DE7411716U - Überwachungsvorrichtung für Temperaturfühler - Google Patents

Description

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Villamos Berendezes Es Keszülek Müvek, Budapest / Ungarn

j überwachungsvorrichtung für Temperaturfühler

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum selbsttätigen Überwachen einer Anzahl von Temperaturfühlern, welche mit der Anschlußklemme eines induktiven Koppelelements metallisch verbunden sind.

Eine solche Vorrichtung ist vorgesehen für die Verwendung in einer Schaltungsanordnung, die in gegen Übererwärmung zu schützenden Einrichtungen die gruppenweise überwachung der in den zu beobachtenden, gefährdeten Punkten angebrachten Fühler ermöglicht und beim Auftreten einer Ubererwärmung ein einheitliches Eingriffssignal hervorruft, unabhängig davon, wie viele Fühler das übertreten des TemperaturSchwellenwertes anzeigen.

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Gegen eine Übererwärmung Schutz bietende Schaltungsanordnungen sind in einer großen Zahl bekannt. Nachdem in solchen Fällen verschiedene Forderungen zu erfüllen sind, müssen Kompromißlösungen gesucht werden, die den jeweiligen Zielsetzungen entsprechend untergeordnet die übrigen Forderungen erfüllen.

Die Fühler (z.B. Bimetall usw.) zeigen das überschreiten der Temperatur am günstigsten durch die Änderung einer elektrischen Größe an. Bekannt sind Lösungen, bei welchen von den in den gefährdeten Punkten oder in der Umgebung derselben angeordneten Fühlern mehrere in einen Meßkreis geschaltet werden und die sich ergebende Impedanz dieser Fühler

- ein Signal entsprechend dem normalen Betriebszustand liefert, solange der Temperaturschwellenwert an keiner Stelle überschritten wird,

- wogegen sich, wenn bei einem Fühler der TemperaturSchwellenwert überschritten wird, die resultierende Impedanz des Meßkreises in einem solchen Maß ändert (wächst oder fällt), daß der Wert des Ausgangssignals sich sprunghaft ändert und dadurch ein Schaltelement betätigt wird.

Ein Mangel der bekannten Lösungen ist, daß das System eine große Hysterese besitzt, d.h. die Abweichung zwischen den Schwellenwerten des sicheren Eingreifens und des sicheren Ruhezustandes zu groß ist. Dies ermäßigt einerseits die Empfindlichkeit des Systems, andererseits kann die Dynamik des Ausgangszeichens unter Umständen den zugelassenen Grenzwert am Eingang des Eingriffsorgans überschreiten und es wird eine Trennstufe nötig.

Ein weiterer Mangel ist, daß der komplexe Aufbau der bekannten Anordnungen nicht immer ein derartiges Anbringen der Fühler zuläßt, daß dabei die Temperatur des gefährdeten Punktes sofort und unmittelbar erfaßt werden könnte. So wurden an Punkten, die höhere Spannung aufweisen (üoer 1000 V), in der Regel isolierte Fühler ver-

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wendet. Die elektrische Hochspannungsisolierung wirkt sich gleichzeitig auch als eine erhebliche Wärmeisolierung aus, der Fühler bildet daher den Temperaturzustand des gefährdeten Punktes nicht genau und zeitgerecht nach.

Dieser letztere Mangel wurde bei der Anordnung nach der DT-PS 1 178 931 beseitigt. Hier wird der die Fühler enthaltende Stromkreis durch einen Transformator von dem Meßkreis abgetrennt und die Hochspannungsisolation wird zwischen den beiden Wicklungen des Transformators angeordnet. Somit kann sich das Fühlersystem auf dem Potential des gefährdeten Punktes befinden, zwischen den beiden Körpern erübrigt sich ein entfernungshaltendes Organ, welches gleichzeitig auch eine Wärmeisolierung ergibt.Obwohl diese Lösung die Ungenauigkeit der Temperaturmessung erheblich verringert, wird die so erhaltene Genauigkeit durch den Umstand geringer, daß die Ausbildung des ganzen Netzes zwischen den Fühlern und dem eingreifenden Element bei dieser Lösung weiterhin eine große Hysterese in das System einführt, das die Empfindlichkeit des Eingreifens verringert.

Die bekannte Lösung beschränkt sich eigentlich auf die additive Kopplung dieser Haupteinheiten, d.h. sie ergibt die Superposition der voneinander unabhängigen Wirkungen des die Fühler enthaltenden Stromkreises, des Meßkreises und des Ankopplungsorgans, zwischen welchen keine gegenseitige Wirkung besteht. Das durch den Fühlerstromkreis gelieferte Ausgangszeichen wird durch den Transformator mit den üblichen Verlusten an den Meßstromkreis vermittelt, der die unmittelbar aus dem Fühlerstromkreis stammende Energie verarbeitet. Dementsprechend werden als Fühler solche Elemente verwendet, die ein genügend großes Signal für die unmittelbare Betäti -gung des Eingriffsorgans liefern, z.B. Bimetallschalter, usw., und die daher, im Fall der Anwendung mehrerer Fühler, nur mit einer erheblichen Hysterese zu betreiben sind. Deshalb war die Zahl der in einem Stromkreis angewandten Fühler sehr beschränkt.

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Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit welcher unerwünschte Ausgleichserscheinungen aufgrund unterschiedlicher Potentiale an den einzelnen Wicklungen des induktiven Koppelelements vermieden werden.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das induktive Koppelelement ein Magnetverstärker mit mindestens zwei Arbeitswicklungen, zwei Steuerwicklungen und zwei weiteren Wicklungen sowie mit einem Magnetkreis ist, dessen drei säulenartige Kerne derart angeordnet sind, daß der Mittelkern mit je einem Außenkern je ein Fenster bildet, daß je eine Arbeitswicklung auf je einem Außenkern unmittelbar angebracht und über den Arbeitswicklungen und auf den Außenkernen je eine der weiteren Wicklungen angebracht ist, während die Steuerwicklungen konzentrisch zueinander derart auf dem Mittelkern angebracht sind, daß der Abstand der Steuerwicklungen bzw. der weiteren Wicklungen einerseits von den Arbeitswicklungen und andererseits von den ihnen frei gegenüberliegenden Wänden der Fenster in jeder Richtung gleicher Größe ist, und daß zwischen den Arbeitswicklungen und den übrigen Wicklungen eine Hochspannungsisoliermasse eingegossen ist.

Durch die erfindungsgemäße räumliche Anordnung von Kernen und Wicklungen wird ein einwandfreies Potentialgleichgewicht erzielt.

Eine Schaltanordnung, mit welcher die erfindungsgemäße Vorrichtung Verwendung finden kann, ist so aufgebaut, daß als induktives Ankopplungselement statt eines Transformators ein magnetischer Verstärker (Transduktor) verwendet wird, dessen Arbeitswicklungen und dessen Steuerwicklungen gemeinsam als vormagnetisierte Drosselspulen mit der Impedanz des Eingriffselementes, z.B. mit dessen Erregerwicklungen Reihe geschaltet sind, wobei die Steuerwicklungen zwei Stromkreise mit einem gemeinsamen Zweig bilden, und in dem einen Stromkreis der die Fühlerelemente enthaltende Zweig angeordnet ist, während sich in dem zweiten Stromkreis das den Arbeitspunkt ein-

stellende Element und in dem gemeinsamen Zweig ein die Betriebsverhältnisse der beiden Stromkreise gleichhaltender Spannungsstabilisator befinden.

Als Fühler können zweckmäßig PTC-Widerstände verwendet werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbaren Schaltungsanordnung besitzt einen Widerstandssatz, in dem die Widerstände den Wert k^ · R_ü haben, wobei kj = 1, 2, ... η und R.. der Nennwiderstand eines Fühlers bei normaler Betriebstemperatur ist, und die einzelnen Widerstände des Widerstandssatzes die Stufen eines Stufenschalters bilden, dessen eine Stufe eine Kurzschlußstellung ist, und das Betriebsklemmenpaar des Stufenschalters in Reihe mit dem erwähnten Zweig des Stromkreises der ersten Steuerwicklung geschaltet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eintis Magnetverstärkers der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 2 die schematische Darstellung einer Schaltanordnung, mit welcher die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden kann.

Der in Fig. 1 dargestellte Magnetverstärker besteht in seinem Magnetkreis aus drei säulenartig angeordneten Kernen, welche von zwei Jochen überbrückt sind. Die Kerne ihrerseits sind so aufgebaut, daß ein Mittelkern 21 und zwei Außenkerne 29 und 30 vorgesehen sind. Zwischen dem Mittelkern 21 und den Außenkernen 29 und 30 sind so Fenster 22 und 23 gebildet.

Auf den Außenkernen 29 und 30 sind je eine Arbeltswicklung 25 und 26 angeordnet, über den Axbeitswicklungen 25 und 26 1st je eine weitere Wicklung 24 bzw. 27 vorgesehen. Auf dem Mittelkern 21 sind zwei Steuerwicklungen 31 und 32 vorgesehen. Die Steuerwicklung 32 ist unmittelbar auf dem Mittelkern 21 angeordnet, die Steuerwicklung 31 umgibt die Steuerwicklung 32 konzentrisch. Sämtliche Wicklungen sind in eine Hochspannungsisoliermasse 28 eingegossen.

Die Wicklungen sind auf dem Mittelkern 21 und den Außenkernen 29 und 30 derart angeordnet, daß der Abstand der Steuerwicklungen 31 und 32 beziehungsweise der weiteren Wicklungen 24 und 25 von den zugehörigen Arbeitswicklungen 25 bzw. 26 einerseits und von den ihnen frei gegenüberliegenden Wänden der Fenster 22 und 23 durchweg gleich groß ist.

Wie erwähnt, können die Steuerwicklungen über Temperaturfühler an Hochspannung liegen, während die Arbeitswicklungen von der Hochspannung zu isolieren sind. Durch diese Schaltung können sich unerwünschte Ausgleichserscheinungen zwischen den Wicklungen ergeben. Diese Ausgleichserscheinungen können vermieden werden,wenn die Steuerwicklungen 31, 32 und die mit ihnen galvanisch verbundenen weiteren Wicklungen 24, 27, die also an Hochspannung liegen können, wie oben beschrieben, sowohl von den zugehörigen Arbeitswicklungen 25 bzw. 26 als auch von den ihnen frei gegenüberliegenden Wänden der Fenster 22, 23 gleich weit entfernt sind. Hierdurch wird ein Potentialgleichgewicht erzielt.

In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung für einen gemäß Fig. 1 aufgebauten Magnetverstärker dargestellt. Der Magnetverstärker enthält eine erste Arbeitswicklung 2, eine zweite Arbeitswicklung 3, eine erste Steuerwicklung 6, eine zweite Steuerwicklung 7, ferner eine erste weitere Wicklung 12 und eine zweite weitere Wicklung 13. Je ein Ende der Arbeitswicklungen 2 und 3 ist zusammengefaßt

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an einen Pol 17 der Stromquelle angeschlossen, die anderen Enden sind über zwei mit gleicher Polarität in Reihe geschaltete Dioden 4 und 5 miteinander verbunden. Zwischen den gemeinsamen Punkt der Dioden 4 und 5 und den anderen Pol 18 der Stromquelle ist der den Steuereingang eines Eingriffselementes bildende Bestandteil, im genannten Beispiel die Erregerwicklung 19 eines Schützes geschaltet. Die mit der ersten Arbeitswicklung 2 induktiv gekoppelte erste Sekundärwicklung 12 und die mit der zweiten Arbeitswicklung 3 induktiv gekoppelte zweite Sekundärwicklung13 ergeben ÜLar Gleichrichterelemente 14 bzw. 15 zwei solche Stromkreise, in deren gemeinsamem Zweig eine Zenerdiode 11 angeordnet ist. Dieser gemeinsame Zweig ist gleichzeitig der gemeinsame Zweig zweier weiterer Stromkreise, in deren einen sich die erste Steuerwicklung 6 und in deren anderen sich die zweite Steuerwicklung 7 befindet. Ein Ende des gemeinsamen Zweiges ist der gemeinsame Punkt sowohl der Steuerwicklungen 6 und 7 als auch der weiteren Wicklungen 12 und 13. Zwischen das andere Ende des gemeinsamen Zweiges und die zweite Steuerwicklung 7 ist ein veränderlicher Widerstand 9 geschaltet, zwischen das andere Ende und die erste Steuerwicklung 6 ist der die Fühler enthaltende Zweig geschaltet. In Fig. 2 ist die resultierende Impedanz der Fühler zusammengefaßt durch eine veränderliche Impedanz 8 dargestellt, da der Magnetverstärker bei willkürlicher Anordnung letzten Endes diese Impedanz erfaßt.

Nachdem die Parameter der Fühler gleich sind, wobei in der konkreten Anwendung der Schaltungsanordnung gleichzeitig abhängig von der Zahl der zu überwachenden Punkte verschieden viele Fühler verwendet werden, wird zweckmäßig eine Möglichkeit geschaffen, die resultierende Impedanz des die Fühler enthaltenden Zweiges abgleichen zu können, d.h.in diesen Stromkreiszweig einen Vorschaltwiderstand einschalten zu können, dessen Wert der Differenz des bei normaler Betriebstemperatur meßbaren Widerstandes der tatsächlich verwendeten Fühler und des bei normaler Betriebstemperatur meßbaren resultierenden Widerstandes der in höchster Zahl verwendbaren Fühler gleichkommt.

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Dies wird durch Verwendung eines Stufenschalters erreicht, dessen Betriebsklemmenpaar in den die Fühler enthaltenden Zweig des Stromkreises der ersten Steuerwicklung in Reihe geschaltet wird. Eine Stufe des Schalters stellt einen Kurzschluß dar, die übrigen Stufen hingegen stellen einen Widerstand vom Wert kj · R.. dar, wobei k^ = 1, 2, ... η und R» den Widerstand eines Fühlers bei normaler Betriebstemperatur bedeutet.

Mit einem Widerstand 10 wird der Arbeitspunkt des Spannungsgleichhalters eingestellt, ein Kondensator 16 glättet die der Vollweggleichrichtung entsprechend pulsierende, die Speisung der Stromkreise der Steuerwicklungen 6 und 7 sichernde , durch die weiteren Wicklungen gelieferte Gleichspannung.

In Kenntnis der Wirkungsweise von Magnetverstärkern läßt sich die Funktion der Anordnung verfolgen. Die in Fig. 2 gestrichelt umrahmten Stromkreiselemente bilden letzten Endes eine vormagnetisierte Drossel 1, die mit der Erregerwicklung 19 des Eingriffsorgans in Reihe geschaltet ist. Im vormagnetisierten Zustand ist die Impedanz der Drossel 1 erheblich kleiner, als die der Erregerwicklung 19 des Eingriffsorgans, deshalb entfällt ein Großteil der Sapnnung zwischen den Polen 17 und 18 auf dieErregerwicklung 19. Mit der ersten Steuerwicklung 6 der Drossel 1 ist die temperaturabhängige Impedanz 8 in Reihe geschaltet, die Speisung dieses Stromkreises erfolgt über einen die weiteren Wicklungen 12 und 13 enthaltenden Vollweggleichrichter, die Spannungshöhe wird durch die Zenerdiode 11 begrenzt. Wächst also der resultierende Widerstand der Fühler - zweckmäßigerweise der PTC-Widerstände - zufolge eines der Fühler an, dann wächst bei angemessener Einstellung des Arbeitspunktes auch die Impedanz der Drossel 1 so an, daß aus der zwischen den Polen 17 und 18 herrschenden Spannung nur ein kleiner Teil auf die Erregerwicklung 19 entfällt. Somit erscheint der kalte bzw. warme Zustand des Fühlers oder der Fühler, von diesem Stromkreis willkürlich isoliert, als eine Änderung der auf die Erregerwicklung entfallenden Spannung.

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Die Konstanz des Arbeitspunktes der Anordnung wird durch die Zenerdiode 11 gesichert. Die zweite Steuerwicklung 7 dient der günstigsten Einstellung des Arbeitspunktes der Drossel 1, der Strom ist mittels des Widerstandes 9 einstellbar. Dieser Stromkreis kann an eine stabilisierte oder nicht stabilisierte Spannung angeschlossen werden. Letztere Anordnung ist deshalb zweckmäßiger, weil die Änderung der Impedanz der Drossel 1, die zufolge der Änderung der Speisespannung zwischen den Polen 17 und 18 auftritt, mit der Vormagnetisierung auszugleichen ist, womit die Genauigkeit der Erfassung wächst.

Die beschriebene Anordnung ist als Beispiel beschrieben worden. Selbstverständlich können einige an sich bekannte Elemente auch anders gewählt oder geschaltet werden. Eine gemeinsame Eigenschaft der Abarten und Ausführungen der vorliegenden Schaltungsanordnung besteht jedoch darin, daß die Ausgangssignale der Reihe der Fühler durch einen Transduktor an den Meßkreis angelegt werden, daß die oben beschriebenen Arbeitswicklungen des Transduktors mit der Steuerwicklung des Eingriffsorgans in Reihe geschaltet sind, daß die Steuerwicklungen in zwei Stromkreisen mit einem gemeinsamen Zweig angeordnet sind, in welch letzterem das spannungsstabilisierende Element sich befindet, wobei ein Punkt des gemeinsamen Zweigs der gemeinsame Punkt der Steuerwicklung und der beiden Sekundärwicklungen des als Vollweggleichrichter ausgebildeten Speisestromkreises ist, daß diese Stromkreise sich mit den Arbeitswicklungen in induktiver Kopplung befinden, und daß dieFühler in einem gemeinsamen Stromkreis mit der Steuerwicklung angeordnet sind.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet sich zwischen den Arbeitswicklungen und den Steuerwicklungen des MagnetVerstärkers eine auf hochspannungsmäßige Inanspruchnahme über 1000 V bemessene Isolierung.

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Claims (1)

1. - ίο -

   Schutzanspruch

   Vorrichtung zum selbstätigen überwachen einer Anzahl von Temperaturfühlern, welche mit der Anschlußklemme eines induktiven Koppelelßments metallisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet daß das induktive Koppelelement ein Magnetverstärker mit mindestens zwei Arbeitswicklungen (25,26), zwei Steuerwicklungen (31,32) und zwei weiteren Wicklungen (24,27) sowie mit einem Magnetkreis ist, dessen drei säulenartige Kerne derart angeordnet sind, daß der Mittelkern (21) mit je einem Außenkern (29, 30) je ein Fenster (22, 23) bildet, daß je eine Arbeitswicklung (25,26) auf je einem Außenkern (29, 30) unmittelbar angebracht und über den Arbeitswicklungen (25, 26)auf den Außenkernen (29, 30) je eine der weiteren Wicklungen (24,27) angebracht ist, während die Steuerwicklungen (31, 32) konzentrisch zueinander derart auf dem Mittelkern (21) angebracht sind, daß der Abstand der Steuerwicklungen (31, 32) bzw. der weiteren Wicklungen (25, 26) einerseits von den Arbeitswicklungen (25, 26) und andererseits von den ihnen frei gegenüberliegenden Wänden der Fenster (22, 23) in jeder Richtung gleicher Größe ist, und daß zwischen den Arbeitswicklungen (25, 26) und den übrigen Wicklungen (24, 27, 31, 32) eine Hochspannungsir.oliermasse (28) eingegossen ist.

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