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DE2935807A1 - Einrichtung zum schutz von elektrischen geraeten gegen ueberlastung - Google Patents

Einrichtung zum schutz von elektrischen geraeten gegen ueberlastung

Info

Publication number
DE2935807A1
DE2935807A1 DE19792935807 DE2935807A DE2935807A1 DE 2935807 A1 DE2935807 A1 DE 2935807A1 DE 19792935807 DE19792935807 DE 19792935807 DE 2935807 A DE2935807 A DE 2935807A DE 2935807 A1 DE2935807 A1 DE 2935807A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
resistor
overload
parallel
temperature
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19792935807
Other languages
English (en)
Inventor
Ing.(grad.) Hans 6944 Hemsbach Holsmölle
Ing.(grad.) Erhard Runtsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BBC Brown Boveri AG Germany
BBC Brown Boveri France SA
Original Assignee
BBC Brown Boveri AG Germany
BBC Brown Boveri France SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BBC Brown Boveri AG Germany, BBC Brown Boveri France SA filed Critical BBC Brown Boveri AG Germany
Priority to DE19792935807 priority Critical patent/DE2935807A1/de
Publication of DE2935807A1 publication Critical patent/DE2935807A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02Details
    • H02H3/04Details with warning or supervision in addition to disconnection, e.g. for indicating that protective apparatus has functioned
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H5/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
    • H02H5/04Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature
    • H02H5/041Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature additionally responsive to excess current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/026Current limitation using PTC resistors, i.e. resistors with a large positive temperature coefficient

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Protection Of Generators And Motors (AREA)

Description

  • Einrichtung zum Schutz von elektrischen Geräten gegen Über-
  • belastung Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schutz von elektrischen Geräten und Einrichtungen gegen Überbelastung, mit wenigstens einem im Hauptstrompfad liegenden, auf den Überlaststrom ansprechenden Meßelement, dessen Ausgangssignal einer optischen und/oder einer akustischen Anzeige und/oder einer Schalteinrichtung zur Abschaltung des Hauptstrompfades zugeführt wird.
  • Elektrische Geräte, beispielsweise mittels eines Elektromotors angetriebene Geräte wie Bohrmaschinen und dergleichen, oder Heizgeräte können denjenigen, der das Gerät bedient oder die Heizeinrichtung benutzt, oder beispielsweise bei einer Bohrmaschine das zu bearbeitende Objekt oder das Werkzeug gefährden und beschädigen, wenn eine Überlast auftritt, die bei längerer Dauer eine so hohe Temperaturentwicklung bewirkt, daß z.B. die Isolation einer Wicklung unzulässig erwärmt wird oder gar durchbrennt. Aus diesem Grunde müssen Einrichtungen vorgesehen werden, die demjenigen, der das Gerät betätigt, anzeigen, ob eine Überlast auftritt oder ob z.B. der Motor über seine zulässige Belastung hinaus beansprucht ist, oder die den Motor ganz abschalten, wenn die zulässige Grenztemperatur einer Wicklung erreicht ist.
  • Eine ähnliche Einrichtung ist in der DE-OS 2 445 948 bekanntgeworden. Dort ist.in der Ständerwicklung des Elektromotors einer Handbohrmaschine ein Temperaturfühler eingebaut, der eine Glimmlampe ansteuert. Als Temperaturfühler ist in der Ständerwicklung ein PTC-Widerstand vorgesehen. Das Problem hierbei besteht darin, daß die in der DE-OS 2 445 948 beschriebene Warneinrichtung erst dann ein Signal abgibt, wenn die Grenztemperatur tatsächlich erreicht ist. Eine unter bestimmten Voraussetzungen auftretende "Nachheizung", also eine weitere Erhitzung der Ständerwicklung nach Aufleuchten der Blinklichtanzeige kann dennoch zu einer Überbelastung und damit Beschädigung der Wicklung führen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Anzeige direkt in Abhängigkeit von dem durch die Überlast entstehenden Strom erfolgt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das wenigstens eine Meßelement als ein temperaturabhängiger Widerstand ausgebildet ist, dessen Widerstandswert mit steigendem Strom schnell ansteigt und zu welchem das Anzeigegerät parallelgeschaltet ist.
  • Während bei der DE-OS 2 445 948 ein eigener Stromkreis für den PTC-Widerstand vorgesehen ist, wobei nicht der Überlast- strom als solcher erfaßt wird, sondern die durch den Überlaststrom mittelbar hervorgerufene Temperaturänderung in der Wicklung, ist erfindungsgemäß eine Einrichtung geschaffen worden, bei der direkt und unmittelbar der Überlaststrom erfaßt und zur Anzeige gebracht wird.
  • Es besteht die Möglichkeit, anstatt einer Anzeigelampe auch eine akustische Anzeige vorzusehen, darüberhinaus ist auch die Möglichkeit gegeben, parallel zu den Meßwiderständen ein Relais vorzusehen, welches einen Kontakt im Hauptstrompfad öffnet.
  • Man kann nun die Einrichtung noch weiter verbessern, indem man nicht nur den tatsächlichen Überstrom mißt und hieraus eine Anzeige ableitet, sondern indem man zusätzlich in eine Ständerwicklung einen NTC-Widerstand (aiso einen Widerstand, bei dem der Widerstandswert mit steigender Temperatur abfällt) einbaut, um auf diese Weise einen optimalen Schutz zu erzielen.
  • Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erhält man eine optische und/oder akustische Signalgebung bei Überschreiten eines bestimmten Stromes. Dadurch wird der Betreiber eines elektrisch angetriebenen Gerätes davor gewarnt, daß bei anhaltender und weiterer Belastung eine Gefährdung eintreten kann, z.B. durch ein abfallendes Drehmoment eines Motors und damit ein mögliches Verhaken in einem zu fräsenden wertvollen Werkstück.
  • Mit der optischen und/oder akustischen Signaleinrichtung soll der Betreiber vor dem Abschalten eine Warnung bekommen und dadurch die Möglichkeit haben, die Banspruchung zu verringern.
  • Neben dem Einfluß der Überlast auf das Drehmoment kann die Überlast natürlich auch einen Einfluß auf die Erwärmung z.B. einer Motorwicklung haben. Auch hierfür ist dann die Signaleinrichtung ausgelegt.
  • Wenn die durch optische und/oder akustische Signalgebung er- folgende Warnung nicht beachtet wird, dann kann aufgrund des Relais der Kontakt im Hauptstrompfad geöffnet werden, so daß das Gerät vor einer endgültigen Zerstörung abgeschaltet wird.
  • Die Einrichtung kann insoweit verbessert werden, als parallel zu dem im Hauptstrompfad befindlichen Meßelement (spannungsabhängiger Widerstand) und in Reihe mit der Anzeigelampe und dem Auslöserelais ein weiterer, als temperaturabhängiger Widerstand ausgebildetes Meßelement geschaltet ist, welches mit der Motorwicklung in thermischem Kontakt steht und so ausgelegt ist, daß es bei Erhöhung des Stromes und somit die Erhöhung der Temperatur seinen Widerstandswert sprunghaft verringert (NTC-Widerstand), so daß der Ansprechstrom für das Relais erreicht wird.
  • Mit dieser Anordnung wird erreicht, daß eine Signalabgabe und/oder eine Abschaltung durch den fließenden Überlaststrom und die in einer Wicklung auftretende Erwärmung bewirkt werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen und weitere Vorteile näher erläutert werden.
  • Es zeigen Figuren 1 bis 4 vier Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und Figuren 5 bis 7 Strom-Zeit-Integral abhängige Spannungs-bzw. Widerstandsdiagramme zu den Figuren 1 bis 3.
  • In der Figur 1 ist mit 10 ein Elektromotor (auch mit M bezeichnet) dargestellt, der in einem Hauptleitungsstrompfad 12 liegt und der über Klemmen 14 und 16 mit Strom versorgt wird.
  • Dieser Motor 10 kann beispielsweise ein Bohrmaschinenantriebsmotor sein, wie er in der DE-OS 2 445 948 dargestellt ist. Im Hauptstrompfad liegt ein PTC-Widerstand 18, also ein temperaturabhängiger Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten, dessen Widerstandwert sich bei steigender Temperatur erhöht.
  • Parallel zu dem PTC-Widerstand ist eine Anzeigelampe 20 geschaltet. Als eine derartige Anzeigelampe kann beispielsweise eine Leuchtdiode vorgesehen sein. Günstig ist es, wenn man als PTC-Widerstand einen niederohmigen Kaltleiter aus V203-Keramik verwendet, da dieser im Dauerbetrieb so niederohmig dimensioniert werden kann, daß die durch den Dauerstrom (1 a> und den Kalt-2 widerstand (RK) gebildete Verlustleistung (1 2 x RK> unbedeutend bleibt.
  • Es sei nun angenommen, daß die Leuchtdiode eine Betriebsspannung von 1,6 Volt benötigt. Liegt ein in der Polarität alternierender' Strom vor, so ist zusätzlich noch eine Gleichrichterdiode mit einer Sperrspannung von 1,0 Volt erforderlich (die Diode ist in der Zeichnung Figur 1 nicht eingetragen), so daß ein Spannungsabfall von mindestens 2,6 Volt notwendig ist, um bei Überlast die Diode aufleuchten zu lassen. Beträgt der Betriebsstrom des Motors z. B. 2,0 Amp.
  • und soll die optische Warnung bei 10 % Überlast erfolgen, so muß der Kaltleiter einen Warmwiderstand von 2,6 Volt dividiert durch 2,2 Amp. = 1,2 Ohm erreichen. Setzt man für den Kaltleiter einen Überhöhungsfaktor von 10 voraus, so muß der Kaltwiderstand 0,12 Ohm sein. Wie schon erwähnt, können mit Kaltleitern aus V203-Keramik diese Daten realisiert werden. Es ist auch eine Dimensionierung möglich, mit der ein Spannungsabfall von ca. 5,0 Volt am PTC-Widerstand 18 erreicht wird. Dies kann man dann durch einen einzigen Widerstand erzielen oder dadurch, daß man eine Schaltungs- anordnung gemäß der Figur 2 verwendet. Man erkennt den Motor 10, den ersten PTC-Widerstand 18 und einen in Reihe damit liegenden zweiten PTC-Widerstand 22. Parallel zu dem ersten PTC-Widerstand 18 liegt die Lampe 20 und parallel zu der Parallelschaltung Lampe 20 Widerstand 18 und dem damit in Reihe liegenden Widerstand 22 ist ein akustisch signalgebendes Gerät 24 geschaltet; durch die beiden PTC-Widerstände 18 und 20 kann auch die für die Betätigung des signalgebenen Gerätes 24 erforderliche Spannung erst erreicht werden, nachdem die Lampe 20 schon aufgeleuchtet ist.
  • Die Spannungs-Widerstandsverhältnisse über der Temperatur bzw. über die durch den Strom aufgenommene Wärmeenergie 1 2T ist in den Figuren 5 und 6 dargestellt. In der Figur 5, die die Schaltungsanordnung nach Figur 1 darstellt bzw. sich auf diese bezieht, besitzt der Widerstand 18 die Kennlinie A mit der "Sprungtemperatur" bei B und dem dabei erreichten Widerstandswert R. In der Figur 6 sind die beiden Kurven für die beiden Widerstandswerte 18 und 22 angegeben; es sind dies die Kurven A und C und die Kombination bzw. Addition dieser beiden Kurven ist strichliert mit D dargestellt. Man erkennt, daß die für den akustischen Signalgeber zur Verfügung stehende Spannung höher ist als die an den Widerständen 18 und 22 abzugreifenden Spannungen.
  • Die Figur 3 zeigt nun insgesamt drei PTC-Widerstände in Reihe.
  • Es sind dies die Widerstände 18, 22 und 26. Parallel zum Widerstand 18 befindet sich die Lampe 20, dazu und zum Widerstand 22 parallel der Signalgeber 24 und dazu und dem Widerstand 26 parallel ein Relais 28, welches auf ein Kontaktsystem 30 über eine strichliert dargestellte Wirkungsstrecke 32 einwirkt.
  • Die entsprechende Spannungs-Widerstands-I2T-Kurve ist in der Figur 7 dargestellt. Man erkennt die Spannungswärmekurve A des Widerstandes 18, C des Widerstandes 22 und E des Widerstandes 26. Der gesamte Widerstand ist dann mit F bezeichnet.
  • Die Hintereinanderanordnung ist nun so, daß erst die optische und/oder akustische Signalgebung erfolgt und danach eine Abschaltung über das Relais 28. In entsprechender Weise sind die drei Widerstände 18, 20 und 26 auszulegen. Mit einer so aufgebauten Einrichtung kann bei praktisch unverminderter Leistung des Gerätes eine Warnung für die Bedienenden so früh gegeben werden, daß weder das Gerät also der Motor M bzw. 10 noch das angetriebene Werkzeug (z. B. ein Sägeblatt oder ein Bohrer) noch das zu bearbeitende Werkstück (Edelholz) durch Nichtabschalten oder durch plötzliches Abschalten gefährdet bzw. beschädigt wird. In der Figur 4 ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. Man erkennt wiederum den PTC-Widerstand 18 und den Motor 1O sowie die Kontakteinrichtung 30. Parallel zu dem Widerstand 18 liegt die Lampe 20 und in Reihe mit der Lampe 20 ein im Motor 10 angeordneter NTC-Widerstand 34 und damit in Reihe das Relais 28, welches über die Wirklinie 32 den Kontakt 30 betätigt. Der NTC-Widerstand kann entweder direkt in der Ständerwicklung des Motors oder an einer anderen Stelle angeordnet werden; es ist lediglich erforderlich, daß eine optimale thermische Verbindung zwischen dem NTC-Widerstand 34 und dem betreffenden gefährdeten Motorbauteil erreicht ist. Der PTC-Widerstand 18 und der NTC-Widerstand 34 werden so dimensioniert, daß die Spannung an der Lampe 20 so hoch wird, daß diese bei etwa einer 10eigen Überlast aufleuchtet. Bei einer weiteren Überlast nach Erreichen der Grenztemperatur in der Wicklung des Motors 10 wird der Widerstandwert des NTC-Widerstandes 34 so niedrig, daß der dann durch den Parallel zweig fließende Strom zum Anziehen des Relais 28 ausreicht und über die Wirkungslinie 32 den Kontakt 30 öffnet. Es besteht selbstverständlich die Möglichkeit, diese Anordnung auch dann vorzusehen, wenn ein mehrphasiger Drehstromamschluß vorliegt. In diesem Falle wird für jede einzelne Phase eine identische oder gleiche Schaltung benutzt. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann man somit nicht nur über den PTC-Widerstand den tatsächlich fließenden Strom überwachen; man kann auch eine Überwachung dadurch erreichen, daß man eine Erhitzung des PTC-Widerstandes durch die Umgebungstemperatur ermöglicht (in ähnlicher Ausgestaltung wie dies bei der DE-OS 2 445 948 der Fall ist, oder wie es in der Figur 4 der vorliegenden Anmeldung dargestellt ist).
  • Mit der Einrichtung nach der Figur 1 wird lediglich eine optische Anzeige erreicht, wogegen in der Fig. 2 gleichzeitig auch eine akustische Signalisierung eines Überlastbereiches bewirkt wird. Wenn die Warnanzeige nicht beachtet wird und damit der Überlaststrom ansteigt, dann schaltet das Relais aus, wie es in der Fig. 3 dargestellt wird. In der Anordnung nach der Fig. 4 wird insoweit ein Vorteil erreicht, als eine Signalgabe und eine Abschaltung durch den fließenden Überlaststrom und die in einer Wicklung auftretende Erwärmung bewirkt werden.
  • Die Wirkungsweise der Einrichtung nach den Figuren 1 bis 3 soll nochmals erläutert werden: Wenn beispielsweise der Überlaststrom um einen Betrag von 10 % ansteigt, dann wird der Widerstandwert des Widerstandes 18 schnell ansteigen, wodurch ein Spannungsabfall bewirkt wird, der einen Strom durch die Lampe 20 treibt, so daß diese aufleuchten kann. Wenn, wie in der Figur 2 dargestellt, parallel zu der Lampe 20 und dem Widerstand 22 das akustische Anzeigegerät geschaltet ist, dann kann im Falle einer Überlastung des Motors nach Aufleuchten der Lampe das akustische Anzeigegerät 24 ein Warnsignal abgeben, so daß der Betreiber von der Lampe zunächst auf einen Überlaststrom von ca. 10 % und mit dem akustischen Anzeigegerät auf einen noch höheren Überlaststrom aufmerksam gemacht wird.
  • Sowie der Überlaststrom dann einen bestimmten Maximalwert überschreitet, d.h., sowie ein Überlaststrom fließt, der bewirkt, daß die Grenztemperatur im Motor M überschritten wird, wird mittels des Relais 28 der Schalter 30 geöffnet, weil durch die Widerstände 18,22 und 26 aufgrund der erhöhten Temperatur ein entsprechender Strom durch das Relais 28 getrieben wird.
  • Das gleiche gilt auch für die Anordnung nach der Figur 4, wobei dafür gesorgt ist, daß durch Abfall des Widerstandswertes 34 ein erhöhter Strom durch das Relais 28 fließen kann, so daß dieses den Schalter 30 öffnet.
  • Leerseite

Claims (6)

  1. Ansprüche Einrichtung zum Schutz von elektrischen Geräten gegen Überbelastung, mit wenigstens einem im Hauptstrompfad liegenden, auf den Überlaststrom ansprechenden Meßelement, dessen Ausgangssignal einer optischen und/oder einer akustischen Anzeige und/oder einer Schalteinrichtung zur Abschaltung des Hauptstrompfades zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Meßelement (18,22, 26) als ein temperaturabhängiger Widerstand ausgebildet ist, dessen Widerstandwert mit steigendem Strom schnell ansteigt und zu welchem die Anzeige (20, 24, 28) parallel geschaltet ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Meßelement (18,22,26) ein temperaturabhängiger PTC-Widerstand ist.
  3. 3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einem (18) der Meßelemente eine Anzeigelampe (20) geschaltet ist.
  4. 4. Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu wenigstens einem der Meßelemente (18,22) und gegebenenfalls auch zur Anzeigelampe (20) ein akustisches Anzeigegerät (24) geschaltet ist.
  5. 5. Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu wenigstens einem der Meßelemente (18,22,26) sowie gegebenenfalls zur Anzeigelampe (20) und zu dem akustischen Anzeigegerät (24) ein Auslöserelais (28) geschaltet ist, welches bei Auftreten eines Überstromes und damit eines erhöhten Spannungsabfalles an den Meßelementen einen Kontakt (30) im Hauptstrompfad öffnet.
  6. 6. Einrichtung nach einem der vorigan Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem im Hauptstrompfad befindlichen Meßelement (spannungsabhängiger Widerstand) ein weiteres, als temperaturabhängiger Widerstand, ausgebildetes Meßelement (34) geschaltet ist, welches mit der Motorwicklung in thermischem Kontakt steht und so ausgelegt ist, daß es bei Erhöhung des Stromes und somit Erhöhung der Temperatur seinen Widerstandswert sprunghaft verringert (NTC-Widerstand), so daß der Ansprechstrom für das Relais erreicht wird.
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