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Einrichtung zur Überwachung der Temperatur elektrischer Maschinen
und Geräte Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Überwachung der Temperatur
elektrischer Maschinen und Geräte, z. B. der Wicklungstemperatur, mittels in der
Maschine oder im Gerät eingebauter Klein-Temperaturfühler.
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Es ist bekannt, zum Schutz elektrischer Maschinen kleine Temperaturfühler
in die Wicklung oder an anderen thermisch gefährdeten Stellen einzubauen, von denen
die Abschaltung der Maschine bei unzulässiger Erwärmung gesteuert wird. Solche Temperaturfühler
werden z. B. zum Schutz von Drehstrommotoren eingesetzt, um die Motoren gegen die
unregelmäßigen Erwärmungen im Schaltbetrieb (Schalthäufigkeit größer als 20 Schaltungen
pro Stunde), die durch übliche Motorschutzschalter nicht erfaßt werden können, zu
schützen. Naturgemäß müssen die Temperaturfühler gegenüber der Wicklung des Motors
elektrisch so isoliert sein, daß die für die gewünschte Isolationsklasse erforderliche
Prüfspannung ertragen wird. Diese elektrische Isolation bedingt gleichzeitig eine
thermische Isolation, welche die thermische Zeitkonstante des Thermostaten vergrößert.
Bei steilen Temperaturanstiegen in der Wicklung der elektrischen Maschine folgt
daher die Temperatur des Temperaturfühlers der Maschinentemperatur mit einer zeitlichen
Verzögerung, wodurch eine so große Temperaturdifferenz zwischen Wicklung und Temperaturfühler
eintreten kann, daß bereits eine Schädigung der Maschine eintritt, bevor der Temperaturfühler
anspricht. Um auch in solchen Fällen noch einen ausreichenden Schutz zu erzielen,
verwendet man zusätzlich Bimetallauslöser, die so eingestellt sind, daß sie z. B.
vom dreifachen Nennstrom des Motors an den Schutz übernehmen. Diese Anordnung erfordert
einen zusätzlichen äußeren Schaltungsaufwand.
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Es ist ferner ein Temperaturwächter zur Überwachung elektrischer Geräte
bekanntgeworden, bei dem die Temperatur des Meßfühlers gleich oder größer ist als
die größte Temperatur des zu überwachenden Gerätes. Der Temperaturwächter arbeitet
unter Verwendung eines in eine Brückenschaltung eingeschleiften, temperaturabhängigen,
beheizten Meßwiderstandes als Fühler. Der Brückenstrom und der Wärmeübergangswiderstand
zwischen Meßfühler und zu schützendem Gerät ist so bemessen, daß die Temperatur-Zeitkurve
des Meßfühlers ohne Wärmeabgabe an die Umgebung durch den Brückenstrom mit der Temperatur-Zeitkurve
des zu überwachenden Gerätes zusammenfällt oder oberhalb dieser verläuft. Der durch
den Brückenstrom erzeugte Wärmeüberschuß wird über den Wärmeübergangswiderstand
an das zu überwachende Gerät abgeführt. Diese Einrichtung arbeitet mit großem Aufwand,
denn für jeden Meßfühler ist eine Brückenschaltung notwendig, und da in der Regel
bei elektrischen Geräten mehrere Temperaturfühler eingebaut werden müssen, ergibt
sich ein hoher technischer Aufwand.
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Es ist außerdem eine Temperaturüberwachungseinrichtung für elektrische
Wicklungen während des Betriebes bekannt, bei der parallel zu einer Hauptwicklung
eine Hilfswicklung geschaltet ist, deren Temperaturkoeffizient vernachlässigbar
klein gegenüber der Hauptwicklung ist. Die Ströme in den beiden Wicklungen werden
mittels einer Vergleichsgrößenmeßeinrichtung, z. B. einem Quotientenmeßwerk, überwacht.
Bei dieser Einrichtung ist vorausgesetzt, daß die zu überwachende Maschine bereits
bei ihrer Herstellung mit der Hilfswicklung ausgerüstet wird. Das Meßergebnis dieser
Einrichtung soll nur von der Widerstandsänderung der Hauptwicklung abhängen; das
ist jedoch nur der Fall, wenn der Strom in der Hilfswicklung Belastungsänderungen
der Hauptwicklung proportional folgt. Außerdem beansprucht diese Einrichtung ein
besonders ausgebildetes Auslöseorgan, z. B. in Form eines elektrodynamischen Doppelspulinstrumentes.
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Zur Überwachung der Temperatur von elektrischen Maschinen oder Geräten
hat man auch bereits Thermostate benutzt, bei denen der Temperaturfühler zwei Ausdehnungsorgane
besitzt, von denen das eine schneller anspricht als das andere und sich dabei außerdem
weiter ausdehnt. Mit einer solchen Anordnung läßt sich die Temperaturänderung pro
Zeiteinheit berücksichtigen.
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In neuerer Zeit hat man zur Temperaturüberwachung vielfach Temperaturfühler
verwendet, die einen Halbleiterwiderstand mit großem Temperaturkoeffizienten enthalten.
Solche Temperaturfühler
lassen sich außerordentlich klein bauen.
Auch solche Temperaturfühler haben infolge ihres Aufbaus und ihrer Isolation eine
thermische Zeitkonstante, die ein Nachhinken der Temperatur in den Fühlern bedingt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen,
bei der unter Verwendung von Halbleiterwiderständen der Temperaturanstieg in den
zu schützenden Maschinen und Geräten genau nachgebildet wird. Bei einer solchen
Einrichtung, bei der die Temperaturfühler aus Heißleitern bestehen, wird dies erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß die Heißleiter zur Berücksichtigung der Temperaturänderung
pro Zeiteinheit sowohl eine unterschiedliche Temperatur-Widerstandscharakteristik
als auch eine unterschiedliche thermische Zeitkonstante aufweisen und in den Zweigen
einer Kippschaltung liegen, die in an sich bekannter Weise als »Schmitt-Trigger-Schaltung«
ausgeführt ist, und daß an dem Ausgang der Schaltung ein Relais liegt. In der Kippschaltung
können als Verstärkerelemente Transistoren verwendet sein. Dadurch ist es möglich,
als Temperaturfühler Heißleiter zu verwenden und gleichzeitig die Temperaturänderung
pro Zeiteinheit zu berücksichtigen.
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In der Zeichnung ist der Aufbau eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
dargestellt.
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In der Zeichnung sind mit 1 und 2 Heißleiter bezeichnet, die als ein
Temperaturfühler aufzufassen sind. Derartige Temperaturfühler werden in die zu überwachende
Maschine eingebaut. Die beiden Heißleiter besitzen eine unterschiedliche thermische
Zeitkonstante und eine unterschiedliche Temperatur-Widerstandscharakteristik. Letztere
entspricht beispielsweise bei Bimetallen der unterschiedlichen Ausbiegung bei gleicher
Temperaturänderung. Die Heißleiter sind in eine Kippschaltung eingebaut, die als
an sich bekannte »Schmitt-Trigger-Schaltung« aufgebaut ist. Als Verstärkerelemente
sind in dieser Kippschaltung Transistoren 3 und 4 vorgesehen. Am Ausgang der Kippschaltung
liegt ein Relais 5, das als Auslöserelais wirkt. Der Heißleiter 1 liegt im Emitter-Basiskreis,
der Heißleiter 2 im Kollektor-Basiskreis des Transistors 3, der als Eingangstransistor
geschaltet ist.
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Bei schnellem Temperaturanstieg in der zu überwachenden Maschine folgt
die Temperatur der Heiß-Leiter 1 und 2 der Maschinentemperatur gemäß ihrer unterschiedlichen
thermischen Zeitkonstante verschieden schnell. Dadurch ändert sich das Widerstandsverhältnis
der Heißleiter 1 und 2 und daher auch das Potential an der Basis des Eingangstransistors.
Bei einem bestimmten Widerstandsverhältnis löst die Kippschaltung das von ihm gesteuerte
Relais 5 aus.
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Bei langsamen Temperaturanstiegen in der Maschine stellt sich zwischen
den beiden Heißleitern 1 und 2 keine unterschiedliche Temperatur ein. Da die Heißleiter
jedoch eine unterschiedliche Temperatur-Widerstandscharakteristik aufweisen, ergibt
sich beim Überschreiten einer bestimmten Temperatur ebenfalls ein solches Widerstandsverhältnis,
daß die Schaltung eine Auslösung bewirkt. Diese Auslösetemperatur muß mit der höchsten
zulässigen Maschinentemperatur übereinstimmen. Anstatt der beschriebenen »Schmitt-Trigger-Schaltung«
sind natürlich auch andere ähnlich wirkende Verstärkerschaltungen zur Auslösung
des Relais 5 möglich.