DE3402556A1

DE3402556A1 - Anordnung zum schutz eines lastbauelements

Info

Publication number: DE3402556A1
Application number: DE19843402556
Authority: DE
Inventors: Henry Albert Ferreira Schenectady N.Y. Rocha
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1983-01-31
Filing date: 1984-01-26
Publication date: 1984-08-02
Also published as: FR2540303A1; JPS59156120A; GB8401554D0; US4513342A; GB2135146A

Description

Anordnung zum Schutz eines Lastbauelements

Die Erfindung bezieht sich auf Strom-Zeit-Schutzanord-

2 nungen und betrifft insbesondere eine neue i t-Schutzanordnung, die in der Lage ist, aktive und passive elektronische Bauelemente vor Überlastungen zu schützen.

Alle elektronischen und elektrischen Bauelemente, seien es aktive Bauelemente, wie z.B. ein Motor, oder passive Bauelemente, wie z.B. eine Verdrahtung, Schalter und dgl., haben eine endliche Verlustleistung, die bewirkt, daß es in dem Bauelement im Gebrauch zu einem Temperaturanstieg kommt. Jedes Bauelement hat eine maximale Nenntemperatur, die während seines Betriebes nicht überschritten werden darf. Verschiedene Betriebs-

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- X -

bedingungen, wie beispielsweise Einschaltstromstöße bei Betriebsbeginn und dgl., bewirken jedoch häufig, daß es zu einer begrenzten überlastung kommt. Ein solcher begrenzter überlastbetrieb ist zulässig, solange die maximale Nenntemperatur des Bauelements nicht überschritten wird.

Wenn zur einfacheren Erläuterung ein grundsätzlich ohmsches Bauelement angenommen wird, so wird dessen Betriebstemperatur durch das Gleichgewicht der Abkühlgeschwindigkeit W , die ihrerseits durch die Eigenschaften des Bauelements bestimmt wird, welche die Wärmeenergiemenge bestimmen, die von diesem Bauelement in die umgebende Atmosphäre übertragen wird, und durch die Erwärmungsgeschwindigkeit W, des Bauelements aufgrund der

2
i r- oder Stromwärmeverluste in dem Bauelement bestimmt.

Wenn weiter der Einfachheit halber angenommen wird, daß im Betrieb des betreffenden Baue leinen ts dessen Widerstand r konstant ist, so ist die Erwärmungsgeschwindigi dt, wobei K eine

Konstante und i der durch das Bauelement fließende Augenblicksstrom ist. Bei einem Bauelement, das einen normalen oder dem Nennwert entsprechenden Augenblicksstrom i aufnimmt, ist die normale Erwärmungsgeschwindigkeit

JN ~t 2 °

W, = (K/t) / i._T dt. Bei einem Überlaststrom i_nT ,

Π—JN Jq IM Uli

der durch das Bauelement fließt, ist die Überlasterwär-

rt 2 mungsgeschwindigkeit W, __T = (K/t) / i~_T dt, und es kommt

Xl" Uli Jq UJj

zu einem entsprechenden Temperaturanstieg. Im Übergangszustand ist der Temperaturanstieg ΔΤ während des Vorhandenseins eines Überlaststroms i_o- im allgemeinen proportional zu der zusätzlichen Verlustenergie, und es

("^- 2 2

gilt AT=k' / (i-QT ~i_N )dt. Wenn ein maximaler Temperaturanstieg AT_M für ein Bauelement festgelegt ist, dann muß die Zeit t (während der der Überlaststrom i__T

O UJj

fließt), bevor das Bauelement abgeschaltet wird, um ei-

ne Beschädigung zu verhindern, in Abhängigkeit von dem Überlaststrom selbst gewählt werden.

Vorstehendes wird üblicherweise als i t-Schutz bezeichnet und innerhalb schmaler Bereiche durch eine Vielfalt von Vorrichtungen, wie beispielsweise Sicherungenen, thermischen Schaltern, elektromagnetischen Schaltern und dgl., angenähert. Jedoch selbst dann, wenn eine Kombination dieser in schmalen Bereichen ansprechenden Vorrichtungen benutzt wird, ist der sich ergebende Betrieb häu-

2
fig von einer idealen i t-Beziehung sehr verschieden.

Weil jedes geschützte Bauelement eine andere erforderliche Schutzkurve hat, ist es häufig erforderlich, daß jedem Bauelement eine andere Schutzkombination zugeordnet wird; beispielsweise wird zum Schutz eines Motors häufig ein spezieller beheizter thermischer Überstromauslöser in der Motoranlaufeinheit benutzt, wobei für jede Größe und jeden Typ von Motor eine andere Konfigu-' ration, eine andere Größe und ein anderer Nennwert für den speziellen beheizten thermischen überStromauslöser

2 benutzt werden. Es ist klar erwünscht, eine i t-Schutzanordnung zu schaffen, die nicht nur eine genaue Darstel-

2
lung der i t-Funktion über einem ausgedehnten Bereich liefert, der typisch von einer einzelnen Periode der Netzfrequenz (etwa 16 ms bei der in den Vereinigten Staaten benutzten Netzfrequenz* von 60 Hz) bis zu einer Zeit von wenigstens 1 min reicht. Es ist außerdem'erwünscht,

2
eine einzelne i t-Schutzanordnung zur Verfügung zu haben, die in der Lage ist, einen großen Bereich von Bauelementen richtig zu schützen, indem die Einstellung von einfachen Einstelleinrichtungen, die in ihr vorgesehen sind, verändert wird.

2 Gemäß der Erfindung wird bei einer i t-Schutzanordnung für ein elektrisches Bauelement, das einen Strom aus einer Stromquelle aufnimmt, ein Meßfühler benutzt, der ein Aus-

gangssignal liefert, das sich mit dem Quadrat des aufgenommenen Stroms ändert. Ein solcher Meßfühler ist ausführlicher in einer weiteren Patentanmeldung EP 83 109 532.8 angegeben, auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird. Eine Signalaufbereitungseinrichtung empfängt das Meßfühlerausgangssignal und liefert eine Signalspannung, die zu dem Quadrat des durch das zu schützende Bauelement aufgenommenen Stroms proportional ist. Die Ausgangsspannung der Signalaufbereitungseinrichtung wird in einer selbstrücksetzenden Integriereinrichtung über der Zeit integriert, um ein Signal

zu erzeugen, das zu i t für jede Stromauswanderung des geschützten Bauelements über dessen normalen Betriebsstrom proportional ist. Eine Komparatorschaltung vergleicht das Ausgangssignal der Integriereinrichtung mit

einem Signal, das zu einem maximalen i t-Wert proportional ist, um als Ausgangssignal ein Auslösesignal zu liefern, das dazu benutzt wird, das geschützte Bauelement außer Betrieb zu se
Wert überschritten wird.

ment außer Betrieb zu setzen, wenn der maximale i t-

In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform enthält die Signalaufbereitungseinrichtung eine Impedanzwandleroder Anpassungseinrichtung und eine Präzisionsgleichrichterschaltung zum Anlegen der aufbereiteten Signalspannung an den Eingang der Integriereinrichtung. Gesonderte Einstellungen sind vorgesehen, um die normale stationäre Stromgröße an der Integriereinrichtung zum Steuern von deren Selbstrücksetζfunktion und zum Einstellen des maxi-

malen i t-Wertes an der Komparatorschaltung einzustellen,

2
wodurch die i t-Schutzanordnung nach der Erfindung für einen breiten Bereich unterschiedlicher geschützter Bauelemente benutzt werden kann.

2 Die Erfindung schafft demgemäß eine neue i t-Schutzanordnung für den Schutz von Strom verbrauchenden elektrischen und elektronischen Bauelementen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausfüh-

2 rungsform der i t-

der Erfindung und

rungsform der i t-Schutzanordnung nach

Fig. 2 ein Diagramm, das den i t-Betrieb der Anordnung nach Fig. 1 und die Beziehung zwischen der Auslösezeit und der Größe des Bauelementstroms zeigt.

2
Die in Fig. 1 dargestellte i t-Schutzanordnung 10 hat einen Strommeßfühler 11, der zwischen einer Stromquelle S und einem Strom verbrauchenden Lastbauelement L angeordnet ist. Ein Fühlelement 11a, wie beispielsweise ein piezoelektrischer Wandler od.dgl., das Endelektroden 11b-1 und 11b-2 auf entgegengesetzten Seiten hat, liefert ein Signal, das dem Quadrat des Stroms i entspricht, der durch wenigstens einen benachbarten Leiter 11c in Richtung der Pfeile von der Stromquelle S zu dem Lastbauelement L fließt. Vorzugsweise ist der Meßfühler ein piezoelektrischer Meßfühler, der in der eingangs erwähnten weiteren Patentanmeldung der Anmelderin be-

2 schrieben ist, obgleich andere quadratische oder i Strommeßfühler gleichermaßen benutzt werden können. Das Meßfühlerausgangssignal erscheint an Eingangsklemmen 12a und 12b einer Signalaufbereitungseinrichtung 12. Die Signalaufbereitungseinrichtung 12 liefert ein Gleichstromsignal an ihrem Ausgang 12c, dessen Größe zu dem

Quadrat des AugenblicksStroms i des Bauelements proportional ist.

Wenn die piezoelektrische Ausfuhrungsform des i -Strommeßfühlers 11 benutzt wird, ist eine Impedanzwandlung oder Anpassung erforderlich. Diese Impedanzwandlung kann durch einen Quellenfolger oder durch einen eine große Eingangsimpedanz aufweisenden und als Spannungsfolger geschalteten Operationsverstärker erfolgen. Die Signalaufbereitungseinrichtung 12 enthält einen ersten Operationsverstärker 14 zum Ausführen dieser Impedanzwandlung. Ein nichtinvertierender Pluseingang 14a des ersten Operationsverstärkers ist über einen ersten Strombegrenzungswiderstand 16a mit der ersten Eingangsklemme 12a der Signalaufbereitungseinrichtung verbunden, während ein invertierender Minuseingang 14b über einen zweiten Strombegrenzungswiderstand 16b mit der zweiten Eingangsklemme 12b der Signalaufbereitungseinrichtung verbunden ist. Die Widerstände 16a und 16b dienen zum Schutz des Verstärkers, damit dieser nicht durchbrennt, wenn der überlaststrora I sehr groß ist. Der invertierende Eingang 14b ist mit dem Operationsverstärkerausgang 14c verbunden, um die Spannungsfolgerfunktion zu realisieren» Da viele der Bauelemente, die durch die Anordnung 10 geschützt werden sollen, mit Wechselstrom arbeiten, ist der Bauelementstrom i ein Wechselstrom, und das Meßfühlersignal zwischen den Klemmen 12a und 12b ist

ein Wechselstromsignal. Weil der dargestellte i -Stromfühler eine kapazititve Vorrichtung ist, ist ein Dämpfungswiderstand 18 an dem Meßfühler zwischen der ersten Eingangsklemme 12a und der zweiten Eingangsklemme 12b der Signalaufbereitungseinrichtung erforderlich, um einen Entladungsweg für die Meßfühlerkapazität zu schaffen; die Größe des Widerstands 18 wird so gewählt, daß

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das Meßfühlerausgangssignal der sich verändernden Amplitude des Signals des abgefühlten Stroms des geschützten Bauelements folgen kann. Ein kapazitives Element 20 wird benutzt, um das impedanzgewandelte Signal aus dem Ausgang 14c des ersten Operationsverstärkers 14 mit dem Eingang 22a einer Vollwellenpräzisionsgleichrichterschaltung 22 zu koppeln.

Bei kurzen Ubergangsvorgängen ist das Ausgangssignal

r t 2 des Strommeßfühlers 11 eine Spannung V=c / (i )dt,

Jo wobei c eine Konstante ist, die von dem besonderen

Meßfühler 11, der benutzt wird, abhängig ist. Für ei-

2 2 nen sinusförmigen Strom gilt V=cl (sin cot), wobei I der Scheitelstrom und Q die Winkelfrequenz der We cn se !stromquelle ist (co= 21Tf, wobei f die Quellenfrequenz ist, z.B. 60 Hz.) Deshalb gilt

V=I (c/2) (1-cos2»t). Durch das Koppeln über die Kapazität 20 wird die Gleichstromkomponente beseitigt, und die Spannung V¹ an dem Eingang 22a ist

2
V=I (c'/2) (cos2wt) , wobei c¹ eine weitere Konstante ist. Die Spannung an dem Eingang 22a hat für stationären Wechselstrombetrieb dieselbe Form, wobei die Gleichstromkomponente aus dem gepufferten Meßfühlerausgangssignal verschwindet. Die Vollwellenpräzisionsgleichrichterschaltung 22 wird benutzt, um eine Gleichstromkomponente an dem Ausgang 12c der Signalaufbereitungseinrichtung wiederzugewinnen.

Die Gleichrichterschaltung 22 enthält einen zweiten Operationsverstärker 24 mit einem ersten nichtinvertierenden Pluseingang 24a, der über einen Kompensationswiderstand 26 auf Massepotential ist. Ein zweiter, invertierender Minuseingang 24b ist mit dem Gleichrichtereingang 22a über einen Eingangswiderstand 28 verbunden. Der Eingang 22a ist mit Massepotential über

ein Widerstandselement 30 und mit einem ersten, invertierenden Minuseingang 32a eines dritten Operationsverstärkers 32 über ein weiteres Widerstandselemont 34 verbunden. Der Eingang 24b ist mit der Anode eines ersten Gleichrichterelements 36a, z.B. einer Diode, verbunden, deren Katode mit einem Ausgang 24c des zweiten Operationsverstärkers verbunden ist. Die Anode eines zweiten Gleichrichterelements 36b ist mit dem Ausgang 24c verbunden, und dessen Katode ist mit dem Verbindungspunkt zwischen einem ersten Widerstandselement 38, dessen andere Klemme mit dem Eingang 24b verbunden ist, und einem zweiten Widerstandselement 40 verbunden, dessen andere Klemme mit dem Eingang 32a des dritten Operationsverstärkers verbunden ist. Ein weiterer Kompensationswiderstand 42 verbindet den nichtinvertierenden Pluseingang 32b des dritten Operationsverstärkers 32 mit Massepotential. Ein Rückkopplungswiderstand 44 ist zwischen den Eingang 32a des dritten Operationsverstärkers und einen Ausgang 32c des dritten Operationsverstärkers geschaltet. Der Ausgang 22b der Präzisionsgleichrichterschaltung ist an dem Ausgang 32c des dritten Operationsverstärkers gebildet und ist mit dem Ausgang 12c der Signalaufbereitungseinrichtung 12 verbunden. Das Signal an dem Ausgang 22b ist ein vollwellengleichgerichtetes Signal negativer Polarität, das aus der Addition des halbwellengleichgerichteten Signals an dem Verbindungspunkt des Widerstands 38 und der Diode 36b und des Signals an dem Eingang 22a^ resultiert.

Das Ausgangssignal an dem Ausgang 12c der Signalaufbereitungseinrichtung ist ein Gleichstromsignal, das zu

i proportional ist, d.h. zu dem Quadrat der Augenblicksgröße des Stroms i, welcher zu dem geschützten Bauelement fließt. Dieses Signal wird mit einem vorge-

2 wählten Wert verglichen, der gleich I ist (wobei I der Effektivwert von i_N ist), und die Differenz wird

durch eine Integrierschaltung 50 integriert. Der Integrierschaltungseingang 50a ist über einen Eingangswiderstand 52 mit einem ersten/ invertierenden Minuseingang 54a eines vierten Operationsverstärkers 54 verbunden. Der Eingang 54a ist über ein integrierendes Kapazitätselement 56 mit dem Ausgang 54b des vierten Operationsverstärkers verbunden, an dem das Integriereinrichtungsausgangssignal gebildet wird. Der Ausgang 54b ist außerdem mit der Anode eines in einer Richtung leitenden Elements 58, z.B. einer Halbleiterdiode od.dgl., verbunden, dessen Katode mit dem Eingang 54a verbunden ist. Ein nichtinvertierende/r Pluseingang 54c des vierten Operationsverstärkers 54 ist über einen Reihenwiderstand 60 mit dem Schleifer 62a eines Potentiometers 62 verbunden. Die Endanschlüsse des Potentiometers 62 liegen zwischen Massepotential und einer Potentialquelle +V, die vorzugsweise ein Potential liefert, dessen Größe im wesentlichen konstant ist. Die Integrationszeitkonstante wird durch das Produkt der Kapazität des Kondensators 56 und des Widerstandswertes des Widerstands 52 eingestellt, und zwar auf einen Wert, der sich mit dem Bereich der Auslösezeit verträgt (z.B. 16 ms bei einer 15-fachen Überlast).

Das Potentiometer 62 wird benutzt, um die Ausgangsspannung der Integrierschaltung 50 auf eine im wesentlichen konstante niedrige Spannung (z.B. 0 V) einzustellen, wenn der Eingangsstrom I gleich i ist, d.h. die normale Größe des Bauelementstroms hat.

Die Integrierschaltung 50 ist aufgrund der Wirkung der Diode 58 ein selbstrücksetzender Integrator. Für alle Werte des Bauelementstroms I, die kleiner als der oder gleich dem normalen Strom I„ sind, welcher durch das Potentiometer 62 einstellt ist, ist die Spannung an dem

to -

Ausgang 50b niedrig, aber ausreichend, um die Diode in Durchlaßrichtung zu betreiben und einen sehr kleinen Widerstand an den Integrierkondensator 56 anzuschließen. Die integrierende Kapazität wird somit effektiv kurzgeschlossen, und es erfolgt keine Integration; der Verstärker 54 verhält sich wie ein Spannungsfolger, und der Integrierschaltungsausgang 50b wird auf der im wesentlichen niedrigen Ausgangsspannung des Verstärkers 32 gehalten. Wenn der Effektivwert I des BauelementStroms ansteigt, um eine Integratoreingangsspannung zu erzeugen, die zunehmend negativer ist als die durch das Potentiometer 62 für den normalen Strom I_n eingestellte Spannung, so bewirkt diese zunehmend negative Spannung an dem Integratoreingang 50a, daß die Spannung an dem Integrierschaltungsausgang 50b in Richtung positiver Polarität ansteigt, wodurch die Diode 58 in Sperrichtung betrieben wird. Die in Sperrichtung betriebene Diode 58 macht eine Parallelkapazität 56 hohen Widerstands wirksam, und die Integrierschaltung 50 liefert nun eine Ausgangsspannung, die das Zeitintegral der Differenz der Spannungen an dem Integrierschaltungseingang ist; für die Integrierschaltungsaus-

Γ 2 2

gangsspannung gilt V.=c / (i -I., )dt. Wenn der Effek-

X */q N

tivwert des Bauelementstroms I auf einen Wert abfällt, der nicht größer ist als der normale Strom I , nimmt die Spannung an dem Integrierschaltungsausgang 50b zu (in Richtung negativer Polarität), so daß die Diode 58 wieder in Durchlaßrichtung betrieben wird, wodurch die Integrierkapazität 56 entladen und die Ausgangsspannung wieder auf ihren im wesentlichen niedrigen normalen Wert zurückgebracht wird.

Eine Komparatorschaltung 65 enthält einen fünften Operationsverstärker 66, der einen nichtinvertierenden Pluseingang 66a hat, welcher mit dem Integrierschaltungsausgang 50b verbunden ist. Der andere, invertieren-

de Minuseingang 66b ist mit dem Schleifer 68a eines Potentiometers 68 verbunden, dessen Enden zwischen Massepotential und ein positives Potential +V, welches vorzugsweise ebenfalls eine im wesentlichen konstante Grösse hat, geschaltet sind. (Die Spannungen -V sind typisch diejenigen, die benutzt werden, um den Operationsverstärkern selbst das Betriebspotential zu liefern.) Der Ausgang 66c des fünften Operationsverstärkers ist mit dem Auslöseausgang 10c der Schutzanordnung 10 verbunden. Der Ausgang 10c ist mit irgendeiner aus der Vielzahl von bekannten Einrichtungen zum Sperren des geschützten Bauelements verbunden; beispielsweise kann der Auslöseausgang 10c mit dem Freigabeeingang eines Ausschalters verbunden sein, dessen Kontakte in Reihe zwischen dem Meßfühlerleiter 10c und dem geschützten Lastbauelernent L

2 liegen. Mit Hilfe des Potentiometers 68 ist der i t-Wert einstellbar, bei dem der Auslöseausgang 10c freigegeben wird. Wenn die positivgehende Spannung an dem Integrierschaltvingsausgang 50b einen geeigneten positiven

2
i t-Wert erreicht, der über der positiven Vorspannung liegt, die an dem Potentiometerschleifer 6 8a eingestellt ist, schaltet der Komparatorausgang 66c von einem ersten binären Wert auf einen zweiten binären Wert und erzeugt das Auslösesignal V. an dem Ausgang 10c. Für die Auslösespannung gilt daher

y^r * 2 2
(i -I._T )dt, wobei a eine Gesamtschutzanord-

nungskonstante ist.

Die Arbeitsweise der Schutzanordnung 10 ist für eine Gruppe von Einstellungen des Potentiometers 62 zum Einstellen des normalen Laststroms und des Potentiometers

ο
68 zum Einstellen von i t in Fig. 2 für verschiedene Überlastzustände gezeigt. Auf der Abszisse 70 ist der Effektivwert des Stroms I in Ampere in logarithmischem Maßstab aufgetragen, und auf der Ordinate 70 ist in logarithmischem Maßstab in Sekunden die Auslösezeit auf-

getragen, d.h. die Zeit, die ab dem Beginn einer Überlastung bei einem besonderen Überlaststrom erforderlich ist, bevor die Spannung V an dem Auslöseausgang 10c für den Auslösezustand freigegeben wird. In dem dargestellten Beispiel wurde der normale Strom I mit Hilfe des Potentiometers 62 auf einen Wert von etwa 40 A eingestellt. Das i t-Potentiometer 68 und die Integrator zei tkons tan te (das Produkt aus der Kapazität des Kondensators 56 und dem Widerstandswert des Widerstands 52) wurden so eingestellt, daß ein Punkt 74a

2
auf der i t-Kurve 74 eine ausreichend positive Spannung an dem Integrierschaltungsausgang 50b zum Erzeugen eines Auslösesignals bei einem Effektivstrom I vom 15-fachen des normalen Stroms I„ in einer einzigen Schwingung (z.B. etwa 16,6 ms) ergab. Die gesamte Kurve 74 ist nach links und nach rechts verschiebbar, wie es durch Pfeile R62 dargestellt ist, indem das Potentiometer 62 für den normalen Bauelementstrom I verstellt wird, während die Steigung der Kurve 74 (typisch in dem höheren Überlaststromgebiet nahe einem maximalen normalen Überlastpunkt 74b) in Richtung von

2 Pfeilen R6 8 durch die Einstellung des i t-Potentiometers 68 gesteuert wird. Dieser relativ geradlinige Abschnitt, der durch das Potentiometer 68 gesteuert wird, ist dasjenige Gebiet, wo I gegenüber I^ vorherrscht; wenn I relativ nahe bei I._T ist (wobei die Komparator-

/"t 2 2 eingangsspannung proportional zu J (i -I_n )dt ist), nähert sich ein zweiter gerader Abschnitt oberhalb des Punktes 74b asymptotisch der Linie I_M-I· Auf diese Weise können die Normalstrom- und Überlaststrom-Zeit-Schutzkennlinien für ein besonderes geschütztes Bauteil jeweils durch Einstellen einer von zwei leicht einstellbaren Steuervorrichtungen der in einem breiten Bereich wirksamen Schutzanordnung 10 festgelegt werden.

/Π

- te -

Es ist zwar eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungs-

form der neuen i t-Schutzanordnung ausführlich beschrieben worden, es sind jedoch viele Modifizierungsund Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. Beispielsweise kann die gesamte Schaltungsanordnung von den Klemmen 12a-12b bis zur Ausgangsklemme 10c als eine einzelne monolithische integrierte Schaltung ausgebildet werden, die auf einem Teil des piezoelektrischen Elements 10a des Meßfühlers 11 hergestellt werden kann oder nicht.

Andere Ausführungen von i -Strommeßfühlern können benutzt werden, ebenso wie andere Ausfuhrungsformen der Signalaufbereitungseinrichtung, der Integrierschaltung und der Komparatorschaltung.

Leerseite -

Claims

3402556 6000 Frankfurt/Main 1 : (0611) 235555 Dr. Horst Schüler Kaiserstrasse 41 : 04-16759 mapat d PATENTANWALT Telefon : mainpatent frankfurt EUROPEAN PATENTATTORNEY Telex : (0611) 251615 Telegramm (CCITT Gruppe 2 und 3) Telekopierer : 225/0389 Deutsche Bank AG : 282420-602 Frankfurt/M. Bankkonto Postscheckkonto

Ihr Zelchen/Your ref. :

Unser Zeichen/Our ref.: 9 2 9 1 -RD-14797

Datum/Date :25. Januar 1984

Me./Vo./he.

General Electric Company

1 River Road
Schenectady, N.Y./U.S.A.

Anordnung zum Schutz eines Lastbauelementes

Patentansprüche :

Anordnung zum Schutz eines Lastbauelements vor Beschädigung durch übermäßige Strom-Zeit-Erwärmung, gekennzeichnet durch:

eine Einrichtung (11) zum Abfühlen der Augenblicksgrösse des durch das Lastbauelement (L) fließenden Stroms; eine Signalaufbereitungseinrichtung (12) zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das sich mit dem Quadrat des durch die Abfühleinrichtung (11) abgefühlten Lastbauelernentstroms i verändert;

eine selbstrücksetzende Schaltung (50) zum Integrieren des Ausgangssignals der Signalaufbereitungseinrichtung über der Zeit nur dann, wenn der Effektivwert des Lastbauelementstroms einen vorgewählten normalen Lastbauelementstrom übersteigt; und eine Einrichtung (65) zum Erzeugen eines Auslösesignals, wenn der Wert des integrierten aufbereiteten Signals einen vorgewählten i t-Wert (wobei t die Zeit

_ ο —

ist) übersteigt, um den Stromfluß durch das Lastbauelement zu beendigen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Integrierschaltungsausgangssignal im wesentlichen auf einen vorbestimmten Wert immer dann rückgesetzt wird, wenn der Augenblxckslastbauelementstrom aufhört, den vorgewählten normalen Lastbauelementstrom zu übersteigen.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrierschaltung (50) enthält: einen Operationsverstärker (54) mit einem invertierenden Eingang (54a), einem nichtinvertierenden Eingang (54c) und einem Ausgang (54b); einen Eingangswiderstand (52) mit einer ersten Klemme, die mit dem invertierenden Eingang (54a) verbunden ist, und mit einer zweiten Klemme, die das Ausgangssignal der Signalaufbereitungseinrichtung (12) empfängt; ein weiteres Widerstandselement (60) mit einer ersten Klemme, die mit dem nichtinvertierenden Eingang (54c) verbunden ist, und mit einer zweiten Klemme; eine Einrichtung (62) zum Anlegen eines im wesentlichen konstanten Potentials (+V) an die zweite Klemme des weiteren Widerstandselements (60) zum Festlegen des vorgewählten Wertes des normalen Laststroms? ein integrierendes Kapazitätselement (56), das zwischen den invertierenden Eingang (54a) und den Ausgang (54b) geschaltet ist; und ein in einer Richtung leitendes Element (58) , das zu der integrierenden Kapazität parallel geschaltet und so gepolt ist, daß es leitet, wenn die Augenblicksgröße des Lastbauelementstroms nicht den Wert übersteigt, der durch das Potential für den vorgewählten normalen Laststrom eingestellt ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Auslösesignalerzeugungseinrichtung (65) einen Komparator (66) mit einem ersten Eingang (66a), der mit dem Operationsverstärkerausgang (54b) verbunden ist, mit einem weiteren Eingang (66b) und mit einem Ausgang (66c), an dem das Auslösesignal erscheint, und eine Einrichtung (68) aufweist, die mit dem weiteren Komparatoreingang (66b) verbunden ist, um an diesen ein Poten
festlegt.

2 ein Potential anzulegen, das den vorgewählten i t-Wert
5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösesignalerzeugungseinrichtung (65) einen komparator (66) mit einem ersten Eingang (66a), der mit der Integrierschaltung (50) verbunden ist, mit einem weiteren Eingang (66b) und mit einem Ausgang (66c), an dem das Auslösesignal erscheint, und eine Einrichtung (68) aufweist, die mit dem weiteren Komparatoreingang (66b) verbunden ist, um an diesen ein

Potential anzulegen, das den vorgewählten i t-Wert festlegt.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lastbauelement (L) mit Wechselstrom arbeitet, und daß die Signalaufbereitungseinrichtung (12) eine Gleichrichterschaltung (22) enthält, welche ein Gleichstromausgangssignal liefert, dessen Größe dem Augenblicksscheitelwert des Lastbauelementwechselstroms entspricht.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (11) ein piezoelektrischer Fühler ist und daß die Signalaufbereitungseinrichtung (12) eine Einrichtung (14) zur Impedanzanpassung des Fühlers (11) enthält.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (11) ein Fühler mit quadratischem Verhalten ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslösesignal innerhalb einer Schwingung des Wechselstroms bei einem Überlaststrom geliefert wird/ der etwa 15-mal größer ist als der vorgewählte normale Laststrom.