DE2327064B2 - Überlastungsschutzschaltung für Elektromotoren - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Überlastungsschutzschaltung für einen Elektromotor, dessen Betriebsstrom über Halbleiterstellglieder fließt, die von einer auf eine dem Motorstrom proportionale Spannung ansprechenden Halbleitersteuerstufe angesteuert werden.

Überlastungsschut/schaltungen 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-Schaltbeispiele 1970«, S. 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.

Eine andere Schaltung dieser Art ist in »Elektronik 1970«, Heft H₁S. 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.

Elektromotoren, die über Halbleiterstellglieder angesteuert werden, haben normalerweise eine niedrige Speisespannung, z. B. eine Batteriespannung. Dies gih insbesondere in Kraftfahrzeugen, wo die Speisespannung 12 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.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Überlastungsschutzschaltung, die keinen Vorwiderstand im Ankerstromkreis des Elektromotors benötigt und die für in ihrer Drehzahl 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 ein Eingang einer Überwachungsstufe an einen vom Steuerstrom des HalbJeiterstellgliedes durchflossenen Widerstand und der andere Eingang an eine Motoranschlußklemme angeschlossen ist und daß der Ausgang der Überwachungsstufe über einen Verzögerungskreis an eine Abschaltstufe angeschlossen ist, die die Eingangsstrecke der Halbleitersteucrstufe kurzschließt.

Da der Steuerstrom dem Motorstrom ungefähr proportional ist, kann der durch den Steuerstrom verursachte Spannungsabfall für die Überwachung ausgenutzt werden, ohne dadurch die Speisespannung des Elektromotors zu beeinträchtigen. Damit in allen Betriebszuständen des Elektromotors eine sichere Überwachung möglich ist, wird nicht der Steuerstrom allein bzw. der durch den Steuerstrom verursachte Spannungsabfall für die Überwachung ausgenutzt, sondern vielmehr auch die Motorspannung, so daß in allen Betriebszuständen des Elektromotors ein sicheres Ansprechen der Schutzschaltung gewährleistet ist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein zum Schließkontakt gehöriger Druckknopf iini ein Drehknopf eines die Motordrehzahl einstellenden Führungsgliedes zu einem gemeinsamen Betätigungsknopf zusammengefaßt sind, von dem aus beide Teile unabhängig voneinander betätigt werden können.

Die Betätigung des Druckknopfschalters erfolgt durch axiale Verstellung des Druckknopfes, wodurch die Schaltung in Betrieb gesetzt und nach Auslösung der Abschaltung wieder rückgesetzt werden kann. Der Drehknopf ermöglicht die Einstellung der Motordrehzahl. Da die axiale Bewegung des Druckknopfes und die Drehbewegung unabhängig voneinander sind, ändert sich die Einstellung der Drehzahl nicht bei einer Betätigung des Druckknopfes.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in der zeigt

F i g. 1 die Überlastungsschutzschaltung nach der Erfindung in einem Blockschaltbild und

F i g. 2 ein Schaltplan für eine Ausführungsform der Überlastungsschutzschaltung.

Ein Elektromotor Mist 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 ge-

wünschte Motorspannung und damit die gewünschte Motordrehzahl eingestellt In einer Vergleicherstufe 5 werden diese Führungsgröße und die über die Rückkoppelungsstufe δ eingegebene Motorspannung miteinander verglichen. Das Ausgangssijn&\ der Vergleicherstufe 5 wird in einem Verstärker 7 verstärkt und beaufschlagt eine Halbleitersieuerstufe 8, deren Ausgangsstrom das Halbleiterstellglied 1 und damit den Motorstrom steuert. Der Ausgangssfom der Halbleitersteuerstufe 8, also der Steuerstrom des Halbleiter- »ο Stellglieder 1, ist dem jeweiligen Motorstrom in etwa proportional

Eine Überwachungsstufe 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 Überwachungsstufe 9 ein Signal an eine Abschaltstufe 12 weiter, über deren Ausgangsleitungen der Eingang der Halbleitersteuerstufe 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 Druckknopfschalter mit gekoppeltem Drehwiderstand ausgebildet und dient einerseits als Betriebsschalter und andererseits zur Rücksetzung der Abschaltstufe 12 sowie zur Einstellung des Führungsgliedes 4.

Eine Ausführungsform der beschriebenen Schaltung ist nunmehr in F i g. 2 dargestellt. Das Führungsglied 4 ist der Einstellwiderstand, der mechanisch mit dem Druckknopf des Druckknopfschalters 14 gekoppelt ist. Die Vergleicherstufe ist als Transistorverstärkerstufe mit dem Transistor 7h ausgebildet, an dessen Basis einerseits das Führungsglied 4 und andererseits die Rückkoppelungsstufe 6 angeschlossen sind. Das Ausgangssignal des Transistors Tn gelangt in eine zweite Verstärkerstufe mit einem Transistor Tn. Dessen Ausgangssignal liegt an der Basis eines Transistors Tn der Steuerstufe. Der Ausgangsstrom dieser Steuerstufe erzeugt in einem Widerstand 15 einen Spannungsabfall. Der Emitterstrom dieser Steuerstufe steuert den Arbeitspunkt eines Transistors Tn des Halbleiterstellglieds. Durch diesen Transistor Tn fließt der Gesamtstrom des Elektromotors M. In der Zeichnung ist in strichpunktierten Linien ein weiterer 1 ransistor Tn des Halbleiterstellgliedes sowie entsprechend ein weiterer Widerstand 16 eingezeichnet. Diese zusätzlichen Schaltglieder können wahlweise Verwendung finden, um den Belastungsstrom der Transistoren innerhalb des Halbleiterstellglieds der erforderlichen Motorleistung anzupassen.

Die Überwachungsstufe enthält einen Transistor Tn. In der gezeichneten Schaltung ist dies ein pnp-Transistor, dessen Basis an den Kollektor des Transistors Tr angeschlossen ist und den Ausgangsstrom der Stauerstufe, also den Steuerstrom des Halbleiterstellglieds durch den in dem Widerstand 15 erfolgten Spannungsabfall erfaßt. Der Emitter des Transistors Tn ist unmittelbar mit der Anschlußklemme 17 des Elektromotors M verbunden. Damit steuert die Differenz der aus dem Steuerstrom des Halbleiterstellglieds abgeleiteten Spannung und der Motorspannung den Transistor Tn. Sobald diese Differenzspannung eine vorgegebene Schwellengröße überschreitet, wird der Transistor Tn, 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 Tn kurzschließt. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors Tn liegt der Schließkontakt 23 des Druckknopfschalters 14.

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 Tn in der beschriebenen Weise einen Schwellenwert überschritten hat, wird die Basis-Emitter-Strekke des Transistors Tn der Steuersiufe kurzgeschlossen, so daß der Steuerstrom für das Halbleiterstellglied unterdrückt wird. Infolgedessen werden die Transistoren Tn und Tn gesperrt, so daß auch der Motorstrom abgeschaltet wird. Der Thyristor 22 bleibt in seinem Leitungszustand bis der Schließkontakt 23 des Druckknopfschalters 14 betätigt wird, so daß die Kathoden-Anoden-Spannung des Thyristors 22 kurzgeschlossen wird. Wenn bei Betätigung des Druckknopfschalters 14 in der beschriebenen Weise die Störung an dem Motor nicht mehr vorliegt, kann der Elektromotor in dem eingestellten Betriebszustand laufen. Wenn der Störungszustand noch andauert, erfolgt nach Ablauf der durch die /?C-Stufe bedingten Verzögerungszeit ein erneutes Abschalten des Steuerstroms und damit des Motorsiroms. Die Anwendung eines Druckknopfschalters 14 mit Einstellwiderstand ist besonders deshalb vorteilhaft, weil bei Betätigung des Schließkontakts 23 zum Ausschalten des Thyristors 22 die Einstellung des Führungsglieds 4 nicht verändert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Überlastungsschutzschaltung für einen Elektromotor, dessen Betriebsstrom über Halbleiterstell-. glieder fließt, die von einer auf eine dem Motor-' strom proportionale Spannung ansprechenden Halbleitersteuerstufe angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang einer Überwachungsstufe (9: Tn) an einen vom Steuerstrom des Halbleiterstellgliedes (1; Th) durchflossenen Widerstand (15) und der andere Eingang an eine Motoranschlußklemme (17) angeschlossen ist und daß der Ausgang der Überwachungsstufe über einen Verzögerungskreis (19, 20) an eine Abschaltstufe (12: 22) angeschlossen ist, die die Eingangsstrecke der Halbkitersteuerstute (8; Tb) kurzschließt.

2. Überlastungsschutzschaltung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltstufe als Thyristor (22) ausgebildei ist, dessen Steuerelektro de (21) mit dem Ausgang der Überwachungsstufe verbunden ist und dessen Kathoden-Anoden-Strek ke der Eingangsstrecke der Halbleitersteuerstufe (8) parallel liegt.

3. Überlastungsschutzschaltung nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß ein Schließkontakt (23) parallel zur Kathoden-Anoden-Strecke des Thyristors (22) liegt.

4. Überlastungsschutzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum Schließkontakt (23) gehöriger Druckknopf (14) und ein Drehknopf eines die Motordrehzahl einstellenden Führungsgliedes (4) zu einem gemeinsamen Betätigungsknopf zusammengefaßt sind, von dem aus beide Teile unabhängig voneinander betätigt werden können.