DE69307635T2

DE69307635T2 - Elektronische Motorschutzvorrichtung

Info

Publication number: DE69307635T2
Application number: DE69307635T
Authority: DE
Inventors: William R Manning; Stanley J Nacewicz; Jeffrey P Rudd; Byron T Yarboro
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1992-09-10
Filing date: 1993-09-07
Publication date: 1997-05-15
Anticipated expiration: 2013-09-08
Also published as: KR940008220A; US5585990A; KR100283069B1; DE69307635D1; EP0587404A2; EP0587404B1; EP0587404A3; JPH06197444A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Schutzvorrichtungen für Elektromotoren und speziell elektronische Schutzsysteme, die besonders für Kompressormotoren geeignet sind.
Systeme zum Schutz von dynamoelektrischen Maschinen gegenüber Übertemperaturbedingungen, die einen oder mehrere thermische Sensoren wie Sensoren mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) des spezifischen Widerstandes aufweisen, die in Wärmeübertragungsbeziehung zu den Wicklungen des Motors angeordnet sind, sind im Stand der Technik wohlbekannt. Ebenso ist bekannt, daß solche Systeme zusätzliche Schutzfunktionen erhalten, die verschiedene Vorrichtungenzkonomisch und wirksam gegen das Auftreten weiterer Bedingungen schützen. Wurde beispielsweise die Stromversorgung an eine Last unterbrochen, entweder durch die Erfassung einer Übertemperaturbedingung durch die PTC-Sensoren und gleichzeitige Auslösung der Schutzschaltung, durch das Öffnen eines Schützes oder aus einem anderen Grund, dann soll die Versorgung an bestimmte Lasten wie Klimaanlagenkompressoren nicht wiederangelegt werden, bis eine bestimmte Zeit verstrichen ist, damit die Last wieder in einen Zustand kommen kann, der sich zum Wiedereinschalten eignet. Im Falle von Kompressoren ermöglicht eine kurze Zeitverzögerung einen Druckausgleich im Kompressor, so daß ein kleineres Startdrehmoment erforderlich ist.
Ein System, das die obengenannten Funktionen wirksam wahrnimmt und ferner Schutzmerkmale wie einen Öldruckschutz vorsieht, um sicherzustellen, daß das System nicht betrieben wird, wenn der Öldruck über mehr als einen ausgewählten Zeitraum unter einen sicheren Wert abfällt, sowie ein Niederspannungsmerkmal aufweist, um zu vermeiden, daß möglicherweise Kontakte flattern oder eine Phase eines Mehrphasenmotors ausfällt, was zu einer Überarbeitung der restlichen Phasen führen würde, ist in der US-A-4 281 358 gezeigt und beschrieben, die an den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung abgetreten ist und die dem Oberbegriff von Anspruch 1 zugrundeliegt.
Bei dem in der obengenannten Patentschrift beschriebenen System weist das Schutzsystem eine Stromversorgung mit einem herkömmlichen Transformator auf, um die äußere Versorgungsspannung in eine ausgewählte niedrigere Spannung umzuwandeln, die zum Betrieb der Steuerschaltung geeignet ist. In dieser Patentschrift verwendet die Steuerschaltung eine 24-Volt-Versorgung, so daß getrennte Transformatoreinrichtungen oder zumindest ein Transformator mit ausgewählten Abgriffen mit unterschiedlichen Leiterspannungsversorgungen verwendet werden müssen. Daraus ergibt sich, daß für Anwendungen mit unterschiedlichen Leiterspannungen unterschiedliche Modelle für das Schutzsystem vorgesehen werden müssen.
Die DE-A 33 11 213 offenbart eine Stromversorgungsschaltung, bei der die durch eine Zener-Diode begrenzte Versorgungsspannung während der positivgehenden Halbperioden einer Wechselstromversorgung einen Kondensator auf lädt, womit eine Sägezahnspannung erzeugt wird. Überschreitet die Sägezahnspannung einen Schwellenwert, dann schaltet sie einen siliciumgesteuerten Gleichrichter (SCR) ein, um einen weiteren Kondensator zu laden, der eine Ausgangsversorgung von etwa 8V Gleichspannung liefert. Da die Schwellenspannung von der Spannung in letztgenanntem Kondensator abhängt, ist der SCR verschieden lang eingeschaltet, was stets etwa am Ende der positivgehenden Halbperiode endet. Der 8V-Gleichspannungsausgang wird ferner durch zwei im Handel erhältliche IC-Regler geregelt, um einen 5V- Gleichspannungsausgang zu liefern.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektronische Motorschutzvorrichtung vorzusehen, die einen Mehrfunktionsschutz vorsieht und mit mehreren unterschiedlichen Leiterspannungen verwendet werden kann. Eine weitere Aufgabe liegt darin, ein kostengünstiges, aber zuverlässiges Motorschutzsystem vorzusehen. Ferner liegt eine Aufgabe darin, ein solches System vorzusehen, das größenmäßig kompakt und leicht ist.
Die Erfindung sieht ein elektronisches Motorschutzsystem zum Abschalten eines Motors bei Auftreten von ausgewählten Übertemperaturbedingungen mit einem Gehäuse vor, in dem ein Stromversorgungsabschnitt, eine Steuerschaltungsanordnung zum Erfassen des Vorhandenseins der ausgewählten Bedingungen sowie eine auf ein Signal aus der Steuerschaltanordnung zum Steuern des Erregungszustandes des Motors ansprechende Ausgangsschaltung untergebracht sind, wobei die Ausgangsschaltung eine Relaisspule aufweist, die mit einem Festkörperschalter mit einer Basis in Reihe geschaltet ist, wobei die Spule und der Festkörperschalter in Nebenschluß zu dem ausgewählten Pegel der Ausgangsgleichspannung geschaltet sind, wobei die mit dem Stromversorgungsabschnitt gekoppelte Steuerschaltanordnung ein Spannungsteilernetzwerk, das einen temperaturabhängigen Widerstand zum Entwickeln einer variablen Spannung aufweist, die sich entsprechend der Temperatur des temperaturabhängigen Widerstands ändert, eine erste Komparatoreinrichtung sowie eine festgelegte Bezugsspannung umfaßt, wobei die festgelegte Bezugsspannung und die variable Spannung mit der ersten Komparatoreinrichtung verbunden sind, um die entwickelte variable Spannung mit der Bezugsspannung zu vergleichen, wobei die erste Komparatoreinrichtung einen mit der Basis des Festkörperschalters in der Ausgangsschaltung gekoppelten Ausgang besitzt und dazu geeignet ist, die Leitfähigkeit des Festkörperschalters und dabei die Erregung der Relaisspule in Abhängigkeit davon zu steuern, ob die entwickelte variable Spannung über oder unter der Bezugsspannung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromversorgungsabschnitt eine integrierte Schaltung aufweist, die eine Festkörperschalteinrichtung mit einem Schaltvorregler, der in Nebenschluß zur Leiterspannung geschaltet und zum Einschalten bei jeder Periode über einen geringen Teil einer Halbperiode beginnend am Nullübergang der Wechselspannungswelle geeignet ist, sowie einen Spannungsregler umfaßt, wobei ein Kondensator mit dem Vorregler der Festkörperschalteinrichtung gekoppelt ist, um durch einen Strom geladen zu werden, der während des geringen Teils durch die Festkörperschalteinrichtung geleitet wird, wobei der Kondensator mit dem Spannungsregler gekoppelt ist, um einen Laststrom zu liefern, und wobei ein Rückkopplungsbauteil außerhalb der Festkörperschalteinrichtung mit dem Spannungsregler gekoppelt ist, um einen vorgewählten Pegel der Ausgangsgleichspannung zu erzeugen.
Der vorgewählte Gleichspannungspegel kann seinerseits durch einen Begrenzungswiderstand und eine Zener-Diode abgespannt werden, um einen zweiten Gleichspannungspegel zum Erregen der Steuerschaltungs anordnung zu erzeugen.
Die Steuerschaltungsanordnung kann mehrere in Kaskade angeordnete Operationsverstärker in Form von Komparatorabschnitten aufweisen, die einen einzigen Kanal vorsehen und einen Übertemperaturschutzabschnitt aufweisen, wobei einer oder mehrere thermische PTC-Sensoren mit dem invertierenden Eingang eines ersten Komparators verbunden sind. Der Ausgang des ersten Komparators ist dann bevorzugt mit einem Pufferkomparator gekoppelt, der seinerseits mit der Basis eines mit der Relaisspule in Reihe geschalteten Transistors gekoppelt ist. Der Ausgang des ersten Komparators ist auch wahlweise mit einem Zeitverzögerungskomparator verbunden, dessen Ausgang zu dem invertierenden Eingang des ersten Komparators rückgekoppelt ist. Der Ausgang des ersten Komparators ist auch wahlweise mit dem Ausgang eines Niederspannungskomparators gekoppelt.
Das Schutzsystem ist vorteilhaft auf einer Leiterplatte angebracht, die in der Bodenhälfte eines Gehäuses aufgenommen ist, die mit Vergußmaterial umhüllt ist, um Unempfindlichkeit gegen Vibrationen und einen Umgebungsschutz vorzusehen sowie behördliche Standardabstandsanforderungen zu erfüllen. Die obere Hälfte des Gehäuses weist mehrere gerippte, sich nach unten erstreckende Schürzen auf, die sich in das Vergußmaterial erstrecken können, um die Gehäuseteile miteinander zu verriegeln. Das System kann Blatteingangsleiteranschlüsse aufweisen, die kleiner als die Sensor- oder Ausgangsanschlüsse ausgestaltet sind, um jede mögliche Fehlverdrahtung zu vermeiden, indem die Leiterspannung in Nebenschluß zu der Steuerschaltung oder den Sensorschaltungen gelegt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Weitere Aufgaben, Vorteile und Einzelheiten der neuen und verbesserten Schutzvorrichtung nach der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform unter Bezug auf die Zeichnungen; darin zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild der Schutzvorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2 einen Graph Spannung gegen Zeit, der die Leiterspannung und die Spannung an dem IC-Stift des Schaltvorreglers zeigt;
Fig. 3 eine auseinandergezogene Perspektivansicht des oberen und unteren Gehäuses der Schutzvorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht längs der Linie 4-4 von Fig. 3; und
Fig. 5 eine Draufsicht der zusammengebauten Schutzvorrichtung, die in Fig. 3 gezeigt ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Unter Bezug auf Fig. 1 weist die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung 10 einen Stromversorgungsabschnitt 12, einen Übertemperaturschutzabschnitt 14, eine Ausgangsschaltung 18, einen zeitverzögerungsabschnitt 20 und einen Niederspannungssicherungsabschnitt 22 auf. Jeder Abschnitt 14, 16, 20 und 22 umfaßt Operationsverstärkerkomparatoren 1, 4, 2 bzw. 3, die jeweils einen bipolaren Ausgangssperrschichttransistor (offener Kollektor) aufweisen. Bei stabilen Betriebsbedingungen ist der Ausgangstransistor des Komparators 1 ausgeschaltet, die Ausgangstransistoren der Komparatoren 4 und 2 sind eingeschaltet, und der Ausgangstransistor des Komparators 3 ist ausgeschaltet. Im folgenden wird im einzelnen erläutert, daß der Ausgangstransistor des Komparators 1 bei Auftreten einer Übertemperaturbedingung eingeschaltet und der Ausgangstransistor der Komparatoren 4 und 2 ausgeschaltet wird (Komparator 3 ist noch ausgeschaltet). Bei Auftreten von Niederspannungsbedingungen werden die Ausgangstransistoren der Komparatoren 1, 4 und 2 ausgeschaltet, und der Ausgangstransistor des Komparators 3 wird eingeschaltet.
Was spezielle Abschnitte der Schaltung 10 angeht, so weist der Stromversorgungsabschnitt 12 eine Sicherung F1 auf, die als Sicherheitsmerkmal mit dem Wechselstrom-H-Anschluß T2 verbunden ist, so daß die Vorrichtung bei einem Kurzschluß im Leerlauf ausfällt. Ein Varistor MOV1 als Überspannungsunterdrücker ist in Nebenschluß zu dem Wechselstrom-H-Anschluß T2 und dem Wechselrückstromanschluß T1 geschaltet, um hochfrequente und energiereiche Spannungsspitzen wie Blitzstöße zu blockieren. Die in Nebenschluß zu den Wechselstromleitungen geschalteten Widerstände R1, R2 und der Kondensator C1 dienen als Tiefpaßfilter, um Hochfrequenzrauschen und Netzspitzen herauszufiltern. Außerdem dienen die Widerstände R1, R2 als Strombegrenzungseinrichtungen für den Vorregler auf der Basis des gesteuerten Siliciumgleichrichters, was im folgenden erläutert wird.
Der Schaltungsabschnitt 10 umfaßt eine integrierte Stromversorgungsschaltung 24 auf einem Chip, eine Acht-Stift-Vorrichtung mit einem ersten Schaltvorreglerabschnitt und einem zweiten Spannungsreglerabschnitt. Der mit dem Vorreglerabschnitt verbundene Stift 8 ist über die Widerstände R1, R2 mit der Wechselstrom-H-Leitung verbunden. Der Stift 1 ist mit der Wechselstromrückleitung und über einen Sperrkondensator C3 mit dem Stift 4 verbunden, um einen Schutz gegen Spannungsspitzen vorzusehen, die das Nenn-du/dt der IC 24 überschreiten, indem von einer hohen Impedanz zu einer niedrigen Impedanz übergegangen wird, wodurch verhindert wird, daß sich ein interner Siliciumgleichrichter in der IC 24 einsteuert.
Ein Energiespeicherkondensator C2 ist über den Ladewiderstand R3 zwischen den Stift 2 und den Stift 1 geschaltet. Der Stift 2 ist innerhalb des Chips 24 mit dem Ausgang des Schaltvorreglerabschnitts und dem Eingang des Spannungsreglerabschnitts gekoppelt. Der Ausgang des Spannungsreglerabschnitts ist mit dem Stift 6 verbunden, wobei ein Rückkopplungswiderstand R4 zwischen die Stifte 6 und 5 geschaltet ist. Der Stift 3 ist mit der analogen Masse der Steuer- und Ausgangsschaltung verbunden. In der Verwendung bei der bevorzugten Ausführungsform liefert der Ausgang des Reglerabschnitts eine 24-Volt-Gleichstromversorgung auf der Leitung 28 für die Relaisspule K1 und die zugehörigen Kontakte M1, M2.
Fig. 2 zeigt dazu bei a die Spannungs-Zeitkurve der Leiterspannung, typischerweise mit einer Frequenz von 60 Hz und bei b die am Stift 8 zu sehende Wellenform, wobei die SCR-Leitfähigkeit des Vorreglerabschnitts typischerweise in der Größenordnung von 1 Millisekunde bei einer Frequenz von 60 Hz liegt, die an der positiven Hälfte der Wechselstromperiode auftritt.
Eine niedrigere Spannung, d.h. 12 Volt, die, wie im folgenden erläutert wird, zum Betrieb der Steuerschaltung geeignet ist, wird durch geeignete Mittel wie einen Vorwiderstand R28 geliefert, der mit einer 12-Volt-Zener-Diode ZD1 in Reihe geschaltet ist, die zwischen den Ausgang der IC 24 und Masse geschaltet ist. Der Stromversorgungsabschnitt 12 umfaßt auch einen Dämpfungskondensator C4, der zwischen den Niederspannungsausgang am Übergang des Widerstandes R28 und der Diode ZD1 und Masse geschaltet ist. Die Niederspannungsversorgung könnte gegebenenfalls alternativ durch einen Spannungsteiler mit zwei Widerständen vorgesehen sein.
Der Übertemperaturschutzabschnitt 14 weist einen Komparator 1 auf, dessen invertierender Eingang über die Diode D1, den Widerstand R29 und einen Kondensator C9 mit dem Übergang eines Bezugswiderstandes R5 und eines PTC-Widerstandes verbunden ist, die zwischen die Steuerschaltungsversorgungsspannung 28 und Masse geschaltet sind. Die Diode D1 dient dazu, den Widerstand R5 und den PTC gegen jede Rückkopplung von der Versorgungsschiene 28 über die Widerstände R16 und R17 zu isolieren, wenn der Ausgangstransistor des Komparators 2 ausgeschaltet und der invertierende Eingang mit der 12-Volt-Schiene verbunden ist. Der nichtinvertierende Eingang des Komparators 1 ist mit dem Übergang der Spannungsteilerwiderstände R6, R7 verbunden, die zwischen die Leitung 28 und Masse geschaltet sind, um eine Bezugsspannung herzustellen. Der Rückkopplungstransistor R8 ist zwischen den Ausgang des Komparators 1 und den nichtinvertierenden Eingang geschaltet. Der Kondensator C9 ist zwischen den invertierenden Ausgang des Komparators 1 und Masse geschaltet. Das RC-Netzwerk des Widerstands R29 und der Kondensator C9 dämpfen Rauschspitzen am Sensoreingang und verhindern dadurch eine Störauslösung.
Der Ausgang des Komparators 1 ist mit dem Übergang eines Spannungsteilers im Pufferschaltungsabschnitt 16 mit den Widerständen R9, R10 verbunden, und der Übergang ist seinerseits mit dem invertierenden Eingang des Komparators 4 verbunden. Der nichtinvertierende Eingang ist mit dem Übergang eines Spannungsteilers verbunden, der die Widerstände R11, R12 aufweist. Der Rückkopplungswiderstand R13, der dabei eine Hysterese liefert, die ihrerseits eine klare Abgrenzung zum Schalten des Komparators 4 erlaubt und Kontaktflattern vermeidet, ist zwischen den Ausgang des Komparators 4 und den nichtinvertierenden Eingang geschaltet. Der Ausgang des Komparators 4 ist mit der Ausgangsspannungsleitung 26 der IC 24 über die Widerstände R14, R15 in der Ausgangsschaltung 18 verbunden. Der Emitter- und der Kollektoranschluß des pnp-Transistors Q1 sind in Reihe zwischen die Versorgungsleitung 26 und die Relaisspule K1 geschaltet, die ihrerseits mit Masse verbunden ist. Die Basis des Transistors ist mit dem Übergang der Widerstände R14, R15 verbunden. Die Diode D3 ist in Nebenschluß zu der Relaisspule K1 gekoppelt, um die Gegen-EMK zu verhindern und damit den Transistor Q1 zu schützen.
Wie oben bemerkt, stellt eine durch den Spannungsteiler R6, R7 gelieferte, festgelegte Bezugsspannung am nichtinvertierenden Eingang des Komparators 1 einen Schwellenwertpegel her. Die von dem PTC-Sensor gelieferte variable Spannung umfaßt die variable Spannung am invertierenden Anschluß des Komparators 1, die sich entsprechend der Änderung des Widerstandswertes des PTC in Abhängigkeit von Temperaturänderungen des PTC ändert. Überschreitet die Spannung an dem invertierenden Anschluß diejenige des nichtinvertierenden Anschlusses, dann wird der Ausgangs-npn- Transistor des Komparators 1 vorgespannt, wodurch der Strom an Masse abgeleitet wird. Daraus ergibt sich, daß die Bezugsspannung am nichtinvertierenden Eingang des Komparators 4 höher als die Spannung am invertierenden Eingang des Komparators 4 ist, wodurch der Ausgangstransistor des Komparators 4 nach Aus vorgespannt und verhindert wird, daß Strom zum Transistor Q1 an Masse fließt, sowie gleichzeitig mit dem Öffnen der Kontakte M1, M2 die Relaisspule K1 und damit der Motor abgeschaltet werden. Der Rückkopplungswiderstand R8 liefert die Hysterese, um zu verhindern, daß der Transistor Q1 vorgespannt wird, bis sich das PTC-Element auf seinen normalen Betriebswiderstandspegel abgekühlt hat, wobei dann die Schaltung zurückgestellt wird und die Erregung der Spule K1, der Kontakte M1, M2 und des Motors ermöglicht wird.
Der Zeitverzögerungsabschnitt 20 stellt ein wahiweises Merkmal dar und weist einen Komparator 2 auf, dessen nichtinvertierender Eingang über den Widerstand R21 mit einem Punkt zwischen dem Widerstand R19 und der Diode D4 und mit dem Übergang der Widerstände R18 und R20 verbunden ist. Der Widerstand R18 ist mit der Versorgungsschiene 28 verbunden, während der Widerstand R20 mit dem Ausgang des Komparators 1 verbunden ist. Der invertierende Eingang des Komparators 2 ist mit dem Übergang der Widerstände R18 und R20 verbunden. Das RC-Netzwerk mit dem Kondensator C6, der um den Widerstand R19 gekoppelt ist, liefert die ausgewählte Zeitverzögerung Ein Widerstandswert des Widerstandes R19 von 1,1 Megohm liefert eine Verzögerung von vier Minuten bei Verwendung von 100 µF für den Kondensator C6. Die Verwendung eines Widerstandswertes von 500 Kiloohm für R19 liefert eine Verzögerung von zwei Minuten. Der Widerstand R21 verhindert, daß der Entladungsstrom von dem Kondensator C6 in den nichtinvertierenden Anschluß zurückfließt. Der Ausgang des Komparators 2 ist mit dem Übergang der Widerstände R16, R17 verbunden, die zwischen die Versorgungsleitung 28 und den invertierenden Eingang des Komparators 1 geschaltet sind. Bei gleichbleibendem Betrieb eines Motors überschreitet die Eingangsspannung am invertierenden Anschluß des Komparators 2 aufgrund des Spannungsabfalls der Diode D4 bei vorgespanntem Ausgangstransistor diejenige des nichtinvertierenden Anschlusses. Löst das Modul bei einer Übertemperaturbedingung oder ähnlichem aus, dann wird der Ausgangstransistor des Komparators 1 auf Ein vorgespannt, womit Strom von dem Widerstand R20 an Masse abgeleitet und das Potential zwischen dem Spannungsteiler R18, R20 derart gesenkt wird, daß die Spannung am nichtinvertierenden Anschluß des Komparators 2 diejenige des invertierenden Anschlusses überschreitet, und der Ausgangstransistor des Komparators 2 wird auf Aus vorgespannt Da der Ausgang des Komparators 2 mit dem invertierenden Eingang des Komparators 1 verbunden ist, hält er den invertierenden Eingang des Komparators 1 mit der Versorgungsschiene 26 in Verbindung, bis der Kondensator c6, der sich über den Widerstand R19 entlädt, auf einen Wert sinkt, der unter der Spannung an dem invertierenden Eingang des Komparators 2 liegt, und die Schaltung wird dann zurückgestellt. Die Diode D4 verhindert jede Stromrückkopplung von dem Kondensator C6 zu der Versorgungsschiene.
Der Niederspannungssicherungsabschnitt 22 stellt ein weiteres wahlweises Merkmal dar und weist den Komparator 3 auf, dessen nichtinvertierender Eingangsanschluß mit dem Übergang der Widerstände R25, R26 verbunden ist, die über die Diode D6 und den Widerstand R27 zwischen die Leiterwechselspannung und Masse geschaltet sind, wobei der Kondensator C8 in Nebenschluß zu den Widerständen R25, R26 gekoppelt ist. Der invertierende Eingangsanschluß des Komparators 3 ist zwischen den Widerstand R23 und die Zener-Diode ZD2 geschaltet, die zwischen die Versorgungsleitung 28 und Masse geschaltet ist, um eine Bezugsspannung zu liefern. Der Ausgang des Komparators 3 ist mit dem Ausgang des Komparators 1 verbunden. Der Rückkopplungswiderstand R22 und die Diode D5 sind zwischen den Ausgang des Komparators 3 und den nichtinvertierenden Eingang geschaltet. Der Widerstand R22 liefert die Hysterese zur Vermeidung von Problemen mit der Welligkeitsspannung in Verbindung mit dem Laden des Kondensators C8. Wird ein Motor zum ersten Mal erregt, dann liegen der Widerstand R22 und die Diode D5 parallel zu dem Widerstand R26; übersteigt allerdings die Spitzenwelligkeitsspannung, die den Kondensator C8 lädt, die Bezugsspannung der Zener-Diode ZD2, womit eine Zustandsveränderung des Komparators 3 bewirkt wird, dann wird der Widerstand R22 effektiv entfernt, wobei die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Komparators 3 deutlich höher wird, d.h. von etwa 3,2 V auf etwa 5 V geht. Der Kondensator C7 ist mit den Eingangsanschlüssen des Komparators 3 verbunden, um irgendwelche hochfrequente Spannungsspitzen an den Eingangsanschlüssen zu unterdrücken.
Bei normalem Betrieb ist der Ausgangstransistor des Komparators 3 ausgeschaltet, und das Potential des invertierenden Eingangs des Komparators 3 liegt unter dem Potential am nichtinvertierenden Eingang. Nimmt die Leiterspannung erstmals ab, dann wird dadurch die Spannung am nichtinvertierenden Anschluß unter den vorgewählten Pegel gesenkt, wodurch der Ausgangstransistor des Komparators 3 auf Ein vorgespannt wird. Strom fließt von der Versorgungsschiene 28 und über den Ausgangstransistor des Komparators 3 an Masse, da der Ausgangstransistor des Komparators 1 ausgeschaltet ist. Der invertierende Eingang des Komparators 4 ist dann mit Masse verbunden, womit der positive oder nichtinvertierende Eingang höher als der negative Eingang ist und der Ausgangstransistor des Komparators 4 ausgeschaltet wird, so daß der Basisübergang des Transistors Q1 nicht mehr mit Masse verbunden ist.
Wird die Zeitverzögerungsoption bei Erfassung einer Übertemperatur- oder Niederspannungsbedingung verwendet, dann wird eine vorprogrammierte Verzögerung von zwei oder vier Minuten aktiviert, womit die Erregung des Relais (und des Motors) verhindert wird, auch wenn sich der PTC-Sensor möglicherweise auf die Rückstelltemperatur abgekühlt hat.
Die Zeitverzögerungsfunktion wird bevorzugt immer dann verwendet, wenn die Niederspannungsfunktion verwendet wird, um eine unerwünschte Schwingung zu verhindern, falls die Spannung in der Nähe des ausgelegten Sicherungswertes schwebt. Sollen diese Funktionen lieber nicht angewendet werden, dann können sie durch Verwendung geeigneter Überbrückungen leicht ausgeblendet werden, indem die Eingänge der Komparatoren 2 und 3 mit Masse verbunden und die Überbrückungen J1 und J2 entfernt werden.
Eine erfindungsgemäß hergestellte Schaltung weist die folgenden Bauteilwerte auf:
Unter Bezug auf Fig. 3 sind die auf einer geeigneten Leiterplatte angebrachten Schaltungsbauteile von Fig. 1 in der unteren Gehäusehälfte 30 mit einer nach oben stehenden Wand 32 aufgenommen, die mit einem geeigneten, elektrisch isolierenden, aber wärmeleitfähigen Vergußmaterial wie einem Zweikomponentenepoxid (2580FTFR mit Katalysator LN2636-101) gefüllt ist, das bei Emerson und Cuming Inc. zu haben ist. Durch die Verwendung dieses Epoxidvergußmaterials wird das Gehäuse gegen Vibrationen unempfindlich, und die obere Gehäusehälfte 34 kann leichter mit der Hälfte 30 verriegelt werden. Die obere Gehäusehälfte 34 ist mit sich nach unten erstreckenden Schürzenabschnitten 36, 38, 40 versehen, die innerhalb der Wand 32 aufgenommen werden, ehe das Epoxid ausgehärtet ist, und eine solche Länge besitzen, daß die distalen freien Enden der Schürzen in einem Abstand von etwa 0,001 Inch von der Leiterplatte angeordnet sind, um einen geeigneten Haltebereich zum Haften des Epoxids zu liefern. Um die Verriegelung noch zu verbessern, sind die Schürzen bevorzugt mit mehreren Stegen und Nuten 42, 44 versehen, was in Fig. 4 gezeigt ist.
Die Anschlüsse T2, T1, M2, M1 und S2, S1 stehen von dem Epoxid nach oben vor und sind durch Anschlußöffnungen in der Gehäusehälfte 34 aufgenommen. In Fig. 5 ist am besten zu sehen, daß die Anschlußblockelemente T2, T1 kleiner als die restlichen Anschlüsse sind, um sicherzustellen, daß der Leiterstrom nicht mit den Ausgangs- oder Sensoranschlüssen verbunden wird. Damit wird verhindert, daß Personal vor Ort oder andere eine falsche Verdrahtung anbringen, wodurch ansonsten die Steuerschaltung beschädigt werden könnte.
Der in Fig. 1, 3 und 5 gezeigte Anschluß X wird dazu verwendet, das Zeitverzögerungsmerkmal unwirksam zu machen, indem der Punkt X mit S1 verbunden wird, so daß andere Merkmale der Schaltung rascher getestet werden können.
Durch die Verwendung der oben beschriebenen Stromversorgung kann das Übertemperaturschutzsystem mit einem weiten Bereich von Leiterspannungen von 30 bis 264 Vrms verwendet werden, ohne daß sich eine Änderung bei den Bauteilen des Systems oder der Art ergeben, auf die das System mit der Leiterspannung verbunden ist. So kann der Übertemperaturschutzabschnitt des Systems leicht mit Anwendungen für 120 oder 240 V Wechselstrom verwendet werden. Zusätzliche Vorteile lassen sich dadurch erhalten, daß der Transformator zusammen mit dem Diodengleichrichternetzwerk aus dem Stand der Technik durch die IC 24 ersetzt ist, woraus sich eine Größen- und Gewichtsverringerung des Systems ergibt. Niedrigere Kosten ergeben sich auch deshalb, weil ein herkömmliches Triac und seine Zusatzeinrichtungen durch ein kostengünstiges Relais ersetzt sind. Das nach der Erfindung gebaute Schutzsystem ist nicht nur kostengünstiger, da der Transformator nicht nötig ist und die Zahl der Bestandteile verringert ist, ist es auch zuverlässiger und leichter herzustellen.
Das Schutzsystem ist besonders gut zur Verwendung bei Kühlkompressormotoren geeignet, um einen Überhitzungsschutz aufgrund eines festgefahrenen Rotors, einer Betriebsüberlast, leichter Lasten, Ladungsverlusten und Bedingungen hoher Entladungsgastemperatur vorzusehen. Das System kann mit oder ohne Niederspannungssicherungs- und Zeitverzögerungsmerkmalen verwendet werden.
Es versteht sich, daß zwar bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zur Veranschaulichung beschrieben wurden, daß die Erfindung aber alle Modifizierungen und Äquivalente der offenbarten Ausführungsformen umfaßt, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

1. Elektronisches Motorschutzsystem (10) zum Abschalten eines Motors bei Auftreten von ausgewählten Übertemperaturbedingungen mit einem Gehäuse, in dem ein Stromversorgungsabschnitt (12), eine Steuerschaltungsanordnung (14) zum Erfassen des Vorhandenseins der ausgewählten Bedingungen sowie eine auf ein Signal aus der Steuerschaltanordnung zum Steuern des Erregungszustandes des Motors ansprechende Ausgangsschaltung (18) untergebracht sind,

wobei die Ausgangsschaltung eine Relaisspule (K1) aufweist, die mit einem Festkörperschalter (Q1) mit einer Basis in Reihe geschaltet ist, wobei die Spule und der Festkörperschalter in Nebenschluß zu dem ausgewählten Pegel der Ausgangsgleichspannung geschaltet sind,

wobei die mit dem Stromversorgungsabschnitt gekoppelte Steuerschaltanordnung ein Spannungsteilernetzwerk, das einen temperaturabhängigen Widerstand (PTC) zum Entwickeln einer variablen Spannung aufweist, die sich entsprechend der Temperatur des temperaturabhängigen Widerstands ändert, eine erste Komparatoreinrichtung (1) sowie eine festgelegte Bezugsspannung umfaßt, wobei die festgelegte Bezugsspannung und die variable Spannung mit der ersten Komparatoreinrichtung verbunden sind, um die entwickelte variable Spannung mit der Bezugsspannung zu vergleichen, wobei die erste Komparatoreinrichtung einen mit der Basis des Festkörperschalters in der Ausgangsschaltung gekoppelten Ausgang besitzt und dazu geeignet ist, die Leitfähigkeit des Festkörperschalters und dabei die Erregung der Relaisspule in Abhängigkeit davon zu steuern, ob die entwickelte variable Spannung über oder unter der Bezugsspannung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromversorgungsabschnitt eine integrierte Schaltung (24) aufweist, die eine Festkörperschalteinrichtung mit einem Schaltvorregler, der in Nebenschluß zur Leiterspannung geschaltet und zum Einschalten bei jeder Periode über einen geringen Teil einer Halbperiode beginnend am Nullübergang der Wechselspannungswelle geeignet ist, sowie einen Spannungsregler umfaßt, wobei ein Kondensator (C2) mit dem Vorregler der Festkörperschalteinrichtung gekoppelt ist, um durch einen Strom geladen zu werden, der während des geringen Teils durch die Festkörperschalteinrichtung geleitet wird, wobei der Kondensator mit dem Spannungsregler gekoppelt ist, um einen Laststrom zu liefern, und wobei ein Rückkopplungsbauteil (R4) außerhalb der Festkörperschalteinrichtung mit dem Spannungsregler gekoppelt ist, um einen vorgewählten Pegel der Ausgangsgleichspannung zu erzeugen.

2. Elektronisches Motorschutzsystem nach Anspruch 1, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß der Stromversorgungsabschnitt eine Abspanneinrichtung (R28, ZD1) umfaßt, um für die Steuerschaltanordnung eine ausgewählte niedrigere Gleichspannung zu erzeugen.

3. Elektronisches Motorschutzsystem nach Anspruch 2, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Abspanneinrichtung in Reihenschaltung einen Strombegrenzungswiderstand (R28) und eine Zener-Diode (ZD1) umfaßt.

4. Elektronisches Motorschutzsystem nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine Pufferschaltung, die eine zweite Komparatoreinrichtung (4) mit einem invertierenden Eingangsanschluß aufweist, der zwischen der ersten Komparatoreinrichtung und der Ausgangsschaltung angeordnet ist, wobei der Ausgang der ersten Komparatoreinrichtung mit dem invertierenden Eingangsanschluß verbunden ist und der Ausgang der zweiten Komparatoreinrichtung über einen Widerstand mit der Basis des Festkörperschalters der Ausgangsschaltung verbunden ist.

5. Elektronisches Motorschutzsystem nach Anspruch 4, ferner gekennzeichnet durch eine Zeitverzögerungsschaltung, die eine dritte Komparatoreinrichtung (2) mit einem invertierenden und einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß aufweist, wobei der invertierende Eingangsanschluß mit dem Ausgang der ersten Komparatoreinrichtung gekoppelt ist, wobei ein RC-Netzwerk (C6, R19) mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß der dritten Komparatoreinrichtung gekoppelt ist und der Ausgang der dritten Komparatoreinrichtung mit dem invertierenden Eingang des ersten Komparators gekoppelt ist.

6. Elektronisches Motorschutzsystem nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörperschalteinrichtung der Stromversorgung ein HV3-2504-9 von Harns Semiconductor Co. ist.

7. Elektronisches Motorschutzsystem nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine Niederspannungsschaltung, die eine vierte Komparatoreinrichtung (3) mit einem invertierenden und einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß aufweist, wobei der nichtinvertierende Eingangsanschluß mit der Leiterspannung gekoppelt und der invertierende Eingangsanschluß mit der Steuerschaltungsspannung gekoppelt ist, und wobei der Ausgang der vierten Komparatoreinrichtung mit dem Ausgang der ersten Komparatoreinrichtung gekoppelt ist.

8. Elektronisches Motorschutzsystem nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein Oberteilelement (34) und ein Bodenelement (30) aufweist, wobei das Bodenelement nach oben stehende Wände (32) besitzt, wobei eine Leiterplatte den Stromversorgungsabschnitt trägt, wobei der Steuerschaltanordnungsabschnitt und der Ausgangsschaltungsanordnungsabschnitt in dem Bodenelement aufgenommen sind, wobei ein in dem Bodenelement aufgenommenes härtbares Vergußmaterial die Leiterplatte umhüllt, und wobei das Oberteilelement eine obere Wand und eine sich nach unten erstreckende Seitenwand sowie Schürzen (36, 38, 40) aufweist, die über die Seitenwand hinaus verlaufen, die innerhalb der nach oben stehenden Wand des Bodenelements aufgenommen werden kann, das sich vor dem Aushärten des Vergußmaterials in dieses erstreckt, um die beiden Elemente sicher miteinander zu verriegeln.

9. Elektronisches Motorschutzsystem nach Anspruch 8, ferner dadurch gekennzeichnet, daß in den Schürzen mehrere Stege und Nuten (42, 44) gebildet sind, um ihren Flächeninhalt zu vergrößern.

10. Elektronisches Motorschutzsystem nach Anspruch 8, ferner dadurch gekennzeichnet, daß Anschlüsse (S1, S2; M1, M2) mit einer ersten ausgewählten Größe vorgesehen sind, die mit dem PTC- Widerstand bzw. dem Ausgangsrelais verbunden sind, und daß Anschlüsse (T1, T2) mit einer zweiten, kleineren ausgewählten Größe vorgesehen sind, die mit dem Eingang der Stromversorgung verbunden sind.

11. Elektronisches Motorschutzsystem nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß Anschlüsse (S1, S2; M1, M2) mit einer ersten ausgewählten Größe vorgesehen sind, die mit dem PTC- Widerstand bzw. dem Ausgangsrelais verbunden sind, und daß Anschlüsse (T1, T2) mit einer zweiten, kleinen ausgewählten Größe vorgesehen sind, die mit dem Eingang der Stromversorgung verbunden sind.