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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung zur Temperaturüberwachung
der Wicklungen von elektrischen Maschinen und Geräten, beispielsweise von Transformatoren,
bei der in die zu schützende Wicklung ein temperatarabhängiger Widerstand (Therniistor)
eingebettet ist, dessen Anschlüsse mit einem außerhalb der Wicklung angeordneten
Widerstand zu einem Spannungsteiler zusammengeschaltet sind, dessen Teilspannung
an die eine Vorspannung in Sperrichtung aufweisende Emitter-Basisstrecke einer aus
einer ungeregelten Spannungsquelle gespeisten Transistorschaltung gelegt ist, durch
die ein Abschalterelais betätigt wird.
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Für die Temperaturüberwachung von Transformatorwicklungen wurden bisher
meist Bünetall-Thermoschalter in die Wicklungen eingebettet, die bei übertemperatur
der Wicklung den Transformator primärseitig vom Netz abtrennten. Diese Thermoschalter
haben eine relativ große Masse und daher eine große Erwärmungszeitkonstante, wodurch
beispielsweise schnelle Temperaturerhöhung beim Kurzschluß der Wicklung nicht die
sofortige Abschaltung veranlassen. In den meisten Fällen wird hierbei die Wicklung
zerstört. Außerdem lassen sich wegen der Größe dieser Therrnoschalter in einem Transformator
meist nur höchstens zwei Schalter einbauen, so daß bei Transformatoren mit mehreren
Wicklungen nicht alle direkt überwacht werden können.
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Es sind ferner elektronische Schutzschaltungen bekannt, bei denen
in die zu schützenden Wicklungen jeweils ein temperaturabhängiger Widerstand eingelegt
ist, der zusammen mit einem Konstantwiderstand einen Spannungteiler bildet (deutsche
Auslegeschrift 1151315). Die Teilspannung am Spannungsteiler ist dem Eingang
einer Transistor-Kippschaltung zugeführt, deren Schwellwert so eingestellt ist,
daß bei Erreichen einer bestimmten Temperatur durch ,t wird, das die die Kippschaltung
ein Relais betätig Stromzufuhr zur zu schützenden Wicklung abschaltet. Als Schwellwertbildner
sind gegebenenfalls zusätzlich Zenerdioden in die Basiszuleitung des ersten Transistors
der Kippschaltung eingelegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Einrichtung
hinsichtlich der Einhaltung eines genauen Ansprechwertes auch bei unterschiedlichen
Netzspannungen und unterschiedlichen Außentemperaturen zu sichern, was besonders
bei kleineren elektrischen Maschinen und Geräten, z. B. Transformatoren, erforderlich
ist.
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Diese Aufgabe wird bei der eingangs angegebenen Schutzeinrichtung
dadurch gelöst, daß der den temperaturabhängigen Widerstand enthaltende Spannungsteiler
an einer Konstantspannungsquelle liegt, C 4D daß in der Emitterzuleitung
des Transistors, in dessen Kollektorkreis die Relaiswicklung liegt, eine Zenerdiode
mit derartiger Polung eingeschaltet ist, daß der Transistor so lange gesperrt bleibt,
bis die Teilspannung an einem oder mehreren der ohmschen Widerstände des Spannungsteilers,
hervorgerufen durch Temperaturänderuno, der Wicklung, den Wert der Zenerspannun
g überschreitet ' und daß in die gemeinsame Basiszuleitung, eine durch
eine fremde Spannungsquelle in Durchlaßrichtung vorgespannte Diode eingeschaltet
ist, deren Durchflußcharakteristik in Abhängigkeit von der Temperatur durch
- ge eignete Wahl der Diode und des einstellbaren Vorstromes so verläuft,
daß der Temperaturgang der Ennitter-Basisspannung kompensiert wird.
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C, Für die überwachung mehrerer Wicklungen eines Transformators wird,
wie an sich bekannt, für jede Wicklung eine derartige Widerstandskombination vorgesehen,
und die Mittelabgriffe dieser Spannungsteiler werden je über ein Ventil an
die Basiszuleitung des Transistors angeschaltet.
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Bei einer transistorgesteuerten Relaisschaltung zur überwachung der
Abweichungen einer Gleichspannung vom Sollwert ist es als gleichwertig angegeben,
eine von einem Spannungsteiler beaufschlagte Zenerdiode wahlweise in den Basis-
oder Emitterkreis zu legen (deutsche Auslegesehrift 1121187).
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Die Einschaltung einer in Durchlaßrichtung vorgespannten Diode, deren
Durchlaßcharakteristik in Abhängigkeit von der Temperatur durch geeignete Wahl der
Diode und des einstellbaren Vorstromes bestimmt ist bewirkt, daß der Temperaturgang
der Emitter-Basisstrecke des Transistors kompensiert wird. Eine derartige Maßnahme
ist zwar in anderem Zusammenhang bereits vorgeschlagen worden, wie aus der Zeitschrift
A. E. Ü., Bd. 10, Heft 9 (1956),
S. 375, Bild
30, hervorgeht. Es handelt sich dort je-
doch um einen transforinatorgekoppelten
Wechselspannungsverstärker und um eine Schaltungskonzeption, bei der die Diode aus
der gleichen Spannungsquelle, aus der auch die Transistor-Emitter-Kollektorstrecke
gespeist wird, mit Vorspannung beaufschlagt wird. Dies bewirkt eine zusätzliche
Beeinflussung der Emitter-Basisstrecke des Transistors selbst durch die Vorspannung.
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Die bei der Erfindung vorgeschlagene Temperaturkompensation der Emitter-Basisstrecke
des Transistors durch eine vorgeschaltete entsprechende Diode, die durch eine Fremdspannungsquelle
vorgespannt ist, und die Einschaltung einer Zenerdiode in den Emitterkreis des Transistors
wirkt derart vorteilhaft zusammen, daß der Ansprechwert der Schaltung unter allen
Umständen gleich bleibt.
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Die Einschaltung der Zenerdiode in den Emitterkreis und die dadurch
bedingte höhere Strombelastung der Diode bringt den Vorteil mit sich, daß auch Zenerdioden
mit kleiner Zenerspannung und nicht ausgeprägtem Zenerknick, aber geringer Temperaturabhängigkeit
in ihrem stabilen Zenerstrombereich durchgesteuert werden, wodurch sich gleiche
Ansprechwerte ergeben.
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Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles,
dessen Schaltung die Figur zeigt, näher erläutert.
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In der Figur ist eine Schaltung zur Temperaturüberwachung mehrerer
Transformatorwicklungen dargestellt. Der zu schützendeTransformatoristnicht eingezeichnet.
In den einzelnen Transformatorwicklungen liegen die Thermistoren Thl bis
Th". Thermistoren sind Widerstände, deren Wert sehr stark von ihrer Eigentemperatur
abhängt. Ihre Temperaturkonstante ist negativ. Die für diesen Zweck verwendeten
Thermistoren werden in sehr flacher Bauweise hergestellt, damit sie eine große Auflagefläche
auf die Transformatorwicklungen haben und wenig Platz beanspruchen. Die Anschlüsse
dieser Thermistoren sind aus den Wicklungen herausgeführt und einerseits mit der
Spannung UT verbunden und andererseits über einen der Widerstände W, bis W" mit
dem 0-Punkt der Spannungsquelle verbunden. Die Mittelabgriffe dieser so gebildeten
Spannungsteiler sind zur gerichteten Trennung der einzelnen Spannungsteilerkreise
voneinander über die Gleichrichter Gr, bis Gr"
zusammengeschaltet.
Der gemeinsame Anschlußpunkt ist über ein weiteres Ventil GrT, dessen Funktion später
erklärt werden soll, mit der Basis eines Transistors Ts verbunden. Der Emitter des
Transistors lieat über eine Zenerdiode Dz am gemeinsamen 0-Punkt der Versorgungsspannungsquelle.
Der Kollektor des Transistors liegt über das Relais R am anderen Pol einer weiteren
Versorcrungsspannungsquelle Us. Verändert sich durch Temperaturerhöhung der Wicklung
der'Widerstand eines Thermistors über eine bestimmte Grenze hinaus, so wird die
Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors leitend und schaltet das Relais ein. Nicht
dargestellte Kontakte dieses Relais schalten daraufhin den Transformator von der
Primärspannung ab.
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Die Versorgungsspannungsquelle, die als NetzgleichrichterN ausgebildet
ist, wird zweckmäßig in zwei getrennte Kreise aufgeteilt. Der erste Kreis liefert
die Versorgungsspannung Us für den Trang C
sistor, deren Höhe durch den Transistorarbeitspunkt
bestimmt wird. Der zweite Kreis ist mit UR bezeichnet; er liefert die Versorgungsspannuna,
UT für den Spannungsteiler, und zwar über einen SpannungsstabilisatorSt. Dieser
Stabilisator wird mit Vorteil als Transistorregler ausgebildet. Die Speisespannung
UT muß außerdem wegen der Toleranz der Werte der Zenerdiode Dz einstellbar sein.
Daher und wegen der größeren Belastung bei mehreren Meßstellen ist es zweckmäßig,
zur Konstanthaltung einen Transistorregler zu verwenden. Dadurch werden gleichzeitig
die Eingangsspannungsschwankungen beseitigt und der innere Widerstand der Stromquelle
klein aehalten. Man kann den Transistorregler auch durch eine Zenerdiode mit vorgeschalteten
Widerstand ersetzen. Hierfür ist jedoch erforderlich, daß entweder deren Kennlinienknick
mit dem der im Emitterkreis liegenden Zenerdiode in übereinstimmung 'gebracht wird,
oder, daß die Widerstände Wi bis W, so eingestellt werden, daß z. B. durch Spannungserhöhuno,
an diesen Widerständen die Ansprechbedingun- für die Schutzschaltung eingehalten
wird. Am zweckmäßigsten werden hierfür die Widerstände W, bis W" einstellbar
ausgeführt. Der Relaiskreis hingegen kann aus einer ungeregelten Quelle
C C
Us gespeist werden.
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Die ZenerdiodeDz in der Einitterzuleitung hat den Zweck, einen konstanten
Ansprechwert dieser Schutzeinrichtun- zu aewährleisten. Der Transistor Ts wird nämlich
erst dann leitend, wenn der Spannun '-sabfall an einem der Widerstände W, bis TV"
die Spannunc, der Zenerdiode übersteiat. Vorher ist der Transistor sicher gesperrt.
Um auch den Temperaturgang der Emitter-Basis-Spannung des Transistors Ts- zu kompensieren,
ist die bereits erwähnte DiodeGrT eingefü g t. Diese Diode wird durch eine
getrennte Gleichspannungsquelle UK über den einstellbaren Widerstand RK in Durchlaßrichtung
vorgesparmt. Durch geeignete Wahl dieser Diode und des einstellbaren Vorstroms wird
der Spannungsabfall an ihr so bemessen, daß der Temperaturgang der Emitter-Basis-Spannung
t2 kompensiert wird.
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Diese Einrichtung hat den Vorteil, daß Transistor-und Relaistoleranzen
praktisch vernachlässigt werden können. Außerdem können über die Entkopplungsventile
Gri bis Gr" beliebig viele Meßstellen von einer Schaltung überwacht werden.