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Überwachungsschaltung zur Temperaturüberwachung mit PTC-Fühler, insbesondere
Motorschutzschaltung Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Schaltungsanordnungen
für Überwachungsaufgaben und bezieht sich auf eine überwachungsschaltung zur Temperaturüberwachung
mit PTC-Fühler und einem dazu in Reihe geschalteten steilbaren ohmschen Widerstand,
welche ein Steuerpotential temperaturabhängig verändern, insbesondere Motorschutzschaltung,
bestehend aus einem mit einer zweistufigen Transistorkaskade aufgebauten Steuerteil,
das über eine Gleichrichterbrücke gespeist wird und bei dem die erste Stufe der
Kaskade an der Kollektorseite mit der Basis der zweiten Stufe über eine in der Zenerrichtung
ausgenutzte Zenerdiode verbunden ist, und einem gesteuerten Stromkreis, der ein
Motorschaltschütz in Reihenschaltung mit einer weiteren Gleichrichterbrücke enthält,
an deren Gleichstromseite ein Thyristor angeschlossen ist, um das Motorschaltschütz
in Abhängigkeit von der zu überwachenden Temperatur zu schalten.
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Es ist eine Schaltung für die Überwachung der Betriebstemperatur von
Motorwicklungen bekannt, die ebenfalls ein Steuerteil enthält, das über eine Gleichrichterbrücke
mit Gleichstrom gespeist wird und bei dem jeder Phasenwicklung des Motors ein temperaturabhängiger
Widerstand mit je einem steilbaren Widerstand in Reihe geschaltet zugeordnet ist,
die zusammen in Abhängigkeit von der Temperatur der zugeordneten Wicklung je ein
Steuerpotential ändern.
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Die Änderung der Steuerpotentiale mit ansteigender Temperatur der
Wicklungen ist bei dieser bekannten Überwachungsschaltung in der Weise ausgenutzt,
daß ein den Motorwicklungen gemeinsam zugeordnetes Relais anspricht und den Motor
abschaltet, sobald die Temperatur einer der Wicklungen und das betreffende Steuerpotential
eine bestimmte Höhe erreicht. Bewirkt wird dies durch ein Schwellwertglied, das
zwischen dem Steuerpotential und dem Relais geschaltet ist. Da der Erregerstrom
des Relais über das Schwellwertglied fließt und der dynamische Widerstand dieses
Gliedes bei fließendem Erregerstrom sehr klein sein soll, ist eine Halbleiterdiode,
vorzugsweise eine Zenerdiode, vorgesehen. Es wird jedoch nicht der Zenerspannungsbereich,
sondern wegen der geringeren Steuung nur die Schwellwertkennlinie in der Durchlaßrichtung
der Zenerdiode vorteilhaft ausgenutzt. Damit muß aber die Überwachungsschaltung
für einen entsprechenden geringen Schwellwert ausgelegt werden, was vielfach nicht
zweckmäßig ist. Im übrigen sind bei der bekannten Überwachungsschaltung die temperaturabhängigen
Widerstände durch den Erregerstrom belastet, so daß das Relais nicht wie erwünscht
temperaturgenau ansprechen kann.
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Es ist ferner eine Schaltung für die Überwachung der Temperatur eines
Thermostaten bekannt, bei der das Steuerteil für die Steuerung des Heizstromkreises
aus einer Transistorkaskade besteht und der Heizstromkreis eine Heizwicklung und
eine dazu in Reihe geschaltete Gleichrichterbrücke enthält, an deren Gleichstromseite
ein Thyristor angeschlossen ist. Das Steuerteil dieser überwachungsschaltung ist
so eingerichtet, daß der Heizstrom in Abhängigkeit von der Temperatur des Thermostaten
durch Zünden des Thyristors nur in den Nulldurchgängen der Betriebswechselspannung
eingeschaltet und gesteuert wird. Es soll damit erreicht werden, daß die Störungen
infolge des Zünders gering sind. Der Strom kann somit in Abhängigkeit einer Temperatur,
jedoch nicht unabhängig vom Phasenzustand und von Schwankungen einer Betriebswechselspannung
gesteuert werden.
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Es ist schließlich noch eine Schutzeinrichtung für ein Netzgerät bekannt,
das eine Konstantspannung liefert. Diese Einrichtung besteht darin, daß ein Transistorstellglied,
durch das die Spannung konstant geregelt wird, beim Einsetzen eines Kurzschlußstromes
in den Sperrzustand gesteuert und der Strom abgeschaltet wird. Sie spricht bereits
auf ein Absinken der Spannung an und enthält in ihrem Steuerteil eine zweistufige
Transistorkaskade, deren erste Stufe an der Kollektorseite mit der Basis der zweiten
Stufe über eine in der Zenerrichtung ausgenutzte Zenerdiode verbunden ist. Diese
Zenerdiode hat Entkopplungsfunktion und dient dazu, zwischen den Kaskadenstufen
ein günstiges Potentialgefälle aufrechtzuerhalten.
Es wird das Steuerpotential
für diese Transistorkaskade nicht in Funktion einer Temperatur verändert und das
Stellglied bei einer gewünschten genau vorgegebenen Temperatur nicht geschaltet.
Auch ist das empfindliche Ansprechungsvermögen der Zenerdiode nicht in der Weise
ausgenutzt, daß sich die Spannung am Kollektor der ersten Kaskadenstufe erst bei
sich stark änderndem Steuerpotential dieser Stufe merklich ändert, was z. B. der
Fall ist, wenn bei der obenerwähnten Schaltung für die überwachung der Temperatur
von Motorwicklungen die Temperatur des temperaturabhängigen Widerstandes den kritischen
Wert überschreitet.
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DerErfindung liegt indessendieAufgabe zugrunde, bei der eingangs beschriebenen
überwachungsschaltung das Steuerteil so auszulegen, daß alle die Mängel, die einer
Ausführung der bekannten überwachungsschaltungen einschließlich der bekannten Schutzeinrichtung
als temperaturempfindliche, störungsunabhängige und sehr genau sowie schnell ansprechende
Abschalteinrichtungen entgegenstehen, beseitigt sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die als Verstärkerstufe
ausgebildete erste Stufe der Transistorkaskade an der Basis über den PTC-Fühler
und den zu diesem in Reihe geschalteten stellbaren Widerstand mit dem einen Pol
der Gleichrichterbrücke verbunden ist und in der Kollektorleitung einen ohmschen
Spannungsteiler enthält, und daß die als Schaltstufe ausgebildete Stufe einen Transistor
vom komplementären Typ bezüglich des Transistors der Stufe 51 enthält, der an der
Basis durch das Potential am Teilungspunkt des Spannungsteilers über die Zenerdiode
gesteuert ist.
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Um das Ansprechen der überwachungsschaltung und das Abschalten des
Motorschaltschützes von Schwankungen der Betriebswechselspannung unabhängig zu machen,
ist gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung die Spannung, die der Transistorkaskade
über die Gleichrichterbrücke zugeführt wird, durch eine gesonderte Zenerdiode und
einen Vorwiderstand für diese Diode stabilisiert.
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Die überwachungsschaltung gemäß der Erfindung kann nicht nur als Motorschutzschaltung,
sondern auch als Steuerglied bei der Energiezufuhr für elektrische Öfen und andere
Heizgeräte verwendet werden.
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Die Schaltung gemäß der Erfindung wird nachstehend an Hand des in
der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
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Die Steuerspule des Schaltschützes 1 ist in bekannter Weise
über eine Gleichrichterbrücke 2, in deren Brückenzweig ein Thyristor 3 liegt, an
das Wechselstromnetz angeschlossen. Das eigentliche Steuerteil der Schaltung setzt
sich aus einer Transistorkaskade mit zwei Stufen 4 und 5 zusammen. Der Steuerstromkreis
des Thyristors bildet zugleich den Kollektorstromkreis eines als Schalttransistor
verwendeten Transistors 41. Der Emitter-Basis-Stromkreis dieses Transistors ist
über eine Zenerdiode 42 an einen als Spannungsteiler 52 ausgebildeten
Kollektorwiderstand eines weiteren Transistors 51
angeschlossen, dessen Emitter-Basis-Stromkreis
den PTC-Widerstand 53 und einen mit diesem PTC-Widerstand in Reihe geschalteten
steilbaren Widerstand 54 enthält. Mit Rücksicht auf hinreichende Meßgenauigkeit
des PTC-Widerstandes treten im Emitter-Basis-Stromkreis nur geringe Leistungsänderungen
auf. Der Transistor 51 arbeitet als Verstärker, damit im Kollektorstromkreis Leistungsänderungen
nach Maßgabe der gewünschten Ansprechempfindlichkeit der Steuerschaltung erzielt
werden. Alle Transistorstromkreise werden von einem Netzgleichrichter 6 versorgt.
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Solange die Spannung am Abgriffpunkt des Spannungsteilers 52 höher
ist als die Zenerspannung der Diode 42, fließt über die Emitter-Basis-Strecke des
Transistors 41 ein Strom, welcher diesen Transistor stark übersteuert und damit
den Thyristor 3 durchgeschaltet hält. Nimmt nun der Widerstandswert des PTC-Fühlers
53 langsam zu, so nimmt die Spannung am Abgriffpunkt des Spannungsteilers 52 langsam
ab. Erst beim steilen Anstieg der Widerstandskennlinie im kritischen Temperaturbereich
unterschreitet die Spannung am Spannungsteilerabgriff die Zenerspannung, der Transistor
41 und der Thyristor 3 werden dann gesperrt und das Schaltschütz wird momentan abgeschaltet.
Mit Hilfe des Steilwiderstandes 54 kann die Abschaltung einer bestimmten Temperatur
zugeordnet werden. Soll beispielsweise bei höherer (niederer) Temperatur abgeschaltet
werden, so muß der Widerstandswert von 54 entsprechend kleiner (größer) eingestellt
werden.
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Die Schaltung gemäß der Erfindung weist gegenüber den bekannten Schaltungen
erhebliche Vorteile auf. Zum einen wird mit Hilfe einer zwischen den Kaskadenstufen
4 und 5 angeordneten Zenerdiode 42, die in Verbindung mit einem
Spannungsteiler 52
steht und von diesem angesteuert wird, ein schlagartiges
Abschalten des Schützes erreicht. Zum anderen haben normale Spannungsschwankungen
des speisenden Netzes nur geringen Einfluß auf den Zeitpunkt des Abschaltens, insbesondere
kann mit Hilfe einer am Ausgang des Gleichrichters 6 vorgesehene weitere Zenerdiode
61 und mit Hilfe eines Wider-. standes 62 völlige Unabhängigkeit von der Netzspannung
erzielt werden. Außerdem kann, wie oben erwähnt, der Zeitpunkt des Abschaltens mit
Hilfe des Vorwiderstandes 54 einem bestimmten Temperaturwert zugeordnet werden.
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Dadurch, daß das Steuerteil der überwachungsschaltung zueinander komplementäre
Transistoren enthält, ist der schaltungstechnische Aufbau des Steuerteils besonders
einfach.
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Die Anwendung einer Schaltung gemäß Erfindung ist selbstverständlich
nicht nur auf Temperaturüberwachung bei Motoren beschränkt, sondern ist auch zum
Zweck anderer überwachungsaufgaben denkbar. Beispielsweise kann die Temperatur bei
chemischen Fertigungsprozessen, in Thermostaten, in Öfen und Heizgeräten verschiedener
Art kontrolliert und ein Zu- und Abschalten einer Energiequelle nach Maßgabe der
Temperatur bewirkt werden.