DE1027771B

DE1027771B - Thermischer UEberlastschutz fuer elektrische Leitungen, Apparate und Maschinen

Info

Publication number: DE1027771B
Application number: DES52348A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Nimes
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1957-02-15
Filing date: 1957-02-15
Publication date: 1958-04-10

Description

DEUTSCHES

Gegenstand der Erfindung ist ein thermischer Überlastschutz für elektrische Anlagen, der das thermische Verhalten der zu schützenden Einrichtung abbildet und bei Überschreiten einer zulässigen Temperaturgrenze infolge auftretender Störungen od. dgl. den Schützling abschaltet bzw. eine entsprechende Anzeige gibt. Die neue Einrichtung unterscheidet sich von dem Bekannten dieser Art dadurch, daß eine selbstabgleichende elektrische Brückenschaltung mit einem Meßwerk, einem Spannungsteiler und quadratische Charakteristik aufweisenden Schaltungselementen vorgesehen ist, die einer der Wärmegleichung

Q = _Cld9\dt + c₂-Θ

analogen Gleichung mit elektrischen Größen
U₁ = 1/c · da/dt + U₂Ia₀ · a

genügt. Hierbei bedeutet Q die erzeugte Wärmemenge; Θ die Übertemperatur; c, C₁, c₂ sind Konstante; U₁ ist die dem Quadrat des Laststromes proportionale Meßspannung und damit proportional der erzeugten Wärmemenge; U₂ ist eine Vergleichsspannung, und α/α₀ stellt ein Verhältnis des abgegriffenen Teilwiderstandes am Spannungsteiler zu dessen Gesamtwiderstand dar.

Bei Zugrundelegung dieser Gleichung sind die vereinfachenden Annahmen gemacht, daß die Wärmespeicherung innerhalb des Schützlings sowie die Wärmeabnahme über die Oberfläche des Schützlings gleichmäßig erfolgt.

Vorzugsweise ist das den Abgriff des Spannungsteilers verstellende Meßwerk zwischen dem Abgriff des von der Vergleichsspannung U₂ gespeisten Spannungsteilers und dem einen Ende eines über die Schaltungselemente vom Laststrom beeinflußten festen Widerstandes angeschlossen, dessen anderes Ende mit dem einen festen Pol des Spannungsteilers unmittelbar verbunden ist. Als quadratisch wirkende Schaltungselemente können im gekrümmten Teil ihrer Kennlinie betriebene Gleichrichter, vorzugsweise in Doppelwegschaltung, verwendet werden, die wechselstromseitig an einen von einem dem Laststrom proportionalen Strom durchflossenen und im Verhältnis zum festen Widerstand kleinen Widerstand angeschlossen sind. Die Übertemperatur, d. h. die Temperaturdifferenz zur Kühhnitteltemperatur, des Schützlings kann hierbei aus der Stellung des Abgriffes im Spannungsteiler entnommen werden, da dieser durch das von der Differenz zwischen der Vergleichsspannung und zwei der der jeweiligen Wärmemenge analogen Meßspannung JT₁ abhängig angetriebenen Meßwerk so verstellt wird, daß die Differenz zu Null wird. Zum Abschalten des Schützlings bei Erreichen einer bestimmten Temperatur kann ein mit dem Spannungsteilerabgriff mechanisch gekuppelter Kontakt in einem entsprechenden Auslösestromkreis vorgesehen sein.

Weiterhin kann im Rahmen der Erfindung zur Erfassung der Temperatur der Umgebung und zum Auslösen Thermischer überlastschutz
für elektrische Leitungen,
Apparate und Maschinen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Karl Nimes, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

des Schutzes auch ein elektrisches Anzeige- und/oder Schutzorgan vorgesehen werden, das im Stromkreis eines zweiten Spannungsteilers angeordnet ist, der ebenfalls an der Vergleichsspannung U₂ liegt und dessen im Stromkreis oder Schutzorganes liegender Abgriff ebenfalls in Verstellabhängigkeit vom Meßwerk gebracht ist. Zur Messung der tatsächlichen Temperatur des Schützlings ist in diesem Stromkreis z. B. ein Thermoelement oder Widerstandsthermometer angeordnet, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur ändert und so die Anzeige bzw. die Ansprechempfindlichkeit des Organes entsprechend beeinflußt. Für den Fall, daß sich durch Änderung der Kühlungsverhältnisse die Zeitkonstante des Schützlings ändert, ist eine entsprechende Änderung der analogen Zeitkonstanten τ = a_o/U₂ ■ c durch eine Änderung der Vergleichsspannung U₂ möglich.

Eine Änderung der Zeitkonstanten des Schützlings kann beispielsweise durch zusätzliche Kühlung (Aufstellen weiterer Lüfter od. dgl.) eintreten. Für den Fall von eigenbelüfteten Maschinen kann z. B. zur Erfassung des Einflusses der Eigenbelüftung gemäß der Erfindung die Vergleichsspannung von einem mit der Maschine gekuppelten Tachodynamo entnommen sein.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Ein Wandler W, der primärseitig vom Laststrom i des Schützlings durchflossen wird, speist sekundärseitig einen Widerstand R. Der Spannungsabfall an diesem Widerstand treibt durch eine an diesen angeschlossene Gleichrichteranordnung G in Grätz-Schaltung einen Strom, der über einen an die

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Gleichstrompole angeschlossenen Widerstand R₁ fließt. Die Widerstände R und R₁ sowie die Gleichrichteranordnung G sind so bemessen und aufeinander abgestimmt, daß die Gleichrichteranordnung G in dem gekrümmten Teil ihrer Kennlinie betrieben wird, wobei R₁ groß gegen R sein muß. Dadurch wird erreicht, daß der Spannungsabfall U₁ am Widerstand R₁ dem Quadrat des Laststromes i proportional ist, so daß wegen der Beziehung ζ)~ϊ² eine Nachbildung der Wärmemenge Q durch die Meßspannung U₁ möglich ist. Der Widerstand R₁ ist einerseits unmittelbar an das eine Ende eines Spannungsteilers P₁ und andererseits über ein Meßwerk M an den Abgriff A des Spannungsteilers angeschlossen, der seinerseits von einer Vergleichsspannung U₂ gespeist wird. Das Meßwerk, welches zum Verstellen des Abgriffes des Spannungsteilers benutzt ist, besteht hierbei aus einem kleinen hochempfindlichen und praktisch reibungslos arbeitenden Gleichstrommotor.

Wenn der Schützling nicht in Betrieb ist und daher seine Temperatur der der Kühlmitteltemperatur entspricht, dann soll der vom Meßwerk verstellbare Abgriff A die unterste Stellung einnehmen. In dieser Stellung ist das Meßwerk M spannungslos. Bei Inbetriebnahme des Schützlings tritt eine dem Laststrom entsprechende Meßspannung U₁ auf, die das Meßwerk in Tätigkeit setzt, so daß dieses den Abgriff A so lange verstellt, bis der entgegenwirkende Spannungsteil a/a₀ · U₂ wirksam wird. Aus der Stellung des Abgriffes A kann dann an Hand einer nicht dargestellten entsprechend geeichten Skala die betreffende Betriebstemperatur abgelesen werden. Zur Abschaltung des Schützlings bei Erreichen einer bestimmten gefährlichen Temperatur kann mit dem Abgriff ein nicht dargestellter Kontakt gekuppelt sein, der z. B. den ebenfalls nicht dargestellten Auslösestromkreis für eine Schutzeinrichtung schließt, so daß diese den Schützling abschaltet. Bei Abnahme der Temperatur wird entsprechend die Differenzspannung in umgekehrter Richtung wirkend und das Meßwerk im entgegengesetzten Sinne betätigen. Um darüber hinaus die Außentemperatur, d. h. die Umgebungstemperatur des Schützlings, z. B. die Raumtemperatur, zu berücksichtigen, kann im Rahmen der Erfindung ein zweiter Spannungsteiler P₂ an die Gleichspannung U₂ angeschlossen sein, und der Abgriff B des Spannungsteilers P₂ kann selbst in Verstellabhängigkeit vom Meßwerk M gebracht sein. Zwischen dem Abgriff B und dem einen Ende des Spannungsteilers P₂ ist eine Reihenschaltung eines elektrischen Anzeige- und/oder Schutzorgans T mit einem Widerstandsthermometer Th angeordnet, dessen Widerstandswert sich in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur ändert. Mit Hilfe dieser Anordnung kann bei entsprechender Eichung des Organs T sofort die gesamte Temperatur des Schützlings abgelesen werden, bzw. es kann durch einen nicht dargestellten Kontakt dieses Organs eine nicht dargestellte Kontakteinrichtung in Tätigkeit gesetzt werden bei Erreichen einer bestimmten Temperaturdifferenz zwischen der Kühlmitteltemperatur und der Temperatur des Schützlings. Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf das angegebene Ausführungsbeispiel, sondern sie kann in mannigfacher Art abgeändert sein. Es kann beispielsweise an Stelle eines Gleichrichters als quadratisch wirkendes Schaltungselement auch eine Hallgeneratoranordnung od. dgl. vorgesehen werden. Ferner kann an Stelle eines Widerstandsthermometers, wie erwähnt, auch ein Thermoelement vorgesehen werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Thermischer Überlastschutz für elektrische Leitungen, Apparate und Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß eine selbstabgleichende elektrische Brückenschaltung mit einem Meßwerk, einem Spannungsteiler und quadratische Charakteristik aufweisenden Schaltungselementen vorgesehen ist, die einer der Wärmegleichung

Q = c₁deidt + c₂-0 analogen Gleichung mit elektrischen Größen

U₁ = 1/c ■ iajdt + UJa₀ ■ a

genügt; hierin bedeutet

Q = erzeugte Wärmemenge, Θ = Temperatur,
c, C₁, c₂ = Konstante,

U₁ = dem Quadrat des Laststromes proportionale

Spannung,

U₂ = Vergleichsspannung,

α/α₀ = Verhältnis des abgegriffenen Teilwiderstandes des Spannungsteilers zum Gesamtwiderstand.

2. Thermischer Überlastschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Abgriff des Spannungsteilers (P₁) verstellende Meßwerk (M) zwischen dem Abgriff des von der Vergleichsspannung U₂ gespeisten Spannungsteilers und dem einen Ende eines über die Schaltungselemente mit quadratischer Charakteristik (G) vom Laststrom beeinflußten festen Widerstandes (R₁) angeschlossen ist, dessen anderes Ende mit dem einen festen Pol des Spannungsteilers unmittelbar verbunden ist.

3. Thermischer Überlastschutz nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als quadratischwirkende Schaltungselemente im gekrümmten Teil ihrer Kennlinie betriebene Gleichrichter vorzugsweise in Doppelwegschaltung verwendet sind, die wechselstromseitig an einen von einem dem Laststrom proportionalen Strom durchflossenen, im Verhältnis zum festen Widerstand (R₁) kleinen Widerstand (R) angeschlossen sind.

4. Thermischer Überlastschutz nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Anzeige- und/oder Schutzorgan im Stromkreis eines zweiten Spannungsteilers (P₂) angeordnet ist, der von der Vergleichsspannung U₂ gespeist wird und dessen im Stromkreis des Organs liegender Abgriff in Verstellabhängigkeit vom Meßwerk (M) gebracht ist.

5. Thermischer Überlastschutz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berücksichtigung der Kühlmitteltemperatur in Reihe mit dem Anzeige- und/oder Schutzorgan ein Thermoelement, Widerstandsthermometer od. dgl., angeordnet ist.

6. Thermischer Überlastschutz nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung der der thermischen Zeitkonstanten des Schützlings analogen Zeitkonstanten r = &olU₂ · c an die jeweiligen Kühlungsverhältnisse die Vergleichsspannung veränderbar ist.

7. Thermischer Überlastschutz nach Anspruch 6 für eigenbelüftete Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des Einflusses der Eigenbelüftung als Vergleichsspannung die Spannung eines mit der Maschine gekuppelten Tachodynamos benutzt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen