DE672130C - Drehfeldspannungsferrarisrelais - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Drehfeldspannungsferrari s relais und betrifft ein Relais, das immer zur Wirkung kommt, wenn eine Spannungsunsymmetrie in dem Netz eintritt. Das Relais gemäß der Erfindung hat die bekannte Ferraris-Bauart, bei der das bewegliche System in Gestalt einer Scheibe, einer Trommel, eines Segments o. dgl. (im folgenden nur Scheibe genannt) magnetischen Wechselfeldern so ausgesetzt ist, daß darin Ströme induziert werden und daß die Einwirkung der Magnetfelder auf die Ströme ein Drehmoment auslöst, welches das System um seine Achse zu drehen

_ig sucht.

Es sind schon Spannungsrelais bekannt, bei denen man von den verschiedenen Phasen eines Mehrphasennetzes abgezweigte Ströme zur Erregung der Relaiskreise verwendet (Wicklungen von Magnetspulen oder auch thermische Stromkreise), deren jeder für sich bewegend auf das bewegliche Relaissystem einzuwirken sucht, deren Wirkungen aber im Gleichgewicht sind, d. h. sich gegenseitig aufheben, solange die Spannungen der verschiedenen Phasen gleich sind.

Im Gegensatz hierzu beruht das Relais nach der Erfindung auf einer Steuerwirkung der Phasenverschiebungen der Spannungen des überwachten Mehrphasennetzes, so daß es ebenfalls nur arbeitet, wenn die normalen Phasenverschiebungen der Netzspannungen untereinander aufhören.

Das Relais gemäß der Erfindung besteht aus einem Induktionsrelais (Ferraris-Typ), dessen bewegliche Scheibe der Einwirkung zweier Magnetsysteme unterliegt, die durch die Spannungen der verschiedenen Phasen erregt werden. Dabei ist aber das Wechselfeld, das von jedem der Magnetsysteme erzeugt wird, vollkommen symmetrisch zur Scheibe und hat infolgedessen keine Einwirkung auf die Scheibe in dem Sinne, daß es eine Bewegung erzeugte. Es fehlt also im vorliegenden Falle im Gegensatz zu den bekannten Relais an zwei Systemen, die von verschiedenen Phasen erregt werden, deren jedes aber für sich genommen das Relais in Tätigkeit zu setzen sucht, wobei jedoch die beiden Wirkungen sich nur im Normalzustande des 'Mehrphasennetzes das Gleichgewicht halten.

Die beiden Magnetsysteme bei dem Relais gemäß der Erfindung sind so zueinander und zur beweglichen Scheibe angeordnet, daß das von jedem der beiden Systeme erzeugte Feld auf die Ströme einwirkt, die das andere in der Scheibe erzeugt. Nun ist die Einwirkung jedes Magnetfeldes auf die vom anderen in der Scheibe erzeugten Ströme ebenfalls Null, solange die beiden Magnetfelder in bestimmter Phasenbeziehung sind. Sobald aber diese Beziehung aufhört, ruft die Einwirkung jedes der Systeme auf die vom anderen in der Scheibe erzeugten Ströme ein Drehmoment hervor, das die Scheibe bewegt.

Erfindungsgemäß erzielt man die beiden Magnetfelder mit Phasenübereinstimmung dadurch, daß man Magnetsysteme verwendet, die entgegengesetzte Induktivitätsmerkmali aufweisen, nämlich ein System mit eitler sehr großen und ein System mit eirjp kleinen Induktivität, und daß man sie dureti Spannungen erregt, die im Normalzustande etwa um 90⁰ verschoben sind, z. B. mit den beiden bei Zweiphasensystemen verfügbaren Spannungen oder mit Spannungen, die man bei Dreiphasennetzen mittels eines Scott-Transformators o. dgl. erhält.

Das Spannungsrelais gemäß der Erfindung, das durch die unsymmetrischen Verschiebungen der Spannungsphasen bei gestörtem Gleichgewicht der Spannungen im überwachten Netz betätigt wird, zeigt eine Empfindlichkeit, die wesentlich höher ist als bei den bekannten Relais, die durch den Unterschied der absoluten Spannungswerte betätigt werden. Die Empfindlichkeit des Relais nach der Erfindung läßt sich in der Tat in praktischen. Grenzen beliebig vergrößern, indem man einfach die Stärke der zusammenwirkenden Magnetfelder vergrößert. Die Wirkungsweise des Relais ist praktisch unabhängig von den normalen Spannungsschwankungen. Es ist festgestellt worden, daß, während die bekannten Spannungsrelais, die durch eine differentiale Wirkung in Tätigkeit treten, nicht bei Symmetriestörungen arbeiten, die unter etwa 10% liegen, das neue Relais schon sicher auf Unterschiede von 2 °/_a anspricht. Dadurch ward es verwendbar für den Schutz von Netzen, Motoren oder sonstigen elektrischen Maschinen, Transformatoren u. dgl.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Abb. ι schematisch die Konstruktionselemente des Relais und

Abb. 2 den Anschluß des Relais an ein Dreiphasennetz.

In Abb. ι ist die Ferraris-Scheibe ι zwischen den Polstücken c und d eines Magneten 2 angeordnet, der durch eine Spule 3 mit großer Windungszahl und hoher Induktivität erregt wird, so daß ein auf die Scheibe 1 wirkendes Magnetfeld entsteht, das um 90⁰ gegen die der Spule 3 zugeführte Spannung versetzt ist. Gegenüber der Scheibe liegen außerdem, und zwar an der Unterseite, in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise Polschuhe eines Elektromagneten 4 mit Verbundkern, der ein Magnetfeld erzeugen kann, das sich in Phase mit der der Spule 5 auf dem Kern, zugeführten Spannung befindet. Diese Spule mit geringer Induktivität wird vorzugsweise mit Niederspannung über einen Wandler 6 erregt. Mit m, η und p, q sind die Apparatklemmen bezeichnet, an die man die Stromkreise anschließt, die in der unten an >yHand der Abb. 2 erläuterten Weise von |>|nem Dreiphasennetz abgezweigt werden, •>!jjs 7VL überwachen ist.

i*P £)_er Magnetkern des Elektromagneten 4 enthalt außer dem hufeisenförmigen Hauptkörper einen Ouerkern 7 und einen hufeisenförmigen Hilfskern 8, der auch vor der Scheibenfläche, Und zwar parallel zum Hauptkern liegt. Um die beiden Kerne 7 und 8 ist eine gemeinsame Wicklung gelegt, deren Kreis .über einen regelbaren Widerstand 10 kurzgeschlossen ist. Das gesamte Magnetfeld, das vom Elektromagneten 4 aus die Scheibe durchdringt, ist also die geometrische Summe (oder die Vektorensumme) der Teilkraftphasen, die durch die Spulen 5 und 9 erzeugt werden, und dieses resultierende Feld ist praktisch in Phase mit der Spannung, die der Spule 5 zugeführt wird. Mit dem Bezugszeichen 11 ist eine Kontaktanordnung angedeutet·, die durch einen mit der Scheibenachsen verbundenen Pimpel gebildet wird, der bei seiner Bewegung auf Kontaktfedern 12 an einem Isolierstück wirkt, die gewöhnlich über aneinanderliegende Kontaktknöpfchen einen an die Federn angeschlossenen Stromkreis schließen. Der Pimpel öffnet bei seiner Bewegung diesen Stromkreis, der den eingangs erwähnten Hilfsstromkreis bildet und es gestattet, einen Leistungsschalter, ein Signal o. dgl. in Tätigkeit zu setzen.

Das Relais wirkt wie folgt:

'Normal werden die magnetischen Wechselfelder der Systeme 2 und 4, die auf die Scheibe 1 wirken, praktisch in Phase sein, wie eingangs erwähnt wurde (während die Erregungsspannungen um 90⁰ außer Phase sind). Demnach wird die Drehkraft durch die in der Scheibe induzierten Ströme null sein. Die Scheibe bleibt in Ruhe, und der Stromkreis über die Federn 12 bleibt geschlossen. Tritt aber aus irgendeinem Grunde ein Phasenunterschied zwischen den Spannungen des überwachten Netzes ein, der sich von dem 90⁰-Winkel unterscheidet, so wird die Phasenverschiebung zwischen den no beiden Magnetfeldern, die auf die Scheibe wirken, ebenfalls geändert werden, und es wirkt auf die Scheibe eine Drehkraft, die um so größer ist, je ausgesprochener die Unsymmetrie der auf das Relais wirkenden Spannungen ist. Die Bewegung der Scheibe wird bei beliebiger Drehrichtung dazu benutzt, den Stromkreis über die Federn der Kontaktanordnung 11 zu öffnen.

Bei Abb. 2 sind mit A, B und C die Klemmen eines Dreiphasennetzes bezeichnet, an die das Relais in diesem Fall angeschlossen

ist. Die Relaisteile entsprechen denen, die an Hand der Abb. ι beschrieben wurden. Sie sind hier nur schematisch dargestellt, jedoch mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Spannungen, welche die Wicklungen 3 und 5_ erregen, sind auch in diesem Fall um 90⁰ außer Phase, wenn das überwachte· Dreiphasennetz sich in dem normalen symmetrischen Zustand befindet. Diese beiden Spannungen werden durch ein Scott-System erzielt, in welchem 13 und 14 die beiden Primärwicklungen sind, die in bekannter Weise untereinander und mit den Klemmen A, B und C verbunden sind. Die Span-

¹S nung für die Wicklung 3 wird an den Klemmen A, B der Primärwicklung der Scott-Schaltung abgezweigt; der Stromkreis der zugehörigen Sekundärwicklung läuft über einen regelbaren Widerstand. Die Spannung zur Erregung der Wicklung 5 wird von der Sekundärwicklung 16 der zweiten Primärwicklung 14 der Scott-Schaltung geliefert.

Der Gleichgewichtszustand für die Relaisscheibe ergibt sich genau in der für das Zweiphasennetz betrachteten Weise. Hier ist zu bemerken, daß ein völliger Ausfall der Spannung der Phase C das Relais nicht zum Arbeiten bringt. Selbst unter Zuhilfenahme des Rückstroms auf dieser Phase würde das Drehmoment der Scheibe äußerst schwach sein. Diesen Übelstand kann man dadurch ausschalten, daß man auf die Scheibe zwei magnetisch völlig unabhängige Systeme wirken läßt, deren jedes dem nach Abb. 1 identisch ist und jedes über einen Scottschen Phasenwandler betrieben wird, die aber an das überwachte Dreiphasennetz so angeschlossen sind, daß die Spulen 5 beider Magnetsysteme von zwei verschiedenen Netzphasen gespeist werden. Die Anschlüsse müssen natürlich derart hergestellt werden, daß die durch die beiden Magnetsysteme erzeugten Drehkräfte den gleichen Drehsinn haben.

Es ist klar, daß die Aufhebung der auf das bewegliche Relaissystem wirkenden Kräfte auch dadurch erzielt werden kann, daß man die Phase der Speisespannungen beliebig anders wählt und daß man die Phaise der ain den Magnetspulen liegenden Spannungen dann durch Zusatz widerstände und -induktivitäten verändert. Es kann auch das beschriebene Relais im Fall eines Dreiphasennetzes von zwei Phasen dieses Netzes betrieben werden ,ohne Verwendung irgendeines Phasenwandlers. Derartige Abänderungen sollen im Bereich der Erfindung liegen. Man kann naturgemäß auch das Relais im Erfindungsbereich konstruktiv abwandeln.

Claims (3)

1. Patenta NSPR üche:

   ι. Drehfeldspannungsferrarisrelais zur Überwachung der Phasenverschiebung zwischen den Spannungen eines Mehrphasennetzes, dessen bewegliches System der Einwirkung magnetischer Wechselfelder unterliegt, die von zwei gegenseitig unabhängigen, von verschiedenen Phasenspannungen des überwachten Mehrphasennetzes gespeisten Magnetsystemen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Magnetsystem (2, 3) eine große und das andere (4, 5) eine kleine Induktivität aufweist und die beiden Magnetsysteme (2, 3, 4, 5) bei normalem Netzzustand von zwei etwa um 90⁰ phasenverschobeneB. Spannungen erregt werden, so daß das von jedem erzeugte Feld auf die im beweglichen System (1) vom anderen Magnetsystem erzeugten Ströme derart einwirkt, daß bei den normalen Phasenver-Schiebungen der Spannungen im Mehrphasennetz kein Drehmoment auf das bewegliche System (1) ausgeübt wird, wohl aber bei davon abweichenden Phasenverschiebungen.
2. 2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregungsspannung der einen Spule (5) von einer der Sekundärwicklungen (16) eines Phasenwandlers geliefert wird, dessen Primärwicklungen vom überwachten Netze nach dem Scottschen Prinzip abgezweigt sind, während die Erregung der anderen Spule (3) unmittelbar vom Netze (bei A, B) ' abgezweigt wird.
3. 3. Relais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vom'Relais gesteuerte Hilfskreis an die Enden der einen Primärwicklung (14) des Scottschen Wandlers angeschlossen ist. 1°°

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen