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Schaltungsanordnung zur Annäherung der Anzugs- und Abfallspannung
eines Relais Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Annäherung der
Anzugs- und Abfallspannung eines Relais, vorzugsweise für die Verwendung in einer
Spannungsüberwachungsschaltung, wobei das Relais zwei Wicklungen enthält, von denen
eine im Ausgangskreis und eine als Rückkopplungswicklung im Eingangskreis eines
Transistors liegt.
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Die Aufgabe, die Anzugs- und Abfallspannung eines Relais beliebig
nahe wählen zu können, ergibt sich beispielsweise bei Kraftversorgungsanlagen für
Telefonnetze, die vorsehen, daß die Energieversorgung des Telefonnetzes normalerweise
von einem Wechselstromnetz aus erfolgt, wobei gegebenenfalls gleichzeitig eine Pufferbatterie
gespeist wird, welche die Stromversorgung des Netzes bei einer Störung, z. B. bei
Wechselstromausfall oder Störung innerhalb des Gerätes, übernehmen kann.
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Da die dem Telefonnetz zur Verfügung gestellte Betriebsspannung einen
streng definierten Wert, z. B. 61 Volt ± 1 1/o, einhalten muß, ist
es offensichtlich, daß schon eine geringfügige Abweichung des definierten Gleichspannungswertes
festgestellt werden muß, und zwar gleichgültig, in welcher Richtung die Spannungsabweichung
erfolgt, d. h. unabhängig davon, ob sie positiv oder negativ ist. üblicherweise
reicht der Betrag der Störgröße nicht aus, ein Relais zum Schalten zu bringen, und
es können erst recht nicht genau definierte Schaltpunkte des Relais eingehalten
werden, wenn dieses, wie es üblicherweise der Fall ist, mit der vom Telefonnetz
bestimmten Spannung gespeist wird und die die Umschaltung auslösende Störgröße beispielsweise
nur 0,5 1/o des Sollwertes beträgt. In diesem Fall ändert sich auch die Erregung
des Relais um lediglich 0,5 1/o, d. h. um einen Wert, der innerhalb
der statistischen Schwankungen der Anzugs- bzw. Abfallwerte eines Relais liegt.
Man kann in diesem Falle eine kurze Betätigungszeit nicht erwarten, selbst dann
nicht, wenn dem Relais irgendwelche Schalthilfen beigegeben werden, z. B. Kondensatoren
usw.
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Um die vorstehend genannten Schwierigkeiten zu überwinden, ist es
erforderlich, an dem Relais bei einem genau definierten Wert eine sprunghafte Änderung
des Speisestromes und damit seiner Erregung zu bewirken. Dies kann beispielsweise
durch eine Rückkopplungsschaltung erfolgen.
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Es ist eine transistorgesteuerte Relaisvorrichtung bekannt, bei welcher
zur Erzielung einer besonders großen Empfindlichkeit der Relaisvorrichtung eine
Rückkopplungswicklung vorgesehen ist. Bei dieser bekannten Relaisvorrichtung ist
auch bereits ein von dcm Relais betätigter Kontakt vorgesehen, welcher eine Wicklung
des Relais an die Spannungsquelle der Vorrichtung anschließt, sobald das Relais
angezogen wird. Dadurch wird die Erregung des Relais so lange aufrechterhalten,
bis der Kontakt willkürlich unterbrochen wird. Mit dieser bekannten Vorrichtung
ist die Annäherung der Anzugs- und Abfallspannung des Relais nicht möglich.
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Es ist weiterhin eine Schaltung zur Verringerung des relativen Unterschiedes
zwischen Ansprech- und Abfallwert eines Relais bekannt, bei welcher das Relais über
einen Transistor betrieben wird, wobei der Arbeitspunkt unterhalb der Ansprechschwelle
liegt. Mit einer solchen Schaltung kann der relative Unterschied zwischen Ansprech-
und Abfallwert eines Relais zwar verringert werden, jedoch ist die Einstellung bzw.
Veränderung des Ansprech- oder Ab-
fallwertes praktisch nicht möglich. Im
übrigen läßt die Schaltung auch nur einen bestimmten minimalen Unterschied zwischen
Ansprech- und Abfallwert zu.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zur Annäherung der Anzugs-und Abfallspannung eines Relais zu schaffen, mit welcher
Ansprechwert und Abfallwert des Relais einander beliebig nahe gewählt werden können,
und bei welcher eine sehr kurze Betätigungszeit des Relais erhalten wird. Die Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungswicklung, welche mit einem Ende
an einem Punkt eines an die speisende Leitung angeschlossenen Spannungsteilers geführt
und mit dem anderen Ende an die Basiselektrode des Transistors angeschlossen ist,
durch einen Ruhekontakt des Relais überbrückt ist und daß von der Basiselektrode
des Transistors über einen Arbeitskontakt eine Verbindung an einen weiteren Spannungsteiler
vorgesehen ist.
Die Erfindung ist in einer Ausführungsform schematisch
in der Figur dargestellt.
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An die zu überwachende Leitung sind zwei Spannungsteiler angeschlossen,
die aus den Widerständen Wil und Wi, bzw. Wi, und Wi4 bestehen.
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Den Ausgangskreis des Transistors Tl bildet die Emitter-Kollektor-Strecke,
wobei zwischen der Kollektorelektrode und dem das negative Potential führenden Spannungsleiter
die eine Wicklung 1 eines Relais A angeschlossen ist. Das Relais
A soll, wenn die Spannung zwischen den beiden potentialführenden Leitern
einen bestimmten Wert unterschreitet bzw. überschreitet, einen in der Zeichnung
nicht dargestellten Schaltkonakt betätigen, der einen an das Ab-
weichen des
definierten Spannungswertes geknüpften Arbeitsvorgang auslösen soll. al und a. sind
ein Arbeitskontakt bzw. ein Ruhekontakt des Relais.
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Die Arbeitsweise der Schaltung ergibt sich wie folgt: Wenn die Betriebsspannung
unterhalb eines bestimmten Spannungswertes liegt, so herrscht im wesentlichen der
in der Fig. 1 dargestellte Schaltzustand. Es fließt dann ein verhältnismäßig
kleiner Strom von der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T 1 durch
die Relaiswicklung 1. Der bei geringen Kollektorströmen des Transistors Tl
bereits ansprechende Ruhekontakt a, ist daher bereits geöffnet. Unter diesen
Verhältnissen herrscht, wenn man von dem Spannungsgefälle absieht, welches der von
der Basiselektrode des Transistors Tl ausgehende kleine Strom an der Wicklung 2
erfährt, die Spannung Ub, an der Basiselektrode. Steigt nun die zu überwachende
Spannung an, so steigt damit auch die an der Basiselektrode des Transistors Tl herrschende
Spannung Ub; dadurch wird der Emitter-Kollektor-Strom des Transistors Tl größer,
und diese Stromvergrößerung bewirkt eine Änderung des magnetisehen Induktionsflusses
in dem Kern des Relais A,
welche an der Wicklung 2 eine Spannung induziert,
die sich dem am Spannungsteiler Wil, Wi" abgegriffenen Potential überlagert und
zusätzlich' den Transistor T 1 steuert. Der Wicklungssinn der Spulen
1
und 2 zueinander wird so gewählt, daß sich eine positive Rückkopplung ergibt.
Es steigt daher der Kollektorstrom il,#c schneller an, als es der statischen Aussteuerung
entsprechen würde, was zur Folge hat, daß die magnetische Durchflutung des Relais
A vergrößert wird und das Relais nach kürzester Zeit umschaltet.
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An sich würde diese durch Rückkopplung auftretende Vergrößerung des
die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Tl durchfließenden Stromes wieder
aufhören, wenn ein stationärer Zustand erreicht wird; es würde dann auch die Magnetisierung
des Kernes des Relais A wieder zurückgehen.
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Um dies zu verhindern, wird die Basiselektrode des Transistors Tl
über den Arbeitskontakt al an den Potentiometerabgriffpunkt Ub2 geschaltet, welcher
stärker negativ gewählt ist als der Abgriffpunkt Ubl, so daß der jetzt stationär
fließende Kollektorstrom gerade die Halteerregung des Relais A liefert.
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Das Relais A gelangt wieder zum Abfall, wenn die zu überwachende
Spannung so weit fällt, daß das aus dem Emitter-Kollektor-Strom resultierende Magnetfeld
das Relais A nicht mehr so weit erregt hält, daß der Arbeitskontakt al geschlossen
wird. Durch öffnen des Kontaktes entsteht wiederum eine induzierte Spannung, welche
aber jetzt im Vergleich zum Anzugsvorgang umgekehrte Polung besitzt. Dadurch erhält
die Basiselektrode eine positive Spannung Ub, die den Emitter-Kollektor-Strom zu
Null macht. Es wird also auch der Abfallvorgang erheblich begünstigt.
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Es ist ersichtlich, daß die Ansprechspannung des Relais
A durch geeignete Wahl des Widerstandsverhältnisses der Widerstände Wi,
und Wi 2 zueinander bestimmt ist. Die Abfallspannung indessen ist durch die
Wahl des Widerstandsverhältnisses der Widerstände Wi, und Wi4 zueinander bestimmt.
Dementsprechend läßt sich erreichen, daß Anzugsspannung und Abfallspannung beliebig
nahe zueinander liegen können.
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Zweckmäßig,erweise ist ein Ruhekontakt a, vorgesehen, der die
Rückkopplungsspule 2 des Relais A im Ruhestand überbrückt. Die Anwendung
des Ruhekontaktes a. wirkt sich insofern günstig aus, als bei "e Cr ringen
, Schwankungen des Arbeitspunktes nahe dem Schwellwert des Transistors Änderungen
des Magnetflusses in dem Kern vermieden werden.
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Für den Anzugsvorgang liegt der Arbeitspunkt des Transistors Tl zweckmäßigerweise
oberhalb des Schwellwertes, und zwar vorzugsweise im Punkt der maximalen Steilheit,
damit die Rückkopplungswirkung am stärksten zur Geltung kommt.
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Die beschriebene Schaltung nützt eine Rückkopplung durch eine zweite
Wicklung des Relais aus. Es läßt sich hiermit eine sehr hohe Schaltgenauigkeit erreichen;
es ist jedoch notwendigerweise die Erregungsgeschwindigkeit des Relais abhängig
von den Zeitkonstanten der Relaisspulen. Diese sind Induktivitäten, und eine plötzliche
Änderung der primärseitigen Erregung bedeutet nicht, daß genau zu demselben Zeitpunkt
auf der Sekundärseite eine Spannung induziert wird, die den Transistor veranlaßt,
die primärseitige Erregung momentan zu erhöhen. Vielmehr erfolgt der Schaltvorgang
entsprechend den sich einstellenden Werten eines Rückkopplungskreises.