DE2611014B2 - Elektronisches ueberstromrelais - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Überstromrelais für verzögerte Auslösung mit einem einen Kondensator enthaltenden Integrationsstromkreis, der bei Erreichen eines einstellbaren Grenzwertes des Strom-Zeit-Integrals ein Auslösesignal abgibt und der einen Entladungsstromkreis für den Kondensator aufweist.

Die Ladung des Kondensators entspricht bei Überstromrelais der vorliegenden Art einer bestimmten thermischen Beanspruchung eines elektrischen Betriebsmittels. Wird beispielsweise der Antriebsmotor eines Förderbandes durch Überladung des Bandes mit Fördergut zu stark belastet, so ist dies nur für eine gewisse Zeit zulässig. Das in den Stromkreis des Antriebsmotors geschaltete Überstromrelais reagiert daher auf die Überlastung in der Weise, daß die Aufladung des Kondensators beginnt. Bei einem wählbaren Grenzwert der Aufladung des Kondensators spricht ein elektronischer Schwellwertschalter an, der die Abgabe eines Ausgangssignals veranlaßt, entweder unmittelbar oder über ein elektromechanisches Relais. Der überlastete Motor wird nun abgeschaltet.

Unvdie für diesen Anwendungsfall benötigten großen Zeitkonstanten mit kleinen Kapazitäten zu erreichen, ist es bekannt, den Kondensator in der bekannten Miller-Schaltung aufzuladen (DTOS 19 11202). Benutzt man als Miller-Integrator einen Operationsverstärker, so wirkt dieser bei nicht vorhandener Betriebsspannung als verhältnismäßig niederohmiger Entladewiderstand für den Kondensator. Dadurch wird eine vollständige Abkühlung des zu schützenden Betriebsmittels vorgetäuscht, was zu dessen Beschädigung oder Zerstörung führen kann, wenn nach Wiederkehr der Speisespannung das Überstromrelais wieder in Betrieb gesetzt wird und bei fortdauernder Überlastung des Betriebsmittels die Aufladung des Kondensators von neuem beginnen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Überlastungen der zu schützenden Stromkreise dadurch zu vermeiden, daß bei einem Ausfall der Betriebsspannung des Überstromrelais die unerwünschte plötzliche Entladung des in dem Integrationsstromkreis enthaltenden Kondensators verhindert wird.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß

der Entladungsstromkreis des Kondensators einen von

der Betriebsspannung gesteuerten elektronischen

Schalter enthält, der bei fehlender Betriebsspannung geöffnet ist

Die Erfindung kann in vorteilhafter Weise derart verwirklicht sein, daß der Integrationsstromkreis einen Operationsverstärker enthält, zwischen dessen invertierenden Eingang und dessen Ausgang die Reihenschaltung des Kondensators und der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors geschaltet ist, dessen Basis über einen Widerstand und eine Z-Diode an den einen Pol der Betriebsspannung angelegt ist. Die Z-Diode bewirkt, daß der Transistor gesperrt wird, bevor der Operationsverstärker bei allmählich absinkender Betriebsspannung in den niederohmigen Zustand übertritt. Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert

Die Figur zeigt das Prinzipschaltbild eines Überstromrelais für ein dreiphasiges Wechselstromnetz für Kurzschluß- und Überstromauslösung. Den Phasenleitern R, 5 und Γ ist je ein eisenloser Wandler 1, 2 und 3 zugeordnet, deren Ausgangssignale über je einen Koppelwiderstand 4, 5 und 6 den nichtinvertierenden Eingängen 7,8 und 9 von Operationsverstärkern 10,11 und 12 zugeführt werden. Die Ausgänge 13, 14 und 15 dieser Operationsverstärker sind über Dioden 16, 17

:io und 18 miteinander und über einen mehrstufigen Wahlschalter 19 sowie Widerstände 20 und 21 mit den invertierenden Eingängen 22,23 und 24 verbunden. Der Wahlschalter 19 gestattet in Verbindung mit dem Widerstand 20 in der Stellung a, dem Widerstand 21 in der Stellung b und der direkten (widerstandsfreien) Stellung c eine gestufte Einstellung der Gegenkopplung und damit des Verstärkungsfaktors. Die Dioden 16, 17 und 18 entkoppeln die Operationsverstärker 10,11 und 12 voneinander, so daß ein gemeinsames Stellglied (Wahlschalter 19) für die Einstellung der Gegenkopplung verwendet werden kann, und bewirken gleichzeitig die Gleichrichtung des gemeinsamen Ausgangssignals, das dem höchsten Strom entspricht
An dem gemeinsamen Ausgang der Operationsverstärker 10, 11 und 12 steht somit ein dem größten, in einer der Phasen R, S und T fließenden Strom entsprechendes gleichgerichtetes Spannungssignal zur Verfügung, das über einen einstellbaren Widerstand 25 dem invertierenden Eingang 26 eines weiteren Opera-

üo tionsverstärkers 27 zugeführt wird. Der stufenlos einstellbare Widerstand 25 bildet zusammen mit einem am Ausgang 29 des Operationsverstärkers 27 liegenden Festwiderstand 28 ein einstellbares Gegenkopplungsnetzwerk.

Der Widerstand 25 gestattet die Einstellung des Überstromrelais auf einen bestimmten gewünschten Nennstrom, der innerhalb der durch den Wahlschalter 19 eingestellten Bereiche liegt Es sei z. B. angenommen, daß mit dem Wahlschalter 19 der einfache, dreifache und zehnfache Wert der mit dem Widerstand 25 wählbaren Ströme einstellbar ist Überstreicht der Widerstand 25 somit z. B. 20 bis 80 A, so ergeben sich je nach Stellung des Wahlschalters 19 die Bereiche 20 bis 80 A, 60 bis 240 A und 200 bis SGO A. SuI! das Überstromrelais nun auf einen Nennstrom von 180 A eingestellt werden, so ist der Wahlschalter 19 in die mittlere Stellung b zu bringen, die eine Verdreifachung der an dem Widerstand 25 einstellbaren Stromwerte

bewirkt. Der Widerstand 25 ist dementsprechend an seiner Einstellskale auf 60 A einzustellen. Am Ausgang 29 des Operationsverstärkers 27 steht dann ein von dem Absolutwert des Nennstromes unabhängiges normiertes Signal zur Verfügung, das dc-n noch zu erläuternden Schaltungsteilen für die Kurzschlußauslösung und die Überlastauslösung zugeführt wird.

Zunächst gelangt das normierte Ausgangssignal über ein zur Unterdrückung von Einschaltstromstößen dienendes Schaltungsglied, das einen Widerstand 30 und einen Kondensator 31 sowie einen zur Abschaltung des Kondensators dienenden Schalter 32 umfaßt, an den invertierenden Eingang 33 eines Operationsverstärkers 34, durch dessen Ausgangsgröße ein Auslöserelais 35 geschaltet werden kann. Der Grenzwert in Vielfachen des eingestellten Nennstromes, bei dem das Relais 35 anziehen und damit eine Auslösung veranlassen soll, wird durch eine an den nichtinverticrenden Eingang 36 des Operationsverstärkers 34 angelegte Vergleichsspannung bestimmt, die mittels des Potentiometers 37 wählbar ist.

Die von dem Operationsverstärker 27 bereitgestellte normierte Ausgangsgröße wird ferner an ein insgesamt mit 40 bezeichnetes Netzwerk angelegt, das in bekannter Weise aus einer Kombination linearer und nichtlinearer Bauelemente (Widerstände, Dioden, Z-Dioden) besteht und das zur Bildung der gewünschten Auslösekennlinie der Überstromauslösung dient. Angestrebt wird die sogenannte P ■ !-Kennlinie. Das mit Hilfe des Netzwerkes 40 geformte Signal gelangt an den invertierenden Eingang 41 eines Operationsverstärkers 42, der Bestandteil eines Integrationsstromkreises ist. Als integrierendes Glied dient ein Kondensator 43, der jedoch nicht direkt von dem Ausgang 44 des Operationsverstärkers 42 aufgeladen wird, sondern über einen Transistor 45, dessen Basis 46 durch Anschluß an den positiven Pol der Betriebsspannung + Ua des Oberstromrelais über eine Z-Diode 47 und einen Widerstand 48 in leitendem Zustand gehalten wird. Ist ein gewählter Grenzwert für die Oberstromauslösung erreicht da, ist der Kondensator 43 auf einen vorbestimmten Wert aufgeladen, so spricht der als Schmitt-Trigger geschaltete Operationsverstärker 50 an und bringt das Relais 51 zum Anziehen.

Falls die Betriebsspannung + Ug und - Us des Überstromrelais ausfällt, so würde sich bei bisher üblichen Integratorschaltungen der Kondensator 43 sofort über den Operationsverstärker 44 entladen, weil dessen Innenwiderstand ohne Vorhandensein einer Betriebsspannung verhältnismäßig gering ist Im voriiegenden Beispie! jedoch verschwindet zugleich mit der Betriebsspannung auch die Steuerspannung an der Basis 46 des Transistors 45, wodurch dieser gesperrt wird. Dies verhindert die unerwünschte plötzliche Entladung des Kondensators 43. Es bleibt somit die jeweils vorhandene Aufladung des Kondensators erhalten, wenn man davon absieht, daß über einen längeren Zeitraum durch den fnnenwiderstand des Transistors 45 und durch Seibstentladung ein allmählicher Ladungsab

iu

15

20

25

10 bau stattfindet.

Eine bestimmte Aufladung des Kondensator 4J entspricht einer bestimmten thermischen Beanspruchung eines zu schützenden elektrischen Bclriehsmittels, z. B. eines Motors. Ebenso entspricht einer natürlichen Abkühlung des Betriebsmitteln die Entladung des Kondensators 43 durch einen parallel zu diesem geschalteten Widerstand 49, der jedoch nur bei leitendem Transistor 45, d. h. bei vorhandener Betriebsspannung, wirksam ist. Die sofortige Entladung des Kondensators 43 entspricht daher einer plötzlichen Abkühlung des zu schützenden Betriebsmittel, was zu dessen Beschädigung oder Zuerstörung führen kann, wenn der Betrieb bei noch vorhandener Überlastung fortgesetzt wird. In diesem Fall muß nämlich die Aufladung des Kondensators von neuem beginnen, wodurch sich die Auslösung (Anziehen des Relais 51) verzögert. In dem vorliegenden Beispiel bleibt dagegen die Ladung des Kondensators 43 bei einer Unterbrechung der Stromversorgung des Überstromrelais erhalten. Kehrt nun die Betriebsspannung zurück, so wird die Aufladung de« Kondensators 43 bei forldauernder Überlastung des zu überwachenden Stromkreises bzw. Betriebsmittels praktisch von dem Wert ausgehend fortgesetzt, bei dem sie unterbrochen wurde. Dies führt zu der gewünschten rechtzeitigen Auslösung und Abschaltung.

Durch die Z-Diode 47, die sich in dem Steuerstromkreis des Transistors 4!5 befindet, wird dafür gesorgt, daß bei absinkender Betriebsspannung der Transistor 45 gesperrt wird, bevor der Operationsverstärker seine Funktionsfähigkeit verliert und in den niederohmigen Zustand übertritt.

Durch die von dem Operationsverstärker 27 abgegebene normierte Ausgangsspannung wird außer den Schaltungsteilen für Kurzschluß- und Überlastauslösung noch ein anzeigendes Meßinstrument 55 betrieben, und zwar nach Verstärkung durch einen Operationsverstärker 56. Die Skala 57 des Meßinstrumentes 55 ist in Prozent des Nennstromes geteilt, so daß für den gesamten von dem Überstromrelais erfaßbaren Bereich von Strömen nur ein Instrument und eine Skale benötigt werden. Das Meßinstrument ist sowohl bei einphasiger als auch bei der beschriebenen dreiphasigen Ausführung der Eingangsschaltung verwendbar. Bei mehrphasiger Ausführung ergibt sich der Vorteil, daß stets der höchste Strom angezeigt wird, der in einer der Phasen fließt. Vor ailem aber erzielt man eine Ersparnis durch den Wegfall besonderer Stromwandler, die man bisher zum Betrieb von Strommessern benötigte.

ir. dem Schaltbild sind die zur Bereitstellung der Betriebsspannung ·+· Ua und - Ua dienenden Bauelemente fortgelassen. Diese Elemente sind allgemein bekannt und bedürfen daher keiner gesonderten Erläuterungen. Jedoch sind in dem Schaltbild ar, der! Steilen, die des Anschlusses an die Stromversorgungseinrichtung bedürfen, jeweils die Bezeichnungen + Ug bzw. — L'aangebracht

Hierra I Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Überstromrelais für verzögerte Auslösung mit einem einen Kondensator enthaltenden Integrationsstromkreis, der bei Erreichen eines einstellbaren Grenzwertes des Strom-Zeit-Integrals ein Auslösesignal abgibt und der einen Entladungsstromkreis für den Kondensator aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsstromkreis der Kondensators (43) einen von der Betriebsspannung gesteuerten elektronischen Schalter (Transistor 45) enthält, der bei fehlender Betriebsspannung geöffnet ist.

2. Überstromrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrationsstromkreis einen Operationsverstärker (42) enthält, zwischen dessen invertierenden Eingang (41) und dessen Ausgang (44) die Reihenschaltung des Kondensators (43) und des gesteuerten elektronischen Schalters in Form der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors (45) geschaltet ist, dessen Basis (46) über einen Widerstand (48) und eine Z-Diode (47) an den einen Pol (+ Un) der Betriebsspannung angelegt ist.