DE2032633A1

DE2032633A1 - Überlastungsschutzschaltung

Info

Publication number: DE2032633A1
Application number: DE19702032633
Authority: DE
Inventors: John Manning Savidge Nornstown Pa Neilson (V St A)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1969-07-15
Filing date: 1970-07-01
Publication date: 1971-02-04
Also published as: FR2051762A1; JPS5137419B1; FR2051762B1; GB1314709A; US3600635A

Description

7011-70/Kö/S
RCA 61,698
Convention Date:
July 15, I969

RCA Corporation, New York, N.Y., V.St.A.

Überlastungsschutzschaltung

Die Erfindung betrifft eine Überlastungsschutzschaltung, welche die Stromzufuhr an einen Verbraucher bei Überschreiten einer vorbestimmten Stromstärke unterbricht.

In herkömmlichen Wechselstromkreisen benötigt man häufig eine Unterbrechereinrichtung, die den Verbraucher gegen Überströme schützt. Beispielsweise muß ein Elektromotor gegen Überlastströme geschützt werden, die bei Blockieren des Motors oder beim Betrieb mit gesperrtem Läufer auftreten können. Solche Überlastströme erreichen oft das Sechs- bis Zehnfache der Größe des Normallaststromes. Wenn der Motor bei solcher Überlastung im Dauerbetrieb arbeitet, brennen die Motorwicklungen durch. Bisher wurden zur Lösung dieses Problems Schmelzsicherungen, thermische Sicherungen oder Auslöser und ähnliche Schutzvorrichtungen verwendet. Diese Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie wegen ausgefressener Kontakte als Folge von Abschaltung bei Vollast laufend gewartet oder kontrolliert oder, im Falle von Schmelzsicherungen, nach dem Durchbrennen ersetzt werden müssen.

Demgegenüber wird erfindungsgeeäß als Stromkreisunterbrecher- eleaent ein Dreipolelement verwendet, das den Stromfluß im Strom weg zwischen seinem ersten und zweiten Pol wahrnimmt und zwei offenbare und schließbare mechanische Kontakte hat, deren einer

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an den dritten Pol angeschlossen und deren anderer mit dem Stromweg gekoppelt ist, derart, daß die Stellung der Kontakte durch die Stromstärke im Stromweg bestimmt wird.

. Erfindungsgemäß ist eine Überlastungsschutzschaltung zum Unterbrechen der Energiezufuhr an einen Verbraucher bei wahrgenommener Überlastung desselben mit einem Thyristor mit zwei Hauptelektroden und einer Steuerelektrode, der einen leitenden Zustand, in welchem der Verbraucher mit Strom gespeist wird, und einen nichtleitenden Zustand, in welchem die Stromzufuhr an den Verbraucher unterbrochen ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis des Thyristors und des Verbrauchers ein Dreipolelement liegt, das den über zwei seiner Pole zum Verbraucher gelieferten Strom wahrnimmt und je nach der Größe dieses Stromes die Zuleitung eines Schaltsignals an die Steuerelektrode des Thyristors Über seinen dritten Pol gestattet oder verhindert»

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen im einzelnen erläutert, deren Figuren verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schutzschaltung zeigen *

In Figur la und Ib ist ein Thyristor 15, z.B. ein Triac, mit seinen Hauptelektroden 14, 16 in Reihe mit dem Verbraucher 12 und der diesen speisenden Wechselstromquelle 10 geschaltet. Ein Dreipolelement 25 liegt mit seinem ersten und seinem zweiten Pol 24, 26 in Reihe mit der Wechselstromquelle 10, dem Thyristor 15 und dem Verbraucher 12. Der dritte Pol 2^ des Dreipolelements 25 ist über einen Widerstand 28 an die Steuerelektrode 17 des Thyristors 15 angeschlossen. Wie in Figur la und Ib dargestellt, hat das Dreipolelement 25 einen zwischen seinem ersten und seinem zweiten Pol 24, 26 angeordneten Bimetallstreifen 30, an dem der eine Kontakt 31 eines mechanischen Kontaktpaares befestigt ist, dessen anderer Kontakt 32 mit dem dritten Pol 27 des Dreipolelements verbunden ist. Bei der Ausführungsform nach Figur la und Ib ist der Bimetallstreifen 30 zwischen den Polen 24 und 26 angeordnet; sb daß er, wenn seine Temperatur sich unterhalb eines vorbestimmten Wertes befindet, die in Figur 1« gezeigte Lage mit geschlossenem Kontakt 31, 32 einnimmt.

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Figur la veranschaulicht die Verhältnisse unter normalen Betriebsbedingungen. Am Beginn jeder Halbwelle des zugeführten Wechselstromes wird der Thyristor 15 durch ein Steuer- oder Schaltsignal, das seiner Steuerelektrode 17 von der Wechselstromquelle 10 über den Widerstand 28 und den Pol 27 des Dreipolelements 25 zugeleitet wird, in den leitenden Zustand geschaltet·

Im Falle einer Stromüberlastung im Verbraucher 12 wird der die Pole 24 und 26 des Dreipolelements 25 verbindende Bimetallstreifen 30 infolge des durch den erhöhten Stromdurchgang hervorge rufenen Temperaturanstiegs ausgebogen, so daß die Kontakte 31 und 32 voneinander abgehoben oder getrennt werden, wie in Figur Ib gezeigt. Dadurch wird die Steuerelektrode 17 des Thyristors 15 von der Wechselstromquelle 10, die normalerweise das Schaltsignal liefert, abgeschaltet, so daß der Thyristor nicht in den leitenden Zustand schalten kann. Da die Kontakte 31* 32 nur diejenigen geringen Strommengen zu unterbrechen brauchen, die für das Schalten des Thyristors in den leitenden Zustand benötigt werden, ist ihre Lebensdauer bei nur minimaler Wartung praktisch unbegrenzt. Ferner ist es unwahrscheinlich, daß Ströme nennenswerter Stärke unterbrochen oder abgeschaltet werden müssen, da selbst die kleine Strommenge, die für das Schalten des Thyristors in den leitenden Zustand benötigt wird, nur am Beginn jeder Halbwelle des Wechselstroms vor dem Augenblick des Einschaltens des Thyristors im Steuerelektrodenkreis fließt.

Bei der Ausführungsform nach Figur la und Ib liegt der Thyristor in Reihe mit dem Verbraucher. Figur 2 zeigt eine andere Ausführungsform, bei welcher der Thyristor 15 im wesentlichen parallel oder im Nebenschluß zu dem zu schützenden Verbraucher 12 liegt. Bei dieser Ausführungsform ist der Bimetallstreifen so angeordnet, daß er, wenn seine Temperatur unterhalb eines vorbestimm ten Wertes liegt, die in Figur 2 gezeigte Lage mit geöffnetem Kontaktpaar einnimmt. Der Thyristor 15 kann daher normalerweise nicht leitend werden, da an seiner Steuerelektrode kein Schaltsignal anwesend ist. Wenn infolge erhöhten Stromflusses die Temperatur des BimetallStreifens über den vorbestimmten Wert ansteigt, wird der

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Bimetallstreifen so ausgebogen, daß seine Kontakte sich schließen, was zur Folge hat, daß die Steuerelektrode des Thyristors mit einem Schaltsignal beaufschlagt wird. Damit der Thyristor nicht beschädigt werden kann, ist in Reihe mit der Spannungsquelle eine Begrenzungsimpedanz geschaltet, die den Kurzschlußstrom innerhalb der Grenzen der Belastbarkeit des Thyristors hält. Wenn der Thyristor einschaltet, wird der Strom vom Verbraucher durch die Begrenzungsimpedanz abgeleitet. In Figur 2 ist beispielsweise in Reihe mit dem Thyristor ein Sekundärmotor 12' geschaltet, der durch den Thyristor in Betrieb gesetzt wird, wenn der Primärmotor überlastet wird. Als weiteres Beispiel kann man in diesen Sekundärstromweg eine Warnvorrichtung 34 einschalten, die den Über-™ lastungszustand im Stromkreis des Primärverbrauchers anzeigt.

Bei den Ausführungsformen nach Figur 3 und 4 wird der Thyristor normalerweise durch ein von der Wechselstromquelle über den Tastwiderstand 28 bei normalerweise geöffneten Kontakten 31, 32 des Dreipolelements 25 geliefertes Schaltsignal in den leitenden Zustand geschaltet. Bei Überlastung schließen sich die Kontakte 31, 32, so daß der Tastkreis kurzgeschlossen werden und folglich der Thyristor nicht leitend werden kann. Die Stromzufuhr zum Verbraucher 12 wird dann durch die Impedanz des Tastwiderstands 28 eingeschränkt. Bei der Ausführungsform nach Figur 4 werden zum Unterschied von den thermisch betätigten Unterbrecher- ^ kontakten 31, 32 nach Figur 1-3 magnetisch betätigte Unterbrecherkontakte 31', 32' verwendet. In jedem Fall kann die Unterbrecheranordnung so konstruiert werden, daß sie entweder selbstrückstellend ist, d.h. nach einer gewünschten Zeitspanne in ihre ursprüngliche Lage zurückkehrt, oder aber arretiert wird und von Hand rückgestellt werden muß.

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Claims

Pat.enta η sprüche

( 1.J Überlastungsschutzschaltung zum Unterbrechen der Energiezufuhr an einen Verbraucher bei wahrgenommener Stromüberlastung desselben mit einem Thyristor mit zwei Hauptelektroden und einer Steuerelektrode, der einen leitenden und einen nichtleitenden Zustand aufweist, wobei je nach dem Zustand des Thyristors der Stromfluß im Verbraucher entweder vorhanden oder unterbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis des Thyristors (15) und des Verbrauchers (12) ein Dreipolelement (25) liegt, das den über zwei seiner Pole (24> 26) zum Verbraucher gelieferten Strom wahrnimmt und je nach der Größe dieses Stromes die Zuleitung eines Schaltsignals an die Steuerelektrode (17) des Thyristors über seinen dritten Pol (27) entweder gestattet oder verhindert.
2. Überlastungsschutzschaltung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß das Dreipolelement (25) ein in Reihe mit seinem dritten Pol (27) liegendes Paar von mechanischen Kontakten (31> 32) mit einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung aufweist, wobei durch die von der Stromzufuhr an den Verbraucher abhängige Stellung dieser Kontakte die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Schaltsignals an der Steuerelektrode (17) des Thyristors (15) bestimmt wird.
3· Überlastungsschutzschaltung nach Anspruch 2, d a durch gekennzeichnet, daß die Kontakte (31, 32) thermisch betätigt werden.
4· Uberlastungeechutzschaltung nach Anspruch 2, da durch gekennzeichnet, daß die Kontakte (31', 32'j Figur 4) magnetisch betätigt werden.
5· Überlastungsschutzschaltung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten und deni zweiten Pol (24, 26) des Dreipolelements (25) ein

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Bimetallstreifen (30) angeordnet ist, mit welchem der eine Kontakt (31) des mit seinem anderen Kontakt (32) an den dritten Pol (27) angeschlossenen mechanischen Kontaktpaares (31, 32) verbunden ist und der, wenn er von einem eine vorbestimmte Größe übersteigen ' den Strom durchflossen wird, durch seine Ausbiegung die Kontakte voneinander abhebt, derart, daß die Zuleitung des Schaltsignals an die Steueniektrode (17) des Thyristors (15) über den dritten Pol (27) unterbrochen wird.
6. Dreipolelement zum Wahrnehmen des Stromflusses zwischen seinem ersten und seinem zweiten Pol, gekennz eichk net durch ein Paar von offenbaren und schließbaren mechanischen Kontakten (31, 32), deren einer (32) an den dritten Pol (27) angeschlossen und deren anderer (31) mit dem Stromweg zwischen dem ersten und dem zweiten Pol (24, 26) gekoppelt ist, derart, daß die Stellung der Kontakte durch die Größe des Stromflusses in diesem Stromweg bestimmt wird.
7· Dreipolelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten und dem zweiten Pol (24, 26) ein Bimetallstreifen (30) angeordnet ist, mit dem der andere Kontakt (31) des Kontaktpaares gekoppelt ist und der in Abhängigkeit von dem ihn durchfließenden Strom das Kontaktpaar öffnet oder schließt.
8. Dreipolelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (31¹, 32') in Abhängigkeit von dem den Stromweg durchfließenden Strom magnetisch betätigt werden (Figur 4).

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