DE3138361A1

DE3138361A1 - Kurzschluss-ueberwachungsschaltung

Info

Publication number: DE3138361A1
Application number: DE19813138361
Authority: DE
Inventors: Karl-Diether Dipl.-Ing. 7101 Oedheim Nutz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1981-09-26
Filing date: 1981-09-26
Publication date: 1983-04-21
Also published as: DE3138361C2

Description

Kurzschluß-Überwachungsschaltung
Die Erfindung betrifft eine Kurzschluß-Überwachungsschaltung für einen von einer Phasenanschnittssteuerschaltung angesteuerten Schalter, insbesondere einen Triac oder einen Thyristor.
Mit Phasenanschnittssteuerschaltungen wird insbesondere die Drehzahl von Wechselstrommotoren geregelt. Der Motor erhält seinen Laststrom vorzugsweise über einen Triac oder Thyristor, der zur Regelung des Stromflußwinkels von einer Phasenanschnittssteuerschaltung angesteuert wird. Bei einem Kurzschluß des Triacs oder Thyristors, der beispielsweise durch Durchlegieren des Halbleiterbauelementes bei erhöhter Last und dadurch bedingten erhöhten Temperaturen auftreten kann, läuft der Motor ungehindert hoch, da er ständig über den Triac oder den Thyristor mit Strom versorgt wird. Zur Lösung des Problems ist es beispielsweise bei einem Winkelschleifer bekannt, die Maschine mit einem fliehkraftgesteuerten Messer zu versehen, das-beim Überschreiten der maximal zulässigen Geschwindigkeit die Stromzuführung durchtrennt. Da auch diese Sicherungsmethode nachfolgende Reparaturen bedingt und nicht ganz gefahrlos ist, liegt die Aufgabe der Erfindung darin, eine Kurzschluß-Überwachungsschaltung für phasenanschnittsgesteuerte Schalter anzugeben, die elektronisch wirkt und damit Beschädigungen der Maschine und den hierdurch bedingten Reparaturaufwand sicher vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein aus der Phasenanschnittssteuerschaltung gewonnenes Taktsignal über eine Logik mit einem zweiten Taktsignal, das von einem den Schalterstrom abfragenden Stromdetektor geliefert wird, derart verknüpft wird, daß nur bei einer durch einen Kurzschluß des Schalters bedingten Störung ein kontinuierliches Ausgangssignal auftritt.
Dieses Ausgangssignal wird zur Abschaltung des Motors bzw. zur Auslösung einer eingebauten Sicherung herangezogen.
Der Stromdetektor gibt ein Taktsignal ab, bei dem die der logischen '1" entsprechende Impulsdauer durch die Dauer des Stromflusses über den Schalter gegeben ist. Aus der Phasenanschnittssteuerschaltung wird ein Taktsignal gewonnen, bei dem die wiederum einer logischen "1" entsprechende Impulsdauer dem erforderlichen Stromflußwinkel entspricht. Dieses zuletzt genannte Taktsignal wird im invertierten Zustand auf einen Eingang eines UND-Gatters gegeben. Dem anderen Eingang des UND-Gatters wird das vom Stromdetektor abgegebene Signal zugeführt. Unter diesen Umständen wird am Ausgang des UND-Gatters nur dann ein kontinuierliches Ausgangssignal auftreten, wenn der Triac oder der Thyristor kurzgeschlossen ist.
Bei ohmscher Last tritt am Ausgang des UND-Gatters im ungestörten Betrieb ein kurzer Impuls während eines jeden Spannungsnulldurchganges auf.
Bei einer induktiven Last ist der Schalterstrom gegenüber der Ansteuerspannung des Schalters bis zu maximal 90" verzögert. In diesem Fall treten am Ausgang des UND-Gatters auch bei intaktem Triac oder Thyristor längere Ausgangs impulse auf. Das Tastverhältnis kann jedoch niemals größer als 1 sein. Aus diesem Grund wird in einer Weiterbildung der Erfindung dem UND-Gatter ein Integrator und ein Schwellwertschalter nachgeschaltet, wobei die Schwelle so gewählt ist, daß nur dann ein Ausgangssignal auftritt, wenn das Tastverhältnis der Impulsfolge am Eingang des Schwellwertschalters größer als 1 ist.
Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung wird anhand der Figuren 1 - 3 noch näher erläutert.
Figur 1 zeigt die Prinzipschaltung für die Kurzschlußüberwachung.
Die Figur 2 zeigt eine Ausführung der Logik aus den Gattern G1 und G2.
Figur 3 zeigt einen Schwellwertschalter, der bei induktiver Last dem Ausgang der Schaltung gemäß Figur 2 nachgeschaltet wird.
In der Figur 1 ist der Motor M dargestellt, der über den Triac mit Strom versorgt wird. Der Triac wird seinerseits von der Phasenanschnittssteuerung Ph nach Maßgabe der Drehzahlregelung R angesteuert. Die Phasenanschnittssteuerung Ph weist einen statischen Ausgang S auf, der mit einem an den Triac abgegebenen Triggersignal ausgangsseitig eine logische "1" abgibt. Dieser statische Ausgang nimmt die logische "0" jeweils im Spannungsnulldurchgang der Versoryungswechselspannung an. An den Laststromzweig ist ferner ein Stromdetektor ID angeschlossen, an dessen Ausgang immer dann eine logische "1" auftritt, wenn der Triac durchgeschaltet ist und Laststrom fließt.
Das am statischen Ausgang der Phasenanschnittssteuerung auftretende Taktsignal wird mit Hilfe eines Gatters G1 invertiert und auf einen Eingang eines UND-Gatters G2 gegeben, an dessen zweitem Eingang das vom Stromdetektor abgegebene Signal liegt. Da im normalen Betriebsfall außer im Spannungsnulldurchgang beide an den Eingängen des UND-Gatters G2 anliegende Signale einen zueinander inversen Verlauf aufweisen, liegt am Ausgang des Gatters G2 und damit auch am Ausgang des nachgeschalteten Verstärkers V stets eine logische "0" unter der Voraussetzung, daß die an den Triac angeschlossene Last nicht induktiv ist.
Wenn dagegen der Triac infolge eines Kurzschlußes stets durchgeschaltet bleibt, liegt am Ausgang des Stromdetektors ID ständig eine logische "all' an. Die Phasenanschnittssteuerschaltung versucht dagegen, den Stromflußwinkel auf den Wert O zu reduzieren, so daß am statischen Ausgang S stets eine logische "O" und am Ausgang des Gatters G1 somit stets eine logische "1" ansteht. Am Ausgang des Gatters G2 wird somit ein logisches 1" Signal abgegriffen, das zur Abschaltung des Wechselstromnetzes vom Motor verwendet wird.
Die Figur 2 zeigt die Logik aus den Gattern G1 und G2 die für einen Betrieb einer nichtinduktiven Last ausreichend ist. Auf den Kollektor des Transistors T1 wird über einen Widerstand R2 das vom Stromdetektor ID abgegebene Signal gegeben. Auf die Basiselektrode des Transistors T1 gelangt über den Vorwiderstand R1 das am statischen Ausgang S der Phasenanschnittssteuerschaltung Ph abgegriffene Signal, das somit am Transistor T1 invertiert wird. An den Kollektor des Transsitors T1 ist die Basisemitterstrecke des Transistors T2 angeschlossen, an dessen Kollektor das Ausgangssignal A abgegriffen wird. Der Kollektorausgang A des Transistors T2 liegt stets dann auf Massepotential und damit auf einer logischen "0", wenn am Kollektor des Transistors T1 eine logische "1" ansteht. Dies ist - wie bereits erläutert - im Normalbetrieb bei funktionierendem Triac und außerhalb des Spannungsnulldurchganges immer der Fall, so daß der Ausgang A auf Massepotential liegt. Bei kurzgeschlossenem Triac tritt ein kontinuierliches Ausgangssignal auf, das zur Abschaltung des Wechselstromnetzes herangezogen wird.
Bei einer induktiven Last ist der Strom in der Last gegenüber der Wechselspannung verzögert, so daß bei einer Schaltung gemäß Figur 2 am Ausgang A auch dann Taktimpulse auftreten, wenn der Triac nicht kurzgeschlossen ist. Die Verzögerung des Stroms gegenüber der Spannung kann jedoch maximal 90" betragen, so daß das Tastverhältnis des Ausgangssignal A bei intaktem Triac stets kleiner als 1 sein muß. Zur Erkennung von Taktsignalen mit einem Tastverhältnis 9 größer 1 wird an den Ausgang A der Schaltung gemäß Figur 2 vorzugsweise ein Integrator mit nachfolgendem Schwellwertschalter gemäß Figur 3 angeschlossen Die Schaltung besteht aus einem Kondensator C, der mit einem Pol an eine Gleichspannungsquelle und über R5 an den Ausgang A der Schaltung gemäß Figur 2 geschaltet ist. Parallel zum Kondensator C liegt ein Spannungsteiler aus den Widerständen R3 und R4, an deren Mittelabgriff die Basiselektrode des Transistors T3 angeschlossen ist. Somit liegt der Widerstand R4 parallel zur Basisemitterstrecke des Transistors T3.
Die in der Figur 3 dargestellte Schaltung integriert die am Eingang A des Schwellwertschalters auftretende Taktsignalfolge. R5 der Kondensator C und der Spannungsteiler aus den Widerständen R3 und R4 sind so dimensioniert, daß die am Widerstand R4 abfallende Spannung nur dann zur Durchsteuerung des Transitors T3 ausreichend groß ist, wenn das Tastverhältnis der an A auftretenden Signale größer als 1 ist. In diesem Fall wird der Transistor T3 leitend, so daß mit dem über den Transistor T3 fließenden Strom die Wechselstromquelle vom Motor abgeschaltet werden kann.
Die beschriebene Überwachungsschaltung kann auch zur Leistungsfaktor-Regelung von Induktionsmotoren verwendet werden.
Leerseite

Claims

Patentansprüche urzschluß- Überwachungsschaltung für einen von einer Phasenanschnittssteuerschaltung angesteuerten Schalter, insbesondere einen Triac oder einen Thyristor, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus der Phasenanschnittssteuerschaltung gewonnenes (Ph) Taktsignal über eine Logik (G1, G2) mit einem zweiten Taktsignal, das von einem den Schalterstrom abfragenden Stromdetektor (ID) geliefert wird, derart verknüpft wird, daß nur bei einer durch einen Kurzschluß des Schalters bedingten Störung ein kontinuierliches Ausgangssignal auftritt.
2) Kurzschluß- Überwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromdetektor (ID) ein Taktsignal abgibt, bei dem die Impulsdauer der Dauer des Stromflusses über den Schalter entspricht, daß aus der Phasenanschnittssteuerschaltung (Ph) ein Taktsignal gewonnen wird, bei dem die Impulsdauer dem gewünschten Stromflußwinkel entspricht, daß dieses aus der Phasenanschnittssteuerschaltung gewonnene Taktsignal invertiert wird, und daß das invertierte Taktsignal und das vom Stromdetektor bezogene Taktsignal auf die Eingänge eines UND-Gatters (G2) gegeben wird, an dessen Ausgang das einen Schalterkurzschluß meldende Ausgangssignal auftritt.
3) Kurzschluß- Überwachungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem UND-Gatter ein Schwellwertschalter (Fig. 3) nachgeschaltet ist, wobei die Schwelle so gewählt ist, daß nur dann ein Ausgangssignal auftritt, wenn das Tastverhältnis der Impulsfolge am Eingang des Schwellwertschalters größer als 1 ist.
4) Verwenduny einer Kurzschluß- Überwachungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Abschaltung eines phasenanschnittsgesteuerten Motors.
5) Verwendung einer Überwachungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Leistungsfaktor-Regelung von Induktionsmotoren.