Was ist ein Induktionsbecherrelais?

Was ist ein Induktionsbecherrelais?

Induktionsbecherrelais

Dieses Relais ist eine Version des Induktionsplattenrelais. Induktionsbecherrelais funktionieren nach dem gleichen Prinzip wie Induktionsplattenrelais. Der grundlegende Aufbau dieses Relais ähnelt einem Vier- oder Acht-Polen-Induktionsmotor. Die Anzahl der Pole im Schutzrelais hängt von der benötigten Anzahl der Wicklungen ab. Die Abbildung zeigt ein Vier-Polen-Induktionsbecherrelais.

Wenn die Platte eines Induktionsrelais durch einen Aluminiumbecher ersetzt wird, wird die Trägheit des rotierenden Systems erheblich reduziert. Diese geringere mechanische Trägheit ermöglicht es, dass das Induktionsbecherrelais viel schneller als das Induktionsplattenrelais arbeitet. Darüber hinaus ist das projizierte Polsystem so konstruiert, dass es den maximalen Drehmoment pro VA-Eingang liefert.

In der Vierpolanordnung, die in unserem Beispiel gezeigt wird, erscheint der Wirbelstrom, der durch ein Paar Pole im Becher erzeugt wird, direkt unter dem anderen Paar von Polen. Dies führt dazu, dass das Drehmoment pro VA dieses Relais etwa dreimal so hoch ist wie das eines Induktionsplattenrelais mit einem C-förmigen Elektromagneten. Wenn die magnetische Sättigung der Pole durch die Konstruktion vermieden werden kann, können die Arbeitscharakteristika des Relais für einen weiten Betriebsbereich linear und präzise gestaltet werden.

Arbeitsprinzip des Induktionsbecherrelais

Wie bereits erwähnt, ist das Arbeitsprinzip des Induktionsbecherrelais das gleiche wie das des Induktionsmotors. Ein rotierendes Magnetfeld wird durch verschiedene Paare von Feldpolen erzeugt. Bei der Vierpolanordnung werden beide Paare von Polen von derselben Sekundärseite eines Stromtransformators versorgt, aber die Phasendifferenz zwischen den Strömen der beiden Polepaare beträgt 90 Grad; Dies wird erreicht, indem ein Induktor in Reihe mit der Spule eines Polenpaars eingeschaltet wird und ein Widerstand in Reihe mit der Spule des anderen Polenpaars eingeschaltet wird.

Das rotierende Magnetfeld induziert einen Strom im Aluminiumbecher. Gemäß dem Arbeitsprinzip des Induktionsmotors beginnt der Becher, in Richtung des rotierenden Magnetfelds zu rotieren, mit einer Geschwindigkeit, die leicht geringer ist als die Geschwindigkeit des rotierenden Magnetfelds. 

Der Aluminiumbecher ist an einer Haarfeder angebracht: In Normalbedingungen ist das Rückstellmoment der Feder höher als das Abbiegemoment des Bechers. Es gibt daher keine Bewegung des Bechers. Bei Störungen im System ist der Strom durch die Spule jedoch sehr hoch, sodass das Abbiegemoment im Becher viel höher ist als das Rückstellmoment der Feder, wodurch der Becher als Rotor eines Induktionsmotors beginnt zu rotieren. Die Kontakte, die an der Bewegung des Bechers befestigt sind, schalten bei einer bestimmten Winkelrotation.

Aufbau des Induktionsbecherrelais

Das magnetische System des Relais wird aus kreisförmig geschnittenen Stahlblechen gebaut. Die magnetischen Pole werden auf den inneren Kanten dieser gelagerten Bleche projiziert. Die Feldspulen sind um diese gelagerten Pole gewickelt. Die Feldspulen zweier sich gegenüberstehender Pole sind in Reihe geschaltet.

Der Aluminiumbecher oder Trommel, montiert auf einem gelagerten Eisenkern, wird von einer Welle getragen, deren Enden in Juwelenbechern oder Lagern sitzen. Das gelagerte magnetische Feld wird innerhalb des Bechers oder der Trommel bereitgestellt, um das durch den Becher schneidende magnetische Feld zu verstärken.

Induktionsbecher-Richtungs- oder Leistungsrelais

Induktionsbecherrelais eignen sich sehr gut für Richtungs- oder Phasenvergleicheinheiten. Sie liefern ein stetes, nicht schwingendes Drehmoment und haben minimale parasitäre Drehmomente aufgrund von Strom oder Spannung allein.

Bei Induktionsbecher-Richtungs- oder Leistungsrelais sind die Spulen eines Polenpaars über die Spannungsquelle verbunden, und die Spulen des anderen Polenpaars sind mit der Stromquelle des Systems verbunden. Daher ist der Fluss, der durch ein Paar von Polen erzeugt wird, proportional zur Spannung, und der Fluss, der durch das andere Paar von Polen erzeugt wird, ist proportional zum elektrischen Strom.

Das Vektordiagramm dieses Relais kann wie folgt dargestellt werden,

Hier, im Vektordiagramm, beträgt der Winkel zwischen Systemspannung V und Strom I θ. Der durch den Strom I erzeugte Fluss φ1 ist in Phase mit I. Der durch die Spannung V erzeugte Fluss φ2 steht in Quadratur zu V. Daher beträgt der Winkel zwischen φ1 und φ2 (90o – θ). Folglich, wenn das durch diese beiden Flüsse erzeugte Drehmoment Td ist. Dabei ist K der Proportionalitätsfaktor.

In dieser Gleichung haben wir angenommen, dass der durch die Spannungsspule erzeugte Fluss 90 ^o hinter seiner Spannung zurückfällt. Durch die Konstruktion kann dieser Winkel auf jeden Wert angepasst werden, und eine Drehmomentgleichung T = KVIcos (θ – φ) erhalten, wobei θ der Winkel zwischen V und I ist. Entsprechend können Induktionsbecherrelais so konstruiert werden, dass sie das maximale Drehmoment erzeugen, wenn der Winkel θ = 0 oder 30o, 45o oder 60o beträgt.

Die Relais, die so konstruiert sind, dass sie bei θ = 0 das maximale Drehmoment erzeugen, sind P-Induktionsbecherleistungsrelais. Die Relais, die bei θ = 45o oder 60o das maximale Drehmoment erzeugen, werden als Richtungsschutzrelais verwendet.

Reaktanz- und MHO-Typ Induktionsbecherrelais

Durch die Manipulation der Strom-Spannungsspulenarrangements und der relativen Phasenverschiebungswinkel zwischen den verschiedenen Flüssen kann ein Induktionsbecherrelais so konstruiert werden, dass es entweder reine Reaktanz oder Admittanz misst. Solche Charakteristiken werden in größerem Detail in einer Sitzung über elektromagnetische Entfernungsschutzrelais besprochen.