DE1588888C3 - Übertemperatur-Schutzschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Übertemperalur-Sehutzschallung für elektrische Verbraucher mit mindestens einem PTC-Thermislor in Spannungsteilerschaltung, als Temperaturfühler," mit einer nachgcschallelen Kippschaltung und einem von dieser gesteuerten Gleichrichter zum Ein- und Ausschalten des Verbrauchers.

Eine Übertempcratur-Sehulzschaltung dieser Art mit einem Relais zum Ein- und Ausschalten des Verbrauchers ist aus,der US-PS 3 262 014 bekannt. Bei dieser bekannten Schutzschaltung, die als Zweipunkl-Temperatu/regier arbeitel, wird ein zusätzlicher Strom durch den Thermistor geleilet, um eine thermische Rückführung zu erhalten, durch die die^: Schalthystcrese herabgesetzt wird. Diese Maßnahme entspricht dem Einsalzzweck der bekannten Schallung als Zweipunkt-Rcgler.

Es hat sich gezeigt, daß es bei bestimmten Einsatzzwecken, beispielsweise, wenn es darum geht, einen Elektromotor gegen eine Überhitzung zu schützen, nicht ausreichend sicher ist, wenn man die Temperatur am Thermistor einfach auf diejenige Temperatur absinken läßt, bei welcher die Schutzschaltung angesprochen hatte, um dann den Verbraucher erneut einzuschalten. In diesem Fall bestünde nämlich die Gefahr, daß der Verbraucher an einzelnen Punkten noch zu heiß ist, um erneut störungsfrei betrieben werden zu können. Aus diesem Grunde wurden Übertempcratur-Schutzsehaltungen entwickelt, bei denen das Abkühlen des Thermistors nach dem Ansprechen verzögert wird, um zu erreichen, daß der elektrische Verbraucher beim erneuten Einschalten mit Sicherheit auf eine ausreichend niedrige Temperatur abgekühlt ist. Im einzelnen ist es aus der DT-PS 885 112 bekannt, beim Abschalten des elektrischen Verbrauchers infolge Übertemperatur einen Hilfsstromkreis zu schließen, durch weichen eine zusätzliche Behcizung^es Temperaturfühlers während der Abkühlzeil erfolgt, um diese zu verlängern, wobei die Beheizung des Temperalurfiihlers bzw. Thermistors direkt oder indirekt erfolgen kann, Ferner ist es aus der Zeitschrift »Si-!.-Nachrichten« 12. Jahrgang (1964) Heft 4, S. 216 bis 218 bekannt, PTC-Thermistorcn an eine Spannungsquclle mit niedrigem Innen widerstand anzuschließen, so daß eine Eigenerwärmung erfolgt,

ίο welche sich auf Grund der Temperaturänderiing des Thermistors auf einem bestimmten Weil stabilisiert, • von welchem, dann für die verschiedensten Anwen- ■■·.' dungszwcckeausgegangen werden kann.

Ausgehend von dem vorslehcnd beschriebenen Sland der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Übertemperatur-Schulzschaltung für elektrische Verbraucher zu schaffen, bei welcher der Thermistor zur Verlängerung der Dauer einer Abschaltung des Verbrauchers in einfacher Weise zusätzlich erwärmbar ist, ohne daß getrennte I leizeinrichtungen zur Erzeugung dieser zusätzlichen Erwärmung erforderlich wären.

Diese Aufgabe wird, durch einen Übcrlemperaiur-Schulzschalter der eingangs erwähnten Art gelöst, weleher gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß im Spannungstcilerkreis zwischen dem Thermistor und einem Widerstand eine Tordiode für die Kippschaltung vorgesehen ist und daß der Thermistor über

■ einen Vorwiderstand und eine Diode parallel zum gcsteuerten Gleichrichter geschaltet ist, so daß bei gesperrtem Gleichrichter der Thermistor durch die gesteuerte Spannung zusätzlich erwärmt wird.

Gemäß der Erfindung werden also Spannungsänderungen in der Schutzschaltung beim Sperren des gesteuerten Gleichrichters dazu ausgenutzt den Thermistor unmittelbar durch die gesteuerte Spannung über eine zum gesteuerten Gleichrichter parallelgeschaltele Diode zusätzlich zu erwärmen, wobei das Maß der Erwärmung in einfacher Weise durch entsprechende Einstellung des VorwidcrsUindcs erfolgt.

Die Erfindung wird nachstehend an I land einer Zeichnung näher, erläutert, deren einzige Figur ein ' schematischcs Schallbild einer bevorzugten ■ Ausführungsform einer Übertempcralur-Schutzschallung gemaß der Erfindung zeigt.

Die in der Zeichnung, gezeigte Übertemperalur-Schutzschallung wird durch eine Wcchselslromquelle mit einer Netzspannung von beispielsweise 115 Voll über zwei Anschlußleitungen IA und 12 gespeist. Aus der Netzspannung wird eine ,niedrige Gleichspannung für die Malbleiterbauclementemil Hilfe eines Transformaiors 71 und einer Gleichriehterbriicke Di bis M gewonnen, an deren einer Diagonalen die Sekundärseite des die Netzspannung heruntertransformierenden Transformators 71 liegt, während die andere Diagona- ί le zwischen der Anschlußleitung IA und einer Zuleitung 13 liegt. Zwischen den Leitungen IA und 13 liegt ferner ein Fillerkondensalor Ci.

Zwischen den Leitungen Ll und 13 liegen zwei PTC-

(>o Thermistoren 77/1 bzw. 77/2 in Spannungstcilcrschaltung, wobei die beiden Spannungsteiler mit den Bezugszeichen 11 und 13 bezeichnet sind und jeweils einen Bezugswiderstand Ri bzw. R2 sowie Tordioden Ü5 bzw. DS enthalten. Die beiden Spannungsteiler 11

f>s und 12 haben je einen Verbindungspunkl /1 und /2, der zwischen dem jeweiligen Thermistor THl bzw. 77/2 und dem Bezugswiderstand Rl bzw. R2 liegt. Die Spannungen an den Vcrbmdungspunkten /1 und /2 ändern

sich im wesentlichen in Abhängigkeit vom Wider-Miindswerl der Thermistoren 77/1 bzw. 77/2.

Die Verbindungspunkle /1 und /2 sind über Blockdioden 171 bzw. I7& und einen gemeinsamen Strombegrenzungswiderstand R3 mit der Basis eines Paares von NPN-Transistoren Ql und Qi verbunden, die zu einer Schmitt-Trigger-Schaltung gehören. Die Kollektoren der Transistoren Ql und Qi sind.an die Anschlußleilung IA über l.astwiderstände RA bzw. R5 an-. geschlossen, während ihre limitler über einen gemeinsamen Widerstand IU mit der Zuleitung 13 verbunden sind. Der Kollektor des Transistors Ql wird ferner mil der Basis des Transistors Q3 über einen Spannungsteiler aus zwei Widerständen R8 und /?9 verbunden. Der Transistor Ql wird normalerweise durch einen Strom im leitenden Zustand gehalten, der über einen Widersland RiO fließt, welcher die Basis dieses Transistors mil der Anschlußleitung IA verbindet.

Wie bekannt, wirkt die Schmitt-Trigger-Schaltung mit den Transistoren Ql und QZ derart, daß sie aus einem ersten Zustand, in welchem der Transistor Ql gesperrt ist, während der Transistor Qi leitet, in einen zweiten Zustand kippt, in welchem der Transistor Ql leitet und der Transistor Qi abgeschaltet ist, wenn die an die Basis des Transistors Ql angelegte Spannung einen vorgegebenen positiven Schwcllwert übersteigt.

Der Kollektor des Transistors Qi ist über einen zwei Widerstände Rii und Ri2 umfassenden Spannungsteiler mit der Basis eines NPN-Transislors Ql verbunden, der als Emitter-Verstärker geschaltet ist. Der Emitter des Transistors Qt ist über einen die Verstärkung beeinflussenden, veränderlichen Widersland RiA mit der Zuleitung 13 verbunden, während sein Kollektor über einen testwiderstand R\5 mit der Anschliißleitung IA verbunden ist. Der Kollektor des Transistors QA ist ferncr über einen Strombegrenzungswiderstand R16 mit der Steuerelektrode eines gesteuerten Gleichrichters Q5 verbunden. Der gesteuerte Gleichrichter Q5 ist ein einen Steueranschluß aufweisender Halbleiterschalter, der dazu dient, einen Wechselstrom an seinen Hauptanschlössen durchzuschallen, wenn an seiner Steuerelektrode eine vorgegebene Steuerspannung anliegt.

Die Arbeilswicklung Ki W eines Molorschützes ist an die Anschlußleitungen IA und 12 über einen Stromkreis angeschlossen, der die Schaltstrecke des Gleichrichtcrs QS enthält. Wenn der Gleichrichter QS durchgcschallct wird, liegt praktisch die volle Spannung zwischen den Schlußleitungen IA und 12 über der Arbeitswicklung Ki W des Motorschützes Ki, dessen Kontakte KiA, KiB und KiC bei erregter Arbeitswicklung v> Ki Weinen Motor Mi an eine Wechselstromquellc anschließen, und zwar bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel an ein J-F'hasen-Wechselstrom-Nelz. Der Motor Mi stellt bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel den zu schützenden Verbraucher dar. Die Thermistoren 77/1 und 77/2 stehen mit dem Motor Mi in wärmeleitender Verbindung, um die Temperatur an geeigneten Stellen des Motors Mi zu ermitteln und diesen bei Erreichen einer vorgegebenen Übertemperatur auf Grund ihrer Widerstandsänderung abzuschalten. fto

An dem Verbindungspunkt des Gleichrichters QS mit der Arbeilswicklung Ki W ist das eine Ende eines Vorwiderslandcs Ä18 angeschlossen, dessen anderes Ende über Tordioden D9 und DlO mit dem der Anschlußlcitung IA abgesandten Ende der Thermistoren THi bzw. f\s TI ti verbunden ist.

Die Übcrtempcratur-Schutzschaltung arbeitet wie folgt:

Ks sei angenommen,, daß der. Motor Ml zunächst verhältnismäßig· kühl ist. Damit sind auch die Thermistoren 77/1 und. 77/2 verhältnismäßig kühl und haben einen relativ niedrigen Widerstandswcrl. im Vergleich zu den. Widerständen Ri,und.R2. Die.Spannungen an den Verbindungspunkten /!."und./2 sind damit in bezug auf die Schwellwcrlspannung der Schmitt-Trigger-Schaltung positiv, und die Dioden 171 und IX sind in Sperrichtung vorgespannt. Der Transistor Ql ist auf Grund der Spannung, die sich infolge des durch den Widerstand RiQ fließenden Stroms ergibt, leitend, während der Transistor Qi gesperrt ist.

Wenn der Transistor Qi gesperrt ist, liegt an der Basis des Transistors QA eine Spannung, die diesen in leitendem Zustand hält, und der Transistor QA führt der Steuerelektrode des Gleichrichters QS über den Widerstand /?16 einen Strom bzw. eine Spannung zu, durch die der Gleichrichter CS im leitenden Zustand gehalten wird. Bei durchgeschalteter Schaltstrecke des gesteuerten Gleichrichters CS ist der Motorschutz Ki und damit der Motor Mi eingeschaltet. Bei durchgcschalletem Gleichrichter CS ist die Leitung Li praktisch unmittelbar mit dem einen Ende des Vorwiderslandes RiS verbunden, so daß über diesen kein Strom zu den Thermistoren 77/1 und 77/2 fließt.

Wenn der Motor Mi eine vorgegebene Übcrtemperatur erreicht, d. h. eine Temperatur, bei welcher mindestens einer der Thermistoren 77/1, TlH einen relativ hohen Widerstandswert bezüglich des zugeordneten Bezugswiderstandes Ri bzw. Rl annimmt, dann ergibt sich an der betreffenden Verbindungsslelle /1 bzw. /2 eine Spannung, die relativ zur Schwcllwertspannung der Schmitt-Trigger-Schaltung negativ ist bzw. die unter dieser Schwellwerlspannung liegt. Wenn dies eintritt, dann wird die betreffende Diode 177 bzw. DB in Leitrichtung vorgespannt, so daß ein Strom durch den Widerstand RiQ fließen kann, der zur Folge hat, daß die Basisspannung für den Transistor Ql absinkt. Dies führt zum Kippen der Schmitt-Trigger-Schaltung in ihren zweiten Zustand, in welchem der Transistor Ql gesperrt und der Transistor CQ leitend ist.

Wenn der Transistor CQ leitend wird, verringerl sich die Basisspannung für den Transistor CW, so daß dieser sperrt, was ein Absinken der Steuerspannung für den Gleichrichter CS zur Folge hat, der daraufhin ebenfalls sperrt, so daß der Motorschutz Ki abfällt und den Motor Mi abschaltet. Bei gesperrtem Gleichrichter QS liegt über dessen Schaltstrecke die volle Netzspannung, d. h. die volle Spannung zwischen den Anschlußlcilungen IA und 12. Durch die positiven Halbwellen der Netzspannung werden die Dioden £39 und DlO leitend gesteuert, so daß während der positiven Halbwellen ein Strom über den Vorwiderstand 18 und die Thermistoren 77/1 und Till fließen kann. Dieser Strom führt zu einer beträchtlichen Erwärmung der Thermistoren TlIi und THl. Die zusätzliche Beheizung der Thermistoren TWl und THl verlängert somit die Zeitspanne, während der der Motor Mi nach dem Ansprechen der Übertemperatur-Schutzschaltung abgeschaltet bleibt. Der Motor Mi muß folglich auf eine Temperatur abkühlen, die wesentlich niedriger liegt als die Temperatur, bei welcher die Schutzschaltung anspricht, ehe er erneut eingeschaltet werden kann. Die Höhe der Differenz zwischen der Einschalt- und der Ausschalttemperatur ist durch Einstellen des Vorwiderstandes /?18 veränderbar und kann außerdem durch Wahl geeigneter Bezugswiderstände Al bzw. R2 in den Spannungsteilern 11 und 13 beeinflußt werden.

■Wiilirencl vorsiehend'als'/.u schützender Vcrbnuicher Weise eingesetzt werden k;inn, wobei die Thermistoren

ein· lilcklro'motör- beschrieben wurde, dessen Tempera- jeweils so angeordnet werden, daß sie die Temperatur

tiir auf vorgegebene Höchstwerte begrenzt werden des betreffenden Verbrauchers abtasten. Beispielsweise

soll,'versteht¹ es'sichVdaß'dic'erfindungsgcmäßc Über- kann der Verbraucher auch dnc elektrische Ucizvoi-

lenipcratur-Sehuf/sclVailiing¹ a'uch" in Verbindung-mit 5 richtung sein. ·· ' ' ■

anderenwärmccrzeiTgendcri Verbrauchern in ähnliche!· ■ ■ ■

' '"'^x ;;';;"'"■; ,7;',' ; "'^{; ;}" 'Hierzu 1 Blatt Zeichnungen' ' [

Claims (4)

Palentansprüche:

1. Übertempcralur-Schulzsehallung für elektrische Verbraucher mit mindestens einem PTC-Thermislor in Spannungsleilcrschallung als Temperaturfühler, mit einer nachgcschaltcten Kippschaltung und einem von dieser gesteuerten C>leichrichler zum Ein- und Ausschallen des Verbrauchers, dadurch gekennzeichnet, daß im Spannungsteilcrkreis (11) zwischen dem Thermistor (THl) und einem Widerstand (^l)-,eine"Tordiode (D5) für.,dic! Kippschaltung (Q2, (^'''vorgesehen ist und daß der Thermistor (THl) über einen ,Vorwiderstand.(R18) und eine Diode (LXi) parallel zum gesteuerten Gleichrichter (Q5) geschaltet ist", so daß bei gesperrtem Gleichrichter (Q5) der Thermistor (THi) durch die gesteuerte Spannung zusätzlich erwärmt wird.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippschaltung eine Schmitt-Trigger-Schaltung «& ζ8)_ ist.

3. Schulzschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippschaltung (Q2, Q3) ein Verstärker (Qi) nachgeschaltel ist.

4. Schutzschaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallelgcschallele Spannungsleilcrkreisc (11, 13) vorgesehen sind, deren zwischen dem Widerstand (Rl, R2) und der Tordiode (1)5, Db) liegender Abgriff (/1. /2) jeweils über eine Diode (Dl, D6) mit dem Eingang der Kippschaltung (Ql, Qi) verbunden ist.