DE1089880B - Temperature-dependent switching device - Google Patents

Description

DEUTSCHESGERMAN

Für viele "Verwendungszwecke ist es erwünscht, einen Schaltvorgang in Abhängigkeit von der Erreichung (Über- oder Unterschreitung) bestimmter Temperaturwerte durchzuführen. So ist beispielsweise bei den sogenannten, Motorschutzschalter» eine Abschaltung bei bestimmten Temperaturwerten wichtig. Weiter ist noch eine Anordnung bekanntgeworden, bei der als Temperaturmeßglied ein Halbleiter verwendet ist, der zu einem Relais parallel geschaltet ist, das seinerseits mit einem Vorwiderstand in Reihe angeordnet ist.For many "purposes it is desirable to have a switching operation as a function of the achievement (Exceeding or falling below) certain temperature values. For example, at the so-called "motor protection switch" a shutdown important at certain temperature values. Another arrangement has also become known in which a semiconductor is used as a temperature measuring element, which is connected in parallel to a relay, which in turn is arranged in series with a series resistor.

In der Hauptpatentanmeldung (deutsche Auslegeschrift 1 061 431) ist eine Anordnung zur Temperaturüberwachung ähnlicher Art angegeben, bei der unter Verwendung eines in Abhängigkeit voxbestimmter, insbesondere wählbarer Temperatur zum Schalten gebrachten Relais in Zusammenarbeit mit einem Halbleiter mit temperaturabhängigem Widerstand, der Halbleiter über mindestens ein Schaltelement mit dem Relais verbunden ist, das bei Erreichen eines Schwellenwertes einen kleinen dynamischen Widerstandswert besitzt.In the main patent application (German Auslegeschrift 1 061 431) is an arrangement for temperature monitoring of a similar type, in which, using a vox-determined, in particular selectable temperature for switching brought relay in cooperation with a semiconductor with temperature-dependent resistance, the Semiconductor is connected to the relay via at least one switching element, which when a threshold value is reached has a small dynamic resistance value.

Bei derartigen, Anordnungen fließt der für die Auslösung des Relais bestimmte Strom über den Vorwiderstand und teilt sich dann in zwei zueinander parallele Zweige, von denen der eine über den oder die parallel geschalteten Halbleiter, der andere Teil über das Relais führt.In such arrangements, the flow for tripping of the relay certain current through the series resistor and then divides into two parallel to each other Branches, one of which via the semiconductors connected in parallel, the other part via the relay leads.

Da die Halbleiter in Abhängigkeit von- der Temperatur ihren Widerstand erheblich ändern, ändert sich dementsprechend auch die Verteilung auf die parallelen Zweige, so daß bei bestimmten Temperaturwerten der Ansprech- oder der Abfallwert des Relais erreicht werden kann.Because the semiconductors depend on the temperature change their resistance considerably, the distribution on the parallel ones also changes accordingly Branches, so that the response or dropout value of the relay is reached at certain temperature values can be.

Nach der Erfindung kann eine Anordnung nach der Hauptpatentanmeldung (deutsche Auslegeschrift 1 061431) dadurch weitergebildet und verbessert werden, daß das Relais zu dem Halbleiter parallel geschaltet wird. Auf diese Weise erhält man eine Anordnung, bei der das Relais, sobald die ansteigende Temperatur einen bestimmten Wert erreicht, abfällt. Dies unterscheidet sich also* in der Arbeitsweise von dem Ausführungsbeispiel der Hauptpatentanmeldung, bei dem gerade umgekehrt bei einem Ansteigen der Temperatur, sobald ein bestimmter Grenzwert erreicht ist, das Relais anzieht. Es wird also durch die Anordnung nach der Erfindung ermöglicht, unter Verwendung von normalen Relais eine Anordnung zu schaffen, bei der schon bei sehr kleinen Leistungen ein Relais bei genau definierten- Temperaturwerten abfällt. According to the invention, an arrangement according to the main patent application (German Auslegeschrift 1 061431) further trained and improved be that the relay is connected in parallel to the semiconductor. In this way an arrangement is obtained in which the relay drops out as soon as the rising temperature reaches a certain value. So this differs from * in the way it works the embodiment of the main patent application, in which the reverse is true for an increase in the Temperature, as soon as a certain limit value is reached, the relay picks up. So it is through the Arrangement according to the invention enables an arrangement to be made using normal relays create in which a relay drops out at precisely defined temperature values even at very low power levels.

Da das Relais hierbei gemäß der Vorschrift der Hauptpatentanmeldung über ein Schaltelement, wie z. B. eine Diode, angeschlossen ist, erhält man eine Temperaturabhängige SchalteinrichtungSince the relay here in accordance with the regulation of the main patent application via a switching element, such as z. B. a diode is connected, you get a temperature-dependent switching device

Zusatz zur Zusatzpatentanmeldung S 56890 VIIIb/21d³
(Auslegeschrift 1 061 431)Addition to additional patent application S 56890 VIIIb / 21d ³
(Interpretation document 1 061 431)

Anmelder:Applicant:

Siemens-Schuckertwerke
Aktiengesellschaft,Siemens-Schuckertwerke
Corporation,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Berlin and Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. phil. Herbert Piller, Nürnberg,
ist als Erfinder genannt wordenDr. phil. Herbert Piller, Nuremberg,
has been named as the inventor

Stromverteilung, bei der das Relais so lange erregt bleibt, als die an dieser liegende Spannung, die dem Spannungsabfall an einem Halbleiter entspricht, oberhalb der Grenzspannung der Diode liegt. Sobald also der Spannungsabfall an dem Halbleiter diesen Wert unterschreitet, kann infolge der Sperrwirkung kein Anteil des durch den Vorwiderstand fließenden Stromes mehr über die Relaiswicklung fließen.Current distribution in which the relay remains energized as long as the voltage applied to it, the The voltage drop across a semiconductor is above the limit voltage of the diode. So soon the voltage drop across the semiconductor falls below this value, due to the blocking effect, no Proportion of the current flowing through the series resistor flow more via the relay winding.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. Hierbei ist mit 1 ein temperaturabhängiger Halbleiter, mit 2 ein Relais bezeichnet. 3 stellt eine Sperrzelle dar, 4 bedeutet den einstellbaren Vorwiderstand, 5 und 6 stellen die Klemmen dar, wobei eine Speisung mit Gleichstrom vorausgesetzt ist, so' daß 5 an dem negativen und 6 an dem positiven Pol angeschlossen ist.An embodiment of the invention is shown schematically in Fig. 1 of the drawing. Here is 1 denotes a temperature-dependent semiconductor, 2 denotes a relay. 3 represents a lock cell, 4 means the adjustable series resistor, 5 and 6 represent the terminals, with a direct current supply is assumed so 'that 5 is connected to the negative and 6 to the positive pole.

Der Strom fließt also von der Klemme 6 über den Halbleiter 1 und den Vorwiderstand 4 zur Klemme 5. Entsprechend dem Widerstand des Halbleiters tritt an diesem ein Spannungsabfall auf, so daß die an dem Widerstand stehende Spannung als treibende Spannung durch die Spule des Relais 2 einen Strom- in Durchlaßrichtung der Sperrzelle treibt. Wenn der Widerstand des Halbleiters infolge einer Temperaturerhöhung auf einen bestimmten Wert gefallen ist, so daß der Spannungsabfall an diesem Widerstand den Grenzs.pannungswert der Diode unterschreitet, setzt die Sperrwirkung der Diode ein. Es kann dann kein Strom mehr über die Wicklung des Relais fließen, SO' daß dieses abfällt.The current therefore flows from terminal 6 via semiconductor 1 and series resistor 4 to terminal 5. In accordance with the resistance of the semiconductor, a voltage drop occurs across it, so that the Resistance standing voltage as the driving voltage through the coil of the relay 2 a current in The forward direction of the barrier cell drives. When the resistance of the semiconductor as a result of an increase in temperature has fallen to a certain value, so that the voltage drop across this resistor is the If the voltage falls below the limit value of the diode, the blocking effect of the diode begins. Then it cannot Current flow more over the winding of the relay, SO ' that this falls away.

Eine Anordnung für ein System mit drei Einflußgroßen, also beispielsweise drei Halbleitern, von denen jeder unter dem Einfluß der Temperatur einer Phasenwicklung eines dreiphasigen Gerätes steht, ist in Fig. 2An arrangement for a system with three influencing variables, thus, for example, three semiconductors, each of which is under the influence of the temperature of a phase winding of a three-phase device is shown in FIG. 2

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dargestellt. Hierbei ist das Relais 2 mit zwei gegeneinanderwirkenden Wicklungen ausgeführt und über drei verschiedene Sperrzellen an die einzelnen Systeme angeschlossen, von denen jedes wie bei der Anordnung nach Fig. 1 aus einem Halbleiter 1 und einem zweckmäßig einstellbaren Vorwiderstand 4 besteht. Durch die zweite Wicklung ist hierbei die Möglichkeit erschlossen, bei unsymmetrischer Belastung die Leistungsbeiträge von den anderen Zweigen so> weit zu kompensieren, daß die Widerstandsänderung eines einzigen Halbleiters dazu ausreicht, das Relais zum Ansprechen zu bringen.shown. Here is the relay 2 with two counteracting Windings run and via three different blocking cells to the individual systems connected, each of which, as in the arrangement of FIG. 1, consists of a semiconductor 1 and an expedient adjustable series resistor 4 is made. The second winding opens up the possibility of in the case of asymmetrical loading, the performance contributions from the other branches as above> to compensate far that the change in resistance of a single semiconductor is sufficient to switch the relay to Bringing appeal.

In Fig. 3 ist als Ergänzung zu einer Anordnung mit drei Wicklungen ein. Schema über die Stromverhältnisse wiedergegeben. Es ist hierbei davon ausgegangen, daß der Strom in den einzelnen Heißleitern bei Umspannung gleich groß ist und den Wert i beträgt". Es sind dementsprechend die drei sich bei der Parallelschaltung addierenden Ströme, die durch die Wicklung 21 des Relais 2 fließen, übereinander aufgetragen. Außerdem ist auch der Wert des Anzugsstromes des Relais und der Wert des Abfallstromes des Relais — mit i_a und i_e bezeichnet — angegeben. Der Kompensationswicklung 22 des Relais ist noch ein Widerstand 7 vorgeschaltet, mit dessen Hilfe der Kcmpensationstrom, der unmittelbar von, der Klemme 5 über diesen Widerstand und die Wicklung 22 zur Klemme 6 fließt, eingestellt werden kann. Diese Einstellung muß hierbei so erfolgen, daß die Differenz der normalen Ströme in den drei Halbleitern und dem Strom i_k durch die Wicklung 22 einen Wert ergibt, der zwischen dem Anzugsstrom und. dem Abfallstrom des Relais liegt. Bei einer solchen Bemessung wird sichergestellt, daß das Relais, das zunächst in angezogenem Zustand liegt, bei dem Ausfall auch nur einer der über die Dioden führenden Teilströme abfällt, da die Differenz der beiden restlichen über die Halbleiter führenden Ströme und dem Kompensationsstrom einen. Wert ergibt, der unterhalb des Abfallstromes des Relais liegt.In Fig. 3 is a supplement to an arrangement with three windings. Scheme reproduced over the current conditions. It is assumed here that the current in the individual thermistors is the same when the voltage is reversed and has the value i ". Accordingly, the three currents which are added in the parallel connection and which flow through the winding 21 of the relay 2 are plotted one above the other. In addition, the value of the pick-up current of the relay and the value of the drop-out current of the relay - denoted by i _a and i _e - are specified. The compensation winding 22 of the relay is preceded by a resistor 7, with the help of which the compensation current, which is generated directly by, the Terminal 5 flows through this resistor and winding 22 to terminal 6. This setting must be made in such a way that the difference between the normal currents in the three semiconductors and the current i _k through the winding 22 results in a value which is between the pick-up current and the release current of the relay In the event of a failure, only one of the partial currents passing through the diodes drops, since the difference between the two remaining currents passing through the semiconductors and the compensation current is one. Results which is below the waste current of the relay.

Als Dioden eignen sich vorzugsweise solche auf Siliziumbasis mit einer gewissen Dotierung (bzw. Verunreinigung). Vor allem sind solche gut geeignet, bei denen die Dotierung aus Teilen des fünften periodischen Systems, wie Antimon oder Arsen, bestehen. Solche Dioden, wie sie z. B. unter dem Namen »Zener-Dioden« bekannt sind, haben die Eigenschaft, daß bis zu einer Spannung von. etwa 0,5 V kein Strom fließt, dieser aber dann mit einem verhältnismäßig steilen Knick einsetzt, wobei beim Zurückgehen der Spannungpraktisch remanenzfrei dieselbe Kurve bestrichen wird, deren Neigung in sich in gewissem Maße temperaturabhängig ist. An Stelle von Halbleitern können auch andere Widerstände verwendet werden, die eine starke Temperaturabhängigkeit haben, wobei sowohl mit solchen mit positiver als auch mit negativer Temperaturabhängigkeit gearbeitet werden kann. In Zusammenarbeit mit den vorerwähnten Dioden auf der Siliziumbasis ist. es zweckmäßig, Widerstände mit einer negativen Temperaturcharakteristik zu verwenden, bei denen bei bestimmten Temperaturwerten der Widerstand stark abfällt (sogenannte Heißleiter).Suitable diodes are preferably those based on silicon with a certain doping (resp. Pollution). Above all, those are well suited in which the doping consists of parts of the fifth periodic Systems such as antimony or arsenic exist. Such diodes as z. B. under the name »Zener diodes« are known to have the property that up to a voltage of. about 0.5 V no current flows, but this then begins with a relatively steep kink, which is practical when the tension is reduced remanence-free the same curve is swept, the slope of which is temperature-dependent to a certain extent is. Instead of semiconductors, other resistors can also be used have a strong temperature dependence, with both positive and negative Temperature dependence can be worked. In cooperation with the aforementioned diodes the silicon base is. it is advisable to use resistors with a negative temperature characteristic, at which the resistance drops sharply at certain temperature values (so-called NTC thermistors).

Die Anwendung der neuen Kombination ist nicht nur, wie beim Ausführungsbeispiel vorausgesetzt, in Gleichstromsystemen möglich, sondern auch in solchen mit Wechselstrom. Sie gibt die Möglichkeit, in. sehr vollkommener Weise einen Schaltvorgang von mehreren Temperaturwerten oder auch von in. Form von Temperaturwerten wiedergegebenen anderen Einflußgrö'ßen zu stellen.The application of the new combination is not only, as assumed in the exemplary embodiment, in DC systems possible, but also in such with alternating current. It gives the possibility of a switching process in a very perfect way several temperature values or also of other influencing variables reproduced in the form of temperature values to deliver.

Claims (8)

PaTENTANSPBÜCHE:PATENT REQUIREMENTS: 1. Anordnung zur Temperaturüberwachung von Motoren,, Transformatoren, od. dgl., insbesondere Motorschutzschalter, unter Verwendung eines Halbleiters mit temperaturabhängigem Widerstand als Temperaturmeßglied, der mit einem Relais zusammenarbeitet, das mit einem Vorwiderstand in Reihe liegt, wobei der Halbleiter über mindestens ein Schaltelement (3) mit dem Relais verbunden ist, das bei Erreichen eines Schwellenwertes einen kleinen dynamischen Widerstandswert besitzt, nach Patentanmeldung S 56890 VIII b/21d^s (deutsche Auslegeschrift 1061431), dadurch gekennzeichnet, daß das Relais zu dem temperaturabhängigen. Halbleiter parallel geschaltet ist.1. Arrangement for temperature monitoring of motors, transformers, or the like, in particular motor protection switches, using a semiconductor with a temperature-dependent resistor as a temperature measuring element that works with a relay that is in series with a series resistor, the semiconductor having at least one switching element (3) is connected to the relay, which has a small dynamic resistance value when a threshold value is reached, according to patent application S 56890 VIII b / 21d ^s (German Auslegeschrift 1061431), characterized in that the relay to the temperature-dependent. Semiconductor is connected in parallel. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltelement (3) eine Halbleitersperrzelle verwendet ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the switching element (3) is a semiconductor blocking cell is used. 3. Anordnung nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltelement eine Diode3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that a diode as the switching element auf Siliziumbasis mit einer geringen Dotierung (Zener-Diode) verwendet ist.based on silicon with a low doping (Zener diode) is used. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiter ein, Widerstand verwendet ist, dessen Widerstandswert mit zunehmender Temperatur geringer wird,4. Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that a resistor as a semiconductor is used, the resistance value of which decreases with increasing temperature, 5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, bei der mehrere in Form von Temperaturen wiedergegebene Einflußgrößen auf die Schalteinrichtung einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Einflußgröße ein eigenes System von Halbleiter, Schaltspule und Diode vorgesehen ist.5. Arrangement according to claim 1 to 3, in which several reproduced in the form of temperatures Influencing variables act on the switching device, characterized in that for each Influencing factor a separate system of semiconductors, switching coils and diodes is provided. 6. Abänderungsform einer Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Schaltspule über eine entsprechende Anzahl von Dioden zu je einem solchen Halbleiter parallel geschaltet ist,6. Modification of an arrangement according to claim 4, characterized in that a common Switching coil via a corresponding number of diodes for each such semiconductor is connected in parallel, 7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Schaltspule noch eine zweite Spule vorgesehen, ist, über die unter Vorschaltung eines Vorschaltwiderstandes eine der Schaltspule entgegenwirkende Erregung geführt ist.7. Arrangement according to claim 5, characterized in that in addition to the switching coil still one second coil is provided, via which one of the series with a series resistor Switching coil counteracting excitation is performed. 8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenerregung so· bemessen ist, daß der Normalstrom in seiner Größe zwischen dem Anzugstrom und dem Abfallstrom des Relais liegt.8. Arrangement according to claim 6, characterized in that the counter-excitation is dimensioned in this way is that the normal current is between the pull-in current and the drop-out current of the relay lies. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 031 416;
Herrnkind: Die Glimmröhre und ihre Schaltungen, München, 1952, S, 46.Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1 031 416;
Herrnkind: The glow tube and its circuits, Munich, 1952, p. 46. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings