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Selbsttätige Anlaßschützensteuerung für Elektromotorenmittels Zeitrelais
Zum selbsttätigen. Anlassen von Elektromotoren durch stufenweises Kurzschließen
der Anlaßwiderstände sind Schützensteuerungen bekannt, bei denen die aufeinanderfolgende
Einschaltung der Schütze durch Stromwächter überwacht und die Kurzschließung einer
Widerstandstufe durch ein Schütz erst dann zugelassen wird, wenn der auf der vorhergehenden
Stufe auftretende Stromstoß auf einen bestimmten Wert abgeklungen ist. Solche Anordnungen
eignen sich wohl für den normalen Anlauf, sind aber dann unbrauchbar, wenn im Betrieb
gelegentlich erschwerter Anlauf vorkommt. Das ist, z. B. dann der Fall, wenn größere
Anlagen mit vielen Lagerstellen, z. B. Rollgänge, nach einem längeren Stillstand
wieder in Betrieb genommen werden, da dann dieLagerreibungsverluste ein Vielfaches
der normalen betragen: Man kann wohl die Stromwächter für erschwerten Anlauf einstellen,
aber im normalen Betrieb ist dann die -Beschleunigung viel zu rasch.
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Um diese Schwierigkeit zu beheben, hat man die reine Zeitsteuerung
der Anlaßschütze vorgesehen, bei der bei Gleichstrommotoren unmittelbar und bei
Wech'selstrommotoren über Gleichrichter parallel zu jeder Widerstandstufe mit Äusnahme
der letzten ein Gleichstromrelais geschaltet ist, das beim Kurzschließen dieses
Widerstandsteils durch das zugehörige Schütz ebenfalls kurzge= schlossen wird; dadurch
verzögert abfällt und über seine Ruhekontakte das Anlaßschütz zum Kurzschließen
der nächsten Widerständstufe einschaltet. Bei dieser Steuerung erfolgt die aufeinanderfolgende
Kurzschließung der Widerstandstüfen unabhängig von der Größe
der
Belastung in genau gleichen oder annähernd gleichen Zeitabständen. Wenn hierdurch
auch der Nachteil der stromabhängigen Steuerung vermieden wird, daß bei zu hoher
Belastung und zu niedrigerer Einstellung der Grenzstromstärke für den Stromwächter
überhaupt keine Weiterschaltung auf die nächste: Stufe erfolgt bzw. bei einer zur
Erzielung eines sicheren Anlaufs auch bei der größten Belastung entsprechend hohen
Einstellung der Grenzstromstärke die Beschleunigung bei kleiner Belastung zu schnell
erfolgt, so wäre es doch erwünscht; die Beschleunigung der Belastung anzupassen,
also bei großer Belastung langsam und bei kleiner Belastung schneller anlassen zu
können, ohne jedoch hierbei wiederum den obenerwähnten Nachteil der stromabhängigen
Steuerung in Kauf nehmen zu müssen.
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Dies wird, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die zeitabhängige
Steuerung mit parallel zu den Widerstandsstufen liegenden, v erzögert abfallenden
Gleichstromrelais verwendet wird, die gleichzeitig aber mit den Ankerklemmen des
Motors verbunden sind, mit dem Erfolg, daß ihre Zeitkonstante in Abhängigkeit vom
Auftreten der Gegen-EMK des Motors verändert wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für das
Anlassen von Gleichstrommotoren dargestellt. Abb. i zeigt die Schaltung, Abb. 2
ein vereinfachtes Stromlaufbild. Mit io ist der Anker eines Gleichstromreihenschlußmotors
bezeichnet, mit i i seine Feldwicklung. Die Umkehrschütze 14 und 15 dienen zur Einschaltung
des Motors in der einen Drehrichtung und die Umkehrschütze 16 und 17 zur Einschaltung
in der entgegengesetzten Richtung. Die Anlaßwiderstände i8 bis 2ö können durch Schütze
21 bis 23 kurzgeschlossen werden. Zur Steuerung dieser Schütze dienen die Zeitrelais
25 bis 28. Das Relais 27 ist zu dem Widerstandsteil 18 parallel geschaltet, so daß
es von dem Spannungsabfall über diesen Widerstandsteil abhängig ist, während das
Relais 28 parallel zu den Widerstandsteilen 18 und ig geschaltet ist.
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Bei der einen Drehrichtung des Motors ist die Spule des Relais 25
über den Widerstandsteil i8 mit den Ankerklemmen des Motors io verbunden, während
bei der anderen Drehrichtung das Relais 26 über den Widerstandsteil i8 an den Ankerklemmen
des Motors liegt. Bei aberregten Relaisspulen sind die Kontakte der Relais 25 und
26 geöffnet und die der Relais 27 und 28 geschlossen. Die Amperewindungszahl der
Relaisspulen ist in bekannter Weise so bemessen, daß der magnetische Flux bedeutend
größer ist, als an sich zum Festhalten des Ankers in der Arbeitslage erforderlich
wäre. Hierdurch wird erreicht, daß die Verzögerungswirkung des Relais praktisch
von Änderungen der Netzspannung und von verschieden großer Erwärmung der Relaisspule
unbeeinflußt bleibt. Zum Einleiten der Anlaßvorgänge dient .ein Walzenschalter 29,
statt dessen jedoch auch Druckknöpfe verwendet werden können.
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Um, je nachdem wze schnell der Motor zum Anlaufen kommt, die Abfallv
erzögerungszeit der Zeitrelais 27 und 28 verschieden groß zu machen, ist für die
Spule jedes Zeitrelais 27 und 28 eine Verbindung zu einer Klemme des Motorankers
io vorgesehen und in diesen Verbindungen je ein Widerstand mit verhältnismäßig großem
Ohmwert eingeschaltet. Die eine Klemme der Relaisspule 27 ist dauernd mit dem Abzweigpunkt
zwischen dem Anker des Motors io und dem Widerstandsteil i8 (Fig. 2) verbunden,
während die andere Klemme der Relaisspule über den hochohmigen Widerstand
30 mit der anderen Ankerklemme des Klotors verbunden wird. In entsprechender
Weise ist die eine Klemme der Relaisspule 28 mit dem Abzweigpunkt zwischen Motoranker
und Widerstandsteil i8 und die andereKlemme über den hochohmigen Widerstand 31 mit
der anderen Klemme des Motors verbunden. - Diese letztere Verbindung kann entweder
unmittelbar über den Widerstand 31 oder, lvie in der Zeichnung dargestellt, über
die Widerstände 31 und 30 zu der Ankerklemme des Motors hergestellt werden.
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Außer den Widerständen 30 und 31 liegen Widerstände 32 und
33 im Stromkreis der Relaisspulen 27 und 28. Durch diese Widerstände 32 und 33 werden
die an den Spulen der Relais 27 und 28 liegenden Potentiale durch die Gegenspannung
des ?Motors so verändert, daß der Strom über die Spulen der Relais 27 und 28 umgekehrt
wird. Auf diese Weise wird die Abfallzeit dieser Relais entsprechend der Geschwindigkeit,
mit der der Strom umgekehrt wird, verändert. Die Erfindung ist nicht auf einen besonderen
Ohinwert der Widerstände 3o bis 33 beschränkt, jedoch sind folgende Widerstandswerte
bei einer Netzspannung von 25o Volt zu empfehlen: 5000 Ohm für den Widerstand
30, je iooo Ohm für die Widerstände 31 bis 33.
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lm folgenden sei die Wirkungsweise der Anordnung beschrieben. Die
Hauptschalter 34 und 35 wurden geschlossen, und infolgedessen kommt folgender Stromkreis
für das Hauptschütz 24 zustande: Netzleitung 12, Hauptschalter 34, Leitungen 36
und 37, Segmente 38, 39, 4o des Steuerschalters 29, Leitung 41, Schützspule 24,'
Leitung 42 und 43, Netzleitung 13. Das Hauptschütz 24 schließt
seine
Kontakte, jedoch liat dies zunächst keine Wirkung, da der Steuerschalter noch in
der Ausschaltstellung steht. Das Netzschütz 24 legt sich`über seinen Hilfskontakt
in einen vom Steuerschalter unabhängigen Haltestromkreis.
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Wenn der Walzenschälter 2,9 nun nach links in die erste Betriebsstellung
bewegt wird, werden die Umkehrschütze 14 und-15 über einen Stromkreis erregt, der
von der Netzleitung 12 über den Hauptschalter 34, die Leitung 36, den Hilfskontakt
des Schützes 24, die Leitung 41, die Segmente 40 und 45 des Steuerschalters 29,
die Leitung 46 über die parallel geschalteten Spulen der Umkehrschütze 14 und 15
und die Leitung 43 zur Netzleitung 13 verläuft. Die Schütze 14 und i 5 springen
an und legen den Anker des Motors io in Reihe mit den Widerständen 18, ig und 2o
an das Netz.
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Sobald der Motor an das Netz gelegt ist, werden die Relais 27 und
28 sofort erregt, da die Wicklung des Relais 27 parallel zu dem Widerstandsteil
18 und die Wicklung des Relais 28 parallel zu den Widerstandsteilen 18- und rg liegt.
Diese Relais öffnen ihre Ruhekontakte, unca infolgedessen können die Anlaßschütze
22 und 23 nicht erregt werden.
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Die Wicklung des Relais 25 dagegen wird dadurch erregt, daß sie über
folgenden Stromkreis an die Ankerklemmen des Motors io gelegt wird: von der Ankerklemme
55 über den unteren Hilfskontakt des Schützes 14, die Leitung 47, die Wicklung des
Relais 25, die, Leitung 48, den Widerstandsteil 18, den Hauptkontakt des Schützes
15 zur Ankerklemme 56. Da der Motor zunächst noch in Ruhe ist, erzeugt er zunächst
noch keine Gegenspannung, so daß die Wicklung des Relais 25 durch den Spannungsabfall
über den-Widerstandsteil i8 erregt wird. Dies ist zunächst ohne Wirkung.; wenn nun
aber der Steuerschalter 2g nach links:in die zweite Betriebsstellung bewegt, wird,
wird dis Schütz 21 über folgenden Stromkreis erregt: Netzleitung 12, Hilfskontakt
des Schützes 24, Segment 40 und 45 des Steuerschalters, Leitung 46, Kontakte 25a
und 256 des Relais 25, Leitung 49, S egnente 51, 52 und Kontaktfinger 53 des Steuerschalters,
Leitung 54, Wicklung des Schützes 21, Netzleitung 13. Das Schütz-21 springt an und
schließt den Widerstandsteil 18 kurz. Im Betrieb wird der Wärter im allgemeinen
den Steuerschalter sofort von der Ausschaltstellung auf die letzte Betriebsstellung
schalten; die schrittweise Weiterschaltung ist im vorliegenden Fall nur wegen des
besseren Verständnisses der aufeinanderfolgenden Schaltvorgänge angenommen worden.
Gleichzeitig mit dem Widerstandsteil 18 wird durch den Kontakt des Schützes 21 auch
die Wicklung- des über den Widerstand 32 parallel zu dem.Widerstandsteil iß ;geschalteten
Relais 27 kurzgeschlossen: Vor dem Kurzschließen des Widerstandsteils i8 fließt
'der Strom über die Spule des Relais 27 in der Richtung des oberhalb der
Spule 27 in Fig. 2 dargestellten Pfeiles.
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Wenn das Relais 27 kurzgeschlossen wird, sucht die Selbstinduktion
der Relaisspule den über sie fließenden Ström in derselben Richtung wie vorher aufrechtzuerhalten.
Solange dieser Strom groß genug ist, um den Zug der Rückzugfeder am Relaisanker
zu überwinden, wird der Kontakt des Relais 27 offen gehalten. Wie oben erläutert
wurde, liegt die linke Klemme der Relaisspule 27 in Fig. 2 unmittelbar an der' einen
Ankerklemme des Motors, während die andere Klemme der Wicklung 27 über den Widerstand
30 -mit der anderen Ankerklemme des Motors verbunden ist. Daher wird vor
dem Kurzschließen .des Widerstandsteils 18 der Spannungsabfall zwischen der positiven
Ankerklemme des Motors und dem Verbindungspunkt zwischen den Wider= standsteilen
18 und ig durch die Widerstände-3o und 32 aufgenommen, und zu -einer Umkehr der
Stromrichtung über die Wicklung des Relais 27 liegt kein Anlaß vor. Die Geschwindigkeit
des Motors io und damit auch die von ihm erzeugte Gegenspannung ist im Augenblick
des Kurzschließens des Widerstandsteils 18 praktisch Null, ünd daher liegt, abgesehen
von dem Einfluß des geringen Ohmschen Widerstandes des Ankers, an der negativen
Ankerklemme 56 dasselbe Potential wie an der positiven Ankerklemme 55. Wenn sich
jedoch der Anker des Motors io zu drehen beginnt und auf Touren kommt, wird die
Spannung an der Klemme 56 negativ gegenüber der an der 1,',-lemme 55, und infolgedessen
sucht die Gegenspannung des Motors die Richtung des Stromflusses -über die Relaisspule
27 umzukehren. Der von der Gegenspannung erzeugte Strom fließt von der positiven
Klemme 55 des Motors über den Hilfskontakt 1.4a des Umkehrschützes 14, den Widerstand
3o, die Wicklung des Relais 27 in der Richtung des unteren gestrichelten Pfeiles
zur negativen Klemme 56 des Motors und über die Widerstandsteile ig und 2o zur negativen
Netzleitung 13. Da also mit zunehmender Drehzahl des Motors die Klemme 56 des Motors
immer . stärker negativ wird gegenüber der Klemme-55, wird die Spule des Relais
27 in dem Maße gegenerregt, wie sich der Motor beschleunigt. Das bedeutet also,
daß die Abfallzeit des Relais 27 um so stärker herabgesetzt wird, um so schneller
sich der Motor beschleunigt.. Nach dem. Kurzschließen des Widerstandsteiles 18 werden
also die Kontakte des Relais 27 nach .Ablauf
einer Zeit, die sich
mit der Größe der Beschleunigung des Motors io ändert, geschlossen und hierdurch
ein Erregerstromkreis für das Schütz 22 hergestellt, vorausgesetzt, daB .der Steuerschalter
29 in die dritte Betriebsstellung geschaltet worden ist. Dieser Stromkreis verläuft
von' der Netzleitung 12 in der bereits beschriebenen Weise zu den Segmenten 40 und
45 :de Steuerschalters 29 über die Leitung 46, den Ruhekontakt des Relais 25, die
Leitung 49, den Kontaktfinger 50 und Segment-5, sowie das Segment 57, den
Kontaktfinger 58 und Leitung 59 weiter über die Spule des Schützes 22, die Leitung
6o, den Ruhekontakt des Relais 27 und die Leitung 61 zur Netzleitung 13. Das Schütz
22 springt an und schließt den Widerstandsteil 19 kurz. Durch das Schütz
22 wird gleichzeitig die Wicklung des Relais 28 kurzgeschlossen, so daß nach Ablauf
der Verzögerungszeit der Anker des Relais 28 von der Feder abgeworfen wird und die
Ruhekontakte des Relais geschlossen werden. Infolgedessen wird das Schütz 28 über
den bereits für die Wicklung 22 beschriebenen Stromkreis bis zur Leitung 59 und
von dort über die Spule des Schützes 23, die Leitung 62, den Ruhekontakt des Relais
28 und über Leitung 61 zur Netzleitung 13 erregt. Wie bereits oben beschrieben wurde,
istdie rechte Klemme des Relais 28 über die Widerstände 31 und 30 mit der positiven
Ankerklemme 55 des Motors verbunden; daher wird beim. Kurzschließen des Widerstandsteils
i9 durch das Schütz 22 durch die Gegenspannung des Motors die Richtung des Stromes
über die Wicklung a8 umgekehrt und dessen Abfallzeit in der bereits für das Relais
27 beschriebenen Weise verändert. Wenn das Relais 28 seine Ruhekontakte schließt,
wird das Schütz 23 erregt und durch dessen Kontakt der letzte Widerstandsteil 2o
kurzgeschlossen.
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Zum Stillsetzen des Motors wird der Walzenschalter 29 in die Ausschaltstellung
zurückgeführt, während zum Betrieb des Motors in der entgegengesetzten Drehrichtung
der Steuerschalter 29 in der entgegengesetzten Richtung von der Nullstellung aus
geschaltet wird. Dabei spielen sich dieselben Vorgänge ab wie bei der anderen Drehrichtung,
so daß sich eine Wiederholung erübrigt.