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-Vorrichtung zum Einstellen der Empfindlichkeit von Wechselstromspannungsrelais
-. für Regelzwecke . Für die Spannungsregelung sind u. a. Tauchkernrelais bekanntgeworden,
bei denen je nach der Größe der Spannung der Magnetkern mehr oder weniger weit entgegen
einer Federhaft oder einem Gewicht in eine Spule hineingezogen wird- und Kontakte
betätigt, die Vorrichtungen zur Regelung der Spannung steuern. Diese bekannten Spannungsrelais
leiden aber an folgenden Mängeln: Der Anker muß künstlich gedämpft werden, damit
durch die fortgesetzten Zitterbewegungen der Kontakte das Kontaktmaterial nicht
zerstört wird. Die Einstellung der Empfindlichkeit und der Spannungsgröße, auf die
das Relais einsteuern soll, macht große Schwierigkeiten. Auch ist eine Empfindlichkeitsregelung
nur in einem beschränkten Maße durchführbar. Die Stromaufnahme der Relais und damit
der sog. Eigenverbrauch -ist verhältnismäßig groß. Dies ist insbesondere dann lästig,
wenn. das Relais kleinere Transformatoren zur Spannungsregelung .steuern soll, weil
in diesem Fall der Eigenverbrauch des Relais nicht mehr gegen den tatsächlichen
Verbrauch des zu steuernden. Apparats vernachlässigt werden kann. Bei verschiedenen
Relais ergibt sich außerdem noch der Nachteil, daß bei der Einstellung der einzusteuernden
Spannung sich gleichzeitig auch die Empfindlichkeit des Relais ändert und damit
auch der sog. Toleranzbereich beeinflußt wird. Diesen Nachteil zeigen auch die bekannten
Wechselstromspannungsrelais, bei denen zur Einstellung der Empfindlichkeit ein regelbarer
Vorschaltwiderstand vorhanden ist. Bei den meisten der bekannten Relais sind die
Kontakte verstellbar angeordnet. Bei einer Änderung des Toleranzbereiches muß daher
die richtige Stellung dieser Kontakte besonders ausprobiert werden. Das ist umständlich
und zeitraubend. Auch wird durch die bewegliche Anordnung der Kontakte die Kelai.skonstruktion
unübersichtlicher und teuerer.
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Die Erfindung beseitigt nun diese Mängel und geht insbesondere darauf
,aus, die Empfindlichkeit des Relais in weiten Grenzen mit einfachsten Mitteln regelbar
zu machen, um so den Toleranzbereich beliebig einstellen zu können. Eine weitere
Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Relais so, zu bauen, daß Änderungen der
Empfindlichkeit die Spannungseinstellung und Änderungen der Spannungseinstellung
die Empfindlichkeit nicht beeinflussen. Ferner sollen besondere Dämpfungseinrichtungen
vermieden werden.
Auch soll nach Möglichkeit mit feststehenden Kontakten
gearbeitet werden.
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Erfindungsgemäß ist aul,)er dein regelbaren Vorwiderstand in Reihe
mit diesem ein Spannungsteiler oder die Wicklung eines Transformators mit regelbarem
Übersetzungsverhältnis torgesehen. Zur Einstellung der Relaisempfindlichkeit «-erden
sowohl der Vorschaltwiderstand als auch der Spannungsteiler bzw. der 1'@e@eltransformat@@r
gleichzeitig und im gleichen Sinne verstellt. Die Vorrichtung zum Ändern des Übersetzungsverhältnisses
wird vorteilhaft mit der zur Änderung des Vorschaltividerstandes mechanisch gekuppelt,
so daß die Einstellung auf beiden Vorrichtungen gleichzeitig erfolgt.
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Durch die Änderung des Vorschaltwiderstandes und die gleichzeitig
erfolgende Änderung =des Übersetzungsverhältnisses ergibt sich eine Änderung der
Empfindlichkeit des Relais, da sich bei dieselt Änderungen das Verhältnis des Spannungsabfalles
im Relais zum Spannungsabfall im Vorschaltwiderstand verschiebt und im allgemeinen
bei derartigen Relais der Strom sticht proportional mit der Spannung ansteigt. Die
günstigsten Verhältnisse ergeben sich erfindungsgemäß dann, wenn die Eisenteile
des Relais, die Streuung, der magnetische Widerstand, die auf den Anker einwirkenden
Gegenkräfte usw. derart aufeinander abgestimmt sind, daß sich der von der Vorrichtung
aufgenommene Strom möglichst wenig in Abhängigkeit von der Spannungsänderung bzw.
vom Winkelausschlag des Drehankers des Relais ändert, insbesondere bei den verschiedenen
Spannungsänderungen und Winkelausschlägen des Drehankers konstant bleibt. Dadurch
ergibt sich der Vorteil, daß bei allen Winkelausschlägen des Relais der Spannungsabfall
des Vorwiderstandes praktisch der gleiche ist und die gesamte Spannungsänderung
sich ausschliehlich im Relais selbst auswirkt.
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Ferner wird erfindungsgemäß dem Relaisstrom gegenüber dem. Spannungsabfall
im Relaissystem eine möglichst große induktive Phasenverschiebung gegeben, beispielsweise
durch einen möglichst vollkommenen Eisenrückschluß im Relaissystem. Man erhält dadurch
den Vorteil, daß an sich die Empfindlichkeit des Relais vergrößert wird, weil die
zu überwachende Spannung und der Spannungsabfall im Relaissystem einen verhältnismäßig
großen Winkel miteinander einschließen. :Außerdem muß sich dadurch auch wegen der
L nveränderliclilkeit des Spannungsabfalls im Vorwiderstand im Spannungsdreieck,
das durch die Vektoren der überwachten Spannung, des Spannungsabfalls im Vorviderstand
und im Relais gebildet wird, insbesondere- bei Verwendung eines rein Ohmscher Vorwiderstands,
die Änderung der überwachten Spannung in erhöhtem Grade auf den Spannungsabfall
im Relais auswirken.
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Dies soll an Hand der Fig. t der Zeichr nung näher erläutert werden.
Hier ist als Abszisse vom Nullpunkt O aus auf der Strecke 0-A die einzusteuernde
Spannung, auf der Strecke 0-B eine um 5 % kleinere, auf der Strecke 0-C eine um
5 Klo größere Spannung aufgetragen. Die Strecke A-D entspricht dem Spannungsabfall
im Vorwiderstand, die Strecke D-0 dem Spannungsabfall im Relais, der, wie oben angegeben,
vorwiegend induktiv ist. C-E bzw. B-F sind die Spannungsabfälle im Vorwiderstand
bei um 5% größerer bzw. kleinerer Spannung, E-0 bzw. F-0 die zugehörigen Relaisspannungsabfälle.
Da erlindungsgemäß der vom Relais aufgenominene Strom praktisch unveränderlich ist,
sind die durch die Strecken C-E, A-D, 8-F verkörperten Spannungsabfälle im Vorwiderstand
gleich groß und in Phase mit dem Relaisstrom. Die Punkte D, E liegen näher beisammen
als die Punkte F, D. Es ist also die Empfindlichkeit des Relais zwischen
den Punkten D, E kleiner als zwischen den Punkten F, D. Da die Dreiecke A-D-O,
B-F-O und C-E-O rechtwinklige sind, liegen ihre Eckpunkte jeweils auf den Halbkreisen
G, PI, J. Die Empfindlichkeit des Relais ist, bezogen auf die einzusteuernde
Spannung 0-A, um so größer, je näher die Arbeitspunkte F, L), E im
Verhältnis zu den Kreisen !, G, N
an den Punkt O heranrücken, je kleiner also
das Verhältnis der durch den Punkt O gehenden Kathete des Relaisspannungsabfalls
zu der durch den Punkt A gehenden Kathete des Vorwiderstandsspannungsabfalls ist.
Nun hat man es aber durch Veränderung des Vorwiderstands ohne weiteres in der Hand,
dieses Verhältnis zu beeinflussen. Man wird deshalb bei Verwendung eines größeren
Vorschaltwiderstands auch eine höhere Empfindlichkeit erzielen als bei Verwendung
eines kleineren Vorwiderstands.
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In Fig. z ist das Schaltbild eines derartigen Regelrelais dargestellt.
Hier ist t der Ständer des Relais mit der Erregerwicklung z, 3 der etwa Z-förmige
Anker, der ein zum Teil mit Quecksilber .f gefülltes Ringrohr 5 antreibt. 6, ; und
8 sind mit dem Quecksilher in Verbindung stehende Elektroden. Die Elektroden 7 und
8 sind in einem derartiger Bereich verbunden, daß auch bei den Zitterbewegungen
des Ankers 3 der Kontakt stets erhalten bleibt, wenn schon einmal das Quecksilber
mit einer der Elektroden in Berührung gekommen ist. Durch die Kontakte 6 bis 8 wird
irgendeine bekannte Regeleinrichtung, z. B. ein Regeltransformator. für die Einsteigerung
einer Spannung betätigt. Der Magnetzugkraft
des Ständers i auf
den Anker :3 wirkt die Feder 9 entgegen. Der Eisenkreis des Relais ist fast vollständig
geschlossen und dadurch das Relais selbst so ausgeführt, daß @es einen verhältnismäßig
hohen induktiven Widerstand hat und infolgedessen nur kleine Ströme durchläßt. Der
Eigenverbrauch des Relais ist infolgedessen nur gering.
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Die Erregerwicklung 2 des Relais ist -an die gegeneinander isolierten
Schiebekontakte io, i i angeschlossen, von denen der Kontakt io auf der Wicklung
des Transformators 12, der Kontakt i i auf dem praktisch induktionsfreien Vorwiderstand
13 gleitet. Die zu überwachende Wechselspannung ist bei 14 angeschlossen. Die einzelnen
Spannungsmeßbereiche können durch Verschieben des Kontakts 15 eingestellt werden.
Eine Feineinstellung der vom Relais einzusteuernden Spannung ist durch Regelung
des Spannungsteilers 16 möglich.
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Das Relais arbeitet in der oben angegebenen Weise. Wird also beispielsweise
durch Verschi:eb,en der Kontakte io, i i im Sinne des .eingezeichneten Pfeils der
Vorwiderstand 1.3 vergrößert, so wird das Relais empfindlicher. Es kann, somit also
jederzeit auf einfachste Weise der Toleranzbereich des Relais eingestellt werden,
ohne daß eine, Lagenveränderung der Relaiskontakte erforderlich ist. Das Relais
kann z. B. so eingestellt werden, daß es ,auf ± 5 % die Spannuri- genau steuert.
Beim Verschieben der Kontakte i o, i i in Richtung des eingezeichneten Pfeils kann
aber dieser Toleranzbereich auch wesentlich kleiner gemacht werden, z. B. so klein,
daß das Relais auf ± i % die Spannung genau einsteuert.
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Charakteristisch für das Relais ist insbesondere, daß die Einstellung
der Empfindlichkeit zugleich sowohl. durch Änderung des V orwiderstands 13 wie durch
Änderung des Üb.ersetzungsverhältniss;es im Transformator 12 bewirkt wird, während
die Spannungsmeßbereiche bzw. die Größen der einzusteuernden Spannung lediglich
durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses im Transformator 12 bzw. durch Verstellen
des Spannungsteilers 16 eingestellt werden. j Um den Eigenverbrauch des Relais möglichst
klein zu halten und einen möglichst hohen induktiven Spannungsabfall im Relais zu
erzielen, sind die Eisenteile lamelliert und gegebenenfalls aus Material mit möglichst
geringen Verhisten hergestellt. Der Arbeitswinkel, um den sich das Quecksilberrohr
bei Ansprechen des Relais drehen kann, ist so groß gewählt, daß durch evtl. Hängenbleiben
des Quecksilbers an den mit in Berührung kommenden Elektroden die Meßgenauigkeit
des Relais praktisch nicht b.eeinflußt wird oder, mit anderen Worten ausgedrückt,
daß die Zitteramplitude des Relais gegenüber der Amplitude des Arbeitswinkels nicht
ins Gewicht fällt. ' Die Empfindlichkeit der Vorrichtung kann auch noch dadurch
erhöht werden, daß man in an sich bekannter Weise für den Vorwiderstand ein Material
mit verhältnismäßig großem negativem Temperaturkoeffizienten verwendet, also ein
Material, dessen Leitfähigkeit bei Temperaturzunahme ansteigt. Weiterhin kann man
das Relais so ausführen, daß der von ihm aufgenommene Strom sich mit dem Winkelausschlag
'des Drehankers bzw. mit der Spannung nahezu proportional ändert. Bei höheren Spannungen
nimmt dann das Relais etwas mehr Strom auf als bei niedrigeren Spannungen, der Vorwiderstand
wird dadurch stärker erwärmt, und wegen seines negativen Temperaturkoeffizienten
entfällt ein größerer Anteil des Spannungsabfalls auf das Relais. Die dadurch bedingte
Abhängigkeit von der Außentemperatur kann durch bekannte Mittel -innerhalb des Relais
kompensiert werden.