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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung sieht eine neue verbesserte Vorrichtung und
ein Verfahren zum Schutz eines Motorstarters gegen den Effekt eines übermäßig großen Stromflusses
bei einer Fehlfunktion eines Elektromotors vor.
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Eine
bekannte Vorrichtung zur Anwendung bei der Steuerung eines Elektromotors
weist einen Motorstarter auf. Der Motorstarter kann eine Kontakteinrichtung
bzw. ein Schütz
und ein Überlast-Relais aufweisen.
Das Überlast-Relais sieht einen
thermischen Schutz für
den Motor vor. Motorstarter sind teuer. Beim Auftreten einer Fehlfunktion
eines Elektromotors kann ein übermäßig großer Stromfluss durch
den Motorstarter ein Aufschweißen
der Kontakteinrichtungs- bzw. Schützkontakte verursachen, und
ein Schmelzen oder eine thermische Verwertung von temperaturempfindlichen
Elementen. Bekannte Vorrichtungen zur Anwendung der Steuerung eines Elektromotors
sind offenbart in US-A-3 959 753 und in US-A-4 991 050.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung sieht eine neue und verbesserte Vorrichtung
zur Anwendung bei der Steuerung eines Elektromotors vor. Die Vorrichtung weist
eine Hauptschaltung auf, die elektrischen Strom zum Elektromotor
während
des normalen Betriebs des Elektromotors leitet. Die Hauptschaltung weist
einen Motorstarter und eine Strombegrenzungsschaltanordnung auf.
Eine Bypass- bzw. Überleitungsschaltung
ist vorgesehen, um elektrischen Strom um den Motorstarter bei der
Einleitung eines Flusses von übermäßig großem elektrischen
Strom zum Elektromotor zu leiten.
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Wenn
die Strombegrenzungsschaltanordnung in einem anfänglichen Zustand ist, ist die
Bypass-Schaltung offen, und der elektrische Strom wird durch den
Motorstarter und die Strombegrenzungsschaltanordnung zum Elektromotor
geleitet. Wenn die Strombegrenzungsschaltanordnung in einem betätigten Zustand
ist, ist die Strombegrenzungsschaltanordnung dahingehend wirk sam,
dass sie die Hauptschaltung öffnet,
um den Fluss von elektrischem Strom durch den Motorstarter zu unterbrechen.
Zu diesem Zeitpunkt schließt
die Strombegrenzungsschaltanordnung die Bypass-Schaltung, um den übermäßigen Fluss
von elektrischem Strom um den Motorstarter herum zu leiten.
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Die
Strombegrenzungsschaltanordnung weist einen bewegbaren Leiter auf,
an dem Kontakte angeordnet sind. Der bewegbare Leiter wird relativ
zu den stationären
Kontakten durch den Effekt einer Magnetfeldabstoßung oder durch eine Bewegung
eines Ankers durch eine Spule oder durch beide dieser Effekte bewegt.
Dies minimiert die Ansprechzeit, die für die Strombegrenzungsschaltanordnung
erforderlich ist, um ausgehend vom anfänglichen Zustand zu einem betätigten Zustand
umzuschalten, um den Motorstarter im Fall einer Einleitung von übermäßig großem Stromfluss
zum Motor zu schützen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorrangegangen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
aus einer Betrachtung der folgenden Beschreibung offensichtlich werden,
wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gesehen wird,
in denen die Figuren Folgendes darstellen:
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1 eine
vereinfachte schematische Darstellung einer Vorrichtung, die gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist und verwendet wird, um einen Elektromotor
zu steuern.
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2 eine
vergrößerte vereinfachte
schematische Veranschaulichung einer Strombegrenzungsschaltanordnung,
die in der Vorrichtung der 1 verwendet
wird, wobei die Strombegrenzungsschaltanordnung in einem anfänglichen
oder unbetätigten
Zustand veranschaulicht ist;
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3 eine
vereinfachte schematische Veranschaulichung, im Allgemeinen ähnlich der 2, der
Strombegrenzungsschaltanordnung in einem vollständig offenen Zustand;
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4 eine
stark schematisierte Veranschaulichung, die Kontakte in der Strombegrenzungsschaltanordnung
der 2 abbildet, wenn die Strombegrunzungsschaltanordnung
in dem nicht betätigten Zustand
ist;
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5 eine
schematische Veranschaulichung, im Allgemeinen ähnlich der 4,
die die Kontakte in der Strombegrenzungsschaltanordnung abbildet,
wenn die Strombegrenzungsschaltanordnung in einem betätigten Zustand
ist; und
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6 eine
schematische Veranschaulichung, im Allgemeinen ähnlich den 4 und 5, die
die Kontakte in der Strombegrenzungsschaltanordnung abbildet, wenn
die Strombegrenzungsschaltanordnung in dem vollständig offenen
Zustand ist.
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Beschreibung
von einem speziellen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
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Allgemeine
Beschreibung
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Eine
Vorrichtung 10 zur Anwendung bei der Steuerung eines Elektromotors 12 ist
schematisch in 1 veranschaulicht. Die Vorrichtung 10 weist
eine Hauptschaltung 14 auf, die elektrischen Strom zum Motor 12 während des
normalen Betriebs des Motors leitet. Die Hauptschaltung 14 weist
eine bekannte Motorschaltungsschutzeinrichtung oder Schaltungsunterbrecher 18 auf.
Die Motorschaltungsschutzeinrichtung 18 wird magnetisch
durch starke Fehlerströme
durch die Hauptschaltung 14 ausgelöst. Wenn die Motorschaltungsschutzeinrichtung 18 ausgelöst wird, wird
sie in einem offenen Zustand verriegelt, in dem die Hauptschaltung 14 unterbrochen
ist.
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Die
Hauptschaltung 14 weist auch einen bekannten Motorstarter 20 auf.
Der Motorstarter 20 weist ein Schütz 22 auf, das von
einem offenen Zustand in einen geschlossenen Zustand gestellt wird, um
den Betrieb des Motors 12 einzuleiten. Zusätzlich weist
der Motorstarter 20 ein Überlast-Relais 24 mit einem
thermischen Element auf. Das thermische Element in dem Überlast-Relais 24 heizt
sich als eine Funktion des Stromflusses durch das Relais auf und bewirkt,
dass das Relais zum Öffnen
ausgelöst
wird, um den elektrischen Strom durch die Hauptschaltung 14 zum
Motor 12 im Fall eines abnormen Stromflusses zu unterbrechen.
Obwohl ein Motorstarter 20 mit einer speziellen bekannten
Konstruktion in 1 veranschaulicht worden ist,
sei bemerkt, dass der Motorstarter 20 einen Aufbau haben
könnte,
der anders als der veranschaulichte Aufbau ist.
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Gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine Strombegrenzungsschaltanordnung 30 in
der Hauptschaltung 14 angeordnet. Die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 spricht
schnell auf einen übermäßig großen Fluss
von elektrischem Strom zum Motor 12 an, um den Motorstarter 20 zu schützen. Die
Strombegrenzungsschaltanordnung 30 schützt den Motorstarter 20 durch
Unterbrechung des Stromflusses durch den Motorstarter, bevor die Motorschaltungsschutzeinrichtung 18 Zeit
hat, den Stromfluss durch den Motorstarter zu unterbrechen.
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Bei
einer schweren Fehlfunktion des Elektromotors 12 kann ein übermäßig großer Stromfluss durch
einen Kurzschluss der Komponenten des Motors verursacht werden.
Nur ein sehr kleiner Anfangsteil des übermäßig großen Stromflusses wird durch den
Motorstarter 20 geleitet. Dies kommt von der Strombegrenzungsschaltanordnung 30,
die sofort die Hauptschaltung 14 öffnet und den Fluss des Stroms durch
den Motorstarter 20 unterbricht.
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Die
Strombegrenzungsschaltanordnung 30 spricht auf eine Einleitung
eines übermäßig großen Stromflusses
wesentlich schneller an als die Motorschaltungsschutzeinrichtung 18.
Die Zeit, die für
das Ansprechen der Motorschaltungsschutzeinrichtung 18 auf
einen übermäßig großen Stromfluss
erforderlich ist, könnte
gestatten, dass der übermäßig große Stromfluss
durch den Motorstarter 20 für eine ausreichende Zeitdauer
eingerichtet bzw. durchge lassen wird, um den Motorstarter schwer
zu schädigen.
Jedoch spricht die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 schnell
auf die Einleitung des übermäßig großen Stromflusses
in die Hauptschaltung 14 an, um den übermäßig großen Stromfluss durch den Motorstarter 20 zu
unterbrechen, bevor der Motorstarter beschädigt wird.
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Während des
normalen Betriebs des Elektromotors 12 wird Wechselstrom
von den Leistungsleitungen bzw. Zuleitungen 34 und 36 zum
Elektromotor 12 durch den Motorstarter 20 und
die Hauptschaltung 14 geleitet. Die Leistungsleitungen 34 und 36 sind
mit einer Quelle mit Wechselstrompotenzial verbunden, die eine Spannung
von ungefähr
277 Volt haben kann. Natürlich
könnten
andere Wechselstromspannungen oder auch Gleichstromspannungen verwendet
werden, falls erwünscht.
Obwohl die Leistungsleitungen 34 und 36 mit einer
Wechselstromquelle verbunden sind, wird für die Zwecke der vereinfachten Beschreibung
hier angenommen, dass der Stromfluss in der Richtung ist, die von
den Pfeilen 38, 40 und 42 in 1 gezeigt
wird.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung wird eine Bypass- bzw. Überleitungsschaltung 46 durch
die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 vorgesehen, um einen
elektrischen Strom um den Motorstarter 20 bei der Einleitung
eines Flusses von übermäßig großem Strom
zum Motor 12 herum zu leiten. Durch Leiten des übermäßig starken
elektrischen Stroms um den Motorstarter 20 schützt die
Bypass-Schaltung 46 den Motorstarter 20 gegen
einen Schaden durch den übermäßig großen Fluss
des elektrischen Stroms zum Motor 12.
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Auf
die Einleitung eines Flusses von entweder hohen oder niedrigen Pegeln
von übermäßig großem Strom
zum Motor 12 durch die Hauptschaltung 14 wird
die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 schnell betätigt. Der
Betrieb der Strombegrenzungsschaltandordnung 30 öffnet sofort
die Hauptschaltung 14, um den Fluss des elektrischen Stroms
durch den Motorstarter 20 zu unterbrechen. Zusätzlich hat der
Betrieb der Strombegrenzungsschaltanord nung 30 zur Folge,
dass ein übermäßig großer elektrischer Strom
um den Motorstarter 20 durch die Bypass-Schaltung 46 geleitet
wird.
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Die
Bypass-Schaltung 46 verbindet den Motor 12 mit
der Leistungsleitung 34 durch die Motorschaltungsschutzeinrichtung 18 und
durch die betätigte
Strombegrenzungsschaltanordnung 30. Nachdem die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 betätigt worden
ist, arbeitet die Motorschaltungsschutzeinrichtung 18 dahingehend,
dass sie den Fluss des Stroms zwischen den Leistungsleitungen 34 und 36 unterbricht.
Das Öffnen
der Motorschaltungsschutzeinrichtung 18 unterbricht den
Fluss des Stroms durch die Bypass-Schaltung 46. Die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 kehrt
dann in ihren anfänglichen
oder nicht betätigten
Zustand zurück.
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Strombegrenzungsschaltanordnung
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Die
Strombegrenzungsschaltanordnung 30 (2) weist
ein Gehäuse 50 auf,
welches aus einem elektrischen isolierenden Material geformt ist.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel
der Strombegrenzungsschaltanordnung 30 wurde das Gehäuse 50 aus
Glasfaser verstärktem
Polyester geformt. Obwohl das Gehäuse 50 nur schematisch
in 2 gezeigt worden ist, sei bemerkt, dass das Gehäuse ein fester
starrer Materialblock ist. Das Gehäuse 50 umschließt die Schaltkontakte
und andere Komponenten der Strombegrenzungsschaltanordnung 30.
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Die
Strombegrenzungsschaltanordnung 30 weist eine Vielzahl
von stationären
Kontakten auf, die fest mit dem Gehäuse 50 verbunden sind.
Somit weist die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 ein Paar
von stationären
Hauptschaltungskontakten 52 und 54 auf (2).
Zusätzlich
zu den stationären Hauptschaltungskontakten 52 und 54 weist
die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 einen stationären Bypass-
bzw. Überleitungsschaltungskontakt 56 auf.
Die stationären
Hauptschaltungskontakte 52 und 54 bilden einen
Teil der Hauptschaltung 14, während der stationäre Bypass-Schaltungskontakt 56 einen
Teil der Bypass-Schaltung 46 bildet.
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Die
stationären
Kontakte 60 und 62 verbinden die stationären Hauptschaltungskontakte 52 und 54 mit
Hauptschaltungsleitungen 64 und 66. Die Hauptschaltungsleitung 64 ist
mit dem stationären Leiter 60 an
einem Anschlussansatz 68 verbunden. Die Hauptschaltungsleitung 66 ist
mit einem Anschlussansatz 70 verbunden.
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Der
stationäre
Leiter 62 und der stationäre Hauptschaltungskontakt 54 sind
mit dem Anschlussansatz 70 und der Hauptschaltungsleitung 66 durch eine
gewickelte Spule 72 verbunden. Die Spule 72 ist um
einen Wicklungsträger
bzw. Spulenkern 74 gewickelt, der aus einem elektrisch
isolierendem Material gebildet ist. Die Spule 72 wird durch
einen Metallrahmen 76 umschlossen, der fest mit dem Gehäuse 50 verbunden
ist.
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Der
stationäre
Bypass-Schaltungskontakt 56 ist mit einem Anschlussansatz 78 verbunden.
Eine Bypass-Schaltungsleitung 80 ist mit dem Anschlussansatz 78 verbunden.
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Ein
bewegbarer Leiter oder Kontaktträger 82 ist
zur Anfangsposition vorgespannt, die in 2 gezeigt
ist, und zwar durch eine Schraubenspulenfeder 84. Die Schraubenspulenfeder 84 ist
schematisch in 2 veranschaulicht worden und
ist zwischen einer Oberfläche
des Gehäuses 50 und
dem bewegbaren Leiter 82 angeordnet.
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Ein
Paar von bewegbaren Hauptschaltungskontakten 88 und 90 ist
auf dem bewegbaren Leiter oder den Kontaktträgern 82 angeordnet.
Ein bewegbarer Bypass-Schaltungskontakt 92 ist auf einer
Seite des bewegbaren Leiters 82 gegenüberliegend zu den bewegbaren
Hauptschaltungskontakten 88 und 90 angeordnet.
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Elektrisch
isolierte Teilerplatten 100 sind auch in dem elektrischen
isolierenden Material des Gehäuses 50 benachbart
zu dem bewegbaren Leiter 82 montiert. Die Teilerplatten 100 minimieren
die Lichtbogenbildung zwischen den stationären Hauptschaltungskontakten 52 und 54 und
den bewegbaren Hauptschaltungskontakten 88 und 90 während des Betriebs
der Strombegrenzungsschaltanordnung 30. Die Teilerplatten 100 sind
nicht elektrisch mit Komponenten von entweder der Hauptschaltung 14 oder
der Bypass-Schaltung 46 verbunden.
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Die
Teilerplatten 100 weisen eine erste oder linke Reihe 102 von
parallelen Teilerplatten und eine zweite oder rechte Reihe 104 von
parallelen Teilerplatten auf. Die linke Reihe 102 der Teilerplatten
ist benachbart zum linken Ende (wie in 2 zu sehen) des
bewegbaren Leiters 82 angeordnet. Die rechte Reihe 104 der
Teilerplatten ist benachbart zu dem rechten Ende des bewegbaren
Leiters 82 angeordnet.
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Auf
die Einleitung des übermäßig großen Stromflusses
in den Motor 12 wird der bewegbare Leiter oder Kontaktträger 82 schnell
aus der anfänglichen
oder geschlossenen Position der 2 zu irgendeiner
der Vielzahl von betätigten
Positionen bewegt (5). Wenn der bewegbare Leiter 82 in
einer betätigten
Position ist, sind die bewegbaren Hauptkontakte 88 und 90 von
den stationären
Hauptkontakten 52 und 54 beabstandet. Zu diesem
Zeitpunkt ist der bewegbare Bypass-Kontakt 92 in Eingriff
mit dem stationären
Bypass-Kontakt 52.
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Der
bewegbare Leiter 82 ist über eine Vielzahl von betätigten Positionen
in die vollständig
offene Position der 3 durch den kombinierten Einfluss
der Spule 72 und die Gegenwirkung zwischen den Magnetfeldern
bewegbar. Um schnell die Bewegung des bewegbaren Leiters 82 weg
von der in 2 gezeigten Anfangsposition
einzuleiten, wird ein Stößel 110 nach
oben bewegt (wie in 2 zu sehen), und zwar unter
dem Einfluss des Magnetfeldes, welches aus der Spule 72 austritt.
Der Stößel 110 bringt
eine Kraft auf den bewegbaren Leiter 82 auf, um eine Aufwärtsbewegung
des bewegbaren Leiters einzuleiten.
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Der
Stößel 110 weist
einen zylindrischen Anker 112 auf, der aus einem magnetisierbaren
Metall (Stahl) geformt ist. Der Anker 112 ist mit einem
im Allgemeinen zylindrischen Kopfende 114 des Stößels 110 durch
eine zylindrische Stange 116 verbunden. Das Kopfende 114 ist
aus einem nicht magnetisierbaren Material geformt, insbesondere
aus glasgefülltem bzw.
glasfaserverstärktem
Nylon. Wenn der bewegbare Leiter 82 in der geschlossenen
oder anfänglichen
Position ist, wie in 2 gezeigt, wird das Kopfende 114 des
Stößels 110 gegen
das Gehäuse 50 durch
eine Schraubenspulenfeder 120 gedrückt.
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Der
stationäre
Leiter 60 hat einen Schenkel 126, der sich parallel
zum bewegbaren Leiter 82 erstreckt, wenn der bewegbare
Leiter in der in 2 gezeigten Anfangsposition
ist. In ähnlicher
Weise hat der stationäre
Leiter 62 einen Schenkel 128, der sich parallel
zum bewegbaren Leiter 82 erstreckt, wenn der bewegbare
Leiter in der Anfangsposition der 2 ist. Die
stationären
Hauptschaltungskontakte 52 und 54 sind an den
Schenkeln 126 und 128 der stationären Leiter
angeordnet. Die Enden der Schenkel 126 und 128 der
stationären
Leiter 60 und 62 sind benachbart zu den linken
und rechten Reihen 102 und 104 der Teilerplatten 100 angeordnet
und um eine geringfügige
Distanz davon beabstandet.
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Die
Strombegrenzungsschaltanordnung 30 ist betätigbar zwischen
dem anfänglichen
oder geschlossenen Zustand der 2 und dem
vollständig offenen
Zustand der 3. Wenn die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 in
dem anfänglichen
Zustand (2) ist, bildet der bewegbare
Leiter 82 einen Teil der Hauptschaltung 14, durch
die Strom zum Motor 12 geleitet wird (1).
Zu diesem Zeitpunkt ist die Bypass- bzw. Überleitungsschaltung 46 offen. Wenn
die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 in dem vollständig offenen
Zustand der 3 ist, ist die Hauptschaltung 14 offen,
um den Fluss des elektrischen Stroms durch den Motorstarter 20 zum
Motor 12 zu unterbrechen.
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Wenn
die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 in dem anfänglichen
Zustand (2) ist, werden die bewegbaren
Hauptschaltungskontakte 88 und 90 des bewegbaren
Leiters 82 in Eingriff mit den stationären Hauptschaltungskontakten 52 und 54 angeordnet.
Unter der Annahme, dass die Richtung des Stromflusses schematisch
durch die Pfeile 38, 40 und 42 in 1 gezeigt
wird, wird der elektrische Strom von der Hauptschaltungsleitung 64 durch den
stationären
Leiter 60 zu dem stationären Hauptschaltungskontakt 52 geleitet.
Dieser elektrische Strom wird von dem bewegbaren Hauptschaltungskontakt 88 durch
den bewegbaren Leiter 82 zum bewegbaren Hauptschaltungskontakt 90 geleitet.
Der elektrische Strom fließt
von dem bewegbaren Hauptschaltungskontakt 90 durch den
stationären
Hauptsschaltungskontakt 54 und den stationären Leiter 62 zur
Spule 72. Der Strom wird von der Spule 72 zur Hauptschaltungsleitung 66 geleitet,
die mit dem Motor 12 verbunden ist (1).
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Zu
diesem Zeitpunkt zieht der Motor 12 einen normalen Betriebsstrom.
Der normale Betriebsstrom für
den Motor 12 reicht nicht aus, um zu bewirken, dass das
Magnetfeld von der Spule 72 (2) den Anker 112 mit
ausreichender Kraft anzieht, um den Effekt der Vorspannfeder 120 zu überwinden.
Daher bleibt der Stößel 110 in
der zurückgezogenen
oder anfänglichen
Position, die in 2 veranschaulicht ist.
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Wenn
die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 in dem geschlossenen
Zustand der 2 ist, ist die Flussrichtung
des Stroms durch den bewegbaren Leiter 82 entgegengesetzt
zur Flussrichtung des Stroms durch die Schenkel 126 und 128 der stationären Leiter 60 und 62.
Somit ist unter der Annahme einer Richtung des Stromflusses, die
durch die Pfeile 38, 40 und 42 in 1 gezeigt
wird, die Richtung des Flusses des elektrischen Stroms in dem bewegbaren
Leiter 82 von links nach rechts (wie in 2 zu
sehen), das heißt
von dem bewegbaren Hauptschaltungskontakt 88 zu dem bewegbaren Hauptschaltungskontakt 90.
Jedoch ist die Flussrichtung des Stroms in den Schenkeln 126 und 128 der stationären Leiter 60 und 62 von
rechts nach links (wie in 2 zu sehen).
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Der
Strom im Schenkel 126 des stationären Leiters 60 fließt nach
links (wie in 2 zu sehen). Somit fließt der Strom
von einer Biegung 130 in den stationären Leiter 60 zu dem
stationären
Hauptschaltungskontakt 52. Die Flussrichtung des elektrischen Stroms
in dem Schenkel 128 des stationären Leiters 62 ist
auch nach links (wie in 2 zu sehen). Somit fließt der Strom
vom stationären
Hauptschaltungskontakt 54 zu einer Biegung 132 in
dem stationären Leiter 62.
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Da
die Flussrichtung des Stroms in dem bewegbaren Leiter 82 entgegengesetzt
zur Flussrichtung des Stroms in den Schenkeln 126 und 128 der stationären Leiter 60 und 62 ist,
geht das Magnetfeld, welches von dem Strom herrührt, der durch den bewegbaren
Leiter 82 fließt,
den Magnetfeldern entgegen, die aus dem Strom herrühren, der
durch die Schenkel 126 und 128 der stationären Leiter 60 und 62 fließt. Die
Gegenwirkung zwischen den Magnetfeldern, die von dem Strom in dem
bewegbaren Leiter 82 und in den Schenkeln 126 und 128 der
stationären
Leiter 60 und 62 herrühren, zwingt den bewegbaren
Leiter 82 weg von den stationären Leitern 60 und 62.
Während
normaler Strom in den Motor 12 fließt, sind jedoch die magnetischen
Abstoßungskräfte zwischen
den Magnetfeldern, die von den entgegengesetzten Richtungen des
Stromflusses durch den bewegbaren Leiter 82 und den stationären Leitern 60 und 62 herrührt, nicht
ausreichend, um den Vorspannungseffekt der Schraubenspulenfeder 84 zu überwinden.
Daher bleibt der bewegbare Leiter 82 in der geschlossenen
oder anfänglichen
Position, wie in 2 gezeigt, während des normalen Betriebs
des Motors 12.
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Während des
Betriebs des Motors 12 kann der Motor eine starke Fehlfunktion
derart zeigen, dass dies einen elektrischen Kurzschluss am Motor 12 verursacht.
Dies hat eine Einleitung eines übermäßig großen Stromflusses
in den Motor zur Folge. Auf die Einleitung von entweder hohen oder
niedrigen Pegeln von übermäßig großem Stromfluss
in den Motor 12 wird die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 schnell
von dem anfänglichen
Zustand der 2 zu einem vollständig offenen
Zustand der 3 betätigt bzw. umge schaltet, um
den Stromfluss durch den Motorstarter 20 zu unterbrechen.
Dies schützt
die Komponenten des Motorstarters 20 gegen den Effekt von übermäßig großen Stromflüssen.
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Eine
schnelle Betätigung
der Strombegrenzungsschaltanordnung 30 in den offenen Zustand wird
begünstigt
durch die magnetische Abstoßungskraft
und durch eine Gegenwirkung zwischen der Spule 72 und dem
Stößel 110.
Auf eine Einleitung von niedrigen Pegeln eines übermäßig großen Stromflusses durch die
Strombegrenzungsschaltanordnung 30, beispielsweise weniger
als 2000 Ampere, steigt der Stromfluss durch die Spule 72 und bewirkt,
dass der Stößel 110 den
Leiter 82 bewegt und die Bypass-Schaltung 46 schließt. Dies
kann auftreten, bevor magnetische Rückstoßkräfte, die aus den entgegengesetzten
Richtungen des Stromflusses resultieren, stark genug geworden sind,
um den Leiter 82 zu bewegen, wenn der Pegel des übermäßig großen Stromflusses
niedrig ist, beispielsweise weniger als 2000 Ampere.
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Auf
die Einleitung von hohen Pegeln von übermäßig großem Stromfluss durch die Strombegrenzungsschaltanordnung 30,
beispielsweise mehr als 2000 Ampere, hat der Stromfluss magnetische Rückstoßkräfte zur
Folge, die den Leiter 82 bewegen und die Bypass-Schaltung 46 schließen. Dies
kann auftreten, bevor der Stromfluss durch die Spule 72 bewirkt,
dass der Stößel 110 den
Leiter 82 bewegt, wenn der Pegel des übermäßig großen Stromflusses hoch ist,
beispielsweise mehr als 2000 Ampere. Wenn der Pegel des übermäßig großen Stromflusses hoch
ist, kann die Bewegung des Stößels 110 dahingehend
wirksam sein, dass dieser die Rückbewegung
des Leiters 82 zu den stationären Hauptschaltungskontakten 52 und 54 blockiert,
nachdem die magnetischen Rückstoßkräfte den
Leiter 82 in die vollständig
geöffnete
Position bewegt haben, und der Stromfluss durch den stationären Leiter 60 aufgehört hat.
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Wenn
die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 in dem vollständig offenen
Zustand der 3 ist, sind die bewegbaren Hauptschaltungskontakte 88 und 90 an
dem bewegbaren Leiter 82 von den stationären Hauptschaltungs kontakten 52 und 54 beabstandet.
Dies öffnet
die Hauptschaltung 14, um den Fluss des Stroms durch den
Motorstarter 20 zu unterbrechen. Zu diesem Zeitpunkt ist
der bewegbare Bypass-Schaltungskontakt 92 in Eingriff mit dem
stationären
Bypass-Schaltungskontakt 56 angeordnet. Ein Endteil des
bewegbaren Leiters 82 gegenüberliegend von dem bewegbaren
Bypass-Schaltungskontakt 92 ist
in anliegendem Eingriff mit einem Anschlag 140 angeordnet,
der als ein Teil des Gehäuses 50 geformt
ist.
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Der
bewegbare Leiter 82 wird aus dem Anfangszustand der 2 in
den vollständig
offenen Zustand der 3 unter dem Effekt der Kraft
bewegt, die auf den bewegbaren Leiter 82 vom Stößel 110 übertragen
wird, oder durch die Abstoßung
zwischen den Magnetfeldern, die von dem entgegengesetzt fließenden elektrischen
Strom in dem bewegbaren Leiter 82 und in den Schenkeln 126 und 128 der
stationären
Leiter 60 und 62 herrühren, oder durch beide dieser
Effekte. Auf eine Einleitung des Flusses von übermäßig großem Strom durch die Hauptschaltung 14 zum
Motor 12 steigt der Stromfluss durch die Spule 72.
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Die
Vergrößerung des
Stromflusses zur Spule 72 steigert die Stärke des
Magnetfeldes, welches von der Spule herrührt. Dies hat zur Folge, dass
der Anker 112 in die Spule 72 gegen den Einfluss
der Vorspannfeder 120 gezogen wird. Der Anker 112 bewegt
sich aus der in 2 gezeigten Position zu der in
der 3 gezeigten Position. Wenn dies auftritt, bringt
das Kopfende 114 des Stößels 110 eine
Kraft gegen das bewegbare Schütz
bzw. die Kontaktvorrichtung 82 auf, um anfänglich die
bewegbaren Hauptschaltungskontakte 88 und 90 von
den stationären
Hauptschaltungskontakten 52 und 54 zu trennen.
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Der
gesteigerte Stromfluss, der auf einer Einleitung eines übermäßig großen Stromflusses
zum Motor 12 auftritt, steigert die Stärke der Magnetfelder, die von
dem Stromfluss in den Schenkeln 126 und 128 der
stationären
Kontakte 60 und 62 und dem Stromfluss in dem bewegbaren
Leiter 82 herrühren. Da
die Flussrichtung des Stroms in dem bewegbaren Leiter 82 entgegengesetzt zur
Flussrichtung des Stroms in den Schenkeln 126 und 128 der
stationären
Leiter 60 und 62 ist, hilft die magnetische Abstoßung zwischen
dem bewegbaren Leiter 82 und den stationären Leitern 60 und 62 dem
Stößel 110 bei
der Bewegung des bewegbaren Leiters 82 aus dem anfänglichen
oder geschlossenen Zustand der 2 zu dem
vollständig
geöffneten
Zustand der 3. Dies hat eine schnelle Betätigung der
Strombegrenzungsschaltanordnung 30 zur Folge, um sofort
die Hauptschaltung 14 zu öffnen. Wenn dies auftritt,
wird der übermäßig große Strom
um den Motorstarter 20 durch die Bypass-Schaltung 46 geleitet.
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Die
Strombegrenzungsschaltanordnung 30 wird unter den kombinierten
Effekten der Gegenwirkung zwischen der Spule 72 und dem
Stößel 110 und den
magnetischen Abstoßungskräften zwischen
dem Strom betätigt,
der in entgegengesetzter Richtung fließt. Im Fall eines niedrigen übermäßig großen Stromflusses
jedoch kann die Gegenwirkung zwischen der Spule 72 und
dem Stößel 110 den
Leiter 82 bewegen, bevor die magnetischen Rückstoßkräfte eine
ausreichende Stärke
erreicht haben, um den Leiter 82 zu bewegen. Daher wird,
wenn es niedrigen übermäßig großen Stromfluss
gibt, die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 schneller
betätigt
als es der Fall wäre,
wenn man sich nur auf die magnetischen Rückstoßkräfte verfassen würde, um
die Strombegrenzungsschaltanordnung zu betätigen. Im Fall des übermäßig großen Stromflusses
können
die magnetischen Abstoßungskräfte den
Leiter 82 bewegen, bevor die Gegenwirkung zwischen der
Spule 72 und dem Stößel 110 wirksam
ist, um den Leiter zu bewegen. Wenn es einen übermäßig großen Stromfluss gibt, wird daher
die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 schneller betätigt, als
es der Fall wäre,
wenn man sich nur auf die Gegenwirkung zwischen der Spule 72 und
dem Stößel 110 verlassen
würde,
um die Strombegrenzungsschaltanordnung zu betätigen.
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Falls
erwünscht,
könnte
die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 einen Aufbau haben,
der anderes als der veranschaulichte Aufbau ist. Beispielsweise
könnte
das rechte Ende (wie in 2 zu sehen) des bewegbaren Leiters 82 schwenkbar
mit dem stationären
Leiter 62 verbunden sein. Alter nativ könnte der bewegbare Leiter 82 entlang
eines linearen Pfades zwischen dem anfänglichen Zustand und dem vollständig offenen
Zustand bewegt werden.
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Betrieb
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Die
Art und Weise, in der die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 von
dem anfänglichen oder
geschlossenen Zustand der 2 über einen von
einer Vielzahl von betätigten
Zuständen
zu dem vollständig
offenen Zustand der 3 bewegt wird, wird schematisch
in den 4, 5 und 6 veranschaulicht.
Obwohl Wechselstrom von den Leistungsleitungen 34 und 36 durch
die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 geleitet wird, wird
angenommen, dass die Flussrichtung des elektrischen Stroms in den 4 bis 6 gemäß den Pfeilen 38, 40 und 42 in 1 ist.
Natürlich
kann die Stromflussrichtung in irgendeinem Augenblick entgegengesetzt zu
den Richtungen sein, die von den Pfeilen 38, 40 und 42 in 1 gezeigt
werden.
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Während des
normalen Betriebs des Motors 12 ist die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 in dem
anfänglichen
Zustand, der schematisch in 4 veranschaulicht
ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Fluss des elektrischen Stroms
in der Hauptschaltung 14 durch den stationären Leiter 60 zum
bewegbaren Leiter 82 geleitet. Der Strom fließt dann
von dem bewegbaren Leiter 82 durch den stationären Leiter 62 zur
Spule 72.
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Die
Richtung des Stromflusses in dem Schenkel 126 des stationären Leiters 60 und
in dem Schenkel 128 des stationären Leiters 62 ist
nach links (wie in 4 zu sehen). Die angenommene Richtung
des Stromflusses in den Schenkeln 126 und 128 der
stationären
Leiter 60 und 62 wird durch die Pfeile 144 und 146 in 4 angezeigt.
Die Richtung des Stromflusses in dem bewegbaren Leiter 82 ist nach
rechts, wie schematisch von den Pfeilen 148 und 150 in 4 gezeigt.
Wie zuvor erwähnt,
ist während
des normalen Betriebs des Motors 12, die Flussrate des
Stroms durch die Hauptschaltung 14 nicht ausreichend, um
eine Betätigung
der Strombegrenzungsschaltanord nung 30 aus dem in 4 veranschaulichten
anfänglichen
Zustand zu bewirken.
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Auf
eine Fehlfunktion des Motors 12 und die Einleitung eines übermäßig großen Flusses
von elektrischem Strom in die Hauptschaltung 14 hin, steigt der
Stromfluss durch die Spule 72. Der gesteigerte Stromfluss
durch die Spule 72 bewirkt sofort, dass der Anker 112 sich
schnell nach innen aus der in 2 gezeigten
Position zu der in 3 gezeigten Position bewegt.
Wenn dies auftritt, wird der bewegbare Leiter 82 aus dem
anfänglichen
in 4 gezeigten Zustand zu dem in 5 gezeigten
betätigten Zustand
bewegt.
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Der
gesteigerte Fluss von elektrischem Strom, der auf eine Einleitung
eines Flusses von übermäßig großem Strom
in den Motor 12 auftritt, vergrößert die Stärke der Magnetfelder, die von
den Schenkeln 126 und 128 der stationären Leiter 60 und 62 und
dem bewegbaren Leiter 82 herrühren. Die Magnetfelder, die
aus den Schenkeln 126 und 128 der stationären Leiter 60 und 62 herrühren, sind
entgegengesetzt zu dem Magnetfeld, welches von dem bewegbaren Leiter 82 herrührt. Die
Gegenwirkung zwischen den Magnetfeldern, die von den Schenkeln 126 und 128 der
stationären
Leiter 60 und 62 herrühren, und dem Magnetfeld, welches
von dem bewegbaren Leiter 82 herrührt, drückt den bewegbaren Leiter weg
aus dem geschlossenen oder anfänglichen Zustand
der 4 zu dem betätigten
Zustand der 5.
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Aus
dem Vorrangegangen ist offensichtlich, dass der bewegbare Leiter 82 weg
aus dem anfänglichen
Zustand (4) zu einem betätigten Zustand (5)
hin bewegt wird, und zwar unter dem kombinierten Einfluss der Bewegung
des Stößels 110 durch
die Spule 72 und die Abstoßung zwischen dem Magnetfeld,
welches von dem elektrischen Strom in dem bewegbaren Leiter herrührt, und
den Magnetfeldern, die von den stationären Leitern 60 und 62 herrühren. Bei
einem niedrigen übermäßig großem Stromfluss
können
der Stößel 110 und
die Spule 72 zuerst dahingehend arbeiten, dass sie den
bewegbaren Leiter bewegen, und bei einer hohen Abstoßung durch übermäßig großen Stromfluss
zwischen dem Magnetfeld, welches von den elektrischen Strömen in den
bewegbaren und stationären
Leitern herrührt, können sie
dahingehend wirken, dass der bewegbare Leiter bewegt wird.
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Wenn
der bewegbare Leiter 82 beginnt, sich weg von den Schenkeln 126 und 128 der
stationären Leiter 60 und 62 zu
bewegen, tritt eine Lichtbogenbildung auf. Obwohl es anfänglich eine
gewisse Lichtbogenbildung direkt zwischen den stationären Hauptschaltungskontakten 52 und 54 und
den bewegbaren Hauptschaltungskontakten 88 und 90 gibt,
wird der Hauptteil der Lichtbogenbildung durch die Teilerplatten 100 auftreten.
Somit wird ein elektrischer Lichtbogen von dem Schenkel 126 des
stationären
Leiters 60 zu der linken Reihe 102 der Teilerplatten 100 zum linken
Endteil (wie in 5 zu sehen) des bewegbaren Leiters 82 geleitet,
da der bewegbare Leiter 82 sich weg von den Schenkeln 126 und 128 der
stationären
Leiter 60 und 62 bewegt. Zum gleichen Zeitpunkt
wird eine Lichtbogenbildung zwischen dem rechten Endteil (wie in 5 zu
sehen) des bewegbaren Leiters 82 und der rechten Reihe 104 von
Teilerplatten aufgebaut.
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Der
kombinierte Einfluss der Spule 72 auf den Stößel 110 und
die Gegenwirkung zwischen den Magnetfeldern in den Schenkeln 126 und 128 der stationären Leiter 60 und 62 und
in dem bewegbaren Leiter 82 hat zur Folge, dass der bewegbare
Bypass-Schaltungskontakt 92 mit dem stationären Bypass-Schaltungskontakt 56 in
Eingriff kommt (5). Sobald dies aufgetreten
ist, wird ein Stromfluss in der Bypass-Schaltung 46 eingerichtet,
und zwar in der Weise, die schematisch vom Pfeil 156 in
den 1 und 5 gezeigt wird.
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Auf
den Eingriff des bewegbaren Bypass-Schaltungskontaktes 92 mit
dem stationären Bypass-Schaltungskontakt 56 gibt
es nicht länger eine
signifikante elektrische Potenzialdifferenz zwischen dem Schenkel 126 des
stationären
Leiters 60 und dem bewegbaren Leiter 62. Dies
hat zur Folge, dass der Lichtbogen durch die linke Reihe 102 der Teilerplatten
schnell mit einer schnellen Unterbrechung des Flusses des Stroms
durch die Hauptschaltung 14 und den Motorstarter 20 ausgelöscht wird. Wenn
dies auftritt, wird der Stromfluss um den Motorstarter 20 in
der Bypass-Schaltung 46 eingerichtet.
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Der
Stromfluss in der Bypass-Schaltung 46 wird von der Bypass-Schaltungsleitung 80 (2 und 3)
durch den stationären
Bypass-Kontakt 56 zum
bewegbaren Bypass-Kontakt 92 geleitet (5).
Der Bypass-Strom fließt
dann von dem bewegbaren Leiter 82 durch die Lichtbogenbildung
zwischen dem bewegbaren Leiter und der rechten Reihe 104 von
Teilerplatten. Der Bypass-Strom fließt durch die Lichtbogenbildung
zwischen den Teilerplatten in der rechten Reihe 104 der
Teilerplatten zu dem Schenkel 128 des stationären Leiters 62.
Dieser Bypass-Strom wird durch die Spule 72 und den Motor 12 geleitet.
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Da
die Lichtbogenbildung auf der linken Reihe 102 der Teilerplatten
schnell ausgelöscht
wird, wird der Stromfluss in der Hauptschaltung 14 schnell unterbrochen.
Daher wird der Motorstarter 20 nur sofort dem übermäßig großen Stromfluss
ausgesetzt, der zum Motor 12 geleitet wird. Die verlängerte Lichtbogenbildung,
die an der rechten Reihe von Teilerplatten 104 auftritt,
ist ein Teil des Bypass-Schaltungsstroms, der um den Motorstarter 20 herumgeleitet
wird.
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Wenn
der bewegbare Leiter 82 sich weiter unter dem Einfluss
der Kraft bewegt, die durch den Stößel 110 übertragen
wird, und durch die Gegenwirkung zu den Magnetfeldern, die von den
Schenkeln 126 und 128 der stationären Leiter 60 und 62 herrühren, und
dem Magnetfeld, welches von dem bewegbaren Leiter 82 herrührt, wird
der bewegbare Leiter zu dem in 6 gezeigten
vollständig
offenen Zustand bewegt. Wenn dies auftritt, schwenkt der bewegbare
Leiter 82 um eine Stelle, wo der bewegbare Bypass-Schaltungskontakt 92 mit
dem stationären Bypass-Schaltungskontakt 56 in
Eingriff kommt. Dies hat eine Schwenkbewegung gegen den Uhrzeigersinn
(wie in den 5 und 6 zu sehen)
des bewegbaren Leiters 82 zur Folge.
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Wenn
der bewegbare Leiter schwenkt, bewegt der rechte Endteil des bewegbaren
Leiters 82 sich weg von der rechten Reihe 104 von
Teilerplatten 100. Dies hat zur Folge, das der Lichtbogen
zwischen dem rechten Endteil des bewegbaren Leiters 82 und der
rechten Reihe 104 von Teilerplatten 100 ausgelöscht wird,
und zwar in der Weise, die schematisch in 6 veranschaulicht
ist. Eine Schwenkbewegung des bewegbaren Leiters in den vollständig offenen
Zustand der 3 und 6 wird unterbrochen durch
einen Eingriff des bewegbaren Leiters mit dem Anschlag 140 (2 und 3).
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Zu
dem Zeitpunkt, zu dem der bewegbare Leiter 82 sich in den
in 6 gezeigten vollständig offenen Zustand bewegt
hat, wird der übermäßige Stromfluss
durch die Bypass-Schaltung 46 bewirkt haben, dass die Motorschaltungsschutzeinrichtung 18 sich
geöffnet
hat. Auf das Öffnen
der Motorschaltungsschutzeinrichtung 18 hin wird die Bypass-Schaltung 46 geöffnet. Die
Motorschaltungsschutzeinrichtung 18 wird magnetisch ausgelöst und in
der offenen Position verriegelt. Dies hat zur Folge, dass sowohl
die Hauptschaltung 14 auch die Bypass-Schaltung 46 offen
sind.
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Wenn
die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 in den vollständig geöffneten
Zustand der 6 umgeschaltet wird, und die
Motorschaltungsschutzeinrichtung 18 sich öffnet, wird
der Fluss des Stroms durch die Spule 72 und durch den bewegbaren
Leiter 82 unterbrochen. Wenn dies auftritt, bewegt die
Vorspannfeder 120 (2 und 3)
den Stößel 110 zurück zu der
Anfangsposition der 2. Zum gleichen Zeitpunkt bewegt
die Schraubenspulenfeder 84 den bewegbaren Leiter 82 zurück zu dem anfänglichen
Zustand der 2.
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Es
sei bemerkt, dass der bewegbare Leiter 82 nicht den vollständig offenen
Zustand der 6 erreichen kann, bevor die
Motorschaltungsschutzeinrichtung 18 öffnet. Somit kann der bewegbare
Leiter 82 sich nur um einen Teil weg von dem betätigten Zustand
geschwenkt haben, wie in 5 gezeigt und zwar zu dem vollständig offenen
Zustand der 6 hin, wenn die Motorschaltungsschutzeinrichtung 18 öffnet.
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Auf
eine Bewegung des bewegbaren Leiters 82 zurück zu dem
anfänglichen
Zustand, wie in 2 gezeigt, wird die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 wiederum
geschlossen, um einen Hauptschaltungsstromflusspfad durch die Strombegrenzungsschaltanordnung
einzurichten. Zu dem Zeitpunkt, zu dem dies auftritt, ist jedoch
die Motorschaltungsschutzeinrichtung 18 in der offenen
Position verriegelt, so dass die Hauptschaltung 14 unterbrochen wird.
Daher kann ein übermäßig großer Stromfluss nicht
wieder zum Elektromotor 12 geleitet werden. Auch wenn der
Elektromotor 12 irreparabel durch den übermäßig großen Fluss von elektrischem
Strom durch den Motor beschädigt
worden sein kann, wird der Motorstarter 20 in einem unbeschädigten Zustand
bleiben, und zwar aufgrund der schnellen Unterbrechung der Hauptschaltung 14 durch
die Strombegrenzungsschaltanordnung 30.
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Schluss
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Im
Hinblick auf die vorangegangene Beschreibung ist es offensichtlich,
dass die vorliegende Erfindung eine neue und verbesserte Vorrichtung 10 und
ein Verfahren zur Anwendung bei der Steuerung eines Elektromotors 12 vorsieht.
Die Vorrichtung 10 weist eine Hauptschaltung 14 auf,
die den elektrischen Strom zum Elektromotor 12 während des
normalen Betriebs des Elektromotors leitet. Die Hauptschaltung 14 weist
einen Motorstarter 20 und eine Strombegrenzungsschaltanordnung 30 auf.
Eine Bypass-Schaltung 46 ist vorgesehen, um elektrischen Strom
um den Motorstarter 20 auf die Einleitung eines Flusses
von übermäßig großem elektrischen Strom
in den Motor 12 zu leiten.
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Wenn
die Strombegrenzungsschaltanordnung in einem anfänglichen Zustand ist, ist die
Bypass-Schaltung 46 offen, und elektrischer Strom wird durch
den Motorstarter und die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 zum
Elektromotor 12 geleitet. Wenn die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 in einem
betätigten
Zustand ist, ist die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 dahingehend
wirksam, dass sie die Hauptschaltung 14 öffnet, um
den Fluss des elektrischen Stroms durch den Motorstarter 20 zu
unterbrechen. Zu diesem Zeitpunkt schließt die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 die
Bypass- Schaltung 46,
um den übermäßig großen Fluss des
elektrischen Stroms um den Motorstarter 20 herum zu leiten.
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Die
Strombegrenzungsschaltanordnung 30 weist einen bewegbaren
Leiter 82 auf, auf dem Kontakte 88, 90 und 92 angeordnet
sind. Der bewegbare Leiter 82 wird relativ zu den stationären Kontakten 52, 54 und 56 durch
den Effekt der Magnetfeldabstoßung
oder durch eine Bewegung eines Ankers 112 durch eine Spule 72 oder
durch beide dieser Effekte bewegt. Dies minimiert die Ansprechzeit,
die erforderlich ist, damit die Strombegrenzungsschaltanordnung 30 von
dem anfänglichen
Zustand zu einem betätigten
Zustand betätigt
wird, um den Motorstarter 20 in Fall der Einleitung eines übermäßig großem Stromflusses
in den Motor 12 zu schützen.