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Anlaßrelais für Einphasen-Induktionsmotoren Einphasenmotoren mit Hilfsphase
werden beim Anlauf mit Anlaufshilfsgeräten gesteuert. Diese bewirken, daß die Hilfsphase,
wenn der Motor seinen Kippunkt überschritten hat, wieder ausgeschaltet wird. Als
Anlaßhilfsgeräte sind Fliehkraftschalter, statische Anlaßrelais, dynamische Anlaßrelais
und thermische Anlaßrelais bekannt. Außer diesen Anlaßrelais besitzen die Motoren
im allgemeinen einen Überlastschutz, der den Motor ausschaltet, wenn die Wicklungen
einen zu großen Strom aufnehmen und die dadurch entstehende Hitze zur ganzen oder
teilweisen Zerstörung der Wicklungen führen kann. Ein solcher Überlastschutz ist
meistens mit dem Anlaßrelais zu einer Baueinheit zusammengefaßt.
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In den bekannten Überlastschutzeinrichtungen befindet sich vielfach
ein Thermobirnetall, das bei einer durch einen bestimmten Strom hervorgerufenen
Erwärmung eine Auslenkung erfährt und dadurch die Abschaltung des Motors vom Netz
bewirkt. Nun muß aber der Überlastschutz der jeweiligen Charakteristik des Motors
angepaßt sein. Da die Charakteristiken verschiedener Motoren mitunter stark voneinander
abweichen, ergeben sich bei der Anpassung Schwierigkeiten, die mit den bisher bekannten
Mitteln nicht ohne weiteres überwunden werden können.
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Für das Ansprechen des Überlastschutzes sind verschiedene Forderungen
aufgestellt, die in Prüfversuchen erfüllt werden müssen. Der sogenannten Stundenprüfung
geht der Erwärmungsversuch voraus. Wenn der Motor die Endtemperatur des Erwärmungsversuches
(max. 70° C) erreicht hat, wird er mit 1,2fachem Nennstrom belastet. Der Überlastschutz
muß dann innerhalb einer Stunde ansprechen. Im Falle eines Kurzschlusses darf die
Temperatur in der Wicklung 120° C nicht überschreiten. Weiterhin wird gefordert,
daß der Überlastschutz innerhalb von-2 Minuten ansprechen muß, wenn der Prüfstrom
das Doppelte des Stromes der Erwärmungsprüfung beträgt. Der Strom der Erwärmungsprüfung
tritt auf, wenn das Gerät mit der ungünstigsten Spannung zwischen 0,9- und l,lfacher
Nennspannung betrieben wird.
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Beim Überlastschutz wird im allgemeinen der Strom direkt oder indirekt
als Maß für die Überwachung verwendet. Zur Anpassung des Überlastschutzes an die
Motoren hat man die Möglichkeit, während des Anlaufes den Summenstrom der Haupt-
und Hilfsphase über das Bimetall (direkte Heizung) oder über einen Heizdraht (indirekte
Heizung) zu leiten. Weiterhin kann sowohl eine direkte als auch eine indirekte Heizung
vorgesehen sein, indem der Summenstrom nacheinander das Bimetall und den Heizdraht
durchfließt. Außerdem ist eine Stromaufspaltung möglich, so daß beispielsweise der
Summenstrom das Bimetall und nur der Hauptphasenstrom den Heizleiter durchfließt.
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Die Möglichkeiten reichen jedoch nicht aus, wenn das Verhältnis von
Hauptphasenkurzschlußstrom zu Nennstrom sehr groß oder sehr klein wird. So ist beispielsweise;
wenn das Verhältnis größer als 5 ist, die Heizleistung im Kurzschluß zu groß, während
im Falle, wenn das Verhältnis kleiner als 2 ist, die Heizleistung während der Stundenprüfung
zu klein ist.
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Es sind zwar schon Einphasen-Imduktionsmotoren bekannt, bei denen
eine Beeinflussung eines thermischen Überlastschutzes durch eine Zusatzheizung erfolgt,
jedoch hat diese Zusatzheizung bei der bekannten Anordnung, die parallel zum Motor
und zum Überlastschutz geschaltet ist, nur den Zweck, die Abkühlzeit des Überlastschutzes
zu vergrößern und damit die Wiedereinschaltung des Motors zu verzögern. Die zusätzliche
Heizung ist nämlich so geschaltet, daß sie beim Ansprechen des Überlastschutzes
eingeschaltet wird und den Überlastschutz schwach weiterbeheizt.
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Bei der Erfindung, die ein Anlaßrelais für Einphasen-Induktionsmotoren
in Verbindung mit einem vom Hauptphasenstrom beheizten thermischen Überlastschutz
betrifft, ist der Gedanke; eine Zusatzheizung für den thermischen Überlastschutz
vorzusehen, aufgegriffen worden. Die Erfindung bezweckt, das Relais so auszugestalten,
daß es sowohl für Motoren mit großem als auch für solche mit kleinem Verhältnis
von Kurzschlußstrom zu Nennstrom anwendbar ist. Erfindungsgemäß wird die in Reihe
mit dem thermischen Überlastschutz geschaltete Zusatzheizung durch die Relaiskontakte
gesteuert, und die Relaiskontakte sind so einstellbar, daß die Zusatzheizung während
des
Anlaufvorganges des Motors wahlweise überbrückt oder eingeschaltet ist. Bei Verwendung
in Motoren mit großem Verhältnis von Hauptphasenkurzschlußstrom zu Nennstrom sind
die Relaiskontakte so eingestellt, daß die Zusatzheizung während des Anlaufvorganges
überbrückt ist und erst nach Erreichen der Nenndrehzahl des Motors eingeschaltet
wird. Bei Verwendung in Motoren mit kleinem Verhältnis von Hauptphasenschlußstrom
zu Nennstrom sind die Relaiskontakte so eingestellt, daß die Zusatzheizung während
des Anlaufvorganges eingeschaltet und erst nach- Erreichen der Nenndrehzahl des
Motors überbrückt ist.
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In der Zeichnung sind Schaltpläne dargestellt, die die erfindungsgemäße
Steuerung der Zusatzheizung zeigen.
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Fig. 1 zeigt eine Schaltung für Motoren, bei denen das Verhältnis
Hauptphasenkurzschlußstrom zu Nennstrom
groß ist, und Fig. 2 gibt die Schaltung für Motoren, bei denen entsprechende Teile
mit den gleichen Bezugszeichen
klein ist, wieder. In den Figuren sind einander versehen.
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In den Figuren sind mit 1 und 2 die Anschlüsse an das Stromnetz bezeichnet.
Der Anschluß 1 ist zu dem Verbindungspunkt 3 der Hauptphasenwicklung 4 mit der Hilfsphasenwicklung
5 geführt. An das andere Ende der Hauptphasenwicklung ist ein Relais 6, das als
statisches, dynamisches und thermisches Relais ausgeführt sein kann, angeschlossen.
Am anderen Ende der Spule des Relais 6 liegt ein Heizwiderstand 7, An den Anschluß
2 ist der beispielsweise als Bimetallschalter aufgeführte Überlastschutz angeschlossen,
der in der Schaltung durch das Bimetall 8 und den Kontakt 9 dargestellt ist. Die
Verbindung von dem Schalter 9 zum Heizwiderstand 7 und Relais 6 sowie zum zweiten
Ende der Hilfsphase 5 ist bei den Ausführungsbeispielen verschieden und wird bei
der Beschreibung der Wirkungsweise im einzelnen erläutert.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Heizwiderstand 7 mit
dem Schaltkontakt 9 des Überlastschutzes verbunden. Parallel zu dem Heizwiderstand
7 liegt ein Arbeitskontakt 10 des Relais 6. Der Hauptkontakt 11 des Relais
6 ist mit dem zweiten Ende der Hilfsphase 5 und mit dem Kontakt 9 des Überlastschutzes
verbunden. Die Relaiskontakte sind im spannungslosen Zustand der Relais dargestellt.
Wird der Motor mit der Hauptphase 4 und der Hilfsphase 5 eingeschaltet, so fließt
zunächst der Hauptphasenkurzschlußstrom, und das Relais 6 zieht an. Die Hilfsphasenwicklung
5 wird durch den Kontakt 11 eingeschaltet, und der Motor läuft hoch. Gleichzeitig
mit dem Einschalten der Hilfsphase wird der Heizwiderstand 7 durch den Hilfskontakt
10 überbrückt. Während des Anlaßvorganges wird das Bimetall 8 von dem Summenstrom
der Hauptphase und Hilfsphase durchflossen. Dieser Strom genügt, im Falle eines
Kurzschlusses den Überlastschutz genügend schnell auszulösen. Nach Beendigung des
Anlaßvorganges fällt das Relais 6 ab und schaltet die Kontakte 10 und
11 aus. Die Hilfsphase 5 ist dabei vom Netz getrennt, und der Hauptphasenstrom
durchfließt nun den Heizwiderstand 7 zur indirekten Rufheizung des Bimetalls B.
Diese zusätzliche Heizung ist erforderlich, da das Bimetallrelais ja auch in Fällen
auslösen soll, in denen der Hauptphasenstrom zwar den Nennstrom übersteigt, aber
bedeutend geringer als der Kurzschlußstrom ist. Wie bereits erwähnt, treten Fälle
auf, in denen
kleiner als 2 ist. Auch bei solchen Motoren müssen die eingangs erwähnten Forderungen
in bezug auf Kurzschluß- und Stundenprüfung erfüllt werden. Das Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2 zeigt eine Anordnung für solche Motoren. Hierbei ist der Heizwiderstand
wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.l geschaltet. Die Kurzschließung erfolgt
allerdings durch einen Umschalter 15, der in seiner anderen Schaltstellung
die Hilfsphase an Spannung legt. Der Umschalter 15 nimmt die Stellung 17 ein, wenn
das Relais 6 angesprochen hat. Das ist unmittelbar nach dem Einschalten des Motors
der Fall, wenn das Relais 6 vom Hauptphasenkurzschlußstrom durchflossen wird. Bei
dieser Anordnung wird also die Überbrückung des Heizwiderstandes 7 geöffnet und
die Hilfsphase 5 eingeschaltet, wenn das Relais anspricht.
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Die bekannten Überlastschutzschalter lassen sich sämtlich mit derartigen
Umschaltern ausrüsten. Dazu ist lediglich erforderlich, daß an sich bekannte und
vorhandene Anlaßrelais mit einem zusätzlichen Arbeitshilfskontakt oder statt des
normalen Arbeitskontaktes mit einem Umschaltekontakt versehen werden. Dabei spielt
es keine Rolle, ob als Anlaßorgane magnetische Relais (statisch und dynamisch),
Fliehkraftschalter oder thermische Anlaßrelais verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße Relais ist also besonders vorteilhaft, weil es
die erwähnten Schwierigkeiten in einfacher Weise vermeidet. Es kann in derselben
Anordnung sowohl für Motoren mit großem als auch für solche mit kleinem Verhältnis
von Hauptphasenkurzschlußstrom zu Nennstrom verwendet werden. Durch die Erfindung
wird erreicht, daß durch die Verwendung des Anlaßrelais in Motoren mit großem Kurzschlußstrom
durch die im Normalbetrieb eingeschaltete Zusatzheizung eine ausreichende Sicherung
bei länger anhaltenden geringen Überströmen vorhanden ist. Beim Anlauf ist der hohe
Kurzschlußstrom hinreichend, den thermischen Auslöser auch bei nur direkter Beheizung,
d.h. ohne Zusatzheizung, im Falle einer Blockierung des Motors zum Ansprechen zu
bringen. Andererseits ist bei Verwendung bei Motoren mit kleinem Kurzschlußstrom
der Motor durch die während des Anlaufvorganges eingeschalteten Zusatzheizung auch
genügend vor Überlastung geschützt. Die Zusatzheizung beim Anlaufvorgang bewirkt
nämlich, daß auch bei blockiertem Motor der verhältnismäßig geringe Kurzschlußstrom
eine rechtzeitige Auslösung des Überlastschutzes hervorruft. Im normalen Betrieb
ist die direkte Beheizung des Überlastschutzes ausreichend, den Motor bei länger
anhaltenden Überströmen abzuschalten. So ist man also bei Verwendung des erfindungsgemäßen
Relais in der Lage, alle gebräuchlichen Einphasen-Induktionsmotoren sowohl im Anlauf
als auch während des Dauerbetriebes in wirksamer Weise zu schützen.