DE1940613U - HEAT PROTECTION DEVICE FOR ELECTRIC MOTORS. - Google Patents

Description

Patentanwälte fiÄ, O B 9 2 2 3 * 1 6. 2. 68 ^f) Patentanwälte fiÄ, OB 9 2 2 3 * 1 6. 2. 68 ^f )

Dipl.-Ing. C „Wallach -. -Dipl.-Ing. C "Gelding -. -

Dipl.-Ing.G.KochDipl.-Ing.G. Koch

Dr.T.Hai"bachDr.T.Hai "bach

8 München 28 Munich 2

Kaufingerstraße 8 München, den 16. Pe"br. 196έKaufingerstraße 8 Munich, the 16th Pe "br. 196έ

Unser Zeichens 10 179-BaOur sign 10 179-Ba

NEOCHI S.p.A., Pavia/ltalienNEOCHI S.p.A., Pavia / Italy

Wärmeschutzvorrichtung für Elektromotoren,Thermal protection device for electric motors,

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung an den Wärmeschutzvorrichtungen für Elektromotoren. Es ist bekannt, daß bei Elektromotoren, gleichgültig ob es sich um Industrie- oder Haushalt-Motoren handelt, die Isolierung den schwächsten und am leichtesten zu zerstörenden Teil darstellt. Die Isoliermaterialien organischer Art, die bei den genannten Maschinen verwendet werden, verlieren unter der Einwirkung der Wärme ihre besonderen Eigenschaften und erleiden die sogenannte Alterung, durch das ihre vom Zugwiderstand gekennzeichneten mechanischen Eigenschaften verschlechtert werden.The invention relates to an improvement in thermal protectors for electric motors. It is known that with electric motors, whether it is industrial or household motors, insulation is the weakest and the lightest represents destructive part. The insulating materials of organic type used in the said machines lose their special properties under the action of heat and suffer the so-called Aging, as a result of which their mechanical properties, characterized by tensile strength, deteriorate will.

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Es 1st außerdem bekannt, daß die Lebensdauer eines Isoliermittels umgekehrt proportional zum Wert der Temperatur steht, der es im Betrieb ausgesetzt ist. Ein guter Wärmeschutz hat die Aufgabe, die Lebensdauer der Isoliermaterialien auf ein Maximum zu verlängern und zu vermeiden, daß sie mit Temperaturen arbeiten, die höher sind als Werte, die bei der Planung festgelegt wurden. Ein guter Wärmeschutz muß außerdem durch eine andere Ansprechgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Wert der Überlastung gekennzeichnet sein„ Dieser Wärmeschutz muß frühzeitig im Falle starker kontinuierlicher Über~ lastungen ansprechen, wie beispielsweise bei denen, die sich beim Blockieren der betätigten Maschine ergeben, und muß eine augenblickliche Überlastung gestatten, die die Lebensdauer des Motors nicht in Gefahr bringt. Im allgemeinen wird demgemäß verlangt, daß die automatische Wiederinbetriebnahme des Motors sichergestellt ist, wenn die Temperatur der Wicklungen unter eine gewisse Grenze gesunken ist.It is also known that the life of an insulating agent is inversely proportional to the value of the Temperature to which it is exposed during operation. Good thermal protection has the task of extending the service life of the insulation materials to a maximum and to avoid that they work with temperatures that are higher than values that were specified during planning. A good thermal insulation must also be through a different response speed depending on the value of the overload should be marked “This thermal protection must respond at an early stage in the event of strong, continuous overloads, such as those which result when the actuated machine is blocked, and must allow an instantaneous overload that does not endanger the service life of the motor. Accordingly, it is generally required that the automatic Recommissioning of the motor is ensured when the temperature of the windings falls below a certain limit has decreased.

Die üblichen Wärmeschutzvorrichtungen, die außerhalb des Gehäuses des Motors angeordnet sind, entsprechen nur wenig den oben angedeuteten Idealbedingungen, die aber mit den sog, Wärmeschutzeinrichtungen erzielt werden, die in das Gehäuse eingebaut sind und bei denen das auf die Temperatur ansprechende Element sich im Innern des Motors in direkter Nähe der elektrischen Wicklungen befindet.The usual thermal protection devices, which are arranged outside the housing of the motor, correspond little the ideal conditions indicated above, but which are achieved with the so-called heat protection devices that are integrated into the Housing are built in and in which the temperature-sensitive element is inside the motor in direct Close to the electrical windings.

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Eine allgemeine Aufgabe der Erfindung ist es., die zur Zeit bekannten Wärmeschutzvorrichtungen zu verbessern, die außen am Motor angebracht sind, so daß sie die erwähnten Idealbedingungen erfüllen.It is a general object of the invention known thermal protection devices to improve the are attached to the outside of the engine so that they meet the ideal conditions mentioned.

Die Erfindung bezieht sich ganz besonders auf Wärmeschutzvorrichtungen , die aus einem Erhitzungswiderstand und aus einer Bimetallscheibe bestehen, die in Serie in den Speisestromkreis des Motors eingeschaltet sind, und zwar sehr nahe aneinander, bei denen der elektrische Erhitzungswiderstand durch einen hohen Wert des Temperaturkoeffizienten gekennzeichnet ist.The invention relates more particularly to thermal protection devices , which consist of a heating resistor and a bimetal disc, which are in series in the supply circuit of the motor are turned on, very close to each other, where the electrical heating resistance is characterized by a high value of the temperature coefficient.

Mit diesem Merkmal wird eine Abhängigkeit zwischen der von dem Widerstand erzeugten Wärme und dem darin kreisenden Strom erzielt, die von der bei den üblichen Schutzvorrichtungen erzielten Art sehr verschieden ist, bei denen Widerstände mit einem Temperaturkoeffizienten erreicht werden, der ungefähr gleich Null ist. Während bei den bekannten Vorrichtungen, bei denen der Widerstand einen Temperaturkoeffizienten Null hat, die in dem Widerstand erzeugte Wärme vom Quadrat des Stromwertes abhängt, hängt bei der Vorrichtung nach der Erfindung die erzeugte Wärme, auf Grund des hohen Werts des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes außer vom Wert des Quadrats des Stromes auch von der starken Veränderung linearer Art des Wertes des Widerstandes mit der Temperatur ab.With this feature, a dependency between the heat generated by the resistor and the current circulating in it is achieved, which is very different from the type obtained in the usual protective devices, in which resistances are achieved with a temperature coefficient which is approximately equal to zero. While in the known devices, in which the resistor has a temperature coefficient of zero, the heat generated in the resistor depends on the square of the current value, in the device according to the invention, the heat generated depends on the value, due to the high value of the temperature coefficient of the resistor the square of the current from the strong change in a linear fashion of the value of the resistance with the temperature.

So ist es bei einer geeigneten Wahl des Erhitzungswiderstandes möglich, eine Wärmeschutzvorrichtung zu schaffen., die schnell den Motor vom Netz abschalten kann, wenn ständige hohe Überlastungen eintreten, die in wenigen Sekunden zur Zerstörung des Motors führen würden, und gleichzeitig das Arbeiten bei tragbaren Überlastungen gestattet und auch bei schädlichen Überlastungen, die jedoch von kürzester Zeitdauer sind, d.h. bei augenblicklichen Überlastungen. Die Schnelligkeit der Wirkung der Vorrichtung hängt so mit dem Wert des Stromes zusammen, der in dem Erhitzungswiderstand umläuft, und das Wirksamwerden des Schutzes erfolgt um so schneller, je höher dieser Stromwert ist. Die Wärmeschutzvorrichtung, die Gegenstand der Erfindung ist, besteht aus einem elektrischen Erhitzungswiderstand und einer Bimetallscheibe, die in Serie im elektrischen Speisestromkreis des Motors in enger Nachbarschaft aneinander angeordnet sind, wobei die genannte Scheibe in der Lage ist, entsprechend einem vorherbestimmten Wert ihrer Temperatur den genannten Speisestromkreis zu unterbrechen, und durch die Tatsache gekennzeichnet ist, daß der genannte Widerstand wegen des hohen Wertes des Temperaturkoeffizienten eine ausgesprochene Veränderung des Widerstandswertes in Abhängigkeit von der Temperatur aufweist, weswegen ein Ansprechen auf die Fälle anomaler Funktion um so schneller erfolgt, als der Wert des Stromes im Speisestromkreis höher ist.With a suitable choice of the heating resistance, it is possible to use a heat protection device create. that can quickly disconnect the motor from the mains, if constant high overloads occur which would destroy the motor in a few seconds, and at the same time working with portable overloads is permitted and also with harmful overloads, which however are of a very short duration, i.e. with momentary overloads. The speed of action of the device is related to the value of the current that circulates in the heating resistor and the effectiveness of the Protection takes place faster, the higher this current value is. The thermal protector, the object of the invention, consists of an electrical heating resistor and a bimetal disc, which in Series are arranged in close proximity to one another in the electrical supply circuit of the motor, said Washer is able to supply the named supply circuit according to a predetermined value of its temperature interrupt, and is characterized by the fact that the said resistance because of the high value of the Temperature coefficient a pronounced change of the resistance value as a function of the temperature, therefore a response to the Cases of abnormal function occur all the faster as the value of the current in the supply circuit is higher is.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines in der beigefügten schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.Further features and advantages of the invention emerge from the following description of one in FIG accompanying schematic drawing illustrated embodiment.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht der gesamten Vorrichtung., Fig. 2 zeigt den Verlauf der Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit bei der Vorrichtung nach der Erfindung und bei einer üblichen Vorrichtung bei einer besonderen Funktionsart.Fig. 1 shows a sectional view of the entire device. Fig. 2 shows the course of the temperature as a function of time in the device according to the invention and in the case of a conventional device with a special type of function.

In Fig. 1 ist mit 10 das Gehäuse eines einphasigen., nicht dargestellten Induktionsmotors bezeichnet.In Fig. 1, 10 is the housing of a single-phase., Not indicated induction motor.

Eine Dose 11, die ein Wärmerelais 12 enthält, ist in üblicher und in der Figur nicht gezeigter Art und Weise auf dem Gehäuse 10 angebracht.A box 11 containing a heat relay 12 is shown in FIG mounted on the housing 10 in a conventional manner and not shown in the figure.

Das genannte Relais besteht aus einer Bimetallscheibe 13, die durch eine Schraubenverbindung auf einem Träger befestigt ist, der mittig auf dem Deckel der Dose 11 angeordnet ist. Ein elektrischer Widerstand 16 ist in direkter Nachbarschaft unter der Bimetallscheibe Ij5 angeordnet. Zwei von einer in der Figur nicht dargestellten Quelle elektromotorischer Kraft kommende Leiter 17 und speisen den Motor, und zwar verläuft der Draht 1δ direkt zur.Klemmleiste 19, während der Draht 17 mit einer durch-Said relay consists of a bimetal disc 13, which is fastened by a screw connection on a carrier which is centered on the lid of the can 11 is arranged. An electrical resistor 16 is in the immediate vicinity under the bimetal disc Ij5 arranged. Two conductors 17 and 17 coming from a source of electromotive force not shown in the figure feed the motor, namely the wire 1δ runs directly to the terminal strip 19, while the wire 17 with a through-

gehenden Klemme 20 verbunden ist, die auf dem Deckel der Dose 11 angeordnet ist. Eine andere durchgehende Klemme ist auf dem genannten Deckel zur Verbindung der Verlängerung 17^! des Drahtes 17 vorgesehen., der dann mit der Klemmenleiste 19 verbunden wird.going clamp 20, which is arranged on the lid of the can 11. Another continuous clamp is on the mentioned cover to connect the extension 17 ^! of the wire 17 is provided, which is then connected to the terminal block 19.

Die Endklemmen des elektrischen Widerstandes 16 werden im Innern der Dose mit der Klemme 21 und mit einer dritten Klemme 22 verbunden., die auf dem Deckel der Dose selbst angeordnet ist. Die elastische Bimetallscheibe 13 kann lediglich zwei Stellungen stabilen Gleichgewichtes einnehmen., wobei in der ersten dieser Stellungen ihre Kontakte 27), 2h, die sich an den Enden der Scheibe befinden, auf die Klemmen 20 und 21 drücken und die elektrische Kontinuität zwischen den Leitern 17 und 17' durch die Scheibe selbst und den Widerstand herstellen, wie aus Fig= I eindeutig hervorgeht. In der zweiten stabilen Gleichgewichtsstellung nimmt die Scheibe die in der Zeichnung gestrichelte dargestellte Lage ein und der elektrische Stromkreis ist in diesem Falle offen.The end terminals of the electrical resistor 16 are connected inside the can to the terminal 21 and to a third terminal 22, which is arranged on the lid of the can itself. The elastic bimetal disc 13 can only assume two positions of stable equilibrium, in the first of these positions its contacts 27), 2h , located at the ends of the disc, press on the terminals 20 and 21 and the electrical continuity between the conductors 17 and 17 'through the disk itself and the resistor, as clearly shown in FIG. In the second stable equilibrium position, the disk assumes the position shown in dashed lines in the drawing and the electrical circuit is open in this case.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 sei beispielsweise angenommen, daß aus einem beliebigen Grunde zu einem gewissen Zeitpunkt die Blockierung der vom Motor angetriebenen Arbeitsmaschine eintritt. Auf diese Art und Weise ergibt sich eine plötzliche Erhöhung des Speisungsstromes, der bis auf Werte steigen kann, die zehnmal größer sind als der Nominalwert. Die vom Nominalwert T5 ausgehende Temperatur der Bimetallscheibe beginnt mit dem bekannten exponent!eilenFor example, referring to FIG. 2, assume that for some reason at some point in time the blocking of the machine driven by the engine occurs. In this way it arises a sudden increase in the supply current, which can rise to values ten times greater than that Face value. The temperature of the bimetal disc starting from the nominal value T5 begins with the known exponential rate

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Verlauf zu steigen, und wenn sie den Öffnungswert T7 erreicht hat., spricht sie an und zwar durch das Schnappen der Bimetallscheibe aus der Schließstellung des Stromkreises in die Öffnungsstelung und damit zur Unterbrechung des Speisestromkreises. Von diesem Zeitpunkt an beginnt der abwärts gerichtete Verlauf,, der der Abkühlung der Bimetallscheibe entspricht. Wenn die Temperatur der Scheibe den Schließwert Τ6 erreicht., schnappt die, Bimetallscheibe in die in vollen Linien in der Figur gezeigte Schließstellung und der Speisestromkreis ist erneut geschlossen.Course to rise, and when they reach the opening value T7 has reached., speaks to her by snapping the bimetal disc from the closed position of the circuit to the open position and thus to the interruption of the supply circuit. From this point on, the downward course begins, that of the Cooling of the bimetal disc corresponds. When the temperature of the disc reaches the closing value Τ6., snaps the bimetal disc into the closed position shown in full lines in the figure and the supply circuit is closed again.

Wenn am Ende dieses ersten Zyklus die Maschine noch blockiert bleibt, beginnt ein neuer Zyklus mit den Phasen der Erhitzung und der Wiederabkühlung der Scheibe und so weiter, solange diese Anomalie dauert.If at the end of this first cycle the machine remains blocked, a new cycle begins with the phases the heating and re-cooling of the pane and so on continue as long as this anomaly lasts.

In Pig. 2 stellen die Kurven in vollen Linien den Verlauf der Erhitzungs- und Kühlphasen bei der Vorrichtung nach der Erfindung dar, während die gestrichelte Linie die entsprechenden Phasen einer üblichen Wärmeschutzvorrichtung darstellt. Wie aus Fig. 2 ersieht lieh., ist bei der Vorrichtung nach der Erfindung die Zeit ti, während der die Wicklungen unter Überlastung arbeiten, während der Erhitzungsphase eines jeglichen Zyklus wesentlich geringer als die Zeit tj>, während der die Wicklungen eines Motors überlastet werden, der mit einer üblichen Wärmeschutzvorrichtung versehen ist,In Pig. 2, the curves in full lines represent the course of the heating and cooling phases in the device according to the invention, while the dashed line represents the corresponding phases of a conventional thermal protection device. As can be seen from Fig. 2, in the device according to the invention, the time ti during which the windings operate under overload, during the heating phase of any cycle is substantially less than the time tj> during which the windings of a motor are overloaded which is provided with a standard thermal protection device,

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wobei angenommen wird,, daß die Widerstände der beiden Vorrichtungen bei Umgebungstemperatur von gleichem Wert sind. Der Unterschied zwischen den Zeiten t-, - t, ist beträchtlich und hängt vom Wert der Gleichgewichts- oder Betriebstemperaturen (Tq und T) bei den beiden Vorrichtungen ab. Da die beiden Vorrichtungen sich nur durch die Art der Legierungen unterscheiden, die die entsprechenden Widerstände bilden., kann aufgrund der bekannten Prinzipien der Wärmelehre angenommen werden, daß die Betriebstemperaturen im direkten Verhältnis nur mit den Energien verbunden sind, die von den Widerständen an Wärme zerstreut werden. Die Abkühlzeiten tp und tu sind selbstverständlich bei beiden in Betracht gezogenen Vorrichtungen gleich. Die in den Widerständen an Wärme zerstreuten Energien werden durch daswhere it is assumed, that the resistances of the two Devices are of the same value at ambient temperature. The difference between the times t-, -t, is considerable and depends on the value of the equilibrium or operating temperatures (Tq and T) for the two devices. Since the two devices differ only in the type of alloys that have the corresponding resistors form., can be based on the known principles of thermodynamics be assumed that the operating temperatures are in direct proportion only to the energies associated with heat dissipated by the resistances. The cooling times tp and tu are of course in for both Equal to considered devices. The energies that are dissipated in the resistors in the heat are absorbed by the

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bekannte Verhältnis ρ = RI ausgedrückt, worin I in dem in Betracht gezogenen Fall die Kurzschlußenergien Ice (bei blockiertem Rotor) ist und von den elektrischen Parametern des Stromkreises des Motors abhängt.2
known ratio ρ = RI expressed, where I in the considered case is the short circuit energies Ice (with locked rotor) and depends on the electrical parameters of the motor circuit.

Der Faktorj, der die zerstreute Energie ρ beträchtlich schwanken läßt und damit auch die Gleichgewichtstemperatur,, ist der Widerstand R, der bei der Veränderung der Innentemperatur im Falle von bei den üblichen Schutzvorrichtungen verwendeten Widerständen mit Temperaturkoeffizient von fast null konstant bleibt, während er sich bei der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, in der der verwendete Widerstand einen hohen Temperaturkoeffizienten aufweist, mit der Temperatur beträchtlichThe factor j which increases the dissipated energy ρ considerably can fluctuate and thus also the equilibrium temperature ,, is the resistance R, which with the change of the internal temperature in the case of resistors with temperature coefficient used in the usual protective devices remains constant from almost zero, while in the device according to the present invention, in which the resistor used has a high temperature coefficient with temperature considerably

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erhöht. Beim Übergang des Ice im Widerstand der Vorrichtung nach der Erfindung erhöht sich deren Wert in beträchtlicher Art und V/eise und damit erhöht sich auch der Wert der Energie p, die darin zerstreut wird. Eine Verringerung der Zeit, während der starke Wärmebeanspruchungen in den Wicklungen auftreten, bedeutet eine Verlängerung der Lebensdauer der Isolierung und damit des Motors selbst, was der Zweck der Erfindung ist.elevated. At the transition of the ice in the resistance of the device according to the invention, their value increases in a considerable manner and way and thus also increases the value of the energy p dissipated in it. A reduction in the time during high thermal loads occur in the windings, means an extension of the life of the insulation and thus of the engine itself, which is the purpose of the invention.

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Claims (1)

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS DIPL-ING. CURT WALLACHDIPL-ING. CURT WALLACH DIPL.-ING. GÜNTHER KOCHDIPL.-ING. GÜNTHER KOCH DR.TINO HAIBACHDR TINO HAIBACH "· L H D 9 4 9 * ~ 6. 5. 66"· LH D 9 4 9 * ~ 6/5 66 8 MÜNCHEN 2, *· ^Mai 1966 UNSER ZEICHEN: 10 179 " W/Κβ8 MÜNCHEN 2, * · ^May 1966 OUR MARK: 10 179 "W / Κβ N 18 428/21d GbmN 18 428 / 21d Gbm Schutzanspruch:Protection claim: Waraiesehutzvorrichtung für Elektromotoren mit einem elektrischen Heizwiderstand und einer Bimetallscheibe, die nahe aneinander in Serie in dem Speisestromkreis des Motors angeordnet sind, so daß die genannte Scheibe bei einem vorbestimmten Wert der Temperatur den Speisestromkreis unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (l6) aus einem Material mit einem hohen Temperaturkoeffizienten besteht.Warai protection device for electric motors with an electric Heating resistor and a bimetal disc, which are arranged close to each other in series in the supply circuit of the motor, so that said disk interrupts the supply circuit at a predetermined value of the temperature, characterized in that that the resistor (16) consists of a material with a high temperature coefficient. d« ursprünglich, eingereichten Unterlegen ob. 0J
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