DE1613891A1

DE1613891A1 - Schutzbeschaltung gegen thermische UEberlastung von Impulssteuerungen fuer elektrische Antriebe

Info

Publication number: DE1613891A1
Application number: DE19671613891
Authority: DE
Inventors: Erich Huber
Original assignee: Schaltbau GmbH
Current assignee: Schaltbau GmbH
Priority date: 1967-12-15
Filing date: 1967-12-15
Publication date: 1970-10-29
Also published as: CH496348A; DE1613891B2

Description

Schaltbau Gesellschaft mbH SB 8?

München 13. Dezember 1967

Schutzbeschaltung gegen thermische Überlastung von Impulssteuerungen für elektrische Antriebe

Es ist bekannt, elektrische Antriebe,z.B. für gleislose Batteriefahrzeuge wie Gabelstapler, Elektrokarren und dergleichen im Impulsbetrieb zu betreiben. Dabei wird die antreibende Energie in Impulsen zugeführt, die sich in einem unter gleichen Bedingungen gleichmäßigen zeitlichen Spiel dauernd wiederholen. In diesem Spiel nimmt die Einschaltzeit einen gewissen Raum ein, der als Einschaltdauer-Prozentzahl gegenüber der Spieldauer 100 bezeichnet wird. Für das Ein- und Ausschalten der Antriebsimpulse bedient man sich sogenannter Thyristoren, das sind Halbleiter-Schaltglieder, di· durch einen Impuls gezündet und durch Phasenwechsel oder eine Gegenspannung gelöscht werden. Ein anderes Halbleiter-Schaltglied, das für diese Zwecke geeignet ist, ist der Transistor, jedoch ist hier die Leitfähigkeit von der Höhe der laspuls spannung abhängig und hält nur solange an, wie der Impuls ansteht. Derartige Impulsschaltung#n sind jedoch nicht auf die Verwendung im Gleichstrom-Betrieb beschränkt, sondern können auch im Vechselstrom-Bet'rieb Anwendung finden, wenn es erforderlich ist, die einzelnen Halbwellen des Wechselstromes bereits vor dem Nulldurchgang abzuschneiden.

Es ist eine Eigenart aller Halbleiter-Bauelemente, daß sie nur unterhalb einer durch das halbleitende Material bestimmten Temperatur verwendungsfähig sind. Es muß daher darauf geachtet werden, daß keine thermische Überlastung eintritt. Zu diesem Zweck ist es bereits bekannt, in das Gehäuse der Halbleiter-Schaltglieder, beispielsweise in die Trägerplatte wärmeempfindlich· elektrische Bauelemente, wie Thermoelemente oder Thermo-Widerstände einzuhauen und deren elektrisches Verhalten als Maß für die Temperatur zu verwenden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Schutzschaltung gegen thermische Überlastung von Impulcsteuerungen für elektrische, Antriebe, bei der die, dem Verbraucher zugeführten Arbeitsstrom-Impulse durch Startimpulse eingeleitet und durch LÖschimpulse beendet werden, wobei für den Antriebsstrom Thyristoren als Halbleiter-Schaltglieder verwendet werden, in deren Gehäuse Thermoelemente oder

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Thermo-Widerstände eingebaut sind. Gemäß der Erfindung beeinflußt der von' dem Thermoelement oder Thermo-Widerstand temperaturabhängig geführte Strom mit steigender Temperatur des Halbleiter-Schaltgliedes die Impulsfolge-Frequenzen der Start- und Löschimpulse oder deren Phasenlage gegeneinander im Sinne einer Verminderung der Einschaltdauer-Prozentzahl. *

Der besondere Vorteil der Schutzschaltung nach der Erfindung ist darin, zu sehen, daß unabhängig von der Stellung anderer Stellglieder für den Antrieb, wie beispielsweise des Beschleunigungspedals für Fahrzeuge die dem Motor zugeführte Leistung so beschränkt wird, daß keine Überhitzung des schaltenden Thyristors eintreten kann.

Die unterschiedlichen Ausführungβformen von Schaltungen nach der Lehre der Erfindung werden an Hand der Figuren erläutert >

In einer bevorzugten Ausführungsform beeinflußt der temperaturabhängig geführte Strom die Impulsfolgefrequenz der Start- und Lösohimpulse gleichsinnig und im gleichen Maße* Gleichzeitig damit wird der zeitliche Abstand der Startimpulse von den Löachimpulsen durch ein Stellglied für den Antrieb eingestellt und in seinem Maximalwert durch einen zusätzlichen Löschimpul· aus leinen monostabilen Multivibrator mit konstanter Laufzeit begrenzt.

In Figur 1 zeigt der erste Kurvenzug eine Sägezahnspannung, die von einem astabilen Multivibrator abgegeben wird und der sich eine Gleichspannung überlagert, die in der Höhe durch das Stellglied für den Antrieb bestimmt wird. Ein mit der resultierenden Spannung angesteuerter Schmitt-Trigger liefert die die in der zweiten Zeile dargestellte Impulsfolge. Durch Differenzierung der Flanken wird eine Signalfolge nach der dritten ^eile aus dem Anstiegsflanken und eine solche nach der vierten Zeile aus den Abfallflanken gewonnen, wobei die letztere zeitlich konstant ist, während die erste durch die Einwirkung des Stellgliedes zeitlich verschoben wden kann· Mit dem Signal aus der dritten Zeil· wird ein monostabiler Multivibrator angeworfen, der die Startimpulse wie in Zeile 5 dargestellt, abgibt und weiterhin •in anderer Multivibrator mit einer Laufzeit, di· nur wenig grüßer ist als die eingestellte Periodendauer, wie in Zeil· 6 dargestellt. Di· Signale nach Zeile k steuern einen dritten Multivibrator an, d«r di· Löschimpulse, in Zeile 7 dargestellt, abgibt. Der temperaturab-

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hängig geführte Strom wird nunmehr in den Generator für die sägezahnförmige Spannung nach Zeile 1 eingespeist und vermindert deren Frequenz. Daraus ergibt eich eine nach Sinn und Maß gleichartige * Verminderung der Impulsfolge-Frequenzen der in den Zeilen 5 und 7 * dargestellten Impulse.

Überschreitet die Einschaltdauer die Laufzeit des durch das Signal nach Zeile 3 angeworfenen Multivibrators, der auf eine feststehende Zeit eingestellt ist, so bewirkt die Rückkehr des Multivibrators in seine stabile Lage Löschimpulse,durch die der Thyristor jeweils früher gelöscht wird und die durch die Betätigung des Stellgliedes für den Antrieb bestimmten Löschimpulse sind unwirksam.

In einer anderen Ausführungsform beeinflußt der temperaturabhängig geführte Strom die Impulsfοlgefrequenzen der Start- und Löschimpulse gleichsinnig und unter Wahrung ihres zeitlichen Abstandes, während zusätzlich die Impulsfolge-Frequenz durch ein Stellgied für den Antrieb beeinflußt wird. Dieses ist in einem Beispiel in Figur 2 dargestellt, wobei in Zeile 1 das Ausgangssignal «ines astabilen Multivibrators dargestell ist, der durch das Stellglied für den Antrieb in seiner Laufzeit bestimmt ist. Die Differenzierung der Anstiegsflanken, wie sie in Zeile 2 dargestelt ist, ergibt ein Signal, das einem momostabilen Multivibrator zugeführt wird und diesen jeweils anwirft, wobei dessen Laufzeit durch den temperaturabhängig geführten Strom verringert wird, wie in Zeile 3 dargestellt. Die Differenzierung der Abschaltflanke dieses Signales ergibt die in Zeile k dargestellten Signale. Die Signale aus Zeile 2 und Zeile 4 werden monostabilen Multivibratoren zugeführt, die daraufhin die Startsignale ( nach Zeile 5 und die Löschsignale nach Zeile 6 in der gewünschten Form abgeben.

Bei einer weiteren Aus führungs form ist die Phasenlage der frequenzgleichen Start- und Löschimpulse gegeneinander in ihrem Maximalabst and durch den temperaturabhängig geführten Strom beeinflußt.

Figur 3 zeigt in Zeile 1 wiederum die Sägezahnspannung «it dar überlagerten GIe ichspannung imd in Zeile 2 das Ausgangesignal d·· Schmitt-Triggers entsprechend Figur 1. In Zeile 3 sind die Signal« dargestellt, die sich durch die Differenzierung der Anstiegsflanken

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und in Zeile 4 diejenigen, die sich durch die Differenzierung der Abfallflanken ergeben.. Die Zeilen 5 und 6 zeigen die Startbzw. Löscheignale, die sich daraus ergeben. Zeile 7 zeigt das Signal eines gleichzeitig ebenfälle durch die Impulse au· Zeile 3 Angeworfenen zusätzlichen monostabilen Multivibrators, dessen Laufzeit durch den temperaturabhängig geführten Strom verkürzt wird, während das Stellglied für den Antrieb über di· Gleichspannung aus Zeile 1 wirkt.

In einer vierten Ausführungsform beeinflußt dar temperaturabhängig geführte Strom die Phasenlage der frequenzgleichen Start- und Lösch" impulse gegeneinander, während das Stellglied für den Antrieb deren Frequenz bestimmt.

A. In Figur 4 zeigt Zeile 1 wiederum wie in Figur 2 das Ausgangesignal eines astabilen Multivibrators, da· in seiner Laufzeit durch da· Stellglied und den temperaturabhängig geführten Sfrom .beeinflußt wird. Die Differenzierung der Anstiegsflanke nach Zeile 2 ergibt ein Signal, das die Startimpulse nach eile 5 über einen monoatabilen Multivibrator auslöst. Gleichzeitig lösen die Signale nach Zeile 2 einen weiteren monostabilen Multivibrator aus, dessen Auegangssignal nach Zeile 3 an seiner Abfallflanke differenziert, die Signale nach Zeile 4 ergibt, die über einen weiteren monostabilen Multivibrator die Löschinipulse nach Zeile 6 erzeugen.

Mit besonderem Vorteil wird die Folgefrequenz der Start- und Löschimpulse durch einen astabilen RC-Generator bestimmt, wobei erfin-

^ dung.sgemäß der temperatürabhängig geführte Strom die Auf- oder Ent-

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^w ladezeit der Kapazität dieses Generators beeinflußt. Zur Beeinflussung über die'Phasenlage der Start- und Löschimpulse bedient man sich eines monostabilen RC-Generator·, der in der gleichen V_tti·· über die Kapazität von dem temperaturabhängig geführten Strom beeinflußt wird.

Verwendet man als temperaturempfindlich· Glieder Thermowiderstand«, so werden mit besonderem Vorzug solche gewühlt,, deren Wider·tand· sich in einem Bereich dicht unterhalb der Grenzbetriebatemperatur des Halbleiter-Schaltgliedes besonders stark ändern.

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Claims

Schaltbau Gesellschaft mbH SB 8?

München 13. Dezember I967

Patentansprüche

1. Schutzschaltung gegen thermische Überlastung von Impulssteuerungen für elektrische Antriebe, bei der die dem Verbraucher zugeführten Arbeitsstrom-Impulse durch Startimpulse eingeleitet und durch Löschimpulse beendet werden, unter Verwendung von Thyristoren als Halbleiter-Schaltglieder für den Antriebsstrom und mit einem in das Gehäuse des Halbleiter-Schaltgliedes eingebauten Thermoelement oder Thermo-Widerstand, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Thermo-Element oder Thermo-Widerstand temperaturabhängig geführte Strom mit steigender Temperatur des Halbleiter-Schaltgliedes die Impulsfolge-Frequenzen der Start- und Löschimpulse oder deren Phasenlage gegeneinander im Sinne einer Verminderung der Einschaltdauer-Prozentzahl beeinflußt.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, bei der die Impulsfolgefrequenz der Start- und Löschimpulse gleichsinnig und im gleichen Maße beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Abstand der Start-Impulse von den Löschimpulaen durch ein Stellglied für den Antrieb eingestellt und in seinem Maximalwert durch einen zusätzlichen Löschimpuls aus einem monostabilen Multivibrator mit konstanter Laufzeit begrenzt ist.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 1, bei der die Impulsfolgefrequenzen der Start- und Löschimpulse gleichsinnig und unter Wahrung ihres zeitlichen Abstandes beeinflußt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die ImpulsfοIge-Frequenmen zusätzlich durch ein Stellglied für den Antrieb beeinflußt werden.

k. Schutzschaltung nach Anspruch 1, bei der die Phasenlage der frequenzgleichen Start- und Löschimpulse gegeneinander in ihrem Maxinalabetand beeinflußt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand innerhalb dieses Maxlaalabstandes zusätzlich durch ein Stellglied für den Antrieb beeinflußt wird.

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5. Schutzschaltung nach Anspruch 1, bei der die Phasenlage air frequenzgleichen Start- und Löschimpulse gegeneinander beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsam« Frequenz der Start- und Löschimpulse durch mim. Stellglied für den Jbttrieb beeinflußt wird.

.6. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder einest der ,folgenden,· bei der die Folgefrequenz der Start- und Löschimpulse durch einen astabilen RC-Generator bestimmt wird, dadurch bekennzeichnet, daß der temperaturabhängig geführte Strom die Auf- oder Intladezeit der Kapazität de· RC-Qenerators bestimmt·

7· Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bei der die Phasenlage der Start- und Löschimpulse zueinander durch einen monostabilen RC-Generator bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängig geführte Strom die Auf- oder Entladezeit der Kapazität des RC-Generatprs bestimmt*

8. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thermowiderstand verwendet ist, dessen Widerstand im Bereich dicht unterhalb der Grenz-Betriebstemperatur des Halbleiter-Schaltgliedes sich besonders stark ändert ·

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