DE1085609B - Einrichtung zur Sicherung gegen UEberstroeme bei Kleinspannungsverbrauchern mit einer Steuerungseinrichtung - Google Patents

Description

In vielen Anwendungsfällen ist es wünschenswert, daß ein über Magnetverstärker gesteuerter Verbraucher gegen Störungen im Steuerkreis gesichert wird, d. h. daß die Verbraucherspannung auf Null fällt, wenn infolge eines Fehlers im Steuerkreis der Steuerstrom in irgendeiner Richtung sehr hoch ansteigt.

Beim normalen Magnetverstärker in Selbstsättigungsschaltung, welcher Grundvormagnetisierungswicklungen aufweist, steigt die Lastspannung auf ihren Maximalwert, wenn der Steuerstrom in irgendeiner Richtung einen Extremwert annimmt. Solche Magnetverstärker sind daher nicht gegen Versagen gesichert. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, zwei derartige Magnetverstärker in Kaskade zu schalten. Dies führt jedoch zu einem unerwünscht hohen Aufwand. Die vorliegende Erfindung hat unter anderem den Zweck, den gewünschten Erfolg mit einer einzigen Magnetverstärkerstufe zu erzielen.

Bei manchen Steueranordnungen auf Magnetver-Stärkergrundlage wird eine verhältnismäßig niedrige Speisespannung gewählt, insbesondere dann, wenn es sich um den Umsatz geringer Leistungen handelt. Die Netzspannung wird zu diesem Zweck mit Hilfe eines Transformators herabgesetzt. Im Falle niedrig kalkulierter Serienfabrikate mit Magnetverstärkern betragen die Kosten für diesen Transformator einen beträchtlichen Teil des Gesamtaufwandes. Außerdem _s benötigt der Transformator etwa ebensoviel Raum wie der Magnetverstärker selbst.

Es sind nun transduktorische Steuerungs- bzw. Regelanordnungen bekannt, bei denen ein stromsteuernder Magnetverstärker ein Glied eines an die Netzspannung angeschlossenen Spannungsteilers bildet und der Verbraucher parallel zu diesem Magnetverstärker liegt. Dadurch wird der Verbraucher mit einem von der Aussteuerung dieses stromsteuernden Magnetverstärkers abhängigen Bruchteil der Netzspannung gespeist.

Bei derartigen Anordnungen ist jedoch der Verbraucher ohne zusätzliche Einrichtungen (wie z. B. Grundvormagnetisierung) nicht gegen Überströme geschützt, die entstehen, wenn infolge eines Fehlers im Steuerkreis der Steuerstrom in irgendeiner Richtung sehr hoch ansteigt.

Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil. Sie betrifft eine Einrichtung zur Sicherung gegen Überströme bei Kleinspannungsverbrauchern mit einer Steuerungseinrichtung, die ein Schaltelement enthält, das bei Ausfall einen mehrfach höheren als den maximalen Betriebsstrom zuläßt, und besteht darin, daß das Schaltelement im einzigen Steuerkreis eines Magnetverstärkers Hegt, der in an sich bekannter Weise dem Verbraucher parallel geschaltet und ein Glied Einrichtung zur Sicherung

gegen überströme
bei Kleinspannungsverbrauchern
mit einer Steuerungseinrichtung

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt,
Erlangen, Wemer-von-Siemens-Str. 50

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 27. Februar 1956

Keith Hayles Suefcer, Pittsburgh, Pa. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

eines an die Netzspannung angeschlossenen Spannungsteilers ist, und daß der Magnetverstärker in Selbstsättigungsschaltung so aufgebaut ist, daß sowohl beim Steuerstrom Null als auch bei Ausfall des steuernden Schaltelementes der Verbraucher stromlos bleibt. Nähere Einzelheiten der Erfindung, ihre Wirkungsweise und ihre Vorteile sollen im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.

In Fig. 1 ist der Magnetverstärker mit 10 bezeichnet und besteht aus zwei Kernen 12 und 14, die Arbeitswicklungen 16 und 18 und Steuerwicklungen 32 und 34 tragen. Zur Selbstsättigung sind Ventile 20 und 22 vorgesehen. Der Magnetverstärker ist also hier in der bekannten Doublerschaltung ausgeführt. Er bildet mit dem Widerstand 26 einen Spannungsteiler, der an die von der Spannungsquelle 23 gespeisten Netzspannungsklemmen 24 und 24' angeschlossen ist. Zur Aussteuerung des Magnetverstärkers ist der Einfachheit halber ein Vormagnetisierungskreis 36 mit einem einstellbaren Widerstand 40 und einem Festwiderstand 44 vorgesehen, der aus einer Batterie 38 gespeist wird.

Parallel zum Magnetverstärker liegt über den Gleichrichtersatz 30 die Belastung 28. Handelt es sich um einen Wechselstromverbraucher, so kann der Gleichrichtersatz entfallen.

Einen maßgeblichen Einfluß auf die maximale Lastspannung hat das Verhältnis zwischen der Lastim-

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pedanz und dem Widerstand 26. Der Widerstand ist so groß gewählt, daß die durch die Aussteuerung bedingten Widerstandsänderungen im unteren Teil des Spannungsteilers keinen wesentlichen Einfluß auf den aus dem Netz entnommenen Strom haben. An der Last entsteht eine kleine Spannung, die durch den Magnetverstärker gesteuert werden kann. Diese Spannung kann auf keinen ■ Fall größer werden als diejenige, die sich auf Grund der Spannungsteilung zwischen Widerstand 26 und der Last ergibt. Sie dient dazu, den Arbeitswicklungen 16 bzw. 18 ein Spannungszeitintegral zuzuführen, das die Magnetverstärkerkerne abwechselnd bis zur Sättigung bringt. Ist nun der Magnetverstärker so ausgelegt, daß von einer bestimmten Aussteuerung ab das an den Arbeitswicklungen maximal verfügbare Spannungszeitintegral nicht mehr zur Sättigung ausreicht, so wirkt von dieser Aussteuerung ab der Magnetverstärker als hohe Impedanz, und die Lastspannung stellt sich entsprechend dem Verhältnis von Lastimpedanz und Widerstand 26 ein. Diese maximale Verbraucherspannung ist dann vom Magnetverstärker 10 und damit auch von den Schwankungen seiner Kennlinie infolge von Frequenzänderungen der Netzspannung oder Temperaturänderungen unabhängig.

Ist andererseits der Magnetverstärker so ausgelegt, daß das an den Arbeits wicklungen maximal verfügbare Spannungszeitintegral bei jeder beliebigen Aussteuerung zur Sättigung ausreicht, so wird die maximale Ausgangsspannung jeweils vom Magnetverstärker bestimmt und nimmt daher etwa linear mit der Frequenz der Netzspannung zu. In diesem Fall muß die Bedingung erfüllt sein, daß das Spannungszeitintegral an den Arbeitswicklungen 16 und 18 auch dann die Sättigung herbeiführen kann, wenn die Vormagnetisierung über die Wicklungen 32 und 34 im Sinne voller Sperrung des Magnetverstärkers 10 eingestellt ist.

Die Wirkungsweise der Anordnung ergibt sich aus Fig. 2. Bekanntlich besitzt jeder Magnetverstärker eine Kennlinie, bei der eine zunehmende Aussteuerung einer zunehmenden Ausgangsspannung entspricht. In der üblichen Darstellungsweise steigt daher die Kennlinie von links nach rechts an. Ferner steigt jedoch die Kennlinie von einer minimalen Ausgangsspannung (Sperrzustand) auch nach links an, wenn auch weniger steil als im normalen Aussteuerungsbereich. Von dieser normalerweise unerwünschten Erscheinung wird gemäß der Erfindung Gebrauch gemacht, um den Verbraucher vor Störungen im Steuerkreis des Magnetverstärkers zu schützen. Durch die besondere Schaltung von Magnetverstärker und Verbraucher wird nämlich die übliche Kennlinie gespiegelt, so daß der bisherigen größten Aussteuerung nunmehr die kleinste Verbraucherspannung und dem bisherigen Sperrzustand die höchste Verbraucherspannung entspricht. Der bisher von rechts nach links langsam ansteigende Kennlinienabschnitt wird in einen von links nach rechts langsam abfallenden gespiegelt, wie aus der Kurve 46 in Fig. 2 erkennbar. Wird der Abgriff 42 des Widerstandes 40 in eine Stellung gebracht, in der kein Strom durch die Vormagnetisierungswicklungen fließt, so werden die Kerne 12 und 14 nicht rückmagnetisiert und sind daher dauernd gesättigt. Die Verbraucherspannung ist also, wie aus Fig. 2 ersichtlich, praktisch gleich Null. Je größer die Rückmagnetisierung durch Verschieben des Abgriffes 42 bemessen wird, desto mehr steigt die Impedanz des Magnetverstärkers und damit auch die Lastspannung an, bis schließlich nach voller Sperrung des Magnet-Verstärkers das Maximum der Lastspannung erreicht ist. Dies gilt, wie schon oben erwähnt, allerdings nur dann, wenn die hierbei entstehende Lastspannung ausreicht, das zur Sättigung des Magnetverstärkers erforderliche Spannungszeitintegral zu liefern. Andernfalls wird bereits bei einer dazwischenliegenden Aussteuerung die nunmehr durch das Impedanzverhältnis zwischen Last und Widerstand 26 bedingte und vom Magnetverstärker unabhängige maximale Ausgangsspannung erreicht.

Steigt das Steuersignal stark über seinen Maximalwert infolge eines Fehlers im Steuerkreis, so wird der Magnetverstärker wieder durchlässig. Hierbei sinkt die Verbraucherspannung praktisch auf Null ab, wie aus dem rechten Teil der Kurve 46 in Fig. 2 ersichtlieh. Ein derartiger Fehler im Steuerkreis kann beispielsweise dann auftreten, wenn zur Aussteuerung des Magnetverstärkers Transistoren verwendet sind. Beim Durchschlag eines Transistors entsteht ein mehrfach höherer als der maximale betriebsmäßige Strom.

Die in Fig. 1 dargestellte Doublerschaltung ist selbstverständlich nur als Beispiel zu werten. Es können auch andere bekannte Magnetverstärkerschaltungen verwendet werden. Außerdem kann man in geläufiger Weise statt der beiden getrennten Kerne einen dreischenkeligen Kern anwenden.

Ein wesentlicher Vorteil des Magnetverstärkers nach der Erfindung ist neben dem Schutz des Verbrauchers gegen Fehler im Steuerkreis der Umstand, daß zur Erzielung einer mit dem Steuersignal von Null an steigenden Ausgangsspannung keine Grund-

• vormagnetisierung und daher nur ein Minimum an Steuerwicklungen benötigt wird. Außerdem ist in vielen Anwendungsfällen die Möglichkeit, die maximale Ausgangsspannung entweder konstant oder frequenzabhängig zu machen, sehr erwünscht. Ferner sind Kipperscheinungen weitgehend unwirksam, die bei üblichen Magnetverstärkern im Sperrzustand, bei Magnetverstärkern nach der Erfindung jedoch bei der vollen Ausgangsspannung auftreten können und im letzteren Fall praktisch unwirksam sind.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Einrichtung zur Sicherung gegen Überströme bei Kleinspannungsverbrauchern mit einer Steuerungseinrichtung, die ein Schaltelement enthält, das bei Ausfall einen mehrfach höheren als den maximalen Betriebsstrom zuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement im einzigen Steuerkreis eines Magnetverstärkers liegt, der in an sich bekannter Weise dem Verbraucher parallel geschaltet und ein Glied eines an die Netzspannung angeschlossenen Spannungsteilers ist, und daß der Magnetverstärker in Selbstsättigungsschaltung so aufgebaut ist, daß sowohl beim Steuerstrom Null als auch bei Ausfall des steuernden Schaltelementes der Verbraucher stromlos bleibt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 760 087.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen