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Die Erfindung betrifft allgemein
den Schutz einer beliebigen Schaltung gegen Überströme, wie sie beispielsweise
durch einen Kurzschluß verursacht
werden.
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Sie betrifft insbesondere den Fall,
in dem man, statt auf herkömmlicher
Weise für
den zu gewährleistenden
Schutz eine beliebige Schmelzsicherung zu verwenden, die nach jedem
Betrieb ausgetauscht werden muß,
eine Lesung des Stroms oder, genauer gesagt, eine Strompegelerfassung
bei einer geeigneten Intervention auf der zu schützenden Schaltung vornimmt,
sobald dieser Strompegel eine bestimmte Schwelle erreicht.
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In gebräuchlicher Weise verwenden die
zu diesem Zweck vorgeschlagenen Strompegelerfassungsvorrichtung
einerseits Widerstandsmittel, die in die zu schützende Schaltung einzusetzen
sind und nach der Art eines Fühlers
wirken, und andererseits eine Erfassungszelle, die an die Anschlüsse dieser Widerstandsmittel
angeschlossen ist.
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Bei Wechselstrom gibt es zwei Möglichkeiten.
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Gemäß einer ersten dieser Möglichkeiten wird
nur eine Erfassungszelle verwendet, und zu diesem Zweck wird eine
Gleichrichtung ohne Schwelle vorgenommen.
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Diese Lösung hat jedoch den Nachteil,
anschließend
eine schwierige und kostspielige Verarbeitung der erhaltenen Information
zu erfordern.
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Gemäß einer zweiten Lösung werden
zwei Erfassungszellen, und zwar eine pro Halbwelle des Stroms, verwendet,
und jede dieser Erfassungszellen wird gemäß einer Schaltung von Typ Spiegel
an die Klemmen von spezifischen Widerstandsmitteln angeschlossen.
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Die an die empfangene Information
anzulegende Verarbeitung wird auf diese Weise in vorteilhafter Weise
vereinfacht.
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In der Praxis sind die beiden verwendeten Erfassungszellen
einander ähnlich,
und für
ihren Anschluß an
die entsprechenden Widerstandsmittel besitzen sie jeweils zwei Eingänge.
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Für
die Bildung der Widerstandsmittel ist es manchmal möglich, sich
mit einem Widerstand von geringem Wert zu begnügen, und die Wärmeabgabe in
diesem bleibt dabei in vorteilhafter Weise mäßig.
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Dies ist jedoch nicht immer der Fall,
und zwar insbesondere dann, wenn die zugeordnete Erfassungszelle
einen gesteuerten Schalter, beispielsweise einen Transistor benutzt,
der auszulösen
ist, indem ein ausreichendes Potential in seine Basisschaltung eingeführt wird.
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Wenn jedoch die Leistung in der zu
schützenden
Schaltung gemäßigt bleibt,
kann die Wärmeabgabe
in den Widerstandsmitteln noch akzeptabel bleiben.
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Dies ist bei höheren Leistungen, wie es beispielsweise
der Fall sein kann, wenn die zu schützende Schaltung Leistungshalbleiter
benutzt, nicht der Fall.
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Gegenstand der Erfindung ist allgemein
eine Anordnung, die auf sehr einfache und wirksame Weise die Verringerung
der Wärmeabgabe
in einem solchen Fall gestattet, und außerdem zu weiteren Vorteilen
führt.
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Gegenstand der Erfindung ist genauer
gesagt, eine Vorrichtung zur Strompegelerfassung zum Schutz einer
Schaltung gegen Wechselstromüberströme, umfassend
einerseits Widerstandsmittel, die in die zu schützende Schaltung einzusetzen
sind, und andererseits zwei Erfassungszellen, und zwar eine pro
Halbwelle des Stroms, die einander ähnlich sind und an die Anschlüsse der
Widerstandsmittel über
zwei Eingänge
angeschlossen sind, die der Einfachheit halber im Nachstehenden
erster Eingang und zweiter Eingang genannt werden, und allgemein dadurch
gekennzeichnet, daß die
beiden Erfassungszellen beide durch eine gekreuzte Schaltung an
die Anschlüsse
derselben Widerstandsmittel angeschlossen sind, damit diese in beiden
Richtungen des Stroms arbeiten, und zwar ohne irgendeine Gleichrichtung,
wobei die eine dieser Erfassungszellen mit einem ersten dieser Anschlüsse über ihren ersten
Eingang und mit dem zweiten über
ihren zweiten Eingang verbunden ist, während die andere dieser Erfassungszellen
mit dem ersten dieser Anschlüsse über ihren
zweiten Eingang und mit dem zweiten über ihren ersten Eingang verbunden
ist.
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Indem man auf diese Weise gleichzeitig
für die
Widerstandsmittel den erforderlichen Wert beibehält, um bei jeder Halbwelle
die gewünschte
Erfassung zu gewährleisten,
ist es in vorteilhafter Weise möglich,
sie global durch zwei zu teilen.
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Die Wärmeabgabe wird dadurch entsprechend
verringert.
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Gleichzeitig sind auch die Kosten
und die Abmessungen der Einheit in vorteilhafter Weise geringer.
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Eine andere Art von Vorrichtung zum
Schutz gegen Kurzschlüsse
wird in der deutschen Patentanmeldung 1 538 286 beschrieben. Die
in dieser Schrift beschriebene Schutzvorrichtung besitzt zwei ähnliche
Formungszellen, die über
eine gekreuzte Schaltung an die Anschlüsse der Sekundärwicklung
eines Stromtrans formators angeschlossen sind. Die Primärwicklung
dieses Stromtransformators ist in die zu schützende Schaltung eingeschaltet.
Zwischen den Anschlüssen
der Sekundärwicklung
des Transformators sind parallel angeordnet: zwei umgekehrt zueinander
angeordnete Zenerdioden, die dazu dienen, die Überspannung zu senken, und
zwei konventionelle Dioden. Eine Mittelpunktleitung ist an die Verbindung
zwischen den konventionellen Dioden angeschlossen. Ein erster Widerstand
ist zwischen einem der Anschlüsse
der Sekundärwicklung
des Transformators und der Mittelpunktleitung angeordnet und ist damit
parallel zu einer der konventionellen Dioden angeordnet. Ein zweiter
Widerstand ist zwischen der Mittelpunktleitung und dem anderen Anschluß der Sekundärwicklung
des Stromtransformators angeordnet und damit parallel zur anderen
konventionellen Diode. Abgesehen von der Verbindung mit den beiden
Anschlüssen
der Sekundärwicklung
des Stromtransformators ist jede Formungszelle mit der Mittelpunktleitung
insbesondere über
eine konventionelle Diode verbunden. Wenn der Strom in der Sekundärwicklung
in einer bestimmten Richtung fließt, fließt er durch einen der Widerstände und
durch die parallel zum anderen Widerstand angeordnete konventionelle
Diode. Wenn am anderen Widerstand nach dem Nulldurchgang eine Sättigungsspitze
auftritt, blockiert dies einen Transistor, der in der Formungszelle
vorgesehen ist, die in Betrieb war, was den von dieser Formungszelle
abgegebenen Rechteckimpuls beendet.
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Die Merkmale und Vorteile der Erfindung
ergeben sich im übrigen
aus der als Beispiel folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf
die beiliegende schematische Zeichnung. In dieser zeigen:
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1 ein
Schaltbild einer Strompegelerfassungsvorrichtung des Standes der
Technik,
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2 ein
Schaltbild derselben Art bei einer erfindungsgemäßen Strompegelerfassungsvorrichtung,
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3 und 4 Schaltbilder, die beide
denen von 2 entsprechen
und jeweils eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strompegelerfassungsvorrichtung
betreffen.
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Wie in diesen Figuren dargestellt
ist, handelt es sich global darum, den Schutz einer beliebigen Schaltung 10,
die eine Last 11 aufweist, und durch eine beliebige Quelle 12 mit
Wechselstrom versorgt wird, gegen Überströme zu gewährleisten.
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Gemäß dem Stand der Technik, wie
in 1 schematisch dargestellt
ist, wurde zu diesem Zweck vorgeschlagen, eine Strompegelerfassungsvorrichtung 14 zu
verwenden, die einerseits Widerstandsmittel 15 aufweist,
die im vorliegenden Fall in Widerstandsmittel 15A und in
Widerstandsmittel 15B unterteilt sind, die in die zu schützende Schaltung 10 einzusetzen
sind, und andererseits zwei Erfassungszellen 16A, 16B,
und zwar eine pro Halbwelle des Stroms, die einander ähnlich sind
und an die Anschlüsse
dieser Widerstandsmittel 15 über zwei Eingänge 17A–17B, 18A–18B angeschlossen
sind, die hier der Einfachheit halber im Fall des Eingangs 17A, 17B erster
Eingang und im Fall des Eingangs 18A, 18B zweiter
Eingang genannt werden.
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Gemäß dem Stand der Technik findet
dieser Anschluß nach
einer Spiegelschaltung statt, wobei die Widerstandsmittel 15A der
Erfassungszelle 16A und die Widerstandsmittel 15B der
Erfassungszelle 16B zugeordnet sind.
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In der Praxis bestehen die Widerstandsmittel 15A aus
einem einzigen Widerstand 19, und dasselbe ist bei den
Widerstandsmitteln 15B der Fall, und die beiden auf diese
Weise für
die beiden Erfassungszellen 16A, 16B verwendeten
Widerstände 19 haben
denselben Wert.
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Praktisch liegt der Mittelpunkt zwischen
den Widerstandsmitteln 15A, 15B und damit zwischen den
beiden Widerständen 19 an
der Masse.
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Da die Erfassungszellen 16A, 16B einander ähnlich sind,
entsprechen sich ihre Eingänge 17A–17B, 18A–18B jeweils.
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Mit anderen Worten, der erste Eingang 17A, 17B ist
bei der einen und bei der anderen der Erfassungszellen 16A,
16B vom selben Typ, und dasselbe gilt für den zweiten Eingang 18A, 18B.
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Bei der dargestellten Ausführungsform
sind die beiden Erfassungszellen 16A praktisch identisch ausgebildet.
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Sie besitzen jeweils beispielsweise,
wie dargestellt, einen gesteuerten Schalter 20A, 20B,
im vorliegenden Fall einen einfachen Transistor, dessen Basis ihren
ersten Eingang 17A, 17B bildet und dessen Emitter
ihren zweiten Eingang 18A, 18B bildet.
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Ihr erster Eingang 17A, 17B und
ihr zweiter Eingang 18A, 18B sind aufgrund ihrer
Natur in diesem Fall von verschiedenen Typen.
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Über
ihren ersten Eingang 17A ist die Erfassungszelle 16A mit
einem der Anschlüsse 21A, 21B der
von den Widerstandsmitteln 15A, 15B gebildeten Widerstandsmittel 15 verbunden,
und zwar im vorliegenden Fall mit ihrem Anschluß 21A, und über ihren zweiten
Eingang 18A ist sie mit dem Mittelpunkt M der Widerstandsmittel 15A, 15B verbunden.
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Gleichzeitig ist die Erfassungszelle 16B gemäß ähnlichen
Anordnungen über
ihren ersten Eingang 17B mit dem anderen der Anschlüsse 21A, 21B der
Widerstandsmittel 15, und zwar im vorliegenden Fall mit
dem Anschluß 21B,
verbunden, und über
ihren zweiten Eingang 18B ist sie mit dem Mittelpunkt M
der diese Widerstandsmittel 15 bildenden Widerstandsmittel 15A, 15B verbunden.
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Praktisch ist in der Basisschaltung
des gesteuerten Schalters 20A, 20B der Erfassungszellen 16A, 16B einerseits
ein Widerstand 22A, 22B für eine geeignete Begrenzung
des Stroms und andererseits zur Beseitigung eventueller Störungen ein
einen Filter bildender Kondensator 23A, 23B, vorgesehen, dessen
anderer Anschluß über den
Mittelpunkt M der Widerstandsmittel 15A, 15B an
der Masse ist.
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Der Kollektor 24A des gesteuerten
Schalters 20A der Erfassungszelle 16A und der
Kollektor 24B des gesteuerten Schalters 20B der
Erfassungszelle 16B sind ferner in einer Ausgangsschaltung 25 parallel
vorgesehen, in der über
einen Strombegrenzungswiderstand 26 eine geeignete Gleichstromstromquelle
VCC vorgesehen ist.
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Während
einer der Halbwellen des Stroms in der Schaltung 10 arbeitet
die Erfassungszelle 16A, während während der folgenden Halbwelle
die Erfassungszelle 16B ihrerseits arbeitet, usw. bei jeder
der Perioden dieses Stroms.
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Die gesteuerten Schalter 20A, 20B sind
normalerweise gesperrt.
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Wenn jedoch während einer Halbwelle die Schaltung 10 einem Überstrom
unterliegt, wird der gesteuerte Schalter 20A, 20B der
nun betroffenen Erfassungszelle 16A, 16B leitend,
und gemäß Bedingungen,
die nicht zu Erfindung gehören
und hier nicht beschrieben werden, wirkt die Ausgangsschaltung 25 entsprechend
auf diese Schaltung 10 ein.
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Erfindungsgemäß sind die beiden Erfassungszellen 16A, 16B beide
durch eine gekreuzte Schaltung an die Anschlüsse derselben Widerstandsmittel 15 angeschlossen,
und sie haben damit diese Widerstandsmittel 15 gemeinsam.
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21A, 21B seien
wie oben die Anschlüsse
dieser Widerstandsmittel 15.
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Erfindungsgemäß ist eine der Erfassungszellen 16A, 16B,
und zwar beispielsweise die Erfassungszelle 16A, mit dem
ersten dieser Anschlüsse 21A, 21B,
und zwar im vorliegenden Fall mit dem Anschluß 21A, über ihren
ersten Eingang 17A und mit dem zweiten Anschluß, im vorliegenden
Fall dem Anschluß 21B, über ihren
zweiten Eingang 18A verbunden, während die andere dieser Erfassungszellen 16A, 16B und
damit die Erfassungszelle 16B, mit dem ersten Anschluß 21A über ihren
zweiten Eingang 18B und mit dem zweiten, im vorliegenden
Fall dem Anschluß 21B, über ihren
ersten Eingang 17B verbunden ist.
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Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform umfassen die Widerstandsmittel 15 in
Reihe zwei Widerstände 19' vom selben
Wert.
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Wie jedoch leicht zu verstehen ist,
können diese
Widerstände 19' in vorteilhafter
weise einen Wert haben, der die Hälfte von dem der vorhergehenden
Widerstände 19 beträgt.
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Der Mittelpunkt M der beiden Widerstände 19' ist beispielsweise,
wie in 2 dargestellt,
wie im vorhergehenden Fall an der Masse, um dem Emitter der gesteuerten
Schalter 20A, 20B der Erfassungszellen 16A, 16B,
d. h. dem zweiten Eingang 18A, 18B dieser Erfassungszellen 16A, 16B,
einen Bezug zu liefern.
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Gemäß einer Abwandlung (3) wird dieser Bezug weggelassen
und die Schaltung der Einheit ist in gewisser Weise "schwimmend".
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Die Erfahrung zeigt nämlich, daß der Betrieb, gleichgültig, welches
die Arbeitsbedingungen der Last 11 sind, geeignet bleibt.
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Infolgedessen ist es, wie in 4 dargestellt ist, möglich, die
beiden Widerstände 19' durch einen Widerstand
19 vom selben Wert wie die vorhergehenden Widerstände 19 zu
ersetzen.
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Auf diese Weise besitzen die Widerstandsmittel 15 bei
dieser Ausführungsform
einen einzigen Widerstand 19.
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Im übrigen sind die Anordnungen
global vom selben Typ wie die unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Anordnungen.
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Insbesondere sind die beiden Erfassungszellen 16A, 16B wie
im vorhergehenden Fall vorzugsweise miteinander identisch, und sie
besitzen jeweils einen gesteuerten Schalter 20A, 20B,
im vorliegenden Fall einen einfachen Transistor, dessen Basis ihren
ersten Eingang 17A, 17B und deren Emitter ihren
zweiten Eingang 18A, 18B bildet.
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Wie oben auch sind in der Basisschaltung des
gesteuerten Schalters 20A, 20B jeder der Erfassungszellen 16A, 16B einerseits
ein Widerstand 22A, 22B und andererseits ein Kondensator 23A, 23B vorgesehen,
dessen anderer Anschluß an
der Masse ist.
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Wie oben schließlich sind die Kollektoren 24A, 24B dieser
gesteuerten Schaltung 20A, 20B an eine Ausgangsschaltung 25 parallel
angeschlossen.
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Die Arbeitsweise bleibt gleichzeitig
unverändert.
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Natürlich ist die Erfindung nicht
auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen begrenzt, sondern
umfaßt
jede Ausführungsvariante.