DE644177C - Motorschutzschaltung, welche bei Phasenbruch in Taetigkeit tritt - Google Patents

Description

Es sind bereits zahlreiche Versuche gemacht worden, Motoren gegen einphasigen Betrieb etwa infolge Durchbrennens einer Sicherung oder einer sonstigen Ursache für die Unterbrechung eines Phasenleiters zu schützen. Man hat zu dem Zweck beispielsweise die drei Ströme des Motors vermittels dreier Stromwandler Relaisanordnungen zugeführt und zwei wattmetrische Relaissysteme mit-

xo einander durch eine Welle, die zugleich ein Kontaktorgan trägt, gekuppelt, wobei das eine wattmetrische System ein Drehmoment proportional dem Produkt der Differenz zweier Phasenströme mit dem Strom der dritten Phase und das zweite System in zyklischer Vertauschung das Produkt der geometrischen Differenz zweier anderer Phasenströme mit dem dritten Phasenstrom entwickelt. Solange die drei Ströme symmetrisch sind, d. h. in ihrer Größe gleich und in der Phasenlage je um 120° voneinander abweichen, ist das wattmetrische Drehmoment in jedem der beiden gekuppelten Systeme gleich Null, weil die Differenz zweier Phasenströme im Vektordiagramm senkrecht zum Strom der dritten Phase gerichtet ist.

Erfindungsgemäß wird bei einer Motorschutzschaltung, die bei Phasenbruch in Tätigkeit treten soll, das Produkt der geometrischen Differenz und der geometrischen Summe zweier Phasenströme mittels eines Ferrarisrelais überwacht, welches¹ dann sein größtes Drehmoment entwickelt, wenn, das der Differenz und das der Summe der Phasenströme entsprechende Feld 90⁰ Phasenverschiebung besitzt, und auf dessen Welle ein weiteres Drehmoment einwirkt, welches entgegen dem von den Strömen hervorgerufenen Drehmoment den Relaiskontakt zu schließen sucht. Für die Erregung des Relais werden im Gegensatz zu der bekannten Anordnung nur zwei Phasenströme benutzt, so daß also, wenn Stromwandler vorgesehen werden müssen, auch nur zwei Stromwandler erforderlich sind. Solange die in die Phasenleiter etwa eingebauten Sicherungen nicht durchgebrannt und infolgedessen die Phasenströme gleich groß sind, wird im Relais ein kräftiges Drehmoment entwickelt, so daß der Relaiskontakt nicht geschlossen wird. Die Phasenlage der Kraftfelder der Triebmagnete ist in diesem Zustand der Phasenleiter deshalb günstig für die Entwicklung eines kräftigen Drehmomentes, weil die geometrische Summe und Differenz zweier gleich großer Ströme Vektorgrößen mit einer Phasenverschiebung von 90⁰ darstellen. Man kommt mit der Anwendung eines einzigen Relais aus, weil in jedem Fehlerfall, mag der Drahtbruch nun einen der Phasenleiter betreffen, So dessen Strom für die Drehmomentbildung benutzt wird, oder mag er in der dritten

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

Dipl.-lng. Dr.-Ing. Karl Hammers in Berlin-Siemensstadt.

Phase entstanden sein, deren Strom nicht für die Relaiserregung herangezogen ist, das Drehmoment des Relais bei Drahtbruch gleich XuIl wird, so daß also die zusätzliche, im, Sinne einer Kontaktschließung wirkende Kraft den Kontaktschluß herbeiführen, kann: Da normalerweise das Drehmoment des Relais erheblich ist, jedenfalls nicht unter einen Betrag sinken kann, der im Leerlauf ίο entsteht, dessen Wert aber bekannt ist, erhält die Relaisachse beispielsweise eine dementsprechend bemessene Federkraft, welche im Sinne einer Kontaktschließung wirkt. Bei Leerlauf oder geringer Belastung ist der Motor selbst bei Unterbrechung einer Phase nicht durch Übererwärmung gefährdet, so daß man die Überwachung auf den Bereich oberhalb etwa 20 % der Nennlast beschränken kann. Zu dem Zweck kann etwa durch Unterbrechung des Gleichstromkreises das Unsymmetrierelais unwirksam gemacht werden, wenn ein von der Summe oder der Differenz zweier Phasenströme erregtes Stromrelais, das auf den entsprechenden Bruchteil des Nennwertes dieser Stromkombination eingestellt ist, seinen Kontakt noch nicht geschlossen hat. Man kann dann die Federkraft entsprechend größer wählen. Man kann diese Federkraft auch durch eine reine Spannungskraft ersetzen, welche etwa durch einen auf die gleiche oder eine andere Ferrarisscheibe einwirkenden Triebmagneten ausgelöst wird, welcher mit den Motoranlagen verbunden ist. Bei Abschaltung des Motors verschwindet dann die Spannungskraft gleichzeitig mit der Stromkraft. Da die Spannungskraft aber erforderlich ist, um den Kontakt zu schließen, wird dann der Relaiskontakt nicht geschlossen, was nötigenfalls durch Hinzufügung einer schwachen Federkraft gesichert werden kann, welche während des Betriebes auf das Verhalten des Relais keinen merklichen Einfluß ausübt. Diese Maßnahme ist zweckmäßig, um das Anschalten des Motors zu erleichtern.

Wenn man es vorzieht, für die Kontaktschließung eine Federkraft anzuwenden, die im Fehlerfall mit Sicherheit auch arbeitsfähig bleibt, kann man außer den Stromtriebmagneten auch noch einen reinen Spannungstrieb vorsehen, welcher aber vor dem Schalter für den Motor an das Speisenetz angeschlossen ist, so daß dieser Spannungsmagnet bei abgeschaltetem Motor ein Drehmoment auf die Ferrarisscheibe ausübt, durch welches der Relaiskontakt geöffnet wird. Dieses Drehmoment wirkt also in gleichem Sinne wie das während des Betriebs von den Strömen hervorzurufende Drehmoment. Damit nun der Spannungstrieb nicht in unerwünschter Weise das von den Strömen hervorzurufende Drehmoment während des Betriebs vergrößert, kann die Anordnung so getroffen werden, daß die Spannungsspule bei Einschaltung des ^: Motorschalters erregungslos wird. Es sei ■noch erwähnt, daß der Spannungstriebfluß ' nicht notwendig einen besonderen Trieblnagneten verlangt, sondern daß er auch durch Benutzung der Stromtriebkerne hervorgerufen werden kann, indem beispielsweise eine Hilfserregerspule für die Spannung auf diesen Kernen angebracht wird.

In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch wiedergegeben. Ein Motor M wird über einen Schalter 5" gespeist und soll gegen Gefährdung bei einphasigem Betrieb geschützt werden. Diesem Zweck dient ein Phasenbruchrelais 1, welches ein Ferrarisrelais ist mit einer Ferrarisscheibe 2 und einer Welle 3. Auf der Welle 3 sitzt ein Kontaktarm 4, der bei Berührung eines Gegenkontaktes 5 einen Stromkreis für eine Auslösespule 6 des Schalters S schließt. Auf die Welle 3 des Phasenbruchrelais 1 wirken zwei Drehmomente ein, einerseits ein Drehmoment, das mit Hilfe der Ferrarisscheibe 2 und zweier Triebmagnete 7 und 8 zustande kommt, und ein Drehmoment, welches durch eine Feder 9 ausgelöst wird. Die Ferrarismagnete 7 und 8 ergeben zusammen durch ihre Kraftflüsse ein wattmetrisches Drehmoment, welches dem Produkt der Kraftflüsse und dem Sinus der Phasenverschiebung zwischen diesen Kraftflüssen proportional ist. Die beiden Magnete werden gespeist von zwei Stromwandlern 10 und 11 in zwei Phasenleitungen des Motors M. Die Wicklungen sind so angeordnet und geschaltet, daß der Kraftfluß des einen Magneten (7) der Summe der beiden Ströme in den Wandlern I ο und 11 proportional ist, während der Kraftfluß des anderen Magneten (8) der Differenz dieser beiden Phasenströme proportional ist. Bei symmetrischer Belastung stehen die beiden Kraftflüsse aufeinander senkrecht und ergeben also ein kräftiges Drehmoment. Jede Verzerrung der Stromsymmetrie ergibt selbst bei gleichbleibender Stromstärke in den Erregerwicklungen der Magnete 7 und 8 ein kleineres Drehmoment, weil der Phasenwinkel zwischen den beiden Kraftflüssen bei jeder Unsymmetrie von go° abweicht. Die Federkraft 9 wirkt im Sinne einer Schließung der Kontakte 4, 5. Das Ferrarisdrehmoment der Magnete 7 und 8 wirkt einer Schließung dieser Kontakte entgegen. Solange also die Strombelastung bzw. der symmetrische Anteil der Strombelastung über einer bestimmten Grenze liegt, hält das Ferrarisdrehmoment die Kontakte 4 und 5 offen. Die Stärke der »ao Feder 9 wird zweckmäßig so gewählt, daß sie etwas unter dem wattmetrischen Drehmoment

bei Leerlauf des Motors Hegt. Wenn man, wie in der Beschreibung angegeben, eine zusätzliche Verriegelung des Relais bei allen Stromstärken, die etwa unter o,2fachemNennstrom liegen, anwendet, dann kann die Feder entsprechend stärker, d. h. auf etwa diesen Grenzwert des Drehmomentes des Ferraristriebes eingestellt werden.

In der Figur ist nebenbei noch ein Überlastschutz angegeben, welcher in einem thermischen Relais besteht mit einem Bimetall? stab 12, zwei Heizwiderständen 13 und 14 und einem Kontakt 15. Außerdem ist für kurzzeitige Überströme kurzschlußartiger

*5 Größe ein Kurzschlußschutz durch zwei Überstromrelais 16 und 17 gebildet. Da alle diese Relais, sowohl das Phasenbruchrelais wie auch das Überlastrelais und die Kurzschlußrelais, die Abschaltung der Maschine herbeiführen sollen, wirken sie parallel auf die Auslösespule 6 des Hauptschalters S.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Motorschutzschaltung, welche bei Phasenbruch in Tätigkeit tritt, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt der gieometrischen Differenz und der geometrischen Summe zweier Phasenströme mittels eines Ferrarisrelais überwacht wird, dessen Drehmoment bei 90⁰ Phasenverschiebung zwischen den der Differenz und der Summe der Phasenströme entsprechenden Kraftfeldern am größten ist und auf dessen Welle ein weiteres Drehmoment einwirkt, welches entgegen dem von den Strömen hervorgerufenen Drehmoment den Relaiskontakt zu schließen sucht.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch *■:·' gekennzeichnet, daß das zusätzliche, im Sinne einer Kontaktschließung wirkende Drehmoment durch eine Federkraft hervorgerufen wird, deren Größe entsprechend dem Drehmoment der Ströme bei Leerlauf des Motors gewählt ist.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß außer den Stromtriebsystemen auch noch ein Spannungstriebsystem vorgesehen ist, welches aber nur bei geöffnetem Motorschalter wirksam ist.
4. 4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungstriebsystem in zusätzlichen Erregerwicklungen auf den Stromtriebkernen besteht.
5. 5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche im Sinne einer Kontaktschließung wirkende Drehmoment von einem Spannungstrieb hervorgerufen wird,"so daß bei kleineren Spannungen ein kleineres Strommoment zur Verhütung der Motorabschaltung ausreicht.
6. 6. Schaltung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirksamkeit des Phasenbruchrelais durch ein zweckmäßig von zwei Phasenströmen beeinflußtes zusätzliches Relais aufgehoben ist, solange die Stromaufnahme kleiner als ein vorher festgesetzter Bruchteil der Nennleistung ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen