DE4006505A1 - Einrichtung zum betrieb eines gleichstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Betrieb eines Gleichstrommotors mit einem in Reihe liegenden, eine Meß­ größe liefernden Stromsensor.

Gleichstrommotoren werden beispielsweise als Lüftermoto­ ren zur Kühlung elektrischer Baugruppen verwendet. Eine beispielsweise durch Kurzschluß hervorgerufene Störung des Lüftermotors kann zum Ausfall einer Baugruppe und da­ mit zu schwerwiegenden und kostenaufwendigen Schäden füh­ ren. Daher ist eine Einrichtung zum Betrieb des Gleich­ strommotors erforderlich, die beispielsweise mit Hilfe einer Überwachungseinrichtung einen Störfall erkennen und signalisieren soll. Ein solcher Störungsfall kann z. B. durch einen Kurzschluß bzw. durch Überlast des Lüftermo­ tors oder durch eine zu geringe Betriebsspannung des Lüf­ termotors hervorgerufen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrich­ tung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der auf einfache und kostengünstige Weise eine Störung des Gleichstrommotors signalisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs ge­ nannten Art dadurch gelöst, daß die Meßgröße einer analog arbeitenden Überwachungseinrichtung zugeführt wird, die einen Vergleich der Meßgröße mit einer ersten Referenz­ größe durchführt, wobei bei deren Überschreiten ein er­ ster Kondensator geladen und bei deren Unterschreiten entladen wird und beim Absinken einer am ersten Kondensa­ tor abgreifbaren Spannung unter eine Signalisierungs­ schwelle eine Signalisierung erfolgt.

Die Referenzgröße wird dabei so vorgegeben, daß die Im­ pulsspitzen der Meßgröße die erste Referenzgröße im Nor­ malbetrieb des Gleichstrommotors überschreiten und da­ durch der erste Kondensator geladen wird, während beim Unterschreiten der Referenzgröße der erste Kondensator wieder langsam entladen wird. Im Störungsfall, d. h. bei­ spielsweise beim Kurzschluß des Gleichstrommotors, erfol­ gen keine Impulsspitzen der Meßgröße mehr. Dadurch wird der erste Kondensator nicht erneut geladen und die am er­ sten Kondensator abgreifbare Spannung sinkt unter die Si­ gnalisierungsschwelle und es kann eine Signalisierung er­ folgen. Eine derartige Überwachungseinrichtung kann ko­ stengünstig aus handelsüblichen analogen Bauteilen aufge­ baut werden, so daß eine aufwendige, insbesondere aus di­ gitalen Bauteilen aufgebaute, Überwachungseinrichtung entfallen kann.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die Meß­ größe auf den nichtinvertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers geschaltet, an dessen invertieren­ dem Eingang die erste Referenzgröße liegt, wobei an den Ausgang des ersten Operationsverstärkers eine erste Dio­ de in Reihe mit einem ersten Widerstand und mit einer Pa­ rallelschaltung aus einem ersten Kondensator und aus ei­ nem zweiten Widerstand angeschlossen ist. Dabei führt der erste Operationsverstärker den Vergleich der Meßgröße mit der ersten Referenzgröße durch. Beim Überschreiten der ersten Referenzgröße wird der erste Kondensator über die erste Diode und den ersten Widerstand geladen, während bei deren Unterschreiten der erste Kondensator über den zweiten Widerstand sehr langsam so entladen wird, daß im Normalbetrieb die am ersten Kondensator abgreifbare Span­ nung die Signalisierungsschwelle nicht unterschreitet. Im Störungsfall erfolgen keine Impulsspitzen mehr der Meß­ große, wodurch der erste Kondensator nicht mehr geladen wird und somit die Spannung am ersten Kondensator die Si­ gnalisierungsschwelle unterschreitet. Eine derartige Überwachungseinrichtung ist aus einfachen und preisgün­ stigen analogen Bauteilen aufgebaut und ermöglicht eine zuverlässige Überwachung des Betriebszustandes des Gleichstrommotors.

Bei einer Ausgestaltungsform erfolgt das Zuschalten der Überwachungseinrichtung zeitverzögert. Damit kann ein un­ beabsichtigtes Ansprechen der Überwachungseinrichtung beim Einschalten des Gleichstrommotors vermieden werden.

Bei einer weiteren Ausgestaltungsform liegt der Stromsen­ sor in Reihe mit der Schaltstrecke eines Transistors, wo­ bei die an dem Stromsensor abgreifbare Meßgröße mittels einer Strombegrenzungsschaltung den Transistor so ansteu­ ert, daß beim Überschreiten der zweiten Referenzgröße der durch den Transistor fließende Strom begrenzt wird. Dabei wird der Stromsensor sowohl für die Strombegrenzungs­ schaltung als auch für die Überwachungseinrichtung ver­ wendet. Durch diese Kombination des Stromsensors wird auf einfache und kostengünstige Weise eine zuverlässige Strombegrenzung sowie eine Überwachung des Gleichstrom­ motors realisiert.

Bei einer Ausgestaltungsform liegt parallel zum Stromsen­ sor ein dritter Widerstand in Reihe mit einem zweiten Kondensator, wobei deren gemeinsamer Abgriff auf den in­ vertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers geschaltet ist, an dessen nichtinvertierendem Eingang die zweite Referenzgröße anliegt, und der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers ist über einen vierten Widerstand in Reihe mit einer zweiten Diode an die Steuerelektrode des Transistors angeschlossen. Der zweite Operationsver­ stärker führt dabei einen Vergleich der Meßgröße mit der zweiten Referenzgröße durch. Überschreitet im Störungs­ fall, d. h. beispielsweise im Kurzschlußfall des Gleich­ strommotors, die Meßgröße die zweite Referenzgröße, so führt dies zu einer Änderung der Steuerspannung des Tran­ sistors und somit zu einer Begrenzung des Transistorstro­ mes und damit zu einer Begrenzung des durch den Gleich­ strommotor fließenden Stromes. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn zwei Gleichstrommotoren an einer Ein­ gangsspannung gleichzeitig betrieben werden, so daß im Störungsfall eines Gleichstrommotors der jeweils andere ungestört in Betrieb bleiben kann.

Bei einer weiteren Ausgestaltungsform wird mit Hilfe der am ersten Kondensator abgreifbaren Spannung ein optisches und/oder akustisches Signalelement angesteuert. Damit kann im Störungsfall dem zuständigen Wartungs- bzw. Be­ triebspersonal der Ausfall des Gleichstrommotors ange­ zeigt werden.

Bei einer Ausgestaltungsform ist der Gleichstrommotor als Lüftermotor ausgebildet. Eine Kombination aus Strom­ begrenzungsschaltung und Überwachungseinrichtung an einem gemeinsamen Stromsensor ist dabei besonders vorteilhaft, da im Störungsfall eines Lüftermotors zur Kühlung von einzelnen Baugruppen schwerwiegende Beschädigungen der Baugruppen verhindert werden können.

Bei einer weiteren Ausgestaltungsform sind insbesondere zur Kühlung einer einzelnen elektrischen Baugruppe zwei Lüftermotoren vorgesehen, die jeweils eine separate Strombegrenzungsschaltung und eine separate Überwachungs­ einrichtung aufweisen. Durch die Redundanz eines Lüfter­ motors mit jeweils eigener Strombegrenzungsschaltung und Überwachungseinrichtung wird sichergestellt, daß im Stö­ rungsfall eines Lüftermotors der jeweils andere in Be­ trieb bleiben kann und die Kühlung einer Baugruppe si­ cherstellt, während durch die Signalisierung einer Stö­ rung des anderen Lüftermotors das zuständige Wartungsper­ sonal Reparaturmaßnahmen einleiten kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand des in der Figur dargestellen Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Einrichtung zum Betrieb eines Gleichstrommotors mit einer Überwachungseinrichtung und einer Strombegrenzungsschaltung.

Die Figur zeigt einen Gleichstrommotor M, der in Reihe mit der Schaltstrecke eines Transistors T und einem als Meßwiderstand RM ausgebildeten Stromsensor liegt. An dem Meßwiderstand RM ist in Form einer Meßspannung UM eine Meßgröße abgreifbar, die mittels einer Strombegrenzungs­ schaltung S den Transistor T ansteuert. Dazu ist die Strombegrenzungsschaltung S an die Klemmen des Meßwider­ standes RM, sowie die Steuerelektrode (Gate) des Transi­ stors T angeschlossen. Parallel zur Reihenschaltung aus dem Gleichstrommotor M aus der Schaltstrecke des Transi­ stors T sowie aus dem Meßwiderstand RM liegt eine auf Be­ zugspotential (Masse) bezogene Eingangsgleichspan­ nung UE. Die Klemmen des Meßwiderstandes RM sind außerdem an eine Überwachungseinrichtung Ü angeschlossen, an deren Ausgang ein Überwachungssignal UA abgreifhar ist. Paral­ lel zum Strommeßwiderstand RM liegt ein dritter Wider­ stand R3 in Reihe mit einem zweiten Kondensator C2, wobei deren gemessener Abgriff auf den invertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers OP2 geschaltet ist. Am nichtinvertierenden Eingang des zweiten Operationsver­ stärkers OP2 liegt in Form einer zweiten Referenzspan­ nung Uref2 eine zweite Referenzgröße. Der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers OP2 ist über einen vierten Widerstand R4 in Reihe mit einer zweiten Diode D2 an die Steuerelektrode des Transistors T angeschlossen. Zwischen der Steuerelektrode des Transistors T und dem Massepoten­ tial liegt eine als Zenerdiode ausgebildete dritte Dio­ de D3, während zwischen dem Gate des Transistors T und dem positiven Pol der Eingangsgleichspannung UE ein fünf­ ter Widerstand R5 eingeschaltet ist. Die Source-Elektrode des Transistors T ist darüber hinaus über ein aus einem Widerstand R und einem Kondensator C gebildetes RC-Glied auf den nichtinvertierenden Eingang eines ersten Opera­ tionsverstärkers OP1 geschaltet. Am invertierenden Ein­ gang des ersten Operationsverstärkers OP1 liegt eine er­ ste Referenzspannung Uref1. Der Ausgang des ersten Opera­ tionsverstärkers OP1 liegt über einer Reihenschaltung aus einer ersten Diode D1, einem ersten Widerstand R1 und ei­ ner Parallelschaltung aus einem ersten Kondensator C1 und einem zweiten Widerstand R2 an Massepotential. An der Pa­ rallelschaltung aus dem ersten Kondensator C1 und dem zweiten Widerstand R2 ist eine Spannung UA abgreifbar.

Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Meßspannung UM entsprechend dem durch den Gleichstrommotor M fließenden Strom am Meßwiderstand RM abgegriffen. Im Normalbetrieb, das heißt, wenn keine Stö­ rung beispielsweise in Form eines Kurzschlusses am Gleichstrommotor M auftritt, ist der Transistor T leitend und es fließt lediglich der Betriebsstrom des Gleich­ strommotors M über den Meßwiderstand RM. Der durch den Meßwiderstand RM fließende Strom des Gleichstrommotors M und damit auch die Meßspannung UM haben dabei den zeitli­ chen Verlauf einzelner Impulse, die sich mit konstanter Periodendauer wiederholen. Mit Hilfe des fünften Wider­ standes R5 und der dritten Diode D3 wird an der Steuer­ elektrode des Transistors T die Steuerspannung so vorge­ geben, daß sich der Transistor T im Normalbetrieb im lei­ tenden Zustand befindet. Entsprechend wird die zweite Re­ ferenzspannung Uref2 vorgegeben. Im Störungsfall, das heißt beispielsweise im Kurzschlußfall des Gleichstrommo­ tors M, fließt ein hoher Strom durch den Meßwider­ stand RM, der ebenfalls eine erhöhte Meßspannung UM zur Folge hat. Hierdurch wird die durch die zweite Referenz­ spannung Uref2 des zweiten Operationsverstarkers OP2 vor­ gegebene Schwelle überschritten. Dies führt zu einer Än­ derung der Steuerspannung des Transistors T und somit zu einer Begrenzung des Stromes durch den Gleichstrommo­ tor M. Die Strombegrenzungsschaltung S arbeitet als Stromregelung und bewirkt einen langsamen Anlauf des Gleichstrommotors M, so daß Störimpulse vermieden wer­ den. Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbei­ spiel wird der Gleichstrommotor M an der Eingangsgleich­ spannung UE betrieben. Die erfindungsgemäße Lösung ist jedoch auch dann anwendbar, wenn der Gleichstrommotor M aus einer Wechselstrom- oder Drehstromquelle gespeist wird. In diesem Fall braucht lediglich ein Gleichrichter vorgeschaltet werden.

Die Meßspannung UM dient bei dem in der Figur dargestell­ ten Ausführungsbeispiel gleichzeitig der Auswertung durch die Überwachungseinrichtung Ü. Diese soll den Betriebszu­ stand des Gleichstrommotors überwachen und im Störungs­ fall in Form eines Überwachungssignals UA eine Störung signalisieren. Bei dem in der Figur dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel wird die Meßspannung UM über das RC- Glied R, C abgenommen. Damit wird ein zeitverzögertes Zu­ schalten der Überwachungseinrichtung Ü bewirkt, so daß ein unbeabsichtigtes Ansprechen der Überwachungseinrich­ tung Ü beim Einschalten des Gleichstrommotors M vermieden wird. Die erste Referenzspannung Uref1 des ersten Opera­ tionsverstärkers OP1 wird so vorgegeben, daß diese bei jedem Stromimpuls des Gleichstrommotors und somit auch bei jedem Impuls der Meßspannung UM überschritten wird. Dadurch wird am Ausgang des ersten Operationsverstär­ kers OP1 über die erste Diode D1 und den ersten Wider­ stand R1 der erste Kondensator C1 aufgeladen. Innerhalb der Zeit nach dem Abklingen des Impulses und dem nächsten neuen Impuls wird der erste Kondensator C1 über den zwei­ ten Widerstand R2 sehr langsam so entladen, daß im Nor­ malbetrieb die am ersten Kondensator C1 abgreifbare Span­ nung UA eine Signalisierungsschwelle nicht unterschrei­ tet. Im Störungsfall hingegen, d. h. beispielsweise beim Kurzschluß des Gleichstrommotors M, erfolgen keine Impul­ se mehr der Meßspannung UM, bzw. bei Überlast des Gleich­ strommotors M oder zu geringer Eingangsspannung UE für den Gleichstrommotor M wird die Periodendauer zwischen den einzelnen Impulsen größer. Dies hat zur Folge, daß im ersten Fall der erste Kondensator C1 nicht mehr geladen wird und somit die Spannung des Überwachungssignals UA unter die Auswerteschwelle absinkt oder im zweiten Fall der erste Kondensator C1 so stark entladen wird, daß die Signalisierungsschwelle ebenfalls unterschritten wird. In diesem Fall kann mit Hilfe eines optischen und/oder aku­ stischen Signalelements eine Signalisierung erfolgen.

Die gleichzeitige Auswertung der Meßspannung UM mittels der Strombegrenzungseinrichtung S sowie der analog arbei­ tenden Überwachungseinrichtung Ü ermöglicht somit eine einfache platzsparende und preisgünstige Schaltung, ohne daß aufwendige, insbesondere digitale Auswerteeinrichtun­ gen benötigt werden.

Claims (8)

1. Einrichtung zum Betrieb eines Gleichstrommotors mit einem in Reihe liegenden, eine Meßgröße liefernden Strom­ sensor, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgröße (UM) einer analog arbeitenden Überwa­ chungseinrichtung (Ü) zugeführt wird, die einen Vergleich der Meßgröße (UM) mit einer ersten Referenzgröße (Uref1) durchführt, wobei bei deren Überschreiten ein erster Kon­ densator (C1) geladen und bei deren Unterschreiten entla­ den wird und beim Absinken einer am ersten Kondensa­ tor (C1) abgreifbaren Spannung (UA) unter eine Signali­ sierungsschwelle eine Signalisierung erfolgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgröße (UM) auf den nichtinvertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers (OP1) geschaltet ist, an dessen invertierendem Eingang die erste Referenz­ größe (Uref1) liegt, wobei an den Ausgang des ersten Ope­ rationsverstärkers (OP1) eine erste Diode (D1) in Reihe mit einem ersten Widerstand (R1) und mit einer Parallel­ schaltung aus dem ersten Kondensator (C1) und an einem zweiten Widerstand (R2) angeschlossen ist.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuschalten der Überwachungseinrichtung (Ü) zeit­ verzögert erfolgt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsensor (RM) in Reihe mit der Schaltstrecke eines Transistors (T) liegt, wobei die an dem Stromsen­ sor (RM) abgreifbare Meßgröße (UM) mittels einer Strombe­ grenzungsschaltung (S) den Transistor (T) so ansteuert, daß beim Überschreiten einer zweiten Referenz­ größe (Uref2) der durch den Transistor (T) fließende Strom begrenzt wird.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Stromsensor (RM) ein dritter Wider­ stand (R3) in Reihe mit einem zweiten Kondensator (C2) liegt, wobei deren gemeinsamer Abgriff auf den invertie­ renden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers (OP2) geschaltet ist, an dessen nichtinvertierendem Eingang die zweite Referenzgröße (Uref2) anliegt, und daß der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers (OP2) über einen vier­ ten Widerstand (R4) in Reihe mit einer zweiten Diode (D2) an die Steuerelektrode des Transistors (T) angeschlossen ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der am ersten Kondensator abgreifbaren Spannung (UA) ein optisches und/oder akustisches Signal­ element angesteuert wird.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrommotor (M) als Lüftermotor ausgebildet ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere zur Kühlung einer einzelnen elektrischen Baugruppe zwei Lüftermotoren (M) vorgesehen sind, die jeweils eine separate Strombegrenzungsschaltung (S) und Überwachungseinrichtung (Ü) aufweisen.