-
Einrichtung zum Umschalten von Wicklungen und Wicklungsteilen von
Wechselstrommaschinen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umschaltung von
Wicklungen und Wicklungsteilen elektrischer Maschinen. Es ist bekannt, zu diesem
Zweck ferngesteuerte Starkstromschütze und ähnliche Schalteinrichtungen zu verwenden.
Damit können z. B. Polumschaltungen von Motoren oder Umschaltungen zwecks Umkehr
der Drehrichtung vorgenommen oder bei Mehrphasen-, insbesondere Drehstrommaschinen
und -transformatoren, wählweise Stern-, Dreieck-, Polygon- oder Zickzackschaltungen
hergestellt werden. Die bekannten Schalteinrichtungen .sind einem verhältnismäßig
starken Abbrand insbesondere bei der Kontaktöffnung ausgesetzt, weil sie mangels
Festlegung des Schaltzeitpunktes in der Regel verhältnismäßig hdheAugenblickswerte-des
Stromes zu unterbrechen haben. Dies führt bei großer Schalthäufigkeit, wie sie insbesondere
bei Antriebsvorrichtungen für Werkzeugmaschinen, Walzwerke und Hebezeuge sowie bei
Rollgangsmotoren vorliegt, dazu, daß die Kontakte der Schalteinrichtungen und diese
selbst schon nach verhältnismäßig kurzer Betriebszeit ausgewechselt werden müssen.
Es ist an sich bekannt, ,den Abbrand einer Wechselstromschalteinrichtung dadurch
zu verringern, idaß die Kontaktöffnung mit dem Stromverlauf derart synchronisiert
wird, daß sie in der Nähe des Stromnulldurchganges erfolgt. Dieser Vorschlag läßt
sich aber bei der Umschaltung von. Wicklungen und Wicklungsteilen von Mehrphasenmaschinen
nicht ohne weiteres verwirklichen,
weil die Ströme in den genannten
Wicklungen und Wicklungsteilen nicht gleichzeitig durch NTull gehen. Die vorliegende
Erfindung beruht auf dem Gedanken, die erwähnte Aufgabe dadurch zu lösen, .daß die
Schalteinrichtungen der verschiedenen Phasen. bei der Umschaltung einzeln in Abhängigkeit
von dem sie ,durchfließenden Strom selbsttätig gesteuert werden. Demgemäß besteht
die Erfindung darin, daß in den Zuleitungen der umschaltbaren Wicklungen synchron
mit dem Stromnulldurchgang betätigte Selbstschalter mit stromabhängiger elektromagnetischer
Steuerung angeordnet sind.
-
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie dazugehörige
Einzelheiten schematisch dargestellt.
-
Fig. i zeigt eine Anordnung zur D.rehrichtungsumkehreines Drehstrommotors
.durch Umschaltung von zweien seiner drei Phasenwicklungen. Die letzteren sind mit
11, 12 und 13 bezeichnet. In den Zuleitungen zu .den Wicklungen i i und 12 .ist
je ein Selbstschalter 14 mit Umschaltkontakten und zwei Auslösespulen i9 und 2o
angeordnet. In Reihe damit liegt ferner je ein Schaltwandler 15 mit einem beim Nennstromwert
hochgesättigten Magnetkern, der sich in der "Nähe des Stromnulldurchganges plötzlich
entsättigt und dabei einen Spannungsimpuls erzeugt, der von einer Sekundärwicklung
des Schaltwandlers einer Auslösespule des zugehörigen Selbstschalters zugeführt
wird und dessen: Synchronbetätigung in der Nähe des Stromnullwertes bewirkt. Durch
eine Vormagnetisierung der Schaltwandler kann erreicht werden, daß :der Steuerimpuls
so rechtzeitig vor dem Stromnulldurcbgang gegeben -wird, daß sich nach Ablauf der
durch die magnetische Trägheit bedingten, äußerst kurzen Eigenzeit der Steuereinrichtung
.die Umschaltung gerade -während des Stromnulldurchganges vollzieht. Die Steuerleitungen
der Selbstschalter sind über einen Schwenktaster 16 geführt, durch dessen Betätigung
mithin die Drehrichtung des Motors umbekehrt werden kann.
-
Zur Erzielung möglichst kurzer Eigenzeiten -werden die Selbstschalter
vorteilhaft mit Haltemagneten zur Kontaktbetätigung ausgerüstet, jeder Schalter
mit einem Haltemagneten für .die Kontaktschließung und einem Haltemagneten für die
Kontaktöffnung. Beiden kann ein bewegliches Ankersystem gemeinsam sein. Dieses kann
mit .dem beweglichen Kontaktteil vereinigt und schwingfähig gelagert oder .aufgehängt
werden, so daß es bei einer Auslösung von einem Haltemagneten zum anderen hinüberpendelt,
um von letzterem festgehalten zu -werden.
-
Fig.2 veranschaulicht schematisch die wichtigsten Teile einer vorteilhaften
Ausführungsform eines elektromagnetischen Selbstschalters, die infolge ihrer kurzen
Eigenzeit von beispielsweise o,i ms und ihrer Ansprechsicherheit für den erfindungsgemäßen
Zweck besonders gut geeignet ist. Der dargestellte ist ein Umschalter mit zwei Schaltstellen.
Jede Schaltstelle hat zwei ruhende Kontaktstücke 21 und 22 bz,w. 23 und 2q., die
von einer gemeinsam beweglichen Schaltbrücke 25 abwechselnd überbrückt werden. Die
letztere ist mit einem Magnetanker 26 vereinigt und z. B. mittels einer in der Zeichnung
nicht dargestellten Blattfeder schwingfähig gelagert. Die Eigenschwingungsfrequenz
dieses schwingungsfähigen Systems kann vorteilhaft etwa um eine Größenordnung höher
als die Betriebsfrequenz der Wechselspannung sein.
-
Der Anker 26 .gehört zu zwei Haltemagneten 17 und 18, durch deren
abwechselnde Auslösung der Anker hin und her bewegt wird und .dadurch die Kontakte
in zwei entgegengesetzten Richtungen betätigt. Die Haltemagneten 17 und 18 werden
vorteilhaft als sogenannte Sperrmagneten ausgebildet. Ihre Auslösewicklungen ig
und 2o sind in Durchbrechungen der Magnetschenkel angeordnet und "wirken praktisch
nicht längs magnetisierend auf der Bahn des Hauptkraftflusses. Der letztere wird
vorteilhaft durch einen Dauermagneten 27 bzw. 28 erzeugt. In der gezeichneten -Stellung
schließt sich der Hauptfluß des Magneten 17 über den Anker 26. Der dem Anker benachbarte
Teil des Kraftlinienweges in den Enden d erMagnetschenkel kann durch Hilfsflüsse
gesperrt werden, die in den Schenkelenden von einem in der Erregerspule i9 fließenden
Auslösestrom'hervorgerufen -werden. Der Hilf sfluß hat auf .der einen Seite der
Durchbrechung die gleiche, auf der anderen Seite der Durchbrechung die entgegengesetzte
Richtung wie der Hauptfluß. Dort, wo die beiden Flüsse entgegengerichtet sind, wird,der
Haltekraftfluß geschwächt, während dort, wo die Flüsse gleiche Richtung haben, infolge
der Sättigung keine wesentliche Stärkung -des Kraftflusses reintreten bann, zumal
wenn die Querschnitte beiderseits der Durchbrechung so bemessen sind, daß sie bei
angezogenem Anker durch den über .den Anker verlaufenden Haltekraftfluß gerade bis
zum Knick,der Magnetisierungskennlinie gesättigt sind. Die Folge ist also insgesamt
eine Schwächung des Haltekraftflusses, die bei sehr hohem Auslösestrom praktisch
bis zum Verschwinden des Haltekraftflusses gesteigert werden kann. Eine Richtungsumkehr
des Hauptkraftflusses und der Aufbau eines Haltekraftflusses von entgegengesetzter
Richtung sind jedoch unmöglich, weil in der Bahn des Hauptkraftflusses zwei Spulenseiten
mit entgegengesetzt gleich großer Stromdurchflutung hintereinanderliegen und daher
.die Auslösewicklung keine längs magnetisierende Wirkung auf der Bahn des Hauptkraftflusses
ausüben kann. Magnetische Nebenschlüsse 57 und 58 mit schmalen Luftspalten schützen
die Dauermagneten vor übermäßiger Verringerung ihres Magnetflusses bei abgefallenem
Anker. Die Nebenschlüsse sind nicht gesättigt, damit sie auch den über den Anker
verlaufenden Teil des Hauptkraftflusses bei dessen Verdrängung ohne weiteres aufnehmen.
-
Sind die Selbstschalter als Umschalter ausgebildet, wie beispielsweise
Fig. 2 zeigt, so ist bei ihrer Verwendung für Umschaltungen, von denen mehrere Phasen
betroffen werden, also z. B. für Stern-Dreieck-Umschaltung oder für PhasIenumschaltung,
zwecks Drehrichtungsumkehr von
Motoren zu beachten, daß die Schalter
in den verschiedenen Phasen nicht gleichzeitig sehalten, weil die Ströme zu verschiedenen
Zeiten durch Null gehen. Infolgedessen entsteht beispielsweise bei der Umkehrschaltung
gemäß Fig. i ein kurzzeitiger Netzkurzschluß zwischen zwei Phasen. Der Kurzschlußstrom
kann durch Widerstände (Impedanzen) auf ein erträgliches Maß beschränkt werden.
In der Anordnung nach Fig. i begrenzen die Sättigungswandler 15, die die Impulse
für die Betätigung der Selbstschalter liefern, durch ihre Induktivität den Kurzschlußstrom.
Die Sättigungswandler könnet, zu diesem Zweck mit vergrößerter Streuung ausgeführt
oder mit einem Magnetkern aus einer solchen Eisensorte ausgestattet sein, die auch
oberhalb des Sättigungsknies noch eine erhebliche Steigerung des Magnetflusses zuläßt.
-
Ist ,die durch den Kurzschlußstrom entstehende höhere Beanspruchung
des Selbstschalters bzw. der Spannungsabfall durch ,die vergrößerteInduktivität
des Sättigungswandlers unerwünscht, insbesondere bei größeren Leistungen, so kann
z. B. eine Anordnung gemäß Fig. 3 getroffen -,verden, .die die gleiche Aufgabe der
Drehrichtungsumkebr mit Hilfe eines zusätzlichen, stromlos schaltenden Umschalters
29 löst, ohne daß während .des überschaltens ein Kurzschluß entsteht. Die Selbstschalter
i ¢ sind als einfache Ausschalter ausgebildet und mit Hilfskontakten versehen, die
in der Ausschaltstellung geschlossen sind. Auch der Umschalter 29 ist mit Hilfskontakten
versehen, die in den Steuerleitungen der Selbstschalter eine Umschaltung bewirken
und die in Fig.3 mit 3o bezeichnet sind. Zur willkürlichen Einleitung der für -die
Umschaltung erford,erlichen Steuervorgänge sind Druckknöpfe 31 und 32 vorgesehen.
Mittels eines weiteren Druckknopfes 33 kann eine selbsttätige Abschaltung des Motors
herbeigeführt werden.
-
Wird beispielsweise .der Druckknopf 31 betätigt, so führt dies zunächst
zu einer selbsttätigen Öffnung der Selbstschalter 1q.. Nachdem beide ihre Ausschaltstellung
erreicht und damit ihre Hilfskontakte geschlossen haben, wird der Umschalter 2g,
dessen eine Erregerspule über die Kontakte des Druckknopfschalters 31 und die Hilfskontakte
der Selbstschalter 14 an der Wechselspannung zwischen den beiden unterbrochenen
Phasen liegt, in seine zweite Stellung umgeschaltet. Inder neuen Stellung sind die
Einschaltspulen der Selbstschalter mit den Schaltwandlern 15 über .den Druckknopfschalter
31 verbunden. Mit Hilfe des die Schaltwandler durchfließenden Stromes für die Erregerspule
des Ums c halters 29 kann eine Impuls-abe b erreicht werden, die zur selbsttätigenWiedereinschaltung
der Selbstschalter 14 führt.
-
Als zweipoliger Umschalter ist in derAnordnung nach Fig.3 ein solcher
vorgesehen, der zu seiner Betätigung nur einen kurzzeitigen Schaltbefehl erfordert.
Es kann dazu beispielsweise eine Quecksil.berschaltröhre verwendet werden. Statt
des gezeichneten Umschalters können aber auch zwei doppelpolige Schütze vorgesehen
sein, welche mit Selbsthaltekontakten ausgerüstet sind, so daß die Schützspule erregt
bleibt, wenn der Schaltbefehl aufgehört hat.
-
Durch Abänderung der Ausführungsbeispiele können beliebige andere
Anordnungen zur Umschaltung von Wicklungen und Wicklungsteilen elektrischer Maschinen
und Transformatoren, z. B. zwecks Polumschaltung oder wahlweiser Herstellung von
Stern-, Dreieck-, Polygon- oder Zickzackschaltungen, nach an sich bekannten Regeln
geschaffen werden.
-
Die Schaltwandler, die die Steuerimpulse liefern, können mit so großer
Windungszahl bzw. so großem Kernquerschnitt ausgeführt sein, daß sie zugleich als
Schaltdrosseln wirken, indem sie in der Nähe des Stromnullwertes infolge Entsättigung
ihrer beim Nennstromwert gesättigten, gegebenenfalls vormagnetisierten Magnetkerne
eine verlängerte stromschwache Pause hervorrufen, in der eine Ab- oder Umschaltung
unter erleichterten Bedingungen vor sich gehen kann.