DE2023317C3

DE2023317C3 - Circuit arrangement with overcurrent limitation and short-circuit shutdown to protect an electric motor against overload

Info

Publication number: DE2023317C3
Application number: DE19702023317
Authority: DE
Inventors: Dudley D. Lauderdale; Pantelakis Thomas Margate; Fla. Nye jun. (V.St.A.)
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1969-05-14
Filing date: 1970-05-13
Publication date: 1977-01-27

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit Überstrombegrenzung und Kurzschlußabschaltung zum Schutz eines Elektromotors gegen Überlastung, in der der Elektromotor über von einem Zündkreis gesteuerte Halbleiterschalter mit elektrischer Energie gespeist wird, mit einer Fühleranordnung, die eine dem Strom des Elektromotors proportionale Spannung abgibt, die, summiert mit einer Bezugsspannung auf den Eingang eines gegengekoppelten Operationsverstärkers gegeben wird und mit einer Schaltvorrichtung, die den Elektromotor abschaltet, sobald das Ausgangssignal des Operationsverstärkers einen vorgegebenen Schwellwert erreicht hat.The invention relates to a circuit arrangement with overcurrent limitation and short-circuit shutdown for Protection of an electric motor against overload, in which the electric motor is controlled by an ignition circuit Semiconductor switch is fed with electrical energy, with a sensor arrangement, the one to the current of the electric motor emits a proportional voltage, which, summed up with a reference voltage at the input a negative feedback operational amplifier is given and with a switching device that the Electric motor switches off as soon as the output signal of the operational amplifier reaches a predetermined threshold value has reached.

In der Motorsteuertechnik werden verschiedene Systeme verwendet, um einer Überlastung zu begegnen, wenn die Höhe des Ankerstroms eine vorher festgesetzte Höhe, z. B. 300 % der Nennhöhe, überschreitet. Dies kann durch einen Kurzschluß bedingt sein oder durch ein hohes Drehmoment an der Motorwelle. In jedem Fall ist es erforderlich, den Motor augenblicklich abzuschalten. Bei niedriger Überlast, z.B. 150% des Nennstromes, kann jedoch der Motor für kurze Zeit, etwa eine Minute lang, weiterlaufen, ohne bleibenden Schaden zu erleiden. Viele Steuerschaltungen arbeiten im Tastbetrieb, und es ist daher wünschenswert, die gleiche Steuerschaltung dafür auszulegen, daß sie sowohl eine augenblickliche Abschaltung bei hoher Motorüberlast als auch eine verzögerte Abschaltung besorgt, wenn die Motorüberlast bei kleineren Werten liegtVarious systems are used in motor control technology to counter overload, when the level of the armature current is a predetermined level, e.g. B. 300% of the nominal height, exceeds. this can be caused by a short circuit or by a high torque on the motor shaft. In each In this case it is necessary to switch off the engine immediately. At low overload, e.g. 150% of the Rated current, however, the motor can continue to run for a short time, about a minute, without permanent To suffer harm. Many control circuits operate in tactile mode, and it is therefore desirable to have the the same control circuit to be designed so that they both an instantaneous shutdown at high Motor overload as well as a delayed shutdown worried if the motor overload is at lower values located

Es sind bereits Bimetallrelais oder Halbleitertemperaturfühler für Überstrombegrenzungen bei Elektromotoren bekanntgeworden, wobei als Maß der Überlastung die Erwärmung eines Widerstandes verwendet wird (Siemenszeitung 40. Jahrgang 1966, S. 111 bis 114). Diese Vorrichtung versagt jedoch bei Motoren kleiner Leistung und bei Motoren, bei denen im Falle der Überlastung die kritische Temperatur im Läufer entsteht.There are already bimetal relays or semiconductor temperature sensors for overcurrent limitation in electric motors became known, with as a measure of the overload the heating of a resistor is used (Siemenszeitung 40th year 1966, p. 111 to 114). This However, the device fails in engines of low power and in engines where in the case of Overload the critical temperature in the rotor arises.

Ferner ist eine Überlastmotorschutzschaltung bekannt, bei der ein mittels eines Temperaturfühlers ebenfalls die einen bestimmten Schwellwert überschreitende Temperatur zur Auslösung des Abschaltvorganges benutzt wird (GB-PS 10 15 225).Furthermore, an overload motor protection circuit is known in which a by means of a temperature sensor also the temperature exceeding a certain threshold value for triggering the shutdown process is used (GB-PS 10 15 225).

Weiterhin ist, wie eingangs beschrieben, für Elektromotoren ein Regelkreis bekannt, der in einen I-P-Drehzahloperationsverstärker mit P-Stromoperationsverstärker aufgeteilt ist (Elin-Zeitschrift 17 1965 S. 12 bis 14, 18). Bei Erfassung eines Überstroms wird durch Ansteuerung der Gitter der Halbleiterschalter, die die Energiezufuhr zum Motor steuern, eine Abschaltung herbeigeführt. Bei dieser bekannten Anordnung ist es ebenso wie bei den oben erwähnten jedoch nicht möglich, sowohl eine vom Grad der Überlast abhängige zeitverzögerte Abschaltung bis zu einem gewissen Grenzwer« als auch eine sofortige Abschaltung bei Überschreiten des Grenzwertes mit der gleichen Anordnung zu erzielen.Furthermore, as described at the beginning, a control loop is known for electric motors, which is converted into an I-P speed operational amplifier with P-current operational amplifier (Elin-Zeitschrift 17 1965 p. 12 to 14, 18). When an overcurrent is detected, the semiconductor switch that controls the grid is activated Controlling the energy supply to the motor, causing a shutdown. In this known arrangement it is As with the ones mentioned above, however, it is not possible, both depending on the degree of overload time-delayed shutdown up to a certain limit value as well as an immediate shutdown at Exceeding the limit can be achieved with the same arrangement.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steuerkreis zum Regeln der Speisung eines Elektromotors zu schaffen, welche die Speisung des Motors augenblicklich unterbricht, wenn eine beträchtliche Überlast herrscht, jedoch diese Unterbrechung um eine kurze Zeitdauer verzögert, wenn eine Überlast zwar vorliegt, jedoch innerhalD zulässiger Grenzen bleibt.The present invention is based on the object of a control circuit for regulating the supply to create an electric motor, which immediately interrupts the supply of the motor when a there is considerable overload, but this interruption is delayed by a short period of time if a Although there is an overload, it remains within the permissible limits.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zur Gegenkopplung eines Operationsverstärkers ein erster Rückkopplungskreis mit P-I-Verhalten zur allmählicher Änderung des Ausgangsteuersignals von einer positiver Höhe zu einer negativen Höhe hin vorhanden ist, unc daß ein zweiter Rückkopplungskreis vorgesehen ist, dei mit dem Verstärkerkreis derart gekoppelt ist, daß dei zweite Rückkopplungskreis eine positive Rückkopplung erzeugt, nachdem das Ausgangssteuersignal negativ geworden ist, und daß der Ausgang des Operationsver stärkers mit dem Zündkreis verbunden ist.The object is achieved in that a first feedback circuit for negative feedback of an operational amplifier with P-I behavior to gradually change the output control signal from a positive one Height to a negative height is present, and that a second feedback circuit is provided, dei is coupled to the amplifier circuit such that the second feedback circuit provides positive feedback generated after the output control signal has become negative and that the output of the operational ver is more strongly connected to the ignition circuit.

Auf diese Weise wird eine Möglichkeit geschaffen einen Elektromotor so zu überwachen, daß er bei einei geringfügigen, kurzdauernden Überlastung nicht sofor abgeschaltet wird, jedoch eine langer anhaltende, wenr auch nur geringfügige Überlastung des Motors keiner Schaden anrichten kann, da bei der Überwachung sowohl die Dauer als auch der Grad der Überlastung berücksichtigt werden. Dadurch werden Schäden ar dem Motor vermieden, ohne dabei überflüssige, der Betrieb beeinträchtigende Abschaltungen in Kau nehmen zu müssen.In this way, a possibility is created to monitor an electric motor so that it is at eini minor, short-term overload is not switched off immediately, but a long-lasting one, if even a slight overload of the motor cannot cause any damage, as it is monitored both the duration and the degree of congestion are taken into account. This will damage ar the engine without unnecessary shutdowns that impair operation in Kau to have to take.

In den Zeichnungen, die eine bevorzugte AusfühIn the drawings, which is a preferred embodiment

ruiigsform der Erfindung zeigen, istshow ruiigsform of the invention is

Fi g-1 ein Schaltbild einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die mit herkömmlichen Stufen eines Motorsteuersystems gekoppelt ist, undFIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of FIG present invention coupled to conventional stages of an engine control system, and

Fig.2 bis 5 den Betrieb der erfindungsgemäßen Anordnung erläuternde graphische Darstellungen.Fig.2 to 5 show the operation of the invention Arrangement of explanatory graphs.

F i g. 1 zeigt ein Motorerregungssystem, in dem ein Motoranker 20 Energie von einem Arbeitsstromkreis 21 empfängt, der seinerseits über drei Eingangsleitungen 22, 23 und 24 gespeist wird. Die Höhe der durch den Arbeitsstromkreis geleiteten Energie wird durch einen Zündkreis 25 geregelt, der durch ein über eine Leitung 26 zu der Basis eines NPN Transistors 27 geleitetes Signal abgeschaltet oder blockiert werden kann. Bei die in Zerhacker- oder Gleichstrom-in-Gleichstrom-Umformer-Anordnung geschaltet sind. Bei einer derartigen Anordnung ist der Zündkreis 25 angeschlossen, um ansprechend auf das Erscheinen eines negativ werdenden Signals auf der Leitung 26 den oder die Halbleiterschalter zu blockieren und die Übertragung der Gleichstromleistung zu unterbrechen, so daß der Stromfluß durch den Transistor 27 unterbrochen und der Zündkreis 25 blockiert wird. Der Halbleiterschalter 27 kann innerhalb des Zündkreises 25 angeordnet werden, ist jedoch zwecks Vereinfachung der Erläuterung als getrenntes Bauteil dargestelltF i g. 1 shows a motor excitation system in which a motor armature 20 receives energy from an operating circuit 21 receives, which in turn is fed via three input lines 22, 23 and 24. The amount of the Working circuit conducted energy is regulated by an ignition circuit 25, which is controlled by a via a line 26 to the base of an NPN transistor 27 can be switched off or blocked signal conducted. at those in a chopper or DC-to-DC converter arrangement are switched. In such an arrangement, the ignition circuit 25 is connected to in response to the appearance of a negative going signal on line 26 den or the To block semiconductor switches and to interrupt the transmission of direct current power, so that the Current flow through the transistor 27 is interrupted and the ignition circuit 25 is blocked. The semiconductor switch 27 can be arranged within the ignition circuit 25, but is for the sake of simplicity of explanation shown as a separate component

Ein Widerstand 51 ist zwischen Leitungen 30 und 52 gekoppelt, und eine Masse- oder Erdleitung ist an demResistor 51 is coupled between lines 30 and 52, and a ground or ground line is on that

Fehlen eines Blockiersignals leitet der Halbleiterschal- i₅ Anschluß zwischen dem Widerstand 51 und der LeitungAbsence of a blocking signal passes the Halbleiterschal- i ₅ connection between the resistor 51 and the line

ter 27 und schließt einen Stromkreis, der den Zündkreis 52 vorgesehen. Somit schließt der Widerstand 51 denter 27 and closes a circuit that provided the ignition circuit 52. Thus, the resistor 51 closes the

25 in die Lage versetzt, in Übereinstimmung mit dem Erregungskreis zwischen dem Arbeitsstromkreis 21 und25 enabled, in accordance with the excitation circuit between the working circuit 21 and

über einen Steuerverstärker 102 empfangenen Betriebs- dem Motor 20, wenn ein Paar der Schalter 31 bis 34Operationally received via a control amplifier 102 the motor 20 when a pair of the switches 31 to 34

drehzahlsteuersignal zu arbeiten. Der Motor 20 wird geschlossen werden. Ein Potentiometer 53 ist zwischenspeed control signal to work. The engine 20 will be closed. A potentiometer 53 is between

erregt, wenn durch den Arbeitsstromkreis 21 geleitete ₂o der Leitung 30 und der Erde geschaltet, und einenergized when switched through the working _{circuit 21 2} o of the line 30 and the earth, and a

Gleichstromenergie über Leitungen 28, 30 zugeführtDirect current power is supplied via lines 28,30

Gemäß vorliegender Erfindung ist ein Steuerkreis 35 vorgesehen, der einen Operationsverstärker 36 auf-Widerstand 54 ist zwischen dem Schleifer dieses Potentiometers und der Leitung 37 geschaltet, um das Ankerstromsi^nal über einen Widerstand 55 an die Pluseingangsklemme 12 des Operationsverstärkers 36According to the present invention, a control circuit 35 is provided which has an operational amplifier 36 on-resistance 54 is connected between the wiper of this potentiometer and line 37 in order to control the Armature current signal via a resistor 55 to the positive input terminal 12 of the operational amplifier 36

weist. Der Steuerkreis empfängt über eine Leitung 37 25 anzulegen. Drei Dioden 56,57 und 58 sind zwischen der ein erstes Signal, das die Größe des Ankerstroms indem Leitung 37 und Erde in Reihe geschaltet, um die Motor 20 anzeigt. Dieses Signal wird mit einem elektronischen Kreise zu schützen, falls übermäßige Bezugssignal verglichen, das durch die Einstellung eines oder Kurzschlußströme durch den Widerstand 51 Potentiometers 38 bestimmt wird, so daß das an die fließen. Dementsprechend gestattet die Einstellung des untere Eingangsklemme 12 des Verstärkers 36 angelpg- ₃₀ Potentiometers 53 eine Einstellung der Amplitude des te resultierende Eingangssignal das Maß andeutet, um Signals, das für einen gegebenen Ankerstrom durch denshows. The control circuit receives over a line 37 25 to apply. Three diodes 56, 57 and 58 are connected in series to motor 20 between a first signal which indicates the magnitude of the armature current in line 37 and ground. This signal is compared with an electronic circuit to protect in case excessive reference signal, which is determined by setting a or short circuit currents through resistor 51 potentiometer 38 so that the flow to the. Accordingly, the setting allows the lower input terminal 12 of amplifier 36 angelpg- ₃₀ potentiometer 53 a setting of the amplitude of th resulting input signal indicates the extent to signal the for a given armature current by

Motor über die Leitung 37 geleitet wird. Der Steuerkreis 35 weist einen Reihenstromkreis auf. der zwischen eine +-Klemme 60 und Erde geschaltet ist. Dieser Reihenstromkreis enthält Widerstände 61 und 62, das Potentiometer 38 und einen weiteren Widerstand 63. Eine Zener-Diode 64 ist zwischen Erde und dem Anschluß zwischen den Widerständen 61, 62Motor via line 37 is passed. The control circuit 35 has a series circuit. the is connected between a + terminal 60 and earth. This series circuit includes resistors 61 and 62, the potentiometer 38 and another resistor 63. A Zener diode 64 is between earth and the connection between the resistors 61, 62

das der Ankerstrom eine vorbestimmte Bezugshöhe überschreitet. Insbesondere ist gemäß vorliegender Erfindung ein erster Rückkopplungskreis, der einen Kondensator 40 un^i zwei Widerstände 41, 42 aufweist, mit dem Operationsverstärker 36 gekoppelt. Das Bezugssignal wird eingestellt und der Operationsverstärkerkreis wird angeschlossen, so daß unter normalen Bedingungen (d. h. das die Ankerstromhöhe anzeigende gekoppelt. Diese Zener-Diode ist so gewählt, daß siethat the armature current exceeds a predetermined reference level. In particular, according to the present Invention a first feedback circuit, which has a capacitor 40 and two resistors 41, 42, coupled to operational amplifier 36. The reference signal is set and the operational amplifier circuit is connected so that under normal conditions (i.e. the one indicating the armature current level coupled. This Zener diode is chosen so that it

resultierende Eingangssignal liegt bei oder unter 105% ₄₀ einen Nulltemperaturkoeffizienten besitzt, um Strom-Nennstrom) ein Signal von ungefähr +5VoIt an der kreisstörungen zu verhüten, die sonst durch Änderun Ausgangsklemme 7 des Rechenverstärkers erscheint.
Wenn der Motorankerstrom über die vorbestimmteThe resulting input signal is at or below 105% _{40 has} a zero temperature coefficient in order to prevent nominal current) a signal of approximately + 5VoIt on the circuit interference, which otherwise appears by changing output terminal 7 of the processing amplifier.
When the motor armature current exceeds the predetermined

gen der Umgebungstemperatur verursacht werdendue to the ambient temperature

würden.would.

Bezugshöhe ansteigt, ändert sich entsprechend das Ein Widerstand 65 ist zwischen dem Schleifer oderIf the reference level increases, the resistor 65 between the wiper or changes accordingly

Eingangssignal an der Klemme 12, und das Ausgangssi- ₄₅ beweglichen Abgriff des Potentiometers 38 und dem d Otierstärkers nähert sich linear einem Eihlß 12 d Operationsverstärkers 36The input signal at the terminal 12, and the output ₄₅ movable tap of the potentiometer 38 and the metering amplifier linearly approaches an output 12 and the operational amplifier 36

enal des Operationsverstärkers nähert sich linear einem negativen Wert mit einer Geschwindigkeit, die von dem Maß der Überlastung, d. h. dem Maß des Anstiegs des resultierenden Eingangssignals über die normale Höhe abhängig ist. Der Kondensator 40 beginnt sich aufzuladen, und nach einer Zeit, die eine Funktion der Überlastmenge ist, wird das Ausgangssignal von dem Operationsverstärker 36 leicht negativ. Eine Diode 43 leitet dann, und das Blockiersignal wird über die Leitung Eingangsanschluß 12 des Operationsverstärkers 36 gekoppelt. Eine äußere Kompensationsschaltung für diesen Operationsverstärker weist einen Kondensator 66, der zwischen den 5 und 7 Anschlüssen gekoppelt ist, und einen Reihenstromkreis auf, der einen Kondensator 67 und einen Widerstand 68 umfaßt, die zwischen den 1 und 14 Klemmen gekoppelt sind. Die 3 Klemme ist mit einer weiteren +-Klemme 70 gekoppelt. Ein weiterer Kondensator 72 ist zwischen dem 8 Anschluß desenal of the operational amplifier linearly approaches one negative value at a rate that is different from that of the Degree of overload, d. H. the amount of increase in the resulting input signal above normal level is dependent. The capacitor 40 begins to charge, and after a time which is a function of the Is the overload amount, the output from the operational amplifier 36 becomes slightly negative. A diode 43 then conducts, and the blocking signal is transmitted via the line to input terminal 12 of operational amplifier 36 coupled. An external compensation circuit for this operational amplifier has a capacitor 66 coupled between terminals 5 and 7 and a series circuit containing a capacitor 67 and resistor 68 coupled between the 1 and 14 terminals. The 3 clamp is with coupled to another + terminal 70. Another capacitor 72 is between the 8 terminal of the

26 geleitet, um den Zündkreis 25 zu blockieren und den ₅₅ Rechenverstärkers 36 und Erde gelegt.
Motor abzuschalten. Wenn der Ankerstrom einen Der positive oder zweite Rückkopplungskreis für den26 routed to block the ignition circuit 25 and the ₅₅ arithmetic amplifier 36 and ground.
Switch off the engine. When the armature current has the positive or second feedback circuit for the

plötzlichen raschen Anstieg zeigt, etwa auf 300 % Operationsverstärker weist eine Diode 73 auf, die, wie Nennstrom, sind die Konstanten in dem negativen dargestellt ist, zwischen die Klemmen 12 und 7 der Rückkopplungskreis 40, 41 und 42 derart, daß der Einheit 36 geschaltet ist. Ein Kondensator 74 ist Steuer-Kreis 35 praktisch augenblicklich arbeitet und _6o zwischen der Klemme 12 und Erde gekoppelt, und einshows sudden rapid increase, approximately to 300% operational amplifier has a diode 73, which, as rated current, are the constants shown in the negative, between the terminals 12 and 7 of the feedback circuit 40, 41 and 42 such that the unit 36 is connected is. A capacitor 74 is control circuit 35 _{operating practically instantaneously and 6o coupled} between terminal 12 and ground, and a

der Motor sofort abgeschaltet wird. ' " ^J """" the engine is switched off immediately. '" ^J """"

In der dargestellten Ausführungsform ist die Motorfeldwicklung 50 zwischen Leitungen 22 und gekoppelt. Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, daß sich auch andere Arbeitsstromkreise verwenden lassen und andere Motortypen zum Einsatz gelangen können. So kann z.B. Gleichstromenergie gesteuerten Siliziumgieichrichtern zugeführt werden, Widerstand 75 ist mit einem weiteren Kondensator 76 in Parallelschaltung zwischen die Ausgangsseite des Operationsverstärkers 36 und Erde gelegt.In the embodiment shown, the motor field winding 50 is between lines 22 and coupled. Those skilled in the art will recognize that other working circuits can be used and other types of motors can be used. For example, direct current energy controlled silicon rectifiers, resistor 75 is connected to another capacitor 76 in Connected in parallel between the output side of the operational amplifier 36 and ground.

In dem Überlastauslöseteil des Kreises 35 befindet sich ein PNP Transistor 77, dessen Emitter geerdet ist. Die Basis des Transistors 77 ist mit zwei Widerständen 78 und 80 gekoppelt. Die andere Seite des Widerstands 78 ist mit der Blockierleitung 26 und mit der Anode derIn the overload release part of the circuit 35 there is a PNP transistor 77, the emitter of which is grounded. The base of transistor 77 is coupled to two resistors 78 and 80. The other side of the resistance 78 is with the blocking line 26 and with the anode of the

Diode 43 gekoppelt. Die andere Seite des Widerstands 80 ist mit einem ersten Kontakt 81 eines Rückstellschalters 82 und ferner mit einer Seite eines Kondensators 83 gekoppelt, dessen andere Seite geerdet ist. Die beiden rechten Kontakte 84, 85 des Rückstellschalters 82 sind miteinander und mit einer negativen Erregungsklemme 86 gekoppelt. Der übrige Kontakt 87 des Rückstellschalters ist mit der 8 Klemme des Rechenverstärkers 36 und mit einer Platte des Kondensators 72 gekoppelt.Diode 43 coupled. The other side of the resistor 80 is connected to a first contact 81 of a reset switch 82 and further coupled to one side of a capacitor 83, the other side of which is grounded. The two right contacts 84, 85 of reset switch 82 are with each other and with a negative excitation terminal 86 coupled. The remaining contact 87 of the reset switch is with the 8 terminal of the computing amplifier 36 and coupled to one plate of capacitor 72.

Der Kollektor des Überlasttransistors 77 ist über eine Leitung 88 rr.it einer Seite der Wicklung 90 eines Überstromrelais 91 gekoppelt, das ferner einen normalerweise offenen Kontaktersatz 92, einen ersten normalerweise geschlossenen Kontaktsatz 93 und einen zusätzlichen normalerweise geschlossenen Kontaktsatz 99 aufweist. Eine Schutzdiode 94 ist mit der Wicklung 90 zwischen der Leitung 88 und einer weiteren negativen Klemme 95 parallel gekoppelt. Widerstände 96,97 sind zwischen der Klemme 95 und Erde in Reihe geschaltet. Der bewegliche Kontakt des Satzes 92 ist mit dem gemeinsamen Anschluß zwischen den Widerständen 96, 97 gekoppelt. Der bewegliche Kontakt des Satzes 93 ist mit dem gemeinsamen Anschluß zwischen dem Widerstand 41 und einem Kondensator 98 gekoppelt. Die festen Kontakte beider Sätze 92, 93 sind miteinander und mit dem gemeinsamen Anschluß zwischen den Kondensatoren 40 und 98 gekoppelt. Eine Diode 100 ist zwischen Erde und dem gemeinsamen Anschluß zwischen den Widerständen 41 und 42 gekoppelt, und ein Widerstand 101 ist zwischen Erde und dem 10 oder negativen Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 36 gekoppelt.The collector of overload transistor 77 is connected to one side of winding 90 via line 88 rr Overcurrent relay 91 coupled, which also has a normally open contact set 92, a first normally closed contact set 93 and an additional normally closed contact set 99 has. A protective diode 94 is connected to the winding 90 between the line 88 and another negative Terminal 95 coupled in parallel. Resistors 96,97 are connected in series between terminal 95 and ground. The moving contact of the set 92 is to the common connection between the resistors 96, 97 coupled. The moving contact of the set 93 is to the common terminal between the Resistor 41 and a capacitor 98 coupled. The fixed contacts of both sets 92, 93 are coupled to each other and to the common terminal between capacitors 40 and 98. One Diode 100 is between ground and the common connection between resistors 41 and 42 coupled, and a resistor 101 is connected between ground and the 10 or negative input terminal of the Operational amplifier 36 coupled.

Im Steuerkreis 35 wird die Einstellung des Potentiometers 38 so vorgenommen, daß der Operationsverstärker 36 sich normalerweise in einem positiven Säuigungszustand mit ungefähr + 5 Volt an seiner Ausgangsklemme 7 befindet, wenn die Höhe des ersten über die Leitung 37 empfangenen Signals anzeigt, daß der tatsächliche Ankerstrom des Motors 20 bei oder unter 105% des Nennstroms liegt. Zu dieser Zeit ist der Transistor 77 nichtleitend.In the control circuit 35 the setting of the potentiometer 38 is made so that the operational amplifier 36 normally in a positive acid condition with approximately + 5 volts on its output terminal 7 is when the level of the first signal received on line 37 indicates that the actual armature current of the motor 20 is at or below 105% of the rated current. At that time is the Transistor 77 non-conductive.

Wenn angenommen wird, daß die Höhe des Ankerstroms auf 150 % der Nennhöhe oder 150 % Last ansteigt, so wird dies durch eine entsprechende Änderung der Höhe des über die Leitung 37 geleiteten Ankerstromsignals signalisiert, um das resultierende Eingangssignal an der Klemme 12 des Operationsverstärkers 36 zu ändern. Dieses beginnt, das Ausgangssteuersignal von dem Operationsverstärker in der negativen Richtung zu ändern, wodurch die Ausgangsspannung von ihrem positiven Sättigungsstand nach Null hin reduziert wird. Es sei darauf hingewiesen, daß der den Kondensator 40, den normalerweise geschlossenen Kontaktsatz 93 und die Widerstände 41, 42 aufweisende negative Rückkopplungskreis ein Proportional-Integral-Verhalten in diesem Kreis erzeugt Das heißt eine Anfangsstufenänderung an der Klemme 12 ■wird durch den soeben beschriebenen negativen Rückkopplungskreis rasch als eine Stufenfunktion umgesetzt, um eine gleich große Stufenänderung an der anderen Eingangsklemme 10 sowie eine Stufenänderung bei dem Ausgangssignal an der Klemme 7 zu erzeugen. Wenn danach die Oberlast von ungefähr 150 % Nennlast aufrechterhalten wird, lädt sich der Kondensator 40 auf, um die integrierende Wirkung über einen von den Werten der Schaltelemente 40,41 und 42 bestimmten Zeitraum zu erzeugen. Wenn jedoch die Anfangsstufenänderung bei dem Ankerstromsignal beträchtlich ist, entsprechend einer Überlast von ungefähr 300 % Nennlast in der dargestellten Ausführungsform, ist das durch den negativen Rückkopplungskreis umgesetzte Anfangsstufensignal ausreichend, um die Diode 100 leitend werden zu lassen. Dadurch wird die negative Rückkopplung beseitigt und das Ausgangssignal von dem Operationsverstärker 36 von der Höhe von +5 Volt zu einem negativen Wert geführt, um den Überlastauslösekreis zu betätigen. Die Proportional-Integral-Arbeitsweise des Operationsverstärkerkreises schützt somit den Motor durch Gewährleistung einer augenblicklichen Abschaltung, wenn die Überlast beträchtlich ist, während sie gleichzeitig für geringere Überlastmengen einen kurzen Zeitraum gewährt (der sich verringert, wenn die Überlast zunimmt), bevor der Überlastkreis ausgelöst wird. Die Abnahme der Zeit, die erforderlich ist. um den Überlastkreis auszulösen, wenn das Maß der Überlast zunimmt, ist in Fig.2 bis 5 dargestellt.Assuming that the armature current level is at 150% of the nominal level or 150% load increases, this is done by a corresponding change in the height of the line 37 directed Armature current signal is signaled to the resulting input signal at terminal 12 of the operational amplifier 36 to change. This starts the output control signal from the operational amplifier in the change negative direction, causing the output voltage to move from its positive saturation level Is reduced to zero. It should be noted that the capacitor 40, the normally closed contact set 93 and the resistors 41, 42 exhibiting negative feedback circuit produces a proportional-integral behavior in this circuit means an initial step change at terminal 12 ■ is replaced by the negative one just described The feedback loop quickly implemented as a step function to produce an equal step change in the other input terminal 10 as well as a step change in the output signal at terminal 7 produce. If the upper load of approximately 150% of the nominal load is then maintained, the Capacitor 40 to the integrating effect via one of the values of the switching elements 40, 41 and 42 to generate a certain period of time. However, if the initial stage change in the armature current signal is considerable, corresponding to an overload of approximately 300% nominal load in the illustrated embodiment, the initial stage signal converted by the negative feedback loop is sufficient to to make the diode 100 conductive. This removes the negative feedback and increases the output signal from the operational amplifier 36 from the level of +5 volts to a negative value in order to reduce the To operate the overload trip circuit. The proportional-integral mode of operation of the operational amplifier circuit thus protects the motor by ensuring a instant shutdown if the overload is significant, while at the same time for lesser ones Allowed a short period of time (which decreases as the congestion increases) before the Overload circuit is triggered. The decrease in the time that is required. to trigger the overload circuit when the degree of overload increases is shown in FIGS.

Bei einer mäßigen Überlast wird das Ausgangssignal an der Klemme 7 nach einer Zeitverzögerung leicht negativ, und die Diode 73 beginnt zu leiten und erzeugt dabei ein zusätzliches negativ werdendes Signal an der Klemme 12, um das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 36 zu veranlassen, sich schnell in den negativen Bereich zu bewegen. Dies bewirkt eine Leitung durch die Diode 43 und den Basis-Emitter-Anschluß des Transistors 27, wodurch der Zündkreis 25 blockiert wird. Wenn der Ausgang des Operationsverstärkers 36 sich aufgrund des positiven Rückkopplungswegs über die Diode 73 schnell in den negativen Bereich bewegt, leitet die Diode 100 und blockiert den negativen Rückkopplungssignalweg über den Kondensator 40. Dies gewährleistet, daß bei einem ganz leichten Übergang von dem positiven zu dem negativen Polaritätssignal von dem Operationsverstärker 36 der Schaltvorgang sehr schnell und zwangsläufig wird, und es erfolgt kein Zittern oder Schwingen um einen Steuerpunkt. Der Verstärker 36 verriegelt sich bei völlig negativem Ausgang.With a moderate overload, the output signal at terminal 7 becomes light after a time delay negative, and the diode 73 begins to conduct, generating an additional negative signal at the Terminal 12 to cause the output of op amp 36 to quickly go negative Area to move. This causes conduction through the diode 43 and the base-emitter connection of the Transistor 27, whereby the ignition circuit 25 is blocked. When the output of op amp 36 turns due to the positive feedback path through diode 73 quickly moves into the negative range, conducts the diode 100 and blocks the negative feedback signal path via the capacitor 40. This ensures that with a very slight transition from the positive to the negative polarity signal from the Operational amplifier 36 the switching process is very quick and inevitable, and there is no tremor or Swinging around a control point. The amplifier 36 locks in the event of a completely negative output.

Wenn das Ausgangssignal von dem Verstärker 36 negativ wird und die Diode 43 zu leiten beginnt wird eine Durchlassvorspannung in dem Basis-Emitter-Kreis des Transistors 77 erzeugt, der auch leitet und den Stromfluß durch die Wicklung 90 schließt Das Relais 91 spricht an und schließt an seinem Kontaktsatz 92 eine Leitung, die den Strom zwischen die Widerstände 96,97 zu dem Anschluß zwischen den Kondensatoren 98, 40 leitet. Die Werte der Widerstände 96, 97 sind so gewählt, daß dieser Schaltvorgang schnell die angesammelte Ladung von dem Kondensator 40 entfernt und ihn in den anfänglichen Schaltkreiszustand zurückversetzt und zwar vorbereitend für ein sofortiges Ansprechen in einem anderen Arbeitsgang, nachdem das System zurückgestellt ist In seinem Betrieb öffnet das Relais 91 auch den Kontaktsatz 93. so daß die Spannung oben an dem Widerstand 41 die Rückstellung des Kondensators 40 nicht beeinträchtigt. Das Relais 91 öffnet in seinem Betrieb auch den zusätzlichen Kontaktsatz 99, der (über nicht dargestellte herkömmliche Stromkreise) angeschlossen ist um den Arbeitsstromkreis zwischen den gesteuerten Siliziumgleichrichtern 47 bis 49 und dem Motor 20 zu unterbrechen. Dies erfolgt durch Abfallen der Schalterkontakte 31, 32 oder 33, 34. Die normale Erregungszeit des Relais 91 verzögert die Unterbrechung des Arbeitsstromkreises bis zu einer Zeit nachdem die Diode 43 leitet und der Zündkreis 25 blockiert ist wodurch gewährleistet wird, daß die Schalterkontakte nicht den Fehler- oder Oberlastungs-When the output from amplifier 36 goes negative and diode 43 will begin to conduct creates a forward bias in the base-emitter circuit of transistor 77, which also conducts and the Current flow through the winding 90 closes The relay 91 responds and closes a contact set 92 Line that carries the current between resistors 96,97 to the connection between the capacitors 98,40. The values of the resistors 96, 97 are like this chosen that this switching process quickly the accumulated Removes charge from capacitor 40 and restores it to its initial circuit state in preparation for an immediate response in another operation after the system is reset. In its operation, the relay 91 also opens the contact set 93. so that the voltage at the top the resistor 41 does not affect the resetting of the capacitor 40. The relay 91 opens in his Operation also the additional contact set 99, which is connected (via conventional circuits not shown) is around the working circuit between the silicon controlled rectifiers 47 to 49 and the Interrupt motor 20. This is done by the switch contacts 31, 32 or 33, 34 falling off. The normal The energization time of the relay 91 delays the interruption of the working circuit until a time after the diode 43 conducts and the ignition circuit 25 is blocked, which ensures that the switch contacts do not represent the fault or overload

strom ausschalten. Ein nicht dargestellter Anlaßknopf in dem Schallerstromkreis muß dann zusätzlich zur Rückstellung des Steuerkreises 35 gedruckt werden, um den Betrieb wiederherzustellen.turn off power. A start button, not shown, in the sounder circuit must then in addition to Reset of control circuit 35 can be printed to restore operation.

Wie bereits erwähnt, wird die Ladung an dem Kondensator 40 schnell in den Anfangszustand zurückgeführt, wenn der Kontaktsatz 92 schließt. Um den Verstärker 36 zu entriegeln und die Inbetriebsetzung des Kreises zu bewerkstelligen, wird der Rückstellschalter 82 gedruckt, um die Verbindung zwischen den Kontakten 84 und 87 zu unterbrechen, wodurch die Verbindung zwischen der negativen Klemme 86 und dem Anschluß 8 des Rechenverstärkers 36 aufgehoben wird. Der Rückstellschalter 82 kann eine herkömmliche Federrückführeinrichtung aufweisen. Um eine unbeabsichtigte erneute Zuleitung von Strom zu dem Motor zu vermeiden, bevor der Rückstellknopf losgelassen worden ist, wird bei Betätigung des Rückstellschalters ein Stromkreis zwischen dem anderen Kontaktsatz 81, 85 geschlossen, so daß die negative Spannung an dem Punkt 86 über den Widerstand 80 zu der Basis des Transistors 77 geleitet wird, wodurch dieser Transistor leitend gehalten wird, um das Relais 91 zu dieser Zeit in Betrieb zu halten, so daß der Kontaktsatz 99 offen bleibt. Dadurch wird ein Schließen der Kontakte 31,32 oder 33, 34 verhindert, wodurch die Wiederaufnahme des Motorbetriebs vor dem Loslassen des Rückstellknopfes verhütet wird.As mentioned earlier, the charge on capacitor 40 is quickly returned to its initial state, when the contact set 92 closes. To unlock the amplifier 36 and start up To accomplish the circuit, the reset switch 82 is pressed to reset the connection between the To interrupt contacts 84 and 87, whereby the connection between the negative terminal 86 and the terminal 8 of the processing amplifier 36 is canceled. The reset switch 82 may be a conventional one Have spring return device. To prevent accidental re-supply of power to the motor before the reset button has been released, when the reset switch is pressed a circuit between the other contact set 81, 85 is closed, so that the negative voltage on the Point 86 is routed through resistor 80 to the base of transistor 77, causing that transistor is kept conductive in order to keep the relay 91 in operation at this time, so that the contact set 99 is open remains. This prevents the contacts 31, 32 or 33, 34 from closing, which leads to resumption engine operation is prevented before releasing the reset button.

Die Kondensatoren 71 und 72 sind elektrisch so zueinander bemessen, daß der den Operationsverstärker 36 aufweisende Kreis bei anfänglicher Erregung sich im positiv gesättigten Zustand befindet, und zwar mit der gewünschten positiven Spannungshöhe an der Ausgangsklemme 7 des Operationsverstärkers. Die Kondensatoren 74 und 76 sind mit geeigneten Werten ausgewählt, um eine irrtümliche Auslösung des Operationsverstärkerkreises infolge von Übergangsströmen und Hochfrequenzsignalen zu verhindern. Dadurch wirdThe capacitors 71 and 72 are electrically dimensioned to one another that the operational amplifier 36 exhibiting circle is in the positive saturated state at the initial excitation, namely with the desired positive voltage level at the output terminal 7 of the operational amplifier. the Capacitors 74 and 76 are selected with appropriate values to prevent inadvertent tripping of the operational amplifier circuit due to transient currents and high frequency signals. This will

ίο eine geringe Verzögerung, die weniger als eine Millisekunde beträgt, in dem augenblicklichen Auslösevorgang des Kreises verursacht. Bei den Halbleiterschaltern von der Art der gesteuerten Siliziumgleichrichter verliert jedoch, nachdem ein derartiger Schalter durch das geeignete Signal von dem Zündkreis durchgeschaltet ist, das Torsignal jeden Steuereinfluß und der leitende Zustand wird so lange aufrechterhalten, wie die zwischen der Anode und Kathode aufrechterhaltene Spannung von der geeigneten Polarität ist. Somit wird der gesteuerte Siliziumgleichrichter bis zu der nächsten Polaritätsumkehrung der über die Leitungen 22 bis 24 angelegten Erregerspannung nicht ausgelöscht, und die durch die Ubergangsstromunterdrük· kungsanordnung hervorgerufene geringfügige Verzögerung beeinträchtigt nicht den praktisch augenblickli chen Betrieb des Kreises. Der Kondensator 8; verhindert die Energieaufnahme durch wilde Kopplun gen durch den Transistor 77, wenn der Rückstellschaltei 82 außen angebracht ist.ίο a slight delay that is less than one Millisecond is caused in the instantaneous tripping process of the circle. With the semiconductor switches however, of the type of silicon controlled rectifier loses after such a switch is switched through by the appropriate signal from the ignition circuit, the gate signal influences any control and the conductive state is maintained as long as that maintained between the anode and cathode Voltage is of the appropriate polarity. Thus, the silicon controlled rectifier is up to the the next polarity reversal of the excitation voltage applied via lines 22 to 24 is not extinguished, and the slight delay caused by the transient current suppression arrangement does not affect the virtually instantaneous operation of the circuit. The capacitor 8; prevents the energy consumption by wild Kopplun gene by the transistor 77 when the reset switch 82 is attached outside.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

«09684/«09684 /

Claims

• i patent claims:

1. Circuit arrangement with overcurrent limitation and short-circuit elimination to protect an electric motor against overload, in which the electric motor is fed with electrical energy via a semiconductor switch controlled by an ignition circuit, with a sensor arrangement that emits a voltage proportional to the current of the electric motor, which, summed up with a reference voltage , is fed to the input of an operational amplifier with negative feedback, and with a switching device which switches off the electric motor as soon as the output signal of the operational amplifier has reached a predetermined threshold value, characterized in that a first feedback circuit (40 to 42) for negative feedback of the operational amplifier (36) is provided with PI behavior for gradually changing the output control signal from a positive level to a negative level, and that a second feedback circuit (73) is provided which is coupled to the amplifier circuit such that the second feedback opplungskreis generates a positive feedback after the output control signal has become negative, and that the output of the operational amplifier (36) is connected to the ignition circuit (25).

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the first feedback circuit a capacitor (40) which is coupled in series with at least one resistor (41, 42).

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the second feedback circuit includes a diode (73).

4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that for Blocking the ignition circuit (25) a diode (43) is connected to the output of the operational amplifier (36) which conducts when the output control signal of the operational amplifier (36) becomes negative, and which is connected to a semiconductor switch (27) which is coupled to the ignition circuit (25).

45