DE2704820A1

DE2704820A1 - Ueberlastschutzschaltung fuer elektrische motoren

Info

Publication number: DE2704820A1
Application number: DE19772704820
Authority: DE
Inventors: Fritz-Dieter Eller; Guenter Ing Grad Froehlich
Original assignee: ELLER VERTRIEBS INGBUERO
Current assignee: ELLER VERTRIEBS INGBUERO
Priority date: 1977-02-05
Filing date: 1977-02-05
Publication date: 1978-08-17
Also published as: US4156262A; JPS639226Y2; CH625917A5; JPS57118628U; JPS53124742A; FR2379929A1; FR2379929B1; GB1598261A

Description

2704820 Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch Patentanwälte

Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-lng. Manfred Honke Diplom-Ingenieur Hans Dieter Gesthuysen Diplom-Physiker Dr. Karl Gerhard Masch Anwaltsakte: 49 655/W1-

43 Etien 1, Theaterplatz 3, Postf. 789

4. Februar 1977

Patentanmeldung

Eller & Co. Vertriebs- und Ingenieurbüro

Hellweg 34 4300 Essen 14

Überlastschutzschaltung für elektrische Motoren.

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Überlastschutzschaltung für drehstromangetriebene elektrische Motoren vorgegebenen Nennstromwertes, - mit Stromspannungswandler mit Primärwicklung, Kern und Sekundärwicklung als Stromistwerterfasser, Stromistwertuberwacher, relaisbetätigtem Überlastschalter und Spannungsversorgung.

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Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

Bei der bekannten Überlastschutzschaltung der beschriebenen Gattung (DT-OS 21 17 2 38) erfolgt die Spannungsversorgung über ein besonderes Netzanschlußteil. Das ist nachteilig, wenn die Überlastschaltung Teil eines Gerätes ist, welches weltweit eingesetzt werden soll, wobei wahlweise die verschiedensten Spannungen beherrscht werden müssen. In elektrotechnischer Strenge verlangt bei der bekannten Ausführungsform jede Netzspannung ein besonderes Netzanschlußteil, wenn man solche auch kombinieren und umschaltbar machen kann. Im übrigen ist die bekannte Überlastschutzschaltung nicht ohne weiteres, lediglich durch unterschiedliches Anklemmen, an Motoren unterschiedlicher, vorgegebener Nennstromstärken adaptierbar. Es müssen vielmehr zur Verwendung bei Motoren unterschiedlicher Nennstromstärke schaltungsmäßig oder auslegungsmäßig verschieden eingerichtete Geräte gefertigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Überlastschutzschaltung so weiter auszubilden, daß ein besonderes Netzanschlußteil nicht mehr erforderlich ist, während außerdem erreicht werden soll, daß ein und dasselbe mit der erfindungsgemäßen Überlastschutzschaltung ausgerüstete Gerät ohne weiteres an Elektromotoren unterschiedlicher Nennstromwerte adaptierbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Primärwicklung des Stromspannungswandlers in eine Mehrzahl von den Nennstromwerten der zugeordneten Motoren entsprechenden Stromwertabschnitten mit Stromwertanschlüssen aufgeteilt ist, welche Stromwertabschnitte jeder eine Windungszahl aufweisen, die mit

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dem dem entsprechenden Stromwertanschluß zugeführten Nennstromwert im Kern des Stromspannungswandlers die gleiche Magnetisierungsfeldstärke (100 %) erzeugt, daß der Stromspannungswandler im übrigen so ausgelegt ist, daß eine Feldstärkenschwankung von 100 % auf 50 % im linearen Magnetisierungsbereich liegt, während der Kurzschlußstrom des zu überwachenden Motors im Sättigungsbereich liegt, und daß von der mit zwei Spulen ausgerüsteten Sekundärwirkung eine über das Relais des Überlastschalters der Spannungsversorgung zugeschaltet ist, während die andere mit dem Stromistwertüberwacher verbunden ist, der außerdem an das Relais angeschlossen ist und bei Durchschaltung das Relais und damit den Überlastschalter betätigt. Die beschriebene Überlastschutzschaltung läßt sich ohne weiteres für die Überwachung einer Phase des zugeordneten Drehstromnetzes einsetzen, wozu der Stromspannungswandler an diese zu überwachende dem Motor zugeführte Phase angeschlossen wird. Dann kann es allerdings vorkommen, daß zwei Phasen des überwachten Mitors noch Spannung führen. Soll das verhindert werden, so werden zwei Phasen überwacht. Dazu empfiehlt die Erfindung, daß zwei, vorzugsweise identisch gleiche, Stromspannungswandler parallel angeordnet und einerseits bezüglich Relais, des Überlastschalters und Spannungsversorgung, andererseits bezüglich Relais und Stromistwertüberwacher zusammengeschaltet sind. Die Gestaltung und Schaltung des Stromistwertüberwachers ist im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig. Ohne Schwierigkeiten läßt sich erreichen, daß hochfrequente oder nichtfrequente Einwirkungen den Überlastschutz nicht auslösen. Dazu wird im Rahmen der erfindungsgemäßen Überlastschaltung konsequent auf Trigger, Flip-Flop und ähnliche Sprungschalter als Schwellwert-

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indikatoren verzichtet. Anstelle dieser Schaltelemente werden vielmehr analog verstärkende Schaltelemente eingesetzt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung, welche auch weitere Merkmale der Erfindung offenbart, ausführlicher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein Schaltschema der erfindungsgemäßen Überlastschutzschaltung mit zwei Stromspannungswandlern 1, die parallel arbeiten. Es wird daher nur ein Wandler 1 beschrieben:

Zwischen den Anschlüssen O und einem Stromwertanschluß 5, der dem Nennstrom des zugeordneten Motors entspricht, liegt stets eine Windungszahl der Primärwicklung 2, die - mit dem Stromwert multipliziert - immer den gleichen Wert (und damit im Kern 3 liegende Feldstärke) ergibt. Eine Feldstärkenschwankung von 100 auf 50 % liegt innerhalb des linearen magnetischen Bereiches. Da mehr nicht möglich ist, ergibt sich praktisch die binäre Stufung 0,5/1/2 usw.

Der Strom erzeugt in den Sekundärwicklungen 4, die mit 4a und mit 4b mit gleichen (aber gegenüber w~ - w_ höheren) Windungszahlen ausgelegten sind eine im Linearitätsbereich der Feldstärke liegende Spannung, die ebenfalls zwischen 100 auf 50 % schwankt. Eine weitere Schwankung ist wegen der Tatsache der später beschriebenen Spannungsversorgung und der quadratischen Abhängigkeit der Entzugsleistung nicht möglich.

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-Sr-

Die Strompsannungswandler 1 sind so ausgelegt, daß der Kurzschlußstrom vom zugeordneten Motor (meist 7-fach) in den Wicklungen 4a, 4b keine 7-fache Spannung erzeugt.

Spannungserzeugung für die Spannungsversorgung erfolgt aus der Entzungsleistung für das Relais 7 des Überlastschalters (etwa 1 Watt: Die Dioden D8 und D9 versorgen den 1OOmF/35V Elyten. Dessen Spannung steigt gemäß dem binären Strombereich von 16 - 32 V an. Die ZL22 verhindert jedoch einen Anstieg über 22 V, insbesondere wichtig bei dem Restanteil im Falle des 7-fachen Kurzschlußstromes. Dieser wird abgefangen, vor allem auch wegen evtl. Spitzen bei sehr großen e = - d (D/dt. Diese Spannung versorgt das Relais 7 (ca. 12 - 16 V 180 Ohm) über den Darlington T3/T4 (V 10.000). - Diese Spannungsversorgung insgesamt trägt das Bezugszeichen 9.

Die Dioden D6 und D7 arbeiten über Schutzwiderstand 200 Ohm auf Z8,2, die die Spannung somit unabhängig von den obengenannten 16 - 32 V konstant hält. Diese konstante Spannung ist erforderlich, um eine Überdeckzeit einzurichten. Die Überdeckzeit wird im Prinzip dadurch erreicht, daß für diese Zeit der Eingang des Darlington T3/T4 mittels T2 abgeriegelt wird. Damit bleibt die über den lOOkOhm-Widerstand auf die Basis von T3 treffende Steuerspannung unwirksam: Der parallel zu Z8,2 liegende RC-Spannungsteiler 1OK und 10OmF/10V läßt beim Einschalten des Motors zunächst 8,2 V an dem 1OK auftreten. Nach 1 see. ist sie auf etwa 2,7 V gesunken usw. über D10 wird diese Spannung entkoppelt und dem nachgeschalteten Kondensator 1OmF/10V zugeführt. Von hier gelangt sie über den 22K an T2

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und schaltet diesen für eine Zeitdauer von etwa 1,5 see. durch (kleinere Zeiten dann, wenn der 1OK verringert wird). Der 100K (liegt parallel zu 22K - BE/T2) soll lediglich keine Spannungsabfall-Verhältnisse gegen Null an dem 10mF/10V bewirken: Wenn nach 1,5 sec. (oder einer wählbaren kürzeren Zeit) T2 wieder gesperrt ist, dann ist T3/T4 gesperrt, sofern bei richtiger Stromeinstellung des Gerätes keine Steuerspannung über den 10OK an T3 ankommt.

Die Auslösung geschieht wie folgt: Über die Dioden D1/D2 (diese benutzen die 2. Halbwelle, während D8/D9 die 1. Halbwelle nutzen müssen, damit die Eigenversorgung und die Auslösegenauigkeit sich nicht stören) und den Spannungsteilen 470 Poti 1K - 1,2K wird die Auslösebrücke betätigt. Der 470 0hm fungiert auch als Schutzwiderstand gegen Anlaufstrom-Überspannung, den Rest übernimmt Z15. Der Elyt 47 besorgt die Spannungsglättung für die Zenerbrücke. Dieser Wert darf nicht zu hoch sein (Zeitkonstante). Obwohl das Verhältnis des 1K-Poti zum 1,2K eigentlich ein kleineres Verhältnis als 0,5 ... 1,1 ergibt, wird durch die Diode D3 und deren Schnellspannung das Verhältnis 0,5 ... 1,1 auf der späteren Skala erzielt. D3 ist notwendig, damit die Zeitkonstante des 47mF-Kondensators unabhängig von der Poti-Stellung wird.

Die eigentliche Auslösespannung wird letztlich an den drei Widerständen 1OK und der Z5,6 gewonnen, wobei die Z5,6 die Toleranz des Gerätes ergibt von +/-5% untereinander. Ein Grund, weshalb auf einen Trimmer innerhalb der Brücke verzichtet werden kann. Die Auslösespannung gelangt über 100K an B

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von T3 und direkt an E von T4. - So funktioniert insgesamt der Stromistwertüberwacher 6 und das Relais zieht an.

Wenn das Relais 7 angezogen hat, schaltet der Motor ab und der Strom in den Strom-Spannungstrafos wird Null. Die vorbeschriebene Auslösebrücke ist nach spätestens 0,5 see. auf Null. Hier sind keine besonderen Maßnahmen erforderlich. Die Überdeckzeit muß jedoch wieder bis zum neuerlichen Einschalten auf Null gebracht werden, und das in möglichst kurzer Zeit. Es muß also der 10OmF/1OV-EIyt, der parallel an Z8,2 liegt, entladen werden. Dies könnte durch einen weiteren Relaiskontakt erfolgen, jedoch ist bei einer zu kurzen Wischzeit am Relais dies nicht sicher. Daher ist über einen 100 Ohm-Entladewiderstand die EC-Strecke von T1 gelegt; der 33K speist die Basis, wodurch eine relativ schnelle Selbstentladung erfolgt. Damit bei Stromfluß durch den Stromspannungswand Ja: 1 diese Entladung nicht auftritt, wird der Basis von T1 über D4/D5 nach Glättung an 2mF/100V und über 4,7K eine negative Spannung zugeführt. Diese Spannung ist gerade so hoch, daß die Lieferung über 33K diese nicht nach +0,7 V bringen kann, damit die Zeitkonstante der Kreisschaltung 2mF/4,7K/1OK/1OOmF/33K - gespeist von der 2mF auch möglichst schnell nach Abschaltung wieder zusammenbricht. Da die Zeit der gesamten Reaktivierung 0,1 see. beträgt, ist bei Einschaltung innerhalb dieser Zeit ein sofortiges Reagieren vom Relais vorhanden (pumpen). Dieses Reagieren ist entweder durch äußere Schaltmaßnahmen zu vermeiden oder kann durch Verzögerung des Relais vorgenommen werden.

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Im Ausführungsbeispiel wurde konsequent auf Trigger, Flip-Flop und ähnliche Sprungschalter verzichtet. Folglich ist eine "Geister"-Auslösung unmöglich. Obwohl auf Sprungschalter verzichtet wurde, erreicht man in jedem Fall ein sprunghaftes Schalten des Relais 7 mit Schalter F (kein Schleichen), auch wenn der Strom sehr langsam seeigt. Dieser Vorgang wird be-· wirkt durch eine hohe Verstärkung von T3/T4 im Zusammenhang mit der Schalthysterese des Relais 7.

Alle vorbeschriebenen schaltungstechnischen Maßnahmen sind selbständig erfindungswesentlich.

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Claims

Patentansprüche :

ί 1.Jüberlastschutzschaltung für drehstromangetriebene elektrische Motoren vorgegebenen Nennstromwertes, - mit Stromspannungswandler mit Primärwicklung, Kern und Sekundärwicklung als Stromistwerterfasser, Stromistwertüberwacher, relaisbetätigtem Überlastschalter und Spannungsversorgung, dadurch geknnzeichnet, daß die Primärwicklung (2) des Stromspannungswandler (1) in eine Mehrzahl von Stromwertabschnitten (w~, w_, ..·) mit Stromwertanschlüssen (5) aufgeteilt ist, welche Stromwertabschnitte (w», W₃, ...) jeder eine Windungszahl aufweisen, die mit dem dem entsprechenden Stromwertanschluß (5) zugeführten Nennstromwert im Kern (3) des Stromspannungswandlers (1) die gleiche Magnetisierungsfeldstärke (100 %) erzeugt, daß der Stromspannungswandler (1) im übrigen so ausgelegt ist, daß eine Feldstärkenschwankung von 100 auf 50 % im linearen Magnetisierungsbereich liegt, während der Kurzschlußstrom des zu überwachenden Motors im Sättigungsbereich liegt, und daß von der mit zwei Spulen (4a, 4b) ausgerüsteten Sekundärwicklung (4) eine (4a) über das Relais (7) der Spannungsversorgung (9) zugeschaltet ist, während die andere ir.it dem Stromistwertüberwacher (6) verbunden ist, der außerdem an das Relais (7) angeschlossen ist und bei Durchschaltung das Relais (7) und damit den Überlastschalter (8) betätigt.
2. Uberlastschutzschaltung nach Anspruch 1 in der Ausführungs-

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form für die Überwachung von zwei Phasen des zugeordneten elektrischen Motors, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stromspannungswandler (1) parallel angeordnet und einerseits bezüglich Relais (7) und der Spannungsversorgung (9), andererseits bezüglich Stromistwertüberwacher (6) und Relais (7) zusarnmengeschaltet sind.
3. Überlastschutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromistwertüberwacher (6) mit analog verstärkenden Schaltelementen ausgerüstet ist.

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