Induktionstassenrelais: Arbeitsprinzip, Bauweise und Arten

Induktionstassenrelais

Dieses Relais ist nichts anderes als eine Version des Induktionsplattenrelais. Das Induktionstassenrelais arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie das Induktionsplattenrelais. Die grundlegende Konstruktion dieses Relais ähnelt der eines Vier- oder Achtpol-Induktionsmotors. Die Anzahl der Pole im Schutzrelais hängt von der Anzahl der zu beherbergenden Wicklungen ab. Die Abbildung zeigt ein vierpoliges Induktionstassenrelais.
Tatsächlich wird, wenn man die Platte des Induktionsrelais durch eine Aluminiumtasse ersetzt, die Trägheit des rotierenden Systems des Relais erheblich reduziert. Aufgrund der geringen mechanischen Trägheit ist die Betriebsgeschwindigkeit des Induktionstassenrelais viel höher als die des Induktionsplattenrelais. Darüber hinaus ist das projizierte Polsystem so konstruiert, dass es den maximalen Drehmoment pro VA-Eingang liefert.

Bei der vierpoligen Einheit, die in unserem Beispiel gezeigt wird, erscheinen die Wirbelströme, die in der Tasse aufgrund eines Paars von Polen entstehen, direkt unter dem anderen Paar von Polen. Dies führt dazu, dass das Drehmoment pro VA dieses Relais etwa dreimal so groß ist wie das eines Induktionsplattenrelais mit einem C-förmigen Elektromagneten. Wenn die magnetische Sättigung der Pole durch eine geeignete Konstruktion vermieden werden kann, können die Arbeitscharakteristika des Relais linear und präzise für einen weiten Bereich der Betriebsbedingungen gestaltet werden.

Arbeitsprinzip des Induktionstassenrelais

Wie bereits erwähnt, ist das Arbeitsprinzip des Induktionstassenrelais identisch mit dem des Induktionsmotors. Ein rotierendes Magnetfeld wird durch verschiedene Paare von Feldpolen erzeugt. In der Vierpole-Ausführung werden beide Paare von Polen vom selben Stromtransformator-Sekundär versorgt, jedoch beträgt die Phasendifferenz zwischen den Strömen der beiden Polpaare 90 Grad. Dies wird erreicht, indem ein Induktor in Serie mit der Spule eines Polpaars und ein Widerstand in Serie mit der Spule des anderen Polpaars eingefügt wird.

Das rotierende Magnetfeld induziert Ströme in der Aluminiumtasse. Gemäß dem Arbeitsprinzip des Induktionsmotors beginnt die Tasse in Richtung des rotierenden Magnetfelds zu rotieren, wobei ihre Geschwindigkeit leicht geringer ist als die des rotierenden Magnetfelds. Die Aluminiumtasse ist an einer Haarspirale befestigt. Im Normalbetrieb ist das Wiederanstellmoment der Spirale größer als das Ablenkmoment der Tasse. Es findet daher keine Bewegung der Tasse statt. Bei Störungen im System ist der Strom durch die Spule jedoch sehr hoch, sodass das Ablenkmoment in der Tasse viel größer als das Wiederanstellmoment der Spirale ist, wodurch die Tasse beginnt, sich wie der Rotor eines Induktionsmotors zu drehen. Die Kontakte, die an der beweglichen Tasse befestigt sind, schließen bei einer bestimmten Rotationswinkel.

Konstruktion des Induktionstassenrelais

Das magnetische System des Relais besteht aus einer Anzahl kreisförmig ausgeschnittener Stahlbleche. Die magnetischen Pole werden an der inneren Peripherie dieser gelagerten Bleche projiziert.
Die Feldspulen werden um diese gelagerten Pole gewickelt. Die Feldspulen zweier gegenüberliegender Pole sind in Reihe geschaltet.
Die Aluminiumtasse oder Trommel, die auf einem gelagerten Eisenkern montiert ist, wird von einer Welle getragen, deren Enden in juvelierten Kugeln oder Lagern sitzen. Das gelagerte magnetische Feld wird innerhalb der Tasse oder Trommel angeordnet, um das Magnetfeld zu verstärken, das die Tasse durchschneidet.

Richtungs- oder Leistungsschutz-Induktionstassenrelais

Das Induktionstassenrelais eignet sich sehr gut für Richtungs- oder Phasenvergleichseinheiten. Dies liegt daran, dass neben der Empfindlichkeit das Induktionstassenrelais ein stetes, nicht vibrierendes Drehmoment und parasitäre Momente aufgrund von Strom oder Spannung allein klein sind.

Bei dem Richtungs- oder Leistungsschutz-Induktionstassenrelais sind die Spulen eines Paars von Polen an die Spannungsquelle angeschlossen, während die Spulen des anderen Paares von Polen mit der Stromquelle des Systems verbunden sind. Daher ist der Fluss, der von einem Paar von Polen erzeugt wird, proportional zur Spannung, und der Fluss, der von dem anderen 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 Fluss, der durch den Strom I erzeugt wird, ist φ1, der in Phase mit I steht.
Der Fluss, der durch die Spannung V erzeugt wird, ist φ2, der im Quadratur mit V steht.
Daher beträgt der Winkel zwischen φ1 und φ2 (90o – θ).
Falls das Drehmoment, das durch diese beiden Flüsse erzeugt wird, Td ist.

Dabei ist K ein Proportionalitätsfaktor.
In dieser Gleichung haben wir angenommen, dass der Fluss, der durch die Spannungsspule erzeugt wird, 90o hinter seiner Spannung zurückfällt. Durch eine geeignete Konstruktion kann dieser Winkel auf jeden beliebigen Wert angepasst werden, und eine Drehmomentgleichung T = KVIcos (θ – φ) erhalten, wobei θ der Winkel zwischen V und I ist. Entsprechend können Induktionstassenrelais so konstruiert werden, dass sie ein maximales Drehmoment erzeugen, wenn der Winkel θ = 0 oder 30o, 45o oder 60o beträgt.
Relais, die so konstruiert sind, dass sie ein maximales Drehmoment bei θ = 0 erzeugen, sind P-Induktionstassenleistungsrelais.
Relais, die ein maximales Drehmoment erzeugen, wenn θ = 45o oder 60o beträgt, werden als Richtungsschutzrelais verwendet.

Blindleitwert- und MHO-Typ-Induktionstassenrelais

Durch die Manipulation der Spannungs- und Stromspulenarrangements sowie der relativen Phasenverschiebungswinkel zwischen den verschiedenen Flüssen kann das Induktionstassenrelais so gestaltet werden, dass es entweder reine Blindleitwerte oder Leitwerte misst. Solche Charakteristiken werden in einem Abschnitt über elektromagnetische Distanzrelais näher erläutert.

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