DE2305147A1

DE2305147A1 - Von elektrischen verlusten abhaengiges thermisches abbild eines elektrischen betriebsmittels

Info

Publication number: DE2305147A1
Application number: DE2305147A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Hentschel
Original assignee: Sprecher und Schuh AG
Current assignee: Rockwell Automation Switzerland GmbH
Priority date: 1972-08-22
Filing date: 1973-02-02
Publication date: 1974-03-07
Also published as: DE2305147C2; CH540587A; US3808516A; AT323274B; GB1405834A; JPS4959248A; ES411690A1

Description

Sprecher & Schuh AG, Aarau (Schweiz)

Von elektrischen Verlusten abhängiges-thermisches Abbild eines elektrischen Betriebsmittels

Die Erfindung betrifft ein von elektrischen Verlusten abhängiges thermisches Abbild eines elektrischen Betriebsmittels mit mindestens zwei RC-Gliedern, durch deren Kondensatoren und Widerstände Wärmekapazitäten des Betriebsmittels bzw. Wärmeübergangswiderstände erfasst sind, wobei die Widerstände der RC-Glieder zu einem einen Zweipol darstellenden Widerstandsnetzwerk zusammengeschaltet sind und durch den LadeVorgang der Kondensatoren das Erwärmungsverhalten des Betriebsmittels nachgebildet ist.

Solche termische Abbilder werden vor allem als Steuerorgane in Schutzeinrichtungen für elektrische Betriebsmittel verwendet, be'i denen sich Teile, wie z.B. Wicklungen, durch Verlustleistungen unzulässig hoch erhitzen können. Im allge-

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meinen werden hierbei die Kondensatoren des Abbilds durch einen Ladestrom geladen, dessen Stärke eine Funktion der Betriebsmittel-Verluste, meist proportional dem Quadrat der Betriebsstromstärke ist, und zur Gewinnung eines Steuersignals wird die Ladespannung der Kondensatoren mit einer die zulässige Grenztemperatur bezeichnenden Vergleichsspannung verglichen. Lange Auslösezeiten, wie beispielsweise für einen Drehstrommotor bei Nenn- und geringer Ueberlast zwei Stunden und mehr betragen können, erfordern Abbilder mit entsprechend grossen Zeitkonstanten, die in der Praxis vorwiegend durch extrem hochohmiger Widerstände realisiert werden. Da sich bei Verwendung extrem hochohmiger Widerstände, z.B. bei der Erzeugung des Ladestromes für das Abbild Schwierigkeiten ergeben, ist bereits vorgeschlagen worden, den Ladestrom getaktet dem Abbild zuzuleiten und die Ladespannung getaktet von den Kondensatoren abzunehmen. Zur Taktung kann ein elektronischer Schalter verwendet werden, der den RC-Gliedern des Abbilds vorgeschaltet wird, wodurch eine Schaltungsanordnung erhalten wird, die-nach aussen hin verhältnismässig niederohmig ist. Abbilder dieser Art funktionieren bei kontinuierlichem Betrieb des Betriebsmittels zufriedenstellend. Bei unrege!massigem und insbesondere bei intermittierendem Betrieb treten, jedoch häufig Mangel auf, so dass die Schutzeinrichtung zu früh oder zu spät auslöst und der Betrieb gestört oder der Schutz des Betriebsmittels gegen Ueberhitzung nicht mehr gewährleistet ist. Diese Mangel sind auf ein unterschiedliches Erwärmungsverhalten des Betriebsmittels in den beiden Betriebszuständen, z.B. stehender und laufender Motor, zurückzuführen und ihr Auftreten bedeutet, dass das Abbild bei der gegebenen Betriebsweise des"" "Betriebsmittels nicht mehr dessen Erwärmungsverhalten angepasst ist. Aufgabe der Erfindung ist, ein thermisches Abbild mit mindestens zwei RC-Gliedern zu schaffen, das nach Anpassung das Erwärmungsverhalten des Betriebsmittels auch bei anregelmässi-

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gem und intermittierendem Betrieb für einen befriedigenden Schutz des Betriebsmittels ausreichend genau wiedergibt.

Das erfindungsgemässe thermische Abbild ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Schaltvorrichtung an das Widerstandsnetzwerk anschliessbare Schaltmittel zur Erhöhung der virtuellen Impedanz des Widerstandsnetzwerkes vorgesehen und die RC-Glieder durch Betätigung der Schaltvorrichtung von einer bestimmten Zeitkonstante bei abgeschalteten Schaltmitteln auf eine grössere Zeitkonstante bei zugeschalteten Schaltmitteln und umgekehrt umschaltbar sind. Durch Zuschalten der genannten dchaltmittel wird die virtuelle Impedanz des Widerstandsnetzwerkes und damit die Zeitkonstante des Abbilds ohne irgendwelche Aenderungen und Singriffe bei den RC-Gliedern auf einen grösseren Wert eingestellt, so dass die RC-Glieder sehr hochohmig und, gegebenenfalls zusammen mit einem elektronischen Schalter, z.b. einem Feldeffekttransistor, zur getakteten Zuleitung des Ladestromes, zum Schutz gegen Feuchtigkeit.in einem Block vergossen sein können, wodurch die Gefahr der Ausbildung von Leckströmen weitgehend verringert und ein präzises Funktionieren des Abbildes gewährleistet ist. Als Schaltvorrichtung kann ein steuerbarer elektronischer Schalter, insbesondere ein Halbleiterelement, wie z.B. ein Feldeffekttransistor, verwendet werden, der zum An- und Abschalten der Schaltmittel durch Steuersignale gesteuert sein kann, die den jeweiligen Betriebszustand des Betriebsmittels melden. Zur Erhöhung der virtuellen Impedanz des Widerstandsnetzwerkes kann ein negativer Widerstand verwendet werden, der durch die Schaltvorrichtung dem Widerstandsnetzwerk parallel geschaltet wird. Ein besonders geeigneter negativer Widerstand enthält einen Operationsverstärker, dessen nichtinvertierender Eingang mit dem ersten Anschluss des Widerstandsnetzwerkes und durch einen Widerstand, eventuell einen einstellbaren Widerstand, sowie durch die Schalt-

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strecke der Schaltvorrichtung mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist und dessen invertierender Eingang durch einen Widerstand mit dem Ausgang des Operationsverstärkers und einen weiteren Widerstand mit dem letzten Anschluss des Widerstandsnetzwerkes verbunden ist. Sind die beiden an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angeschlossenen Widerstände gleich, so ist der negative Widerstand allein durch den Widerstandswert des am nicht invertierenden Eingang angeschlossenen Widerstandes bestimmt. Mit Vorteil kann anstelle eines negativen Widerstandes auch ein Impedanzwandler verwendet werden, dessen Eingang mit dem ersten Anschluss des Widerstandsnetzwerkes und dem dem ersten Widerstand zugehörigen Kondensator verbunden ist, um eine Ausgangsspannung zu erhalten, die proportional, vorzugsweise gleich der Ladespannung des Kondensators ist, und an dessen Ausgang ein Spannungsteiler angeschlossen ist. über den an den letzten Anschluss des Widerstandsnetzwerkes ein Bruchteil der Ausgangsspannung des Impedanzwandlers angelegt ist, wodurch die virtuelle Impedanz des Widerstandsnetzwerkes entsprechend dem Teilverhältnis der abgegriffenen Spannung zur Ladespannung des Kondensators vergrössert wird. Wegen des niederohmigen Ausgangskreises des Impedanzwandlers kann als Spannungsteiler ein Potentiometer verwendet werden, so dass die Erhöhung der virtuellen Impedanz des Widerstandsnetzwerkes und damit der Verlängerungsfaktor für die Zeitkonstante des Abbilds beliebig ei nstellbar ist und das Abbild mit seiner grösseren Zeitkonstanten beliebig genau an das Erwärmungsverhalten eines Betriebsmittels angepasst werden kann. Die niedrige Zeitkonstante des Abbilds, d.h. die Zeitkonstante bei abgeschaltetem Impedanzwandler ist durch die RC-Glieder bestimmt. Es kann nun mindestens bei dem ersten RC-Glied an den Fusspunkt des Kondensators ein Bruchteil der Ausgangsspannung des Impedanzwandlers gelegt werden, durch die die Kapazität

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dieses RC-Glied-Kondensators virtuell dem Teilverhältnis der abgegriffenen Spannung zur Ladespannung des Kondensators entsprechend verringert wird, so dass die Zeitkonstante dieses RC-Gliedes durch Veränderung des Teilungsverhältnisses variiert und auch die niedrige Zeitkonstante des Abbilds an das jeweilige Betriebsmittel angepasst werden kann.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemessen thermischen Abbilds sind nachfolgend anhand der Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes thermisches Abbild mit zwei RC-Gliedern für einen Elektromotor,

Fig. 2 ein Blockschema eines erfindungsgemäss ausgebildeten thermischen Abbilds eines Elektromotors,

Fig. 3 ein Schaltbild' für ein Ausführungsbeispiel des thermischen Abbildes der Fig. 2 mit einem negativen Widerstand als Schaltmittel zur Erhöhung der virtuellen Impedanz des Widerstandsnetzwerkes der beiden RC-Glieder,

Fig. 4 ein Schaltbild für ein Ausführungsbeispiel des thermischen Abbilds der Fig. 2 mit einem Impedanzwandler zur Erhöhung der virtuellen Impedanz des Widerstandsnetzwerkes und

Fig. 5 ein Schaltbild für eine Ausführung des thermischen Abbilds der Fig. 4, bei dem die Zeitkonstanten der einzelnen RC-Glieder varriert werden können.

Ein vereinfachtes thermisches Abbild eines Elektromotors besteht bekanntlich aus zwei RC-Gliedern (Fig. 1), wobei durch den Kondensator C_n des ersten RC-Gliedes die Wärmekapazi-

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tat der Motorwicklung und durch den Widerstand R^₁ dieses RC-Gliedes der Wärmeübergangswiderstand von der Wicklung zum Motor-

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ständer und ferner durch den Kondensator G_p des zweiten RC-Gliedes die Wärmekapazität des Motorständers und durch den Widerstand R„ der Wärmeübergangswiderstand von Motorständer zum Kühlmittel näherungsweise nachgebildet ist. Die Widerstände Rp und R₅₁ sind in Reihe geschaltet und die Kondensatoren Cp und C_ werden mit einem Ladestrom aus einer gesteuerten Ladestromquelle Q, geladen, der üblicherweise dem Quadrat des Motorstromes proportional ist. Diese Ladestromquelle Q, ist an den Verbindungspunkt von Kondensator und Widerstand des ersten RC-Gliedes, d.h. an den ersten Anschluss A, des Widerstandsnetzwerkes der beiden RC-Glieder angeschlossen. Am letzten Anschluss A, des Widerstandsnetzwerkes liegt Null-Potential oder eine stabilisierte Referenzspannung. Mit dem ersten RC-Glied R_n ,

Oil

C_c ist näherungsweise das thermische Verhalten der Ständerwicklung des Motors und mit dem zweiten RC-Glied Rp_e» ^c _Fe näherungsweise das termische Verhalten des Ständereisens des Motors berücksichtigt. Am Anschlusspunkt· des zweiten RC-Gliedes Rp , Cp kann eine Ersatzstromquelle Q₂ angenommen werden, deren eingeprägter Strom unter der Voraussetzung, dass keine Frequenzschwankungen auftreten, die Drehzahländerungen des Motors gering sind und die Versorgungsspannung des Motors annähernd konstant ist, als konstant angesehen werden kann. Wegen der langen Auslösezeiten bei einem mit Nennlast oder geringer Ueberlast betriebenen Motor ist das Abbild sehr hochohmig. Der Ladestrom wird zweckmässig getaktet dem Abbild zugeleitet, so dass der effektive Ladestrom, mit dem die Kondensatoren des Abbilds geladen werden, gleich dem Produkt von Ladestromstärke der Stromquelle Q, und Taktverhältnis (Arbeitstaktdauer zu Ruhetaktdauer) ist und die Ladestromquelle Q, bei einem Taktververhältnis" kleiner Eins einen entsprechend höheren Ladestrom liefern kann, der sich leichter beherrschen lässt. Zur Taktung kann ein elektronisches Schaltelement Tr 1 (Fig. 2), z.B. ein

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Feldeffekttransistor vorgesehen sein. Da derart hochohmige Schaltungen auf Leckströme sehr empfindlich sind, werden, wie in Fig. 2 angedeutet ist, die RC-Glieder R₁, C₁ und R₂, C₂ zusammen mit dem elektronischen Schalter Tr 1 zum Schutz vor Feuchtigkeit in einen Block 1 vergossen, an dem aussen Anschlussklemmen vorgesehen sind, und zwar bei der Ausführung nach Fig. 2 eine Anschlussklemme K, zum Anschliessen der gesteuerten Ladestromquelle, eine mit der Steuerelektrode des elektronischen Schaltelementes Tr 1 verbundene Anschlussklemme K₂ zum Anschliessen eines Taktgenerators, eine an das freie Ende des Widerstandes R₂ des zweiten (letzten) RC-Gliedes angeschlossene Klemme K₃, die den letzten Anschluss A^ des Widerstandnetzwerkes, im vorliegenden Fall der Widerstandskette R,, Rp bildet und eine Anschlussklemme K., an die die beiden Kondensatoren C-. und C_? angeschlossen sind und die deren Fusspunkt bildet. Auf diese Weise wird ein Vierpol erhalten, der nach aussen hin ein verhältni&^iässig niederohmiges und damit unkritisches Schaltungsgebilde dargestellt, jedoch irgendwelche Veränderungen oder Verstellungen an den Schaltungsteilen nicht mehr zulässt. Injbezug auf das thermische Verhalten des Motors sind die Zeitkonstanten bei stehendem und bei laufendem Motor verschieden, und zwar hauptsächlich infolge der unterschiedlichen Kühlverhältnisse. Bei einer genauen Nachbildung des Erwärmungsverhaltens müsste demnach die das thermische Verhalten des Ständereisens berücksichtigende Hauptzeitkonstante bei stehendem Motor grosser als bei laufendem Motor sein. Die grössere Zeitkonstante wird durch Schaltmittel 2 zur Erhöhung der virtuellen Impedanz des Widerstandsnetzwerkes R,, R_? erhalten, die, wenn das Abbild die höhere Zeitkonstante haben soll, über die Anschlussklemmen K- und K₃ an das Widerstandsnetzwerk R,, R₃ angeschlossen wird. Zum Umschalten von einer niedrigeren auf eine höhere Zeitkonstante und umgekehrt, ist eine Schaltvor- .

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richtung 3 vorgesehen, durch die in der einen Schaltstellung die Schaltmittel 2 für eine Erhöhung der virtuellen Impedanz wirksam und in einer anderen Schaltstellung unwirksam werden.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel bestehen die Schaltmittel 2 zur Erhöhung der virtuellen Impedanz aus einem negativen Widerstand 4, der im gezeigten Ausführungsbeispiel einen Operationsverstärker OV enthält. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers ist an die Klemme K, und der invertierende Eingang über einen Widerstand R„ an die Klemme K„ des Blocks 1 angeschlossen. Der Ausgang des Operationsverstärkers OV ist sowohl über die Quellen-Abflussstrecke eines als Schaltvorrichtung 3 dienenden Feldeffekttransistors Tr2 und einen Widerstand R₅ mit dem nichtinvertierenden Eingang als auch über einen Widerstand R. mit dem invertierenden Eingang verbunden. Ist mit U„ die Eingangsspannung zwischen den Anschlüssen an die Klemmen K, und K₃ und mit I der Strom bezeichnet, so ergibt sich der Widerstand dieser Schaltungsanordnung mit der Gleichung

^UE = ^R3 * ^R5 . ■ (1

Zur Herleitung dieser Gleichung wird angenommen, dass der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers OV an Null-Potential liegt und der Schalter geschlossen ist. Der den Widerstand R₄ durchfliessende Strom ist mit I₄ bezeichnet und ist gegeben durch

■ I₄ - "Ε (2

«3

Aus der Ausgangsspannung U. des - Operationsverstärkers OV zwischen dessen Ausgang und Null-Potential ergibt sich für diesen Strom I₄ die Gleichung

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I₄ = _jL· . Ο

^R4

Aus den beiden Gleichungen für I₄ ergibt sich für die Ausgangsspannung U. die Gleichung

U_A-.U_E Jjl_ (4

und mittels des Spannungsabfalls am Widerstand R die Gleichung

U_A + I R₅ = O . - ' (5

Aus den beiden letzten Gleichungen für U. erhält man schliesslich die Gleichung 1) für den Widerstand der Schaltungsanordnung.

Sind die Widerstände R„ und R₄ einander gleich, so wird

^UE = -R_ bei R. = R- (6

~~j O 4 d

Der Widerstand R. ist zweckmässig stetig oder stufenweise verstellbar, so dass durch Variieren der Impedanzerhöhung die verlängerte Zeitkonstante dem jeweiligen Gerät angepasst werden kann.

Der Feldeffekttransistor Tr 2 wird durch eine Steuerspannung gesteuert, die über eine Diode D, an dessen Torelektrode gelegt ist. Diese Steuerspannung hat bei stehendem Motor eine solche Höhe, dass der Feldeffekttransistor Tr 2 leitend schaltet und bei laufendem Motor gesperrt ist. Die Steuerspannung kann durch Vergleich einer dem Motorstrom proportionalen Spannung mit einer Vergleichsspannung erhalten werden.

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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist zur Erhöhung der virtuellen Impedanz des Widerstandsnetzwerkes R., R_? ein Impedanzwandler 5 vorgesehen, dessen Eingang an die Klemme K, des Schaltungsblocks 1 angeschlossen ist und dessen Ausgang über die Quellen-Abflussstrecke des Feldeffekttransistors Tr und einen Spannungsteiler R_& z.B. an Null-Potential liegt. Die Ausgangsspannung des Impedanzwandlers ist proportional oder gleich der Spannung am Punkt A, des Kondensators C, des ersten RC-Gliedes. Der Abgriff des Spannungsteilers R_& ist an die Klemme K_ des Schaltungsblocks 1, d.h. an den letzten Anschluss Αγ des Widerstandsnetzwerkes R,, R„ angeschlossen, so dass an diesen stets ein bestimmter Bruchteil der Ladespannung des Kondensators C. liegt. Bei geringer zeitlicher Aenderung des Ladezustandes ist, wie eingangs erwähnt, der Spannungsabfall an R, zu vernachlässigen, so dass die Spannung an C„ in etwa gleich der Spannung an C-, ist. Durch das Anlegen eines Bruchteiles der Ausgangsspannung des Impedanzwandlers 5 an den Anschluss Ay, d.h. an den Fusspunkt des Widerstands R„ ergibt sich eine virtuelle Vergrösserung des Ableitwiderstandes und damit eine Vergrösserung der Hauptzeitkonstante, durch die das thermische Verhalten des Stär.dereiser.s des Motors berücksichtigt ist. Die Vergrösserung des virtuellen Widerstandes ist hierbei durch das Teilverhältnis der abgegriffenen Spannung zur Ladespannung des Kondensators C gegeben und, wenn der Impedanzwandler eine der Ladespannung des Kondensators C genau gleiche Ausgangsspannung abgibt, wird die Zeitkonstante um einen Faktor verlängert, der durch das Teilverhältnis f des Spannungsteilers R_c bestimmt ist. Der Verlängerungsfaktor F ist durch die Glei-

c hung

gegeben, in der f das Teilverhältnis des Spannungsteilers R_&

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ist. Die Zeitkonstante kann damit maximal auf Unendlich verlängert werden. Die Verwendung eines Impedanzwandlers führt zu im Aufbau besonders einfachen Schaltungen.

Da das Erwärmungsverhalten bei den einzelnen Kotortypen verschieden ist, ist es für ein Motorabbild von Vorteil, wenn sowohl die Hauptzeitkonstante (Ständereisen) wie die Nebenzeitkonstante (Ständerwicklung) in gewissen Grenzen beliebig eingestellt werden kann. Da das Abbild von einem eingeprägten Strom gespeist wird, müssen die ohmschen Widerstände bei einer Variation der Zeitkonstanten gleich bleiben. Eine Aenderung der Zeitkonstanten eines RC-Gliedes wird durch eine virtuelle Verringerung der Kapazität des Kondensators erreicht, indem der Fusspunkt des Kondensators auf einen Bruchteil der Kondensator-Ladespannung gelegt wird, wobei für die Zeitkonstante die Span-* nung zwischen dem Kopfpunkt des Kondensators und einem Bezugspotential, z.B. Nullpotential gilt, die mit U. bezeichnet sei. Liegt der Fusspunkt des Kondensators nicht auf Null-Potential sondern ist an ihn ein durch das Teilverhältnis f bestimmter Bruchteil der Spannung U. gelegt, so ist die auf Null-Potential bezogene Kondensatorspannung U. durch

' ^UA - ^r· ^UA ^{+ U}C ' <⁸

gegeben, wobei mit U„ die Spannung über den Kondensatorbelägeri bezeichnet ist. Die Spannung U_n über den Kondensatorbelägen ist damit

U_c = U_A . (1 - f). (9

Aus der Grundgleichung (Kapazität gleich Ladung durch Spannung) ist die Ladung Q des Kondensators gleich

Q= C . U_c (10

und hinsichtlich der auf Null-Potential bezogenen Kondensator-

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spannung U. kann für diesen eine virtuelle Kapazität C„ angenommen werden, die gleich

ο ₍₁₁

^cv u_A u_A ^U1

d.h., dass C_y = C (l - f) (12

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist diese Veränderung der virtuellen Kapazität zur Variation der Zeitkonstanten der beiden RC-Glieder R, , C, und R₂, C^ realisiert. Die Fusspunkte F, und F„ der beiden RC-Glied Kondensatoren C. und Cp sind aus dem vergossenen Schaltungsblock 1 getrennt herausgeführt und an die Klemmen K, und K₁- angeschlossen, An den Ausgang des Impedanzwandlers 5 sind drei parallel geschaltete veränderliche Spannungsteiler R₆, R_? und R„ angeschlossen. Von den Ausgangsklemmen K„, K_g dieser Spannungsteiler kann die Spannung U., d.h. die auf ein Bezugspotential bezogene Kondensatorspannung von C, abgenommen und zur Anzeige gebracht werden. Der eine Spannungsteiler Rg dient, wie bei der Ausführung nach Fig. 5 erläutert, zur Einstellung des Verlängerungsfaktors für die Zeitkonstante des Abbilds und sein Mittelabgriff ist über die Quellen-Abflusstrecke des Feldeffekttransistors Tr 2 und die Anschlussklemme K₃ mit dem Anschluss Α, des Widerstandes R„ verbunden. Die Anschlussklemme K₃ ist zusätzlich über einen Widerstand R_g und einen verstellbaren Widerstand R,₀ mit einer Anschlussklemme 9 verbunden, an die eine Bezugsspannung gelegt werden kann, um die Ständereisenverluste berücksichtigen zu können. Diese Bezugsspannung wird bei spannungslosem Motor abgeschaltet. Die Torelektrode des Feldeffektransistors Tr 2 ist durch eine Diode D, mit einer-Klemme K,-verbunden,an die ein Signalgeber zur Steuerung des Feldeffekttransistors angeschlossen werden kann. Der zweite Spannungstei-

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ler R₇ dient zur Variation der Hauptzeitkonstanten (Ständereisen), d.h. der Zeitkonstanten des RC-Gliedes R₂, Cp. Sein Abgriff ist an die Klemme Κ~ angeschlossen, so dass die abgegriffene Spannung am Fusspunkt F„ des Kondensators C_? liegt. Der dritte Spannungsteiler R_Q dient zur Variation der Nebenzeitkonstanten (Ständerwicklung) und sein Abgriff ist an die mit dem Kondensator C, verbundene Klemme K. angeschlossen. Mit einem solchen im Aufbau sehr einfachen Abbild kann das Erwärmungsverhalten jedes beliebigen Motors sowohl bei kontinuierlichem wie bei intermittierendem Betrieb optimal nachgebildet werden, wobei lediglich ein Verstellen der Spannungsteiler R_&, R„, R_Q erforderlich ist. Die Anwendung ist nicht auf Elektro-

motore allein beschränkt. Bei Transformatoren z.B. ergeben sich ähnlicheVerhältnisse, so dass in deren Schutzeinrichtungen mit Vorteil eines der vorstehend beschriebenen Abbilder verwendet wird.

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Claims

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Patentansprüche

I l.jVon elektrischen Verlusten abhängiges thermisches Abbild eirlHS elektrischen Betriebsmittels, mit mindestens zwei RC-Gliedern, durch deren Kondensatoren und Widerstände V/ärrr.ekapazitäten des Betriebsmittels bzw. Wärmeübergangswiderstände erfasst sind, wobei die V/id erstände der RC-Glieder zu einem einen Zweipol darstellenden Widerstandsnetzwerk zusammenceschaltet sind und durch den Ladevorgang der Kondensatoren das Erwärmungsverhalten des Betriebsmittels nachgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Schaltvorrichtung (3; Tr 2, D..) an das Widerstandsnetzwerk (R, , Rp) anschliessbare Schaltmittel (2; 4; 5) zur Erhöhung der virtuellen Impedanz des Widerstandsnetzwerkes (R. , R„) vorgesehen und die RC-Glieder (R,, C,; R₂, C„) durch Betätigung der. Schaltvorrichtung (3; Tr 2, D,) von einer bestimmten Zeitkonstanten bei abgeschalteten Schaltmitteln (2; 4; 5) auf eine grössere Zeitkonstante bei zugeschalteten Schaltmitteln (2; 4; 5) und umgekehrt umschaltbar sind.
2. Thermisches Abbild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der virtuellen Impedanz des V»'iderst andsnetzwerkes (R., R„) ein negativer Widerstand (4) verwendet ist, der mittels der Schaltvorrichtung (3) dem V/id er Standsnetzwerk (R,, R₂) parallel geschaltet werden kann.
3. Thermisches Abbild nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der negative Widerstand (4) einen Operationsverstärker (OY) enthält, dessen nichtinvertierender Eingang mit dem ersten Anschluss des Widerstandsnetzwerkes (R,, Rp) und durch einen Widerstand (R₁-) und durch

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die Schaltstrecke der Schaltvorrichtung (3) mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist und dessen invertierender Eingang durch einen Widerstand (R₄) mit dem Ausgang des Operationsverstärkers und durch einen Widerstand (R₃) mit dem letzten Anschluss {A_T) des Widerstandsnetzwerkes (R₁, R₀) verbunden ist.
4. Thermisches Abbild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der virtuellen Impedanz des Widerstandsnetzwerkes (R-,, Rp) ein Impedanzwandler (5) vorgesehen ist, dessen Eingang mit dem ersten Anschluss (A,) des Widerstandsnetzwerkes (R,, R_?) und dem dem ersten Widerstand (R,) zugehörigen Kondensator (C,) verbunden ist, um eine Ausgangsspannung zu erhalten, die proportional oder gleich der Ladespannung des Kondensators (C ) ist, und dass von der Ausgangsspannung des Impedanzwandlers (5) mittels eines Spannungsteilers (R_ß) ein Bruchteil an den letzten Anschluss (A^) des Widerstandsnetzwerkes (R,, R₂) gelegt ist, wobei die virtuelle Vergrösserung der Impedanz des Widerstandsnetzwerkes (R-, , R«) durch das Teilverhältnis der abgegriffenen Spannung zur Ladespannung des Kondensators (C,) bestimmt ist.
5. Thermisches Abbild nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens bei dem ersten RC-Glied (R,, C,) an den Fusspunkt (F,) des Kondensators (C,) mittels eines Spannungsteilers (Rg) ein Bruchteil der Ausgangsspannung des Impedanzwandlers {5) gelegt ist, so dass die Kapazität des RC-Glied-Kondensators (C,) virtuell dem Teilverhältnis des Spannungsteilers (Rg) entsprechend verringert wird und durch Verstellen des Teilungsverhältnisses bei dem am RC-Glied-Kondensator (C,) angeschlossenen Spannungsteiler (R_Q) die Zeitkonstante des RC-

Gliedes (R.. , C, ) veränderbar ist.

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- ¹⁶ - 23Cl
6. Thermisches Abbild nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die RC-Glieder (R,, C', R₂, C₂) und ein an das erste RC-Glied (R₁,^) angeschlossener elektronischer steuerbarer Schalter (Tr-, ) zum Schutz gegen feuchtigkeitsbedingte Leckströme zu einem Block (1) vergossen sind.'
7. Thermisches Abbild nach Anspruch 1, dadurch ge-" kennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (3) aus einem steuerbaren elektronischen Schalter (Tr 2, D,) besteht, der durch den jeweiligen Betriebszustand eines Gerätes meldende Steuersignale zum An- und Abschalten der Schaltmittel (5) zur Erhöhung der virtuellen Impedanz des Widerstandsnetzwerkes (R-,, Rp) gesteuert ist.

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ORiGINAL INSPECTED