motorkonstruktionen anwendbar ist, ist es vorteilhaft, die Hilfstrom-

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stärke einstellbar zu machen, um eine Motorschutztype für die verschiedensten Motorarten verwenden zu können.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Stromabhängiger Schutzschalter mit einer zusätzlichen Heizeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß bei Elektromotoren für aussetzenden Betrieb die Hauptheizeinrichtung für den bei Dauerbetrieb zulässigen Grenzstrom eingestellt ist, während der Hilfstrom in der zusätzlichen Heizeinrich^ tung entsprechend der Einschaltdauer des Motors (unabhängig von der Größe des Belastungsstromes) eingestellt wird.
2. 2. Stromabhängiger Schutzschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- bzw. Ausschaltung der Zusatzheizwicklung in einem wählbaren zeitlichen Abstand von der Ein- bzw. Ausschaltung der ersten Heizeinrichtung erfolgt.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen