DE2032632A1 - Überlastungsschutzschaltung - Google Patents

Description

7008-70/Kö/S
RCA 61,699
Convention Date:
July 15, I969

RCA Corporation, New York, N.Y., V.St.A,

Überlastungsschutzschaltung

Die Erfindung betrifft eine Überlastungsschutzschaltung, insbesondere eine elektronisch gesteuerte Überlastungsschutzschaltung, welche die Stromzufuhr an einen Verbraucher unterbricht, wenn dieser übermäßig Energie entnimmt.

In herkömmlichen Wechselstromkreisen benötigt man häufig eine Unterbrechereinrichtung, die den Verbraucher gegen Überströme schützt. Beispielsweise muß ein Elektromotor gegen Überlastströme geschützt werden, die bei Blockieren des Motors oder beim Betrieb mit gesperrtem Läufer auftreten können. Solche Überlastströme erreichen oft das Sechs- bis Zehnfache der Größe des Normallaststromes. Wenn der Motor bei solcher Überlastung im Dauerbetrieb arbeitet, brennen die Motorwicklungen durch. Bisher wurden zur Lösung dieses Problems Schmelzsicherungen, thermische Sicherungen oder Auslöser und ähnliche Schutzvorrichtungen verwendet. Diese Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie laufend gewartet werden müssen und daß sie außerdem so konstruiert sein müssen, daß sie den Vollaststrom abschalten können, wodurch sich ihre Kosten entsprechend erhöhen.

Demgegenüber ist erfindungsgemäß eine Überlastungsschutzschaltung zum Unterbrechen der Energiezufuhr an einen Verbraucher

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bei wahrgenommener Überlastung desselben mit einem im Stromkreis des Verbrauchers liegenden Thyristor, der durch seinen Leitungszustand die Stromzufuhr an den Verbraucher bestimmt, vorgesehen, bei welcher ein die Stromzufuhr an den Verbraucher wahrnehmendes Fühlerelement vorgesehen ist, das durch seinen Zustand den Leitungszustand des Thyristors bestimmt und, wenn es einen Überlastungszustand wahrnimmt, die Stromzufuhr an den Verbraucher unterbricht.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung, deren Figuren 2 Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Überlastungsschutzschaltung zeigen, im einzelnen erläutert.

In Figur 1 ist ein Thyristor 15 > beispielsweise ein Triac, mit seinen Hauptelektroden 14> 16 in Reihe mit einer Wechselstrom quelle 10 und dem zu speisenden Verbraucher 12 geschaltet. Xm Sbromkreis des Verbrauchers 12 liegt ein Wärmeableitelement 13* beispielsweise ein Stück Clironmickeldralit, wobei die Menge der abgeleiteten Wärme durch den Stromfluß im Verbraucher 12 bestimmt wird.

Wie in Figur 1 gezeigt, ist der Chronmiekeldraht 13 direkt in Reihe mit dem Verbraucher 12 geschaltet, so daß er den Volllaststrom leiten muß» Stattdessen kann man das Wärmeableitelement 13 auch parallel zum Verbraucher schalten,in welchem Falle es nur eine Strommenge zu führen braucht, die den Verbraucherstrom repräsentiert. Zwischen der Steuerelektrode 17 und. der.einen Hauptelektrode 14 des Thyristors 15» und zwar räumlich dicht beim Chromnickeldraht 13» liegt ein Thermistor l8. Bei der Ausführung^ form nach Figur 1 hat der Thermistor 18 einen positiven Temperaturkoeffizienten, d.h. sein Widerstand erhöht sich mit ansteigender Temperatur.

Im Betrieb speist die Wechselstromquelle 10 den Verbraucher 12 über den Thyristor 15 mit Strom in abwechselnden Halbwellen* Der Thyristor wird normalerweise durch ein voa der Weehselströmquelle 10 über den Schaltkreis mit dem Thermistor l8 seiner Steuerelektrode 17 zugeleitetes Schaltsignal in abwechselnden

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Richtungen in den leitenden Zustand geschaltet. Im normalen Betrieb bleibt der Widerstand des Thermistors l8, bestimmt durch den Stromfluß im Chromnickeldraht 13, so niedrig, daß die Zuleitung des Schaltsignals zum Thyristor 15 über dessen Steuerelektrode 17 nicht behindert wird. Im Falle eines Überlastzustandes erhöht sich wegen des erhöhten Verbraucherstromes die vom Chromnickeldraht 13 abgeleitete Wärmemenge, so daß der Widerstand des Thermistors 18 bis auf einen Wert ansteigt, bei welchem das zur Steuerelektrode 17 gelangende Signal nicht mehr ausreicht, um den Thyristor 15 in den leitenden Zustand zu schalten. Der Thyristor 15 bleibt dann nichtleitend und die Stromzufuhr an den Verbraucher 12 ist unterbrochen.

Als Wärmeableitelement kann stattdessen auch der Thyristor selbst dienen, wobei der Thermistor 18 auf der Wärmesenke des Thyristors angeordnet oder als ein integraler Bestandteil derselben ausgebildet sein kann. Die Schutzschaltung arbeitet dabei in der gleichen Weise, wie oben beschrieben, indem der Thyristor nichtleitend gemacht wird, wenn seine Betriebstemperatur einen vorbestimmten Sicherheitsgrenzwert übersteigt.

In Figur 2 liegt parallel zum Thyristor 15, der in Reihe mit dem zu speisenden Verbraucher 12 liegt, ein RC-Zeitkonstantenglied mit einem Widerstand 20 und einem Kondensator 22. Die Steuerelektrode 17 des Thyristors 15 ist über ein Schalt- oder Triggerelement 24, beispielsweise einen Diac, mit dem Verbindung^ punkt des Widerstands 20 und des Kondensators 22 verbunden. Der Thermistor 18 liegt parallel zum Kondensator 22 und räumlich nahe beim Wärmeableitelement 13. Bei der Ausführungsform nach Figur 2 hat der Thermistor 18 einen negativen Temperaturkoeffizienten, d.h. sein Widerstand nimmt mit ansteigender Temperatur ab.

Unter normalen Betriebsbedingungen lädt sich der Kondensator ,22 in Abhängigkeit von der zugeführten Wechselspannung soweit auf, bis das Triggerelement 24 durchbricht, so daß der Thyristor 15 über seine Steuerelektrode 17 mit einem Schaltsignal beaufschlagt wird. Im Falle einer Stromüberlastung hat der durch die Nähe des

Wärmeableitelements 13 bedingte Temperaturanstieg im Thermistor

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zur Folge, daß dessen Widerstand soweit abfällt, daß der Kondensator sich nicht mehr auf einen für den Durchbruch des Triggerelements ausreichenden Pegel aufladen kann und folglich der Thyristor nicht mehr in den leitenden Zustand geschaltet wird.

Durch geeignete Wahl und Bemessung der verschiedenen Schaltungselemente läßt sich die Schutzschaltung so ausbilden, daß sie außer dem,Überlastungsschutz eine Regelung innerhalb des normalen Betriebsbereiches liefert«

Statt daß der Thyristor in Reihe mit dem Verbraucher liegt und bei Überlastung desselben in den nichtleitenden Zustand geschaltet wird, kann man den Thyristor auch parallel zum Verbraucher schalten, wobei er dann bei Überlastung des Verbrauchers in den leitenden Zustand geschaltet wird und den Strom vom Verbraucher wegleitet oder nebenschließt. In diesem Fall, muß der Thyristor gegen mögliche Beschädigung durch Überströme geschützt werden. Zu diesem Zweck schaltet man eine Strombegrenzungsimpedanz in den Stromkreis des Thyristors und der Stromquelle ein.

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Claims (2)

1. Patentansprüche .

   Überlastungsschutz schaltung zu« Unterbrechen der Energiezufuhr an einen Verbraucher bei wahrgenommener Überlastung des« selben mit einem im Stromkreis mit dem Verbraucher liegenden Thyristor, der je nach seinem Leitungszustand die Stromzufuhr an den Verbraucher herstellt oder unterbricht, g e ken η ζ ei c h -net durch eine Anordnung mit einem den Strom des Verbrauchers (12) wahrnehmenden Fühlerelement (18), das an die Steuerelektrode (17) des Thyristors (15) angeschlossen ist und durch seinen Zustand den Leitungszustand des Thyristors bestimmt, derart, daß die Stromzufuhr an den Verbraucher unterbrochen wird, wenn das Fühlerelement einen Überlastungszustand wahrnimmt*
2. 2. Überlastungsschutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichnet , daß im Stromkreis mit dem Verbraucher (12) ein Wärmeableitelement (13). liegt, dessen Wärmeableitung vom Stromfluß im Verbraucher abhängt; und daß an die Steuerelektrode (17) des Thyristors (15) eine Schaltungsanordnung (18 in Figur 1; 18, 20, 22, 24 in Figur 2) zum Beaufschlagen des Thyristors mit einem Schaltsignal angekoppelt ist, die bei Ableitung einer vorbestimmten Wärmemenge vom Wärmeableitelement bewirkt, daß der Thyristor (15) in einen Leitungszustand schaltet, bei welchem der Stromfluß zum Verbraucher unterbrochen wird·

   3· Überlastungsschutzschaltung nach Anspruch 2, da d u r ch g e k e η η ζ e i c hn e t, daß als Wärmeableitelement der Thyristor selbst dient, und daß die genannte Schaltungsanordnung ein temperaturempfindliches Impedanzelement (18) enthält, das mit dem Thyristor oder dessen Wärmesenke thermisch gekoppelt oder direkt auf dem Thyristor oder dessen Wärmesenke angebracht oder als

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   integraler Bestandteil des Thyristors oder seiner Wärmesenke ausgebildet /

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