DE1463704B1

DE1463704B1 - Schutzschaltungsanordnung gegen schaedliche temperaturerhoehungen eines ueber eine schalteinrichtung gespeisten elektrischen verbrauchers

Info

Publication number: DE1463704B1
Application number: DE19641463704
Authority: DE
Inventors: Antrag Auf Nichtnennung
Original assignee: Tecumseh Products Co
Current assignee: Tecumseh Products Co
Priority date: 1963-06-03
Filing date: 1964-06-01
Publication date: 1972-05-25
Also published as: GB1015225A; NL6406250A; US3324352A; BE648699A; LU46227A1; FR1397078A; ES300567A1

Description

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Das Patentbegehren richtet sich nur auf die Gesamt- bekannte Ausführung, die eine kleine Wärmeträgheit

heit der Merkmale des Anspruches 1. aufweist und der Temperatur der Wicklung 15 inner-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im halb von etwa 3⁰C folgt. Jeder Thermistor79 weist

folgenden an Hand der Zeichnungen im einzelnen be- einen negativen Temperaturkoeffizienten auf, so daß

schrieben. Dabei zeigt 5 ihr Widerstand abnimmt, wenn die Temperatur der

F i g. 1 das Schaltbild der Schutzschaltungsanord- Wicklungen 15 ansteigt.

nung zum Schutz gegen zu hohe Wicklungstempera- Der Oszillator 32 ist an sich bekannt und weist ganz

türen bei einem Dreiphasenmotor, allgemein einen Unijunction-Transistor 86 mit einem

F i g. 2 eine schematische Ansicht einer Thermistor- pn-übergang auf und besitzt einen Emitter, der mit

schaltung, die die Anordnung der Thermistoren zum io dem Verbindungspunkt des Widerstands 58 und des

Schutz von mehr als einer Motorwicklung darstellt. Kondensators 56 verbunden ist, eine Basis I, die über

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist eine einen Ausgangswiderstand 88 an der Leitung 49 liegt,-Stromquelle 8 über drei Leitungen 10, 12 und 14 mit und eine Basis II, die über einen Widerstand 90 an der den Wicklungen 15 eines Dreiphasen-Induktionsmo- Leitung 48 liegt. Die Ausgangsspannung über dem tors 16 verbunden. Ein mechanischer Schalter 18 ist 15 Widerstand 88 beaufschlagt die Basis eines Transistorin die Leitungen 12, 14 eingeschaltet, und in die Verstärkers 92 mit geerdetem Emitter, dessen AusLeitungen 10 und 12 ist zur Leistungssteuerung des gangskreis zwei Primärwicklungen 94, 96 entsprechen-Motors 16 jeweils ein Paar von gesteuerten Halbleiter- der Impulsüberträger 98, 100 enthält. Die Sekundärgleichrichtern 36 als Schalteinrichtung 20, 22 ein- wicklungen 102, 104, der Überträger 98, 100 sind gefügt. Die Stromleitung durch diese wird durch eine 20 direkt an die Kathoden und Gitterelektroden der ge-Triggerschaltung gesteuert, die allgemein eine Gleich- steuerten Halbleitergleichrichter 36 gelegt. Der Osstromquelle 28 und einen bistabilen Verstärker 30 zillator 32 läuft frei bei einer Frequenz, die etwa umfaßt, welcher einen Oszillator 32 mit einem Uni- hundertmal größer als die Frequenz der Stromquelle 8 junction-Transistor 86 mit einem pn-übergang in Ab- ist, um alle Synchronisierungsschwierigkeiten auszuhängigkeit von Temperaturänderungen der Wick- 25 schalten und das Zünden der gesteuerten Halbleiterlungen 15 steuert, welche durch einen an den Eingang gleichrichter 36 am Anfang der Halbperioden der des Verstärkers 30 angeschalteten Thermistor 34 ab- Stromquelle 8 sicherzustellen.

gefühlt werden. Der Oszillator 32 liefert Gitterimpulse In Verbindung mit der oben erläuterten Schaltung für die gesteuerten Halbleitergleichrichter 36. Die wird der Motor 16 durch Schließen des Schalters 18 Gleichstromquelle 28 ist an eine Phase der Strom- 30 angelassen. Die durch den Thermistor 34 gesteuerte quelle 8 über einen Kopplungskondensator 38 ange- Vorspannung des Transistors 52 ist so groß, daß — schaltet und weist einen Brückengleichrichter 40 auf, wenn die Temperatur der Wicklung 15 nicht zu hoch dessen Ausgangsspannung durch einen Widerstand 42 ist — ein Strom durch den Transistor 52 zu fließen begrenzt, durch einen Kondensator 44 geglättet und beginnt, wenn der Schalter 18 geschlossen ist. Sobald durch eine Zener-Diode 46 begrenzt wird, um eine im 35 der Transistor 52 zu leiten beginnt, werden die Tranwesentlichen konstante Ausgangsspannung an ein sistoren 50, 52 durch die positive Rückkopplung über Leitungspaar 48, 49 abzugeben. die Widerstände 76, 78 in die Sättigung getrieben. So-

Der Verstärker 30 ist an die Leitungen 48, 49 an- lange der Transistor 50 leitet, wird der Kondensator geschaltet und weist zwei Transistoren mit entgegen- über den Emitterwiderstand 54, die Emitter-Kollektorgesetztem Leitfähigkeitstyp auf, die in Form eines 40 Strecke des Transistors 50 und den Widerstand 58 aufpnp-Transistors 50 und eines npn-Transistors 52 dar- geladen und über die Emitter-Basis-I-Strecke des gestellt sind. Der Emitter-Kollektor-Kreis des Tran- Unijunction-Transistors 86 mit einem pn-übergang sistors 50 enthält einen Emitterwiderstand 54, der zwi- und den Widerstand 88 auf übliche Weise entladen, sehen die Leitung 48 und den Emitter des Transistors Die impulsförmige Ausgangsspannung über dem 50 geschaltet ist, und einen Kondensator 56, der in 45 Widerstand 88 wird durch den Transistorverstärker92 Reihe mit einem Widerstand 58 zwischen dem KoI- verstärkt, und die verstärkten Impulse zünden die gelektor des Transistors 50 und der Leitung 49 liegt. steuerten Halbleitergleichrichter 36 und legen die Der Basisstrom für den Transistor 50 wird einem An- Wicklungen 15 an Spannung aus der Stromquelle 8. Schluß 64 entnommen, der elektrisch zwischen zwei Wenn jedoch die Temperatur der Wicklungen 15 eine Widerständen 60, 62 liegt, die in Reihe zwischen die 50 vorbestimmte, zu hohe oder Abschalttemperatur erLeitung 48 und den Kollektor des Transistors 52 ge- reicht, nimmt der Widerstand des Thermistors 34 so schaltet sind. Der Emitter des Transistors 52 liegt an weit ab, daß die Vorspannung einschließlich der rückeinem Spannungsteiler mit den Widerständen 66, 68, gekoppelten Spannung an der Basis des Transistors 52 die in Reihe an die Leitungen 48, 49 geschaltet sind. nicht ausreicht, um den Transistor 52 leitend zu halten. Ein Basis-Vorspannungskreis für den Transistor 52 ist 55 Wenn der Stromfluß durch den Transistor 52 kleiner ebenfalls an die Leitungen 48, 49 angeschaltet und wird, werden die Transistoren 50, 52 mit Hilfe der weist einen Widerstand 70 auf, der in Reihe mit der Rückkopplung nichtleitend. Wenn der Transistor 50 Parallelschaltung des Thermistors 34 mit den Reihen- gesperrt ist, ist der Ladekreis des Kondensators 56 widerständen 72, 74 geschaltet ist. Eine positive Rück- unterbrochen, der Oszillator 32 hört auf zu schwingen, kopplung für den Verstärker 30 wird mit Hilfe von 60 und die gesteuerten Halbleitergleichrichter 36 werden zwei Rückkopplungswiderständen 76, 78 gewonnen, nicht gezündet, so daß die Wicklungen 15 von der die in Reihe direkt zwischen den Kollektor des Tran- Stromquelle 8 abgetrennt werden. Sobald die Temsistors 50 und die Basis des Transistors 52 geschaltet peratur der Wicklungen 15 unter die Abschalttempesind. ratur absinkt, nimmt der Widerstand des Thermistors

Vorzugsweise besteht der Thermistor 34 aus zwei 65 34 und damit die an die Basis des Transistors 52 aneinander ähnlichen Thermistoren 79 (F i g. 2), von gelegte Vorspannung zu. Wenn die Temperatur der denen jeder direkt in eine getrennte Wicklung 15 des Wicklungen 15 auf einen unteren Grenzwert oder die Motors 16 eingebettet ist. Jeder Thermistor 79 ist eine Einschalttemperatur abgesunken ist, welche durch

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den Wert des Thermistors 34 und der Widerstände 72, 34 geschaltet sind, wird eine glatte Widerstands-Tem-74 bestimmt ist, leitet der Transistor 52, und die Tran- peratur-Kennlinie für die Parallelschaltung des Thersistoren 50, 52 werden augenblicklich durch die mistors 34 mit den Widerständen 72, 74 erreicht,

positive Rückkopplung über die Widerstände 76, 78 Wenn die beschriebene Steuerschaltung in Verbin-

in die Sättigung getrieben. Wenn die Transistoren 50, 5 dung mit einem Thermistor kleiner Abmessungen be-

52 wieder leiten, zündet der Oszillator 32 wiederum nutzt wird, läßt sich eine außerordentlich wirksame

die gesteuerten Halbleitergleichrichter 36 und erregt Steuerung erreichen. Er kann direkt in die Wicklungen

die Wicklungen 15. eingebettet werden. Er weist außerdem eine so kleine

Mit Hilfe der oben erläuterten Schaltung wird eine thermische Trägheit auf, daß seine Temperatur der

Temperaturverzögerung oder eine Temperaturdiffe- io Wicklungstemperatur innerhalb von etwa 3°C genau renz zwischen der Einschalt- und Ausschalttemperatur folgt. Diese Ansprechgeschwindigkeit reicht aus, um

durch den Verstärker 30 und die Rückkopplung über die Wicklung gegen eine schnelle Erhitzung bei

die Widerstände 76, 78 erreicht. Diese Differenz kann blockiertem Läufer zu schützen,

ohne große Beeinflussung der Einschalttemperatur Bei einem Dreiphasenmotor von 5 PS für 230 Volt

verändert werden, und in ähnlicher Weise kann die 15 wurde bei blockiertem Läufer, ausgehend von einem

Einschalttemperatur ohne große Beeinflussung der aufgeheizten Zustand, eine Einschalttemperatur von

Temperaturdifferenz verändert werden. Wenn die 120⁰C und eine Abschalttemperatur von 135°C mit

Transistoren 50, 52 nicht leiten, wird die Durchlaß- Hilfe der Schaltung nach F i g. 1 erreicht. Die Bauteile

vorspannung des Transistors 52 in den Spannungs- hatten die folgenden Werte:

teilern mit den Widerständen 70, 72, 74, 66, 68 und ao

dem Widerstand 34 erzeugt. Bei festen Werten für Emgangsgleichspan-

die Widerstände 70, 72 und 74 wird die Leitung des "Ψ?? ^an <*? 7"" ₀₀

Transistors 52 durch Widerstandsänderungen des ™^m "f^se^' ··' ,JiIt

Thermistors 34 als Funktion der Wicklungstemperatur Z'f^i « ϊ*5 n?"

eingeleitet und beendet. Da die kritische Durchlaß- a₅ Widerstand 58 2700 0hm

vorspannung, bei der der Transistor 52 leitet, fest ist, S?°^def °L JS

muß der Gesamtwiderstand der Reihen-Parallel- Widers and 60

schaltung mit den Widerständen 72, 74 und dem S^J^JS T 2

Widerstand 34 einen konstanten Wert erreichen, Widerstand« 47 Ohm

welcher der Durchlaßvorspannung entspricht, bevor 30 ^.f™?^ f_n ?J000 Ohm

der Transistor 52 leitet. Der als einstellbarer Wider- Widerstand 70 15000 Ohm

stand gezeigte Widerstand 74 kann verändert werden, Sf⁵"^ ZJ 25 25™

um die Einschalttemperatur zu verschieben, bei der Widerstand 74 200 Ohm

die Leitung des Transistors 52 beginnt. Da der Ge- ^iders and 76 10000 Ohm

samtwidersiand der Widerstände 72, 74 und des 35 Widerstand 78

Thermistors 34 bei der kritischen Durchlaßvorspan- iransistor»υ

nung konstant ist, beeinflussen Änderungen des Wider- 1 ransistor 5Z ..-,„_

Standes 74 die durch die Rückkopplung des Ver- Thermistor 34 5000 Ohm bei 25°C

stärkers 30 eingestellte Temperaturdifferenz nur wenig. vcrvvxka 1 11 η

Wenn die Transistoren 50, 52 leiten, wird die Vor- 40 ^{Z ' ^vbeu "^{A x} P^arauel)
spannung der Basis des Transistors 52 durch die Bei der Temperaturverzögerung zwischen der EinRückkopplung über die Widerstände 76, 78 auf einen schalt- und der Ausschalttemperatur kann der Motor Wert oberhalb der kritischen Durchlaßvorspannung mit Erfolg wieder angelassen werden und wird nicht erhöht, welche der Einschalt-Temperatur entspricht. auf Grund kleiner, durch die Anlaßströme verur-Bevor die Transistoren 50, 52 gesperrt werden, muß 45 sachter Temperaturerhöhungen sofort wieder abder Widerstand des Thermistors 34 unter den Wert geschaltet.

für die Einschalttemperatur abnehmen, um die Die oben beschriebene Schaltung ist in Verbindung positive Rückkopplung über die Widerstände 76, 78 mit einer Temperatur-Schutzschaltung für einen Dreizu überwinden. Durch Veränderung der Rückkopp- phasen-Motor 16 erläutert worden. Außerdem kann, lung, die von dem Wert des als einstellbar darge- 50 obwohl die Thermistoren in Form eines Paares gestellten Widerstandes 78 abhängt, kann die Tem- zeigt sind, die in getrennte Wicklungen eingebettet peraturdifferenz eingestellt werden. Da die Einschalt- sind, eine gute Schutzwirkung auch mit anderen Austemperatur durch die Parallelschaltung des Ther- führungen erhalten werden, beispielsweise mit einem mistors 34 und der Widerstände 72, 74 bestimmt ist, einzelnen Thermistor, der in eine Wicklung eines Einbeeinflussen Änderungen des Widerstandes 78 die 55 oder Mehrphasenmotors eingebettet ist, oder mit Einschalttemperatur nur wenig. Dadurch, daß die einem einzelnen Thermistor, der zwischen den Wick-Reihenwiderstände 72, 74 parallel zu dem Thermistor lungen eines Einphasenmotors angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- Patentanspriiche: net, daß bei Anwendung bei einem Motor (16) ein oder mehrere parallelgeschaltete Thermistoren (79)

1. Schutzschaltungsanordnung gegen schädliche vorhanden und in die Wicklungen (15) des Motors Temperaturerhöhungen eines über eine Schalt- 5 eingebettet sind.

einrichtung gespeisten elektrischen Verbrauchers,
insbesondere eines Elektromotors, mit einer die
Schalteinrichtung ein- bzw. ausschaltenden Steuerschaltung, die einen mit dem Verbraucher gut
wärmeleitend verbundenen, temperaturabhängigen io

Widerstand in einer einen elektronischen Ver- Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschalstärker steuernden Meßschaltung enthält und die tungsanordnung gegen schädliche Temperaturerhöso bemessen ist, daß die Schalteinrichtung unter- hungen eines über eine Schalteinrichtung gespeisten halb einer ersten, vorbestimmten Temperatur ein- elektrischen Verbrauchers, insbesondere Elektromoschaltbar und oberhalb einer zweiten, vorbe- 15 tors, mit einer die Schalteinrichtung ein- bzw. ausstimmten, höheren Temperatur ausschaltbar ist, schaltenden Steuerschaltung, die einen mit dem Vergekennzeichnet durch die Kombination braucher gut wärmeleitend verbundenen, temperaturder Merkmale, daß der Verstärker der die Schalt- abhängigen Widerstand in einer einen elektronischen einrichtung (20, 22) auslösenden Steuerschaltung Verstärker steuernde Meßschaltung enthält und die (28, 30, 32) ein bistabiler elektronischer Schalt- 20 so bemessen ist, daß die Schalteinrichtung unterhalb verstärker (30) mit zwei Rückkopplungswiderstän- einer ersten vorbestimmten Temperatur einschaltbar den (76, 78) zwischen seinem Eingang (Basis- ist und oberhalb einer zweiten vorbestimmten, höheren Transistor 52) und seinem Ausgang (Kollektor- Temperatur ausgeschaltet wird.
Transistor 50) ist, daß der temperaturabhängige Bei einer bekannten Schutzschaltungsanordnung Widerstand (34, 79) an den Eingang des elektro- 25 dieser Art (USA.-Patentschrift 3 014 159) besteht die nischen Schaltverstärkers (30) angeschaltet ist und Schalteinrichtung aus einem Relais und der elektrodaß durch den Rückkopplungswiderstand (76, 78) nische Verstärker aus einem Transistor, an dessen und seine Bemessung das Intervall zwischen den Emitter und Kollektor das Relais und an dessen Basis Schaltpunkten der Steuerschaltung (28, 30, 32) be- der temperaturabhängige Widerstand angeschlossen stimmt ist. 30 sind. Der temperaturabhängige Widerstand steuert

2. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1, somit den Spannungsabfall zwischen dem Emitter und dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung dem Kollektor des Transistors, und ein bistabiles Ver-(20, 22) aus wenigstens einem gesteuerten Halb- halten des Transistors tritt nicht auf. Die bistabile leitergleichrichter (36) besteht. Wirkung der Schutzschaltungsanordnung kommt

3. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1, 35 durch die bekannte Trägheitseigenschaft des Relais dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung zustande. Die Grenzwerte für das Ansprechen bzw. (28, 30, 32) einen die Steuerelektrode des Halb- Abfallen von Relais streuen bekanntlich und sind leitergleichrichters (36) beaufschlagenden Oszilla- auch von zufälligen äußeren Bedingungen, wie Ertor (32) aufweist, dessen Schwingfrequenz wesent- schütterungen u. dgl., abhängig.

lieh größer ist als die Frequenz der den Verbraucher 4° Sogenannte Maximum-Minimum-Temperaturregler

speisenden Stromquelle (8). zur automatischen Schaltung von Temperaturzyklen

4. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1, zwischen zwei Grenzwerten sind an sich bekannt (Buch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalt- der Firma Siemens »Schaltungen mit Halbleiterbauverstärker (30) zwei in Reihe geschaltete Tran- elementen«, 1961, S. 234 bis 235). Hierbei werden als sistoren (50, 52) entgegengesetzten Leitfähigkeits- 45 aktive Elemente drei Transistoren und ein Relais betyps enthält, daß der Basis-Emitter-Kreis des ersten nötigt.

Transistors (52) den temperaturabhängigen Wider- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

stand (34) enthält und daß die Rückkopplungs- Schutzschaltungsanordnung der eingangs angegebenen

widerstände (76, 78) zwischen dem Kollektor des Art so auszubilden, daß sie vielseitig und zuverlässig

zweiten Transistors (50) und der Basis des ersten 50 ist, schnell und zwangläufig auf Temperaturänderun-

Transistors (52) liegt und einen veränderbaren gen, insbesondere in einer Motorwicklung, anspricht

Rückkopplungswiderstand (78) zur Einstellung der und eine Schalthysterese aufweist, so daß der elek-

Differenz zwischen der ersten und zweiten Tem- trische Verbraucher (Motor), nachdem er wegen zu

peratur aufweist. hoher Temperaturen abgeschaltet worden ist, sich auf

5. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 3, 55 eine Temperatur abkühlt, bei der er mit Erfolg wieder dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (32) angelassen werden kann.

einen Unijunction-Transistor (86) und einen Kon- Die gestellte Aufgabe wird bei der eingangs be-

densator (56) aufweist und daß der Emitter- schriebenen Schutzschaltungsanordnung gelöst durch

Kollektor-Kreis des zweiten Transistors (50) zur die Kombination der Merkmale, daß der Verstärker

Bildung eines Ladekreises für den Kondensator mit 60 der die Schalteinrichtung auslösenden Steuerschaltung

diesem in Reihe geschaltet ist. ein bistabiler elektronischer Schaltverstärker mit

6. Schutzschaltungsanordnung nach einem der einem Rückkopplungswiderstand zwischen seinem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- Eingang und seinem Ausgang ist, daß der temperaturnet, daß ein Widerstand (72, 74) parallel zu dem abhängige Widerstand an den Eingang des elektronitemperaturabhängigen Widerstand (34) geschaltet 65 sehen Schaltverstärkers angeschaltet ist und daß durch ist, um eine glatte Widerstand-Temperatur-Kenn- den Rückkopplungswiderstand und seine Bemessung linie zu erzeugen. das Intervall zwischen den Schaltpunkten der Steuer-

7. Schutzschaltungsanordnung nach einem der schaltung bestimmt ist.