DE2327064C3 - Overload protection circuit for electric motors - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Überlastungsschutzschaltung für einen Elektromotor, dessen Betriebsstrom über Halbleiterstellglieder fließt, die von einer auf eine dem Motorstrom proportionale Spannung ansprechenden Halbleitersteuerstufe angesteuert werden.The invention relates to an overload protection circuit for an electric motor, its operating current flows through semiconductor actuators, which respond to a voltage proportional to the motor current Semiconductor control stage are controlled.

Überlastungsschutzschaltungen für Elektromotoren, die an das elektrische Versorgungsnetz angeschlossen sind, arbeiten mit einem in Reihe zu der Motorwicklung so liegenden Vorwiderstand, dessen Spannungsabfall zur Steuerung einer Überwachungsstufe aus Halbleitern benutzt wird. Eine derartige Schaltung ist in »Siemens Halbleiter-Schaltbeispiele 1970«, S. 111 und 112, beschrieben. Dort ist auch be.eits eine Zeitverzögerung des Signals der Überwachungsstufe angegeben, um ein Ansprechen der Überlastungsschutzschaltung auf den hohen Anlaßstrom des Elektromotors auszuschließen. Durch die Überwachungsstufe wird eine Abschaltstufe mit einem Thyristor gezündet, wodurch die Schützspule &° kurzgeschlossen wird, so daß der Motorstrom unterbrochen wird.Overload protection circuits for electric motors connected to the electrical supply network are working with one in series with the motor winding like this lying series resistor, its voltage drop for controlling a monitoring stage made of semiconductors is used. Such a circuit is described in "Siemens Semiconductor Switching Examples 1970", pp. 111 and 112. There is also given a time delay for the signal from the monitoring stage by a Exclude response of the overload protection circuit to the high starting current of the electric motor. The monitoring stage triggers a disconnection stage with a thyristor, which causes the contactor coil & ° is short-circuited, so that the motor current is interrupted.

Eine andere Schaltung dieser Art ist in »Elektronik 1970«, Heft 11, S. 390, beschrieben, wo die einen Thyristor enthaltende Abschaltstufe die Steuerspannung für einen in Reihe zu der Motorwicklung liegenden Thyristor kurzschließt, so daß derselbe keinen Strom mehr durchläßt.Another circuit of this type is described in "Electronics 1970", No. 11, p. 390, where the one thyristor Shutdown stage containing the control voltage for a thyristor in series with the motor winding short-circuits so that it no longer lets any current through.

Elektromotoren, die über Halbleiterstellglieder angesteuert werden, haben normalerweise eine niedrige Speisespannung, z. B. eine Batterie.pannung. Dies gilt insbesondere in Kraftfahrzeugen, wo die Speisespannung 12 oder 24 V beträgt, oder in batteriebetriebenen Tonbandgeräten. In diesen Fällen ist ein Vorwiders.and in Reihe zu dem Elektromotor nicht zulässig, weil derselbe die Betriebsspannung für den Motor in unzulässigem Ausmaß herabsetzen würde. Außerdem haben die bekannten Überlastungsschutzschaltungen nur eine fest einstellbare Schaltschwelle, so daß sie für Motoren mit stufenweise oder stufenlos einstellbarer Drehzahl nicht geeignet sind. .Electric motors that are controlled by semiconductor actuators usually have a low Supply voltage, e.g. B. a battery voltage. this applies especially in motor vehicles, where the supply voltage 12 or 24 V, or in battery-operated Tape recorders. In these cases, a pre-conflict in series with the electric motor is not permitted because it is the same would reduce the operating voltage for the motor to an impermissible extent. They also have known overload protection circuits only have a permanently adjustable switching threshold, so that they can be used for motors with stepwise or steplessly adjustable speed are not suitable. .

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Überlastungsschutzschaltung, die keinen Vorwiderstand im Ankerstromkreis des Elektromotors benötigt und die für in ihrer Drehzahl stufenweise oder stufenlos einstellbare Elektromotoren in allen Betriebszuständen einen sicheren Schutz gewährt. Dieses gilt insbesondere für Lüftermotore in Kraftfahrzeugen, bei denen ein Schutz gegen Schwerlauf, Blockieren oder Kurzschluß erforderlich ist.The object of the invention is to provide a Overload protection circuit that does not require a series resistor in the armature circuit of the electric motor and the one for electric motors that can be adjusted step by step or steplessly in their speed in all operating states guaranteed protection. This applies in particular to fan motors in motor vehicles in which a Protection against heavy running, blocking or short circuit is required.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Eingang einer Überwachungsstufe an einen vom Steuerstrom des Halblei'erstellgliedes durchflossenen Widerstand und der andere Eingang an eine Motoranschlußklemme angeschlossen ist und daß der Ausgang der Überwachungsstufe über einen Verzögerungskreis an eine Abschaltstufe angeschlossen isi, die die Eingangsstrecke der Halbleitersteuerstufe kurzschließt. This object is achieved according to the invention by that an input of a monitoring stage to one of the control current of the semiconductor actuator through which the resistance flows and the other input is connected to a motor connection terminal and that the output of the monitoring stage is connected to a shutdown stage via a delay circuit, which short-circuits the input path of the semiconductor control stage.

Da der Steuerstrom dem Motorstrom ungefähr proportional ist, kann der durch den Steuerstrom verursachte Spannungsabfall für die Überwachung ausgenutzt werden, ohne dadurch die Speisespannung des Elektromotors zu beeinträchtigen. Damit in allen Betriebszuständen des Elektromotors eine sichere Überwachung möglich ist, wird nicht der Steuerstrom aliein bzw. der durch den Steuerstrom verursachte Spannungsabfall für die Überwachung ausgenutzt, sondern vielmehr auch die Motorspannung, so daß in allen Betriebszuständen des Elektromotors ein sicheres Ansprechen der Schutzschaltung gewährleistet ist.Since the control current is approximately proportional to the motor current, the one caused by the control current can Voltage drop can be used for monitoring without reducing the supply voltage of the To affect the electric motor. So in all operating states safe monitoring of the electric motor is possible, the control current is not used alone or the voltage drop caused by the control current is used for monitoring, but rather rather also the motor voltage, so that a reliable response in all operating states of the electric motor the protective circuit is guaranteed.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein zum Schließkontakt gehöriger Druckknopf und ein Drehknopf eines die Motordrehzahl einstellenden Führungsgliedes zu einem gemeinsamen Betätigungsknopf zusammengefaßt sind, von dem aus beide Teile unabhängig voneinander betätigt werden können.According to a further development of the invention it is provided that a push button belonging to the closing contact and a knob of an engine speed adjusting guide member to a common operating knob are summarized, from which both parts can be operated independently.

Die betätigung des Druckknopfschalters erfolgt durch axiale Verstellung des Druckknopfes, wodurch die Schaltung in Betrieb gesetzt und nach Auslösung der Abschaltung wieder rückgesetzt werden kann. Der Drehknopf ermöglicht die Einstellung der Motordrehzahl. Da die axiale Bewegung des Druckknopfes und die Drehbewegung unabhängig voneinander sind, ändert sich die Einstellung der Drehzahl nicht bei einer Betätigung des Druckknopfes.The push-button switch is actuated by axially adjusting the push-button, whereby the circuit is put into operation and can be reset again after the shutdown has been triggered. the Rotary knob enables the motor speed to be set. Since the axial movement of the push button and the rotary motion are independent of each other, the speed setting does not change with one Actuation of the push button.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in der zeigtThe invention is explained below with reference to the drawing, in which shows

F i g. 1 die Überlastungsschutzschaltung nach der Erfindung in einem Blockschaltbild undF i g. 1 shows the overload protection circuit according to the invention in a block diagram and

F i g. 2 ein Schaltplan für eine Ausführungsform der Überlastungsschutzschaltung.F i g. Figure 2 is a circuit diagram for one embodiment of the overload protection circuit.

Ein Elektromotor Mist in Reihe zu einem Halbleiterstellglied 1 an die Anschlußklemmen 3 für die Betriebsspannung (+Ue und - Ue) angeschlossen. In einem Führungsglied 4 wird die Führungsgröße für die ge-An electric motor Mist is connected in series to a semiconductor actuator 1 to the terminals 3 for the operating voltage (+ Ue and - Ue) . In a guide element 4, the reference variable for the

wünschte Moiorspannung und damit die gewünschte Motordrehzahl eingestellt. In einer Vergleicherstufe 5 werden diese Führungsgröße und die über die Rückkoppelungsstufe 6 eingegebene Mo'orspannung miteinander verglichen. Das Ausgangssignal der Vergleicherstufe 5 wird in einem Verstärker 7 verstärkt und beaufschlagt eine Halbleitersteuerstufe 8, deren Ausgangsstrom das Halbleiterstellglied 1 und damit den Motorstrom steuert. Der Ausgangostrom der HaIbleitersteierstufe 8, also der Steuerstrom des Halbleiter-Stellgliedes 1, ist dem jeweiligen Motorsirom in etwa proportional.desired Moior voltage and thus the desired engine speed set. In a comparator stage 5 become this reference variable and the one via the feedback stage 6 entered Mo'ors voltage compared with each other. The output signal of the comparator stage 5 is amplified in an amplifier 7 and applied to a semiconductor control stage 8, whose Output current controls the semiconductor actuator 1 and thus the motor current. The output current of the semiconductor control stage 8, i.e. the control current of the semiconductor actuator 1, is approximately the respective motor sirom proportional.

Eine Überwachungsstufe 9 vergleicht die an einem Abgriff 10 abgenommene, dem Motorstrom ungefähr proportionale Spannung und die an einem Abgriff U abgenommene Motorspannung. Bei einem vorgegebenen, vorzeichenrichtigen Difierenzwert dieser Spannung gibt die Überwachungsstufe 9 ein Signal an eine Abschaltstufe 12 weiter, über deren Ausgangsleitungen der Eingang der Halbleitersteuerstufe 8 kurzgeschlossen wird. Infolgedessen verschwindet der Steuerstrom und damit auch der Motorstrom, d. h., der Elektromotor wird abgeschaltet. Ein schematisch dargestellter Schalter 14 ist nls Druckknopfschalter mit gekoppeltem Drehwiderstand ausgebildet und dient einerseits als Betriebsschalter und andererseits zur Rücksetzung der Abschaltstufe 12 sowie zur Einstellung des Führungsgliedes 4. A monitoring stage 9 approximately compares the motor current taken from a tap 10 proportional voltage and the motor voltage taken from a tap U. For a given, With the correct sign of the difference value of this voltage, the monitoring stage 9 sends a signal to a Shutdown stage 12 further, via the output lines of which the input of the semiconductor control stage 8 is short-circuited will. As a result, the control current disappears and with it the motor current, i.e. i.e., the electric motor is switched off. A schematically shown switch 14 is nls push-button switch with coupled Rotary resistance formed and serves on the one hand as an operating switch and on the other hand to reset the Shutdown stage 12 as well as for setting the guide link 4.

Eine Ausführungsform der beschriebenen Schaltung ist nunmehr in F i g. 2 dargestellt. Das Führungsglied 4 ist der Einstellwiderstand, der mechanisch mit dem Druckknopf des Druckknopfschalters 14 gekoppelt ist. Die Vergleicherstufe ist als Transistorverstärkerstufc mit dem Transistor Tn ausgebildet, an dessen Basis einerseits das Führungsglied 4 und andererseits die Rückkoppelungsstufe 6 angeschlossen sind. Das Ausgangssignal des Transistors Tn gelangt in eine zweite Verstärkerstufe mit einem Transistor Tn. Dessen Ausgangssignal liegt an der Basis eines Transistors Tn der Steuerstufe. Der Ausgangsstrom dieser Steuerstufe erzeugt in einem Widerstand 15 einen Spannungsabfall. Der Emitterstrom dieser Steuerstufe steuert den Arbeitspunkt eines Transistors Tn des Halbleiterstcllglieds. Durch diesen Transistor Tn fließt der Gesamtstrom des Elektromotors M. In der Zeichnung ist in strichpunktierten Linien ein weiterer Transistor Tn des Halbleiterstellgliedes sowie entsprechend ein weiterer Widerstand 16 eingezeichnet. Diese zusätzlichen Schaltglieder können wahlweise Verwendung finden, um den Belastungsstrom der Transistoren innerhalbAn embodiment of the circuit described is now in FIG. 2 shown. The guide member 4 is the adjustment resistor which is mechanically coupled to the push button of the push button switch 14. The comparator stage is designed as a transistor amplifier stage with the transistor Tn , to whose base, on the one hand, the guide element 4 and, on the other hand, the feedback stage 6 are connected. The output signal of the transistor Tn reaches a second amplifier stage with a transistor Tn. Its output signal is at the base of a transistor Tn of the control stage. The output current of this control stage generates a voltage drop in a resistor 15. The emitter current of this control stage controls the operating point of a transistor Tn of the semiconductor element. The total current of the electric motor M flows through this transistor Tn . In the drawing, a further transistor Tn of the semiconductor control element and, accordingly, a further resistor 16 are shown in dash-dotted lines. These additional switching elements can optionally be used to control the load current of the transistors within

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des Halbleiterstellglieds der erforderlichen Motorleistung anzupassen.of the semiconductor actuator to match the required engine power.

Die Überwachungsstufe enthält einen Transistor 77t. In der gezeichneten Schaltung ist dies ein pnp-Transistor, dessen Basis an den Kollektor des Transistors Tr angeschlossen ist und den Ausgangsstrom der Steuerstufe, also den Steuerstrom des Halbleiterstellglieds durch den in dem Widerstand 15 erfolgten Spannungsabfall erfaßt. Der Emitter des Transistors Tn, ist unmittelbar mit der Anschlußklemme 17 des Elektromotors M verbunden. Damit steuert die Differenz der aus dem Steuerstrom des Halbleiterstellglieds abgeleiteten Spannung und der Motorspannung den Transistor 7>b. Sobald diese Differenzspannung eine vorgegebene Schwellengröße überschreitet, wird der Transistor Tn, leitend, so daß das Potential im Verbindungspunkt 18 ansteigt. Dieser Spannungsanstieg wird über eine WC-Stufe aus einem Widerstand 19 und einem Kondensator 20 verzögert an die Schaltelektrode 21 eines Thyristors 22 weitergegeben, der dadurch in seinen leitenden Zustand geschaltet wird und die Basis-Emittcr-Streckc des Transistors Tn kurzschließt. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors Tn liegt der Schließkontakt 23 des Druckknopfschalters 14.The monitoring stage includes a transistor 77t. In the circuit shown, this is a pnp transistor, the base of which is connected to the collector of the transistor Tr and detects the output current of the control stage, i.e. the control current of the semiconductor actuator, through the voltage drop in resistor 15. The emitter of the transistor Tn is directly connected to the connection terminal 17 of the electric motor M. The difference between the voltage derived from the control current of the semiconductor actuator and the motor voltage thus controls the transistor 7> b. As soon as this differential voltage exceeds a predetermined threshold value, the transistor Tn becomes conductive, so that the potential at the connection point 18 rises. This voltage rise is passed on with a delay via a WC stage consisting of a resistor 19 and a capacitor 20 to the switching electrode 21 of a thyristor 22, which is thereby switched into its conductive state and short-circuits the base-emitter section of the transistor Tn . The normally open contact 23 of the push-button switch 14 is parallel to the base-emitter path of the transistor Tn.

Nachdem infolge eines unzulässigen Anstiegs des Motorstroms etwa durch Schwerlauf oder Blockieren infolge von Vereisung oder durch Kurzschluß die Spannungsdifferenz an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 77b in der beschriebenen Weise einen Schwellenwert überschritten hat, wird die Basis-Emitter-Strekke des Transistors Tn der Steuerslufe kurzgeschlossen, so daß der Steuerstrom für das Halbleiterstellgiied unterdrückt wird. Infolgedessen werden die Transistoren Tn und Tn gesperrt, so daß auch der Motorstrom abgeschaltet wird. Der Thyristor 22 bleibt in seinem Leitungszustand bis der Schließkontakt 23 des Druckknopfschalters 14 betätigt wird, so daß die Kathoden-Anoden-Spannung des Thyristors 22 kurzgeschlossen wird. Wenn bei Betätigung des Druckknopfschalters 14 in der beschriebenen Weise die Störung an dem Motor nicht mehr vorliegt, kann der Elektromotor in dem eingestellten Betriebszustand laufen. Wenn der Störungszustand noch andauert, erfolgt nach Ablauf der durch die /?C-Stufe bedingten Verzögerungszeit ein erneutes Abschalten des Steuerstroms und damit des Motorstroms. Die Anwendung eines Druckknopfschalters 14 mit Einstellwiderstand ist besonders deshalb vorteilhaft, weil bei Betätigung des Schließkontakts 23 zum Ausschalten des Thyristors 22 die Einstellung des Führungsglieds 4 nicht verändert wird.After the voltage difference at the base-emitter path of the transistor 77b has exceeded a threshold value in the manner described, the base-emitter path of the transistor Tn is the Control run short-circuited so that the control current for the semiconductor control element is suppressed. As a result, the transistors Tn and Tn are blocked, so that the motor current is also switched off. The thyristor 22 remains in its conduction state until the make contact 23 of the push button switch 14 is actuated, so that the cathode-anode voltage of the thyristor 22 is short-circuited. If, when the push-button switch 14 is actuated in the manner described, the fault in the motor is no longer present, the electric motor can run in the set operating state. If the fault condition persists, the control current and thus the motor current are switched off again after the delay time caused by the /? C stage has elapsed. The use of a push-button switch 14 with a setting resistor is particularly advantageous because when the closing contact 23 is actuated to switch off the thyristor 22, the setting of the guide member 4 is not changed.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Überlastungsschutzschaltung für einen Elektromotor, dessen Betriebsstrom über Halbleiterstell-. glieder fließt, die von einer auf eine dem Motor-' strom proportionale Spannung ansprechenden Halbleitersteuerstufe angesteuert werden, d a durch gekennzeichnet, daß ein Eingang einer Überwachungsstufe (9; Tn) an einen vom Steuerstrom des Halbleiterstellgliedes (1: Th) durchflossenen Widerstand (15) und der andere Eingang an eine Motoranschlußklemme (17) angeschlossen ist und daß der Ausgang der Überwachungsstufe über einen Verzögerungskreis (19, 20) an eine Abschaltstufe (12; 22) angeschlossen ist, die die Eingangsstrecke der Halbleitersteuerstufe (8; Th) kurzschließt.1. Overload protection circuit for an electric motor whose operating current via semiconductor control. elements that are controlled by a semiconductor control stage responsive to a voltage proportional to the motor current, characterized in that an input of a monitoring stage (9; Tn) is connected to a resistor (15) through which the control current of the semiconductor control element (1: Th) flows and the other input is connected to a motor connection terminal (17) and that the output of the monitoring stage is connected via a delay circuit (19, 20) to a switch-off stage (12; 22) which short-circuits the input path of the semiconductor control stage (8; Th). 2. Überlastungsschutzschaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltstufe als Thyristor (22) ausgebildet ist, dessen Steuerelektrode (21) mit dem Ausgang der Überwachungsstufe verbunden ist und dessen Kathoden-Anoden-Strekke der Eingangsstrecke der Halbleitersteuerstufe (8) parallel liegt.2. Overload protection circuit according to claim I, characterized in that the shutdown stage as Thyristor (22) is formed, the control electrode (21) of which with the output of the monitoring stage is connected and its cathode-anode path of the input path of the semiconductor control stage (8) is parallel. 3. Überlastungsschutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schließkontakt (23) parallel zur Kathoden-Anoden-Slrecke des Thyristors (22) liegt.3. Overload protection circuit according to claim 1 or 2, characterized in that a make contact (23) is parallel to the cathode-anode section of the thyristor (22). 4. Überlastungsschutzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum Schließkontakt (23) gehöriger Druckknopf (14) und ein Drehknopf eines die Motordrehzahl einstellenden Führungsgliedes (4) zu einem geme^;nsamen Betätigungsknopf zusammengefaßt sind, von dem aus beide Teile unabhängig voneinander betätigt werden können.4. Overload protection circuit according to claim 3, characterized in that a push button (14) belonging to the closing contact (23) and a rotary knob of a guide member (4) setting the engine speed to a geme ^; nsamen control button are summarized, from which both parts can be operated independently.