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Motorschutzrelais
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13 E S C Ii R E I B U I; G Die vorliecgende Erfindung betrifft ein
Motorschutzrelais mit einem von einem 5 chwellwertaus löser steuerbaren Schalter
für den Notorstrom, einem Strom-Spannungs-Wandler, der eine dem Motorstrom proportionale
Messspannung erzeugt, und einer Referenzspannungsquelle, sowie einer Ueberstromüberwachung
und einer elektronischen Motornachbildung zum Simulieren des thermischen Verhaltens
des Motors.
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Elektromotoren und insbesondere deren Wicklung können durch Ueberhitzen
beschädigt oder zerstört werden, wenn der Betriebsstrom über den zulässigen Maximalstrom
ansteigt oder wäiirend einer langen Betriebsdauer nur wenig grösser als der Nennstrom
ist. Es sind darum schon Ueberstromschalter belcannt, die den Motorstrom unterbrechen,
wenn dieser über den zulässigen Maximal strom ansteigt, und es sind auch schon elektronische
Motornachbildungen bekannt, beispielsweise aus der ClI-PS 534'444, die das Wärmeverhalten
der Motors simulieren und ein Abschaltsignal erzeugen, wenn die simuliertc Erwärmung
einen vorgegebenen Wert erreicht.
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Die elektronische Motornachbildung simuliert nicht nur das Erwärmen,
sondern auch das Abkühlen des Motors. Das hat zur Folge, dass ein wegen zu hoher
Erwärmung abgeschalteter otor erst nach ausreichender Abkühlung wieder eingeschaltet
werden kann. Dieses Verhalten kann insbesondere bei solchen Motoren nachteilig sein,
die oft angelassen und ungleichmässig belastet werden, weil die Temperatur in solchen
Motoren wegen des Anlaufstroms und häufigen Ueberstroms relativ rasch ansteigt und
längere Abkühlpausen nicht erwünscht sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde< ein
l-lotorscilutzrelais zu schaffen, das den Motor nicht nur bei Ueberstrom oder Uebertemperatur
abschaltet, sondern auch dann, wenn das Anlaufen länger dauert als eine vorgegebene
Anlaufzeit und wenn der während des fiotorlaufs aufgenorunene Strom über den Nennwert
ansteigt. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem Motorschutzrelais gelöst,
bei dem der Ueberstromüberwachung und der elektronischen Motornachbl 1-dung eine
elektronische Schaltung zur Anlauf- und Nennstrom überwachung parallel geschaltet
ist und zum unabhängigen lschalten des Motors durch jede dieser Einrichtungen der
mindestens eine Ausgang jeder Einrichtung über eine Torschaltung mit dem Schwellwertauslöser
verbunden ist.
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Das neue Motorschutzrelais ermöglicht, die wichtigsten Betriebszustcinde
eines Motors unabhängig voneinander zu Ueberwachen und den Motor beim Erreichen
eines kritischen Betriebszustandes abzuschalten. Ein besonderer Vorteil des neuen
Motorschutzrelais ist darin zu sehen, dass der Motor bei einem Schweranlauf oder
bei Betrieb mit Ueberlast schon dann abgeschaltet wird, bevor die Motorerwärmung
einen kritischen Wert erreicht und darum nach einer solchen Abschaltung sofort wieder
eingeschaltet werden kann.
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Bevorzugte Ausführungsformen des neuen Motorschutzrelais eisen eine
elektronische Schaltung auf, die einen Komparator enthält, dessen beide Eingänge
mit den Zuleitungen für die Mess- bzw. die Referenzspannung verbunden sind und einen
Zeitgeber, dessen Steuereingang mit einem Steuerkontakt des Motorstromschalters
verbunden ist.
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Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren und an einigen
Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 das fllockschema
eines Motors mit einer Ausführungsform des neuen Motorschutzrelais, Fig. 2 eine
grafische Darstellung einiger Spannungen vor, während und nach der Anlaufzeit des
Motors, Fig. 3 das Schaltbild einer ersten Ausführungsform der elektronischen Schaltung
zur Anlauf- und Nennstromüberza chung, Fig. 4 das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform,
soweit sie sich von der Ausführungsform nach Fig. 3 unter* scheidet, Fig. 5 das
Schaltbild einer dritten Ausführungsform und Fig. 6 das Schaltbild einer vierten
Ausführungsform.
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Das Blockschema gemäss Fig. 1 zeigt einen Motor 10, in dessen Stromzuleitung
11 ein elektromagnetisch betätigter Schalter 12 und eine Strommesseinrichtung 13
angeordnet sind.
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Einfacherweise sind nur eine Phase der Stromzuleitung und nur ein
Kontaktpaar des Schalters gezeigt. Die Strommesseinrichtung ist mit dem Eingang
eines Strom-Spannungs-Wandlers 17 verbunden, an dessen Ausgang eine Messspannung
UMes erscheint, die dem vom Motor aufgenommenen Strom iMot proportional ist. Der
Ausgang des Wandlers ist über die Zweige einer ersten Signalleitung 18 mit je einem
ersten Eingang einer elektronischen Schaltung 19 zum Ueberwachen des Anlauf-und
Nennstroms des Motors, einer elektronischen Motornachbildung 21 zum Simulieren des
thermischen Verhaltens des Motors und einer Ueberstromüberwachung 22 verbunden.
Weiter ist eine Referenzspannungsquelle 23 gezeigt, von der eine zweite Signal leitung
24 zu einem zweiten Eingang der genannten
drei Einrichtungen führt.
Die elektronische Schaltung 19 zur Anlauf- und Nennstromüberwachung weist noch einen
dritten Eingang auf, der über eine dritte Signalleitung 25 an zwei zusätzliche Kontaktpaare
26 des Schalters 12 angeschlossen ist. Je nach der Stellung des Schalters 12 verbinden
diese Kontaktpaare die Leitung 25 mit der Referenzspannungsquelle 23 oder der Masseleitung.
Die Ausgangs leitung der genannten drei Einrichtungen sind mit den Eingängen einer
ODER-Schaltung 27 verbunden, deren Ausgang zu einem Schwellwertauslöser 28 geführt
ist, der den Schaltmagneten 29 für den Schalter 12 erregt. Es ist auch eine Drucktaste
30 vorgesehen, mit der der Magnet 29 von Hand erregt werden kann. Bei der gezeigten
Ausführungsform weist die elektronische Schaltung 19 zum Ueberwachen des Anlauf-
und Nennstroms zwei getrennte Ausgänge auf, die, wie bereits erwähnt, mit zugeordneten
Eingängen der ODER-Schaltung 27 und einer Anzeigeeinrichtung 31 verbunden sind.
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In Fig. 2 ist schematisch der zeitliche Verlauf der vom Wandler 17
erzeugten Messspannung UM , der auf der Leitung 25 erscheinenden Signalspannung
UO und der Referenzspannung URef gezeigt. Vor dem Einschalten des Motors steht der
Schalter 12 in der in Fig. 1 gezeigten Stellung. Dann fliesst kein Strom in der
Leitung 11, und die Messspannung am Ausgang des Wandlers 17 ist Null (strichpunktierte
Linie). Dagegen ist die Signalleitung 25 über die Zusatzkontakte 14 mit der Referenzspannungsquelle
23 verbunden, so dass an dritten Eingang der elektronischen Schaltung 19 zur Anlauf-und
Nennstromüberwachung eine Signalspannung UO liegt, die gleich der Referenzspannung
ist (strichgekreuzte Linie). Die von der Stellung des Schalters 12 unabhängige Referenzspannung
URef weist einen voreingestellten Wert auf, der prcrutischerweise etwa der halben
Speisespannung UV+ für die elektronische Einrichtung des Motorschutzrelais entspricht.
Die
Speisespannungsquelle und -leitungen sind weder in Fig. 1 noch
in den weiteren Fig. 3, 4 oder 5 gezeigt.
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Wenn der Schalter 12 zum Zeitpunkt t geschlossen wird und der Motor
anläuft, steigt die dem Motorstrom proportionale UMes zuerst steil an und fällt
dann auf den dem Motornennstrom entsprechenden Wert UMes zurück. Der Wandler 17
ist so eingestellt, dass die Spannung Uij;es etwas kleiner ist als die Referenzspannung.
Bei einem normalen Anlauf erreicht die Messspannung vor einem vorgegebenen Zeitpunkt
t den Wert a U>l . Bei einem Schweranlauf liegt die Messspannung zum Zeitpunkt
t noch über der Referenzspannung (Kurventeil 33).
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a Wenn der Motor zu einem Zeitpunkt tx stark belastet wird und der
aufyenommene Strom über den Nennstrom ansteigt, dann steigt auch die Messspannung
auf einen über der Referenzspannung liegenden Wert (Kurventeil 34).
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Wenn aus irgendeinem Grunde der Anlaufstrom innert der vorgegebenen
Anlaufzeit, d.h. vor dem Zeitpunkt t nicht auf den Nennwert abyesunken ist oder
irgendwann zu einem späteren Zeitpunkt tx über den Nennstrom ansteigt, dann erzeugt
die elektronische Schaltung 19 ein Ausgangssignal, was im folgenden anhand einiger
bevorzugter Ausführungsformen dieser Schaltung heschrieben wird. Die elektronische
Schaltung 21 zum Simulieren des thermischen Verhaltens des Motors erzeugt ein Ausgangs
signal, wenn die similierte Motortemperatur einen vorgegebenen Wert übersteigt Aufbau
und Athe- -o 4-~-weise einer solchen Schaltung sind in der bereits zitierten ClI-PS
534'444 ausführlich beschrieben. Wenn der Anlaufstrom bzw. die diesem proportionale
Messspannung vor dem Zeitpunkt t über den zulässigen Maximalwert ansteigt, dann
era zeugt die Ueberstromüberwachung 22 ein Ausgangssignal. Jedes dieser Ausgangssignale
wird durch die Torschaltung 27 an den
Schwellwertauslöser 28 geleitet,
der das Umschalten des Schalters 12 und Unterbrechen des Motorstreins bewirkt.
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In Fig. 3 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform der elektronischen
Schaltung zum Ueberwachen des Anlauf- und des Nennstroms gezeigt. Die Schaltung
enthält drei Klemmen 35, 36 und 37 für die Eingangsspannungen UO, UMes und URef
sowie eine Klemme 38 für das Ausgangssignal. Die Schaltung enthält einen Komparator
39, dessen invertierender Eingang mit dem Abgriff einer zwischen der Speisespannung
UV+ und der Referenzspannung URef angeschlossenen Potentiometerschaltung 40, 40'
verbunden ist. Der nichtinvertierende Eingang des Komparators ist direkt mit dem
Kollektor eines Transistors 42 und über einen Schutzwiderstand 41 mit der Klemme
36 verbunden.
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Der Emitter des genannten Transistors 42 ist zur Flasselei tung geführt.
Die Klemme 35 für die Signalspannung U0 ist über einen Kondensator 43 mit dem Eingang
eines impulsgebers 44 verbunden, dessen Ausgang über eine Potentiometerschaltung
45, 45' an die Masseleitung geführt ist. Der Abgriff dieser Potentiometerschaltung
ist mit der Basis des Transistors 42 verbunden.
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Der Ausgang des Komparators 39 ist über eine Diode 46, eine aus einem
Seriewiderstand 47, einem Kondensator 48 und einem Ableitwiderstand 49 gebildete
Verzögerungsleitung, eine Zenerdiode 51 und nachgeschaltete Diode 52 mit der Basis
eines Transistors 53 verbunden. Der Kollektor dieses Transistors führt direkt zur
Ausgangsklemm 38 und dar Emi tar zur me 37 für die Referenzspannung. Parallel zur
Basis-Emitter-Strecke ist noch ein Widerstand 54 geschaltet.
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Der Anschlusspunkt des Kondensators 48 ist weiter über einen FET 55
, eine Diode 56 und einen strombegrenzenden Widerstand 57 mit dem nichtinvertierenden
Eingang des Komparators 39
und über einen Transistor 58 und einen
Widerstand 59 mit dem Gate des FET 55 verbunden. Die Leitung zwischen dem 'x'ranslstor
58 und dem Widerstand 59 ist über einen normalerweise offenen Schalter 61 an einen
Anschluss der Speisespannung UV+ geführt.
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Bei der beschriebenen Schaltung liegt vor dem Einschalten des Motors
10, d.h. vor dem Zeitpunkt t0 in Fig. 2, an der Eingangsklemme 35 eine der Referenzspannung
entsprechende Gleichspannung, die den Impulsgeber 44 nicht beeinflusst. Am Ausgang
des Impulsgebers erscheint darum auch keine Signal spannung, weshalb die Basis des
Transistors 42 über den Widerstand 45 praktisch mit der Masseleitung verbunden und
der Transistor im nichtleitenden Zustand ist. Die Eingangsklemme 36 und der mit
dieser verbundene nichtinvertierende Eingang des Komparators 39 liegen praktisch
ebenfalls an der Masseleitung. Dem invertierenden Eingang des Komparators wird eine
Spannung zugeführt, die zwischen der Speisespannung und der Referenzspannung liegt
und deren genauer Wert durch die Einstellung des Potentiometers 40' gegeben ist.
Am Ausgang des Komparators erscheint keine Signalspannung.
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Beim Einschalten des Motors zum Zeitpunkt to wird die Signalleitung
25 über die Zusatzkontakte 26 im Schalter 12 (Fig. 1) mit der Masseleitung verbunden.
Der entsprechende Spannungs sprung wird vom Kondensator 43 an den Impulsgeber 44
übertragen, der dadurch angestossen wird und an dessen Ausgang ein positiver Impuls
erscheint, dessen Dauer der vorgesehenen Anlaufzeit (ta-to) des Motors entspricht.
Dieser positive Impuls schaltet den Transistor 42 in den leitfähigen Zustand. Auf
diese Weise wird der nichtinvertierende Eingang des Komparators während der Anlaufzeit
mit der Masseleitung verbunden und wird die an der Eingangsklernmc 36 erscheinende
Messspannung zur Masseleitung abgeführt. Am Ende
der vorgesehenen
Anlaufzeit zum Zeitpunkt t wenn am Ausgang des Impulsgebers wieder die der Masseleitung
entsprechende Spannung erscheint, wird der Transistor 42 wieder in den nichtleitenden
Zustand zurückgeschaltet, und die an die Klemme 36 geführte Messspannung erreicht
den nichtinvertierenden Eingang des Komparators. Ist zu diesem Zeitpunkt die Messspannung
kleiner als die am invertierenden Eingang liegende Referenzspannung, dann ändert
sich die Spannung am Ausgang des Komparators nicht, und an der Ausgangsklemme 37
erscheint kein Signal. Ist die Messspannung zum Zeitpunkt t a grösser als die Referenzspannung
oder steigt sie zu irgendeinem Zeitpunkt tx über die Referenzspannung an (entsprechend
den Kurventeilen 33 bzw. 34 in Fig. 2), dann erscheint am Ausgang des Komparators
eine positive Spannung, die nach einer durch das RC-Glied 47, 48 bedingten Verzögerung
die Basis des Transistors 53 erreicht und diesen in den leitfähigen Zustand schaltet,
worauf an der Ausgangsklemme 38 ein Ausgangssignal erscheint.
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Die positive Spannung am Kondensator 48 wird über den leiS tenden
FET 55 die Diode 56 und den Widerstand 57 auch an den nichtinvertierenden Eingang
des Komparators zurückgeleitet, weshalb die positive Spannung am Komparatorausgang
und das Signal an der Ausgangsklemme 38 bestehen bleiben, auch wenn die Messspannung
an der Eingangsklemme 36 unter die Referenzspannung ahsinkt. Der beschriebene Rückhaltekreis
wird unterbrochen, wenn der Schalter 61 kurzzeitig geschlossen und dadurch das Gate
des FET mit der positiven Speisespannung verbunden wird.
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Ist der Motor 10 ein Drehstrom-Asynchronmotor und der Schalter 12
als Stern-Dreieck-Schalter ausgebildet, dann ist es möglich, dass während der Anlaufzeit
beim Umschalten des Motorstroms von Stern auf Dreieck die Zusatzkonta)-te 14 kurzzeitig
in
die in Fig. 1 gezeigte Stellung geschaltet erden.
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Dabei wird die Signalleitung 25 mit der Referenzspannungs quelle verbunden.
Der entsprechende Sprung der Signalspacnung UO an der Eingangsklemme 35 hat keinen
Einfluss auf die beschriebene Arbeitsweise der Schaltung, weil der Signalgenerator
44 auf keine Eingangssignale anspricht, die während der Dauer eines Ausgangsimpulses
erscheinen.
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In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform der elektronischen Schaltung
gezeigt, die sich von der Ausführungsform gemäss Fig. 3 nur in dem Teil unterscheidet,
der zwischen den Eingangsklemmen und dem Komparator befindet. Bei dieser Ausführungsform
ist die Eingangsklemme 35 für die Signalspannung über ein Potentiometer 66 mit einem
Kondensator 67 und mit dem Gate eines FET 68 verbunden. Parallel zum Potentiometer
66 liegen in Serieschaltung eine Diode 69 und ein Widerstand 71. Die Source des
FET ist direkt mit der Klemme 37 für die Referenzspannung'und der Drain ist ther
einen Schutzwiderstand 72 mit der Speisespannung sowie über einen Begrenzerwiderstand
74 mit der Basis eines Transistors 76 verbunden. Der invertierende Eingang des Komparators
39' liegt am Abgriff einer Potentiometerschaltung, deren einer Zweig von einem zur
Referenzspannung führenden einstellbaren Widerstand 77 und deren anderer Zweig von
einem zur Speisespannung führenden Festwiderstand 78 gebildet ist. Parallel zum
Festwiderstand 78 ist eine Serieschaltung, bestehend aus einem weiteren Widerstand
79 und dem bereits genannten Transistor 76 gelegt. Der nichtinvertierende Eingang
des Komparators ist über einen Schutzwiderstand 41' mit der Eingangsklemme 36 für
die Messspannung verbunden.
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Vor dem Einschalten des Motors liegt keine Spannung an der Eingangsklemme
36 und am damit verbundenen nichtinvertierenden Eingang des Komparators 39'. Die
Kleine 35 ist mit der
Referenzspannungsquelle verbunden, weshalb
auch der Kondensator 67 auf die Referenzspannung aufgeladen ist und der FET 68 leitet
Dadurch wird an die Basis des Transistors 76 eine Steuerspannung geführt, die praktisch
der Referenzspannung entspricht, weshalb auch der Transistor 76 leitet und der Widerstand
79 dem Widerstand 78 parallelgeschaltet ist. Die Spannung am invertierenden Eingang
des Komparators liegt dann nahe der Speisespannung. Weil die Klemme 36 keine Spannung
führt, erscheint am Ausgang des Komparators kein Signal.
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Beim Einschalten des Motors zum Zeitpunkt t0 wird die Eingangsklemme
35 über die Leitung 25 und den Kontakt 14 des Schalters 12 mit der Masseleitung
verbunden. Dann wird der Kondensator 67 über den Widerstand 66 entladen, und die
Leitfähigkeit des FET 68 nimmt ab. Die Kapazität des Kondensators 67 und der Widerstandswert
des Widerstands 66 sind so gewählt, dass die Entladezeit praktisch der Anlaufzeit
des Motors entspricht und der FET zur Zeitpunkt t sperrt. Dann a wird auch der Transistor
76 in den nichtleitenden Zustand geschaltet, so dass die Parallelschaltung des Widerstands
79 zum Widerstand 78 unterbrochen und die Spannung am invertierenden Eingang des
Komparators in den Bereich der Referenzspannung verschoben wird.
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Das bedeutet, dass bei der Aus führungs form gemäss Fig. 4 während
der Anlaufzeit dem invertierenden Eingang des Komparators eine Vergleichsspannung
zugeleitet wird, die höher ist als das zu erwartende Maximum der Messspannung und
nach der Anlaufzeit die Vergleichsspannung auf einen Wert abgesenkt wird, der nur
wenig über der dem Nennstrom entsprechenden Messspannung liegt. Diese Ausführungsform
der Schaltung erzeugt darum ein Ausgangssignal, wenn zum Zeitpunkt t die a Messspannung
noch über der Referenzspannung liegt oder während des Laufs des Motors zu einem
Zeitpunkt t über die Rex ferenzspannung ansteigt.
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Wird die Schaltung gemss Fig. 4 mit einem Stern-Dreieckb Schalter
verwendet, dann wird der Kondensator 67 beim mschalten von Stern auf Dreieck mindestens
teilweise wieder aufgeladen, d.h. die durch das Entladen des Kondensators über den
Widerstand 66 bestimmte Anlaufzeit wird verlängert.
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Dieser Nachteil kann praktisch ausgeglichen werden, wenn der Ladewiderstand
71 so gross ist, dass während des UmschaJf tens der Kondensator nur sehr wenig nachgeladen
wird. Ausserdem kann eine Diode in Serie zum Potentiometer 66 geschaltet werden,
die das Aufladen des Kondensators über dieses Potentiometer verhindert, ohne das
Entladen zu beeinflussen.
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Die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform der neuen elektronischen Schaltung
weist die gleichen drei Eingangsklemmen 35, 36 und 37 für die Signal-, die Mess-
bzw. die Referenzspannung auf wie die beiden vorgängig beschriebenen Ausführungsformen,
enthält aber zwei getrennte Ausgangsklemmen 38 und 38*. Diese Ausführungsform ermöglicht,
die am Ende der Anlauf zeit oder während der Laufzeit erscheinenden Ausgangssignale
an nur eine der beiden Ausgangsklemmen zu leiten. Die Signale können dann beispielsweise
an nichtgezeigte Auswerteeinrichtungen weitergeleitet werden oder an eine optische
Anzeigeeinrichtung (31 in Fig. 1), die dem Bedienungspersonal anzeigt, ob das Abschalten
des Motors durch einen Schweranlauf oder eine nach dem Anlauf aufgetretene Ueberlast
bewirkt wurde.
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Bei dieser Schaltung ist die Eingangsklemme 35 für die Signalspannung
UO über einen Schutzwiderstand 81 und eine erste Diode 82 mit einem ersten Flipflop
83, einem zweiten Flipflop 84 und dem Drain eines FET 86 verbunden. Vom Schutzwiderstand
81 führt eine direkte Leitung zu einem dritten Flipflop 87. (Die im gestrichelt
gezeichneten Block 125
zeigte Verzögerungsschaltung wird später
noch beschrieben werden).
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Die Eingangsklemme 36 für die Messspannung UMes ist über einen Schutzwiderstand
88 direkt mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Komparators 89 verbunden. Der
invertierende Eingang dieses Komparators liegt am Abgriff eines Potentio meters
91, das zwischen der Speisespannung Uv+ und der Referenzspannung angeschlossen ist.
Der Ausgang des Komparators ist über einen Schutzwiderstand 92 mit dem Kollektor
eines ersten Transistors 93 und über eine zweite Diode 94 mit der einen Ausgangsklemme
38* verbunden. Eine weitere Leitung führt vom-Ausgang des Komparators über einen
Widerstand 96 an einen vierten Flipflop 97 und über einen weiteren Widerstand 98
an den Kollektor eines zweiten Transistors 99 und über eine dritte Diode 101 an
die Ausgangsklemme 38. Die Emitter des ersten und des zweiten Transistors 93 bzw.
99 sind mit der Masseleitung verbunden.
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Von der Eingangsklemme 37 für die Referenzspannung führt eine Leitung
an den ersten Flipflop 83, an ein mit der Masseleitung verbundenes Potentiometer
102, 103, über einen Widerstand 104 an die Verbindung der Sources zweier als Differenzverstärker
geschalteter FET 106, 107, an ein über einen Kondensator 108 mit der Masseleitung
verbundenes Potentiomew ter 109, 111 sowie über nochmals einen Widerstand 112 an
den zweiten Flipflop 84.
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Das Gate des FET 106 ist mit dem Abgriff des Potentiometers 102 verbunden,
das Drain mit einem zur Masseleitung führenden Widerstand 113, dem ein Kondensator
114 parallelgeschalw tet ist, mit dem Flipflop 97 und dem Gate des FET 86. Die Source
dieses FET 86 ist mit der Masseleitung verbunden, und parallel zu Drain und Source
liegt ein Kondensator 116.
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Das Gate des FET 107 ist mit der Verbindungsleitung zwischen dem Potentiometer
109, 111 und dem Kondensator 108 verbunden, das Drain mit der Basis des zweiten
Transistors 99 und über einen Widerstand 117 mit dem zweiten Flipflop 84.
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Der erste Flipflop 83 ist über zwei Widerstände 118, li9 mit der Masseleitung
und über einen Widerstand 121 mit der Leitung zwischen der Diode 82 und dem Kondensator
116 verbunden. Die Verbindung zwischen den beiden Widerständen 118, 119 ist an die
Basis des ersten Transistors 93 geführt.
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Vor dem Einschalten des Motors, d.h. vor dem Zeitpunkt t0 (Fig. 2)
liegt an der Eingangsklemme 35 eine Spannung, die praktisch der Referenzspannung
entspricht. Diese Spannung setzt den ersten, den zweiten und den dritten Flipflop
83, 84 bzw. 87 und ladet den Kondensator 116. Die Klemme 37 ist direkt mit der Referenzspannung
verbunden, die über den Widerstand 104 die Spannung für die Sources der FET 106,
107 und über das Potentiometer 102, 103 die Vorspannung für das Gate des FET 106
liefert. Weil der erste Flipflop 83 gesetzt ist, ist auch das Potentiometer 118,
119 mit der Referenzspannungsleitung verbunden, und an der Basis des Transistors
93 liegt eine positive Spannung, d.h. der Transistor bildet einen leitenden Nebenschluss
zur Ausgangsdiode 94. Weil auch der dritte Flipflop 87 gesetzt ist, sind der Fusspunkt
des Potentiometers 109, 111 und das Gate des FET 107 mit der Masseleitung verbunden.
Dann ist das Gate des FET 107 negativer als das Gate des FET 106, und es fliesst
ein Strom von der Referenzspannungsleitung durch den Widerstand 104 und den FET
107 zur Basis des zweiten Transistors 99, der in den leitfähigen Zustand geschaltet
wird und einen leitenden Nebenschluss zur Ausgangsdiode 101 bildet. Der gesetzte
zweite Flipflop 84 verbindet den Abgriff des Potentiometers 112, 117 mit der Masseleitung,
was die bisher beschriebene Arbeitsweise
der Schaltung nicht beeinflusst.
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Beim Einschalten des Motors zum Zeitpunkt to wird die Eingangsklenme
35 mit der Masseleitung verbunden. Das hat zur Folge, dass der dritte Flipflop 87
zurückgesetzt und der Kondensator 108 über die Widerstände 109, 111 geladen wird.
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Die Diode 82 verhindert das Entladen des Kondensators 116, weshalb
der erste und der zweite Flipflop 83 bzw. 84 gesetzt bleiben. Wenn die ab dem Zeitpunkt
t0 ansteigend und dem nichtinvertierenden Eingang des Komparators zugeführte Messspannung
über die am invertierenden Eingang liegende Vergleichsspannung ansteigt und am Komparatorausgang
ein positives Signal erscheint, dann wird dieses über den ersten und den zweiten
Transistor 93 bzw. 99 an die Masseleitung abgeführt und erscheint nicht an den Ausgangsklemmen
38 bzw 38*.
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Weiter wird durch ein positives Komparatorausgangssignal der vierte
Flipflop 97 gesetzt, was die bisher beschriebene Arbeitsweise der Schaltung nicht
beeinflusst.
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Die Widerstände 109, 111 und der Kondensator 108 sind so abgestimmt,
dass die Spannung am Kondensator nach der vorgegebenen Motoranlaufzeit, d.h. zum
Zeitpunkt t den gleichen Wert erreicht wie die Spannung am Abgriff der Potentiometerschaltung
102, 103. Dann hat zum Zeitpunkt ta das Gate des FET 107 die gleiche Spannung wie
das Gate des FET 106. Wenn die Kennlinien der beiden FET praktisch gleich sind,
übernimmt darum der FET 106 ab dem Zeitpunkt t die Stromleitung von der Referenzspannungsleitung
über den Widerstand 104 und den vierten gesetzten Flipflop 97 zur Masseleitung,
während gleichzeitig der FET 107 gesperrt wird. Das Sperren des FET 107 hat zur
Folge, dass die Basis des Transistors 99 über den noch gesetzten zweiten Flipflop
84 praktisch mit der Masseleitung verbunden ist und der Transistor in den nichtleitenden
Zustand geschaltet wird.
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Wenn darum zur Zeitpunkt t die Messspannung an der Eingangsa klemme
36 immer noch so hoch ist, dass am Komparaborausyang ein positives Signal erscheint,
dann wird dieses positive Signal über den Widerstand 98 zur Ausgangsklemme 38 geleitet.
Weil der erste Flipflop 83 immer noch gesetzt und der Transistor 93 immer noch im
leitfähigen Zustand ist, erscheint am Ausgang 38* kein Signal.
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Wenn die Messspannung zum Zeitpunkt ta unter die Vergleichsspannung
abgesunken ist und am Komparatorausgang ein negatives Signal erscheint, dann wird
der vierte Flipflop 97 zurückgesetzt. Dann steigt wegen der Stromleitung des FET
106 die Spannung am Kondensator 114 und am Gate des FET 86, der zu leiten beginnt.
Dabei wird der Kondensator 116 entladen.
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Das hat zur Folge, dass der zweite Flipflop 84 zurückgesetzt und der
Transistor 99 über den Widerstand 117 wieder in den leitfähigen Zustand geschaltet
wird. Der Transistor bildet dann wie während der Anlaufzeit einen leitenden Nebenschluss
zur Diode 101, so dass kein Signal an die Ausgangsklemme 38 weitergeleitet wird.
Durch das Entladen des Kondensators 116 wird auch der erste Flipflop 83 zurückgesetzt
und die Basis des Transistors 93 über den Widerstand 119 mit der Masseleitung verbunden.
Der Transistor ist dann im nichtleitenden Zustand. Wenn dann zu irgendeinem Zeitpunkt
t die Messspanx nung am nichtinvertierenden Eingang des Komparators 89 über die
Vergleichs spannung am invertierenden Eingang ansteigt und am Komparatorausgang
ein positives Signal erscheint, so wird dieses über die Diode 94 an die Ausgangsklemme
38* geleitet.
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Auch bei dieser Schaltung erscheint beim Umschalten von Stern auf
Dreieck eine positive Spannung an der Eingangsklemme 35, die den dritten Flipflop
87 setzt und den Kondensator 108 mit der Masseleitung verbindet. Die Aufladung des
zeitbestimmenden
Kondensators 108 wird also beim UmschalteIl von Stern auf Dreieck unterbrochen bzw.
erneut begonnen, was einer Verlängerung der vorgegebenen "Anlaufzeit" entspricht.
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Dieser scheinbare Nachteil kann durch ein RC-Glied, das den beim Umschalten
entstehenden Spannungsstoss verflacht, prak tisch behoben werden. Ein geeignetes
RD-Glied 121 mit einer Entladestrecke für den Glättungskondensator ist in Fig. 5
zwischen der Eingangsklemme 35 und dem Widerstand 81 mit gestrichelten Linien gezeichnet.
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Es versteht sich, dass es auch möglich ist, den invertierenden Eingang
des Komparators direkt mit der Referenzspannungsleitung und den nichtinvertierenden
Eingang über eine Potentiometerschaltung mit der essspannungsquelle zu verbinden,
ohne dass der Aufbau der beschriebenen Schaltung oder deren Arbeitsweise geändert
wird.
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In Fig. 6 ist noch eine weitere Ausführungsform der neuen elektronischen
Schaltung gezeigt. Diese Ausführungsform weist ebenso wie die vorgängig beschriebene
zwei Ausgangsklemmen 38, 38* auf, wobei ein am Ende der vorgesehenen Motoranlaufzeit
erzeugtes Ueberstromsignal an der einen Klemme 38 und ein zu einem späteren Zeitpunkt
erzeugtes Signal an der Klemme 38* erscheint.
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Bei dieser.Schaltung ist die Eingangsklemme 35 für die Signalspannung
Ug mit einer zur Masseleitung führenden Potentiometerschaltung 130, 131 verbunden,
an deren Abgriff das Gate eines ersten FET 132 angeschlossen ist. Die Eingangsklemme
35 ist weiter über eine Diode 133 und einen Seriewiderstand 134 mit einem auf die
Referenzspannungsleitung abgestützten Kondensator 136 und mit einer anderen zur
Masseleitung geführten Potentiometerschaltung 137, 138 verbunden.
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Der Abgriff dieser anderen Potentiometerschaltung führt zur
Basis
eines ersten Transistors 139.
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Die Eingangsklemme 36 für die Messspannung UMes ist über einen Schutzwiderstand
141 direkt mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Komparators 142 verbunden.
Der invertierende Eingang dieses Komparators liegt am Abgriff eines Potentiometers
143, das zwischen der Speisespannung Uv+ und der Referenzspannungsleitung angeschlossen
ist. Der Ausgang des Komparators ist über einen Schutzwiderstand 144 mit der einen
Ausgangsklemme 38 und über einen Parallelwiderstand 146 mit der anderen Ausgangsklemme
38* verbunden.
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Von der mit der Eingangsklemme 37 verbundenen Referenzspannungsleitung
führt ein einstellharer Widerstand 147 an einen auf der Masseleitung abgestützten
Kondensator 148. Die Verbindung zwischen dem Widerstand und dem Kondensator ist
direkt mit dem Gate eines zweiten FET 149 und über einen Widerstand 151 mit dem
Drain des ersten FET 132 verbunden, dessen Source an die Masseleitung geführt ist.
Zwischen der Referenzspannungsleitung und der Masseleitung ist weiter ein Potentiometer
151 angeschlossen, dessen Abgriff zur Source des zweiten FET 149 geführt ist. Das
Drain dieses zweiten FET ist direkt mit der Basis eines Transistors 152 und über
einen Ableitwiderstand 153 mit der Masseleitung verbunden. Weiter führt von diesem
Drain eine Leitung über einen Widerstand 154 zur anderen Ausgangsklemme 38*.
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Der Emitter des bereits e.euhr.cn 15> ist -irz!=t und der Kollektor
ist über eine Potentiometerschaltung 156, 157 an die Masseleitung geführt. Der Kollektor
ist ausserdem mit der anderen Ausgangsklemme 38* verbunden. Vom Abgriff der Potentiometerschaltung
156,157 führt eine Leitung zu einem Inverter 158, dessen Gegenanschluss über einen
Widerstand 159 und eine erste Diode 161 mit dem Ausgang des Komparators
142
und über eine zweite Diode 162 mit dem Kondensator 136 verbunden ist.
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Die in Fig. 6 gestrichelt gezeichneten Bauelemente bilden einen wahlweise
verwendbaren Zusatz, der später noch beschrieben werden wird.
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Vor dem Einschalten des Motors, d.h. vor dem Zeitpunkt t0 (Fig. 2),
liegt an der Eingangsklemme 35 eine Signalspannung Uor die praktisch der Referenzspannung
entspricht. Die Signalspannung bewirkt, dass der erste FET 132 in den leitfähigen
Zustand geschaltet wird. Dabei wird der Kondensator 148 über diesen FET entladen
und das Gate des zweiten FET 149 praktisch mit der Masseleitung verbunden, so dass
dieser zweite FET ebenfalls in den leitfähigen Zustand geschaltet ist. Der über
den zweiten FET und der Widerstand 153 fliessende Strom erzeugt eine positive Spannung
an der Basis des zweiten Transistors 152, der in den leitfähigen Zustand geschaltet
wird und den einen Ausgang 38 mit der Masseleitung verbindet.
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Die Signalspannung an der Eingangsklemme 35 ladet über den Widerstand
134 auch den Kondensator 136 und erzeugt am Abgriff der Potentiometerschaltung137,
138 eine positive Spannung, die auch den zweiten Transistor 139 in den leitfähigen
Zustand schaltet. Damit ist auch der andere Ausgang 38* direkt mit der Masseleitung
verbunden, so dass an keiner der beiden Ausgangsklemmen ein Ausgangs signal erscheinen
kann.
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Beim Einschalten des Motors zum Zeitpunkt t0 wird die Eingangsklemme
35 mit der Masseleitung verbunden, und die Messspannung an der Eingangsklemme 36
steigt steil an, weshalb nach kurzer zeitlicher Verzögerung ein positives Ausgangssignal
am Komparator 142 erscheint. Der Transistor 139 bildet
mit dem
Inverter 158 und den beiden Dioden 161, 162 einen Flipflop, dessen Schaltzustand
unverändert bleibtr wenn ansteile der Si.gnalspannung an der Basis des Transistors
139 eine positive Spannung vom Ausgang des Komparators iiber den Widerstand 146
an den Kollektor dieses Transistors geleitet wird. Der Kondensator 136 und die beiden
Widerstcinde 137, 138 in der Basisleitung des Transistors sind so bemessen, dass
während der kurzen Zeitspanne zwischen dem Abschalten der Signalspannung an der
Eingangsklemme 35 und dem Erscheinen eines positiven Ausgangssignals am Komparator
die positive Spannung an der Basis des Transistors 139 erhalten bleibt.
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Wenn zum Zeitpunkt t0 die Eingangsklemme 35 mit der Masseleitung verbunden
wird, wird das Gate des ersten FET 132 über den Widerstand 131 ebenfalls mit der
Masseleitung verbuten und die Stromleitung durch den FET unterbrochen. Dann wird
der Kondensator 148 über den Widerstand 147 aufgeladen.
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Der Kondensator und der Widerstand sind so gewählt, dass die Spannung
am Kondensator nach der vorgegebenen Motoranlaufzeit, d.h. zum Zeitpunkt t einen
Wert erreicht hat, bei dem a die Stromleitung durch den zweiten FET 149 unterbrochen
wird. Dann ist die Basis des Transistors 152 über den Widerstand 153 mit der Masseleitung
verbunden und der Transistor in den Sperrzustand geschaltet.
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Verläuft die Messspannung vom-Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t wie
es für den Kurvenast 33 in Fia. 2 aexP.jat ist Iind a liegt während dieser Zeitspanne
eine positive Spannung am Ausgang des Komparators 142, dann erscheint diese Spannung,
sobald der Transistor 152 nicht mehr leitet, an der einen Ausgangsklemme 38.
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Sinkt die Messspannung unter die Referenzspannung und erscheint
am
Ausgang des Komparators ein negatives Signal, dann wird der Flipflop über die Diode
161 zurückgesetzt und der Transistor 139 in den nichtleitenden Zustand geschaltet.
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Ein folgendes positives Ausgangssignal am Komparator 142 erscheint
dann an der anderen Ausgangsklemme 38*. Das gleiche positive Signal gelangt über
die Widerstände 146 und 154 an die Basis des Transistors 152, der dann gleichzeitig
die eine Ausgangsklemme 38 mit der Masseleitung verbindet.
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Die Ausführungsform gemäss der Fig. 6 weist noch eine mit gestrichelten
Linien gezeichnete Hilfseinrichtung auf. Diese Hilfseinrichtung soll ein Ausgangssignal
erzeugen, wenn der Motorstrom beim Anlaufen über einen vorgegebenen Maximalwert
ansteigt, der noch unter der Ansprechschwelle der Ueberstromüberwachung liegt. Diese
Hilfseinrichtung enthält einen omparator 170, dessen nichtinvertierender Eingang
mit einem Potentiometer 171 verbunden ist, das eine positive Vergleichsspannung
liefert, Der invertierende Eingang ist mit der Messspannungsleitung verbunden. Der
Ausgang des Komparators ist über einen Schutzwiderstand 172 an die Basis eines Transistors
174 geführt, dessen Kollektor mit der Referenzspannungsleitung und dessen Emitter
mit der Leitung zwischen dem Ladewiderstand 147 und dem zeitbestimmenden Kondensator
148 verbunden ist.
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Solange die dem Motorstrom proportionale Messspwnung unter einer am
Potentiometer 171 eingestellten Vergleichsspannung bleibt, erscheint am Komparatorausgang
ein positives Signal, das den Transistor 174 für die Stromleitung sperrt. Wenn die
Messspannung iiber die Vergleichsspannung ansteigt, dann erscheint am Komparatorausgang
ein negatives Signal, das den Transistor 174 in den leitfähigen Zustand schaltet.
Der Transistor bildet dann Linien Nebenschluss zum Ladewiderstand 147, so dass der
zeitbestimmende Kondensator 148 unverzögert
aufgeladen und, wie
bereits oben beschrieben, die eine Ausgangsklemme 38 von der Masseleitung getrennt
wird, so dass das positive Ausgangssignal vom Komparator 142 weitergeleitet werden
kann.
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Es versteht sich, dass die zuletzt beschriebene Hilfseinrichtung auch
für die Ausführungsform gemäss der Fig. 5 verwendet werden kann.
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Wird die Ausführungsform gemäss Fig. 6 mit einem Stern-Drei eck-Schalter
verwendet, dann wird beim jedem Umschalten von Stern auf Dreieck der zeithestimmende
Kondensator 148 entladen, d.h. die vorgegebene Anlaufzeit verlängert. Um diesen
Mangel zu vermeiden, kann in die Signalspannungsleitung ein Verzögerungsglied eingesetzt
werden entsprechend dem RC-Glied 125 in Fig. 5.
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Auch bei der Ausführungsform gemäss Fig. 6 können anstelle der gezeigten
Anschlüsse der invertierende Eingang des Komparators direkt mit der Referenzspannungsklemme
37 und der nichtinvertierende Eingang über eine Potentiometerschaltung mit der Messspannungsklemme
36 verbunden werden, was praktisch keinen Einfluss auf den Aufbau der weiteren Schaltung
und deren Arbeitsweise hat.