DE1089880B

DE1089880B - Temperaturabhaengige Schalteinrichtung

Info

Publication number: DE1089880B
Application number: DES63112A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Herbert Piller
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1959-05-23
Filing date: 1959-05-23
Publication date: 1960-09-29

Description

DEUTSCHES

Für viele "Verwendungszwecke ist es erwünscht, einen Schaltvorgang in Abhängigkeit von der Erreichung (Über- oder Unterschreitung) bestimmter Temperaturwerte durchzuführen. So ist beispielsweise bei den sogenannten, Motorschutzschalter» eine Abschaltung bei bestimmten Temperaturwerten wichtig. Weiter ist noch eine Anordnung bekanntgeworden, bei der als Temperaturmeßglied ein Halbleiter verwendet ist, der zu einem Relais parallel geschaltet ist, das seinerseits mit einem Vorwiderstand in Reihe angeordnet ist.

In der Hauptpatentanmeldung (deutsche Auslegeschrift 1 061 431) ist eine Anordnung zur Temperaturüberwachung ähnlicher Art angegeben, bei der unter Verwendung eines in Abhängigkeit voxbestimmter, insbesondere wählbarer Temperatur zum Schalten gebrachten Relais in Zusammenarbeit mit einem Halbleiter mit temperaturabhängigem Widerstand, der Halbleiter über mindestens ein Schaltelement mit dem Relais verbunden ist, das bei Erreichen eines Schwellenwertes einen kleinen dynamischen Widerstandswert besitzt.

Bei derartigen, Anordnungen fließt der für die Auslösung des Relais bestimmte Strom über den Vorwiderstand und teilt sich dann in zwei zueinander parallele Zweige, von denen der eine über den oder die parallel geschalteten Halbleiter, der andere Teil über das Relais führt.

Da die Halbleiter in Abhängigkeit von- der Temperatur ihren Widerstand erheblich ändern, ändert sich dementsprechend auch die Verteilung auf die parallelen Zweige, so daß bei bestimmten Temperaturwerten der Ansprech- oder der Abfallwert des Relais erreicht werden kann.

Nach der Erfindung kann eine Anordnung nach der Hauptpatentanmeldung (deutsche Auslegeschrift 1 061431) dadurch weitergebildet und verbessert werden, daß das Relais zu dem Halbleiter parallel geschaltet wird. Auf diese Weise erhält man eine Anordnung, bei der das Relais, sobald die ansteigende Temperatur einen bestimmten Wert erreicht, abfällt. Dies unterscheidet sich also* in der Arbeitsweise von dem Ausführungsbeispiel der Hauptpatentanmeldung, bei dem gerade umgekehrt bei einem Ansteigen der Temperatur, sobald ein bestimmter Grenzwert erreicht ist, das Relais anzieht. Es wird also durch die Anordnung nach der Erfindung ermöglicht, unter Verwendung von normalen Relais eine Anordnung zu schaffen, bei der schon bei sehr kleinen Leistungen ein Relais bei genau definierten- Temperaturwerten abfällt.

Da das Relais hierbei gemäß der Vorschrift der Hauptpatentanmeldung über ein Schaltelement, wie z. B. eine Diode, angeschlossen ist, erhält man eine Temperaturabhängige Schalteinrichtung

Zusatz zur Zusatzpatentanmeldung S 56890 VIIIb/21d³
(Auslegeschrift 1 061 431)

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke
Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. phil. Herbert Piller, Nürnberg,
ist als Erfinder genannt worden

Stromverteilung, bei der das Relais so lange erregt bleibt, als die an dieser liegende Spannung, die dem Spannungsabfall an einem Halbleiter entspricht, oberhalb der Grenzspannung der Diode liegt. Sobald also der Spannungsabfall an dem Halbleiter diesen Wert unterschreitet, kann infolge der Sperrwirkung kein Anteil des durch den Vorwiderstand fließenden Stromes mehr über die Relaiswicklung fließen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. Hierbei ist mit 1 ein temperaturabhängiger Halbleiter, mit 2 ein Relais bezeichnet. 3 stellt eine Sperrzelle dar, 4 bedeutet den einstellbaren Vorwiderstand, 5 und 6 stellen die Klemmen dar, wobei eine Speisung mit Gleichstrom vorausgesetzt ist, so' daß 5 an dem negativen und 6 an dem positiven Pol angeschlossen ist.

Der Strom fließt also von der Klemme 6 über den Halbleiter 1 und den Vorwiderstand 4 zur Klemme 5. Entsprechend dem Widerstand des Halbleiters tritt an diesem ein Spannungsabfall auf, so daß die an dem Widerstand stehende Spannung als treibende Spannung durch die Spule des Relais 2 einen Strom- in Durchlaßrichtung der Sperrzelle treibt. Wenn der Widerstand des Halbleiters infolge einer Temperaturerhöhung auf einen bestimmten Wert gefallen ist, so daß der Spannungsabfall an diesem Widerstand den Grenzs.pannungswert der Diode unterschreitet, setzt die Sperrwirkung der Diode ein. Es kann dann kein Strom mehr über die Wicklung des Relais fließen, SO' daß dieses abfällt.

Eine Anordnung für ein System mit drei Einflußgroßen, also beispielsweise drei Halbleitern, von denen jeder unter dem Einfluß der Temperatur einer Phasenwicklung eines dreiphasigen Gerätes steht, ist in Fig. 2

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dargestellt. Hierbei ist das Relais 2 mit zwei gegeneinanderwirkenden Wicklungen ausgeführt und über drei verschiedene Sperrzellen an die einzelnen Systeme angeschlossen, von denen jedes wie bei der Anordnung nach Fig. 1 aus einem Halbleiter 1 und einem zweckmäßig einstellbaren Vorwiderstand 4 besteht. Durch die zweite Wicklung ist hierbei die Möglichkeit erschlossen, bei unsymmetrischer Belastung die Leistungsbeiträge von den anderen Zweigen so> weit zu kompensieren, daß die Widerstandsänderung eines einzigen Halbleiters dazu ausreicht, das Relais zum Ansprechen zu bringen.

In Fig. 3 ist als Ergänzung zu einer Anordnung mit drei Wicklungen ein. Schema über die Stromverhältnisse wiedergegeben. Es ist hierbei davon ausgegangen, daß der Strom in den einzelnen Heißleitern bei Umspannung gleich groß ist und den Wert i beträgt". Es sind dementsprechend die drei sich bei der Parallelschaltung addierenden Ströme, die durch die Wicklung 21 des Relais 2 fließen, übereinander aufgetragen. Außerdem ist auch der Wert des Anzugsstromes des Relais und der Wert des Abfallstromes des Relais — mit i_a und i_e bezeichnet — angegeben. Der Kompensationswicklung 22 des Relais ist noch ein Widerstand 7 vorgeschaltet, mit dessen Hilfe der Kcmpensationstrom, der unmittelbar von, der Klemme 5 über diesen Widerstand und die Wicklung 22 zur Klemme 6 fließt, eingestellt werden kann. Diese Einstellung muß hierbei so erfolgen, daß die Differenz der normalen Ströme in den drei Halbleitern und dem Strom i_k durch die Wicklung 22 einen Wert ergibt, der zwischen dem Anzugsstrom und. dem Abfallstrom des Relais liegt. Bei einer solchen Bemessung wird sichergestellt, daß das Relais, das zunächst in angezogenem Zustand liegt, bei dem Ausfall auch nur einer der über die Dioden führenden Teilströme abfällt, da die Differenz der beiden restlichen über die Halbleiter führenden Ströme und dem Kompensationsstrom einen. Wert ergibt, der unterhalb des Abfallstromes des Relais liegt.

Als Dioden eignen sich vorzugsweise solche auf Siliziumbasis mit einer gewissen Dotierung (bzw. Verunreinigung). Vor allem sind solche gut geeignet, bei denen die Dotierung aus Teilen des fünften periodischen Systems, wie Antimon oder Arsen, bestehen. Solche Dioden, wie sie z. B. unter dem Namen »Zener-Dioden« bekannt sind, haben die Eigenschaft, daß bis zu einer Spannung von. etwa 0,5 V kein Strom fließt, dieser aber dann mit einem verhältnismäßig steilen Knick einsetzt, wobei beim Zurückgehen der Spannungpraktisch remanenzfrei dieselbe Kurve bestrichen wird, deren Neigung in sich in gewissem Maße temperaturabhängig ist. An Stelle von Halbleitern können auch andere Widerstände verwendet werden, die eine starke Temperaturabhängigkeit haben, wobei sowohl mit solchen mit positiver als auch mit negativer Temperaturabhängigkeit gearbeitet werden kann. In Zusammenarbeit mit den vorerwähnten Dioden auf der Siliziumbasis ist. es zweckmäßig, Widerstände mit einer negativen Temperaturcharakteristik zu verwenden, bei denen bei bestimmten Temperaturwerten der Widerstand stark abfällt (sogenannte Heißleiter).

Die Anwendung der neuen Kombination ist nicht nur, wie beim Ausführungsbeispiel vorausgesetzt, in Gleichstromsystemen möglich, sondern auch in solchen mit Wechselstrom. Sie gibt die Möglichkeit, in. sehr vollkommener Weise einen Schaltvorgang von mehreren Temperaturwerten oder auch von in. Form von Temperaturwerten wiedergegebenen anderen Einflußgrö'ßen zu stellen.

Claims

PaTENTANSPBÜCHE:

1. Anordnung zur Temperaturüberwachung von Motoren,, Transformatoren, od. dgl., insbesondere Motorschutzschalter, unter Verwendung eines Halbleiters mit temperaturabhängigem Widerstand als Temperaturmeßglied, der mit einem Relais zusammenarbeitet, das mit einem Vorwiderstand in Reihe liegt, wobei der Halbleiter über mindestens ein Schaltelement (3) mit dem Relais verbunden ist, das bei Erreichen eines Schwellenwertes einen kleinen dynamischen Widerstandswert besitzt, nach Patentanmeldung S 56890 VIII b/21d^s (deutsche Auslegeschrift 1061431), dadurch gekennzeichnet, daß das Relais zu dem temperaturabhängigen. Halbleiter parallel geschaltet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltelement (3) eine Halbleitersperrzelle verwendet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltelement eine Diode

auf Siliziumbasis mit einer geringen Dotierung (Zener-Diode) verwendet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiter ein, Widerstand verwendet ist, dessen Widerstandswert mit zunehmender Temperatur geringer wird,

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, bei der mehrere in Form von Temperaturen wiedergegebene Einflußgrößen auf die Schalteinrichtung einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Einflußgröße ein eigenes System von Halbleiter, Schaltspule und Diode vorgesehen ist.

6. Abänderungsform einer Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Schaltspule über eine entsprechende Anzahl von Dioden zu je einem solchen Halbleiter parallel geschaltet ist,

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Schaltspule noch eine zweite Spule vorgesehen, ist, über die unter Vorschaltung eines Vorschaltwiderstandes eine der Schaltspule entgegenwirkende Erregung geführt ist.

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenerregung so· bemessen ist, daß der Normalstrom in seiner Größe zwischen dem Anzugstrom und dem Abfallstrom des Relais liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 031 416;
Herrnkind: Die Glimmröhre und ihre Schaltungen, München, 1952, S, 46.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen