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Schalteinrichtung für elektrische Geräte zur Verhütung von Schäden
bei Unterspannung Bei vielen elektrischen Geräten, z. B. den Einphasenmotoren, besteht
die Gefahr, daß sie beschädigt werden, wenn die Betriebsspannung wesentlich unter
den Nennwert sinkt, weil diese Motoren bei Belastung mit der niederen Spannung zum
Stillstand kommen bzw. wenn sie eingeschaltet werden, nicht hochlaufen und dann
verbrennen, sofern man den Strom nicht gleich wieder abschaltet. Es ist üblich,
solche Geräte durch ein Relais zu schützen, das bei Unterschreitung einer unteren
vorbestimmten Spannungsgrenze das Gerät abschaltet bzw. das Einschalten verhindert.
Diese Lösung ist unbefriedigend, weil bei vielen Anlagen, z. B. bei Kühlschränken,
eine Unterbrechung des Betriebs Nachteile bringt. Zwar könnte man sich mit einem
Spartransformator helfen, der einen Mangelbetrag an Spannung ausgleicht. Diese Lösung
hat jedoch den Nachteil, daß die Spannung am Gerät bei der Nennspannung des Netzes
dauernd zu hoch ist, so daß das Gerät dann überlastet ist oder, wenn es durch einen
Thermostatschalter gegen Überlastung geschützt ist, schon bei verhältnismäßig kleiner
Überspannung im Netz abgeschaltet wird.
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Die erwähnten Nachteile lassen sich gemäß der Erfindung dadurch umgehen,
daß die Sekundärwicklung eines Spartransformators durch mindestens ein Spannungsrelais
je nach Höhe der Netzspannung in den Hauptstromkreis des Geräts ein-oder ausgeschaltet
wird. Die Spannungsspule des Relais kann dabei an das Netz angleschlossen werden,
jedoch ist es vorteilhafter, das Relais zwischen die Klemmen des Geräts zu legen,
so daß das Relais in Abhängigkeit von der gesteuerten Spannung betätigt wird. Falls
es erforderlich ist,
kann die Zusatzspannung des Spartransformators
in mehreren Stufen durch eine entsprechende Zahl von Relais geschaltet werden.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. i das Schaltbild für den Antriebsmotor einer
Kühlmaschine mit einem Spartransformator und einem Spannungsrelais, Fig. 2 das Schaltbild
eines zweiten Ausführungsbeispiels, Fig., 3 ein Schaubild des Spannungsverlaufes
bei der Schaltanlage nach Fig. 2, Fig. d ein drittes Ausführungsbeispiel mit zwei
Relais zur stufenweisen Schaltung des Spartransformators.
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In dem Schaltbild nach Fig. i stellt io einen Einphasenmotor für den
Antrieb einer Kühlmaschine dar. i i und 12 sind die Anschlußleitungen des Motors
an ein Netz. Mit 13 ist ein Spartransformator bezeichnet mit einer Primärwicklung
1,4 und einer mit dieser in üblicher Weise in Reihe geschalteten Sekundärwicklung
15. Die Primärwicklung liegt zwischen den Anschlußleitungen 11, 12, während die
Sekundärwicklung zwischen der Leitung 12 und einem Kontakt 16 eines Schalters 17
liegt, der von einem Spannungsrelais 18 betätigt wird. Der Schalter hat außer dem
Kontakt 16 einen zweiten Kontakt i9, der an der Anschlußleitung 12 angeschlossen
ist. Zwischen den Kontakten befindet sich ein von dem Relais bewegter Schaltarm
2o, der mit einer Klemme des Motors verbunden ist. An dem Schaltarm greift eine
Feder 21 an, die den Arm gegen den Kontakt 16 zu ziehen sucht.
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Die Spannungsspule 22 des Relais liegt zwischen der Anschlußleitung
i i und dem Kontakt i9. In der Zuleitung i i zu dem Motor ist ein Thermostatschalter
23 eingebaut, der den Motor bei Überlastung abschaltet. Der Spartransformator ist
so gewickelt, daß er eine Zusatzspannung von etwa 20% der Netzspannung liefert,
während das Spannungsrelais so bemessen ist, daß es einerseits den Schaltarm betätigt,
wenn die Netzspannung einen Wert erreicht, der etwa 5% unter demjenigen der Netzspannung
liegt, andererseits den Schaltarm losläßt, wenn die Netzspannung um etwa 20% unter
die Nennspannung sinkt. Zweckmäßig ist der Schalter als Schnappschalter ausgebildet,
um ein plötzliches Umschalten zu erreichen.
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Die Schalteinrichtung der Anlage wirkt in folgender Weise: Die Netzspannung
habe einen Nennwert von 220 Volt. Vor dem Anschließen der Anlage an das Netz ist
der Thermostatschalter 23 geschlossen und der Schaltarm 2o des Relaisschalters 17
liegt auf dem Kdntakt 16 auf. Wenn beim Einschalten die Netzspannung mindestens
2ip Volt beträgt, wird der Schaltarm durch das Relais auf den Kontakt i9 umgelegt,
so daß der Motor io diese Spannung erhält, welche ausreicht, um ein sicheres Anlaufen
des Motors zct erreichen. Wenn nun während des Betriebs die Netzspannung unter diesen
Wert, z. B. auf 195 Volt, sinkt, läßt das Relais den Schaltarm los. Dieser wird
von der Feder 21 plötzlich auf den Kontakt 16 umgelegt. Der Motor wird nun mit einer
Spannung von etwa 235 `'olt (193 Volt plus 20°/o Zusatzspannung) betrieben. Diese
Spannung kann er im Dauerbetrieb aushalten ohne Schaden zu erleiden.
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Die Schaltung nach der hig. t beseitigt zwar den Mangel, daß bei stark
gesunkener Spannung das Gerät abgeschaltet wird bzzw. nicht anläuft. Sie erfordert
jedoch ein Relais für eine verhältnismäßig kleine Schaltweite. Man verstellt darunter
den Spannungsbereich zwischen Einschah- und Loslaßspannung des Relais. Dieser Bereich
beträgt in (lern beschriebenen Beispiel etwa 1,5 Volt. Es bereitet Schwierigkeiten,
diesen Bereich bei einem \'N'echselstromrelais einzuhalten. Um diese zu umgehen,
wird die Spannungsspule des Relais, wie 111 Fig. 2 dargestellt ist, zwischen die
Zuleitung i i und den Schaltarm 20 gelegt, d. h. das Relais liegt an der gesteuerten,
am Motor herrschenden Spannung. Diese Schaltung gestattet, dein Relais eine Schaltweite
von etwa 5o Volt bei einer N etznennspannung von 220 Volt zu geben, was die Herstellung
des Relais wesentlich erleichtert. Wie weiter unten ausgeführt wird, ist es sogar
erforderlich, daß die Schaltweite größer als die Zusatzspannung des Transformators
ist. Das Relais ist dementsprechend so eingestellt, daß es bei 24,5 Volt den Schaltarm
von der Ruhelage (Kontakt 16) in die Arbeitslage (Kontakt i9) bewegt und bei 19,5
Volt ihn wieder losläßt. Es sei noch bemerkt, daß bei der Schaltung nach Fig. 2
ein Schalter erforderlich ist, der unter dem Einfluß einer Feder ruckartig umschaltet,
weil, wie aus dem Schaltbild zu ersehen ist, die Relaisspule 22 während des Schaltvorganges
kurzzeitig stromlos wird. Für diesen Zweck eignen sich die bekannten Schnappschalter
oder Kippschalter oder Quecksilberschalter, bei denen der eigentliche Schaltvorgang
von der Relaisspule lediglich angeregt, die ruckartige Bewegung des Schaltgliedes
selbst jedoch durch eine Feder bewirkt wird.
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In dem Schaubild nach Fig. 3 ist die bei der Schaltung am Motor herrschende,
geregelte Spannung in Abhängigkeit von der Netzspannung dargestellt. Die Wirkungsweise
dieser Anlage ist ini folgenden an Hand dieses Schaubildes beschrieben. Bei einer
Netzspannung von 16o Volt, die im Schaubild als Ausgangspunkt genommen ist, liegt
der Schaltarm 2o auf dein Kontakt 16. An dem Motor io und an der Relaisspule 22
liegt daher eine Spannung von 16o + 32 = 192 Volt, da die Zusatzspannung des Spartransformators
etwa 2o% be-. trägt. Steigt die Netzspannung an und erreicht einen Wert von 21o
Volt, so beträgt die Spannung ani Motor und an der Relaisspule entsprechend 252
Volt. Bei dieser Spannung zieht <las Relais den Schaltarm an und legt ihn auf
den Kontakt i9 um, d. h. Motor und Relaisspule werden unigeschaltet und liegen jetzt
unmittelbar am Netz niit einer Spannung von 21o Volt. Wenn die Netzspannung noch
weiter steigt, so bleibt der Schalter in der eingenommenen Stellung stehen. Überschreitet
die Netzspannung einen vorbestimmten \\'ert, z. 11. 245 Volt, so schaltet der Thermostat
23 den -\1otor ab, uni ilin vor Überlastung zu scliiitzen. Beim lZückgang der
Netzspannung
läßt (las Relais den Schaltarm erst los, wenn die Netzspannung wieder auf etwa 19,5
Volt gesunken ist, u11(1 schaltet den Motor u11(1 die 1Zelaisspule wieder auf die
Sekundärwicklung uni, an der jetzt eine Spannung von 195 + 39 = 234 `Tobt
herrscht. Wie schon erwähnt besteht der Vorteil dieser Schaltung darin, daß das
Relais mit einer Schaltweite ausgeführt werden kann, die im Augenblick des Einzugs
des Relais größer ist als die Zusatzspannung des Transformators, ja sogar größer
sein muß als diese Zusatzspatinung, weil sonst das Relais beim Zurückgehen der Spannung
hei einem Wert umschalten müßte, der gleich der Einzugsspannung ist oder höher liegt
u11(1 deshalb überhaupt nicht umschalten würde. Um ein sicheres Umschalten zu gewährleisten
muß die Loslaßspannung also noch beträchtlich niederer sein als der Wert, der sich
aus der Einzugsspannung von 232 Volt abzüglich der Zusatzspannung von 42 Volt zu
2 to Volt ergibt. @,\'ie (las Schaubild zeigt beträgt die Loslaßspannung 195 Volt,
so daß also die Schaltweite des Relais bei dem Beispiel 57 Volt ist.
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Ein drittes Ausführungsbeispiel ist in Fig. .4 dargestellt, in der
für die mit den leiden ersten Ausführungsbeispielen übereinstimmenden Teile der
Schaltanlage dieselben Bezugszeichen wie in den Fig. i und 2 verwendet sind. Bei
dieser Schaltung wird die Sekundärwicklung 15 des Transformators in mehreren Stufen
zu- und abgeschaltet. Zu diesem Zweck sind zwei Relais 25 und 26 mit den Spulen
27 bzw. 28 sowie den Schaltarmen 29 bzw. 30 vorgesehen. Der .1r111 29 des
Relais 25 wird zwischen einem an der "Zuleitung 12 angeschlossenen Kontakt
31 und einen mit einer Anzapfstelle in der Mitte der Sekundärwicklung 15
verbundenen Kontakt 32 hin und her bewegt, während der Schaltarm 30 mit einem
Kontakt 33, der mit dem freien Ende der Sekundärwicklung verbunden ist, und einem
am Schaltarm 29 sitzenden Kontakt 34 zusammen arbeitet. Ein Ende der beiden Relaisspulen
ist gemeinsam an der Zuleitung i i angeschlossen. Das andere Ende der Spule 27 ist
an den Schaltarm 29, dasjenige der Spule 28 an den Schaltarm 30 geführt.
1)1e Relais sind derart eingestellt, daß bei steigender Spannung ausgehend von einer
beträchtlich unter dem Nennwert liegenden Spannung zuerst das Relais 26 anspricht,
(las den Teil der Sekundärvvicklung abschaltet. der zwischen der Anzapfstelle u11(1
dem freien Ende liegt, und dann das Relais 25, welches den Rest der Sekundärwicklung
vollends ausschaltet. Umgekehrt läßt sinngemäß 1>e1 sinkender Spannung zuerst (las
Relais 25 seinen Schaltarm 29 los und dann erst das Relais 26 seinen Schaltarm 30.
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Diese Schaltanlage arbeitet grundsätzlich wie die .\nlage nach Fig.2.
Vor dein Einschalten des Motors i o sind beide Relais in der Ruhelage, (l. h. ihre
Schaltarme berühren die Kontakte 32 bzw. 33. Wenn die Netzspannung im Augenblick
des Einschaltens wesentlich unter der Netzspannung liegt, bleiben die Relais in
der Ruhelage (gezeichnete Stellung). Am Motor liegt daher 'eine Spannung, die gleich
der Netzspannung plus der vollen vom Transformator gelieferten Zusatzspannung ist.
Steigt die Netzspannung auf einen gewissen Betrag, so schaltet zuerst das Relais
26 in die Arbeitsstellung auf den Kontakt 34 um und legt damit den Motor an eine
Spannung, die gleich der Netzspannung plus der Zusatzspannung an der Anzapfstelle
ist. Wenn die Netzspannung noch mehr steigt, so schaltet nun auch das Relais 25
auf den Kontakt 31 in die Arbeitsstellung um, so daß der Motor nun unmittelbar an
der Netzspannung liegt. Wenn beide Relais sich in der Arbeitsstellung befinden und
die Netzspannung zurückgeht, schaltet zuerst das Relais 25 in die Ruhelage um und
legt den Motor an die Spannung der Anzapfstelle. Sinkt die Netzspannung noch weiter,
so geht auch das Relais 26 in die Ruhelage, so daß am Motor wieder zur Netzspannung
noch die volle Zusatzspannung des Spartransformators hinzukommt.