DE3805948A1

DE3805948A1 - Ueberstromschalter

Info

Publication number: DE3805948A1
Application number: DE19883805948
Authority: DE
Inventors: Chin-Fay Lai
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-12-14
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1989-06-22

Description

Herkömmliche Überstromschalter sind üblicherweise so eingestellt, daß sie die Spannungsversorgung unterbrechen, wenn der elektrische Strom in einem elektrischen System einen bestimmten Wert überschreitet, der üblicherweise auf das 1,5- bis 2-fache der Nennleistung des elektrischen Systems eingestellt ist. Wenn jedoch das elektrische System Induktionsmotoren enthält, zieht das System vielfach einen verhältnismäßig hohen elektrischen Strom, der normalerweise als Anlaufstrom betrachtet wird, welcher als Stromstoß in der Anlaufphase bzw. innerhalb 15 bis 20 Sekunden nach dem Einschalten des Systems wirkt. Der Anlaufstrom macht oftmals das 5- bis 9-fache der Nennleistung des Systems aus und würde ein Auslösen des Überstromschalters bewirken, wenn der Überstromschalter auf das 1,5- bis 2-fache der Nennleistung des Systems eingestellt wäre, so daß auf diese Weise das System nie normal arbeiten würde. Stellt man dagegen den Überstromschalter so ein, daß das System einen elektrischen Strom von der Größe des Anlaufstroms ziehen kann, wird der Überstromschalter nicht auslösen, wenn das System überlastet ist oder ein Kurzschluß vorliegt, und damit das System nicht vor Schäden schützen.

Im Hinblick auf die genannten Probleme bei herkömmlichen Überstromschaltern bietet die vorliegende Erfindung einen neuen und verbesserten Überstromschalter, der nicht auslöst, wenn das elektrische System eingeschaltet wird, wohl aber auslöst, wenn das System überlastet ist oder ein Kurzschluß vorliegt.

Erfindungsgemäß wird hierzu ein Überstromschalter vorgesehen, welcher einen Hauptschalter zum Ein- und Ausschalten eines elektrischen Systems, einen mit dem Hauptschalter in Reihe liegenden Magnetschalter, ein Leistungsrelais zum Betätigen des Magnetschalters, einen Zeitgeber zum Erzeugen eines ersten Steuersignals zu einer bestimmten Zeit nach dem Schließen des Hauptschalters für das Einschalten des elektrischen Systems, einen Lastdetektor zum Feststellen der Größe der Last des elektrischen Systems, eine im Zusammenwirken mit dem Lastdetektor arbeitende Überstromsteuervorrichtung zur Erzeugung eines zweiten Steuersignals, wenn der Lastdetektor einen vom elektrischen System gezogenen Überstrom feststellt, einen mit dem ersten Steuersignal im Zusammenwirken mit dem zweiten Steuersignal ansteuerbaren Verstärker zur Erzeugung eines dritten Steuersignals, ein durch das dritte Steuersignal ansteuerbares erstes Mikrorelais zur Lieferung von Spannung an das Leistungsrelais für eine Aktivieren desselben, welches seinerseits ein Auslösen des Magnetschalters bewirkt, enthält.

Im Betrieb werden der Hauptschalter und der Magnetschalter zum Einschalten des elektrischen Systems von Hand geschlossen. Eine bestimmte Zeit danach erzeugt der Zeitgeber ein erstes Steuersignal, wobei die bestimmte Zeit so gewählt ist, daß das elektrische System vom Ausgangspunkt in die normale Betriebsgeschwindigkeit hochfahren kann, so daß der Einschaltstromstoß abgeklungen ist, wenn das erste Steuersignal erzeugt wird. Wenn das elektrische System einen übermäßigen Strom zieht, oder wenn das System überlastet ist, erzeugt die Überstromsteuervorrichtung dann ein zweites Steuersignal, welches im Zusammenwirken mit dem ersten Steuersignal bewirkt, daß der Verstärker ein drittes Steuersignal erzeugt. Das dritte Steuersignal aktiviert dann das erste Mikrorelais, welches dann das Leistungsrelais aktiviert, welches dann ein Auslösen des Magnetschalters und damit ein Abschalten des elektrischen Systems bewirkt.

Gemäß seiner bevorzugten Ausführungsform ist ein Wärmedetektor zur Feststellung der Temperatur des elektrischen Systems vorgesehen. Wenn die Temperatur des elektrischen Systems einen bestimmten Wert erreicht, erzeugt der Wärmedetektor ein Signal, durch welches ein zweites Mikrorelais aktiviert wird, welches dann das erste Mikrorelais aktiviert, wodurch das Leistungsrelais und der Magnetschalter aktiviert werden und die Spannungsversorgung unterbrochen wird.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser ist Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überstromschalters.

Gemäß Fig. 1 enthält der gegenständliche Überstromschalter einen Hauptschalter S, durch den Spannung von einer Spannungsquelle P einem elektrischen System M zugeführt wird, einen Magnetschalter MG, welcher mit dem Hauptschalter S in Reihe liegt, ein Leistungsrelais PR, welches so eingerichtet ist, daß es den Magnetschalter MG betätigen kann, einen Zeitgeber TM zur Erzeugung eines ersten Steuersignals zu einer bestimmten Zeit, nachdem der Hauptschalter S und der Magnetschalter MG zum Einschalten des elektrischen Systems M geschlossen worden sind, einen Lastdetektor CT zum Feststellen der Größe der auf das elektrische System M gegebenen Last und zum Erzeugen einer Spannung, eine Überstromsteuervorrichtung VR zum Erhalten der Spannung des Lastdetektors CT und Erzeugen eines zweiten Steuersignals, wenn die Last einen bestimmten Wert überschreitet, einen durch das erste Steuersignal im Zusammenwirken mit dem zweiten Steuersignal ansteuerbaren bzw. betreibbaren Verstärker AMP zur Erzeugung eines dritten Steuersignals, ein durch das dritte Steuersignal ansteuerbares erstes Mikrorelais MR₁, wobei das Leistungsrelais PR durch das erste Mikrorelais MR₁ ansteuerbar ist und so angesteuert ein Auslösen des Magnetschalters MG bewirkt.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, liegt der Zeitgeber TM über einem Schalter SW im Nebenschluß zwischen einem Paar von Spannungsversorgungsleitungen L₁ und L₂, wobei zwei Ausgänge des Zeitgebers TM mit einem Transformator TR₁ verbunden sind, welcher ein Paar von mit dem Verstärker AMP verbundenen Ausgangsleitungen a₁, a₁ aufweist. Eine Anzeigelampe L liegt im Nebenanschluß zwischen den beiden Ausgängen des Zeitgebers TM. Der Zeitgeber TM ist so eingestellt, daß er zu einer bestimmten Zeit, beispielsweise 20 Sekunden, nachdem dem elektrischen System über die Spannungsversorgungsleitungen L₁ und L₂ Spannung zugeführt worden ist, an den beiden Ausgängen ein erstes Steuersignal erzeugt, wobei dieses über den Transformator TR₁ auf den Verstärker AMP gegeben wird.

Der Lastdetektor CT kann eine Spule sein, die so eingerichtet ist, daß sie eine zu der auf das elektrische System M gegebenen Last proportionale Spannung erzeugt. Die Überstromsteuervorrichtung VR, die ein Stellwiderstand sein kann, erhält die Spannung vom Lastdetektor CT und erzeugt ein zweites Steuersignal, wenn die auf das elektrische System M gegebenen Last einen bestimmten Wert, der das 1,5fache der Nennleistung des elektrischen Systems M sein kann, übersteigt. Der Lastdetektor CT und die Überstromsteuervorrichtung VR sind in Reihe geschaltet und weisen ein Paar gemeinsamer Ausgangsleitungen a₂, a₂ auf, die mit dem Verstärker AMP verbunden sind.

Das erste Mikrorelais MR₁ weist ein zwischen den beiden Ausgängen a₃, a₃ des Verstärkers AMP angeschlossene Solenoid CO₂ und ein Paar von Kontaktpunkten b₁, b₂ auf, die über ein Solenoid CO₃ des Leistungsrelais PR zwischen den beiden Spannungsversorgungsleitungen L₁, L₂ angeschlossen sind. Die Kontaktpunkte b₁, b₂ stellen Arbeitskontakte dar und werden geschlossen, wenn das Solenoid CO₂ erregt wird.

Das Leistungsrelais PR weist ein erstes Paar von Kontaktpunkten C₁, C₂ auf, die Arbeitskontakte darstellen, und ein zweites Paar von Kontaktpunkten C₃, C₄, die Ruhekontakte darstellen. Wenn das Solenoid CO₃ erregt wird, schließen die Kontaktpunkte C₁, C₂, womit ein Haltekreis (d. h. ein Nebenschluß) für das Solenoid CO₃ gebildet wird, während die zweiten Kontaktpunkte C₃, C₄ öffnen und damit das Solenoid CO₁ des Magnetschalters MG entregt wird.

Der Magnetschalter MG weist einen ersten Druckknopfschalter BSN mit zwei Schaltern T₁, T₂, die mit den Spannungsversorgungsleitungen L₁, L₂ verbunden sind, und einen weiteren Schalter T₃ auf, der in Reihe mit einem zweiten Druckknopfschalter BSO liegt, der in Reihe mit dem zweiten Paar von Kontaktpunkten C₃, C₄ des Leistungsrelais PR und dem Solenoid CO₁ des Magnetschalters MG liegt.

Im Betrieb wird der Hauptschalter S manuell eingeschaltet und der erste Druckknopfschalter BSN von Hand gedrückt, womit die Schalter T₁, T₂ und T₃ geschlossen werden. Da die zweiten Kontaktpunkte C₃, C₄ des Leistungsrelais P₃ Ruhekontakte darstellen und der zweite Druckknopfschalter BSO ebenfalls ein Ruhekontakt ist, wird das Solenoid CO₁ erregt und hält die Schalter T₁ bis T₃ im geschlossenen Zustand. Dabei wird gleichzeitig dem elektrischen System über die Spannungsversorgungsleitungen L₁, L₂ Spannung von der Spannungsquelle P her zugeführt. Während einer bestimmten Zeit, die 20 Sekunden sein kann, nach dem Einschalten des Systems M bleibt der Zeitgeber TM inaktiv, weshalb durch den Zeitgeber TM kein Signal erzeugt wird. Während dieser Zeit kann ein elektrischer Stromstoß auf den Spannungsversorgungsleitungen L₁, L₂ auftreten und bewirken, daß der Lastdetektor CT und die Überstromsteuervorrichtung VR das zweite Steuersignal für den Verstärker AMP erzeugen. Wegen des Fehlens des ersten Steuersignals vom Zeitgeber TM wird jedoch der Verstärker AMP nicht aktiviert, so daß der elektrische Stromstoß in dieser bestimmten Zeitdauer abklingen und das elektrische System M hochfahren kann, bis es auf der Nennleistung bzw. innerhalb eines bestimmten Lastwertes arbeitet. Das zweite Steuersignal aus dem Lastdetektor CT und der Überstromsteuervorrichtung VR klingt innerhalb der bestimmten Zeitdauer ab.

Mit Ablauf der bestimmten Zeitdauer nach dem Start erzeugt der Zeitgeber TM ein erstes Steuersignal, welches über den Transformator TR₁ auf den Verstärker AMP gegeben wird. Zu diesem Zeitpunkt hat jedoch das zweite Steuersignal aus dem Lastdetektor CT und der Überstromsteuerschaltung VR bereits abgenommen, weshalb der Verstärker AMP nicht aktiviert wird.

Wenn das elektrische System M während des Betriebs überlastet wird oder ein Kurzschluß auftritt, oder wenn das elektrische System M einen übermäßigen elektrischen Strom zieht, liefern der Lastdetektor CT und die Überstromschaltung VR ein zweites Steuersignal an den Verstärker AMP, welcher gerade auch das erste Steuersignal vom Zeitgeber TM erhält. Der Verstärker AMP wird dann aktiviert und liefert ein drittes Steuersignal, das das Solenoid CO₂ des ersten Mikrorelais MR₁ erregt, wodurch die Kontaktpunkte b₁, b₂ geschlossen werden und damit das Solenoid CO₃ des Leistungsrelais PR erregt wird. Folglich wird bewirkt, daß das erste Paar von Kontaktpunkten C₁, C₂ des Leistungsrelais PR schließt und damit ein Haltekreis gebildet wird, und daß das zweite Paar von Kontaktpunkten C₃, C₄ öffnet und damit das Solenoid CO₁ des Magnetschalters MG entregt wird. Dies bewirkt ein Öffnen bzw. Auslösen der Schalter T₁, T₂ und T₃ des Magnetschalters MG, so daß die Spannungsversorgung von der Spannungsquelle P zum elektrischen System M unterbrochen wird.

Der gegenständliche Überstromschalter kann wahlweise auch mit einer Überhitzungsschutzvorrichtung versehen sein, welche einen Wärmedetektor TH zum Feststellen der Temperatur des elektrischen Systems M und Liefern eines Temperatursignals, wenn die Temperatur des elektrischen Systems M über einen bestimmten Wert ansteigt, enthält, wobei ein zweites Mikrorelais MR₂ ein durch das Temperatursignal des Wärmedetektors TH zu erregendes Solenoid CO₄ und ein Paar von Kontaktpunkten d₁, d₂ aufweist, die Arbeitskontakte, also normal offen sind, aber schließen, wenn das Solenoid CO₄ erregt wird. Die Kontaktpunkte d₁, d₂ liegen parallel zu den Kontaktpunkten b₁, b₂ des ersten Mikrorelais MR₁. Ein Transformator TR₂ ist zur Zufuhr von Spannung von den Spannungsversorgungsleitungen L₁, L₂ an den Wärmedetektor TH vorgesehen. Wenn die Temperatur des elektrischen Systems M über einen bestimmten Wert ansteigt, liefert der Wärmedetektor TH ein Temperatursignal, durch das der zweite Mikroschalter MR 2 aktiviert wird, welcher dann das Leitungsrelais PR aktiviert, was das Auslösen des Magnetschalters MG zur Folge hat.

Es wurde ein Überstromschalter für ein einphasiges elektrisches System erläutert, der gegenständliche Überstromschalter ist jedoch ohne weiteres auch auf dreiphasige elektrische Systeme anwendbar.

Es wurden Tests durchgeführt, bei denen die Ansprechzeit des gegenständlichen Überstromschalters im Vergleich zu einem herkömmlichen Überstromschalter gemessen wurde. Die Tests zeigen, daß die Ansprechzeit (das ist die Zeit zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das System überlastet wird, und dem Zeitpunkt, zu dem der Überstromschalter auslöst) des gegenständlichen Überstromschalters erheblich kürzer als diejenige des herkömmlichen Überstromschalters ist. Die Testdaten sind in Tabelle I wiedergegeben.

Claims

1. Überstromschalter, welcher
einen Hauptschalter (S), mit welchem über Spannungsversorgungsleitungen (L₁, L₂) von einer Spannungsquelle (P) an ein elektrisches System (M) gelieferte Spannung ein- und ausgeschaltet werden kann,
einen in Reihe mit dem Hauptschalter liegenden Magnetschalter (MG),
einen Zeitgeber (TM) zum Erzeugen eines ersten Steuersignals eine bestimmte Zeit, nachdem das elektrische System gestartet worden ist,
einen Ladedetektor (CT) zum Feststellen der Größe der auf das elektrische System gegebenen Last,
eine Überstromsteuervorrichtung (VR) zum Erzeugen eines zweiten Steuersignals, wenn der Lastdetektor eine Last feststellt, die einen bestimmten Wert überschreitet,
einen Verstärker (AMP), der durch das erste Steuersignal im Zusammenwirken mit dem zweiten Steuersignal zur Erzeugung eines dritten Steuersignals ansteuerbar ist, und
Relaismittel, die durch das dritte Steuersignal ein Öffnen des Magnetschalters (MG) bewirkend ansteuerbar sind, aufweist.

2. Überstromschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relaismittel ein erstes Mikrorelais (MR₁), das normal offen ist, aber geschlossen wird, wenn das dritte Steuersignal aufgegeben wird, und ein Leistungsrelais (PR) umfassen, welche durch das Mikrorelais (MR₁) so ansteuerbar ist, daß es entregt und ein Öffnen des Magnetschalters (MG) bewirkt.

3. Überstromschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner einen Wärmedetektor (TH) zum Erzeugen eines Temperatursignals, wenn die Temperatur des elektrischen Systems (M) über einen bestimmten Wert ansteigt, und ein zweites Mikrorelais (MR₂) umfaßt, welches durch das Temperatursignal so ansteuerbar ist, daß es das Leistungsrelais (PR) aktiviert, wodurch ein Öffnen des Magnetschalters (MG) bewirkt wird.