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Schutzeinrichtung f ür elektrische Verbraucher, insbesondere
Elektromotoren Es ist bekannt, elektrische Geräte, insbesondere Elektromotoren,
gegen thermische Oberlastung dadurch zu sichern, daß die Ströme in den Zuleitungen
von Bimetallrelais überwacht werden. Diese Überwachung ist nicht für alle Fälle
ausreichend, da beispielsweise Wärmestauungen, die durch örtlich begrenzte Temperaturerhöhungen
im Inneren eines elektrischen Apparates hervorgerufen werden, nicht erfaßt werden
können. Zur Erfassung derartiger Temperaturerhöhungen hat man sogenannte Kleinthermoschalter
direkt in die Wicklungen elektrischer Maschinen eingebaut und diese in Reihe mit
einei Oberwachungseinrichtung an eine Stromquelle angeschlossen. Hierbei schalten
die Thermoschalter den Steuerstrom bei überschreiten einer bestimmten Temperatur
ein bzw. aus, wodurch die überwachungseinrichtung zum Ansprechen gebracht wird und
der Verbraucher vom elektrischen Netz getrennt wird.
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Bei derartigen überwachungseinrichtungen ist es auch schon bekannt,
ein Oberwachungsrelais an den Ausgang einer Brücke anzuschließen, in deren Zweigen
ein Temperaturmeßfühler oder deren zwei eingeschaltet sind. Ferner ist es bekannt,
einen Transistor als temperaturabhängigen Meßfühler zu verwenden.
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Die Erfindung bringt eine vorteilhafte Verbesserung an einer Schutzeinrichtung
für elektrische Verbraucher, insbesondere für EIcktromotoren, bei der in einer einen
Temperaturmeßfühler enthaltenden Brücke ein Relais vorgesehen ist, das in Abhängigkeit
vorbestimmter, insbesondere wählbarer Temperaturen des Temperaturmeßfühlers Schaltkontakte
betätigt, die imVerbraucherstromkreis liegen. Gemäß der Erfindung ist der Ausgang
der Brücke an einen das Relais beeinflussenden Transistor angeschlossen, und das
Relais ist in einem Zweig der Brücke angeordnet. Auf diese Weise kann der Brückenwiderstand
entfallen, so daß sich gegenüber den bekannten Ausführungen zusätzlich zur höheren
Ansprechempfindlichkeit eine Verkleinerung des Aufwandes an Mitteln ergibt.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 einen Brückenkreis zur Steuerung von zwei Relais, die denselben
Stromkreis beeinflussen, Fig. 2 eine ähnliche Einrichtung, wie sie in Fig.
1
dargestellt ist, jedoch mit nur einem Relais, wobei die Relaiswicklung nüt
einer Mittelpunktanzapfung versehen ist, Fig. 3 eine Einrichtung, bei der
zwei Relais in Kaskade geschaltet sind, Fig. 4 einen Stromkreis, bei dem ein einfaches
Relais zur Steuerung dient, und Fig. 5 eine weitere Abwandlung der in Fig.
1 dargestellten Prinzipschaltung.
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In den Figuren sind für gleiche Teile dieselben Bezugszeichen gewählt.
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Die Schutzeinrichtung für den elektrischen VerbraucherM enthält ein
Relais, das in Abhängigkeit von einem Temperaturmeßfühler Schaltkontakte2 betätigt,
die im Verbraucherstromkreis liegen.
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Die Leitungen 1 und 4 sind Speiseleitungen für den Verbraucher,
wobei M ein Elektromotor sein kann, der überwacht werden soll. Der TemperaturmeßfühlerRTh
ist in einem Zweig einer Widerstände R, RB enthaltenden Brücke angeordnet,
deren Eingang mit spannungsführenden LeitungspolenN, P verbunden ist, und deren
Ausgang erfindunggemäß an einen das RelaisC beeinflussenden Transistor TR angeschlossen
ist, wobei das Relais in einem Zweig der Brücke angeordnet ist. Die einzelnen Glieder
der Brücke sind so bemessen, daß diese bei ungestörtem Betrieb im Gleichgewicht
ist. Die Kennlinien der verschiedenen Widerstände und der Relaiswicklungen müssen
passend gewählt sein im Hinblick auf den verwendeten Temperaturmeßfühler. Dieser
Temperaturmeßfühler kann einen positiven oder einen negativen Temperaturkoeffizienten
haben. Zweckmäßig ist die Brücke derart bemessen, daß das Relais C bei abgeglichener
Brücke erregt ist.
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Die Leitungen 1 und 4 können auch einen Zwischensteuerkreis
bilden, wobei M die Betätigungsspule
eines nicht dargestellten
Hauptschalters sein kann, der einen Verbraucherkreis beeinflußt.
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In Fig. 1 ist eine Brückenschaltung dargestellt, bei der in
vorteilhafter Weise zwei Relais C 1, C 2 vorgesehen sind, von denen
die eine WicklungC21 in Reihe mit der Kollektor-Ernitter-Strecke c-e ge-
schaltet
ist und die andere Wicklung C 11 parallel zu der Reihenschaltung des Transistors
TR und der zweiten WicklungC21 in einem Zweig der Brücke angeordnet ist (Fig.
1). Der Temperaturmeßfühler oder Thermister RTh ist in einem an die Relaisspule
Cll angrenzenden Brückenzweig derart angeordnet, daß er auf die Temperatur des Verbrauchers
U, der ein Motor sein kann und dessen Arbeitsweise über wacht werden soll,
anspricht. In dem dritten Zweig des Brückenkreises liegt ein WiderstandR, an dem
eine Spannung abfällt, und in dem daran angrenzenden Brückenzweig ein Basisvorwiderstand
RB des Transistors.
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Die Erfindung wird an Hand der Wirkungsweise der in den einzelnen
Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele besser verständlich.
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Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Stromkreises
ist folgende: Wird an die Leiter P und N eine Betriebsspannung von gewünschter
Größe angelegt, so fließt von dem positiven LeiterP über den temperaturempfindlichen
WiderstandRTh, den Leiter5 und die Relaisspule Cll des RelaisC1 zum negativen LeiterN
Strom. Strom fließt auch von dem positiven LeiterP über den Widerstand RB, den Leiter
6 und den WiderstandR, an dem eine Spannung abfällt, zum negativen Leiter
N.
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An dem temperaturempfindlichen Widerstand RTh steht daher eine bestimmte
Spannung an. Dieser Widerstand RTh hat eine solche Kennlinie, daß bei normalem Betrieb
an der Relaiswicklung C 11 eine Spannung ansteht, die ausreicht, um das Relais
C 1
zum Ansprechen zu bringen, so daß seine Kontakte 2 schließen und
der Stromkreis für den Motor M über die Leitung 1, den Relaiskontakt 2, den
Relaiskontakt 3 des Relais C 2, den Motor M und die Leitung 4 geschlossen
wird. Der Motor ist dann in Betrieb.
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Unter normalen Bedingungen führt der Transistor lediglich einen kleinen
Verluststrom. Ist der Emitter e positiv gegenüber der Basis b, so leitet
der Transistor. Die Spannung an dem Basisvorwiderstand RB des Transistors liegt
fest, zumal die WiderständeR und RB in fester Beziehung zueinander und zur Größe
der Spannung an den Leitern.P und N stehen. Dies bedeutet, daß dann, wenn
die, Spannung an dem Widerstand RTh auf einen kleinen Wert gebracht wird, oder dann,
wenn der Widerstand RTh kurzgeschlossen wird, der Ernitter e positiver als die Basis
b wird und ein kleiner öffnungsstrom vom Emitter e zur Basis b
fließt,
so daß der Transistor TR leitend wird. Sodann beginnt ein relativ hoher Strom zu
fließen vom Leiter 5 durch den Transistor - Emitter e, Basis
b
und Kollektor c - und durch die Betätigungsspule C21 des SteuerrelaisC2.
Dieses Relais öffnet die Kontakte3, wodurch der Stromkreis mit dem MotorM geöffnet
wird. Das mit M bezeichnete Glied muß nicht in jedem Fall ein Motor sein, sondem
es kann auch die Betätigungsspule eines Hauptschalters darstellen, der den Speisekreis
eines zu schützenden Motors beeinflußt. Sobald der Transistor leitend wird, wird
die Betätigungsspule C 11 entregt und der Motor M abgeschaltet, da die Kontakte
2 geöffnet werden. Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, daß die Motorschut,zeinrichtung
dann in Tätigkeit tritt, wenn in dem Widerstand TRh eine erhöhte Temperatur auftritt,
wenn der Widerstand kurzgeschlossen bzw. sein Stromkreis aufgetrennt wird oder wenn
die Spannung abfällt.
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In Fig. 2 sind dieselben Glieder der Brückenschaltung verwendet wie
in Fig. 1, wobei jedoch zweckmäßigerweise ein Relais C mit Mittelpunktanzapfung
Verwendung findet. Dieses Relais hat zwei Teilspulen C 12 und C 22,
die an den Kollektor c bzw. Emitter e angeschlossen sind. Die Mittelpunktanzapfung
liegt am Leitungspol M. Wird an die Leitungen P und N Spannung angelegt,
so bewirkt die Spule C 12 ein Schließen der Kontakte, 2 des Relais
C. Wenn nun der Transistor aus irgendeinem bereits erwähnten Grund leitend
wird, so fließt zunächst ein Auslösestrom vom Leiter 5 zur Basis
b
und den Leiter 6. Hierauf beginnt ein Strom von dem Leiter
5 durch den Transistor TR und die Spule C 22 zum Leiter
N zu fließen. Die Spule C 22 erzeugt eine Magnetisierung, die gegen
die der SpuleC12 gerichtet ist, so daß das RelaisC abfällt und Kontakte 2 öffnet.
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Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung ist der in Fig.
1 sehr ähnlich. Sie unterscheidet sich dadurch, daß das zweite Relais
C 2 seine Kontakte 3, die normalerweise geschlossen sind, in dem Stromkreis
d& Betätigungsspule Cll hat. Die Wirkungsweise der Fig. 3 ist dieselbe
wie in Fig. 1.
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Bei der Einrichtung nach Fig. 4 ist ein Relais C
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verwendet, dessen Betätigungsspule zweckmäßigerweise parallel zu dem Transistor
an den Emitter e und den Kollektor c des Transistors TR angeschlossen ist. Bei dieser
Ausführung wird die Spule C 14 dann stromlos, wenn aus irgendeinem
bereits erwähnten Grunde der Transistor leitend wird, so daß die Kontakte 2 öffnen,
um den gewünschten Schutz zu bewirken.
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Die Darstellung in Fig. 5 ist eine Abwandlung der Grundschaltung
nach der Fig. 1. In dieser Darstellung ist der Thermistor oder der temperaturabhän-gige
Widerstand RTh nicht direkt in den Stromkreis mit der Betätigungsspule
C 1.5 des Relais C 5 eingeschaltet. Es sind vielmehr
zwei Transistoren TR 1
und TR 2 verwendet. TR 1 ist ein PNP-Transistor
und der Transistor TR 2 ein NPN-Transistor. Der PNP-Transistor TR 1 leitet
bei unterbrochenem Stromkreis des Thermistors oder bei hohem Widerstand, wogegen
der NPN-Transistor TR 2 bei kurzgeschlossenem Thermistor oder bei kleinem Widerstand
des Thermistors RTh leitet.
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Bei normalen Betriebsbedingungen des Motors ist der Spannungsabfall
an dem Vorwiderstand RB und der Spannungsabfall an den Strombegrenzungswiderstand
RL derart, daß keiner der Transistoren leiten kann, wenn man von den sehr kleinen
Sperrströmen absieht.
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Wenn einer der Transistoren bei hohem Thermistorwiderstand, bei offenem
oder kurzgeschlossenern Stromkreis des Thermistors leitend wird oder wenn die Spannung
der Transistoren zusammenbricht, so wird die Betätigungsspule C 15
des Relais C 5 entregt, so daß die Kontakte 2 öffnen und der Motorstromkreis
unterbrochen wird.
Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, daß die erfindun-sgemäße
Schutzeinrichtun den Motorstrom-C 9
kreis öffnet, wenn a) die Leitungen zu
dem Temperaturüberwachungselement kurzgeschlosse#n sind und b), wenn die
Leitungen zwischen den Temperaturüberwachungselement und der Steuereinrichtung des
Ternperaturüberwachungselementes unterbrochen sind. Die Schutzeinrichtung öffnet
den Lastkreis ferner bei ein,-r Vergrößerung des Widerstandes RTh auf einen
gewissen Wert und bei einer Verkleinerung des Widerstandes des temperaturempfindlichen
Widerstandes auf einen gewissen Wert. Die temperaturempfindliche Einrichtung bzw.
das temperaturempfindliche Element kann etweder einen positiven oder einen negativen
Temperaturkoeffizienten aufweisen.
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Gernäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können die
Leitungspole N, P, welche die Brücke speisen, an die Speiseleitungen
1, 4 des Verbraucherkreises angeschlossen sein. Auf diese Weise wird eine
Auslösung der Schutzeinrichtung bei erhöhter Temperatur des Verbrauchers, bei Spannungsabsenkungen,
bei überspannungen und bei Kurzschluß erzielt.