Anordnung zum selbsttätigen belastungsabhängigen Sterndreieck-Umschalten elektrischer Induktionsmotoren Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum selbsttätigen belastungsabhängigen Stern- dreieek-Umsehalten elektrischer Induktions motoren.
Der Wirkungsgrad von elektrischen Induk tionsmotoren nimmt mit der Belastung be kanntlich rasch ab, da dabei auch der Lei stungsfaktor cos 7, geringer wird. Um diesen Nachteil ztt vermeiden, ist bereits bekannt, den Motor von Dreieck auf Stern umzuschalten, wenn seine Belastung unter einen vorbestimm ten Wert sinkt.
Es sind bereits Anordnungen zum Durchführen dieser Umschaltung vor geschlagen worden, gemäss welchen ein Relais in Abhängigkeit vom mechanischen Dreh moment des Motors oder von der durch den Motor aufgenommenen Stromstärke, das heisst vom Phasenstrom, oder aber von der Strom stärke und der Spannung, das heisst von der elektrischen Leistungsaufnahme des Motors, die Umsehaltung eines Sterndreieck-Umschalters bewirkt.
Gemäss andern Vorschlägen wird die Betätigung des Sterndreieek-Umsehalters in Abhängigkeit von der Drehzahl oder von einem andern auf die Belastungsverhältnisse des Mo tors kennzeichnenden Wert gesteuert. Die Um- sehaltung erfolgt. bei etwa. 50% der Nenn- leistun- des Motors oder, gemäss andern Vor sehlägen, bei 40 ö derselben derart, dass unter halb bzw. oberhalb dieser Werte der Motor in Stern- bzw. Dreieckschaltung im Einklang mit der jeweiligen Belastung arbeitet.
Die bisherigen Vorschläge sind jedoch mit dem wesentlichen Nachteil behaftet, dass der Sterndreieck-Umschalter der Anordnung im Bereich des Umschaltwertes, das heisst bei etwa 40 bis 50% der Nennleistung unnötig und häufig betätigt wird.
Die Erfindung beseitigt diesen Nachteil und schafft eine Anordnung, die so eingestellt werden kann, dass sie innerhalb eines be lastungsabhängigen Leistungsbereiches nicht anspricht, wodurch die unnötige Betätigung des Sterndreieck-Umschalters vermieden wird. Dies wird gemäss der Erfindung dadurch er reicht, dass der Sterndreieck-Umschalter als Fernschalter ausgebildet ist, der seinerseits durch in Abhängigkeit von der elektrischen Leistungsaufnahme des Motors betätigte Steuermittel gesteuert wird, die mit Verzöge rung arbeiten.
Es ist zweckmässig, die Betätigung der Steuermittel in Abhängigkeit von der Lei- stungsaufnahme derselben erfolgen zu lassen. Die Steuermittel können dabei durch ein mit Verzögerung arbeitende Wattrelais oder durch ein mit Verzögerung arbeitende Stromrelais gebildet sein.
Im letzteren Fall wird die Be tätigungswicklung des Stromrelais einerseits durch den einen Phasenstrom eines dreiphasi- gen Netzes und anderseits durch einen durch die Netzspannung der beiden übrigen Phasen des Netzes gelieferten verketteten Strom der art erregt, dass die wattlose Komponente des Phasenstromes durch den andern oder ver ketteten Strom ausgeglichen wird, wobei die Betätigungswicklung des Stromrelais durch den Phasenstrom bzw. durch den verketteten Strom über Umspanner (Transformatoren) ge speist werden kann.
Bei Sterndreieek-L'nischaltern, die einen mit einem Steuerstromkreis ausgerüsteten Be tätigungsmagnet aufweisen, kann die zur rich tigen Betätigung des Sterndreieck-Umschalters erforderliche Verzögerung dadurch erreicht werden, dass die Umschaltring des Steuerstrom kreises des Betätigungsmagnetes durch einzeln einstellbare Anschläge erfolgt, welche durch die Armatur der Steuermittel betätigt werden können. Die Armatur der Steuermittel ist dabei reit einzelnen Anschlägen für die Um- schaltung, von Stern auf Dreieck bzw. vom Dreieck auf Stern versehen.
Da. diese An schläge einzeln einstellbar sind, können den Umschaltungen von entgegengesetztem Sinn verschiedene Verzögerungszeiten zugeordnet werden. Da ferner die Anziehungskraft des Steuerrelais den Werten der vorkommenden Strom- oder Leistungsstösse proportional ist, wird auch die Zeitverzögerung diesen derart proportional sein, dass je grösser die -Ände rung der Belastung ist, desto geringer wird die Zeitverzögerung.
Bei Umschaltung von Dreieck auf Stern kann die Zeitverzögerrtng so bemessen sein, dass sie die der Unischaltung im entgegengesetzten Sinn zugeordnete Zeit verzögerung wesentlich übertrifft, da im ersten Fall keine Gefahr besteht, dass der Motor über lastet oder sein Kippmoment erreicht wird. Die Verzögerung kann offensichtlich auch durch Relais anderer Art, z. B. durch Zeit relais, erreicht werden.
Die Erfindung soll an Hand der Zeich- nung, die ein Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemässen Anordnung darstellt, näher er läutert werden.
Fig. 1 zeigt dabei das Schaltbild des bei spielsweisen Sterndreieck-Umschalters. Fig. 2 ist ein Vektordiagramin.
Fig.3 und 4 -neigen Einzelheiten in zwei verschiedenen Arbeitslagen.
In der Zeichnung bezeichnet <I>R,</I> \Z, <I>T</I> ein Dreiphasennetz, an welches ein elektrischer Induktionsmotor 1I mittels eines Hauptselial- ters 1 angeschlossen ist. Eine Gruppe der Dreiphasenwieklun ,:senden des Motors J1 ist.
ständig mit Klemmen T', 1', j>;' verbunden, während die andere Gruppe der Wicklungs enden an Unisehalt.erklemnien <I>X</I>, Y, Z eines als Fernsehalter ausgebildeten Sterndreieek- Umschalters ? angeschlossen sind. Bei der dargestellten Arbeitsla-@e des Sterndreieck Umsehalters 2 sind die Umsehalterklemnien Z, X, Y kurzgeschlossen, während in der andern Lage diese Klemmen mit. dem Netz ver bunden sind.
Somit liegen die Teile der Drei- phasenwicklung in der ersteren bzw. letzteren Arbeitslage in \Stern- bzw. Dreiecl@selialtunt. Die Sterndreieek-Umselialtun;- erfol;
-t mittels des Fernschalters '', dessen Betätig,ungswieli- lun- durch den Strom einer der drei Zieh lungen eines einphasigen Umspanners (Trans formators ) 3 durch einen ortsfesten Kontakt eines Drueksehalters 6 und einen Polschalter 5 hindurch über ein als Steuermittel arbeiten des und als Quecksilberschalter ausgebildetes Relais 1 erregt wird.
Mittels seiner Wicklung; wirken zwei Ströme auf das Relais .1, deren einer der über die Klemme 1j- zu-efüliri.e Plia- senstroin ist.
Der andere Strom ist der Se kundärstrom des Unispanners 3, der an die beiden übrigen Phasen P und S an,)@eseliloseii ist, wobei der Sekundärstrom durch den Wi derstand 7 regelbar ist und vom Phasenstrom der Klemme 11' vektoriell abweicht,
migleieli aber der Klemmspannung- des Motors J1 und somit auch deni durch den Motor J1 aufgenom- nienen Erregerstrom proportional ist, so daf) die resultierende magnetische Wirkung des Re lais sieh mit dein Wattstrom proportional ge staltet.
Die Verhältnisse sind im vektordia-rannii gemäss Fig. 2 dargestellt. T-iz, T-L, Z\r sind dabei die Vektoren der Phasenspannungen, Iss_a ist der Vektor des der Resultanten der Phasenspannungen Uiz. und T", proportionalen Stromes, 1.r ist der Vektor des Nennstromes der Phase T, IT watt ist.
der Vektor der Watt komponente des Phasenstromes IT und Ir der Vektor der magnetisierenden Stromkompo nente des Phasenstromes 1T. Der Nennstrom TI. der Phase T ist dabei für die Zwecke der Darstellung gewählt worden. Dieser Phasen strom Ir eilt seiner Phasenspannung Ur um den Winkel T des Leistungsfaktors nach. Der Vektor des Phasenstromes IT ist. in der Rich- tteig der ihm zugeordneten Spannung und scnkreeht hierzu in zwei Komponenten zerlegt worden.
Eine dieser Komponenten ist Irw,tt, die in Pliase mit der Phasenspannung UT liegt. Die andere Komponente ist. ITf" die senkrecht zur Phasenspannung 'jT und somit auch zur Stromkomponente ITW;,tt liegt. Diese Kompo nente dient als der Magnetisierstrom des Mo tors.
Bei geeigneter Schaltung wird der span- itrnigsabhängige Strom IR_s der beiden übri gen Phasen R und S proportional und ent- geriengesetzt der Klemmspannung des Induk tionsmotors und somit auch dem durch diesen aufgenommenen Ma.gnetisierstrom IT,,. Wenn demnach der spannungsabhängige resultie rende Strom III_s z.
B, mittels eines Wider standes geeignet eingestellt ist, wird der Ma- gnetisierstrom IT" durch den Strom IR_s gänz lich ausgeglichen, was im Vektordiagramm durch den mit gestrichelten Linien gezeich neten Vektor II;__" angedeutet ist.
Das Unisehaltersystem gemäss der Erfin- (hing ist. geeignet, einen derartigen Ausgleich zti bewirken. Die Wicklung des Relais 4 er hält nämlich zwei Stromkomponenten.
Eine dics,er Komponenten ist einer der Phasen- strönie des Motors, der beim dargestellten Aus- 1'iihrungsbeispiel von der Klemme ZV kommt. Dieser Strom stellt den Nennwert 1.h des Pha senstromes dar. Die andere Stromkomponente ist. durch den sekundären Strom des Umspan ners 3 gebildet, wobei der Umspanner an die beiden restlichen Phasen R und S ange- sehlossen ist.
Beim dargestellten Ausführungs beispiel entsprieht dieser Sekundärstrom der Resultante II;__s, wobei er durch den Wider stand 7 regelbar ist. Nun ist der Sekundär- Strom Ia_s mit dem verketteten Strom der Phasen R und S in Phase, wie dies gezeigt wor den ist, wobei bei geeigneter Einstellung des Widerstandes 7 die magnetisierende Strom komponente 1T 11 des Nenn- oder Phasenstromes IT ausgeglichen ist.
Die dargestellte Ausführungsform der er findungsgemässen Anordnung arbeitet wie folgt: Beim Einschalten des Druckschalters 6 wird der Betätigungsstromkreis des Haupt schalters 1 mittels eines Betätigungsmagnetes 8 geschlossen, wobei der Hauptschalter 1 für sich einen Haltestromkreis schliesst. Nach Frei lassen des Druckschalters 6 bleibt somit der Hauptschalter 1 geschlossen. Der Motor 31 wird dabei in Sternschaltung angelassen.
Wenn der Wattstrom des Motors 17 grösser wird als der vorbestimmte Wert, spricht das Relais 4 an, wobei eine Umschaltung des Motors 1't1 durch den Sterndreieck-Umschalter 2 von Stern auf Dreieck erfolgt. Fällt der Watt strom im Betrieb unter den vorbestimmten Wert, so nimmt das Relais 4 seine Ausgangs lage wieder ein, wodurch dann der Motor ilI auf Sternschaltung zurückgeschaltet wird.
' Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, ist der Eisenkern des Relais 4 mit zwei An schlägen 1 bzw. 2 versehen, die einstellbar sind und zum Umschalten des Relais dienen. Die Anordnung ist derart, dass bei abwärts- bzw. aufwärtsgeriehteter Bewegung des Eisenkernes die Umsehaltung in je einer andern einstell baren Lage erfolgt und innerhalb der An sehläge 1 und 2 keine Umschaltung stattfindet.
Somit. geht im Grenzgebiet bei geringen Be lastungsänderungen keine Umschaltung vor sieh, wobei der Umschalter auch den bei der Unischaltung auftretenden kurzwährenden Belastungsänderungen gegenüber unempfind- lieh ist, die ohne den erfindungsgemässen Um schalter unverzüglich einen Schaltvorgang ein leiten würden. Wenn demnach mit abnehmender Stromstärke die Armatur abwärtsbewegt wird und dabei eine Umschaltung von Stern auf Dreieck ausgelöst hat, wird die mit zunehmen der Belastung fällige Zurückschaltung auf Dreieck bei einer grösseren Stromstärke be wirkt, als die der Umschaltung zugeordnete Stromstärke war. Somit überlappen sieh die der Stern- bzw.
Dreieckschaltung zugeord neten Gebiete in regelbarer Weise, wodurch ein toter Raum entsteht, innerhalb dessen keine Umschaltung erfolgt. und somit. das Flat tern des Relais 1 beim Grenzwert vermieden wird. Das Relais 1 kann sogar mit einer Ver- zögerungsluftbremse, z. B. einem Stossdämpfer, versehen sein, wodurch seine Verzögerung ent sprechend erhöht werden kann.
Wird der Polschalter 5 in seine auf der Zeichnung linke Schalflage verlegt, so ist das Relais 4 ausgeschaltet, und der Motor JZ arbei tet sowohl beim Anlassen als auch im Betrieb ständig in Dreieckschaltung. Dies kann not wendig sein, wenn eine selbsttätige Umschal tung aus irgendeinem Grund bei gewissen Operationen nicht gewünscht wäre.