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Relais zur Steuerung eines elektrischen Stromkreises . Es sind Relais
zur Steuerung elektrischer Stromkreise bekannt, die von zwei gegeneinander wirkenden
Meßgrößen abhängig sind. Für die von den Meßgrößen erzeugten Kraftflüsse sind getrennte
Wege vorgesehen, und der Anker steuert einen oder mehrere Kontakte. Je nachdem,
ob der Kraftfluß der einen oder der anderen Meßgröße überwiegt, wird das Relais
nach der einen oder anderen Seite Kontakt machen.
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Gemäß der Erfindung erhält der Anker eines derartigen Relais in einer
neutralen Mittelstellung innerhalb eines gewissen einstellbaren Bereichs freie Beweglichkeit,
wobei er über die Grenzstellungen seiner Freibeweglichkeit hinaus nur bewegt werden
kann, wenn das übergewicht einer der beiden Meßgrößen über die andere groß genug
ist, um an den Grenzstellen wirksam werdende zusätzliche Gegenkräfte zu überwinden.
Das Relais gemäß der Erfindung bietet den Vorteil, daß durch Änderung des Bereichs
die Luftspalte der von den Meßgrößen erregten Magnete, bei denen, damit der Anker
in die Schließ: oder Offenstellung übergeführt wird, die an den Grenzstellen wirksamen
Gegenkräfte überwunden werden müssen, leicht einstellbar sind, und zwar kann man
die Luftspalte unabhängig voneinander ändern. Dadurch kann die gewünschte Abhängigkeit
des Relais von den Meßgrößen in einfacher Weise eingestellt werden.
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Das Relais nach der Erfindung ist vorzugsweise für die Wiederschließung
von Maschennetzschaltern geeignet. Die Schließung von Maschennetzschaltern erfolgt
beispielsweise unter dem Einfluß von Spannungen, die beiderseits des geöffneten
Schalters festgestellt werden. Eine Voraussetzung für die Schließung des Schalters
ist dabei beispielsweise, daß die Sekundärspannung des Transformators eine genügende
Höhe besitzt und symmetrisch ist. Unzulässig ist die Schließung des Schalters im
allgemeinen,, wenn die Maschennetzspannung größer ist als die Sekundärspannung des
Transformators. Daraus ergibt sich eine Anwendung für das Relais nach der Erfindung,
indem von dem Relais der Einschaltstromkreis- des Schalters gesteuert' wird, wobei
die Tränsformatorsekundärspannung im Sinne einer Schließung des Steuerkreises, die
Spannung auf der Maschennetzseite des Schalters dagegen entgegengesetzt wirkt.
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Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele erläutert, die sich
auf die Anwendung der Erfindung bei Maschennetzschaltern beziehen. In Fig. i ist--
das für die Wiedereinschaltung
maßgebende Relais in Ansicht dargestellt.
In den Fig. 2, 3, 4 sind Schaltungen zur Verwendung dieses Relais wiedergegeben.
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Das Relais in Fig. i ist auf einer senlt rechten Grundplatte 112 angebracht.
Es ent hält ein U-förmiges Magnetsystem 113, das im Sinne einer Kontaktschließung,
:und ein ebenfalls U-förmiges Magnetsystem 114 aus Blechen; welches der Schließung
der Kontakte r25 entgegenwirkt. Jedes der beiden Magnetsysteme besitzt eine Erregerspule
116 bzw: 117. Ein beweglicher Anker i2o ist auf einer Achse iig drehbar gelagert,
die ihrerseits von einem Träger 118 getragen wird. Außer dem Anker i2o werden noch
zwei Hilfsanker 121 und 122 von der Achse i i9 so getragen, daß sie sich unabhängig
voneinander bewegen können.
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Der Hauptanker i2o besitzt zwei Anker 123 und 124 aus lamelliertem
Eisen, die mit den festen Magnetsystemen 113: bzw. 114 zusammenwirken. Die Luftspalte
zwischen den Ankern und den festen Magnetsystemen sind so gewählt, daß, wenn der
Anker z2o in seiner neutralen 'Stellung steht, wie er dargestellt ist, weder der
eine noch der andere Magnetkreis geschlossen ist. Der Hauptanker i2o kann in Richtung
einer Kontakt-Betätigung sich bewegen, wodurch der Luftspalt des Magnetsystems 113
verkleinert wird. Er kann auch eine entgegengesetzte Bewegung ausfuhren, wodurch
dann der Luftspalt für das Magnetsystem 114 verkleinert wird. Die Kontakteinrichtung
des Relais umfaßt die schon erwähnten festen Kontakte 125, die auf der Grundplatte
angebracht sind, und eine Kontaktbrücke 126, welche von einem Isolierstück 127 getragen
wird. Der Hauptanker i2o. besitzt ein paar Winkelstücke 128, von denen jedes eine
Anschlagschraube 129 trägt und die mit Anschlagstiften 131 und 132 zusammenwirken,
die an den einstellbaren Hilfsankern 121 und 122 sitzen.
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Der Hilfsanker 121 besitzt ein Gewicht iäia, welches ihn normalerweise
in einer Stellung gegenüber den Polen eines permanenten Magneten 133 hält, der ebenfalls
auf der Grundplatte befestigt ist. Der Hilfsanker 122 ist in gleicher Weise durch
ein Gewicht 122a gegenüber einem Elektromagneten 134 in einer Normalstellung gehalten.
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Die Anschlagschrauben i29 geben dem Hauptanker i2o ein gewisses Spiel
für seine Bewegung frei, bevor er durch die Anschlagschrauben 129 gegen die Anschlagstifte
131 bzw. 132 stößt. Aber der Hauptanker i2o, der durch ein Drehmoment frei beweglich
ist, 1 welches ausreicht, um die Haltkraft des permanenten Magneten 133 und d
9 as Drehmornent des Gewichts 121 zu überwinden, kann in die Verriegelungsstellung
gezogen .- werden. Ebenso kann der Hauptanker i2o :; nur durch ein Drehmoment, welches
groß geist, um die Kraft des Elektromagneten :',i34 und die Rückzugskraft des Gewichts
122a zu überwinden, in Richtung einer Schließung der Kontakte 125 bewegt werden.
Die Anschlagschrauben ermöglichen für beide Magnetsysteme 113 und 114 eine unabhängig
zu treffende Wahl der Größe des Luftspaltes, welche wiederum bestimmend ist für
diejenige Läge des Hauptankers 12o, bei welcher die Haltekraft des entsprechenden
Magneten vor einer Weiterbewegung des Ankers in einem oder anderen Sinne überwunden
werden muß.
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Durch Fig. 2 wird die Wirksamkeit dieses Relais in einem Anwendungsfall
erläutert. Das Relais ist in Fig. 2 mit i i i bezeichnet. Über eine Speiseleitung
33 wird ein Transformator 31 zwecks Energieversorgung -des Maschennetzes 32a, 32a;
32c erregt. Ein Maschennetzschalter 34 ermöglicht die Abtrennung des Maschennetzes
von der Sekundärwicklung des Transformators 31 bei Rückstrom. Für die Wiederschließung
des Maschennetzschalters ist eine Einschaltspule i444 vorgesehen. Der Erregerkreis.
dieser Einschaltspule wird durch das Relais i i i gesteuert und enthält im übrigen
eine Gleichrichterschaltung.
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Das Relais i i i ist schematisch wiedergegeben und läßt die Erregerspule
i16, welche im Sinne einer Schließung der Kontakte 125 wirkt, erkennen, sowie die
Erregerspule 117, welche sich der Schließung der Kontakte im Einschaltkreis des
Schalters 34 widersetzt, ferner die Gewichte 121a und 122a sowie den permanenten
Magneten 133 und den Elektromagneten 134. Die die Wiederschließung des Maschennetzschälters
verhindernde Erregerwicklung 117 ist auf der Sekundärseite des Transformators 31
angeschlossen, und zwar zweckmäßig an die Phasen b und c, wie dargestellt. Der Elektromagnet
134 ist an die gleiche Phase angeschlossen, aber auf der Mäschennetzseite des Schalters
34.
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Die Einschaltspule 116 liegt an einem Drehfeldscfieider 147 und wird
von der mitläufigen Komponente der Spannungen der Sekundärseite des Transformators
31 erregt. Ein Anschluß des Spannungsdrehfeldscheiders, nämlich der der Phase a,
ist jedoch über einen Hilfskontakt i44b des Maschennetzschalters auf der Maschennetzseite
des Schalters 34 angeschlossen.
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Wenn die Spulen i 16 und 117 und der Elektromagnet 134 stromlos sind,
genügen die Drehmomente, welche durch die Gewichte 121a und 122a auf den Anker ausgeübt
werden,
um ihn in die neutrale Lage zu bringen. In dieser Lage ist
er dargestellt. . Die beiden Hilfsanker befinden sich in dieser Stellung im Bereich
der Zugkraft der Magnete 133 und 134. Das größte Drehmoment übt die Spule 116 dann
aus, wenn der Schalter 34 geöffnet ist, so daß sein Hilfskontakt 144v geschlossen
ist, und wenn die Sekundärspannungen des Transformators 31 normale Höhe und Phasenlage
besitzen. Das Drehmoment der Spule i 16 besitzt - dann die volle Größe. Wenn der
Leitungsschalter 34 geschlossen ist, ist die Zugkraft des Magneten 116 erheblich
geringer, beispielsweise nur halb so. groß. Ebenso besitzt das Drehmoment des Magneten
116 etwa die Hälfte des maximalen Drehmomentes, ' wenn der Leitungsschalter 34 offen,
der Transformator aber nicht erregt ist.
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Die Luftspalte der Magnetsysteme des Relais i i i werden so eingestellt,
daß, wenn der Magnet 134 urierregt, der Transformator 32 dagegen erregt ist, die
Summe der von dem Magneten I17 und dem Gewicht I22a auf den in der neutralen Stellung
stehenden Anker ausgeübten Drehmomente etwas kleiner ist als das Drehmoment, welches
die Spule 116 bei geschlossenem Leitungsschalter ausübt. Die Summe dieser Drehmomente
beträgt beispielsweise 45 °/a des :größten Drehmomentes der Spule 116. Der Überschuß
des durch die Spule i 16 hervorgerufenen Drehmomentes beträgt, solange der Transformator
31 erregt ist und der Relaisanker in der neutralen Stellung steht, wenigstens 5
%. Wenn der Relaisanker aber in der Stellung steht, in welcher er die Kontakte
125 schließt, ist das Übergewicht des Drehmomentes 116 größer und beträgt beispielsweise
io °/a wegen der Verringerung des Luftspaltes des Magneten 116 und der Vergrößerung
des Luftspaltes des Magneten 117. Steht der' Relaisanker aber in der Verriegelungsstellung,
dann ist die Haltekraft des Relais 117 groß genug, um den Anker in dieser Stellung
zu sichern, solange die Sekundärspannung des Transformators 31 wenigstens io°/o
der normalen Spannung beträgt.
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Der Elektromagnet 134 übt eine Haltekraft aus, welche etwa 40 % der
größten Anzugskraft des Magneten i16 beträgt, bezogen auf die neutrale Stellung
des Ankers. Wenn der Relaisanker aber solche Lage angenommen bat, daß dadurch die
Kontakte 125 geschlossen werden, sinkt die Rückzugskraft des Magneten 134 auf einen
kleineren Betrag, etwa auf 2o % der Maximalkraft des Relais 116 bei. neutraler
Ankerstellung. Beim Rückfall des Ankers i2o ist der Antrieb, den der Anker durch
den Magneten 134 erhält, groß genug, um die Haltekraft des permanenten Magneten
133 zu überwinden, wodurch der j Anker über die neutrale Stellung hinaus in die
Verriegelungsstellung gezogen wird.
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Wenn die Speiseleitung 33 und auch das Maschennetz 32 völlig spannungslos
sind, nehmen die Relais die dargestellte Lage an. Wird nun die Speiseleitung 33
eingeschaltet, so entsteht auf der Sekundärseite des Transformators 31 eine Spannung
zwischen den beiden Leitern 322v und 32c, an welche der Drehfeldscheider 147 angeschlossen
ist. Solange aber das Maschennetz 32 noch erregungslos ist, erhält der Drehfeldscheider
über den dritten Anschluß, nämlich. den an der Phase 32a, keine Spannung. Auch wird
der Magnet 134 nicht erregt. Die Kraft des Magneten 116 hat daher eine Größe, die
etwa der ,Hälfte der maximalen Zugkraft dieses Magneten entspricht. Ihr wirkt ein
Gesamtdrehmoment des fJagneten 117 und des Gewichts 122a entgegen, welche etwas
geringer ist.- Die Folge davon ist, daß die Kontakte 125 geschlossen werden, wodurch
die Einschaltspule 144d des Maschennetzschalters 34 erregt wird. Der Schalter schließt
sich infolgedessen.
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Infolge der Schließung des Schalters 34 erhält das Maschennetz 32
Spannung, und die Einschaltspule 144d wird abgeschaltet. Die Verbindung des Drehfeldscheiders
147 mit der Phase a des Maschennetzes wird unterbrochen. Die Kraft des Magneten
116 behält daher ihren bisherigen Wert. Da jetzt aber der Anker des Relais i i i
in der Schließstellung des Kontaktes 125 steht, überwiegt die Zugkraft des Magneten
116 die Gegenkräfte, welche der Magnet 117 und das Gewicht I22a erzeugen, um etwa
io °/o der Maximalkraft des Magneten i 16. Durch die Erregung des Magneten 134 aber
entsteht eine weitere Kraft, welche der des Magneten 116 entgegenwirkt und etwa
1/5 der Maximalkraft dieses Magneten gleich ist. Das Übergewicht der Kräfte reicht
aus, um den Anker i2o in die normale Stellung zurückzubringen. Wie weiter oben beschrieben,
wird dabei die Haltekraft des Magneten 133 überwunden, so daß der Anker 120 in die
Sperrstellung gelangt: -Wenn ein Fehler im Maschinennetz ent- 1 steht, ändert sich
an der Stromrichtung nichts gegenüber dem normalen Zustand. Der Schalter 34 wird
daher nicht geöffnet. Wenn aber ein Fehler auf der Speiseleitung 33 entsteht, kehrt
die Energierichtung über den Schalter 34 sich um, so. daß durch die Rückstromeinrichtung
148 der Schalter 34 geöffnet wird. Die Spannung auf der Sekundärseite des Transformators
31 wird um einen gewissen Betrag sinken, aber diese Spannung sinkt nicht bis auf
io°/o ab, bis auf den Abfallwert des Magneten 117. Infolgedessen
bleibt
das Relais i i i in der Verriegelungsstellung. Erst wenn die Speiseleitung 33 völlig
spannungslos geworden ist, lehrt der Anker i2o in die neutrale Stellung zurück.
Wenn aber nach der Auslösung des Schalters 34 das Maschennetz unter Spannung bleibt,
weil es von anderer Seite noch gespeist wird, beträgt die Kraft des Magneten 13q.,
welche ein Ausschwingen des Ankers 120 über die neutrale Stellung hinaus in Richtung
auf die Kontakte 125 zu verhindern trachtet, ungefähr 40°/o der maximalen Kraft
des Magneten 116. Nach der Beseitigung der Störung auf der Speiseleitung 33 und
der Wiederkehr der Spannung auf dieser Leitung entsteht die Kraftwirkung des Magneten
116. Die Größe der eine Schließung der Kontakte 125 verhindernden Kraft beträgt
insgesamt etwa 85 0/0 der Kraft, welche der Magnet 116 aufbringen kann. Es muß also
die Größe der mitläufigen Spannungskomponente, durch welche der Magnet 116 erregt
wird, mindestens 85 0/0 des normalen Wertes erreichen, damit der Kontakt 125 geschlossen
werden kann. Dies ist aber nur möglich, wenn die Speiseleiterspannurig einerseits
und die Maschennetzspannung andererseits ihre ordnungsmäßige Größe und Phasenlage
besitzen. Wenn der Kontakt 125 dann geschlossen wird, wird der Schalter 34 eingelegt.
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Eine ähnlich wirkende Einrichtung; jedoch mit einer abweichenden Konstruktion
des die Schaltemschließumg steuernden Relais, zeigt Fig. 3. Ein Auslöser 148 ist
wiederum vorgesehen, um bei Rückstrom den Maschennetzschalter 34 zu öffnen, der
eine Einschaltspule 144d besitzt. Das in Fig. g zur Anwendung kommende Einschaltrelais
ist in Fig. 5 in einer etwas abgewandelten Ausführung nochmals besonders dargestellt:
Das Einschaltrelais 155 besitzt einen E-förmigen Blechkörper 161 und einen drehbar
gelagerten Anker 148, welcher in der einen oder anderen Stellung den magnetischen
Kraftfluß für den rechten oder für den linken Teil des, E-förmi:-gen Blechkörpers
schließt. Dieser Anker 148 kann auch durch eine Richtkraft; die beispielsweise von
einem von einer Maschennetzspannung erregten Magnet 147 und einem Anker 156 geliefert
wird, in einer Mittellage gehalten werden. Der Blechkörper 161 besitzt eine im Sinne
einer Schalterschließung wirkende Magnetspule 149 und eine weitere Magnetspule i
5o, die den Anker 148 in der Verriegelungssfellung zu halten sucht, aber für sich
allein nicht ausreicht, den Anker 148 in die Verriegelungsstellung hineinzuziehen.
Eine weitere Spule 16o, welche eine stärkere Magnetisierung als die Spule
150 liefert, ist mit dieser zugleich auf demselben Schenkel des E-förmgen
Blechkörpers angebracht und sucht den Anker 148 in die Sperrstellung zu ziehen:
Die Spule 16o wird durch den bei geschlossenem Maschennetzschalter 34 ebenfalls
geschlossenen Hilfskontakt 34? dieses Schalters eingeschaltet. Die Wicklung i5o
ist an zwei Sekundärklemrijen des Transformators 31 angeschlossen.
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Die Teile des Relais 155 sind. so bemessen und angeordnet, daßä wenn
der Magnet 147 erregt ist, der Anker 148 in einer solchen Stellung steht, däß die
magnetischen Kräfte des Magnetsystems 161; um eine Schließung des Mäschennetzschalters
bewirken zu können, einer mitläufigen Netzspannung in Höhe von, wenigstens 85 0/0
des normalen Wertes bedürfen. Wenn aber einer der Anschlüsse eines Spannungsdrehfeldscheiders
147 unterbrochen ist, kann die magnetische Kraft der Spule 149 höchstens 50 °/o
des vollen Nennwertes erreichen. Die magnetischen Kräfte der Spulen i 5o und 16o
vermögen dann den Anker 148 in die Verriegelungsstellung zu ziehen, in welcher ein
mit der Einschaltspule 144d in Reihe liegender Kontakt 170 geöffnet wird.
Bei dieser Anordnung wird die Schließung des Maschennetzschalters 34 vorbereitet,
wein das Maschennetz 32 spannungslos ist, so daß die Schalterschließung erfolgt,
sobald die Speiseleitung 33 wieder Spannung erhält. Wenn das Maschennetz 32 Spannung
führt, ist die Ruhestellung des Ankers 148 durch die Kraft des Magneten 147 auf
den Anker 156 bestimmt. Eine Schließung des Schalters 34 erfolgt dann, wenn die
mitläufige Komponente der Netzspannungen, die teils auf der Maschennetzseite, teils
auf der Transformatorseite des Maschennetzschalters 34 erfaßt werden, den Betrag
von 850/, .des normalen Wertes übersteigt. Durch die Schließung des Maschennetzschalters
wird zugleich die Spule 16o eingeschaltet und dadurch der Erregerkreis der Einschaltspule
unterbrochen, bis das Relais in die Verriegelungsstellung gebracht ist.
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Fig.4 zeigt eine etwas andere Bauart des Einschaltrelais, welches
bei der Anordnung in Fig. 3 verwendet werden kann. Das Magnetsystem besteht wieder
aus einem: E-förmigen Blechkörper 161 mit einem drehbaren 1 doppelarmigen Anker
148. Als Rückzugskraft wirken auf den Anker 148 ein: Paar Rückzugsfedern 162 und
166. Die Feder 166 ist an einer geeigneten Stelle des Ankers 148 einerseits und
an einem zweckmäßigerweise 1 einstellbaren Aufhängepunkt befestigt. Die Rückzugsfeder
162 dagegen ist mit ihrem einen Ende an dem Anker 148, mit ihrem anderen Ende aber
an einem, beweglichen Magnetanker eines Elektromagneten 164 be- i festigt. Die Feder
162 wird erst gespannt, wenn der Magnet 164 erregt ist. Der Magnet
164
kann in der gleichen Weise erregt werden wie die Wicklung des Magneten 147 in-Fig.
3.
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In Fig. 5 ist, um den Anker bei Erregungslosigkeit des Magnetsystems
in der Mittellage zu halten, ein Paar Federn. 171 und z72 angeordnet. Im übrigen
entspricht der Aufbau des Relais gänzlich dem des Relais 155 in Fig. 3.