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Verfahren und Einrichtung für die Wiedereinschaltung eines von einem Netz abgeschalteten, noch drehenden Elektromotors Die elektrischen Motoren für industrielle Anwendungen werden zum Antrieb von verschiedenen Maschinen benützt zwecks Erstellung von mannigfaltigen Arbeitsprozessen. Die Asynchronmotoren werden besonders oft in elektrischen Zentralen angewandt. Es ist ferner bekannt, dass verschiedene Arbeitsprozesse nicht unterbrochen werden dürfen, so dass diese elektrischen Antriebsmotoren nur ausnahmsweise abgestellt werden können. Um Motorabstellungen zufolge von Störungen in der Stromlieferung zu vermeiden, werden in vielen Fällen mehrere Stromquellen bzw.
Sammelschienen für die Speisung angewandt; wenn also die Speisung eines Netzes versagt, so schaltet man den Motor auf ein Hilfsnetz, und zwar erfolgt diese Umschaltung ohne Erreichen des Stillstandes. Mit andern Worten, wenn der Motor mit seiner Nenngeschwindigkeit läuft, so wird er beim Ausfallen der Stromspeisung so rasch an ein anderes Netz geschaltet, dass der Stillstand mit Sicherheit vermieden wird.
Bis heute konnte die Wiedereinschaltung eines rotierenden Asynchronmotors erst nach einer verhältnismässig langen Zeit nach dem Abschaltmoment erfolgen; im Falle der Wiedereinschaltung nach einer Zeit in der Grössenordnung von einer Sekunde ist die Restspannung an der Motorklemme praktisch Null, so dass die Stromspitze des Wiedereinschalt- stosses ungefähr gleich ist, wie er bei der Zuschal- tung des stillstehenden Motors auftritt.
Nach einer andern Methode erfolgt die Wiedereinschaltung so rasch als möglich von einem Netz aufs andere. Zu diesem Zweck wird der Schalter, welcher die Abtrennung von einem Netz vollzieht, mit einem Endkontakt versehen, welcher bei Erreichung der Ausschaltstellung die Einschaltung des andern Netzschalters bewirkt. Bei diesem Vorgehen vermeidet man den Motor zu überlasten, wie bei der ersterwähnten Methode, aber sie benötigt Schnellschalter sowohl für die Ausschaltung wie für die Wiedereinschaltung, weil man ja verhüten will, dass der transiente Einschaltstromstoss nicht den beim gewöhnlichen Anlassen auftretenden übersteigt. Daraus resultiert eine Unterbrechungszeit, die etwa sieben Perioden nicht übersteigen darf.
Man weiss ferner, dass nach dem Ausschalten die Winkelabweichung zwischen Netzvektor und demjenigen gegeben durch die Restspannung des Asynchronmotors an seinen Klemmen, zufolge Geschwindigkeitsabnahme des Rotors des Asynchronmotors mit der Zeit zunimmt und dass diese Restspannung, obschon sie exponentiell abnimmt, während einer ziemlich langen Zeit einen genügenden Wert aufweist, um die Betätigung einer Umschaltvorrichtung zu ermöglichen.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Verfahren beruht auf der theoretischen und experimentellen Feststellung, dass die Stromstärke des transienten Wiedereinschaltstromes in Funktion des Winkels zwischen der Restspannung und der Netzspannung die Form einer gedämpften Sinuskurve aufweist, welche beidseitig des Anlaufstromes schwingt und durch einen untern Minimalwert dieser Stromstärke verläuft.
Nach der vorliegenden Erfindung wird die Einschaltung anhand eines Synchronoskopes vorgenommen, welches zwischen den Klemmen des Motors und der Netzspeisestelle angeschlossen wird, derart, dass die Einschaltung vorgenommen wird, wenn das Synchronoskop mindestens angenähert 90 Phasenverschiebung zwischen diesen beiden Spannungen anzeigt. Unter einem Synchronoskop versteht man einen Apparat, dessen Zeiger den Winkel zwischen diesen beiden Spannungen, an die er angeschlossen ist, anzeigt.
Entsprechend der Erfahrung
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wird die Einschaltung vorgenommen, wenn der Zeiger' des rotierenden Teils des Synchronoskopes 90 Voreilung anzeigt, um die Schaltereigenzeit ungefähr zu berücksichtigen.
Im Fall, wo ein Asynchronmotor von .einem Netz auf ein anderes umzuschalten ist, schaltet man das Synchronoskop zwischen den Motor und dieses zweite Netz, an welches man den Motor anschalten will und nimmt die Schaltung vor, wenn der Synchronoskop- zeiger zum ersten Mal die approximative Stellung der 90 Phasenverschiebung passiert.
Ein wichtiger Bestandteil der Einrichtung nach der Erfindung besteht in einem Synchronoskop, welches auf seiner Welle einen Nocken aufweist, welcher ein Relais mit Schliesskontakt betätigt, zwecks Einschaltung des Motors an das Netz.
Andere Besonderheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Unterlagen und der beiden Schemen, welche ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen. Fig. 1 stellt das Prinzipschema dar. Fig.2 gibt das Schema einer praktischen Ausführung wieder.
Bei Betrachtung des Schemas nach Fig. 1 ersieht man, dass der Asynchronmotor, dargestellt durch M, an die Schienen 30 angeschlossen ist, welche über den geschlossenen Schalter 34 an das Speisenetz 31 angeschlossen sind. Zwischen den Schienen 30 und einem zweiten Speisekreis 35 ist das Synchronoskop 36 angeschlossen, welches als Apparat ähnlich einem Motor bekannt ist, und dessen Rotor einen Zeiger oder eine Scheibe besitzt. Wenn ein Synchronoskop zwischen zwei Wechselstrom-Systemen angeschlossen ist, dreht sein rotierender Teil, sobald eine Phasenverschiebung zwischen den Spannungsvektoren entsteht, sei es zufolge einer Änderung der Frequenz oder des Schlupfes.
Der Zeiger oder die mit dem Rotor verbundene Scheibe geben die Phasenverschiebung jederzeit an. Wenn der Schalter 34 geschlossen ist und die Spannungen der Stromkreise 31 und 35 das Synchronoskop speisen, dann ist das. Synchrono- skop 36 in Ruhe, wenn die Netze synchron sind. Um vom System 31 zum Stromkreis 35 überzugehen, wird der Schalter 34 geöffnet, der Motor M beginnt, sich zu verzögern, die Restspannung an seinen Klemmen eilt gegenüber derjenigen des Kreises 35 nach und der rotierende Teil des Synchronoskopes 36 beginnt dann in einem gegebenen Sinne zu drehen.
Wenn dann der Rotor des Synchronoskops einen Winkel durchschritten hat, welcher der Abweichung zwischen der Restspannung und derjenigen des Kreises 35 mit etwa 270 entspricht, also etwa 90 vor der neuen Phasenkoinzidenz, wird durch den auf der Welle befindlichen Nocken, dargestellt durch die Ziffer 37, der Kontakt 38 geschlossen, demzufolge ein Strom von einer Stromquelle zum Relais 39 fliesst, welches über die Spule 40 die Einschaltung des Schalters 41 bewirkt. Der Motor M wird dann gespeist vom Kreis 35. Die Einschaltung hat sich mit einem reduzierten Stoss vollzogen.
Im Fall, wo die Stromkreise 31 und 35 nicht synchron sind, würde bei geschlossenem Schalter 34 der Rotor des Synchronoskops 36 dauernd drehen, entsprechend einer Geschwindigkeit gegeben durch den Schlupf des einen Netzes in bezug auf das andere. Um zu vermeiden, dass bei jeder Drehung die unerwünschte Schliessung des Schalters 38 und damit die Parallelschaltung der Kreise 31 mit 35 erfolgt, hat man auf dem Schalter 34 einen End- schalter 42 vorgesehen, welcher den Stromkreis zu der Spule 40 für die Einschaltung des Schalters 41 nur schliesst, wenn der Schalter 34 offen ist. Dieser Endschalter könnte natürlich durch eine gleichwertige Anordnung ersetzt werden, z.
B. derart, dass ein Minimalstromrelais den Stromkreis der Spule 40 schliessen würde, wenn der den Schalter 34 durchfliessende Strom einen vom Motor absorbierten Strom unterschreitet. Mit 43 ist der Haltekontakt zum Relais 39 gekennzeichnet.
Weil man auch verhindern muss, dass irgendein Unterbruch den Übergang auf das Hilfsnetz hervorruft, ist der Kontakt 44 vorgesehen. Dieser kann von Hand oder in Abhängigkeit einer allfällig vorhandenen automatischen Einrichtung, welche andere Vorgänge überwacht, betätigt werden.
Mit der Fig. 2 wird das detaillierte Schema der Einrichtung dargestellt, welches gemäss der Erfindung gestattet, den Asynchronmotor vom einen oder andern Netz zu speisen.
Anhand der Fig. 2 erkennt man, dass der Asyn- chronmotor Ml durch den Transformator T,. gespeist und an die Schienen B" angeschlossen ist, welch letztere durch die Schienen R1, 5i und T1 des Kreises Bi gespeist werden, weil der Schalter Dl geschlossen ist und der Schalter D., offen.
Wenn man aus irgendeinem Grund von den Speiseschienen R1, S1, T1 des Kreises B1 zu den Speiseschienen R" & , T., des Kreises B., übergehen will, um den Strom zum Transformator il zu liefern, wird der Druckknopf P12 betätigt. Dieser schaltet das Relais R12 ein, welches von den Schienen B, aus gespeist ist.
Das Relais R1" geschlossen durch seinen Haltekontakt 8, schliesst durch seine geschlossenen Kontakte 1, 2 und 3 die Wicklung S1 des Synchrono- skopes SY. auf den Spannungstransformator TP,1 des Sammelschienensystemes B"; durch seine Kontakte 5, 6 bewirkt dieses Relais R1_ die Verbindung der Wicklung S.., des Synchronoskopes zum Transformator TPz, welcher selbst an die Schienen S" T, des Kreises B, angeschlossen ist.
Der Kontakt 4 schliesst und bereitet das Anziehen des Relais R" vor, über den in diesem Moment offenen Sicherheitskontakt C"1. Das Synchronoskop S,, ist auf diese Weise zwischen den Schienen B" und B., angeschlossen und nimmt dadurch eine Gleichgewichtslage ein, wenn die beiden Systeme B1 und B.= im Synchronismus sind. Der Kontakt 7 des Relais 12 schliesst das Zeitrelais RT 121 gespeist durch die Schienen Br, welche nach einer kurzen Zeit (Bruchteil einer Sekunde), die nötig ist, um das Synchronoskop in die Gleichgewichtslage
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einspielen zu lassen, den.
Haltekontakt 9 und seine Kontakte 10, 11 und 12 schliesst; der Kontakt 10 wirkt auf die Spule d1, welche den Schalter Dl auslöst. Der geschlossene Kontakt 11 gestattet nun die Speisung der Spule e2 zum Schalter D2 von den Schienen Bn aus, wenn das Relais R,. folgendermassen funktioniert hat: Der Kontakt 12 des Relais RTl, schliesst den Speisekreis von den Schienen B, aus zum Relais RTg, verzögert um einige Sekunden, welches die allgemeine Speisung der Relais unterbrechen soll, wenn man vom System Bi zum System B2 übergegangen ist.
Sobald der Schalter D1 unterbrochen hat, hat das Synchronoskop SY, im Sinne des Zeigers angefangen zu drehen und der Sicherheitskontakt C"1, geschlossen in Serie zum Kontakt 4 des Relais R12, gestattet über den Kontakt 13 des Reilais R, die Speisung der Spule e," nachdem das Synchronoskop etwa 270 gedreht hat, um dann mittels des Nockens S den Kontakt R zu schliessen, welcher die Speisung von Rg. von den Schienen B, aus ermöglicht.
Wenn die Spule e., erregt ist, erfolgt die Einschaltung des Schalters D." worauf dann der Motor von den Schienen R2, S." T.., aus dem Kreis B2 gespeist wird. Der Übergang von einem Netz zum andern vollzieht sich unter günstigen Bedingungen dank einer angenäherten Phasenübereinstimmung beim Schliessen des Schalters 41 und mit einem minimalen Einschaltstoss.
Nach Ablauf von einigen Sekunden, welche erforderlich sind für sicheres Funktionieren, öffnet sich das Relais RT", welches die Speisung der Relais und der auf die Schalter Dl, D2 wirkenden Spulen ei, dl, e2, d.= unterbricht. Mittels des Kondensators. C erhält man die gewünschte Verzögerung des Stromes und damit die Zeit, um den Kontakt 16 offen zu halten, bis die Relais R12 und RT 12 geöffnet haben.
Nachdem das Relais RT, zurückgefallen ist, ist die Einrichtung wieder bereit, um auf das System B1 zurückzuschalten, was man erreicht durch Betätigung des Druckknopfes P21, welcher seinerseits auf das Relais R12 einwirkt, worauf dann die oben beschriebenen Operationen über die Elemente TPl, TP\J, Sy., RT21, R r RT., e2, d", e l, dl wiederholt werden, bis der Schalter DZ wieder offen und D1 geschlossen ist, worauf man dann auf den ursprünglichen Zustand zurückgekommen ist.
Die Schliessung des Schalters R erfolgt, wenn die Differenz der Spannungsvektoren der. Netzes B2 und derjenigen der Restspannung des Motors Ml, das heisst des Systems B" tragbar verringert ist. Anderseits, zufolge der Wirkung der Relais RT12 und des Kontaktes C"1 kann die Schliessung nur erfolgen, wenn die Ausschaltspule d1 zu Dl erregt ist und Dl tatsächlich unterbrochen ist.
Schliesslich wird die Rotation des Synchrono- skopes S,, durch eine Klinke, dargestellt durch c", verhindert, wenn die Kreise Bi und B2 nicht im Synchronismus sind. Wenn die Frequenz des Systems Bi grösser ist als diejenige von B2, rotiert SY zuerst im Gegensinn des Zeigers und zufolge Nichtvorhan- densein der Klinke c, würde sich .der.
Schalter R in einem beliebigen Moment schliessen. Indem die Klinke c" die Rotation im Gegensinn des Zeigers verhindert, beginnt derselbe im richtigen Sinn zu drehen, sobald die Geschwindigkeit des Motors M geringer wird als die Synchrongeschwindigkeit entsprechend des Kreises B2.