DE2305147A1 - Von elektrischen verlusten abhaengiges thermisches abbild eines elektrischen betriebsmittels - Google Patents
Von elektrischen verlusten abhaengiges thermisches abbild eines elektrischen betriebsmittelsInfo
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Description
Sprecher & Schuh AG, Aarau (Schweiz)
Von elektrischen Verlusten abhängiges-thermisches Abbild eines elektrischen Betriebsmittels
Die Erfindung betrifft ein von elektrischen Verlusten abhängiges thermisches Abbild eines elektrischen Betriebsmittels
mit mindestens zwei RC-Gliedern, durch deren Kondensatoren und
Widerstände Wärmekapazitäten des Betriebsmittels bzw. Wärmeübergangswiderstände erfasst sind, wobei die Widerstände der
RC-Glieder zu einem einen Zweipol darstellenden Widerstandsnetzwerk
zusammengeschaltet sind und durch den LadeVorgang der Kondensatoren
das Erwärmungsverhalten des Betriebsmittels nachgebildet
ist.
Solche termische Abbilder werden vor allem als Steuerorgane in Schutzeinrichtungen für elektrische Betriebsmittel
verwendet, be'i denen sich Teile, wie z.B. Wicklungen, durch Verlustleistungen unzulässig hoch erhitzen können. Im allge-
30.1*.73 - 1 - 27 995 a
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meinen werden hierbei die Kondensatoren des Abbilds durch
einen Ladestrom geladen, dessen Stärke eine Funktion der Betriebsmittel-Verluste,
meist proportional dem Quadrat der Betriebsstromstärke ist, und zur Gewinnung eines Steuersignals
wird die Ladespannung der Kondensatoren mit einer die zulässige Grenztemperatur bezeichnenden Vergleichsspannung verglichen.
Lange Auslösezeiten, wie beispielsweise für einen Drehstrommotor bei Nenn- und geringer Ueberlast zwei Stunden
und mehr betragen können, erfordern Abbilder mit entsprechend
grossen Zeitkonstanten, die in der Praxis vorwiegend durch extrem hochohmiger Widerstände realisiert werden. Da sich bei
Verwendung extrem hochohmiger Widerstände, z.B. bei der Erzeugung des Ladestromes für das Abbild Schwierigkeiten ergeben,
ist bereits vorgeschlagen worden, den Ladestrom getaktet dem Abbild zuzuleiten und die Ladespannung getaktet von den Kondensatoren
abzunehmen. Zur Taktung kann ein elektronischer Schalter verwendet werden, der den RC-Gliedern des Abbilds vorgeschaltet
wird, wodurch eine Schaltungsanordnung erhalten wird, die-nach aussen hin verhältnismässig niederohmig ist. Abbilder
dieser Art funktionieren bei kontinuierlichem Betrieb des Betriebsmittels zufriedenstellend. Bei unrege!massigem und
insbesondere bei intermittierendem Betrieb treten, jedoch häufig Mangel auf, so dass die Schutzeinrichtung zu früh oder zu spät
auslöst und der Betrieb gestört oder der Schutz des Betriebsmittels gegen Ueberhitzung nicht mehr gewährleistet ist. Diese
Mangel sind auf ein unterschiedliches Erwärmungsverhalten des
Betriebsmittels in den beiden Betriebszuständen, z.B. stehender
und laufender Motor, zurückzuführen und ihr Auftreten bedeutet,
dass das Abbild bei der gegebenen Betriebsweise des"" "Betriebsmittels
nicht mehr dessen Erwärmungsverhalten angepasst ist. Aufgabe der Erfindung ist, ein thermisches Abbild
mit mindestens zwei RC-Gliedern zu schaffen, das nach Anpassung das Erwärmungsverhalten des Betriebsmittels auch bei anregelmässi-
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"3" 230514?
gem und intermittierendem Betrieb für einen befriedigenden Schutz
des Betriebsmittels ausreichend genau wiedergibt.
Das erfindungsgemässe thermische Abbild ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Schaltvorrichtung an das
Widerstandsnetzwerk anschliessbare Schaltmittel zur Erhöhung der virtuellen Impedanz des Widerstandsnetzwerkes vorgesehen
und die RC-Glieder durch Betätigung der Schaltvorrichtung von
einer bestimmten Zeitkonstante bei abgeschalteten Schaltmitteln auf eine grössere Zeitkonstante bei zugeschalteten Schaltmitteln
und umgekehrt umschaltbar sind. Durch Zuschalten der genannten dchaltmittel wird die virtuelle Impedanz des Widerstandsnetzwerkes
und damit die Zeitkonstante des Abbilds ohne irgendwelche Aenderungen und Singriffe bei den RC-Gliedern auf
einen grösseren Wert eingestellt, so dass die RC-Glieder sehr hochohmig und, gegebenenfalls zusammen mit einem elektronischen
Schalter, z.b. einem Feldeffekttransistor, zur getakteten Zuleitung
des Ladestromes, zum Schutz gegen Feuchtigkeit.in einem Block vergossen sein können, wodurch die Gefahr der Ausbildung
von Leckströmen weitgehend verringert und ein präzises Funktionieren des Abbildes gewährleistet ist. Als Schaltvorrichtung
kann ein steuerbarer elektronischer Schalter, insbesondere ein Halbleiterelement, wie z.B. ein Feldeffekttransistor, verwendet
werden, der zum An- und Abschalten der Schaltmittel durch Steuersignale gesteuert sein kann, die den jeweiligen Betriebszustand
des Betriebsmittels melden. Zur Erhöhung der virtuellen Impedanz des Widerstandsnetzwerkes kann ein negativer Widerstand
verwendet werden, der durch die Schaltvorrichtung dem Widerstandsnetzwerk parallel geschaltet wird. Ein besonders
geeigneter negativer Widerstand enthält einen Operationsverstärker, dessen nichtinvertierender Eingang mit dem ersten Anschluss
des Widerstandsnetzwerkes und durch einen Widerstand, eventuell einen einstellbaren Widerstand, sowie durch die Schalt-
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strecke der Schaltvorrichtung mit dem Ausgang des Operationsverstärkers
verbunden ist und dessen invertierender Eingang durch einen Widerstand mit dem Ausgang des Operationsverstärkers
und einen weiteren Widerstand mit dem letzten Anschluss des Widerstandsnetzwerkes verbunden ist. Sind die beiden an
den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angeschlossenen Widerstände gleich, so ist der negative Widerstand
allein durch den Widerstandswert des am nicht invertierenden Eingang angeschlossenen Widerstandes bestimmt. Mit Vorteil kann
anstelle eines negativen Widerstandes auch ein Impedanzwandler verwendet werden, dessen Eingang mit dem ersten Anschluss des
Widerstandsnetzwerkes und dem dem ersten Widerstand zugehörigen Kondensator verbunden ist, um eine Ausgangsspannung zu erhalten,
die proportional, vorzugsweise gleich der Ladespannung des Kondensators ist, und an dessen Ausgang ein Spannungsteiler angeschlossen
ist. über den an den letzten Anschluss des Widerstandsnetzwerkes
ein Bruchteil der Ausgangsspannung des Impedanzwandlers angelegt ist, wodurch die virtuelle Impedanz des Widerstandsnetzwerkes
entsprechend dem Teilverhältnis der abgegriffenen Spannung zur Ladespannung des Kondensators vergrössert
wird. Wegen des niederohmigen Ausgangskreises des Impedanzwandlers kann als Spannungsteiler ein Potentiometer verwendet werden,
so dass die Erhöhung der virtuellen Impedanz des Widerstandsnetzwerkes und damit der Verlängerungsfaktor für die Zeitkonstante
des Abbilds beliebig ei nstellbar ist und das Abbild mit seiner grösseren Zeitkonstanten beliebig genau an das Erwärmungsverhalten
eines Betriebsmittels angepasst werden kann. Die niedrige Zeitkonstante des Abbilds, d.h. die Zeitkonstante
bei abgeschaltetem Impedanzwandler ist durch die RC-Glieder bestimmt.
Es kann nun mindestens bei dem ersten RC-Glied an den Fusspunkt des Kondensators ein Bruchteil der Ausgangsspannung
des Impedanzwandlers gelegt werden, durch die die Kapazität
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dieses RC-Glied-Kondensators virtuell dem Teilverhältnis der
abgegriffenen Spannung zur Ladespannung des Kondensators entsprechend
verringert wird, so dass die Zeitkonstante dieses RC-Gliedes durch Veränderung des Teilungsverhältnisses variiert
und auch die niedrige Zeitkonstante des Abbilds an das jeweilige Betriebsmittel angepasst werden kann.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemessen thermischen
Abbilds sind nachfolgend anhand der Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein vereinfachtes thermisches Abbild mit zwei RC-Gliedern für einen Elektromotor,
Fig. 2 ein Blockschema eines erfindungsgemäss ausgebildeten
thermischen Abbilds eines Elektromotors,
Fig. 3 ein Schaltbild' für ein Ausführungsbeispiel des thermischen
Abbildes der Fig. 2 mit einem negativen Widerstand als Schaltmittel zur Erhöhung der virtuellen
Impedanz des Widerstandsnetzwerkes der beiden RC-Glieder,
Fig. 4 ein Schaltbild für ein Ausführungsbeispiel des thermischen Abbilds der Fig. 2 mit einem Impedanzwandler
zur Erhöhung der virtuellen Impedanz des Widerstandsnetzwerkes und
Fig. 5 ein Schaltbild für eine Ausführung des thermischen Abbilds der Fig. 4, bei dem die Zeitkonstanten der
einzelnen RC-Glieder varriert werden können.
Ein vereinfachtes thermisches Abbild eines Elektromotors
besteht bekanntlich aus zwei RC-Gliedern (Fig. 1), wobei durch den Kondensator Cn des ersten RC-Gliedes die Wärmekapazi-
wU
tat der Motorwicklung und durch den Widerstand R^1 dieses RC-Gliedes
der Wärmeübergangswiderstand von der Wicklung zum Motor-
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ständer und ferner durch den Kondensator Gp des zweiten RC-Gliedes
die Wärmekapazität des Motorständers und durch den Widerstand R„ der Wärmeübergangswiderstand von Motorständer
zum Kühlmittel näherungsweise nachgebildet ist. Die Widerstände Rp und R51 sind in Reihe geschaltet und die Kondensatoren
Cp und C_ werden mit einem Ladestrom aus einer gesteuerten
Ladestromquelle Q, geladen, der üblicherweise dem Quadrat des Motorstromes proportional ist. Diese Ladestromquelle Q, ist an
den Verbindungspunkt von Kondensator und Widerstand des ersten RC-Gliedes, d.h. an den ersten Anschluss A, des Widerstandsnetzwerkes
der beiden RC-Glieder angeschlossen. Am letzten Anschluss
A, des Widerstandsnetzwerkes liegt Null-Potential oder eine
stabilisierte Referenzspannung. Mit dem ersten RC-Glied Rn ,
Oil
Cc ist näherungsweise das thermische Verhalten der Ständerwicklung
des Motors und mit dem zweiten RC-Glied Rpe» c Fe näherungsweise
das termische Verhalten des Ständereisens des Motors berücksichtigt. Am Anschlusspunkt· des zweiten RC-Gliedes
Rp , Cp kann eine Ersatzstromquelle Q2 angenommen werden, deren
eingeprägter Strom unter der Voraussetzung, dass keine Frequenzschwankungen auftreten, die Drehzahländerungen des Motors gering sind und die Versorgungsspannung des Motors annähernd
konstant ist, als konstant angesehen werden kann. Wegen der langen Auslösezeiten bei einem mit Nennlast oder geringer
Ueberlast betriebenen Motor ist das Abbild sehr hochohmig. Der Ladestrom wird zweckmässig getaktet dem Abbild zugeleitet, so
dass der effektive Ladestrom, mit dem die Kondensatoren des Abbilds geladen werden, gleich dem Produkt von Ladestromstärke
der Stromquelle Q, und Taktverhältnis (Arbeitstaktdauer zu Ruhetaktdauer)
ist und die Ladestromquelle Q, bei einem Taktververhältnis" kleiner Eins einen entsprechend höheren Ladestrom
liefern kann, der sich leichter beherrschen lässt. Zur Taktung kann ein elektronisches Schaltelement Tr 1 (Fig. 2), z.B. ein
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Feldeffekttransistor vorgesehen sein. Da derart hochohmige
Schaltungen auf Leckströme sehr empfindlich sind, werden, wie in Fig. 2 angedeutet ist, die RC-Glieder R1, C1 und R2, C2
zusammen mit dem elektronischen Schalter Tr 1 zum Schutz vor Feuchtigkeit in einen Block 1 vergossen, an dem aussen Anschlussklemmen
vorgesehen sind, und zwar bei der Ausführung nach Fig. 2 eine Anschlussklemme K, zum Anschliessen der gesteuerten
Ladestromquelle, eine mit der Steuerelektrode des elektronischen Schaltelementes Tr 1 verbundene Anschlussklemme
K2 zum Anschliessen eines Taktgenerators, eine an das freie
Ende des Widerstandes R2 des zweiten (letzten) RC-Gliedes angeschlossene
Klemme K3, die den letzten Anschluss A^ des Widerstandnetzwerkes,
im vorliegenden Fall der Widerstandskette R,, Rp bildet und eine Anschlussklemme K., an die die beiden
Kondensatoren C-. und C? angeschlossen sind und die deren Fusspunkt
bildet. Auf diese Weise wird ein Vierpol erhalten, der nach aussen hin ein verhältni&^iässig niederohmiges und damit
unkritisches Schaltungsgebilde dargestellt, jedoch irgendwelche Veränderungen oder Verstellungen an den Schaltungsteilen nicht
mehr zulässt. Injbezug auf das thermische Verhalten des Motors sind die Zeitkonstanten bei stehendem und bei laufendem Motor
verschieden, und zwar hauptsächlich infolge der unterschiedlichen Kühlverhältnisse. Bei einer genauen Nachbildung des Erwärmungsverhaltens
müsste demnach die das thermische Verhalten des Ständereisens berücksichtigende Hauptzeitkonstante bei stehendem
Motor grosser als bei laufendem Motor sein. Die grössere Zeitkonstante wird durch Schaltmittel 2 zur Erhöhung der virtuellen Impedanz des Widerstandsnetzwerkes R,, R? erhalten, die,
wenn das Abbild die höhere Zeitkonstante haben soll, über die Anschlussklemmen K- und K3 an das Widerstandsnetzwerk R,, R3
angeschlossen wird. Zum Umschalten von einer niedrigeren auf eine höhere Zeitkonstante und umgekehrt, ist eine Schaltvor- .
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richtung 3 vorgesehen, durch die in der einen Schaltstellung die Schaltmittel 2 für eine Erhöhung der virtuellen Impedanz
wirksam und in einer anderen Schaltstellung unwirksam werden.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel bestehen die Schaltmittel 2 zur Erhöhung der virtuellen Impedanz
aus einem negativen Widerstand 4, der im gezeigten Ausführungsbeispiel einen Operationsverstärker OV enthält. Der nichtinvertierende
Eingang des Operationsverstärkers ist an die Klemme K, und der invertierende Eingang über einen Widerstand R„ an die
Klemme K„ des Blocks 1 angeschlossen. Der Ausgang des Operationsverstärkers
OV ist sowohl über die Quellen-Abflussstrecke eines als Schaltvorrichtung 3 dienenden Feldeffekttransistors
Tr2 und einen Widerstand R5 mit dem nichtinvertierenden Eingang
als auch über einen Widerstand R. mit dem invertierenden Eingang verbunden. Ist mit U„ die Eingangsspannung zwischen den Anschlüssen
an die Klemmen K, und K3 und mit I der Strom bezeichnet, so
ergibt sich der Widerstand dieser Schaltungsanordnung mit der Gleichung
UE = R3 * R5 . ■ (1
Zur Herleitung dieser Gleichung wird angenommen, dass der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers OV an
Null-Potential liegt und der Schalter geschlossen ist. Der den Widerstand R4 durchfliessende Strom ist mit I4 bezeichnet und
ist gegeben durch
■ I4 - "Ε (2
«3
Aus der Ausgangsspannung U. des - Operationsverstärkers
OV zwischen dessen Ausgang und Null-Potential ergibt sich für diesen Strom I4 die Gleichung
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I4 = _jL· . Ο
R4
Aus den beiden Gleichungen für I4 ergibt sich für die Ausgangsspannung
U. die Gleichung
UA-.UE Jjl_ (4
und mittels des Spannungsabfalls am Widerstand R die Gleichung
UA + I R5 = O . - ' (5
Aus den beiden letzten Gleichungen für U. erhält man schliesslich
die Gleichung 1) für den Widerstand der Schaltungsanordnung.
Sind die Widerstände R„ und R4 einander gleich, so
wird
UE = -R_ bei R. = R- (6
~~j
O 4 d
Der Widerstand R. ist zweckmässig stetig oder stufenweise
verstellbar, so dass durch Variieren der Impedanzerhöhung die verlängerte Zeitkonstante dem jeweiligen Gerät angepasst
werden kann.
Der Feldeffekttransistor Tr 2 wird durch eine Steuerspannung gesteuert, die über eine Diode D, an dessen Torelektrode
gelegt ist. Diese Steuerspannung hat bei stehendem Motor eine solche Höhe, dass der Feldeffekttransistor Tr 2 leitend
schaltet und bei laufendem Motor gesperrt ist. Die Steuerspannung kann durch Vergleich einer dem Motorstrom proportionalen
Spannung mit einer Vergleichsspannung erhalten werden.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist zur Erhöhung
der virtuellen Impedanz des Widerstandsnetzwerkes R., R? ein
Impedanzwandler 5 vorgesehen, dessen Eingang an die Klemme K, des Schaltungsblocks 1 angeschlossen ist und dessen Ausgang
über die Quellen-Abflussstrecke des Feldeffekttransistors Tr und einen Spannungsteiler R& z.B. an Null-Potential liegt. Die
Ausgangsspannung des Impedanzwandlers ist proportional oder
gleich der Spannung am Punkt A, des Kondensators C, des ersten RC-Gliedes. Der Abgriff des Spannungsteilers R& ist an die
Klemme K_ des Schaltungsblocks 1, d.h. an den letzten Anschluss Αγ des Widerstandsnetzwerkes R,, R„ angeschlossen, so dass an
diesen stets ein bestimmter Bruchteil der Ladespannung des Kondensators C. liegt. Bei geringer zeitlicher Aenderung des
Ladezustandes ist, wie eingangs erwähnt, der Spannungsabfall an R, zu vernachlässigen, so dass die Spannung an C„ in etwa
gleich der Spannung an C-, ist. Durch das Anlegen eines Bruchteiles
der Ausgangsspannung des Impedanzwandlers 5 an den Anschluss Ay, d.h. an den Fusspunkt des Widerstands R„ ergibt
sich eine virtuelle Vergrösserung des Ableitwiderstandes und damit eine Vergrösserung der Hauptzeitkonstante, durch die das
thermische Verhalten des Stär.dereiser.s des Motors berücksichtigt
ist. Die Vergrösserung des virtuellen Widerstandes ist hierbei durch das Teilverhältnis der abgegriffenen Spannung zur Ladespannung
des Kondensators C gegeben und, wenn der Impedanzwandler
eine der Ladespannung des Kondensators C genau gleiche Ausgangsspannung abgibt, wird die Zeitkonstante um einen Faktor
verlängert, der durch das Teilverhältnis f des Spannungsteilers Rc bestimmt ist. Der Verlängerungsfaktor F ist durch die Glei-
c hung
gegeben, in der f das Teilverhältnis des Spannungsteilers R&
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ist. Die Zeitkonstante kann damit maximal auf Unendlich verlängert
werden. Die Verwendung eines Impedanzwandlers führt zu im Aufbau besonders einfachen Schaltungen.
Da das Erwärmungsverhalten bei den einzelnen Kotortypen
verschieden ist, ist es für ein Motorabbild von Vorteil, wenn sowohl die Hauptzeitkonstante (Ständereisen) wie die Nebenzeitkonstante
(Ständerwicklung) in gewissen Grenzen beliebig eingestellt werden kann. Da das Abbild von einem eingeprägten
Strom gespeist wird, müssen die ohmschen Widerstände bei einer Variation der Zeitkonstanten gleich bleiben. Eine Aenderung der
Zeitkonstanten eines RC-Gliedes wird durch eine virtuelle Verringerung
der Kapazität des Kondensators erreicht, indem der Fusspunkt des Kondensators auf einen Bruchteil der Kondensator-Ladespannung
gelegt wird, wobei für die Zeitkonstante die Span-*
nung zwischen dem Kopfpunkt des Kondensators und einem Bezugspotential, z.B. Nullpotential gilt, die mit U. bezeichnet sei.
Liegt der Fusspunkt des Kondensators nicht auf Null-Potential sondern ist an ihn ein durch das Teilverhältnis f bestimmter
Bruchteil der Spannung U. gelegt, so ist die auf Null-Potential bezogene Kondensatorspannung U. durch
' UA - r· UA + UC ' <8
gegeben, wobei mit U„ die Spannung über den Kondensatorbelägeri
bezeichnet ist. Die Spannung Un über den Kondensatorbelägen ist
damit
Uc = UA . (1 - f). (9
Aus der Grundgleichung (Kapazität gleich Ladung durch Spannung)
ist die Ladung Q des Kondensators gleich
Q= C . Uc (10
und hinsichtlich der auf Null-Potential bezogenen Kondensator-
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spannung U. kann für diesen eine virtuelle Kapazität C„ angenommen
werden, die gleich
ο (11
cv uA uA U1
d.h., dass Cy = C (l - f) (12
Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist diese Veränderung der virtuellen Kapazität zur Variation der
Zeitkonstanten der beiden RC-Glieder R, , C, und R2, C^ realisiert.
Die Fusspunkte F, und F„ der beiden RC-Glied Kondensatoren
C. und Cp sind aus dem vergossenen Schaltungsblock 1 getrennt
herausgeführt und an die Klemmen K, und K1- angeschlossen,
An den Ausgang des Impedanzwandlers 5 sind drei parallel geschaltete veränderliche Spannungsteiler R6, R? und R„ angeschlossen.
Von den Ausgangsklemmen K„, Kg dieser Spannungsteiler
kann die Spannung U., d.h. die auf ein Bezugspotential bezogene
Kondensatorspannung von C, abgenommen und zur Anzeige gebracht werden. Der eine Spannungsteiler Rg dient, wie bei der
Ausführung nach Fig. 5 erläutert, zur Einstellung des Verlängerungsfaktors für die Zeitkonstante des Abbilds und sein Mittelabgriff
ist über die Quellen-Abflusstrecke des Feldeffekttransistors
Tr 2 und die Anschlussklemme K3 mit dem Anschluss
Α, des Widerstandes R„ verbunden. Die Anschlussklemme K3 ist zusätzlich
über einen Widerstand Rg und einen verstellbaren Widerstand
R,0 mit einer Anschlussklemme 9 verbunden, an die eine Bezugsspannung gelegt werden kann, um die Ständereisenverluste
berücksichtigen zu können. Diese Bezugsspannung wird bei spannungslosem Motor abgeschaltet. Die Torelektrode des Feldeffektransistors
Tr 2 ist durch eine Diode D, mit einer-Klemme K,-verbunden,an
die ein Signalgeber zur Steuerung des Feldeffekttransistors angeschlossen werden kann. Der zweite Spannungstei-
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ler R7 dient zur Variation der Hauptzeitkonstanten (Ständereisen),
d.h. der Zeitkonstanten des RC-Gliedes R2, Cp. Sein
Abgriff ist an die Klemme Κ~ angeschlossen, so dass die abgegriffene
Spannung am Fusspunkt F„ des Kondensators C? liegt.
Der dritte Spannungsteiler RQ dient zur Variation der Nebenzeitkonstanten
(Ständerwicklung) und sein Abgriff ist an die mit dem Kondensator C, verbundene Klemme K. angeschlossen. Mit
einem solchen im Aufbau sehr einfachen Abbild kann das Erwärmungsverhalten jedes beliebigen Motors sowohl bei kontinuierlichem
wie bei intermittierendem Betrieb optimal nachgebildet werden, wobei lediglich ein Verstellen der Spannungsteiler R&,
R„, RQ erforderlich ist. Die Anwendung ist nicht auf Elektro-
motore allein beschränkt. Bei Transformatoren z.B. ergeben sich
ähnlicheVerhältnisse, so dass in deren Schutzeinrichtungen mit Vorteil eines der vorstehend beschriebenen Abbilder verwendet
wird.
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Claims (7)
- 2305 U 7itPatentansprücheI l.jVon elektrischen Verlusten abhängiges thermisches Abbild eirlHS elektrischen Betriebsmittels, mit mindestens zwei RC-Gliedern, durch deren Kondensatoren und Widerstände V/ärrr.ekapazitäten des Betriebsmittels bzw. Wärmeübergangswiderstände erfasst sind, wobei die V/id erstände der RC-Glieder zu einem einen Zweipol darstellenden Widerstandsnetzwerk zusammenceschaltet sind und durch den Ladevorgang der Kondensatoren das Erwärmungsverhalten des Betriebsmittels nachgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Schaltvorrichtung (3; Tr 2, D..) an das Widerstandsnetzwerk (R, , Rp) anschliessbare Schaltmittel (2; 4; 5) zur Erhöhung der virtuellen Impedanz des Widerstandsnetzwerkes (R. , R„) vorgesehen und die RC-Glieder (R,, C,; R2, C„) durch Betätigung der. Schaltvorrichtung (3; Tr 2, D,) von einer bestimmten Zeitkonstanten bei abgeschalteten Schaltmitteln (2; 4; 5) auf eine grössere Zeitkonstante bei zugeschalteten Schaltmitteln (2; 4; 5) und umgekehrt umschaltbar sind.
- 2. Thermisches Abbild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der virtuellen Impedanz des V»'iderst andsnetzwerkes (R., R„) ein negativer Widerstand (4) verwendet ist, der mittels der Schaltvorrichtung (3) dem V/id er Standsnetzwerk (R,, R2) parallel geschaltet werden kann.
- 3. Thermisches Abbild nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der negative Widerstand (4) einen Operationsverstärker (OY) enthält, dessen nichtinvertierender Eingang mit dem ersten Anschluss des Widerstandsnetzwerkes (R,, Rp) und durch einen Widerstand (R1-) und durch409810/0780die Schaltstrecke der Schaltvorrichtung (3) mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist und dessen invertierender Eingang durch einen Widerstand (R4) mit dem Ausgang des Operationsverstärkers und durch einen Widerstand (R3) mit dem letzten Anschluss {AT) des Widerstandsnetzwerkes (R1, R0) verbunden ist.
- 4. Thermisches Abbild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der virtuellen Impedanz des Widerstandsnetzwerkes (R-,, Rp) ein Impedanzwandler (5) vorgesehen ist, dessen Eingang mit dem ersten Anschluss (A,) des Widerstandsnetzwerkes (R,, R?) und dem dem ersten Widerstand (R,) zugehörigen Kondensator (C,) verbunden ist, um eine Ausgangsspannung zu erhalten, die proportional oder gleich der Ladespannung des Kondensators (C ) ist, und dass von der Ausgangsspannung des Impedanzwandlers (5) mittels eines Spannungsteilers (Rß) ein Bruchteil an den letzten Anschluss (A^) des Widerstandsnetzwerkes (R,, R2) gelegt ist, wobei die virtuelle Vergrösserung der Impedanz des Widerstandsnetzwerkes (R-, , R«) durch das Teilverhältnis der abgegriffenen Spannung zur Ladespannung des Kondensators (C,) bestimmt ist.
- 5. Thermisches Abbild nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens bei dem ersten RC-Glied (R,, C,) an den Fusspunkt (F,) des Kondensators (C,) mittels eines Spannungsteilers (Rg) ein Bruchteil der Ausgangsspannung des Impedanzwandlers {5) gelegt ist, so dass die Kapazität des RC-Glied-Kondensators (C,) virtuell dem Teilverhältnis des Spannungsteilers (Rg) entsprechend verringert wird und durch Verstellen des Teilungsverhältnisses bei dem am RC-Glied-Kondensator (C,) angeschlossenen Spannungsteiler (RQ) die Zeitkonstante des RC-Gliedes (R.. , C, ) veränderbar ist.409810/0780- 16 - 23Cl
- 6. Thermisches Abbild nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die RC-Glieder (R,, C', R2, C2) und ein an das erste RC-Glied (R1,^) angeschlossener elektronischer steuerbarer Schalter (Tr-, ) zum Schutz gegen feuchtigkeitsbedingte Leckströme zu einem Block (1) vergossen sind.'
- 7. Thermisches Abbild nach Anspruch 1, dadurch ge-" kennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (3) aus einem steuerbaren elektronischen Schalter (Tr 2, D,) besteht, der durch den jeweiligen Betriebszustand eines Gerätes meldende Steuersignale zum An- und Abschalten der Schaltmittel (5) zur Erhöhung der virtuellen Impedanz des Widerstandsnetzwerkes (R-,, Rp) gesteuert ist.409810/0780
ORiGINAL INSPECTED
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