DE958041C - Wechselstromgesteuerte Relaisanordnung - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 14. FEBRUAiR 1957

L 12382 VIII c/2ig

ist als Erfinder genannt wordeD

Telefunken G. m. b. H., Berlin

In der elektrischen Schaltungstechnik ergeben sich oft Schaltaufgaben, die mit einfachen elektromagnetischen Relais nicht ohne weiteres lösbar sind. Solche Schaltaufgaben bestehen z. B. in der Forderung eines Halteverhältnisses nahe dem Wert i, welches insbesondere bei durch Wechselstrom gesteuerten Anordnungen mit normalen Wechselstromrelais nicht erreicht werden kann. Komfnen zu dieser Forderung noch die besonderer Ansprech- und Abfallverzögerungen hinzu und sollen darüber hinaus diese Verzögerungen und' gegebenenfalls auch das Halteverhältnis in bestimmten Bereichen einstellbar sein, so ergeben sich, wenn überhaupt alle diese weiteren Forderungen mit elektromagnetischen Relais erfüllbar sind, ein unverhältnismäßig großer Schaltungsaufwand und eine praktisch sehr schwer realisierbare Schaltung. Eine weitere Schwierigkeit tritt dann auf, wenn nur sehr niedrige Steuerleistungen zur Verfügung stehen, wie es z. B. bei hochfrequenten Steuerströmen häufig der Fall ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine durch Wechselstrom beliebiger Frequenz und insbesondere kleiner Steuerleistung gesteuerte Relaisanordnung zu schaffen, welche die vielseitigen komplizierten Schaltaufgaben ohne wesentlichen Aufwand an Schaltelementen erfüllt und sich verhältnismäßig leicht realisieren läßt.

Es sind bereits Anordnungen bekannt, bei denen die Erregerwicklungen von elektromagnetischen Relais vom Anodenstrom gittergesteuerter Elektronenröhren erregt werden und bei denen infolge

der Steuerung des Röhrenstromes über ein Steuergitter nur eine verschwindend kleine Steuerleistung nötig ist. Diese Anordnungen erlauben jedoch nicht, ohne weiteres in weiten Bereichen einstellbare An · zugs- und Abfallverzögerungen zu erreichen.

Es sind ferner aus der Verstärkertechnik Schaltungen mit mehreren Röhren bekannt, bei denen die Anode einer ersten Röhre mit dem Steuergitter einer zweiten Röhre elektrisch leitend verbunden ίο (galvanisch gekoppelt) ist und bei denen das Kathodenpotentiäl der zweiten Röhre positiv gegenüber dem der ersten Röhre ist, derart, daß die zur Einstellung eines geeigneten Arbeitspunktes erforderliche Potentialdifferenz von wenigen Volt zwischen Gitter und Kathode der zweiten Röhre vorhanden ist. Mit Hilfe dieser Schaltungen gelingt es, das Steuergitter der zweiten Röhre unabhängig von der Änderungsgeschwindigkeit des Anodenpotentials der ersten Röhre auf deren jeweiligem Potential zu halten. Da hier das Gitter der zweiten Röhre dem Anodenpotential der ersten Röhre praktisch ohne zeitliche Verzögerung folgt, sind diese Anordnungen nicht ohne Zusatz weiterer Mittel in der Lage, den eingangs genannten Forderungen zu entsprechen.

Die Erfindung betrifft eine durch Wechselspannung beliebiger Frequenz (auch Gleichspannung), insbesondere mit kleiner Leistung, gesteuerte Relaisanordnung mit regel- oder einstellbarer Ansprechspannung, einstellbarem Halteverhältnis und einstellbarer 'Ansprech- und/oder Abfallverzögerung, die erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale dahingehend gekennzeichnet ist, daß erstens bei einer zweistufigen Elektronen rollenanordnung, bei der zwischen der Anode der ersten (gegebenenfalls als Audiongleichrichter betriebenen) Röhre und dem Steuergitter der.zweiten, in ihrem Anodenstromkreis die Erregerwicklung des zu betätigenden Gleichstromrelais enthaltenden Röhre ein Gleichrichter derart angeordnet ist, daß über seinen Durchlaßwiderstand und einen (gegebenenfalls in Reihe geschalteten) Regelwiderstand ein zwischen dem Steuergitter der zweiten Röhre und Erde eingeschalteter Verzögerungskondensator bei steigendem Anodenpotential der ersten Röhre mit einstellbarer Verzögerung aufgeladen bzw. entladen, jedoch über zwei dem Gleichrichter parallel geschaltete Widerstände, von denen einer außerdem als Gitterschutzwiderstand der zweiten Röhre dient, mit einer anderen Verzögerung entladen bzw. aufgeladen wird, daß zweitens eine so starke positive Vorspannung der Kathode der zweiten Röhre vorhanden ist, daß deren Anodenstrom bei nicht erregtem Relais gesperrt ist, und daß drittens ein in die Kathodenleitung der zweiten Röhre eingeschalteter Regelwiderstand zur Veränderung der Stromgegenkopplung dieser Röhre das Halteverhältnis der Relaisanordnung einstellbar gestaltet. In der Abbildung ist ein Schaltungsbeispiel einer Relaisanordnung gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar in der Anwendung als automatischer Bereichumschalter in einer mit einem Verstärker ausgerüsteten Hochspannungsmeßeinrichtung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt, sondern kann in gleicher oder sinngemäß abgewandelter Form auch" für andere Zwecke, wie oben bereits angedeutet, verwendet werden.

Die Relaisanordnung selbst ist im unteren Teil der Abbildung dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus den Röhren 14 und 19 und dem Gleichstromrelais U. Die Steuerwechselspannung für die Relaisanordnung wird von einem im Ausgangsstromkreis eines Meßverstärkers V angeordneten Widerstand R_m abgenommen, dessen Spannungsabfall unter Zwischenschaltung eines Übertragers Ü über einen in den Meßbereichverhältnissen gestuften Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 2 bis 6, und einen der genauen Ansprechwerteinstellung dienenden Regelwiderstand 1 dem Gitter der ersten Umschaltröhre 14 zugeführt. Diese Röhre ist als Audion geschaltet, und die Gittergleichrichtung bewirkt eine Verschiebung des Arbeitspunktes dieser Röhre nach negativen Gitterspannungen proportional zur Größe der angelegten Wechselspannung. Bei wachsender Eingangswechselspannung wird dabei infolge des Spannungsabfalls am Anodenwiderstand 13 das Anodenpotential nach positiven Werten hin verschoben. Die Anode der ersten Röhre ist mit dem Gitter der zweiten Röhre galvanisch gekoppelt, so daß deren Gitterspannung sich aus dem- Unterschied zwischen dem Anoden-(bzw. Kathoden-) Potential der ersten und dem Kathodenpotential der zweiten Röhre ergibt. Im nicht ausgesteuerten Zustand sind nun diese Spannungen so eingestellt, daß das letztere Potential positiv gegenüber dem ersteren ist, und zwar so stark, daß die zweite Röhre gesperrt ist. Steigt bei entsprechender Aussteuerung der ersten Röhre deren Anodenpotential über einen bestimmten Wert, so wird die zweite Röhre entsperrt, und es fließt ein Anodenstrom, der das [/-Relais zum Ansprechen bringt und die Bereichsumschaltung bewirkt. Sinkt die Eingangswechselspannung wieder, so fällt bei einem bestimmten Wert derselben das Relais wieder ab und bewirkt die Rückschaltung auf den empfindlicheren Meßbereich. Man wählt nun die Spannungsverhältnisse so, daß die zweite Röhre erst bei einer Eingangswechselspannung geöffnet wird, die bereits nahe der Spannung liegt, bei der eine Umschaltung erfolgen soll. Ist das Halteverhältnis des Gleichstromrelais beispielsweise 2 : i, so liegt die Steuerwechselspannung, bei welcher das Relais wieder abfällt, etwa in der Mitte zwischen der Ansprechspannung und der die EntSperrung bzw. Wiedersperrung der Röhre ver-Ursachenden Spannung. Das Halteverhältnis, bezogen auf die Eingangswechselspannung, liegt also nahe dem Wert 1. Es ist ohne weiteres erkennbar, daß man dem Wert 1 um so näher kommt, je steiler die Kennlinie f_aii/Ugu der zweiten Röhre ist.

Um nun der Relaisanordnung auch eine Ansprech- und Abfallverzögerung zu erteilen, ist als Kopplungsglied zwischen beiden Röhren ein RC-Glied, bestehend aus dem Gleichrichter 15 und dein Kondensator 18, vorgesehen. Der Gleichrichter ist außerdem durch die Widerstände 16 und 17 über-

brückt, welche ebenso wie der Vorwiderstand 7 der ersten Röhre als gitterstrombegrenzende Widerstände dienen und damit die Anordnung vor Überlastung schützen. Gleichzeitig bewirken sie aber zusammen mit dem Gleichrichter eine ungleiche Verzögerung bei der Umschaltung und der Rückschaltung, da einmal der Kondensator über den niedrigen Durchlaßwiderstand des Gleichrichters aufgeladen wird, während seine Entladung wegen des hohen Sperrwiderstandes über die Widerstände 16 und 17 erfolgt, deren Widerstand entsprechend gewählt bzw. auch einstellbar gemacht werden kann. Die bereits obenerwähnte Einstellbarkeit des Halteverhältnisses wird durch den in der Kathodenleitung der zweiten Röhre angeordneten veränderbaren Widerstand 20 erzielt, dessen Veränderung die in dieser Stufe wirksame Stromgegenkopplung regelt und damit die Steilheit der Kennlinie TJU_S. Es seien nun noch kurz die bei der dargestellten Anwendung als Meßbereichumschalter vorliegenden Aufgaben beschrieben, die mit Hilfe der Relaisanordnung gemäß der Erfindung gelöst werden. Wie bereits oben ausgeführt, handelt es sich um eine Hochspanriungsmeßeinrichtung mit einem Meßverstärker, die für verschiedene Meßbereiche verwendbar sein soll. Zu diesem Zwecke ist dem Verstärkereingang ein Bürdenwiderstand in Gestalt eines Spannungsteilers aus neun Einzelwiderständen α bis i vorgeschaltet. Zum Abgriff verschiedener Teilspannungen ist ein von Hand zu betätigender Bereichswahlschalter mit vier Schaltarmen I bis IV vorgesehen. Normalerweise wird die am Schaltarm I abgenommene Teilspannung dem Meßverstärker zugeführt. Übersteigt die Eingangsspannung den eingestellten Bereich, so fließt im Ausgang ein Strom, der am Widerstand R_m einen solchen Spannungsabfall erzeugt, daß die Relaisanordnung so¹ weit ausgesteuert wird, daß das Relais U anspricht und mit seinem Kontakt u' auf die über Schaltarm II eingestellte niedrigere Teilspannung und damit auf einen unempfindlicheren Meßbereich umschaltet. Gleichzeitig damit muß selbstverständlich auch die Eingangsspannung des Umschalters entsprechend umgeschaltet werden, was durch Kontakt u" bewirkt wird. Der Kontakt u'" kann zur Steuerung weiterer äußerer Stromkreise benutzt werden.

Es ist selbstverständlich, daß bei einer solchen Meßeinrichtung so weit .als möglich der empfindlichere Meßbereich ausgenutzt werden soll. Hieraus ergibt sich die Forderung, ein Halteverhältnis möglichst nahe dem Wert 1 zu erzielen, damit nach einer Umschaltung auf den unempfindlicheren Meßbereich und darauffolgender Unterschreitung des oberen Grenzwertes des empfindlicheren Bereiches möglichst bald auf diesen zurückgeschaltet werden kann. Die Ansprechverzögerung und die Abfallverzögerung sollen verhindern, daß bei kurzzeitigem Überschreiten der Bereichsgrenzen, z.B.

durch Spannungsstöße, ein ständiges Umschalten und Rückschalten verursacht wird. Es hat sich dabei als zweckmäßig ergeben, die Rückschaltung mit größerer Verzögerung erfolgen zu lassen, um die Meßeinrichtung bei ebenfalls kurzzeitigen Spannungseinbrüchen gegen Überlastung zu schützen.

Die Anordnung läßt sich nicht nur bei Wechselstrom anwenden, sie kann vielmehr auch mit Gleichstrom gesteuert werden und ermöglicht dabei eine leistungslose Steuerung. Zweckmäßig läßt man dabei das ivlC-Glied vor dem Gitter der ersten Röhre fort.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Durch Wechselspannung beliebiger Frequenz (auch Gleichspannung), insbesondere mit kleiner Leistung, gesteuerte Relaisanordnung mit regel- oder einstellbarer Ansprechspannung, einstellbarem Halteverhältnis und einstellbarer Ansprech- und/oder Abfallverzögerung, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale dahingehend, daß erstens bei einer zweistufigen Elektronenröhrenanordnung, bei der zwischen der Anode der ersten (gegebenenfalls als Audiongleichrichter betriebenen) Röhra (14) und dem Steuergitter der zweiten, in ihrem Anodenstromkreis die Erregerwicklung des zu betätigenden Gleichstromrelais (U) enthaltenden Röhre (19) ein Gleichrichter (15) derart angeordnet ist, daß über seinen Durchlaßwiderstand und einen (gegebenenfalls in Reihe geschalteten) Regelwiderstand ein zwischen dem Steuergitter der zweiten Röhre (19) und Erde eingeschalteter Verzögerungskondensator (18) bei steigendem Anodenpoten- tial der ersten Röhre (14) mit einstellbarer Verzögerung aufgeladen bzw. entladen, jedoch über zwei dem Gleichrichter (15) parallel geschaltete Widerstände (16, 17), von denen einer außerdem als Gitterschutzwiderstand (17) der zweiten Röhre (19) dient, mit einer anderen Verzögerung entladen bzw. aufgeladen wird, daß zweitens eine so starke positive Vorspannung der Kathode der zweiten Röhre (19) vorhanden ist, daß deren Anodenstrom bei nicht erregtem Relais (U) gesperrt ist, und daß drittens ein in die Kathodenleitung der zweiten Röhre (19) eingeschalteter Regel widerstand (20) zur Veränderung der Stromgegenkopplung dieser Röhre das Halteverhältnis der Relaisanordnung einstellbar gestaltet.
2. 2. Relaisanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als automatische Meßbereichsumschaltung in elektrischen Meßeinrichtungen.
3. 3. Relaisanordnung nach Anspruch 2 für eine einen Meßverstärker . mit umschaltbarem Bürdenwiderstand vor dem Verstärker aufweisende Meßeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung als Spannungsabfall an einem im Ausgangskreis des Meßverstärkers angeordneten Widerstand abgenommen wird.
4. 4. Relaisanordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung dem Eingang der Relaisanordnung über

   einen in den Meßbereichverhältnissen abgestuften Spannungsteiler und gegebenenfalls einen der genauen Ansprechwerteinstellung dienenden Regelwiderstand zugeführt wird.
5. 5. Relaisanordnung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ansprechen des Gleichstromrelais die von dem als Spannungsteiler ausgebildeten Bürdenwiderstand abgegriffene und der Meßeinrichtung zugeführte Teilspannung auf einen niedrigeren Wert umgeschaltet wird und gleichzeitig damit auch eine entsprechende Umschaltung der Steuerspannung für die Relaisanordnung erfolgt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 632 374.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen