DE1219077B - Elektronischer Schalter, insbesondere fuer Motoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03k

Deutsche KL: 21 al-36/18

Nummer: 1219 077

Aktenzeichen: D 44316 VIII a/21 al

Anmeldetag: 2. Mai 1964

Auslegetag: 16. Juni 1966

Die Erfindung betrifft einen neuartigen elektronischen Schalter, insbesondere für Motoren, der dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Halbleiterschaltelement, das beim Überschreiten eines über der Netzspannung liegenden Sehwellenwertes einer angelegten Spannung bzw. Feldstärke in einen niederohmigen Dauerzustand und beim Überschreiten eines über dem Betriebsstrom liegenden Schwellenwertes eines hindurchfließenden Stromes wieder in einen hochohmigen Dauerzustand zurückschaltet, verwendet und daß mit dem Halbleiterschaltelement ein Steuergerät verbunden ist, daß die Steuerspannung bzw. -feldstärke und den Steuerstrom abgibt.

Bei einem solchen Schalter wird der Laststrom nicht über Kontakte geführt. Die mit Kontakten zusammenhängenden Probleme (Funkenbildung, Abbrand, Abnutzung) treten daher nicht auf. Im Gegensatz zu elektromagnetisch betätigten Schaltern genügt je ein Spannungsimpuls zum Einschalten und ein Stromimpuls zum Ausschalten, während eine Beeinflussung während der Dauereinschaltung bzw. der Dauerausschaltung nicht erforderlich ist.

Bei einem mehrphasigen Schalter kann man in jeder Phase ein Halbleiterschaltelement anordnen und alle Halbleiterschaltelemente durch ein gemeinsames Steuergerät beeinflussen.

Einen besonders großen Vorteil besitzt der erfindungsgemäße Schalter, wenn der Schwellenwert des Stromes gleich der oberen Grenze des für die Belastung zulässigen Betriebsstromes ist. In diesem Fall wirkt der Schalter zusätzlich als Überstromauslöser, wofür man sonst grundsätzlich zusätzliche Geräte benötigte.

Das Steuergerät kann einen äußerst einfachen Aufbau haben. Beispielsweise kann der Sapnnungsimpuls dadurch gegeben werden, daß das Halbleiterschaltelement aus zwei in Reihe liegenden Teilen besteht, von denen der eine durch einen Schalter überbrückbar ist. Wenn der Schwellenwert jedes der beiden Halbleiterschaltelemententeile kleiner als die Netzspannung, aber größer als die Hälfte der Netzspannung ist, muß der nicht kurzgeschlossene Halbleiterschaltelemententeil, an dem dann die volle Netzspannung liegt, in den niederohmigen Zustand umschalten. Dann liegt aber die volle Netzspannung am anderen Halbleiterschaltelemententeil, so daß auch dieser umschaltet.

Genauso einfach kann der Steuerstrom erzeugt werden. Man braucht lediglich die Belastung durch einen Schalter zu überbrücken. In den so gebildeten Kurzschlußpfad braucht nicht einmal ein Begrenzungswiderstand eingeschaltet zu werden, da das

Elektronischer Schalter, insbesondere für
Motoren

Anmelder:

Danfoss A/S, Nordborg (Dänemark)

Vertreter:

Dr.-Ing. U. Knoblauch, Patentanwalt,

Frankfurt/M. 1, Kühhornshofweg 10

Als Erfinder benannt:

Arne Jensen, Havnbjerg, Nordborg (Dänemark)

Halbleiterschaltelement sofort nach Erreichen des Stromschwellenwertes in den hochohmigen Zustand

zo umschaltet und damit selbsttätig den starken Strom unterbricht, so daß auch der Überbrückungsschalter mühelos wieder geöffnet werden kann.

Zur Erzielung optimaler Erfolge empfiehlt sich die Verwendung eines Halbleiterschaltelements, das

a5 überwiegend aus Tellur und einem Element der Gruppe IV des Periodischen Systems besteht. Dieses Halbleiterschaltelement hat sperrschichtfreien, insbesondere polykristallinen Aufbau und ist daher für Gleich- und Wechselstrom geeignet. Es hat im hochohmigen Zustand einen Widerstand von mehreren Megohm, ist also praktisch nichtleitend, und hat im niederohmigen Zustand einen Widerstand von 1 Ohm oder weniger. Sowohl der Schwellenwert der Spannung als auch der Schwellenwert des Stroms lassen Hch leicht durch eine Änderung des Mischungsverhältnisses oder der Abmessungen des Halbleiterschaltelements erzielen. Als Beispiel sei ein Halbleiterschaltelement aus im wesentlichen 90% Tellur und 10 % Germanium genannt, obgleich auch andere Zusammensetzungen, die nur 50 % Tellur enthalten, geeignet sind. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese spezielle Art von sperrschichtfreien Halbleiterschaltelementen beschränkt, da auch andere Halbleiterschaltelemente mit den geschilderten Eigenschäften brauchbar sind.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung, in der der erfindungsgemäße Schalter in einem Schaltbild zur Betätigung eines Motors dargestellt ist. Der Belastungsstromkreis führt von den · Klemmen 1 eines Gleich- oder Wechselstromnetzes über

609 579/355

das Halbleiterschaltelement 2 gemäß der Erfindung zu einem Gleich- oder Wechselstrommotors. Das Halbleiterschaltelement besteht aus zwei hintereinandergeschalteten Teilen 4 und 5, die durch eine Mittelelektrode 6 voneinander getrennt sind. Der eine Teil 4 kann durch einen Schalter 7, der mit einem Begrenzungswiderstand 8 in Reihe liegt, überbrückt werden. Des weiteren kann der Motor 3 durch einen Schalter 9 überbrückt werden.

Es sei angenommen, daß das Halbleiterschaltelement 2 sich im hochohmigen Dauerzustand befinde. Dann wird zum Einschalten des Motors 3 der Schalter 7 niedergedrückt. Sofort liegt die volle Netzspannung am Halbleiterschaltelemententeil 5, und dieser schaltet in den niederohmigen Zustand um. Nunmehr ist der Begrenzungswiderstand 8 groß gegenüber den anderen Widerständen^: des Stromkreises, und die volle Netzspannung liegt am Halbleiterschaltelemententeil 4, der demzufolge ebenfalls in den niederohmigen Zustand umschaltet. Alsdann fließt der volle Belastungsstrom; der Hilfsschalter 7 kann wieder geöffnet.werden. Da. diese Vorgänge momentan ablaufen, genügt ein kurzzeitiges Niederdrücken des Hilfsschalters 7.

Zum Ausschalten wird der Schalter 9 geschlossen. Über ihn und. durch das Halbleiterschaltelement 2 fließt dann ein Strom, der nur durch den Leitungswiderstand, den niederohmigen Widerstand des Halbleiterschaltelements 2 und den Netzwiderstand begrenzt ist. Dieser Strom liegt über dem Schwellenwert zum Rückschalten in den hochohmigen Zustand. Sobald aber die Umschaltung erfolgt ist, was wiederum momentan erfolgt, ist sowohl der Kurzschlußstrom als auch der Belastungsstrom, unterbrochen. Der Schalter 9 kann ohne Schwierigkeiten geöffnet werden.

Wenn aus irgendeinem Grunde über den Motor 3 ein zu großer Strom fließen sollte, z, B. infolge eines Windungskurzschlusses, einer Spannungserhöhung od. dgl., wird ebenfalls der Stromschwellenwert im Halbleiterschaltelement 2 überschritten, und dieser geht in den hochohmigen Zustand zurück, so daß eine automatische Fehlerabschaltung erfolgt.

Von dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann in vielfacher Hinsicht abgewichen werden, ohne

den Grundgedanken der Erfindtang zu verlassen. Beispielsweise kann das Steuergerät einen Impulsgenerator zur Erzeugung der Steuerspannung aufweisen. Der Rückschaltstromstoß kann durch eine Kondensatorentladung bewirkt werden. Man kann einzelne Halbleiterschaltelemente, aber auch Kombinationen von mehreren Halbleiterschaltelementen verwenden,

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Schalter, insbesondere für Motoren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterschaltelement, das beim Überschreiten eines über der Netzspannung liegenden Schwellenwertes einer angelegten Spannung bzw. Feldstärke in einen niederohmigen Dauerzustand und beim Überschreiten eines über dem Betriebsstrom liegenden Schwellenwertes eines hindurchfließenden Stromes wieder in einen hochohmigen ■ Dauerzustand zurückschaltet, verwendet und daß mit dem Halbleiterschaltelement ein Steuergerät verbunden ist, das die Steuerspannung bzw. -feldstärke und den Steuerstrom abgibt.

2. Mehrphasiger Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Phase ein Halbleiterschaltelement angeordnet ist und alle Halbleiterschaltelemente durch ein gemeinsames Steuergerät beeinflußbar sind.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert des Stromes gleich der oberen Grenze des für die Belastung zulässigen Betriebsstromes ist.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterschaltelement aus zwei in Reihe liegenden Teilen besteht, von denen der eine durch einen Schalter überbrückbar ist.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung durch einen Schalter überbrückbar ist.

6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterschaltelement überwiegend aus Tellur und einem Element der Gruppe IV des Periodischen Systems besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 579/355 6.66 © Bundesdruckerei Berlin