DE632368C - UEberstromschnellschalter fuer grosse Leistungen - Google Patents

UEberstromschnellschalter fuer grosse Leistungen

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DE632368C
DE632368C DEA71943D DEA0071943D DE632368C DE 632368 C DE632368 C DE 632368C DE A71943 D DEA71943 D DE A71943D DE A0071943 D DEA0071943 D DE A0071943D DE 632368 C DE632368 C DE 632368C
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Germany
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holding
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DEA71943D
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Friedrich Metzger
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AEG AG
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AEG AG
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Description

  • Überstromschnellschalter für große Leistungen Im Hauptpatent 601544 ist einÜberstromschalter beschrieben mit einem hauptstromerregten Haltemagneten, einem ebenfalls hauptstromerregten Auslösemagneten und einem Anker, der beim Auslösen schlagartig auf den beweglichenKontakt auftrifft und ihn in Richtung der Ausschaltbewegung beschleunigt. In dem Häuptpatent ist auch beschrieben, daß der Schalter sich polarisieren läßt, so daß er nur in einer Stromrichtung auslöst, wenn man die Hauptstromwicklung des Haltemagneten auf ein Streujoch zwischen den Schenkeln des Haltemagneten verlegt und auf dem Haltemagneten eine Spannung aufbringt.
  • Für vieleZwecke ist es jedoch erforderlich, daß der Schalter richtungsselektiv auslöst, d. h. daß er bei Strom in der einen Richtung schnell, bei Strom in der anderen Richtung dagegen langsamer abschaltet. Man hat zwar bereits vorgeschlagen, Vorrichtungen zur Erzielung einer Richtungsselektivität zu treffen, und zwar bei einer anderen Art von Schnellschaltern, nämlich solchen mit einem an Spannung liegenden Haltemagneten und einem Anker, der durch diesen Haltemagneten in der Einschaltstellung gehalten wird, bei Überstrom, infolge Entmagnetisierung des Haltemagneten durch eine auf einem Streujoch oder magnetischen Nebenschluß des Haltemagneten angeordnete Hauptstromspule, durch eine starke Ausschaltfeder vom Haltemagneten losgerissen wird. Zu diesem Zwecke hat man auf dem Magneteisen des Haltemagneten noch weitere Stromwicklungen angeordnet. Solche Schalter erfordern aber einen erheblich größeren Haltemagneten als solche mit Schlaganker nach dem Hauptpatent, weil der starke Zug der Ausschaltfeder und der Kontaktdruck des mit dem Anker verbundenen beweglichen Kontaktes der Haltekraft des an Spannung liegenden Haltemagneten entgegenwirkt. Sie benötigen infolgedessen auch einen größeren Aufwand an Wicklungskupfer sowie eine Abgleichung der beiden.Hauptstromwicklungen durch zusätzliche Eisenumschlüsse, induktive oder Ohmsche Nebenschlüsse o. dgl. Wegen des größeren und schwereren Ankers ist auch die erzielbare Abschaltgeschwindigkeit in der Richtung, in der der Schalter als Schnellschalter wirken soll, bei weitem nicht so hoch wie bei Schaltern mit Schlaganker nach dem Hauptpatent. Die Erfindung benutzt deshalb ein anderes Prinzip, und zwar wird. die Richtungsselektivität dadurch-Üreicht, daß in dem hauptstromexregteri IHi.ltemagneten des Schalters nach dem Hauptpatent ein von-konstanter Gleichspannung erregter Magnet so eingefügt wird, daß in dessen Wicklung bei anwachsendem Vorwärts- oder Rückstrom ein' zusätzlicher Strom induziert wird, der bei Vorwärtsstrom die Haltekraft verstärkt, bei Rückstrom dagegen schwächt. Der Schalter löst infolgedessen in der einen Richtung, z. B. bei Rückstrom als. Schnellschalter, aus, während er nach der anderen Richtung, in dem angenommenen Beispiel also bei Vorwärtsstrom, langsamer abschaltet, und zwar mit einer Abschaltzeit, die je nach den Verhältnissen ein Mehrfaches bis Vielfaches der Abschaltzeit in der Rückstromrichtung beträgt.
  • In den Abb. i bis 6- ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens erläutert, und zwar stellen dar: Abb. i eine schematische Darstellung der Anordnung, ` Abb. z ein Diagramm der magnetischen Kraftflüsse bei einem Schalter nach dem Hauptpatent 6oi 544, Abb. 3 den Verlauf der Kraftflüsse in der Anordnung gemäß der Erfindung bei Vorwärtsstrom, Abb.4 das zugehörige Kraftflußdiagramm bei zunehmendem Strom und konstant gehaltenen Luftspalten a-b, c-d, Abb. 5 den Verlauf der Kraftflüsse analog Abb. 3, jedoch bei Rückstrom, Abb. 6 das zugehörige Kraftflußdiagramm bei zunehmendem Rückstrom und konstant gehaltenen Luftspalten.
  • In Abb. i ist A der Auslösemagnet, B der Haltemagnet, an dessen Pole der Schlaganker C durch die Federn E angepreßt wird. Die - Erregerwindungen H und K beider Magnete sind über die Kontakte D des Schnellschalters in Reihe geschaltet und werden von dem überdieSchalterkontaktefließenden -Strom J durchflossen, sind also hauptstromerregt. Erfindungsgemäß wird zwischen den Schenkeln des HaltemagnetenB ein KernstückT praktisch luftspaltlos eingefügt, auf das die Spannungsspule G aufgeschoben ist. Sie liegt an einer konstanten Spannung, die entweder der eigenen Stromquelle (Eigenerregung) entnommen werden kann oder einer fremden Stromquelle (Fremderregung). Andere Zusatzeinrichtungen, wie Relais, Hilfskontakte usw., sind außer dem erwähnten Spannungsmagneten nicht notwendig.
  • Denkt man sich das Joch F mit der Wicklung G und die Federn E zunächst weg, so liegt die Anordnung gemäß dem Hauptpatent 6oi 544 vor. Zum leichteren Verständnis des Folgenden seien an Hand der. Abb. 2 die magnetischen Flüsse bei Auftreten von langsam ansteigendem überstrom noch einmal für diese Anordnung erläutert.
  • cpA ist der Auslösefluß im Luftspalt a-b, cpH der Haltefluß im Luftspalt c-d in Abhängigkeit von dem Erregerstrom der Wicklungen H und K (s. Abb. i).
  • Zur leichteren Beurteilung der Kräfteeinwirkung auf den Schlaganker ist in diesem wie in allen übrigen Flußdiagrammen der Auslösefluß gA auf ein Kräfteverhältnis PA : PH = i reduziert, d. h. bei TA = cpH ist die im Luftspalt a-b wirksame Zugkraft PA gleich der im Luftspalt c-d wirksamen Haltekraft PH, unter Vernachlässigung der verhältnismäßig kleinen Kraft der Federn E. Man erkennt- den großen Einfluß der gleichzeitigen Magnetisierung des Schlagankers durch den Auslösemagneten auf den Verlauf des aktiven Halteflusses gli im Luftspalt c-d. Bei Fortnahme des Auslösemagneten würde der Haltefluß gH mit wachsendem Strome J entsprechend der gestrichelten Kurveqpjlo verlaufen. Bei gleichzeitiger Magnetisierung des Schlagankers durch den Auslösemagneten und den Haltemagneten verläuft der Haltefluß entsprechend der ausgezogenen Kurve.gH. Von dem Strome J,. an verringert sich der magnetische Leitwert des Schlagankers infolge der gleichzeitigen Magnetisierung durch gA schneller, als sich die am Haltemagneten wirkende magnetornotorische Kraft durch Vergrößerung von J erhöht, so daß der den Luftspalt c-d passierende Fluß 99H nicht mehr steigt, sondern sich verringert und mehr und mehr in den Luftstreuweg zwischen den Schenkeln des Haltemagneten gedrängt wird. Bei Überschreitung des Stromes JA überwiegt die durch den Fluß gA auf den Schlaganker ausgeübte Zugkraft PA, so daß der Schlaganker von den Polen des Haltemagneten abgerissen wird und die Schnellschalterkontakte geöffnet werden. Würde der Haltefluß TI, nicht in den Streuweg gedrängt werden, sondern gemäß der gestrichelten Kurve cpH0 verlaufen, so könnte das Abreißen des Schlagankers erst bei Überschreitung des Stromes JA erfolgen.
  • Legt man dagegen dieAnordnunggemäß der Erfindung zugrunde, so sind, beispielsweisebei Vorwärtsstrom, die Flüsse gA und gA, wie aus Abb. 3 ersichtlich ist, so gerichtet, daß sie zusammen mit dem Zusatzfluß gp des Zusatzmagneten F, G gleichsinnig den Schlaganker durchströmen. Der Schlaganker wird also von der einen Seite her über den verhältnismäßig großen Luftspalt a-b durch den Fluß TA und von der anderen Seite her über den verhältnismäßig kleinen Luftspalt c-d durch die Flüsse gy und gp magnetisiert. Die Erregerwindungen, der Eisenkern und der Luftspalt des Auslösemagneten sind so bemessen, daß die Höhe seines Flusses g9,4 .im Luftspalt a-b praktisch nicht durch die gleichzeitige Magnetisierung des Schlagankers durch q9H und pp verändert wird. Dies ist nicht der Fall beim Haltemagneten, an dem der Schlaganker fast luftspaltlos anliegt und dessen Erregung nur einen Bruchteil der Erregung des Auslösemagneten beträgt.
  • Verfolgt man nun bei langsam zunehmendem Strom, aberkonstantenLuftspaltena-b, c-d (d. h. festgehaltenem Anker C) die verschiedenen Kraftflüsse, so ergibt sich folgendes: Zunächst verringert sich mit wachsendem Strome 7 entsprechend der Verringerung des Leitwertes im Schlaganker (durch TA) der durch die stationäre Spannung erzeugte Fluß pp. Gleichzeitig durchströmt der aus dem Luftspalt c-d gedrängte Fluß TH zum größten Teil den Spulenkern F, da dessen magnetischer Leitwert erheblich größer als der magnetische Leitwert des Luftstreuweges ist. Bei rasch ansteigendem Vorwärtsstrom wird dagegen durch die von der Stromänderung. hervorgerufene Flußänderung in der Spannungsspule eine der konstanten Außenspannung gleichgerichtete Zusatzspannung und damit ein zusätzlicher, dem stationären Spulenstrom Jp gleichgerichteter Strom ip induziert. Durch diesen induzierten Zusatzstrom wird die an dem Luftspalt c-d wirkende magnetomotorische Kraft des Haltemagneten so weit verstärkt, daß ein Verdrängen des Halteflusses g7H in den Streuweg verhindert wird.
  • Abb. 4 zeigt das zugehörige Flußdiagramm bei rasch anwachsendem Vorwärtsstrom T". cpA ist wieder der im Luftspalt a-b wirksame Auslösefluß, qpp ist der stationäre, durch die konstante Spannung erregte Zusatzfluß, und pl, ist der Haltefluß, der sich aus dem Haltefluß cpH, dem stationären Zusatzfluß pp und dem in der Zusatzspule induzierten Zusatzfluß pp zusammensetzt. Das Abreißen des Schlagankers und somit das Auslösen des Schalters kann darum erst nach Erreichung des Stromes TA' erfolgen, der, wie angestellte Versuche ergaben, das beispielsweise achtfache des Schalternennstromes beträgt.
  • Fließt dagegen ein rasch anwachsender Rückstrom IR durch den Schnellschalter, so durchströmen, wie Abb. 5 zeigt, cpA und 9H in entgegengesetzter Richtung wie Tp den Schlaganker. Während beim Vorwärtsstrom der im Luftspalt wirkende Gesamthaltefluß gleich der Summe der Flüsse TH', ggp und ggp ist, ergibt sich beim Rückstrom der Gesamthaltefluß aus der Summe der Flüsse pH und (pp', vermindert um den stationären Zusatzfluß g> Denn es wird durch die Flußänderung in F ein dem stationären Spulenstrom Jp entgegengesetzt wirkender Zusatzstrom ip induziert. Der stationäre Ström -wird daher auf Null gedrückt und schließlich seine Richtung umgekehrt. Die am Haltemagneten wirkende magnetomotorische Kraft wird also nicht, wie beim Vorwärtsstrom, durch den induzierten Zusatzstrom in Spule G sofort verstärkt, sondern zunächst geschwächt, so daß das Herausdrängen des Halteflusses cpH und damit das Abreißen des Schlagankers beschleunigt wird. Gegenüber dem Schnellschalter ohne Spannungsspule, dessen Auslösung vom Stromanstieg dildt praktisch unabhängig ist, hat der Schnellschalter gemäß der Erfindung bei Rückstrom die Eigenschaft, um so früher auszulösen, je rascher der Strom ansteigt.
  • Abb. 6 zeigt das Flußdiagramm bei rasch ansteigendem Rückstrom IR. cpA ist der wirksame Auslösefluß, cpH der resultierende Haltefluß, der sich aus dem Haltefluß cpH und den einander entgegenwirkenden stationären und induzierten Zusatzspulenflüssen gp und 99p' zusammensetzt. Bei Überschreitung von JA' wird der Anker abgerissen, da dann pA größer als cpH wird. Ein Vergleich der Abb. 4 und 6 zeigt die erheblichen Unterschiede der Auslöseströme und daher auch der Auslösezeiten. Durch gleichzeitige Verwendung von Schaltern nach der Erfindung in Vorwärts-und Rückstromschaltung sowie evtl. von solchen nach dem Hauptpatent lassen sich also selektive Abschaltungen erzielen.
  • Die Erfindung kann auch in an sich bekannter Weise für Relais und ähnliche Einrichtungen zur Verwendung gelangen, bei denen dann der Schlaganker eine Kontaktvorrichtung betätigt oder direkt auf Auslöseorgane einwirkt.
  • Ferner kann beispielsweise in den Spannungskreis zum Zusatzmagneten die Sekundärwicklung eines Transformators in Reihe geschaltet werden, dessen Primärwicklung im Hauptstrom liegt. Bei Auftreten von Änderungen des Hauptstromes treten dann im Kreis des Zusatzmagneten zusätzliche Induktionsströme auf, die eine weitgehende Beeinflussung der-Auslösezeit in Abhängigkeit vom Hauptstrom gestatten. Dabei kann man die Auslösezeiten durch verschiedene Bemessung des Transformators entweder von der Steilheit des Stromanstieges abhängig machen oder auch bei mehreren hintereinandergeschalteten Schaltern, die vom gleichen Strom durchflossen werden, die Auslösezeiten bei gleichem Stromanstieg gegeneinander abstufen.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Überstromschnellschalter. für große Leistungen nach Patent 6oi 544 mit einem hauptstromerregten Haltemagneten, einem ebenfalls hauptstromerregten Auslösemagneten und einem von beiden magnetisierbaren Schlaganker, dadurch gekennzeichnet, daß in dem hauptstromerregten Haltemagneten ein von konstanter Gleichspannung erregter Zusatzelektromagnet derart angeordnet ist, daß in dessen Wicklung bei der einen Hauptstromrichtung ein den Haltefluß verstärkender und bei der anderen Hauptstromrichtung ein den Haltefluß schwächender Zusatzstrom induziert wird. a.
  2. Überstromschnellschalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzelektromagnet als joch zwischen den Schenkeln des hauptstromerregten Haltemagneten in solcher Nähe vom Anker angeordnet ist, daß der Streufluß seiner Spule zum größten Teil durch den Schlaganker fließt.
  3. 3. Überstromschnellschalter nach Anspruch i und z, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (G) des Zusatzjoches (F) in Reihe mit der Sekundärwicklung eines Transformators geschaltet ist, dessen Primärwicklung vom Hauptstrom durchflossen wird.
DEA71943D 1931-06-26 1933-12-02 UEberstromschnellschalter fuer grosse Leistungen Expired DE632368C (de)

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DEA71943D DE632368C (de) 1931-06-26 1933-12-02 UEberstromschnellschalter fuer grosse Leistungen

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