-
Elektronischer Überstromaussehalter Die Erfindung betrifft einen elektronischen
überstromausschalter mit mehrmaliger selbsttätiger Wiedereinschaltung, der eine
Kippschaltung aufweist, die vom Spannungsabfall über einem in Reihe mit dem Versorgungsstromkreis
geschalteten Widerstand steuerbar ist und im Nonnalbetrieb in einem stabilen Zustand
verharrt und den Verbraucherstromkreis mittels eines Schalters geschlossen hält
und bei einem überstrom in den anderen Schaltzustand kippt, wodurch der Verbraucherstromkreis
mittels des Schalters unterbrochen wird, und ferner ein Rückstellkondensator von
hoher Kapazität vorgesehen ist, der bei normalem Betrieb von der Stromquelle aufgeladen
wird.
-
überstromausschalter der erwähnten Art weisen insbesondere folgende
Nachteile auf: 1. Wenn ein beispielsweise durch einen beim Verbraucher aufgetretenen
Kurzschluß verursachter Überstrom eine Unterbrechung des Stromkreises bewirkt hat,
kann nur ein einziger Versuch zur Wiedereinschaltung des Stromkreises unternommen
werden. Bei diesem Versuch wird der Rückstellkondensator ganz entladen; 2. Wenn
der Zuführungsstromkreis nach einer Unterbrechung von Hand wieder eingeschaltet
werden soll, müssen die betreffenden Elemente des Relais ziemlich lange Zeit hindurch
betätigt werden, ehe der Stromkreis wieder eingeschaltet wird. Während dieser Zeit
ist aber der Zuführungsstromkreis zwangläufig geschlossen, was bei Fortbestehen
des Kurzschlusses für den Verbraucher gefährlich ist.
-
Es sind auch Ausschalter bekannt, die zwei Versuche zur Wiedereinschaltung
des unterbrochenen Stromkreises ermöglichen. Nach dem zweiten Versuch bleibt jedoch
der Stromkreis unterbrochen.
-
Zweck der Erfindung ist die Schaffungeines Ausschalters, der unter
Vermeidung der obigen Nachteile die Durchführung von mehreren Einschaltversuchen
sehr kurzer Dauer ermöglicht. Erreicht wird dies bei dem eingangs beschriebenen
elektronischen überstromausschalter im wesentlichen dadurch, daß die Kippschaltung
monostabil ist, in ihrer stabilen Gleichgewichtslage den Stromkreis geschlossen
hält und bei einem wesentlichen Anstieg des Stromes in dem Stromkreis in ihre instabile
Gleichgewichtslage übergeführt wird, daß der Rückstellkondensator nach einem Kippvorgano,
der Kippschaltung durch einen Widerstand einen Teil seiner Ladung auf Grund einer
Spannungsänderung, die an einer Elektrode der Kippschaltung eintritt, die an den
Verbindungspunkt zwischen dem genannten Widerstand und einem zweiten Kondensator
kleinerer Kapazität angeschlossen ist, an diesen Kondensator abgibt, wobei der zweite
Kondensator zusammen mit dem Widerstand ein Netzwerk großer Zeitkonstante bildet,
und daß der zweite Kondensator an die Elektrode so angeschlossen ist, daß die Kippschaltung
von der Spannung dieses Kondensators wieder in ihre stabile Gleichgewichtslage geführt
wird, so daß bei Fortbestehen der Ursache des überstromes eine Wiederholung des
Vorganges in zunehmenden Zeitabständen erfolgt, die monostabile Kippschaltung zwischen
diesen Vorgängen in ihrem instabilen Gleichgewichtszustand verbleibt und schließlich,
wenn der Kondensator genügend entladen ist, in eine bistabile Kippschaltung übergeht,
die in jenem Schaltzustand gehalten wird, in dem der Schalter den Versorgungsstromkreis
zwischen der Stromquelle und dem Verbraucher unterbrochen hält.
-
Nachstehend wird die Erfindung ausführlicher an Hand der Zeichnung
beschrieben, die ein Schaltschema eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
überstromausschalters zeigt.
-
In der Zeichnung hat --in Transformator 1 eine Primärwicklung
2, an deren Klemmen 3 eine Stromquelle, beispielsweise ein Wechselstromnetz,
angeschlossen werden kann. Die Sekundärwicklung 4 des Transformators 1 ist
an einen schematisch angedeuteten Gleichrichter 5 angeschlossen. Der von
diesem gleichgerichtete Strom wird mittels einer Drossel 6
und eines Kondensators
7 geglättet. An die beiden Ausgangsklemmen 8 und 9 sei ein
nicht gezeigter Stromverbraucher angeschlossen.
-
Der überstromausschalter weist eine monostabile Kippschaltung mit
zwei Transistoren 10 und 11 auf, deren Emitterelektroden 12 und
13 miteinander und über den Widerstand 14 von etwa 47 Ohm mit dem Pluspol
des Gleichrichters 4 verbunden sind. Die Kollektorelektrode 15 des Transistors
10 ist mit dem
Minuspol des Gleichrichters 5 über
ein Impedanzelement 16 verbunden, das aus einem Anzeigelämpchen bestehen
kann. Die Kollektorelektrode 17 des Transistors 11 ist über eine Relaiswicklung
18 ebenfalls mit dem Minuspol des Gleichrichters 5 verbunden.
-
Ferner ist die Kollektorelektrode 15 des Transistors
10 über einen Kondensator 19 einer Größenordnung von 100 Mikrofarad
mit der Basiselektrode 20 des Transistors 11 verbunden. Die Kollektorelektrode
17
des Transistors 11 ist über einen Widerstand 22 einer Größenordnung
von 18 Kiloohm mit der Basiselektrode 21 des Transistors 10 verbunden.
In Reihe mit dem Pluspol des Gleichrichters 5 ist ein vorzugsweise verstellbarer
Widerstand 23 einer Größenordnung von 0,1 Ohm geschaltet, an dessen
zuführungsseitiges Ende der Widerstand 14 angeschlossen ist. An das verbrauchsseitige
Ende des Widerstandes 23 ist über einen Widerstand 24 einer Größenordnun
g von 10 Kiloohm die Basiselektrode des Transistors 10 angeschlossen.
-
Zwischen dem verbrauchsseitigen Ende des Widerstandes 23 und
der Basiselektrode 20 des Transistors 11 ist ein nachstehend als Rückstellkondensator
bezeichneter Kondensator 25 von hoher Kapazität, in der Größenordnung von
500 Mikrofarad, in Reihe mit einem Widerstand 27 einer Größenordnung
von 22 Kiloohm geschaltet. Die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator
25 und dem Widerstand 27
ist mit der Kollektorelektrode 15 des
Transistors 10
über einen Widerstand 28 einer Größenordnung von 2,2
Kiloohm und einen Gleichrichter 29 verbundens an dessen Minuspol der Kollektor
15 angeschlossen ist.
-
Zwischen dem verbraucherseitigen Ende des Widerder Verbindungsstelle
zwischen dem Kondensator 25
und dem Widerstand 27 ist ein Arbeitskontakt
31 eingeschaltet, der mit einem Druckknopf 30 betätigt wird.
-
Das Relais 18 betätigt beim Anziehen zwei Arbeitskontakte
32 und 33, die in Reihe mit den zu den Ausgangsklemmen 8 und
9 führenden Leitern geschaltet sind und mit denen der Zuführungsstromkreis
geschlossen oder unterbrochen werden kann.
-
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Wenn die Klemmen 3 und
4 an eine Wechselstromquelle und die Klemmen 8 und 9 an einen Verbraucherkreis
angeschlossen sind, bleiben die Relaiskontakte 32 und 33
offen, weil
sich die durch die Transistoren 10 und 11
gebildete Kippschaltung in
einem Gleichgewichtszustand befindet, in welcher der Transistor 10 leitend
und der Transistor 11 gesperrt ist. Daher leuchtet das Lämpchen
16, um anzuzeigen, daß der Stromzuführungskreis unterbrochen ist. Das Relais
18 bleibt unmagnetisiert. Zum Inbetriebsetzen der Vorrichtung genügt es,
durch einen kurzen Druck auf den Druckknopf 30 den Arbeitskontakt
31 zu schließen. Der Kondensator 25 wird dann aufgeladen, und die
Basiselektrode 20 des Transistors 11 erhält ein solches Minuspotential, daß
dieser Transistor leii2t. Dadurch wird das Potential der Kollekiorelekirode
17 des Transistors 11 in negativer Richtung aui. einen Wert verändert,
der dem Potential des verbraucherseitigen Endes des Widerstandes 23 entspricht.
Da durch den Widerstand 14 ein ziemlich starker Strom fließt, hat die Basiselektrode
21 des Transistors 10 ein gegenüber der Emitterelektrode 12 positives Potential,
so daß der Transistor 10 gesperrt wird und die Lampe C
16 ausgeht.
Dieser Zustand bleibt auch dann bestehen, wenn durch Loslassen des Druckknopfes
30
der Kontakt 31 geöffnet worden ist. Das Laden des Kondensators
25 wird über das Lämpchen 16, den Gleichrichter 29 und den
Widerstand 28 forgesetzt. Da das Relais 18 eingeschaltet ist, sind
die Kontakte 32 und 33 geschlossen, so daß der an die Klemmen
8
und 9 angeschlossene Verbraucher mit Strom versorgt wird.
-
Wenn der Widerstandswert des an die Klemmen 8
und
9 angeschlossenen Verbrauchers beträchtlich abnimmt, beispielsweise im Fall
eines Kurzschlusses, wird der Spannungsabfall an dem Widerstand 23
ziemlich
groß, so daß sich das Potential des verbraucherseitigen Endes des Widerstandes
23 dem Potential des Minuspols des Gleichrichters 5 nähert. Infolgedessen
wird das Potential der Basiselektrode 21 des Transistors 10 beträchtlich
in negativer Richtung verändert, so daß der Transistor 10 leitet. Dadurch
wird das Potential der Kollektorelektrode 15 des Transistors 10 rasch
in positiver Richtung verändert. Diese rasche Potentialänderung wird über den Kondensator
19 auf die Basiselektrode 20 des Transistors 11 übertragen, so daß
dieser gesperrt und daher das Relais 18 ausaeschaltet wird und die Kontakte
32 und 33 geöffnet werden. Da der Transistor 10 leitet, leuchtet
wieder das Lämpchen 16 und zeigt damit an, daß bei dem Verbraucher ein Kurzschluß
vorhanden ist. Obwohl das Potential der Kollektorelektrode 15 des Transistors
10 in positiver Richtung verändert wurde, verhindert der Gleichrichter
29 eine Abgabe der Ladung des Kondensators 25 an die Kollektorelektrode
15. über den großen Widerstand 27 wird jedoch ein Teil der Ladung
des Kondensators 25 an den Kondensator 19 abgegeben, der somit langsam
geladen wird. Dadurch erhält die Basiselektrode 20 des Transistors 11 langsam
ein negatives Potential. Diese Veräpderuna, des Potentials ist nach einer gewissen
Zeit so groß, daß der Transistor 11
leitet, so daß die Kippschaltung rasch
wieder in ihren stabilen Gleichgewichtszustand gelangt. In diesem Zustand ist der
Transistor 10 gesperrt. Jetzt werden die Relaiskontakte 32 und
33 geschlossen und geht die Lampe 16 aus. Wenn jetzt während des Ladens
des Kondensators 19 der Kurzschluß beseitigt wurde, bleibt die Kippschaltung
in ihrem stabilen Gleichgewichtszustand und wird der Verbraucher wie vorher mit
Strom versorgt. Wenn der Kurzschluß jedoch weiterbesteht, gelangt die Kippschaltung
sofort wieder in ihren instabilen Gleichgewichtszustand, so daß die Kontakte
32 und 33 infolge des starken Spannungsabfalls an dem Widerstand
23 wieder unterbrochen werden und die Lampe 16 leuchtet. Während der
kurzen Zeitspanne, während derer sich die Kippschaltung in ihrem stabilen Gleichgewichtszustand
befand, war die dem Kondensator 25 zugeführte Ladungsmenge nicht so groß
wie die von ihm zum Aufladen des Kondensators 19 abgegebene Ladungsmenge.
Infolaedessen hat der Kondensator 25 während des Umschaltvorganges einen Teil seiner
Ladung verloren. Dazu hat auch der Umstand beigetragen, daß infolge des Fortbestehens
des Kurzschlusses beim Verbraucher die Kollektorelektrode 15 des Transistors
10 während des Umschaltvorganges nicht ein so hohes Minuspotential erreicht
hat wie während des normalen Betriebes.
-
Nach dem soeben beschriebenen Versuch zur Wiederherstellung des Stromzuführungskreises
gibt
der Kondensator 25 während eines kurzen Zeitraums einen
Teil seiner Ladung an den Kondensator 19 ab, so daß er an die Basiselektrode
20 des Transistors 11
ein negatives Potential anlegt. Da die Ladung des Kondensators
25 jetzt kleiner ist als vorher und die z-wischen seinen Polen vorhandene
Spannung herabgesetzt ist, dauert es länger als in dem ersten Umschaltvorgang, bis
die Basiselektrode 20 ein so hohes negatives Potential erreicht hat, daß der Transistor
11 leitet. Nach einer Weile wird der Transistor 11
jedoch leitend und die
Kippschaltung wieder in ihren stabilen Gleichgewichtszustand umgeschaltet, in dem
die Kontakte 32 und 33 geschlossen sind. Der Kondensator
25 hat dann einen weiteren Teil seiner Ladung abgegeben. Bei Fortbestehen
des Kurzschlusses wird der Zuführungsstromkreis erneut durch die Kontakte
32 und 33 unterbrochen, Nach einem weiteren Zeitraum, der diesmal
noch länger ist, erfolgt in der vorstehend beschriebenen Weise ein weiterer Versuch
zur Wiederherstellung des Stromkreises.
-
Die Versuche zur Wiederherstellung des Stromzuführun-skreises werden
somit in immer größer werdenden Zeitabständen wiederholt. Zwischen diesen Versuchen
verliert der Kondensator 25 jeweils einen Teil seiner Ladung. Wenn der Kurzschluß
auch nach mehreren derartigen Versuchen forbesteht, wird die Ladung des Kondensators
25 schließlich so klein, daß der Kondensator 19 nicht mehr so weit
aufgeladen werden kann, wie dies notwendig ist, damit der Transistor 11 leitet.
Infolgedessen bleibt die Kippschaltung in ihrem instabilen Gleichgewichtszustand,
d. h., sie ist zu einer bistabilen Kippschaltung geworden.
-
'Xenn jetzt der Verbraucherkreis nachgesehen und die Ursache des Kurzschlusses
beseitigt worden ist, kann der Zuführungskreis, wie vorstehend beschrieben, durch
Drücken des Druckknopfes 30 wiederhergestellt werden.
-
Wenn bei einem solchen Versuch zur Wiederherstellung des Zuführungskreises
der Kurzschluß noch C, vorhanden ist, wird der Zuführungsstromkreis sofort unterbrochen.
Wenn der Druckknopf gedrückt gehalten wird, erfolgen kurz hintereinander mehrere
Versuche zur Wiederherstellung, der Verbindung. Wenn dagegen der Kurzschluß beseitigt
wurde, ge-C c
nügt zum Wiedereinschalten ein sehr kurzes Drücken des Druckknopfes
30. Es muß nur der Kondensator 25 eine derartige Ladung erhalten,
daß die Kippschaltung in ihren stabilen Gleichgewichtszustand gelan-t. Sobald das
eingetreten ist, wird der KondensnEor 25 über den aus dem Gleichrichter
29 und dem Widerstand 28 bestehenden Stromkreis auf den Höchstwert auf-eladen.
-
Man kann auch das Relais 18, 32, 33 durch einen oder zwei Schalttransistoren
ersetzen, an deren Basiselektroden die Steuerspannung angelegt wird, während jeweils
der Emitter-Kollektor-Kreis die Relaiskontakte bildet.