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tSberlastungsschutzschaltung für Elektromotoren Die Erfindung betrifft
eine Überlastungsschutzschaltung für Elektromotoren, deren Betriebsstrom über Halbleiterstellglieder
fließt, die von einer Halbleitersteuerstufe angesteuert werden.
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oberlastungsschutzschaltungen für Elektromotoren, die an das elektrische
Versorgungsnetz angeschlossen sind, arbeiten mit einem in Reihe zu der Motorwicklung
liegenden Vorwiderstand, dessen Spannungsabfall zur Steuerung einer Überwachungsstufe
aus Halbleitern benutzt wird. Eine derartige Schaltung ist in 'Siemens Halbleiter-Schaltteispiele
1970" Seite 111 und 112 beschrieben. Dort ist auch bereits eine Zeitverzögerung
des Signals der Überwachungsstufe angegeben, um ein Ansprechen- der Überlastungsschutzschaltung
auf den hohen Anlaßstrom des Elektromotors auszuschließen. Durch die Überwachungsstufe
wird eine Abschaltstufe mit einem Thyristor gezündet, wodurch die Schützspule kurzgeschlossen
wird, so daß der Motorstrom unterbrochen-wird.
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Eine andere Schaltung dieser Art ist in "Elektronik 1970" Heft 11,
Seite 390 beschrieben, wo die einen Thyristor enthaltende Abschaltstufe die Steuerspannung
für einen in Reihe zu der Motorwicklung liegenden Thyristor kurzschließt, so daß
derselbe keinen Strom mehr durchläßt.
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Elekromooren, die über Halbleiterstellglieder angesteuert werden,
haben normalerweise eine niedrige Speisespannung, bspw. eine Batteriespannung. Dies
gilt insbesondere in Kraftfahrzeugen, wo die Speisespannung 12 V oder 24 V beträgt,
oder in batteriebetriebenen Tonbandgeräten. In diesen Fällen ist ein Vorwiderstand
in Reihe zu dem Elektromotor nicht zulässig, weil derselbe die Betriebsspannung
für den Motor in unzulässigem Ausmaß herabsetzen würde. Außerdem haben die bekannten
Überlastungsschutzschaltungen nur eine fest einstellbare Schaltschwelle, so daß
sie für Motoren mit stufenweise oder stufenlos einstellbarer Drehzahl nicht geeignet
sind.
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Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Überlastungsschutzschaltung,
die die Speisespannung des Elektromotors nicht beeinträchtigt und die für stufenweise
oder stufenlos einstellbare Elektromotoren in allen Betriebszuständen einen sicheren
Schutz gewährt. Dieses gilt insbesondere für Lüftermotore in Kraftfahrzeugen, bei
denen ein Schutz gegen Schwerlauf, Blockieren oder Kurzschluß erforderlich ist,
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Uberwachungsstufe
auf die Differenz zwischen einer dem Motorstrom proportionalen Spannung und der
Motorspannung anspricht und zeitverzögert eine Abschaltstufe einschaltet, die die
Eingangs strecke der Halbleitersteuerstufe kurzschließt Im einzelnen sieht die Erfindung
vor, daß ein Eingang der übers wachungsstufe an die den Steuerstrom führende Leitung
der Halbleitersteuerstufe in einem Verbindungspunkt, der eine von den Anschlußspannungen
verschiedene Spannung führt, und der andere Eingang unmittelbar an eine Motoranschlußklemme
angeschlossen ist.
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Da der Steuerstrom dem Motorstrom ungefähr proportional ist,
kann
der durch den Steuerstrom verursachte Spannungsabfall für die Überwachung ausgenutzt
werden, ohne dadurch dieSpeisespannung des Elektromotors zu beeinträchtigen. Damit
in allen Betriebszuständen des Elektromotors eine sichere Cberwachung möglich ist,
wird nicht der Steuerstrom allein bzw.
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der durch den Steuerstrom verursachte Spannungsabfall für die berwachung
ausgenutzt, sondern vielmehr auch die Motorspannung, so daß in allen Betriebszuständen
des Elektromotors ein sicheres Ansprechen der Schutzschaltung gewährleistet ist.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die an liegende
Zeichnung erläutert, in der darstellen: Fig. 1 die Überlastungsschutzschaltung nach
der Erfindung in einem Blockschaltbild und Fig. 2 ein Schaltplan für eine Ausführungsformder
Uberlastungsschutzschaltung.
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Ein Elektromotor M ist in Reihe zu einem Halbleiterstellglied 1 an
die Anschlußklemmen 3 für die Betriebsspannung (+Ue und -Ue) angeschlossen. In einem
Führungsglied 4 wird die Führungsgröße -für die gewünschte Motorspannung und damit
die gewünscht Motordrehzahl eingestellt. In einer Vergleicherstufe 5 werden diese
Führungsgröße und ein über die Rückkoppelungsstufe 6 eingegebenes Rückkoppelungssignal
für die Motorspannung miteinander verglichen. Das Ausgangssignal der Vergleicherstufe
5 -wird in einem Verstärker 7 verstärkt und beaufschlagt eine Steuerstufe 8, deren
Steuerstrom das stellglied 1 und damit den Motorstrom steuert. Der Steuerstrom der
Steuerstufe 8 ist dem jeweiligen Motorstrom in etwa proportional.
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Eine tberwachungsstufe 9 vergleicht die an einem Abgriff 10 abgenommene,
dem Motorstrom ungefähr proportionale Spannung und die an einem Abgriff 11 abgenommene
Motorspannung. Bei einem vorgegebenen, vorzeichenrichtigen Differenzwert dieser
Spannung
gibt die Uberwachungsstufe 9 ein Signal an eine Abschaltstufe 12 weiter, über deren
Ausgangsleitungen der Eingang der Steuerstufe 8 kurzgeschlossen wird. Infolgedessen
verschwindet der Steuerstrom und damit auch der Motorstrom, d.h. der Elektromotor
wird abgeschaltet. Ein schematisch dargestellter Schalter 14 ist als Druck-Folgeschalter
ausgebildet und dient einerseits als Betriebsschalter und andererseits zur Rücksetzung
der Abschaltstufe 12 sowie zur Einstellung des Führungsgliedes 4.
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Eine ltusführungsform der beschriebenen Schaltung ist nunmehr in Fig.
2 dargestellt. Das Führungsglied 4 ist der Einstellwiderstand eines Druck-Folgeschalters
14. Die Vergleicherstufe ist als Transistorverstärkerstufe mit dem Transistor Tr1
ausgebildet, an dessen Basis einerseits das Führungsglied 4 und andererseits die
Rückkoppelungsstufe 6 angeschlossen sind.
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Das Ausgangssignal des Transistors Tr1 gelangt in eine zweite Verstärkerstufe
mit einem Transistor Tr2. Dessen Ausgangssignal liegt an der Basis eines Transistors
Tr3 der Steuerstufe. Der Steuerstrom dieser Steuerstufe erzeugt in einem Widerstand
15 einen Spannungsabfall. Der Emitterstrom dieser Steuerstufe steuert den Arbeitspunkt
eines Transistors Tr4 des Halbleiterstellgliedes. Durch dieses Transistor Trq fließt
der Gesamtstrom des Elektromotors M. In der Zeichnung ist in strichpunktierten Linien
ein weiterer Transistor Tr für das Halbleiterstellglied sowie entsprechend ein weiterer
Widerstand 16 eingezeichnet. Diese zusätzlichen Schaltglieder können wahlweise Verwendung
finden, um den Belastungsstrom der Transistoren innerhalb des Halbleiterstellgliedes
der erforderlichen Motorleistung anzupassen.
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Die ftberwachungsstufe enthält einen Transistor Tr6. In der gezeichneten
Schaltung ist dies ein pnp-Transistor, dessen Basis an den Kollektor des Transistors
Tr3 angeschlossen ist und damit den Steuerstrom der Steuerstufe durch den in dem
Widerstand
erfolgten Spannungsabfall erfaßt. Der Emitter des Transistors Tr6 ist unmittelbar
mit der anschlußklemme 17 des Elektromotors M verbunden. Damit steuert die Differenz
der aus dem Steuerstrom abgeleiteten Spannung und der glotorspannung den Transistor
Tr6 aus. Sobald diese Differenzspannung eine vorgegebene Schwellengröße überschreitet,
wird der Transistor Tr6 leitend, so daß das Potential im Verbindungspunkt 18 ansteigt.
Dieser Spannungsanstieg wird über eine RC-Stufe aus einem Widerstand 19 und einem
Kondensator 20 verzögert an die Schaltelektrode 21 eines Thyristors 22 weitergegeben,
der dadurch in seinen leitenden Zustand geschaltet wird und die Basis-Emitter-Strecke
des Transistors Tr kurzschließt. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors
Tr3 liegt die Druckkontaktzunge 23 des Druck-Folgeschalters 14.
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Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung auch andere Schaltglieder
eingesetzt werden. Beispielsweise läßt sich der Transistor Tr6 durch einen npn-Transistor,
einen Feldeffekttransistor oder einen Thyristor ersetzen. Anstelle des Thyristors
23 kann man ein anderes Schaltelement oder eine Schalt stufe einsetzen.
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Nachdem infolge eines unzulässigen Anstiegs des Motorstroms etwa durch
Schwerlauf oder Blockieren infolge von Vereisung oder durch Kurzschluß die Spannungsdifferenz
an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors Tr6 in der beschriebenen Weise einen
Schwellenwert überschritten hat, wird die Basis-Emitter-Strecke des Transistors
Tr3 der Steuerstufe kurzgeschlossen, so daß der Steuerstrom unterdrückt wird. Infolgedessen
kommen die Transistoren Tr4 und Tr5 in einen nichtleitenden Zustand, so daß auch
der Motorstrom abgeschaltet wird. Der Thyristor 22 bleibt in seinem teitungszustand
bis die Druckkontaktzunge 23 des Druck-Folgeschalters betätigt wird, so daß die
Kathoden-Anoden-Spannung des Thyristors 22 kurzgeschlossen wird. Wenn bei Betätig4ç
;,es, pEus -olgeschalters 14 in
der beschriebenen Weise die Störung
an dem Motor nicht mehr vorliegt, kann der Elektromotor in dem eingestellten Betriebs-i
zustand laufen. Wenn der Störungszustand noch andauert, erfolgt nach Ablauf der
durch die RC-Stufe bedingten Verzögerungszeit ein erneutes Abschalten des Steuerstromes
und damit des Motorstromes. Die Anwendung eines Druck-Folgeschalters 14 ist besonders
deshalb vorteilhaft, weil bei Betätigung der Druckkontaktzunge 23 zum Ausschalten
des Thyristors 22 die Einstellung des Führungsgliedes 4 nicht verändert wird.