DE1085239B - Unterspannungsrelais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Unterspannungsrelais, insbesondere zum Schalten von Störungsschreibern. Diese Relais müssen kurze Ansprechzeiten haben, damit z. B. auch der Beginn einer Störung genau erfaßt werde kann. Man benutzte bisher für diesen Zweck hauptsächlich Drehanker- oder Drehspulrelais, die beim Ansprechen einen Umschaltmagneten zur Einkupplung des schnellen Papiervorschubes im Schreiber erregen. Hierbei sind infolge der Trägheit der zu bewegenden Massen Ansprechverzögerungen unvermeidbar. Durch Verringerung der bewegten Massen solcher Relais kann zwar die Ansprechzeit heruntergesetzt werden, doch wird das Gerät dadurch erschütterungs- und prellungsempfindlich. Im Wechselstrombetrieb kann es hierbei außerdem vorkommen, daß das bewegliche Teil solcher Relais im Takte der Grund- oder einer der Oberwellen zu vibrieren beginnt. Um dieser Gefahr zu begegnen, hat man auch schon zwischen einen am Eingang der Relaisanordnung vorgesehenen Gleichrichter und das eigentliche mechanische Relais ein Glättungsglied geschaltet, dessen Kondensator aber der durch die Verringerung der bewegten Massen herabgesetzten mechanischen Zeitkonstante eine erhöhte elektrische Zeitkonstante gegenüberstellt. "

Der größte Nachteil derartiger Relais liegt jedoch darin, daß ihre Ansprechzeit vom Verhältnis der Spannungsabsenkung zum eingestellten Ansprechwert abhängig ist. Für ein niederes Verhältnis, d. h. für eine geringfügige Spannungsabsenkung, müssen beachtliche Ansprechverzögerungen hingenommen werden. Dieses Verhalten ist darauf zurückzuführen, daß die Induktivität der Wicklung bzw. der Spule solcher Relais zwar eine sprungartige Änderung der Spannung, jedoch nicht des Stromes zuläßt. Der Strom stellt sich nach einer Exponentialfunktion auf den dem neuen Zustand entsprechenden Wert ein. Je nachdem ob die Spannungsabsenkung des überwachten Systems hoch oder niedrig ist, unterschreitet dieser Strom früher oder später eine für den Schaltstellungswechsel am Relais maßgebende Grenze. Zu dieser elektrischen Ansprechverzögerung tritt dann außerdem die mechanische Verzögerung noch hinzu. Diese Betrachtungen erstrecken sich auch auf den Wechselstrombetrieb, wenn man für die Gleichspannungen bzw. Gleichströme die Mittelwerte einsetzt. Auch bei Relais mit extrem hoher Empfindlichkeit ist diese unerwünschte Eigenschaft nur unvollständig zu vermeiden.

Den nachfolgend beschriebenen bekannten Anordnungen, die der Spannungsüberwachung in Mehrphasennetzen dienen, haften diese Nachteile in vollem Maße an. Bei einer derartigen Anordnung sind drei primärseitig an den Phasenspannungen eines Dreh-Unterspannungsrelais

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs-G. m. b. H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Dipl.-Ing. Arnold Höllermann,
Heiligenhaus (Bez. Düsseldorf),
ist als Erfinder genannt worden

Stromsystems liegende Spannungswandler sekundärseitig an Gleichrichterbrückenschaltungen angeschlossen. Drei Glättungskondensatoren, die je einzeln den Gleichstromausgängen dieser Gleichrichterbrückenschaltungen nachgeschaltet sind, liegen in Reihe. Die Gleichstromsummenspannung dieser Reihenschaltung beeinflußt hierbei das mechanische Relais. Läßt man die schon ausführlich behandelten Mängel des mechanischen Relais außer acht, so ist diese Schaltungsanordnung deshalb unbefriedigend, weil bei Absinken der Spannung in einer Phase sich die Spannung einer anderen Phase oder der beiden anderen Phasen ohne weiteres gleichzeitig erhöhen kann. Die Gleichstromsummenspannung braucht in diesem Falle nicht notwendigerweise abzusinken, so daß eine derartige Systemstörung ohne Meldung bleiben kann.

Dieser Mangel wurde bei einer anderen bekannten Anordnung dadurch behoben, daß jeder Phase ein vollständiges Relais zugeordnet ist. Dies bedeutet jedoch eine beträchtliche Steigerung des Aufwandes, der nur dann vertretbar ist, wenn die Meldung des Relais auch die Angabe der gestörten Phase einschließen soll. Bei einer anderen ebenfalls für den Mehrphasenbetrieb geeigneten Anordnung wird dieser Mangel dadurch weitgehend vermieden, daß die Sekundärspannungen der Wandler zwar gleichgerichtet, jedoch ungeglättet in Parallelschaltung ein mechanisches Relais beaufschlagen. Mit den anderen bekannten Ausführungen hat diese Anordnung gemeinsam, daß die Ansprechzeit von der Höhe der Spannungsabsenkung abhängig ist. Es ist zwar möglich, daß bei vollständigem Ausfall einer Phase das Relais sehr schnell anspricht, jedoch treten bei geringen Spannungsabsenkungen beachtliche Verzögerungen auf, die diese Ausführungen beispielsweise zum Schalten von Störungsschreibern ungeeignet machen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, bei einem Unterspannungsrelais die Warn-

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meldung bei einer Systemstörung unabhängig von der Höhe der Spannungsabsenkung praktisch unverzögert herbeizuführen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die pulsierende Ausgangsspannung einer die Meßgröße erfassenden mehrphasigen Gleichrichteranordnung einer im Wert geringfügig unter deren Schnittpunktspannung liegenden Konstantspannung über einen Widerstand gegengeschaltet ist, an welchem bei Absinken der Schnittpunktspannung unter die Konstantspannung eine Spannungsumkehr auftritt, welche für eine nachgeschaltete Verstärkereinheit als Ansteuerimpuls dient und die Erregung des Arbeitsrelais bewirkt.

Nach der Erfindung liegt das Melderelais nicht in direkter galvanischerVerbindung mit den Wandlern, sondern unter Zwischenschaltung einer Verstärkereinheit. Unterschreitet die Schnittpunktspannung beispielsweise eines doppelweggleichgerichteten Drehstromsystems eine durch die Höhe der gegengeschalteten Konstantgleichspannung bestimmte Grenze auch nur in ganz geringem Maße, so wird der Verstärker angesteuert und das ihm nachgeschaltete Relais erregt. Die hierbei auftretenden Ansprechverzögerungen sind praktisch vernachlässigter, da sie in jedem Falle kurzer sind, als eine Halbwellenkuppe andauern kann. So kann sie beispielsweise in einem mit 50 Hz betriebenen Dreiphasensystem in einem Toleranzbereich von 0 bis 3,33 Millisekunden liegen.

An Hand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Zur besseren Übersicht ist in

Fig. 1 der mittels einer Brückenschaltung gleichgerichtete Spannungsverlauf eines Dreiphasensystems dargestellt, in welchem eine der drei Spannungen abgesenkt ist. Die waagerechte Linie gibt die Höhe einer gegengeschalteten Konstantgleichspannung an. Zum Vergleich ist in

Fig. 2 die mittels einer Brücke gleichgerichtete Spannungskurve eines Einphasennetzes dargestellt. In einem Ausführungsbeispiel nach

Fig. 3 wird ein Arbeitsrelais über eine Gasentladungsröhre, in einem anderen in

Fig. 4 gezeichneten Beispiel über einen Transistorverstärker erregt.

In Fig. 3 sind mit 1, 1' und 1" drei an die Systemspannungen eines Drehstromnetzes angeschlossene Wandler bezeichnet, deren Sekundärwicklungen über Einstellwiderstände 2, 2' und 2" drei Brückenschaltungen 3, 3' und 3" einer Gleichrichteranordnung speisen. Die drei Brückenschaltungen sind ausgangsseitig parallel geschaltet und liegen an einem veränderlichen Belastungswiderstand 4. Eine Konstantspannungsquelle wird durch eine Reihenschaltung von Zenerdioden 5 gebildet, die über einen Widerstand 6 mit einer Hilfsstromquelle verbunden ist. Diese Konstantspannung wird über einen Widerstand 7 mit der Gleichrichterspannung verglichen. Die Endpunkte a und b des Widerstandes 7 sind im Gitterkreis einer Gasentladungsröhre 8 angeschlossen. Ein Arbeitsrelais 9 liegt im Anodenkreis der Gasentladungsröhre.

Die Wirkungsweise der Anordnung wird an Hand von Fig. 3 unter Zuhilfenahme des Diagramms in Fig. 1 erläutert. Bei Normalspannung liegen die Schnittpunkte der Halbwellen dicht oberhalb der Konstantspannungslinie. Am Widerstand 7 liegt von a nach b eine negative, während der Periode schwankende Spannung. Bei Unterspannung einer Phase jedoch verschieben sich die Schnittpunkte dieser Halbwelle unter die Konstantspannungslinie (vgl. Fig. 1). Am Widerstand 7 tritt eine Spannungsspitze umgekehrter Polarität auf. Diese Spitze bewirkt bei ausreichender Höhe die Zündung der Gasentladungsröhre 8, so daß das Arbeitsrelais 9 erregt wird. An den Widerständen 2, 2' und 2" und 4 kann die Einstellung der Relaisschaltung verändert werden. Beim Absinken der Spannung einer beliebigen Phase wird demnach das Arbeitsrelais in kürzester Zeit betätigt und beispielsweise der schnelle Papiervorschub eines Störungsschreibers eingeschaltet. Zur Erhöhung der

ao Ansprechempfindlichkeit wird der Widerstand 7 vorzugsweise als Impulstransformator ausgebildet, dessen Primärseite an den Punkten α und b liegt, während die Sekundärseite im Gitterkreis der Gasentladungsröhre angeordnet ist. Der Ansprechwert der Relaisanordnung kann mittels der Widerstände 2, 2' und 2" für jede Phase getrennt eingestellt werden. Man kann aber auch insgesamt für alle Phasen die Höhe der Konstantspannung ändern, indem die Vergleichsspannung an einem über den Zenerdioden liegenden, in der Zeichnung nicht dargestellten Potentiometer abgegriffen wird.

Aus Fig. 1 ist zu ersehen, daß der Ansprechwert nur bis zu einem definierten Prozentwert der Normalspannung einer Phase eingestellt werden kann. Dieser Prozentwert ist gegeben durch die Schnittpunktsspannung zweier Phasen bei fehlender dritter Phase und beträgt bei einem solchen Dreiphasensystem 5O°/o. Der einstellbare Bereich liegt bei diesem System über 50%.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens, die in der Verwendung von Transistorverstärkern besteht. Diese Ausführung wird dann angewendet, wenn die zur Verfügung stehende Hilfsspannung zur Betätigung einer Gasentladungsröhre nicht ausreicht. Der Eingangsvergleichskreis ist in gleicher Weise ausgebildet. An dem Widerstand 7 ist der Emitter-Basis-Kreis eines Transistors 10 in der richtigen Polarität angeschlossen. Am Kollektor des Transistors 10 ist ein Strombegrenzungswiderstand 11 vorgesehen und am Emitter ein Kondensator

12. Ein hochohmiger Widerstand 15 ist parallel zum Kondensator 12 geschaltet. Die Kondensatorspannung liegt an der Basis eines Leistungstransistors 13, an

, dessen Kollektor das Arbeitsrelais angeschlossen ist.

Dieses Relais ist mit einer nicht näher dargestellten Selbsthalteschaltung versehen, die zugleich den Ansprechstrom auf ein tragbares Maß begrenzt. Widerstände 14, 16 und 17 in »der Schaltung sind Kompensationswiderstände, die üblicherweise in solchen Ver-Stärkerschaltungen verwendet werden.

Bei Eintritt einer Störung im Netz tritt auch hier am Widerstand 7 eine kurzzeitige Spannungsumkehrung auf, so daß an der Basis des Transistors 10 ein negativer Impuls wirksam wird. Der Transistor wird leitend, und der Kondensator 12 lädt sich auf. Die Dauer der Aufladung wird durch geeignete Dimensionierung der daran beteiligten Schaltelemente in Übereinstimmung mit der Impulsdauer gebracht. Bei Wegfall des Impulses sperrt der Transistor 10, und der Kondensator 12 entlädt sich relativ langsam über den Widerstand 15. Durch diese Maßnahme wird der Aussteuerimpuls am Leistungstransistor 13 verlängert, so daß das Arbeitsrelais in seinem Kollektorkreis mit großer Sicherheit bei Störungen anspricht.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, liegen die Schnittpunkte der Wellen bei Verwendung des erfindungsgemäßen Relais in einem Einphasennetz auf der Null-Linie, und es kann keine Umkehrung der Differenzspannung entstehen, wenn die Eingangsspannung sinkt. Um das Gerät trotzdem im Einphasenbetrieb benutzen zu

können, kann eine um 90° verschobene Hilfsphase erzeugt werden, die zusammen mit der ursprünglichen Spannung die gleichen Verhältnisse wie im Zweiphasenbetrieb schafft. Die Hilfsphase kann in bekannter Weise beispielsweise mittels einer Drossel 5 oder eines Kondensators gebildet werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Unterspannungsrelais, insbesondere zum Schalten von Störungsschreibern, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsierende Äusgangsspannung einer die Meßgröße erfassenden mehrphasigen Gleichrichteranordnung einer im Wert geringfügig unter deren Schnittpunktspannung liegenden Konstantspannung über einen Widerstand gegengeschaltet ist, an welchem bei Absinken der Schnittpunktspannung unter die Konstantspannung eine Spannungsumkehr auftritt, welche für eine nachgeschaltete Verstärkereinheit als Ansteuerimpuls dient und die Erregung des Arbeitsrelais bewirkt.

2. Unterspannungsrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantspannungsquelle aus einer über einen Widerstand an eine Hilfsspannung angeschlossene Reihenschaltung von Zenerdioden besteht.

3. Unterspannungsrelais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abgenommene Spannung am Widerstand, der vorzugsweise als Impulstransformator ausgebildet ist, am Gitter einer Gasentladungsröhre liegt, in deren Anodenkreis die Wicklung des Arbeits relais liegt.

4. Unterspannungsrelais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise als Impulstransformator ausgebildete Widerstand am Eingang eines mehrstufigen Transistorverstärkers liegt.

5. Unterspannungsrelais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der an der ersten Verstärkerstufe kurz wirksame Eingangsimpuls die Aufladung eines am Eingang der zweiten Verstärkerstufe angeordneten Kondensators bewirkt, der sich nur langsam entlädt.

6. Unterspannungsrelais nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Verwendung als Einphasenrelais eine um 90° phasenverschobene Hilfsspannung eingebracht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 949 504;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1 051 978, L 14657 VIIIb/21 d³ (bekanntgemacht am 24.11.1955).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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