DE882446C - Schaltung zur UEberwachung der Stromaufnahme von Wechselstromverbrauchern - Google Patents

Description

• Schaltung zur Uberwachung der Stromaufnahme von Wechselstromverbrauchern Die Erfindung betrifft allgemein eine Schaltung zur Überwachung der Stromaufnahme von Wechselstrom- (Drehstrom-) Verbrauchern. Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, sei ein besonders wichtiger Anwendungsfall erläutert, nämlich die Verhütung von Überlastungen des Werkzeuges von spanabhebenden Bearbeitungsmaschinen mit Drehstromantrieb.
• Es sei angenommen, @daß, ein Werkstück durch einen Fingerfräser bearbeitet werden soll. Der Fingerfräser ist ein sehr empfindliches Werkzeug; denn er ist im Verhältnis zu seiner Länge sehr dünn und bricht, wenn das ihm aufgezwungene Drehmoment zu stark ansteigt. Die Schwierigkeiten sind in dieser Beziehung besonders groß bei fühlergesteuerten Nachformfräsmaschinen, da sich hier die arbeitende Fläche des Fräsers je nach der Tiefe des zu bearbeitenden Oberflächenstücks sehr schnell ändern, kann. Wenn nämlich der Fräser zunächst eine Vertiefung fräst und dann an eine Erhebung kommt, so wird, nachdem zunächst nur die Stirnfläche des Fräsers gearbeitet hatte, plötzlich auch der Schaft zum arbeitenden Teil. Das Drehmoment steigt plötzlich auf einen wesentlich erhöhten Betrag an, dem der Fräser nicht mehr gewachsen ist. Die Schwierigkeiten dieses Betriebsverhaltens haben sich bisher nur bei Gleichstromantrieben beseitigen lassen.. Für Wechselstrom- und Drehstromantriebe fehlt eine befriedigende Lösung. Zwar könnte man zur Überwachung Leistungsrelais verwenden, die aber nicht nur kostspielig, sondern vor allem erfahrungsgemäß zu träge sind. Sie bieten also keinen hinreichenden Schutz gegen Beschädigungen des Werkzeuges; denn die Abschaltung muß beim Auftreten einer Überbelastung schnellstens durchgeführt werden.
• Die Erfindung zeigt einen Weg, der die Schwierigkeiten bei geringstem Bauaufwand beseitigt: Die neue Schaltung arbeitet fast verzÖgerungsfrei und benötigt nur ganz einfache, bewährte. Schaltmittel. Die grundsätzliche Lösung gemäß der Erfindung besteht darin, daß in einem Meß.gerät die vekto-rielle Lage bzw. Größe der Spannung an zwei Wicklungen verglichen wird und Änderungen der Vektorlage bzw. Größe zur Betätigung des Meßgerätes ausgenutzt werden.
• Wenn hier von einem Meßgerät_gesprochen wird, so soll dieser Ausdruck im weitesten Sinn verstanden werden. Es kann sich also sowohl um ein Relais handeln, d. h. um ein Gerät, bei dem lediglich die Endstellungen interessieren, es kann aber beim Vorliegen anderer Voraussetzungen auch ein Gerät sein, das zwischen den Endstellungen beliebige Mittelstellungen einnehmen kann, also ein Meßgerät im eigentlichen Sinn des Wortes. An die Stelle des umklappenden Relaisankers tritt dann ein Anker, der je nach dem Verhältnis der auf ihn wirkenden Kraft zu einer gegebenen Gegenkraft eine die Stromaufnahme kennzeichnende Stellung einnimmt.
• Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung erläutert. Es sei mit der Schaltung nach Fig. i begonnen. Hierin. ist 2 ein Drehstromverbraucher, etwa der Antriebsmotor einer Fräsmaschine, der an den drei Phasen R, S, T liegt. In die Phase R ist der Widerstand 3 eingeschaltet, der zur Kupplung zweier Spannungskreise dient. Der eine Spannungskreis ist über den Spannungsteiler 6, 7 angeschaltet und enthält die Wicklung 1b und den Gleichrichter 8, der andere, über den Spannungsleiter q., 5 angeschaltete Spannungskreis die Wicklung i" und den, Gleichrichter 9. Bezogen auf den Widerstand 3 ist der Spannungssinn in den beiden Spannungskreisen entgegengesetzt.
• In Fig. 2 ist das Diagramm für reine Blindstrombelastun:g dargestellt. Die Spannung an den Spannungsteilerwiderständen 5 und 7 ist, da es sich um einen rein Ohmschen Kreis handelt, in Phase mit den Spannungen R-S bzw. R-T: Die Spannungen am Widerstand 3 stehen, da es sich um reinen Blindstrom handeln soll,- senkrecht auf den Vektor R, und zwar, da, wie gesagt, die beiden Spannungskreise entgegengesetzten Spannungsverlauf haben, um 18o° verdreht ,gegeneinander (Vektoren U8). Dann. ergeben sich für die Spannungen an Wicklung ib und Gleichrichter 8 einerseits, Wicklung 1d und Gleichrichter 9 andererseits die in, Fig. 2 eingezeichneten resultierenden Spannungen Ulb f8 und UlQ+s. Die Beträge dieser beiden Spannungen sind in diesem Fall, also bei reinem Blindstrom, gleich groß.
• Tritt jetzt in der Phase R ein Wirkstrom auf, so liegt der dem Wirkstrom entsprechende Spannungsvektor in Richtung der Phase R, und zwar entstehen, da sich an der Richtung der Spannungskreise nichts geändert hat, wieder zwei Vektoren U3 mit entgegengesetztem Richtungssinn. Zeichnet man jetzt die resultierenden Spannungen Uib+8 und UlQ+9 ein, so sieht man, daß diese nach Größe und Lage durchaus verschieden sind (Fig.3). Von dieser Tatsache wird Gebrauch gemacht, und zwar, beispielsweise entsprechend den Fig. 4. und 5. Im Fall der Fig. q. ist als Überwachungsgerät ein polarisiertes Relais angenommen, im Fäll der Fig.5 ein Relais mit zwei gegeneinanderwirkenden Wicklungen. Wenn also, wie es Fig. 3 zeigt, ein Unterschied der beiden Spannungsvektoren nach Größe oder Lage oder beiden auftritt, so überwiegt die eine der beiden Wicklungen und legt das Relais um. Hierdurch wird auf nicht gezeichnete Weise der Antriebsmotor abgeschaltet oder sonst eine Maßnahme durchgeführt, die eine Überlastung des Werkzeugs verhindert.
• Man wird nun nur in seltenen Fällen die Forderung zu erfüllen haben, daß eine Abschaltung bereits bei Auftreten eines Wirkstromes vorgenommen wird. Vielmehr wird ein Wirkstrom bestimmter Größe zulässig sein, so da8 gierst dessen Überschreitung eine Schaltmaßnahme erforderlich macht. Dem läßt sich dadurch Rechnung tragen, daß man einen der Spannungsteilerwiderstände (im Fall der Fig. i den Widerstand 7) einstellbar macht. Dann kompensiert man von vornherein einen gewissen Wirkstrom und läßt die Schaltung erst wirksam werden, wenn der Wirkstrom diesen Wert überschreitet.
• Ein wenn auch verhältnismäßig seltener Fall wäre der, daß die Blindstromaufnahme überwacht werden muß. Ein Beispiel hierfür wäre etwa die Überwachung einer Kondensatorbatterie für Phasenschieberzwecke. Dann kann man sich einer Schaltung entsprechend Fig.6 bedienen; während das Vektordiagramm in Fig. 7 dargestellt ist. Im Unterschied zu der Schaltung nach Fig. i sind hier die beiden Relaiswicklungen 1a und 1b symmetrisch geschaltet, so daß die Spannung U3 für beide Wicklungen. den gleichen Vektor hat. Die Spannungen Ula und Ulb haben dann entsprechend Fig. 7 von vornherein verschiedene Lage und Größe, die sich .dann bei Änderung des Blindstromes auch entsprechend ändern.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltung zur Überwachung der Stromaufnahme von Wechselstrom- (Drehstrom-Verbrauchern, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Meßgerät- die vektorielle Lage bzw. Größte der Spannung an zwei Wicklungen verglichen wird und Änderungen der vektoriellen Lage bzw. Größe zur Betätigung des Meßgerätes ausgenutzt werden.
2. 2. Schaltung nach Anspruch i zur Überwachung der Wirkstromaufnahme des Wechselstromverbrauchers, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Wicklungen des Meßgeräts derart geschaltet sind, daß sich ihre Wirkungen bei reiner Blindstromaufnahme des Verbrauchers aufheben, während bei Entstehen eines Wirkstromes das. Gleichgewicht der Wicklungswirkungen aufgehoben wird und das Meßgerät ausschlägt.
3. 3. Schaltung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät ein Relais mit zwei in ihrer Wirkung gegeneinandergeschalteten Wicklungen ist.
4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät bis zu einem vorgegebenen Wirkstrom ausgeglichen ist und erst nach Überschreiten dieses Wirkstromes anspricht.
5. 5. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungen des Meßgeräts in zwei über einen Widerstand (3) verbundene Spannungskreise eingeschaltet sind, in denen durch Gleichrichter entgegengesetzt gerichtete Spannungsvektoren geschaffen sind.
6. 6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungskreise über Spannungsteiler angeschaltet sind.
7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Spannungsteilerwiderstände (7) einstellbar ist. B.
8. Schaltung nach Anspruch i zur Blindstromüberw achung, gekennzeichnet durch zwei symmetrische Spannungskreise für die beiden Wicklungen des überwachenden Meßgeräts (Fig. 6).
9. 9. Schaltung zum Schutze des Werkzeuges von spanabhebenden, durch Wechselstrom-(Drehstrom-) Motoren angetriebenen Bearbeitungsmaschinen gegen Überlastung, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Abschaltung des Antriebsmotors dienende Schalteinrichtung mit einem Relais mit zwei Wicklungen ausgerüstet ist, die über Spannungsteilerwiderstände in zwei über einen vom Arbeitsstrom durchflossenen Widerstand gekuppelte Spannungskreise eingeschaltet sind, in denen - sich bei Änderung des Wirkstromes der Spannungsvektor nach Größe und/oder Lage ändert, wodurch das Gleichgewicht zwischen den beiden Relaiswicklungen, das insbesondere einstellbar ist, gestört und eine Schaltbewegung hervorgerufen wird.