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Einrichtung zur selbsttätigen Steuerung von Synchronmaschinen. Die
Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur selbsttätigen Steuerung von Synchronmaschinen,
wie solche insbesondere in selbsttätig gesteuerten Unterstationen I:enutzt werden.
Sie bezweckt, die richtige Reihenfolge der einzelnen Schaltvorgänge unter allen
vorkommenden Bedingungen zu gewährleisten. Inn besonderen wird das Feld (ler Maschine
nach erfolgtem Anlauf erst dann mit Gleichstrom erregt, «-enn die Geschwindigkeit
der
Maschine einen bestimmten Wert erreicht hat, und es wird verhindert, daß die Steuerungseinrichtung
1n1 Sinne eines Wiederanlassens der Maschine in Tätigkeit tritt, wenn die Geschwindigkeit
der Maschine oberhalb eitles bestimmten Wertes liegt. Auch erfolgt hierbei der Übergatrg
von Anlaßspannung auf volle Spannung selbsttätig in Abhängigkeit vom Strom in der
Feldwicklung.
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In dem in der Abbildung dargestellten AusfiihrungsLeispiel bezeichnet
2 den Synchronmotor und 3 den Gleichstromgenerator eines Motorgenerators. Der feststehende
Anker des Svllchronrnotors wird aus dem 'Wechselstromrtetz i gespeist. Um ihm beim
Anlassen eine verringerte Spannung zuzuführen, ist ein Schütz q. vorgesehen, welches
im erregten Zustand den Anker an die Sekundärklemmen eines Transformators 5 und
dessen Primärklemmen an den Speisestromkreis i anschließt. Um dem Anker nach erfolgtem
Alllauf volle Spannung aufzudrücken, ist das Schütz 6 vorgesehen, welches die Ankerwicklung
unmittelbar mit dem Speisestromkreis i verbindet. Die rotierende Feldnragnetwicklung
des Motors :2 ist l:ei abgeschaltetem Motorgenerator über die Schleifringe und die
Kontakte 8 eines Schützes q mit einem Entladungswiderstand 7 verbunden. Die Feldwicklung
des Motors wird bei Erregung der Spule io eines Schützes 9 an eine geeignete Gleichstromquelle
angeschlossen, z. B. an den Generator 3. Der Synchronmotor gehört zu dein bekannten
selbstanlaufenden Typ, welcher bei angeschaltetem Anker und urierregtem Feld als
Asynchronrnotor anläuft. Ein solcher Motor kann bekanntlich unter normalen Bedingungen
am besten in folgender Weise angelassen und auf Synchrorl,isrnus gebracht werden:
Zunächst wird all den Anker ein ausreichender, aber nicht zu großer Bruchteil der
Speisespannung angelegt und hierdurch ermöglicht, daß .die Maschine sieh beschleunigt
und auf volle Geschwindigkeit kommt. Darin wird die Feldwicklung an die Erregerstronlquelle
angeschlossen und, sowie das Feld eine bestimmte Stärke erreicht hat, die vorzugsweise
zwischen 1/_ und 213 der erndgültigerl Feldstromstärke liegt, wird dein Anker die
volle Spannung zugeführt, worauf man die Felderregung auf den normalen Wert steigen
läßt. In dieser Weise wird gewöhnlich bei Handsteuerung verfahren.
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Der Gleichstromgenerator 3 des Motorgenerators besitzt eine Nebenschlußfeldw.icklung
i i, und in Reihe mit dieser liegt ein Widerstand 12. Der Anker des Generators kann
durch irgendeine Schaltvorrichtung, wie z. B. das Schütz 14, mit dein Gleichstromverbrauchskreis
13 verbunden werden. Ein Te'1 des Widerstandes 12 kann durch einen Stromkreis kurzgeschlossen
werden, welcher die Kontakte 15 eines Spannungsrelais io@, dessen Spule 17 in Nel#enschluß
zu den Klenrnien des Gleichstranrgenerators geschaltet ist und die Kontakte 18 eines
Schützes c) enthält, die bei urierregter Spule io des Schütze: geschlossen sind.
Das Spannungsrelais 16 ist so entworfen, daß es seine Kontakte 15 erst öffnet, wenn
die Spannung des Generators 3 oberhalb eines bestimmten Wertes gestiegen ist. Hierdurch
wird gewährleistet, daß sich das Feld des Generators während des Anlaufs des Motorgenerators
genügend schnell ausbildet. Die Abzweigung an dem Widerstand 12 ist so eingestellt,
rlaß ein genügetr1er Teil des Widerstandes kurzgeschlossen wird, uni die Ausbildung
der Generatorspamrung zu ixschleunigen, Lis sie einen bestimmten Prozentsatz,ihres
normalen Wertes erreicht hat. Dann tritt (las Relais 16 in Tätigkeit und schaltet
den gesamten Widerstand 12 in den Kreis der Neben schlußwicklung 11 ein, hierdurch
verhütend, daß die Generatorspannung ihren normalen Wert überschreitet.
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Zum Anlassen und Abstellen des Motorgenerators unter normalen Bedingungen
dient der Handschalter 20, welcher beim Schließen denAnlauf 1u1#1 1 eins Üffnen
die Abstellung des Satzes bewirkt. Beim Schließen des Schalters wird d;ie Spule
21 eines Meisterrelais 22 in den Steuerkreis 23 eingeschaltet, welcher aus irgendeiner
Stromquelle gespeist wird, z. B. aus (lern Wechselstromnetz i. Der Erregerkreis
der Spule 21 enthält auch die Kontakte: 24 eines Spannungsrelais 25, dessen Spule
21) parallel zu den Klemmen des Gleichstromgenerators3 geschaltet ist. In dieseln
Erregerkreis liegen ferner auch die Kontakte der Schutzvorrichtungen, welche l ei
automatischen Unterstationen gewöhnlich vorgesehe:r werden, tun zu Lew,irken, rlaß
das Relais 22 nicht in Tätigkeit treten kann, außer wenn die gesamte Einrichtung
in betriebsfähigem Zustand ist. Diese Schutzvorrichtungen sind in der Zeichnung
zu deren Vereinfachung fortgelassen, da sie keinen wesentlichen Teil der Erfindung
bilden. Doch sind Kontakte 2; und 28 eingezeichnet, um anzuzeigen, wo die Kontakte
dieser Schutzvorrichtungen am besten angeordnet werden. Die Schutzvorrichtung 28
soll so entworfen sein, daß sie nur einen kleineren Strom als die Schutzvorrichtung
27 zu führen vermag.
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Das Relais 25 ist so eingestellt, daß es seine Kontakte 2,4 öffnet
und seine Kontakte 29 schließt, wenn die Spannung des Generators 3, die eine Funktion
seiner Geschwindigkeit ist, sich bis zu einem bestimmten Wert ausgebildet hat, welcher
oberhalb des zur Auslösung des Spannungsrelais 16 erforderlichen Wertes liegt. Vorzugsweise
ist das Relais 25
so eingestellt, daß es seine Kontakte 24 erst
öffnet, nachdem der Motor 2 die synchrone Geschwindigkeit erreicht hat. Durch die
Öffnung der Kontakte 24 des Relais 25 wird die Spule 2r des Meisterrelais 22, wenn
sie erregt «-ar, nicht aberregt, da durch die Hilfskontakte 3o des Meisterrelais
22, welche hei Erregung der Spule 21 geschlossen werden, ein Nebenschluß zu den
Kontakten 24 hergestellt wird. Durch die Schließung der Kontakte 29 des Relais 25
wird die Spule to des Schützesq an den Steuerkreis23angeschlossen, so daß die Feldwicklung
des Synchronmotors an die Klemmen des Generators 3 angeschlossen ist.
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Eine andere Aufgabe des Relais 25 I-esteht darin, die unmittelbare
Wiederschließung des Meisterrelais 22 zu verhüten, nachdem dieses aus irgendeiner
Ursache geöffnet worden ist, z. B. wenn die Wechselströmspeisespannung stark gesunken
und dann wieder auf dien normalen Wert gestiegen ,ist. Wenn dlie Spule 21 des Meisterrelais
22 aus irgendeiner Ursache genügend aberregt worden ist, so daß dieses seine Kontakte
öffnet, dann kann sie nicht wieder erregt werden, als bis die Geschwindigkeit des
Motorgeneratorsatzes auf einen solchen unternormalen Wert gesunken ist, daß die
Generatorspannung genügend niedrig ist, um zu gestatten"daß das Relais 25 seine
Kontakte 24 schließt. Daher vollziehen sich, wenn -die Meisterrelaisspule 2z durch
Schließung der Kontakte 24 wieder' erregt «-orden ist, die Vorgänge für das Wiederanlasser
in richtiger Weise. Vorzugsweise ist die Einrichtung so getroffen, daß der Punkt,
l:ei welchem das Relais 25 abfällt, viel tiefer liegt als derjenige, tei welchem
es anspringt, so -daß die Reihenfolge der Schaftvorgänge für das Wiederanlasser
nicht eingeleitet wird, bevor nicht die Geschwindigkeit des Satzes unterhalb eines
bestimmten, unternormalen Wertes gesunken ist.
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Durch die Schließung der Hauptkontakte 32 des 3vIcisterrelais 22 wird
die Spule 33 des Schützes .4 finit dein Steuerkreis a3 verbunden. Der Stromkreis
der Spule 33 enthält auch -die Kontakte 35 eines Relais 36 und die Verriegelungskontakte
34 des Schützes 6 und kann auch die obererwähnten Kontakte 27 einer Schutzvorrichtung
enthalten. Die Verriegelungskontakte 34 sind geschlossen, wenn die Spule 4o :des
Schützes 6 aberregt ist. Daher kann das Schütz 4 nur bei= geöffnetem Schütz 6 geschlossen
werden.
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Das Relais 36 besitzt eine Spule 37, die bei geschlossenem Schütz
9 in Reihe mit der Feldwicklung des Motors 2 liegt. Das Relais 36 ist so entworfen,
daß es nur bei vorausbestimmtem Wert,des Gleichstromes in Tätigkeit tritt, und zwar
vorzugsweise bei einem unterhalb des normalen liegenden Werte. Wenn daher der Gleichstrom
in der Motorfeldwicklung den voraushestimnmtenWert erreicht, dann öffnet das Relais
36 seine Kontakte 35 und schließt seine Kontakte 38. Durch die Öffnung :der Kontakte
35 wird die Spule 33 des Schützes 4. al:erregt und hierdurch die niedrige Anlaßspannung
von der Ankerwicklung des Motors 2 abgeschaltet: Sowie das Schütz 4 sich öffnet
und seine Kontakte 39 schließt, wird die Spule 4o des Schützes 6 in den Steuerkreis
23 eingeschaltet. Der Stromkreis der Spule 4o kann auch die Kontakte 27 der obererwähnten
Schutzvorrichtung enthalten und enthält ferner die Hauptkontakte 32 des Meisterrelais
22 und die Kontakte 38 des Relais 36. Wegen der im Stromkreis der Spule 40 liegenden
Kontakte 39 des Schützes 4 kann das Schütz 6 erst geschlossen werden, wenn das Schütz
4 geöffnet worden ist. Durch die Schließung des Schützes 6 wird die Ankerwicklung
.des Synchronmotors unmittelbar an den Wechselstromspeisekreis r angeschlossen,
so daß ihr .die volle Spannung aufgedrückt wird.
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Der Stromkreis der Spule 43 des die Verbindung zwischen dem Generator
3 und dein Belastungskreis 13 überwachenden Schützes 14 kann über die Kontakte .44.
eines Gleichstrom-Spannungsattsgleichsrelais 45, Kontakte 46 des Meisterrielais
22, Kontakte 47 eines polarisierten Relais 48 und Kontakte 49 des Schützes 6 an
die Klemmen des Generators 3 angeschlossen werden.
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Das Gleichstrom-Spannungsausgleichsrelais 45 ist ein Differentialrelais
mit zwei einander entgegenwirkenden Spulen 5o und 51. Die Spule 5o ist an den Belastungskreis
13 angeschlossen, die Spule St über die bei nicht erregter Spule 43 beschlossenen
Hilfskontakte 52 des Schützes 14 an die Klemmen des Generators 3. Wenn die Spannung
des Generators diejenige des Belastungskreises 13 um einen bestimmten Betrag überwiegt,
dann schließt das Relais '45 seine Kontakte 44. Um die Spule 43 des Schützes 14
nach Unterbrechung seiner Kontakte 52 erregt zu halten, sind an dein Schütz noch
die Selbstspeisekontakte 55 vorgesehen, weiche bei erregter Spule 43 einen NeLenschluß
zu den Kontakten 4-4 herstellt.
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Die Kontakte 46 des Meisterrelais 22 sind geschlossen, wenn seine
Spule 21 erregot ist. Die Spule 54 des polarisierten Relais 48 ist parallel zu den
Klemmen des Generators 3 geschaltet; und zwar in solchem Sinne und so Leinessen,
daß das Relais seine Kontakte 47 nur dann schließt, wenn die Gleichstromspannung
des Generators einen bestimmten Wert erreicht und einen bestimmten Sinn hat. Dieses
Relais verhütet also die Erregong
der Spule 43, wenn die Ceneratorspannung
sich im falschen Sinne ausbildet.
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Die Kontakte 49 des Schützes 6 werden bei Erregung seiner Spule d0
geschlossen.. Der Generator 3 kann also an den Belastungskreis 13- mir dann
angeschlossen werden, wenn das Meisterrelais 22 erregt ist, das Laufschütz 6 geschlossen
ist und die Generatorspannung den richtigen Sinn hat und einen bestimmten Wert überschreitet.
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Der Generator 3 kann in üblicher Weise finit Schutzvorrichtungen gegen
Kurzschluß und Überlastung ausgerüstet sein.
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Eine Ausrüstung der beschrieLenen Art soll vorzugsweise so geschützt
sein, daß, wenn einer in der Reihenfolge der Schaltvorgänge versagt und die Maschinen
in einer die Sicherheit gefährdenden Weise weiterlaufen oder erregt bleiben, diese
Fehler selbsttätig aufgedeckt und alle erforderlichen Starkstromkreise zum Schutze
der Maschinen gegen Beschädigungen geöffnet werden. Bei der beschriebenen Ausrüstung
bestehen die einzig möglichen ernsten Gefahrfälle entweder darin, daß sich das Motorfeld
nicht aufraut, in welchem Falle die Schließung des Schützes 6 verhindert wird, oder
daß das Schütz q. beim öffnen versagt, obgleich das Fell des Motors sich in richtiger
Weise ausgebildet hat. In jedem dieser beiden Fälle läuft der Motor :2 weiter und
bleibt an den Anlaßtransforinator 5 angeschlossen.
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Diesem Zweck können verschiedene bekannte Schutzeinrichtungen dienen.
Ein l:esonders geeignetes Mittel besteht in einen, auf Temperaturerhöhung aiisprechendeti
Relais, welches einen der Kontakte 27 oder 28 betätigt, die dann von Hand wieder
eingelegt werden müssen. Dieses Relais ist dein Einfluß der Erwärmung des Transformators
5 unterworfen, vorzugsweise durch Berührung mit dessen Spulen oder Eisenkern. Bleibt
der Motor 2 unzulässig lange an den Transformator angeschlossen, dann bringt dessen
Erwärmung das temperaturempfindliche Reiais zum Ansprechen, wodurch die Spule 21
das Meisterrelais 22 al:er regt und der ganze Satz in der ini nachfolgenden beschriel-.enen
Weise abgestellt wird.
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Die Wirkungsweise der dargestellten Ausrüstung ist folgende: Wenn
der Motorgenerator abgestellt und alle -Apparate in l:etrie:;sfähigein Zustand sind,
dann l:efinden sich diese in dein in (leg Zeichnung dargestellten Schaltzustand.
Uni den Motorgenerator in Gang zu setzen, wird (leg Schalter 2o geschlossen und
liier(itircli die Spule 21 des lleistrrrelttis 22 erregt. Die t-I:itiptkoitaktc
Ales letzteren schließen sich tind schalten die Sptile 33 Scliiitzes 4 ein. %vo.lurcli
der Ankerwicklung des Syncbronniotors 2 eine Teilspannung aufgedrückt wird. Der
Motor läuft dann als Induktionsmotor an, und mit wachsender Geschwindigkeit baut
sich die Spannung des Generators 3 auf. Wenn diese einen vorausbestimmten Wert erreicht
hat, tritt das Spannungsrelais 16 in Tätigkeit und hebt den Kurzschluß auf einen
Teil des Widerstandes 12 auf, so (Saß sich dann die Generatorspannung nicht zu schnell
ausbildet und nicht über ihren normalen Wert anwächst. Wenn der Motor auf svnclirone
Geschwindigkeit gekommen und die Generatorspannung auf einen vorausbestimmten Wert
gestiegen 'ist, spricht das Spannungsrelais 25 an, öffnet seine Kontakte 2d. und
schließt seine Kontakte29. Durch die Öffnung der Kontakte 2d. wird die Spule 2i
des Meisterrelais 22 nicht aberregt, da dessen Selbstspeisekontakte 30 vorher
geschlossen worden sind. Durch die Schließung der Kontakte 29 des Relais 25 wird
die Spule io des Schützes 9 erregt und die Feldwicklung des Motors an den Generator
3 angeschlossen. Wenn der Gleichstrom in der Feldwicklung bis zu einem bestimmten
Wert angewachsen ist, tritt das Relais 36 in Tätigkeit, öffnet seine Kontakte 35
und schließt seine Kontakte 38. Durch die Öffnung der Kontakte 35 wird die Spule
33 des Schützes d. aberregt und dadurch die Teilspannung von der Ankerwickhing des
Motors abgeschaltet. Sowie hierbei die Verriegelungskontakte 39 des Schützes q.
geschlossen werden, wird der Stromkreis für die Spule d.o des Schützes 6 wieder
vervollständigt, welcher üLer die Kontakte 27 der Schutzvorrichtung, die Hauptkontakte
32 des Meisterrelais 22 und die Kontakte 38 des Relais 36 führt. Das Schütz 6 wird
geschlossen und dadurch die Ankerwicklung des Motors 2 an die volle Spannung des
Speisestromkreises i gelegt.
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Bekanntlich kann bei einem Synchrotnnotor der plötzliche Übergang
von Teilspannung auf volle Spannung im Feldkreis vorübergehende Störungen verursachen.
Der Feldstrom kann hierdurch für einen Bruchteil einer Sekunde l;is auf Null verringert
werden. Da nun bei dein heschriehenen selbsttätigen Anlaßverfahren einer der Teilschritte
auf dein Ansprechen des Relais 36 auf das Anwachsen des Motorfeldstromes herulit,
so hat die obenerwähnte voriil:ergehende SK@rung das Bestreben, die Kontinuität
der Schaltvorgänge zu unterbrechen. Urin diese Schwierigkeit in einfachster Weise
zu ül;erwinden, soll das Relais 36 vorzugsweise in bekannter Weise so gebaut sein,
daß e; bei der Aberregung nur mit V erzdgerung abfällt, so daß (las Relais seihe
Kontakte während einer vorül.ei-gelien@ie!i Stört;n- (fier 1 eschriel-enen Arttsdii@@;:rii
hält. Zu dicsein Zwecke kann ein Leiter von
niedrigem Widerstand
dienen, welcher durch Induktion Änderungen des magnetischen Kraftflusses des Relais
verzögert.
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Sowie die Spannung des Gleichstromgenerator s 3 die Spannung des Belastungskreises
13 um einen bestimmten Betrag überwiegt, schließt das Gleichstrom-Spannungsausgleichsrelais
45 seine Kontakte 44. Ist ferner die Polarität des Generators richtig, so schließt
das polarisierte Relais 48 seine Kontakte 47, sowie die Generatorspannung einen
vorausbestimmten Wert übersteigt. Es wird daher, wenn die Generatorspannung oberhalb
des vorausbestimmten Wertes liegt und die richtige Polarität besitzt sowie das Schütz
6 seine Kontakte 49 schließt, der Stromkreis für die Spule 43 des Schützes 14 vervollständigt.
Durch die Schließung der Selbstspeisekontakte 55 des Schützes 14 wird ein Festhaltestromkreis
für die Spule 43 unabhängig von den Kontakten 44 des Relais 45 geschlossen, so @daß
die Spule 43 nicht aberregt wird, wenn das Relais 45 infolge der Unterbrechung des
Stromkreises der Spule 51 an den Kontakten 52 seine Kontakte 44 öffnet.
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Der Motorgenerator ist nun im Betrieb, und der Generator 3 übernimmt
einen Teil der Belastung des Kreises 13.
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Um den Motorgenerator unter normalen Verhältnissen abzustellen, wird,der
Schalter 2o geöffnet, wodurch das Meisterrelais 22 abfällt und seine Kontakte 30,
32 und 46 unterbricht. Infolge der Unterbrechung des Hauptkontaktes 32 wird die
Spule 40 des Satzes wieder aberregt, diese öffnet sich und unterbricht die Verbindung
des 2-Iotors mit dem Speisestromkreis 1. Infolge der Öffnung der Kontakte 46 wird
die Spule 43 des Schützes 14 aLerregt, so daß der Generator 3 vorn Belastungskreis
13 abgeschaltet wird. Sowie die Geschwindigkeit des Motorgenerators unterhalb eines
vorausbestimmten, unternormalen Wertes gesunken -ist, öffnet das Spannungsrelais
25 seine Kontakte 29, wodurch die Spule 1o des Schützes q aberregt wird, und schließt
seine Kontakte 24. Durch das Abfallen des Schützes 9 wird die Verbindung zwischen
der Feldwicklung des Motors und dem Generator 3 unterbrochen und der Widerstand
7 an die Feldklemmen angeschlossen. Ferner wird durch das Abfallen des Schützes
9 auch die Spule 37 des Relais 36 aberregt, so daß dieses seine unteren Kontakte
35 schließt. Wenn die Geschwindigkeit des Satzes noch weiter gesunken ist, schließt
das Relais 16 seine Kontakte 15, wodurch ein Teil des Widerstandes 12 kurzgeschlossen
wird. Der Motorgenerator ist nun vollständig abgeschaltet.
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Die Abschaltung des Motorgenerators kann auch durch eine der Schutzvorrichtungen
mit den Kontakten 27 bzw. 28 im Stromkreis der Spule 21 des Meisterrelais 22 herbeigeführt
werden. Von dem Augenblick der Unterbrechung des Kreises dieser Spule an verlaufen
die einzelnen Vorgänge wie im früheren Falle der Abstellung von Hand. Wenn
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doch der abnormale Zustand, der die Abstellung herbeiführt, vorübergehender
Natur ist, dann sind die Vorgänge zwar wieder dieselLen, sowie aber die Geschwindigkeit
des Satzes genügend gesunken ist, um das Spannungsrelais 25 zu' veranlassen, daß
es seine Kontakte 24 schließt, wird das Meisterrelais 22 wieder erregt, und es tritt
daher selbsttätig ein erneutes Anlassen ein.
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ZVenn der Feldstrom des Motors nach erfolgtem Anlassen ausbleibt,
wird das Relais 36 aberregt und öffnet seine Kontakte 38, so daß das Schütz 6 abfällt
und seine Kontakte 35 schließt, worauf das Schütz 4 geschlossen wird. Wenn das Schütz
4 während einer bestimmten Zeitdauer geschlossen geblieben ist, dann spricht das
mit dem Transformator 5 verbundene temperaturempfindliche Relais an und unterbricht
den Stromkreis der Spule 2,1 des Meisterrelais 22, so daß der Satz in der oben beschriebenen
Weise abgestellt wird. Das Relais 36 hat daher nicht nur die AufgaLe, den Anschluß
der Ankerwicklung des Motors an Teilspannung und volle Spannung während des Anlasseis
zu überwachen, sondern auch die, die Abstellung des Satzes im Falle des Ausbleibens
des Feldstromes des Mbtors nach erfolgtem - Anlassen herbeizuführen.