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Schaltungsanordnung zum überwachen der Amplitude von elektrischen
Wechselgrößen, insbesondere von Gleisspannungen in Eisenbahnsicherungsanlagen Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum überwachen der Amplitude
von elektrischen Wechselgrößen, insbesondere von Gleisspannungen in Eisenbahnsicherungsanlagen,
unter Verwendung von magnetischen Speicherkernen mit nahezu rechteckförmiger Hystereseschleife.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist vor allem für Anlagen geeignet, bei
denen die zum Speisen der Gleise benötigte Wechselspannung und eine für die Schaltungsanordnung
erforderliche Versorgungsspannung nicht aus einer gemeinsamen Speisequelle
entnommen werden.
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Derartige Schaltungsanordnungen werden beispielsweise für Eisenbahnsicherungsanlagen
benötigt, in denen zur Gleisüberwachung isolierte Gleisabschnitte vorgesehen werden,
deren Schienen an dem einen Ende mit einer Wechselspannung gespeist werden. Am anderen
Ende der Schienen ist ein Gleisrelais, z. B. eine elektronische Schaltungsanordnung
in Verbindung mit einem Relais, vorgesehen, das die Spannung zwischen den Schienen,
die sogenannte Gleisspannung, überwacht. Das Gleisrelais ist bei freiem Gleis und
vorhandener Gleisspannung angezogen und fällt ab, wenn beim Besetzen des zugeordneten
Gleisabschnitts die Schienen durch ein Fahrzeug kurzgeschlossen werden und die Gleisspannung
dabei den Wert Null erreicht.
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Vielfach bilden jedoch die Fahrzeuge keinen idealen Kurzschluß, so
daß die Gleisspannung nicht ganz auf den Wert 0 abgesenkt wird. In diesen
Fällen bleibt demzufolge noch eine bestimmte Restspannung zwischen den Schienen
bestehen, die sich im ungünstigsten Fall nur wenig von der Gleisspannung bei nicht
besetztem Gleisabschnitt unterscheidet. Aus diesem Grunde muß das Gleisrelais so
beschaffen sein, daß es auch in diesen Fällen ein Kriterium über den jeweiligen
Gleiszustand sicher abgeben kann. Dies erfordert einen Abfallfaktor von annähernd
dem Wert 1, der von bisher bekannten Relais nicht erreicht wird. Als Abfallfaktor
wird z. B. das Verhältnis von Abfallspannung zu Ansprechspannung des betreffenden
Gleisrelais bezeichnet.
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Als Gleisrelais mit hohem Abfallfaktor kann eine Schaltungsanordnung
mit einem vormagnetisierten Ringkern mit rechteckfönniger Hystereseschleife und
einem nachgeschalteten Relais verwendet werden. Alle Halbwellen der Gleisspannung,
die entgegengesetzt und größer als ein durch die Vormagnetisierung und die Koerzitivkraft
des Ringkerns vorgegebener Schwellwert sind, magnetisieren den Ringkern um. Die
dabei bzw. beim Rückmagnetisieren in einer Ausgangswicklung des Ringkerns entstehende
Steuerspannung bewirkt das Anziehen des nachgeschalteten Relais. Beim Unterschreiten
des vorgegebenen Schwellwertes infolge einer Gleisbesetzung durch Fahrzeuge wird
der Ringkern nicht ummagnetisiert, und das Relais fällt ab. Die Vormagnetisierung
bei einer derartigen Schaltunganordnung kann von einer der Speisewechselspannung
des Gleises proportionalen Vergleichsspannung abgeleitet werden. Das hat den Vorteil,
daß das Gleisrelais den jeweiligen Gleiszustand - besetzt, nicht besetzt
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unabhängig von möglichen Schwankungen der Speisewechselspannung des Gleises
sicher meldet, weil die Größe der Vormagnetisierung ständig in einem festen Verhältni-.
zu der Speisewechselspannung steht. Voraussetzung dabei ist jedoch, daß zwischen
einer die Speisewechselspannung abgebenden Quelle bzw. der Speisestelle des Gleises
eine gesonderte, nicht durch Verbraucher belastete Speiseleitung vorgesehen wird,
welche mindestens die Vergleichsspannung nach dem jeweiligen Gleisrelais hin überträgt.
Die gesonderten Leitungen stellen jedoch einen erhöhten, nicht erwünschten Aufwand
dar.
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In der Praxis wird für das Gleisrelais entweder eine gesonderte Batterie
vorgesehen, welche die notwendige Versorgungsspannung liefert, oder das Gleisrelais
liegt zusammen mit anderen Verbrauchern, wie Weichenantrieben usw., am allgemeinen
Versorgungsnetz, das auch die Speisewechselspannung für die Gleise abgibt. In beiden
Fällen ist es nicht möglich, dem Gleisrelais eine Versorgungsspannung zur Verfügung
zu
stellen, die in einem festen Verhältnis zur Speisewechselspannung des Gleises steht.
Wenn hierbei die Versorgungsspannung und damit die Vergleichsspannung des Gleisrelais
absinkt, wird der Ringkern nicht mehr so stark vormagnetisiert, so daß auch die
Restspannung bei besetztem Gleis den Ringkern noch ummagnetisieren und damit eine
Gleisfreimeldung auslösen kann. Dieser mögliche betriebsgefährdende Zustand muß
beseitigt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden
und eine Schaltungsanordnung zum überwachen der Amplitude der Wechselgröße zu erstellen,
welche ohne die Vergleichsspannung auskommt und außerdem einen guten Abfallfaktor
hat.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Schaltungsanordnung
geeignet, bei welcher zwei Speicherkerne mit je einer von der Wechselgröße
beaufschlagten Steuerwicklung vorgesehen und so bemessen sind, daß der erste Speicherkern
beim überschreiten eines niedrigeren vorgegebenen Wertes der einen Richtung der
Wechselgröße als der zweite Speicherkern aus einer ersten Remanenzlage in die andere
Remanenzlaae umma-netisierbar ist, der bei seinem Rückmagnetisieren in die erste
Remanenzlage bei der anderen Richtung der Wechselgröße von einer Ausgangswicklung
abgegebene Impuls zum Rückmagnetisieren des zweiten Speicherkernes und der dabei
von dessen Ausgangswicklung abgegebene Impuls zum Steuern einer nachgeschalteten
Meldeeinrichtung vorgesehen ist.
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Der Gegenstand der Erfindung sowie zweckmäßige Ergänzungen sind nachstehend
an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt Fig.
1 eineSchaltungsanordnungzuraüberwachen der Amplitude einer Wechselspannung,
F i g. 2 verschiedene Diagrammlinien mit der zu überwachenden Wechselspanpung
und Impulsen in verschiedenen Leitungen sowie den Schaltzustand eines in der Schaltungsanordnung
enthaltenen Relais.
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In F i g. 1 wird die zu überwachende Wechselspannung W einem
Transformator T zugeführt. Dieser Transformator T steuert mit Hilfe einer SekundärwicklungS
zwei Ringkerne 1 und 2 mit nahezu rechteckfönniger Hystereseschleife. Auf
dem Ringkern 1
sind verschiedene Magnetisierungswicklungen 11 bis
13 und auf dem Ringkern 2 die Wicklungen 21 bis 23 aufgebracht. Die
Steuerwicklungen 11 und 21 sind in Reihe über einen Kondensator
C mit der Sekundärwicklung S des Transformators T verbunden. Hierdurch
ist dieser Stromkreis auf die Frequenz der zu überwachenden Wechselspannung abgestimmt.
Das hat den Vorteil, daß die zum Steuern der beiden Ringkerne 1 und 2 erforderliche
Steuerleistung gegenüber der Leistung für einen nicht abgestimmten Kreis wesentlich
herabgesetzt ist. Der erste Ringkern 1 ist in Verbindung mit der Steuerwicklung
11 so bemessen, z. B. durch entsprechende Wahl von Querschnitt, Durchmesser
und Material des Kernes sowie Windungszahl der Wicklung, daß er bereits beim überschreiten
eines niedrigen vorgegebenen Wertes Xl der Wechselspannung W bzw. des dieser proportionalen
Schwingkreisstromes in positiver Richtung A aus einer ersten Remanenzlage
»1« in die andere Remanenzlage »0« ummagnetisiert wird. Der zweite
Ringkein 2 hat dagegen in Verbindung mit der Steuerwicklung 21 eine Bemessung, die
das Ummagnetisieren aus der Remanenzlage »l« in die Remanenzlage
»0« bzw. umgekehrt erst bei einem vorgegebenen höheren Wert X2 des Schwingkreisstromes
ermöglicht. Der Ringkern 1 wird also bereits bei sehr kleinen Amplituden
des Schwingkreisstromes ummagnetisiert. Beim Rückmagnetisieren des Ringkernes
1 in die Remanenzlage » 1 « durch eine entgegen der Richtung
A verlaufende negative Halbwelle des Schwingkreisstromes wird in der Ausgangswicklung
13 eine Spannung induziert, welche einen zugeordneten Transistor T
1 durch einen Impuls auf der Leitung B leitend schaltet. Hierdurch fließt
über die Rückkopplungswicklung 12 ein Strom, welcher die Rückmagnetisierung des
Ringkernes 1 unterstützt und die Rückmagnetisierung des Ring ,kernes 2 mit
Hilfe der Magnetisierungswicklung 22 in die Remanenzlage » 1 «
bewirkt. Hierdurch
ist erreicht, daß der Ringkern2 nach jeder negativen Halbwelle des Schwingkreisstromes
bzw. der zu überwachenden Wechselspannung, also auch bei unter dem vorgegebenen
WertX2 liegender Amplitude, mit Sicherheit infolge eines definierten Impulses in
der Remanenzlage »1« ist. Daher kann der Ringkern 2 auch nicht von einer
Anzahl unter dem vorgegebenen Wert X2 liegenden Amplituden positiver Halbwellen
stufenweise aus der Remanenzlage »l« in die Remanenzlage »0« magnetisiert
werden.
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An die Ausgangswicklung 23 des Ringkernes 2 ist ein Transistor
T2 angeschlossen, der beim Rückmagnetisieren des Ringkernes 2 aus der Remanenzlage
»0« in die Remanenzlage »l« durch den dabei in der Leitung
C auftretenden Impuls leitend gesteuert wird. Dabei gibt der Transistor T2
jeweils über seine Schaltstrecke einen Stromimpuls zum Steuern nachgeschalteter
Einrichtungen ab.
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Zum Verlängern der Stromimpulse dient eine Impulsverlängerungsschaltung
mit einem Ringkern 3,
auf dem Mag .,netisierungswicklungen 31 bis
33 angeordnet sind. Mit Hilfe der Magnetisierungswicklung 31 wird
der Ringkern bis in eine Sättigungslage vormagnetisiert. Die Magnetisierungswicklung
32 wird von den Stromimpulsen des Transistors T2 beaufschlagt. Hierbei gelangt
der Ringkern aus der durch die Vormagnetisierung vorgegebenen Lage kurzzeitig in
die andere Lage. Nach Aufhören des Stromimpulses gelangt der Ringkern infolge der
Vormagnetisierung wieder in die erste Lage. Dabei wird in der Basiswicklung
33 eine Spannung induziert, die einen nachgeschalteten Schalttransistor
T3 leitend schaltet, so daß ein an dessen Schaltstrecke angeschlossenes Relais
L erregt wird und anzieht. Das Anziehen des Relais L ist dann ein Zeichen dafür,
daß der vorgegebene Wert X2 der zu überwachenden Wechselspannung erreicht bzw. überschritten
ist. Die Verlängerung des Stromimpulses kommt zustande, weil das Rückmagnetisieren
des Ringkernes 3
in die erste Lage infolge der nur dabei vorhandenen Gegenwirkung
durch die Wicklung 33 in Verbindung mit dem Steuerkreis des Schalttransistors
T3 länger andauert als das Ummagnetisieren aus der ersten Lage (Sättigungslage)
in die andere Lage.
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F i g. 2 zeigt verschiedene Diagrammlinien mit in Abhängigkeit
von der zu überwachenden Wechselspannung W auf den Leitungen B und C vorhandenen
Impulsen sowie den dabei vorliegenden Schaltzustand des Relais L. Es ist angenommen,
daß die Amplituden der ersten vier Halbwellen der zu überwachenden Wechselspannung
unter und die Amplituden
der folgenden drei Halbwellen über dem
vorgegebenen Wert X2 liegen. Bei allen negativen Halbwellen erzeugt die in der Ausgangswicklung
13 des Ringkernes 1 induzierte Spannung auf der Leitung B einen Impuls,
der den Transistor Tl leitend steuert. Da der Ringkern 2 sich jedoch nur nach der
dritten und vierten positiven Halbwelle in der Remanenzlage »0« befindet, entsteht
erst bei seinem Rückmagnetisieren in die Remanenzlage »l« durch den Strom
über die Schaltstrecke des Transistors Tl bei der dritten bzw. vierten negativen
Halbwelle auf der Leitung C je ein Ausgangsimpuls, der den Transistor T2
leitend schaltet. Nach Aufhören des ersten Ausgangsimpulses auf der Leitung
C wird das Relais L von einem Strom über die Schaltstrecke des Schalttransistors
T3 erregt.
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Das beschriebene Ausführungsbeispiel läßt erkennen, daß eine Schaltungsanordnung
gemäß der Erfindung die in der Besehreibungseinleitung erwähnten Nachteile vermeidet,
da der vorgegebene Wert X 2 für den Kern 2 nicht von einer Vormagnetisierung dieses
Kernes abhängig ist. Die für die Impulsverlängererschaltung vorgesehene Vormagnetisierung
steht immer in einem festen Verhältnis zu der Gegenmagnetisierung mit Hilfe des
Transistors T2. Sie kann also auch bei Schwankungen der die Schaltungsanordnung
speisenden Versorgungsspannung keine Verfälschung der Auswertung herbeiführen. Ein
weiterer Vorteil ist, daß kein schrittweises Ummagnetisieren des Ringkernes 2 möglich
ist, da er in jeder negativen Halbwelle der zu überwachenden Wechselspannung wieder
in eine definierte Ausgangslage, nämlich in die Remanenzlage »l«, gebracht
wird. Außerdem ist der Ausgangsimpuls auf der Leitung C nicht von der Kurvenform
des durch die Wicklung 21 fließenden Stromes abhängig, weil der bei einer positiven
Halbwelle des Schwingkreisstromes während einer langen Zeit in die Remanenzlage
»0«
gesteuerte Ringkern 2 in der folgenden negativen Halbwelle durch einen
kurzen, definierten Impuls des Transistors Tl wieder in die Remanenzlage
»l«
gesteuert wird.
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Durch Verwendung eines Ringkernes 2 aus einem Material mit guter Rechteckförinigkeit
der Hystereseschleife und möglichst temperaturunabhängigen Eigenschaften ist es
möglich, einen Abfallfaktor zu erzielen, der über dem Wert 0,9 liegt. Dieser
Wert erniedrigt sich nicht mehr bei Schwankungen der Betriebstemperatur, der Versorgungsspannung
oder der Toleranzen der Bauelemente innerhalb vorgegebener Grenzen.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Beispielsweise können auch andere Impulsverlängererschaltungen zur Anwendung kommen.