DE2060483A1

DE2060483A1 - Elektrische Motorschutzvorrichtung

Info

Publication number: DE2060483A1
Application number: DE19702060483
Authority: DE
Inventors: Franz Dr-Ing Buenger; Karl-Heinz Lehmann
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1970-12-09
Filing date: 1970-12-09
Publication date: 1972-06-15
Also published as: FR2117946B1; US3753070A; IT945341B; GB1379550A; JPS4712370A; FR2117946A1; CH540592A

Description

MANNHEIM BROWN BOVEF."

, - . Mannheim, den

Mp.-Nr. 675/70 Pat-Eb./d

Elektrische. Mot orschut ζ vorrichtung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung zum Schutz von Elektromotoren gegen thermische überlastung mit einem im Hauptstromkreis liegenden Heizwiderstand und einem mit diesem in Wärmekontakt stehenden Temperaturfühler-Widerstand mit temperaturabhängigem Widerstandsverlauf, der zur Lieferung einer Signalspannung an eine Abschaltsteuereinrichtung angeschaltet ist.

Es ist bekannt, Schaltvorrichtungen zum Schutz von Verbrauchern mit einem temperaturabhängigen Widerstand auszubilden, der mit einem in der Hauptstrombahn des Verbrauchers liegenden Widerstand in Wärmekontakt steht CDt-OS 1 563 572). Dabei wird die Widerstandsänderung des temperaturabhängigen Widerstandes dazu benutzt, eine Entladungslampe zu steuern, die einen Fotowiderstand beeinflußt, der wiederum eine Relaisspule steuert. Es ist auch bekannt, mehrpolige Schutzvorrichtungen mit parallelgeschalteten temperaturabhängigen Widerständen auszubilden.

Es ist außerdem bekannt, Motorschutzrelais mit einer elektronischen Steuereinrichtung auszubilden, die bei überströmen eine verzögerte Abschaltung vornimmt, wobei die Verzögerung von der Höhe des Überstroms abhängt ( Technische Mitteilungen AEQ/ Telefunken 59(1969) Heft 6, S.388 - 392).

Bei Elektromotoren ist es allgemein erwünscht, mit einem möglichst geringen Aufwand an Material bezw. mit einem möglichst kleinen Volumen auszukommen. Die Motoren werden deshalb häufig hoch heiastet und arbeiten mit einer hohen Betriebstemperatur. Bei überlastung eines betriebswarmen Motors muß eine Abschal-

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tung nach relativ kurzer Verzögerung erfolgen.

Bei der Einschaltung eines Motors aus dem kalten Zustand ist jedoch eine längere Überlastung zulässig und infolge der benötigten Antriebsarbeit häufig erwünscht. In diesem Fall soll die Motorschutzvorrichtung längere Auslöseverzögerungen ergeben.

Eine Unterscheidung der Auslöse-Verzögerung je nach dem Ausgangs-! zustand des Motors wurde bei Motorschutzschaltern mit Thermo - !

Bimetallen bis zu einem gewissen Grade erreicht. Bei Schutzschaltern für große Motoren müssen solche Thermo-Bimetalle jedoch sehr groß und aufwendig ausgebildet werden. Motorschutzvorrichtungen mit elektronischen Steuereinrichtungen haben den Nachteil, daß die Verzögerungszeiten lediglich lastabhängig sind und den' tatsächlichen Temperturzustand des Motors nicht berücksichtigen.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Schaltvorrichtung zum Schutz von Elektromotoren gegen thermische überlastung anzugeben mit einem Ansprechverhalten, das den zulässigen Überlastungsbereich von Motoren möglichst gut ausnutzt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Schaltvorrichtung der genannten Art dadurch gelöst, daß der im HauptStromkreis liegende Heizwiderstand in seinem thermischen Verhalten dem Elektromotor nachgebildet ist. Hierbei werden das Volumen und die Wärmeisolierung so ausgeführt, daß sich Zeitkonstanten ergeben, die länger als einige Minuten sind.

In Weiterbildung der Erfindung wird im Hauptstromkreis zusätzlich! ein unverzögerter überstromauslöser angeordnet. Dieser bewirkt eine sofortige Abschaltung bei Kurzschlüssen.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Abschaltsteuereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß an den Eingang eines Verstärkers der Abschaltsteuereinrichtung eine Basis-Vorspannung angelegt wird, die an einem Potentiometer einstellbar ist und von einem weiteren temperaturabhängigen Widerstand zur Kompensation der Raumtemperatur am Ort der Schaltvorrichtung, z.B. in einem Schaltschrank, beeinflußt wird.

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Diese Motorschutzvorrichtung ist für einpolige Motoren verwendbar, sie ist aber besonders geeignet für mehrpolige Elektromotoren, indem erfindungsgemäß jedem Hauptstromkreis ein Heizwiderstand und ein mit diesem in Wärmekontakt stehender Temperaturfühler-Widerstand mit stark temperaturabhängigem Widerstandsverlauf zugeordnet ist, indem jeder dieser Temperaturfühler-Widerstände mit einem für sich einstellbaren Widerstand zu einem Spannungsteiler zusammengeschaltet ist und indem die Signalspannungen über eine "ODER-Schaltung" an die Absehaltsteuereinrichtung geschaltet werden. Mit Hilfe der einstellbaren Spannungsteiler - Widerstände lassen sich die Streuungen der einzelnen Bauelemente ausgleichen. Die aus den Widerständen gebildeten Meßvorrichtungen lassen sich damit in jedem Pol für sich abgleichen. Durch die "ODER-Schaltung" wird erreicht, daß jeweils die höchste Signalspannung am Eingang der Abschaltsteuereinrichtung wirksam wird, so daß eine niedrigere Signalspannung, die in einem Zweig mit geringerer Belastung vorhanden ist, keine Beeinflussung durch Parallelschaltung ergibt.

In Weiterbildung der Erfindung wird die "ODER-Schaltung" durch Mehrfachdioden gebildet. Dies ergibt den Vorteil, daß der Ansprechxiert der in den Zweigen gebildeten Spannungsteiler beim Mehrfachen der Knickspannung einer Einfachdiode liegt, wodurch ein schnelleres Ansteigen der Signalspannung im Ansprechbereich erreicht wird.

Die Motorschutsvorrichtung ist vorteilhafter Weise so ausgebildet, daß der Motornennstrom an einem Potentiometer eingestellt wird, das die Basis-Vorspannung für den Verstärker der Abschaltsteuereinrichtung verändert. Die Potentiometerachse kann dabei mit einem Zeiger versehen werden, der auf eine in Nennstrom- | werten geeichte Skala weist.

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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird zusätzlich ein künstlich gebildeter Sternpunkt in den Hauptleitungen über einen Gleichrichter an den Eingang der Abschaltsteuereinrichtung gelegt, der bei Spannungsausfall in einer oder zwei Hauptleitungen eine zusätzliche Signalspannung liefert. Hierdurch wird ein Phasenausfallschutz erreicht.

Eine erfindungsgemäße, vorteilhafte Ausbildung der Schutzvorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Ausführung als Anbaugerät für Schütze und/oder Motorschalter. Hierbei wird die Schutzvorrichtung elektrisch und mechanisch an Anschlußklemmen des Schützes oder des Motorschalters angeschlossen und zwar mit Anschlußlaschen, die aus der Schutzvorrichtung herausstehen und in die Klemmen des Gerätes passen. Die Schutzvorrichtung weist ihrerseits Anschlußklemmen für den Anschluß der Zuleitungen auf.

Die weitere erfindungsgemäße Ausbildung der Schutzvorrichtung ist gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit zwei Schalen, wobei die Teile der Hauptstromseite und die Hauptanschlüsse in der einen Gehäuseschale, Teile der Abschaltsteuereinrichtung mit den zugehörigen Anschlußgliedern.eines Netzteiles und die Anschlußklemmen des Steuerkontaktes in der anderen Gehäuseschale angeordnet sind.

Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist in den Zeich- i nungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. j

Es zeigen: ι

Pig.l eine Prinzipschaltung der erfindungsgemäßen Schaltvor- ^:

richtung, |

Fig.2 eine Ausbildung der Abschaltsteuereinrichtung mit der i

Anschaltung der signalgebenden Glieder, ·

Fig.3 eine Ausbildung des im Hauptstromkreis liegenden Heiz- : Widerstandes mit dem in Wärmekontakt stehenden temperatur-

abhaniLgen Widerstand und '

Fig.¹* die Anordnung des Temperaturfühler-Widerstandes im Heizleiter des Heizwiderstandes und ■

Fig. 5 denmechanischen^Aufbau des Gerätes.__..

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Für den Anschluß von spannungsführenden Hauptstromleitungen sind zwei Gruppen von Anschlußklemmen 1 und 2 vorhanden, zwischen deneri jeweils Heizwiderstände 3 eingeschaltet sind. In die Hauptstromleitungen sind außerdem unverzögerte Auslöser 4 eingeschaltet, deren Anker gemeinsam auf einen Schaltkontakt 5 wirken.

Mit den Heizwiderständen 3 stehen Temperaturfühler-Widerstände 6 mit stark temperaturabhängigem Widerstandsverlauf in Wärmekontakt. Zur Stromversorgung der Abschaltsteuervorrichtung ist ein Netzgerät 7 vorhanden, dessen Speisung aus den Hauptstromleitungen bezw.über eine Nulleiterklemme 8 erfolgt.

Die Temperaturfühler-Widerstände 6 bilden.;jeweils mit einstellbaren Widerständen 9, die zur Eliminierung der Toleranzen der Widerstände 3 und 6 sowie des Wärmekontakts dienen, Spannungsteiler, deren Mittelpunkte über Mehrfachdioden 10 zusammengeschaltet und an den Eingang des Verstärkers 12 gelegt werden. Die Temperaturfühler-Widerstände 6 liefern mit dieser Schaltung die Signalspannung für die.Abschaltsteuereinrichtung.

Am Eingang des Verstärkers 12 liegt außerdem eine Vorspannung, die aus einer mittels einer Zenerdiode 13 stabilisierten Spannung an einem Potentiometer lit· eingestellt wird, mit dem ein weiterer temperaturabhängiger Widerstand 15 zur Kompensation der Umgebungstemperatur in Reihe geschaltet ist.

Aus Fig.2 geht die Anschaltung· der die Signalspannung erzeugenden Glieder sowie der die Vorspannung erzeugenden Glieder an einem Transistor 16 hervor, der zusammen mit einem Relais 17 den Verstärker 12 bildet. Mit dem Potentiometer 11 läßt sich der An sprechwert der Abschaltsteuereinrichtung verändern, so daß der Motornennstrom der Motorschutzvorrichtung damit eingestellt werden kann. Das Potentiometer 11 ist von außen einstellbar mit einem Drehknopf 18, der in Fig.5 dargestellt ist. Zur genauen Einstellung ist am Gehäuse eine Skala 19 angebracht.

Für einen zusätzlichen Phasenausfallschutz werden drei Widerstände 20 an die Hauptstromleitungen angeschaltet und zu einem künstlichen Sternpunkt zusammengeschlossen, der über eine Diode 21 und einen Widerstand ebenfalls an den Eingang des Verstärkers 12

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gelegt wird. Da der negative Pol des Verstärkers 12 über das Netzgerät 7 mit der NuIDeiterklemme 8 verbunden ist, tritt bei Ausfall der Spannung in ein oder zwei der Hauptstromleitungen an dem künstlichen Sternpunkt eine Wechselspannung auf, die über die Diode 21 und einen Widerstand den Verstärker 12 ansteuert.

Die unverzögerten Auslöser 4 schließen bei Auftreten eines Kurzschlußstromes den Schaltkontakt 5, wodurch ebenfalls der Eingang des Verstärkers 12 angesteuert wird.

Die Wirkungsweise der Schutzvorrichtung ist folgende: Bei Überstrom erwärmen sich einer oder mehrere Heizwiderstände 3· Die mit den Heizwiderständen in Wärmekontakt stehenden Temperaturfühler-Widerstände 6 werden niedeiOhmig, so daß die Mittelpunkte der Spannungsteiler eine höhere positive Spannung erhalten, über die Mehrfachdioden 10 gelangt diese Spannung an den Eingang des Verstärkers 12 und macht den Transistor 16 leitend. Der über den Kollektor des Transistors 16 fließende Strom bewirkt direkt oder über ein weiteres Verstärkerelement die Betätigung des Relais 17 mit seinem Steuerkontakt 22. Der Steuerkpntakt 22 bewirkt die Abschaltung des zu schützenden Motors, z.B. durch Unterbrechen der Steuerleitung des vorgeschalteten Schützes. In Fig.3 ist der Aufbau des Heizwiderstandes 3 mit dem in Wärmekontakt stehenden Temperaturfühler-Widerstand 6 dargestellt. Der Heizwiderstand 3 besteht aus Widerstandsmaterial 23, dessen Querschnitt in der Nähe des Temperaturfühler-Widerstandes eine Verengung 24 aufweist, wodurch die Quelle der Erwärmung näher an den Temperaturfühler Widerstand herangebracht wird. An den Enden des Widerstandsmateri-, als sind Anschlußstücke 25 angebracht, die auch als Winkel ausgebildet sein können und/oder eine Anschlußklemme für Zuleitungen bilden. Der Temperaturfühler-Widerstand ist in eine Bohrung des Widerstandsmaterials hineingesteckt und mit einem temperaturbeständigen Mittel nach Fig.k eingebettet.

Fig. 5 zeigt die Ausbildung der Schutzvorrichtung als kompaktes Gerät in Schalenbauweise. Dabei enthält eine Gehäuseschale 26 die zwei Gruppen von Anschlüssen 1 und 2. Eine Gruppe.-dieser Anschlüsse läßt sich direkt an die Anschlußklemme eines Motorschalters oder eines Schützes anschließen, die andere Gruppe

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der Anschlüsse wird selbst als Anschlußklemmen ausgebildet und dient zum Anschluß der Netzzuleitungen oder der Leitungen zu dem zu schützenden Elektromotor. Die Gehäuseschale 26 enthält außerdem eine Nulleiterklemme 8 sowie den Drehknopf 18 des Potentiometers 11 und eine dazugehörige Skala 19. In dieser Gehäuseschale 26 sind auch die anderen Teile der HauptStromkreise' also die Heizwiderstände 3, die Auslöser 4 mit dem Schaltkon- j takt 5 sowie die Temperaturfühler-Widerstände 6 und die Wider- ; stände 9 enthalten.

In der anderen Gehäuseschale 27 sind die Teile der Abschaltsteuereinrichtung , des Netzgerätes 7» des Verstärkers 12 und die Anschlußklemmen 28 zum Steuerkontakt 22 angeordnet.

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Claims

- 8 Patentansprüche

Schaltvorrichtung zum Schutz eines .Elektromotors gegen thermische Überlastung mit einem im Hauptstromkreis liegenden Heizwiderstand und einem mit diesem in Wärmekontakt stehenden Temperaturfühler-Widerstand mit temperaturabhängigem Widerstandsverlauf, der zur Lieferung einer Signalspannung an eine Absehaltsteuereinrichtung angeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand (3) in seinem thermischen Verhalten dem Elektromotor nachgebildet ist.
2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß imHauptstromkreis zusätzlich ein unverzögerter Überstrom-Auslöser (4) angeordnet ist.
3. Schaltvorrichtung nach Ansprüchen 1 oder 2,

dadurch geken-nzeichnet, daß an den Eingang eines Verstärkers (12) der Abschaltsteuereinrichtung eine Vorspannung angelegt wird, die an einem Potentiometer OM-) einstell- j bar ist und von einem weiteren temperaturabhängigen Widerstand (15) zur Kompensation der Raumtemperatur am Ort der Schalt- j Vorrichtung beeinflußt wird.
4. Schaltvorrichtung für mehrpolige Elektromotoren nach den Ansprüchen 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß jedem HauptStromkreis ein Heizwiderstand (3) und ein mit diesem in Wärmekontakt stehender Temperaturfühler-Widerstand (6) zugeordnet ist, daß jeder Temperaturfühler-Widerstand (6) mit einem für sich einstellbaren Widerstand (9) zu einem Spannungsteiler zusammengeschaltet ist und daß die Signalspannungen über eine "ODER-Schaltung" an die Abschaltsteuereinrichtung geschaltet werden.
5· Schaltvorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die "ODER-Schaltung" durch Mehrj fachdioden (10) gebildet wird.

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6. Sehaltvorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Absehaltstromstärke an einem Potentiometer (11) einstellbar ist und daß das Potentiometer (11) den Spannungsteiler*^ 6,9) vorgeschaltet ist.
7. Schaltvorrichtung nach Ansprüchen 4 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein aus Widerständen (20) gebildeter künstlicher Sternpunkt zwischen den Hauptleitungen über einen Gleichrichter (21) an den Eingang der Abschaltsteuereinrichtung gelegt wird.
8. Schaltvorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als Anbaugerät für Schütze und/oder Motorsehalter.

9· Schaltvorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit zwei Gehäuseschalen, wobei in oder an einer Gehäuseschale (26) die Anschlüsse ( 1, 2, 8 ), die elektrischen Teile der Hauptstromleiter C 3,^,5,6), das Potentiometer (11) zur Einstellung des Nennstromes und eine Skala (19) angeordnet sind, während in .der anderen Gehäuseschale (27) die Teile der Abschaltsteuereinrichtung, eines Netzgerätes (7) und die Anschlußklemmen(28) eines Steuerkontaktes (22) angeordnet sind.

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