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Überstromzeitrelais für Motorschutz od. dgl. Die Erfindung betrifft
ein Überstromzeitrelais für den Schutz von elektrischen Motoren, Generatoren od.
dgl. Bei solchen Relais muß in um so kürzerer Zeit irgendein Kontakt zur Betätigung
eines Signals, zur Abschaltung des Motors od. dgl. ansprechen, je höher die Überlastung
der Maschine ist. Dabei muß auch der Wärmezustand der Maschine berücksichtigt werden.
Solche Relais -bilden im, allgemeinen die Erwärmungs- und Abkühlungskurve der Maschine
nach und sind so eingerichtet, daß sie in einem bestimmten Punkt oder Bereich der
nachgebildeten Kurve, der der gerade noch oder nicht mehr ganz zulässigen Temperatur
entspricht, schalten. Bei einem bekannten Relais wirkt auf einen Anker, beispielsweise
eines Ferrarismotors, vorwärts drehend ein vom Maschinenstrom durchflossenes I2-Triebsystem
ein. Ihm entgegen wirkt eine Feder, die, um so stärker gespannt wird und deshalb
ein um so größeres Gegendrehmoment erzeugt, je weiter der Anker vorwärts läuft.
Die praktische Durchbildung solcher Relais macht namentlich bei größeren Maschinen,
bei denen die Temperatur nur allmählich ansteigt und absinkt, Schwierigkeiten; weil
die das Gegendrehmoment erzeugende Feder einen sehr großen Spannweg haben m.uß,
wenn sie unmittelbar auf den Anker einwirkt. - Wollte
man den Spa;nnzveg
durch Zwischenschaltung eines Übersetzungsgetriebes zwischen Anker und Feder herabsetzen,
dann würde durch die Reibung des federbelasteten Getriebes die Genauigkeit des Relais
leiden.
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Die Erfindung vermeidet solche Schwierigkeiten. Erfindungsgemäß wird
das auf den Anker, beispielsweise Scheibenanker, einwirkende Gegendrehmoment durch
ein Spannungstriebsystem erzeugt und durch ein vom umlaufenden Anker angetriebenes
Regelorgan bei Vorwärtsdrehung des Ankers erhöht. Eine besonders betriebssichere
Ausführungsform des Relais erhält man dadurch, daß man den Spannungstriebmagneten
zwecks Änderung des Gegendrehmoments gegen den Anker v erschi°ben oder verdrehen
läßt, wie dies beispielsweise das in der Zeichnung dargestellt.- Ausführungsbeispiel
(Fig. i) zeigt.
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Über den Schalter i ist die zu schützende Maschine 2 an das Drehstromnetz
RST angeschlossen. Die Phase T erregt zwei I2-Systeme 3 und 16, die in bekannter
Weise je mit einer einen Teil der Pole abschattenden Kurzschlußbrille i8 versehen
sind. Durch das Maul des Triebmagneten 3 läuft der Scheibenanker ig einer Ankerwelle
7. Im entgegengesetzten Sinn wirkt auf den Scheibenanker ig ein an der Spannung
S T liegender Spannungstriebinagnet .I mit Ku.rzschlußbrille 2o ein, der um . die
Achse schwenkbar gelagert ist, ferner ein Dauermagnet 15, dessen dämpfende Wirkung
durch einen verstellbaren magnetischen Nebenschlul3 1d. geregelt «-erden kann. Die
Stellung des NLbenschlußteils i.1. gibt der Zeiger 2i auf der Skala, 22 an. Durch
die Drehachse 5 ist der Triebmagnet d mit einem Zahnrad 6 verbunden, das über ein
in der Zeichnung fortgelassenes Vorgelege mit ziemlich großem übersetzungsverhältnis
durch die Ankerwelle ;7 angetrieben wird. Bei der Verschwenkung des Triebmagneten
.1. gegen den Anker ig ändert sich das Drehmoment von dem Wert Null bis zu einem
Maximahvert, wenn der Anber in der Pfeilrichtung durch den Triebmagneten 3 vorwärts
gedreht wird. Ist der Magnet .I allein eingeschaltet und befindet er sich nicht
in der Nullstellung seines Drehmoments, dann läuft der Anker ig so lange rückwärts,
bis er den Triebmagneten .I in die N ullstellung gedreht hat. Die Änderun des Drehmoments
in Abhängigkeit vorn Ankerweg kann in verschiedener Weise den jeweiligen Verhältnissen
angepaßt «-erden. Wenn man den Triebmagneten um die Polfläche dreht, dann ändert
sich die Richtung der Triebkraft zu dem nach der Polfläche gezogenen Ankerradius.
Steht sie senkrecht dazu, dann ergibt sich das maximale Drehmoment, verläuft sie
parallel dazu, das Drehinoment Null. Der radiale Abstand des Pols bleibt dabei unverändert.
Schwenkt man dagegen den Triebmagneten um eine nicht durch die Mitte der Polfläche
gehende Achse, dann ändert sich auch der radiale Abstand der Polfläch° und damit
nach bekannten Gesetzen die Größe des Drehmoments. Durch diese beiden Mittel ist
man in der Lage, die Änderung des Drehmoments in Abhängigkeit vorn Ankerweg weitgehend
den jeweiligen Verhältnissen anzupassen.
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Der Triebmagnet 16 wirkt auf eine zxeite Ankerscheibe a3 ein, auf
die a.uß.erdein noch der in der Phase S liegende Triebmagnet i7 wirkt. Die Triebmagneten
16 und 17 sind räumlich derart angeordnet und abgeglichen, da?) bei symmetrischer
Belastung der Phasen R, S, T ihr Drehmoment verschwindet. Das Verschwinden des Drehmoments
kommt dadurch zustande, daß die beiden Magneten um etwa 12o° gegeneinander versetzte
Hauptflüsse führen, die bei Fortlassen der Kurzschlußbrillen i8 ein der Pfeilrichtung
entgegengesetztes Drehmoment erzeugen würden. Wenn nun, die in der Pfeilrichtung
wirkenden Drehmomente, die außerdem jeder Triebmagnet wegen der Anwesenheit der
Brillen 18 erzeugt, gleich sind dem erstgenannten Drehinoinent, dann wird auf den
Anker 23 kein Moment ausgeübt. Ein Drehmoment in der Pfeilrichtung kommt aber sofort
zustande, wenn eine der Phasen ausfällt. Beim Ausfallen der Phase S z. B. verschwindet
das Drehmoment des Magneten 17
und das durch das Zusammenwirken der beiden
Magneten bedingte Drehmoment, so daß nur der Magnet 16 vorwärts drehend wirkt. Beim
Ausfallen der Phase R dagegen wird die Phasenverschiebung der Hauptflüsse der beiden
Magneten i8 o°. Es verschwindet dann das durch das Zusammenwirken der beiden Magneten
bedingte Drehinoinent nach bekannten Gesetzen, und es bleiben nur noch die Einzelmomente
der 1Tagneten übrig. Die Ankerwelle ; ist über ein weiteres Vorgelege B. von dem
nur zwei Räder angedeutet sind, mit einem mit Zeiger g versehenen Kontal-tarin i
i verbunden, der mit dem mit einer Skala 13 versehenen verstellbaren Gegenkontakt
12 zusammenarbeitet. Der Zeiger g läuft über der Temperaturskala io. 13 ist
ebenfalls eine Temperaturskala, mittels deren Einstellung die Raumtemperatur berücksichtigt
werden kann. An die Kontakte i i, 1z ist über eine Stromquelle eine Signalvorrichtung
24 angeschlossen.
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Das Relais arbeitet folgendermaßen: Angenommen, die Raumtemperatur
betrage o°, dann wird der Skalenteil o der Skala 13 auf den Temperaturpunkt
der Skala io eingestellt, bei dessen Maschinentemperatur das Relais
nach
einer vorgegebenenAblaufzeit ansprechen soll, also beispielsweise auf den Skalenteil
ioo°. Die Drehmomente der Magneten 3 und .4 sind so abgeglichen, daß beim Nennstrom,
der beispielsweise bei D-au.erbelastung die Temperatur ioo° für die Maschine 2 ergeben
würde, das Relais erst nach unendlich langer Zeit, also überhaupt nicht anspricht.
Der Schaltarm i i bewegt sich bei Nennstrom in Abhängigkeit von der Zeit t (Fig.
2) nach der Kurve a., deren Asymptote die durch den Punkt ioo gehende Parallele
AA zur Abszissenachse ist. Dieser zeitliche Verlauf der Armbewegung kommt
dadurch zustande, daß das Drehmoment des Gegenmagneten 4 am Anfang fehlt und infolgedessen
der Magnet 3 den Scheibenanker ig verhältnismäßig schnell antreibt. Je weiter aber
der Anker vorwärts läuft, um so mehr wird der Magnet q. in der Stellung seines höchsten
Gegendrehmoments gedreht, um so mehr geht - die Ankerdrehgeschw indigkeit zurück.
Der Magnet 13 sorgt dafür, daß die Ankerbewegung genügend abgedämpft wird und daß
nach bekannten Gesetzen die Ankergeschwindigkeit proportional dem Differenzmoment
der Magneten 3 und 4. Ist.
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Würde die Maschine - von Anfang an mit geringem Überstrom betrieben,
darin würde sich beispielsweise der Kurvenverlauf b ergeben. Bei dem Punkt P, also
nach etwa 28 Minuten, wäre die Temperatur von ioo° erreicht. Ist in Fig. 2 s der
Ankerweg, dessen oberes Ende aus Toleranzgründen etwas über den Punkt ioo verlegt
ist, dann würde im Punkt 0, also beispielsweise 2o Minuten nach Überschreiten der
Temperatur ioo°, das Relais ansprechen.
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Würde dagegen die Maschine mit einem größeren Überstrom arbeiten,
dann würde sich ein Verlauf nach der Kurve c ergeben. Die- Temperatur von ioo° würde
beim Punkt 111 bei etwa 9 Minuten erreicht, und von diesem Zeitpunkt ab würde bei
Punkt N das Relais in etwa 2 Minuten ansprechen.
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1 ach Überschreitung der eingestellten Temperatur von ioo°
spricht also das Relais um so schneller an, je größer der Überstrom ist. Ein ähnlicher
Verlauf ergibt sich, wenn die Belastung der Maschine wechselt. Das Relais ahmt den
Temperaturverlauf der Maschine dabei nach, so daß es jeweils anspricht, wenn die
Temperatur bis zur Geraden N-0 ansteigt. Sollte irgendeine Phase ausfallen, dann
drehen einer oder beide der Magnete 16, 17, wie oben erwähnt, den Anker rasch in
der Pfeilrichtung und beschleunigen dadurch das Ansprechen des Relais.
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Damit das Gegendrehmoment des Magneten 4 von Spannungsschwankungen
weitgehend unabhängig ist, kann man sein Eisen sättigen, indem man ihm einen entsprechend
kleinen Querschnitt gibt oder den Eisenpfad an einer oder mehreren Stellen einschnürt.
Doch kann man auch durch bekannte Widerstände, die sich selbsttätig auf . konstanten
Durchgangsstrom einregeln, das Gegendr:hmoment von Spannungsschwankungen unabhängig
machen.
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Eine Unabhängigkeit der Drehmomente von der Temperatur läßt sich durch
entsprechende Wahl der O_uerschnitte der Kurzschlußbrillen 18 erzielen, wie an Hand
der Fig. 3 erläutert wird, in der als Abszisse der Kupferquerschnitt, als Ordinate
die Triebkraft eines Magneten aufgetragen sind. Beim Querschnitt Null, also wenn
keine Brille vorhanden ist, ist die Triebkraft Null. Je mehr man den Querschnitt
verstärkt, d. h. je dicker man die Kurzschlußbrille macht, desto mehr steigt zunächst
die Triebkraft an. Bei weiterer Vergrößerung des Querschnittes wird aus dem abgeschatteten
Polteil mehr und mehr elektrodynamisch der Fluß abgeschirmt; und es nimmt infolgedessen
die Triebkraft bei weiterer Erhöhung des Querschnittes allmählich wieder ab. Verlegt
man nun den Querschnitt der Ku.rzschlußbrille in den Scheitel S der Kurve K, dann
ist bei uerschnittsänderungen in dem Bereich ä- die Triebkraft praktisch konstant.
Da sich durch Temperatureinflüsse hervorgerufene Widerstandsänderungen ebenso auswirken
wie Querschnittsänderungen der Kurzschlußbrille, ist die Triebkraft auch von Temperaturschwankungen
weitgehend unabhängig.
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Bei der Grobanpassung des Relais an die einzelnen Maschinen wird das
Übersetzungsverhältnis des Getriebes bei 6 geändert. Durch Verwendung von Reibrädern,
umschaltbaren Übersetzungsgetrieben usw. kann man sich dabei ein Auswechseln der
Zahnräder ersparen. Die Feinanpassung erfolgt durch Verstellung des Nebenschlußteils
1d.. Die Maschinentemperatur, nach deren Überschreitung das Relais in einem bestimmten
Zeitabstand ansprechen soll, und die Temperatur des Aufstellungsraumes der Maschine
können, wie oben erwähnt, eingestellt werden.
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Beträgt die Raumtemperatur beispielsweise 20° und ist ioo° die gegebene
Maschinentemperatur, dann wird der Gegenkontakt 12 in der Pfeilrichtung so lange
v erschwenkt, bis der Skalenteil 2o der Skala 13 mit dem Skalenteil ioo der Skala.
io zusammenfällt.
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Will man eine Verschwenkung des Gegenmagneten 4 vermeiden, dann kann
man in seinen Stromkreis ein Regelorgan einschalten, das von dem Scheibenanker i9
angetrieben wird. Man kann also beispielsweise der Magnetwicklung einen regelbaren
Vorwiderstand vorschalten, der bei der Vorwärtsdrehurig
des Ankers
fortschreitend verringert wird, oder man kann den einen Pol der Magnetwicklung entsprechend
an den Anzapfungen eines kleinen Wandlers entlang schalten lassen.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, daß das Relais unter Vermeidung
einer Gegenfeder sehr genau arbeitet und leicht den jeweiligen Betriebsverhältnissen
angepaßt werden kann. Es setzt sich ferner aus in der Zählertechnik gebräuchlichen
und bewährten Bauteilen zusammen und arbeitet deshalb mit hoher Betriebssicherheit.