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Anordnung zur Grenztemperaturüberwachung für elektrische Maschinen
und Bauelemente Zum thermischen Wicklungsschutz elektrischer Maschinen oder ähnlicher
Bauelemente werden in vielen Fällen Grenztemperaturschalter verwendet, welche bei
Über- oder Unterschreiten eines bestimmten Temperaturgrenzwertes ein Signal abgeben.
Dazu werden im allgemeinen temperaturabhängige elektrische Widerstände als Temperaturfühler
an die Meßstelle gelegt, deren Widerstandswert dann ein Maß für die Temperatur ist.
Eine derartige prinzipielle Schaltung ist in F i g. 1 dargestellt.
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Der Spannungsteiler 1, 2 wird aus der Batterie 3
mit
Strom versorgt. Die Zustandsänderung des Schalters 4 erfolgt, wenn die am
Widerstand 2 abfallende Spannung U, höher oder niedriger wird als die Umschalt-
oder Grenzwertspannung Ug"n., des Schalters 4. Diese bekannte Schaltanordnung hat
nun den Nachteil, daß sie je nach Auslegung der Schaltung entweder bei Bruch des
Fühlers 1 bzw. Unterbrechung des Fühlerkreises oder bei Kurzschluß des Fühlers 1
bzw. des Fühlerkreises wirkungslos ist.
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Durch die deutsche Auslegeschrift 1151314 ist bereits eine Temperaturüberwachungsanordnung
bekanntgeworden, die bei Unterbrechung oder bei Kurzschluß im Meßkreis so reagiert
wie bei überschreitung der Grenztemperatur. Diese bekannte Anordnung bedarf hierzu
jedoch einer Meßeiririchtung, die auf ein maximales und ein minimales Potential
anspricht.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Grenztemperaturüberwachung
für elektrische Maschinen und Bauelemente unter Verwendung einer Wheatstoneschen
Brücke, bei der ein Brückenzweig einen temperaturabhängigen Widerstand als Meßfühler
enthält und in der Brückendiagonalen das Schaltglied in Form eines Schalttransistors
liegt; erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß parallel zu dem Vergleichswiderstand,
der zur gleichen Brückenhälfte wie der als Fühler ausgebildete Widerstand gehört,
eine Hilfseinrichtung vorgesehen ist, welche aus einem Schalttransistor besteht,
dessen Basis-Emitter-Strecke über eine Spannungsquelle parallel zum Vergleichswiderstand
gelegt ist und dessen Kollektor über einen Außenwiderstand und eine weitere Spannungsquelle
an der emitterseitigen Brückenecke liegt, so daß die Fehlerinformation am Kollektor
abnehmbar ist.
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In Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung wird vorgeschlagen,
mehrere als Widerstände ausgebildete Fühler mit entsprechenden Parallelschaltungen
vorzusehen.
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Der wesentliche Vorteil einer Anordnung nach der Erfindung ist darin
zu sehen, daß diese an die ursprüngliche Anordnung eines Grenztemperaturschalters
ohne dessen Schaltungsänderung angeschlossen werden kann.
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Zur Erläuterung des Erfindungsprinzips wird auf F i g. 2 hingewiesen,
welche von einer Schaltung eines Grenztemperaturschalters nach F i g. 1 ausgeht.
Der in F i g. 1 dargestellte Grenztemperaturschalter reagiert zwar, wenn der Fühler
1 ein Bauelement mit negativer Temperaturcharakteristik ist, bei Fühlerkreiskurzschluß
genauso wie beim Überschreiten der Grenztemperatur, er erteilt jedoch keine Information
für den Fall einer Unterbrechung im Fühlerkreis. Die Erfassung dieses Fehlerfalles
gelingt nun mit Hilfe der Schaltung nach F i g. 2, bei der der Widerstand 2 identisch
ist mit dem Widerstand 2 von F i g. 1. An ihm liegt stets eine Spannung, solange
der Fühler 1
nicht unterbrochen ist.
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Die Schaltung ist nun so dimensioniert, daß für alle Temperaturen
unterhalb des Grenzwertes die Spannung am Widerstand 2 so groß ist, daß der dazu
parallelliegende Transistor 7 gesperrt bleibt. Der hochohmige Eingangswiderstand
des gesperrten Transistors 7 verändert praktisch nicht mehr den aus dem Temperaturfühler
1 und dem Widerstand 2 gebildeten Spannungsteiler. Daher bleibt die
entsprechend F i g. 2 nach der Erfindung ausgebildete Hilfseinrichtung ohne Einfluß
auf die sonstige Funktionsweise des Grenztemperaturschalters, wie er ohne Hilfseinrichtung
im Prinzip in F i g. 1 dargestellt ist.
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Für den Fall eines Bruchs im Temperaturfühler, d. h., wenn der Widerstand
1 gegen Unendlich geht, öffnet der Transistor 7, so daß durch Stromfluß im Außenwiderstand
11 eine Potentialabsenkung des Kollektorpunktes 8 gegen den Punkt
6 vom Potential der Batterie 9 auf etwa das der Hilfsbatterie 10 erfolgt.
Diese Potentialänderung kann dann in an sich bekannter Weise zur weiteren Steuerung
benutzt werden.
Durch die von der Hilfsbatterie 10 ausgehende geringe
Vorspannung kann erreicht werden, daß innerhalb des möglichen Temperaturbereiches
der Meßstelle auch für die geringsten Temperaturwerte die Spannung zwischen den
Punkten 5 und 6 noch so groß ist, daß kein unerwünschtes Öffnen des Transistors
7 erfolgt.
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Durch eine geeignete Änderung der Spannung der Hilfsbatterie 10 kann
auch erreicht werden, daß ein Signal entsteht, wenn am Fühler 1 eine bestimmte Temperaturänderung
erfolgt.
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In F i g. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Anordnung nach der
Erfindung angegeben. Der Grenztemperaturschalter ist in Brückenschaltung für zwei
Meßstellen dargestellt und meldet sowohl eine Unterbrechung als auch einen Kurzschluß
des Temperaturfühlerkreises; es tritt dabei ein Schaltzustand wie bei übertemperatur
ein.
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Der Temperaturfühler 1 besteht aus den Widerständen TI und TII. Die
zugehörigen Vergleichswiderstände sind R, und RII. Im Bereich unterhalb der Grenztemperatur
besitzt die Brücke, welche aus TI, R, bzw. TII, RII und R3, R4 gebildet wird, einen
Zustand, bei welchem die Punkte AI und An gegenüber B in positives Potential
führen. Dann ist der Transistor Ti gesperrt, der Transistor T2 hingegen geöffnet.
Das Relais R ist erregt (Ruhestrom). Sobald nun infolge einer Temperaturerhöhung
der Punkt AI oder AII oder beide gegenüber dem Punkt B ein negatives Potential aufweisen,
wird die Diode D, und/ oder DII durchlässig. und der bisher gesperrte Transistor
T1 beginnt leitend zu werden.
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Dadurch sinkt die Basis-Emitter-Spannung des Transistors T2 und damit
der Strom im Relais R. Der sich vermindernde Relaisstrom, der auch über den Widerstand
R4 fließt, läßt das Potential des Punktes B absinken. Dadurch steigt das Potential
zwischen diesem Punkt und dem Punkt AI oder All
oder den beiden weiter an,
so daß der Transistor T1 noch stärker öffnet. Diese Rückkopplung bewirkt in an sich
bekannter Weise eine schnelle Umschaltung des elektronischen Schalters; der aus
den Transistoren T1 und T2 gebildet wird. Nach dieser Zustandsänderung ist das Relais
R abgefallen (Schaltzustand oberhalb der Grenztemperatur). Nachdem die Temperatur
an der bzw. den Meßstellen weit genug abgesunken ist, kehrt der Schalter wieder
in den Ausgangszustand zurück.
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Erfolgt nun ein Fühlerkurzschluß, so ergibt sich eine Umschaltung
wie bei übertemperatur, da der ; Fühlerwiderstand von 0 Ohm einer extremen übertemperatur
in .der Wirkung gleichkommt.
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Ein Bruch im Temperaturfühler kann hingegen erst mit Hilfe der in
der F i g. 3 verstärkt gezeichneten Hilfseinrichtung bemerkt werden. Diese Hilfseinrichtung
wird von der Zusatzbatterie 9 gespeist und besteht aus den dem linken Brückenzweig
zugeordneten Transistoren T3, T4 und einem Steuertransistor T5, der parallel
zum Transistor T1 liegt und bei Bruch des Temperaturfühlers wie bei über- E temperatur
der Transistor Tj, über den Transistor T2 das Relais R zum Abfallen bringt.
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Die Anordnung nach der Erfindung beeinträchtigt den Grenztemperaturschalter
im Bereich unterhalb der Grenztemperatur praktisch nicht. Es haben nämlich die Transistoren
T3, T4 im gesperrten Zustand wegen ihrer Hochohmigkeit keinen merklichen Einfiuß
auf die Brückenwiderstände R, bzw. RII. Das sichere Sperren wird durch die an der
in Durchlaßrichtung betriebenen Diode D3 stehenden geringen Vorspannung bewirkt.
In F i g. 2 hat zur Erzeugung der Vorspannung eine Hilfsbatterie 10 gedient. An
den Kollektoren der Transistoren T3 bzw_ T4 steht dann ein positives Potential gegenüber
dem Pakt B, so daß der Transistor T5 gesperrt bleibt. Er ist damit also ohne Einfluß
`auf den ursprünglichen Grenztemperaturschalter.
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Im Fall eines Bruchs im Temperaturfühlerkreis verschwindet das Potential
zwischen den Punkten AI bzw. AII und D, so daß der Transistor T3 bzw. T4 öffnet.
Damit entfällt das Sperrpotential für den Hilfstransistor T5, es wird gegenüber
seinem Emitter ein negatives Potential über den Widerstand R,7 angelegt. Der Transistor
T5 öffnet. Infolgedessen muß das Relais R abfallen. Nach Beseitigung des Fehlers
erfolgt automatisch die gewünschte Rückschaltung.
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Wird die Vorspannung, die an D3 erzeugt wird, durch eine einfache
Schaltungsänderung auf einen gewünschten Wert vergrößert, so kann damit erreicht
werden, daß die Hilfseinrichtung bereits beim Unterschreiten einer gewünschten Temperatur
anspricht.