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Schaltung zur Herbeiführung eines plötzlichen. Stromanstieges oder
Stromabfalls in wahlweiser Abhängigkeit von zwei oder mehreren elektrischen Strömen
Es kommt öfters vor, daß ein @ selbsttätiger Schaltvorgang in Abhängigkeit von zwei
oder mehreren Größen so vor sich gehen soll, daß seine Auslösung erfolgt, söbald
irgendeine dieser Größen einen im voraus bestimmten Grenzwert erreicht. Ein Beispiel
hierfür bildet bei selbsttätigem Anlassen elektrischer Motoren die Abschaltung verschiedener
Widerstandsstufen. Man will beispielsweise die Abschaltung teils vom Motorstrom
selbst, teils von der Zeit abhängig machen, so daß sie stattfindet, sobald entweder
der :Motorstrom auf einen gewissen Wert gesunken oder eine gewisse Zeit seit der
Abschaltung der vorhergehenden Widerstandsstufe verflossen ist, d. h. auch dann,
wenn die Stromstärke aus irgendeinem Grunde, z. B. bei besonders schwerer Last,
noch nicht auf den vorbestimmten Wert gesunken ist. Ein weiteres Beispiel ist die
Beschleunigung besonders schwerer Massen, z. B. von Eisenbahnzügen, wobei die Abschaltung
von Widerständen oder die Einschaltung
höherer Spannungsstufen
teils vom Strom, teils von der Geschwindigkeit oder der Beschleunigung abhängig
gemacht werden soll.
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Um einen plötzlichen elektrischen Eingriff wahlweise von zwei oder
mehreren Größen abhängig zu machen, benutzt man erfindungsgemäß eine Anordnung,
die früher dazu vorgeschlagen wurde, verschiedene voneinander abhängige elektrische
Größen innerhalb ihres Bereiches stetig zu regeln (sogenannte Kniekurvenregelung),
nämlich eine Verbindung zweier oder mehrerer gleichstromvormagnetisierter Drosselspulen,
die von verschiedenen Größen beeinflußt werden. Bei der stetigen Regelung werden
diese Drosselspulen je von derjenigen Größe beeinflußt, die man innerhalb eines
gewissen Bereiches konstant halten will. Gemäß der Erfindung werden die verschiedenen
Drosselspulen von denjenigen Größen beeinflußt, in Abhängigkeit von denen die plötzlichen
Eingriffe vorgenommen werden sollen.
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Bei der Verwendung einer Verbindung von gleichstromvormagnetisierten
Drosselspulen zur Erzielung plötzlicher Eingriffe der obengenannten Art hat es sich
oft als zweckmäßig erwiesen, diese Drosselspulen in Kaskade zu schalten, d. h. so,
daß der gleichgerichtete Wechselstrom einer vorhergehenden Drosselspule eine folgende
vormagnetisiert. Hierdurch sind besondere Vorteile erreichbar, beispielsweise, falls
eine der beiden maßgebenden Größen aus einer großen Leistung und die andere aus
einer kleineren hergeleitet wird.
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Zwei Ausführungsformen der Erfindung, sind in den Abb. i und 2 der
Zeichnung schematisch dargestellt.
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In Abb. i ist i ein Motor, aus dessen Stromkreis - bei einem asynchronen
Wechselstrommotor gewöhnlich dem Sekundärstromkreis - eine Reihe von Widerständen
während des Anlassens nach und nach auszuschalten sind. Der Einfachheit halber ist
nur ein Widerstand 2 dargestellt, der durch ein Schütz 3 kurzgeschlossen werden
kann. In der Regel kommen mehrere Widerstände mit je einem Schütz in Frage. Es ist
gebräuchlich, solche Schütze selbsttätig mittels Relais in gewisser Reihenfolge
so zu betätigen, daß ein neues Schütz seinen ihm zugeordneten Widerstand kurzschließt,
sobald der Motorstrom nach Kurzschließung des vorhergehenden Widerstandes auf einen
gewissen Wert gesunken ist, oder, falls dies nicht eintritt, sobald eine gewisse
Zeit verflossen ist, seitdem der vorhergehende Widerstand mittels seines Schützes
kurzgeschlossen worden ist. Um dasselbe Ergebnis mit Hilfe gleichstromvormagnetisierter
Drosselspulen zu erreichen, wird gemäß Abb. i die nachfolgend beschriebene Anordnung
benutzt.
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Ein Kontakt 4, der einen Hilfskontrakt eines in Abb. i nicht dargestellten
und zuvor eingeschalteten Schützes darstellt, schließt an die Gleichstrompole 5
zwei zueinander parallele Stromkreise an, von denen der eine eine Gleichstromvormagnetisierungswicklung
12 einer Drosselspule und der andere einen Kondensator 6 in Reihe mit einem Widerstand
7 enthält. Die gleichstromvormagnetisierte Drosselspule hat neben der Wechselstromwicklung
io zwei Gleichstromvormagnetisierungswicklungen ii und 13, deren eine unmittelbar
von den Gleichstrompolen 5, gegebenenfalls über einen in Abb. i nicht dargestellten
Regelwiderstand, gespeist wird, während die,andere vom Wechselstromkreis der Drosselspule
über eine Gleichrichteranordnung 14 gespeist wird, also selbstmagnetisierend wirkt.
Die eine Gleichstromwicklung, vorzugsweise die Selbstmagnetisierungswicklung, kann
in an sich bekannter Weise die Wechselstromwicklung selbst sein. Die Gleichstromvormagnetisierungswicklungen
12 und 13 magnetisieren in dem gleichen Sinne, die Gleichstromvormagnetisierungswicklung
13 im entgegengesetzten Sinne. Die Gleichstromvormagnetisierungswicklungen ii und
i2 und der Kondensatorstromkreis sollen gegenseitig so bemessen sein, daß während
des größeren Teiles der Ladungszeit des Kondensators 6 die Gleichstromvormagnetisierungswicklung
i i, aber gegen Ende der Ladung die Gleichstromvormagnetisierungswicklung i2 überwiegt.
Bei einem gewissen Zeitpunkt gegen Ende der Ladung wird dann die Gleichstromvormagnetisierungswicklung
i2 im Zusammenwirken mit der Selbstmagnetisierung die Gesamtmagnetisierung so erhöhen,
daß der Wechselstrom schnell ansteigt. Die Selbstmagnetisierung kann so bemessen
sein, daß der Anstieg plötzlich erfolgt, dies ist jedoch nicht unbedingt notwendig,
falls die Gleichstromvormagnetisierungswicklungen im übrigen so bemessen sind, daß
der vollen Aufladung des Kondensators 6 ein hoher Wechselstromwert entspricht.
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Der Strom der Gleichrichteranordnung 14 durchfließt auch eine Gleichstromvormagnetisierungswicklung
23 der größeren Drosselspule mit der Wechselstromwicklung 2o, die auch drei Gleichstromvormagnetisierungswicklungen
21, 22 und 24 besitzt. Die Gleichstromvormagnetisierungswicklung 21 wird von den
Gleichstrompolen 5 gespeist, wirkt aber auf diese Drosselspule, im Qegensatz zur
Drosselspulen-Wechselstromwicklung io, - in demselben Sinne wie die Selbstmagnetisierungswicklung
24 (also in positivem Sinne). Die Gleichstromvormagnetisierungswicklung 23 wirkt
auch in demselben Sinne. Im entgegengesetzten Sinne wirkt dagegen die Gleichstromvormagnetisierungswicklung
22, die vom Motorstrom (oder einem ihm proportionalen Strom) gespeist wird, gegebenenfalls
nach Gleichrichtung, falls der Motorstrom ein Wechselstrom ist. Der gleichgerichtete
Strom der Drosselspulen-Wechselstromwicklung 2o durchfließt schließlich die Steuerspule
des Schützes 3, die den Widerstand 2 kurzschließt. In der dargestellten Ausführungsform
wird zu diesem Zweck die gleiche Gleichrichteranordnung 25 wie für die Selbstmagnetisierung
verwendet. In der Praxis ist dies jedoch oft weniger zweckmäßig, da beim Ansprechen
der Schütze ein Spannungsstoß durch die Änderung im Magnetstromkreis auftritt und
dieser Spannungsstoß die Selbstmagnetisierung nicht beeinflussen soll. Um dies zu
erreichen, kann man zwei miteinander in Reihe geschaltete Gleichrichteranordnungen
verwenden, deren eine die Selbstmagnetisierung
bewirken und deren
andere die Schütze speisen kann, wobei die erstere in bereits früher beschriebener
Weise in die Drosselspule eingebaut sein kann. Es ist auch möglich, daß Schütz mit
Wechselstrom zu speisen, falls man in an sich bekannter Weise das Vibrieren des
Ankers unterbindet.
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Die beschriebene Anordnung wirkt in folgender Weise: nachdem ein gegebenenfalls
vorhergehender, nicht dargestellter Reihenwiderstand durch sein ebenfalls nicht
dargestelltes Schütz, dessen Hilfskontakt als Kontakt 4 dargestellt ist, kurzgeschlossen
wurde, sinkt der Strom allmählich, je nachdem die :Motorgeschwindigkeit ansteigt.
Falls dieser Anstieg richtig erfolgt, wird die Drosselspulen-Wechselstromwicklung
2o allein die Einschaltung des Schützes 3 bestimmen, die sofort erfolgt, wenn die
Amperewindungszahl der Gleichstromvormagnetisierungswicklung 22 um einen gewissen,
von der Kennlinie der Drosselspule abhängigen Betrag der Amperewindungszahl der
Gleichstromvormagnetisierungswicklung 2i über- oder unterscheidet. Es kann jedoch
der Fall eintreten, daß infolge besonderer Anlaßschwierigkeiten der Motorstrom nicht
in angemessener Zeit so weit sinkt, daß das eben erwähnte Verhältnis zwischen den
Amperewindungszahlen der Gleichstromvormagnetisierungswicklungen 2i und 22 eintritt.
In diesem Fall greift die Drosselspulen-Wechselstromwicklung io ein, die sich nach
einer gewissen, von der Kapazität des Kondensators 6 und der Größe des Widerstandes
7 abhängigen Zeit erregt, so daß sie durch die Gleichstromvormagnetisierungswicklung
23 einen kräftigen Strom schickt, der zusammen mit der Amperewindungszahl der Gleichstromvormagnetisierungswicklung
21 die Drosselspule mit der Wechselstromwicklung 2o hoch magnetisiert, so daß das
Schütz 3 geschlossen wird.
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Die beschriebene Vorrichtung kann in verschiedener Weise abgeändert
werden. Bei der Betätigung mehrerer Schütze nacheinander hat es sich als zweckmäßig
erwiesen, zwei Gruppen von in der beschriebenen Weise geschalteten gleichstromvormagnetisierten
Drosselspulen zu verwenden, die durch Hilfskontakte abwechselnd ein- oder ausgeschaltet
werden, so daß beispielsweise eine GFuppe die ungeraden und eine Gruppe die geraden
Widerstandsstufen bedient. Während der Wirksamkeit der einen Gruppe hat dann die
andere genügend Zeit zur Rückkehr in die Anfangslage. Für die Kondensatorverzögerung
können auch andere an und für sich bekannte Schaltungen gewählt werden, die die
Entladung des Kondensators während der Rückgangszeit erleichtern.
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Die Bedeutung der in Abb. i dargestellten Kaskadenschaltung der Drosselspulen
tritt besonders hervor, wenn man, wie im beschriebenen Beispiel, eine wesentlich
kleinere Leistung für den einen bestimmenden Faktor (die Zeit) als für den anderen
Faktor (den Motorstrom) zur Verfügung hat. Die verhältnismäßig geringe Leistung
des Zeitkreises ergibt sich daraus, daß bei Verwendung einer größeren Leistung und
einer angemessenen Zeit der Kondensator zu groß ausfallen würde. In anderen Fällen
tritt dieser Unterschied nicht so stark hervor. Man kann dann eine entsprechende
Wirkung entweder durch eine Reihen- oder durch eine Parallelschaltung zweier oder
mehrerer gleichstromvormagnetisierter Drosselspulen oder durch eine Reihenschaltung
von durch solche Drosselspulen gesteuerten Gleichrichtern erreichen.
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Abb. 2 zeigt ein Beispiel einer Reihenschaltung zweier gleichstromvormagnetisierter
Drosselspulen zur Steuerung eines Motors teils nach dem Strom, teils nach der Geschwindigkeit.
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In Abb. 2 ist der Motor mit 30 und ein von ihm angetriebener
Tachometergenerator mit 31 bezeichnet. Der Motor 3o, beispielsweise ein Lokomotivmotor,
kann mit verschiedenen Schützen, von denen nur eines bei 32 dargestellt ist, über
verschiedene Anzapfungen eines Transformators 33 an einen gemeinsamen Wechselstrompol
35 angeschlossen werden. Beabsichtigt sei, den Motor 30 selbsttätig an eine höhere
Spannungsstufe anzuschließen, wenn die Geschwindigkeit auf einen gewissen Wert gestiegen
ist,- jedoch nur unter der Voraussetzung, daß der Strom gleichzeitig auf einen gewissen
Wert gesunken ist, so daß eine überlastung des Motors 30 vermieden wird.
Zu diesem Zweck sind gleichstromvormagnetisierte Drosselspulen 40 und 5o in Reihenschaltung
den Schützen 32 zugeordnet, von denen die eine, 40, in negativem Sinn vom Motorstrom,
die andere, 5o, in positivem Sinn von der Spannung des Tachometergenerators 31 beeinflußt
wird. Jede Drosselspule 'hat zu diesem Zweck drei Gleichstromvorm-agnetisierungswicklungen
41, 42 und 43 bzw. 51, 52 und 53. Die Gleichstromvormagnetisierungswicklungen 43
und 53 sind über Gleichrichter -anordnungen 44 bzw. 54 selbstgespeist, ihre Magnetisierungsrichtungen
werden als positiv bezeichnet. Die Gleichstromvormagnetisierungswicklung 42 wird
vom Motorstrom über eine Gleichrichteranordnung 34 gespeist und wirkt in, negativem
Sinne; die Gleichstromvormagnetisierungswicklung 52 wird von der Spannung des Tachometergenerators
31 gespeist und wirkt in positivem Sinne. Die Gleichstromvormagnetisierungswicklungen
41 und 51 werden von einer unabhängigen Gleichspannungsquelle 5 konstanter Spannung
vorzugsweise über Einstellwiderstände 45 bzw. 55 gespeist und wirken - die erstere
- in positivem und - die letztere - in negativem Sinne.
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Da die Drosselspulen miteinander in Reihe geschaltet sind, können
sie den vollen Strom nicht aufnehmen, sofern nicht die positive Magnetisierung in
beiden überwiegt. Solange die eine Drosselspule wenig vormagnetisiert ist, wirkt
sie nämlich als hoher induktiver Widerstand, der den Strom begrenzt, selbst wenn
die Induktanz der anderen Drosselspule verschwindend klein werden würde. Die letztere
Wirkung kann jedoch nicht eintreten, da die Selbstmagnetisierung bei der positiv
vormagnetisierten Drosselspule nicht zur Wirkung kommen kann, so lange die andere
Drosselspule wenig vormagnetisiert ist. Sobald die positive
Magnetisierung
in beiden Drosselspulen überwiegt, magnetisieren sie sich dagegen beide schnell
auf. Dies ist der Fall für die Drosselspule 40, wenn der Strom im Motor 3o auf einen
gewissen Wert gesunken ist, und für die Drosselspule 50; wenn die Spannung des Tachometergenerators
31 auf einen gewissen Wert gestiegen ist, d. h., wenn die Geschwindigkeit des Motors
3o einen gewissen Wert erreicht hat. Beide Voraussetzungen müssen also erfüllt sein,
damit der die Schütze beeinflussende Strom so weit steigen soll, daß das Schütz
32 einschaltet und den Motor 3o an die nächste Spannungsstufe des Transformators
33 anschließt.
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Falls man einen Motoranlasser der in Abb.2 dargestellten Art von der
Beschleunigung anstatt von der Geschwindigkeit des Motors abhängig machen will;
kann man zwischen den TachometergeneratOr 3 i und die von ihm gespeiste Gleichstromvormagnetisierungswicklung
52 einen Kondensator einschalten, der nur einen der Beschleunigung proportionalen
Strom durchläßt. Da die Leistung dieses Stromes in der Regel sehr klein wird, kann
es dann zweckmäßig sein, wie in der Anordnung nach Abb. i eine Kaskadenschaltung
zu verwenden, in der der Kondensatorstrom die kleinere Drosselspule vormagnetisiert.
Da beabsichtigt ist, die Umstellung der Schütze sowohl vom Kondensatörstrom als
auch vom Motorstrom abhängig zu machen, anstatt nur von einer Größe wie in der Anordnung
nach Abb. i, müssen jedoch die Gleichstromvormagnetisierungswicklungen der größeren
Drosselspule abweichend von der Anordnung nach Abb. i bemessen werden, und zwar
so, daß. diese Drosselspule sich nicht aufmagnetisieren kann, bevor sowohl der Strom
in der Gleichstromvormagnetisierungswicklung 23 auf einen gewissen Wert gestiegen
als auch der Strom in der Gleichstromvormagnetisierungswicklung 22 auf einen gewissen
Wert gesunken ist. Bei den gleichen Grenzwerten der Arnperewindungszahlen der Gleichstromvormagnetisierungswicklungen
22 und 23 bedeutet dies eine kleinere Amperewindungszahl der Gleichstromvormagnetisierungswicklung
2i.