DE2354846A1

DE2354846A1 - Schaltanordnung fuer einen verbraucher, insbesondere einen gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2354846A1
Application number: DE19732354846
Authority: DE
Inventors: Willi Hoppe; Ruediger Ratzel; Helmut Steinmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-11-02
Filing date: 1973-11-02
Publication date: 1975-05-07
Also published as: IT1025239B; FR2250218B3; FR2250218A1

Description

Anlage izur
Patentanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart

Schaltanordnung für einen Verbraucher, insbesondere einen Gleichstrommotor

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung für einen. Gleichstrommotor, dem eine einer Führungsgröße folgende Betriebs- spannung zuführbar ist, mit einer Sicherung zum Schütze des Verbrauchers, welche von einem vom Betriebsstrom abhängigen Signal auslösbar ist.

Bei derartigen Schaltanordnungen, durch die einem Motor eine einer Führungsgröße folgende Betriebsspannung zuführbar ist, ist der jeweils mögliche Kurzschlußstrom bei blockiertem Motor abhängig von der eingestellten Führungsgröße. Dabei ist es möglich, daß die Höhe des möglichen Kurzschlußstromes im Teillastbetrieb geringer ist als der Betriebsstrom bei Vollast. Mit üblichen Sicherungen, die allein in Abhängigkeit vom Betriebs-

wm O —

5 09819/0188

R. 1839 - 2 -

strom ansprechen, kann also der Verbraucher nicht ausreichend geschützt werden. Die von einem konstanten Betriebsstromwert abhängige Sicherung muß nämlich so ausgebildet sein, daß sie bei dem möglichen Betriebsstrom bei Vollast noch nicht anspricht. Wenn im Teillastbetrieb der Kurzschlußstrom bei blockiertem Motor aber niedriger als dieser Betriebsstrom bei Vollast ist, würde die Sicherung also trotz blockiertem Motor nicht ansprechen, so daß eine Zerstörung des Motors die Folge wäre.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine wirksamere Sicherung zum Schutz des Verbrauchers bei der eingangs erwähnten Schaltanordnung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Größe des Signals weiter von einem der Betriebsspannung bzw. der Führungsgröße umgekehrt proportionalen Vorstrom abhängig ist.

Der Einsatzpunkt bzw. die Schaltschwelle der Sicherung wird damit über die Führungsgröße programmiert, denn die Größe des Signals ist von der Summe des Betriebsstromes und des Vorstromes abhängig. Bei Teill-astbetrieb, d.h. also bei einer Betriebsspannung kleiner als Nennspannung ist die Größe des Signals von einem verhältnismäßig großen Vorstrom bestimmt, so daß schon ein kleiner Betriebsstrom zum Auslösen der Sicherung reicht. Im Vollastbetrieb, also bei Nennspannung ist dagegen die Größe des Signals von einem verhältnismäßig kleinen Vorstrom abhängig, so daß die Sicherung erst bei einem großen Betriebsstrom ausgelöst wird.

Im Prinzip ist dieser Gedanke auch mittels einer Schmelzsicherung ausführbar, die sowohl vom Betriebsstrom als auch von einem von der Führungsgröße abhängigen Vorstrom durchflossen wird. Da-

B0981 9/0188

" ."■; ■■.,.-. ^: R. 1839

bei tritt allerdings der Nachteil auf, daß bei einem kurzen überschreiten des zulässigen Betriebsstromes diese Schmelzsicherung durchbrennt und ein zeitraubendes Auswechseln dieser Sicherung erforderlich ist.

Gemäß einer vortei!haften Weiterbildung der Erfindung ist zur Vermeidung dieses Nachteils das Signal als Basis-Emitter-Spannung einem Eirtgangstransistor einer Kippstufe zugeführt, wobei über den Ausgangstransistor die Führungsgröße beeinflußbar ist. .

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel weist die Kippstufe zwei stabile Schaltzustände auf. In dem. einen Schaltzustand liegt die eingestellte Betriebsspannung am Motor, während im anderen Schaltzustand der Motor spannungslos ist. Vorteilhaft bei dieser Ausführung ist es, daß nach dem Ansprechen der Sicherung durch Abschalten der Betriebsspannung die Kippstufe wieder in ihren anderen Schaltzustand umkippt,. so daß - falls die Störung zwischenzeitlich behoben ist - der Motor sofort wieder an Spannung liegt. "-.""."".:'.

Bei einer anderen Ausführung hat die Kippstufe nur einen stabilen Schaltzustand, sie hat also monostabiles Verhalten. In dem stabilen Schaltzustand liegt die Betriebsspannung am Motor, während im instabilen Schaltzustand der Motor nicht an Spannung liegt. Nach dem Auslösen der Sicherung wird also der Motor immer wieder kurzzeitig an Spannung gelegt und damit dem Motor impulsweise Strom zugeführt. Während also bei dem ersten Aus führung?· beispiel der Motor abgeschaltet wird, wird beim zweiten Ausführungsbeispiel der Betriebsstrom des Motors begrenzt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten .Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

509819/0188

R. 1839

Fig. 1 eine Schaltanordnung in abschaltender Ausführung und

Fig. 2 eine Schaltanordnung in strombegrenzender Ausführung.

Ein Potentiometer IO ist parallel zu einer Spannungsquelle 11 geschaltet und dient zur Einstellung der Betriebsspannung für den Gleichstrommotor 12, der von einer bekannten, insgesamt mit 13 bezeichneten Darlington-Stufe angesteuert ist. Diese Darlington-Endstufe besteht aus den beiden Treibertransistoren 14 und 15 und den dazu komplementären Endtransistoren 16 und 17» die parallel geschaltet sind und in ihrem Emitterstromkrei.s jeweils einen Symmetrierwiderstand 18 bzw. 19 aufweisen. Der Emitter des Treibertransistors 15 ist mit den beiden Kollektoren der Endtransistoren 16 und 17 verbunden und an die Ankerwicklung des Elektromotors 12 angeschlossen. Parallel zum Motor 12 liegt eine Löschdiode 20.

Der Kollektor des Treibertransistors 15 ist über einen aus den Widerständen 21 und 22 gebildeten Spannungsteiler an das Bezugspotential der Schaltung angeschlossen und andererseits mit der Basis des Endtransistors 16 und des Endtransistors 17 verbunden. Der Betriebsstrom des Motors fließt also einerseits über die Kollektor-Emitter-Strecke der beiden Endtransistoren 16 und 17 und zu einem weitaus geringeren Teil auch über die Kollektor-Emitter-Strecke des Treibertransistors 15 und über die Widerstände 21 und 22.

Die Basis des Treibertransistors 14 ist über einen Widerstand 23 und eine Steuerleitung 2k mit dem Abgriff 25 des Potentiometers 10 elektrischleitend verbunden.

Die Motorsteuerung arbeitet folgendermaßen: Wenn der Abgriff 25 des Potentiometers 10 mit dem Pluspol der

509819/0188 - 5 -

■;■:- "■■-"■ R. 1839

Spannungsquelle 11 verbunden ist, besteht zwischen dem Emitter und der Basis des Treibertransistors 14 kein Spannungsunterschied, so daß dieser Transistor gesperrt ist. Damit erhält der Treibertransistor 15 keinen Basisstrom und ist ebenfalls gesperrt. Die Basis des Endtransistors 16 und des Endtransistors 17 liegt dann über.die Widerstände 21 und 22 an Bezugspotential der Schaltung, so daß diese Transistoren.ebenfalls gesperrt sind. Bei ,dieser Stellung des Abgriffs 25 des Potentiometers 10wird also dem Gleichstrommotor keine Betriebsspannung zugeführt. Wenn ausgehend von dieser Aus-Stellung derAbgriff des Potentiometers auf das Bezugspotential der Schaltung hin verschoben wird, werden die Transistoren 14, 15, l6 und 1.7 zunehmend auf gesteuert, so daß dem Gleichstrommotor 12 eine immer größer werdende Betriebsspannung zugeführt wird. Diese Betriebsspannung folgt also der Veränderung der Stellung des Abgriffs 25 am Potentiometer 10.

Zum Schutz des Gleichstrommotors dient eine insgesamt mit 30 bezeichnete Sicherung in Form einer Kippstufe. Diese Kippstufe 30 besteht aus den beiden komplementären Transistoren 31 und 32 und einem Rückkopplungszweig 33, der den Kollektor 34 des Transistors 31 mit der Basis 35 des Transistors 32 verbindet. Der Transistor 32 ist als Eingangs'transistor der Kippstufe anzusehen, denn seiner Basis 35 wird Über den Widerstand ■36 die an dem Widerstand 22 abgegriffene Signalspannung zugeführt. Der Kollektor 34 des Ausgangstransistors 31 ist über eine Diode 37 mit der Steuerleitung 24 verbunden, so daß über diese Diode 37 bei leitendem Ausgangstransistor 31 die Steuerleitung 24 an positivem Potential liegt, über diese Diode 37 ist also die Führungsgröße beeinflußbar.

Zur Programmierung der Schaltschwelle wird dem Widerstand 22 über die Leitung 40, den Widerstand 41 und den Abgriff 25 des

5098197018a " ⁶ "

R. 1839

Potentiometers 10 ein Vorstrom zugeführt, der von der Potentiometerstellung abhängig ist. Dieser Vorstrom ist um so kleiner, je weiter der Abgriff 25 des Potentiometers auf das Bezugspotential der Schaltung hin verschoben ist. Dieser Vorstrom ist also umgekehrt proportional der Betriebsspannung bzw. der über das Potentiometer 10 einstellbaren Führungsgröße.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 enthält der Rückkopplungszweig 33 die Widerstände 50, 51 und 52 und die Diode 53. Es handelt sich also um eine statische Rückkopplung, so daß diese Kippstufe bistabiles Verhalten hat. In dem einen stabilen Schaltzustand, nämlich beim Normalbetrieb des Gleichstrommotors, sind beide Transistoren gesperrt. Sobald aber.die Größe des an dem Widerstand 22 abgegriffenen Signals, welches dem Transistor 32 als Basis-Emitter-Spannung zugeführt ist, einen bestimmten Schwellwert überschreitet, kippen beide Transistoren 31 und 32 in ihren anderen stabilen Schaltzustand um und sind dann stromführend. Das Poten- „ tial an der Steuerleitung 24 und damit an der Basis des Treibertransistors 14 wird dann so positiv, daß die Transistoren 1*1, 15, 16 und 17 der Darlington-Endstufe 13 gesperrt werden und somit der LastStromkreis unterbrochen wird. Obwohl nunmehr über die Widerstände 21 und 22 kein Betriebsstrom mehr fließt und damit die an dem Widerstand 22 abgegriffene Signalspannung unterhalb der Schwellspannung liegt, bleiben die beiden Transistoren 31 und 32 doch leitend, denn an der Basis 35 des Transistors 32 liegt über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 31, die Widerstände 50 und 51 sowie die Diode 53 genügend hohes Potential zum Durchsteuern dieses Transistors 32. Die Kippstufe kippt also in ihren anderen stabilen Schaltzustand erst zurück, wenn über den Einschalter 60 die Betriebs-Spannung abgeschaltet wird. Wenn es sich um eine nur kurzzei-

- 7 -509819/0188

tige Störung gehandelt hat, ist aber die Anlage danach sofort wieder betriebsbereit, ohne daß dazu eine Schmelzsicherung ausgewechselt werden muß.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach pig, 2 besteht der Rüekkopplungszweig33 aus den Widerständen 50-» 51 und 52, der Diode 53 und einem Kondensator 54. Aufgrund dieser dynamischen Rückkopplung hat die Kippstufe monostabiles Ver- . halten» d.h. sie kippt von dem leitenden Schaltzustand immer wieder in den gesperrten Zustand um, so daß der Motor impulsweise an Spännung liegt. Es handelt sich hier also um eine strombegrenzende Aus führung^ denn der Gleichstrommotor 12 wird nicht endgültig: abgeschaltet. Dabei ist die Höhe.der Strombegrenzung abhängig von der Eigenzeit der .-Kippstufe 30 und diese ist wiederum wesentlich durch die Größe der Widerstände 50, 51 und 52 und des Kondensators 54 bestimmt. -

Bei beiden Ausführungen ist nun wesentlich, daß die Schaltschwelle von der Führungsgröße her programmiert wird. Im Teillastbetrieb ist nämlich der Vorstrom durch den Widerstand 22 größer als im .Vollastbetrieb^ so daß im Teillastbetrieb ein geringerer Betriebsstrom ausreicht, um die Sicherung auszulösen. Durch geeignete Dimensionierung wird damit erreicht, daß die Sicherung im Teillastbetrieb bereits bei einem Betriebsstrom anspricht, der geringer ist als der Betriebsstrom bei Vollast. Der Gleichstrommotor wird damit wirksam geschützt.

Obwohl die beiden wesentlichen Bauelemente der in den Figuren dargestellten Schallanordnungen, nämlich.die Darlington-End-* stufe 13 und die Kippstufe 30 an sich bekannt sind, sei im folgenden doch auf einige für die einwandfreie Funktion in der Kombination wesentliche Merkmale hingewiesen.

B09 819/018&

R. 1839

Die in den Rückkopplungszweig 33 geschaltete Diode 53 unterbindet eine Beeinflussung der Spannung an der Basis 35 des Transistors 32. Bei der Ausführung gemäß Fig. 1 wird nämlich durch diese Diode 53 eine Teilung der Signalspannung Über die Widerstände 52, 51 und 36» beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ein Aufladen des Kondensators 5^ verhindert.

Die Diode 37 verhindert bei beiden Ausführungsformen eine Teilung der am Abgriff 25 des Potentiometers 10 abgegriffenen Eingangsspannung über die Widerstände 23» 50 und 52.

Die Diode 55 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dient als Freilaufdiode für den Kondensator 5^·

Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors 32 der Kippstufe 30 kann - wie Fig. 1 zeigt - ein Kondensator 56 geschaltet sein, der eine Verzögerung der Auslösung der Sicherung bewirkt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dient er weiterhin dazu, daß beim Einschalten des Motorstromes die Kippstufe in den stabilen Schaltzustand kippt, in dem beide Transistoren 31 und 32 gesperrt sind, denn im Moment des Einschaltens schließt dieser Kondensator 56 die Basis-Emitter-Strecke dieses Transistors 32 kurz.

509819/0188. - 9 -

Claims

; ■ R. 1859

Ansprüche . , '■■"

/ ΐΛ Schaltanordnung-für, einen Gleichstrommotor, demeine einer Führungsgröße folgende Betriebsspannung zuführbar ist, mit einerSicherungzum Schutzdes Verbrauchers, welche von einem vom Betriebsstrom abhängigen Signal auslösbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des.Signals weiter von einem der Betriebs- ■ spannung bzw. der Pührüngsgröße umgekehrt proportionalen Vorstrom abhängig ist. \

2. Schältanordnung nach Anspruch 1> dadurch gekennzeichnet, daß das Signal als Basis-Emitter-Spannung einem-Eingangs^ transistor (32J₁ einer Kippstufe (30) zugeführt ist und daß über den Ausgangstransistor (3D die Pührüngsgröße beeinflußbar ist. :

3. Sehaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstufe (30) zwei stabile Schaltzustände aufweilt.

H. Schaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet-, daß die Kippstufe (30) einen stabilen Schaltzustand aufweist. .""""' ~

— 10 -

5098197 0181

5. Schaltanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal an einem Widerstand (22) abgegriffen ist, über den ein dem Betriebsstrom analoger Strom sowie der Vorstrom fließt.

6. Schaltanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die -Betriebsspannung über ein Potentiometer (10) einstellbar ist und daß der Abgriff (25) des Potentiometers (10) mit dem Widerstand (22) elektrischlextend verbunden ist.

7. Schaltanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriff (25) des Potentiometers (10) mit der Basis eines Transistors (I¹I) über eine Steuerleitung (24) verbunden ist,⁷ über die die Betriebsspannung veränderbar ist, und daß der Kollektor (3¹O des Ausgangstransistors.(31) der Kippstufe (30) über eine Diode (37) an die Steuerleitung (2*0 angeschlossen ist.

8» Schaltanordnung nach: den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rückkopplungszweig (33) zwischen den beiden Transistoren (31» 32) der Kippstufe (30) eine Diode (53) geschaltet ist.

509819/0188