DE2059101A1

DE2059101A1 - Erdschluss-Stromunterbrechungsschaltung

Info

Publication number: DE2059101A1
Application number: DE19702059101
Authority: DE
Inventors: Gawron Alex Florian; Vassos Louis John
Original assignee: Skil Nederland BV
Current assignee: Skil Nederland BV
Priority date: 1969-12-15
Filing date: 1970-12-01
Publication date: 1971-06-24
Also published as: AU2129170A; BE756814A; US3633070B1; NL7016201A; US3633070A; DE2059101C3; DE2059101B2; FR2070854B3; FR2070854A7

Description

^**~ Patentanwälte "^--^

Dipl. Ing. F. Weickmann, ^: ' '""^* 2059101

Dipl. Ing. H Weidmann, Dipl. Pbys. Dr. K. Flncke Dipl. Ing. F. A. Weickmann, Dipl. Chera. B. Huber 8 München 27, Möhlstr. 22

Skil (Nederland) -N.V.

Konijnenberg 60, Box 267, Breda, Niederlande

Erdschluß-Stromtinterbrechungsschalt-ung

Die Erfindung bezieht aich auf eine Erdschluss- StromunterbreohungaSchaltung und inabesondere auf eine Steuerschaltung, die für einen niedrigen Pegel besitzende Erdschluss-Ströme empfindlich ist und die dennoch eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Einschwingsignalen oder anderen, neben den eigentlichen Nutzsignalen auftretenden Störsignalen besitzt, die in der jeweiligen Schaltung den Nutzsignalen überlagert sein können. Die vorliegende Erfindung bringt dabei Verbesserungen gegenüber bekannten Stromunterbrecher-Steuerschaltungen mit sich, wie sie an anderer Stelle näher beschrieben sind. (US-Patentschrift 3 213 321, Britische Patentschrift 446 299).

Ih Erdschluss-Stromunterbrechersohaltungen ist es erforderlich^ über eine sehr empfindliche Schaltung zu verfügen, die einen geringen Erdschluss-Strom feststellt oder ermittelt und die das Auslösen oder öffnen der Unterbreoherkontakte bewirkt, bevor der.abfliessende Strom für einen Menschen

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schädlich werden kann. Im Hinblick auf die Auslösung der Unterbrecherkontakte aei bemerkt, dass geringe Erdschluaa-Strö'me ein aehr kleinea (Spannunga-)Signal in der Sekundärwicklung einea Transformators hervorrufen, weshalb ea erforderlich ist, daa betreffende Signal zum Zwecke der Betätigung einer elektromagnetischen Einrichtung zu verstärken, um damit die Unterbrecherkontakte zu öffnen. Da das nichtverstärkte Signal sehr klein ist, sind Veratärkungsschaltungen erforderlich, doe normalerweise auf Fremdsignale empfindlich sind. Viele bisher bekannte Verstärkungaachaltungen haben aufgrund der Tataache nicht zufriedenstellend gearbeitet, daas durch derartige Fremdsignale eine einer Störung entaprechende "Auslösung" der Unterbrecherkontakte bewirkt wurde. Bei den erwähnten Fremdsignalen handelt ea sich zum Beispiel um Einschwingsignale, die von der Verstärkungsschaltung "aufgenommen" und verstärkt werden.

Der Erfindung liegt demgemäss die Aufgabe zugrunde, eine Erdschluss-Stromunterbrechungsschaltung zu schaffen, die für Erdschluas-Stromaignale eine hohe Empfindlichkeit und für andere Signale eine geringe Empfindlichkeit besitzt, so dass ein zufälliges Auslösen der Unterbrecherkontakte durch Fremd- und/oder Einschwingaignale verhindert ist. Die neu zu schaffende 'Erdschluss-Stromunterschaltung soll dabei eine Differentialverstärkerscba ltung enthalten, welche eine geringe. Drift der Arbeitsgleichspannungen und-ströme bei Temperaturänderungen aufweist. Ferner soll diese DifferentialverstärkersclmLtung auf die Aufnahme und Verstärkung eines Fehlerstromsignals hin ein Ausgangsaignal für die Betätigung.einer elektromagnetischen Einrichtung abzugeben erlauben, und zwar entweder während einer negativen Halbwelle oder während einer positiven Halbwelle des Fehlerstroms. Hierdurch soll ein schnelleres Ansprechen auf Fehleretromaignale erreicht werden. Durch die neu zu schaffende Erdschluas-Stromunterbreoherachaltung aollen

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im besonderen die Leiter unterbrochen werden, die eine elektrische SpeisungsspannungscLuelle mit einer Last verbinden, wenn auf einem der Leiter eine entsprechende elektrischen Energie von der Speisespannungsquelle her fehlt. Auf diese Weise soll die Leistungs- bzw. Spannungsabgabe an die Last verhindert werden, wenn ein,derartiger Zustand vorhanden ist. Die neu zu schaffende Schaltung soll dabei insbesondere einen Differentialtransformator oder.-übertrager verwenden, der eine Sekundärwicklung enthält, an die eine Signalverzögerungsschaltung angeschlossen ist, welche die Abgabe des Ausgangssignals der Differentialverstärkerschaltung an einen elektronischen Schalter verzögert, der in Reihe zu einer elektromagnetischen Einrichtung geschaltet ist, welche zur Öffnung der Unterbrecherkontakte dient. !Ferner ist eine tragbare Stromkreis-Unterbrecher-Einrichtung zu schaffen, die mit einer Steuerschaltung versehen ist, welche einen niedrigen Wert besitzende ErdschTuss-Ströme festzustellen erlaubt und auf die Feststellung derartiger Ströme, hin das öffnen der Stromunterbrecherkontakte bewirkt. Die Stromunterbrecherkontakte sollen dabei automatisch zurückgestellt werden, wenn die betreffende Einrichtung aus einer entsprechenden Steckdose herausgezogen und in die betreffende Steckdose ,wieder hineingesteckt wird, nachdem die Unterbrecherkontakte geöffnet sind. Schliesslich soll die neu zu schaffende Erdschluss-Stromunterbrecherschaltung mit einem Verstärker versehen sein-^der den Signalpegel von Signalen anzuheben gestattet, die von einem kleinen Transformator abgegeben werden. Auf diese Weise soll die Miniaturisierung der betreffenden Anordnung erleichtert werden, und ferner soll damit der Bau einer kompakten, transportablen Stromunterbrechereinrichtung ermb" glicht werden, die zum Beispiel direkt in eine elektrische Steckdose eingesteckt werden kann.

"■".". die Vermeidunc

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe und damit/eines

zufälligen AuglÖaensder erwähnten Stromunterbrecherkontakte

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erfindungsgemäss durch, eine Erdschluss-Stromunterbrecherschaltung mit einer Stromkreis-Unterbrecheranordnung, enthaltend einen Differentialverstärker, der ein an der Sekundärwicklung eines Differentialtransformators sich ausbildendes Signal verstärkt, hingen aber Einschwingsignale nicht verstärkt, die in die elektronischen Elemente der Differentialverstärkerschal tung eingekoppelt werden bzw. denen diese elektronischen Elemente ausgesetzt sind. Die Steuerschaltung umfasst ferner eine elektronische Schaltanordnung mit einer Signalveiiügerungsschaltung, welche zu einer elektromagnetischen Einrichtung in Reihe liegt, die das "Auslösen" der Unterbrecherkontakte bewirkt.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem Blockdiagramm eine Erdschluss-Stromunterbrecherschaltung gemäss der Erfindung.

Fig. 2 zeigt in einem elektrischen Schaltplan Schaltungselemente einer zu der in Fig. 1 dargestellten Schaltung gehörenden Steuerschaltung.

Fig. 3 zeigt in einem Spannungs-Zeit-Diagramm den Verlauf der Spannung am Kollektor eines Transistors einer zweiten Stufe einer in Fig. 2 dargestellten Differential-, verstärkerschaltung in dem Fall, dass ein Erdschluss-Strom durch die Sekundärwicklung eines Differentialtfansformätors ermittelt worden ist.

Fig. 4 zeigt in einem Spannungs-Zeit-Diagramm den Verlauf der Spannung am Kollektor eines weiteren Traneistore in der Zweitstufe der Differentialverstärkerschaltung, für den Fäll, dass ein Erdschluss-Strom ermittelt worden ist.

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i"ig. 5 zeigt in einem Spannungs-Zeit-Diagramm den Verlauf dea gleichgerichteten. Ausgarg aaignala der Differentialveratärkerschaltung für den lall, daaa ein Erdschluss-Strom ermittelt worden ist.

Mg. 6 zeigt in einem Spannungs-Zeit-Diagramm den Verlauf eines Signals, das sich, an der Sekundärwicklung des Differentialübertragers ausbildet, wenn ein Erdschlussstrom bei der einen oder der anderen Halbwelle beginnt.

Fig. 7 zeigt einen Schaltplan einer modifizierten Schaltanordnung, die in einer ständig installierten Stromunterbrechereinrichtung verwendet wird.

Nachstehend seien bevorzugte Ausführungsformen gemäsa der Erfindung näher betrachtet. Die in Fig. 1 dargestellte, eine Ausführungsform der Erfindung darstellende Stromkreis-Unterbrechersteuerschaltung ist generell mit 10 bezeichnet; sie enthält Eingangsklemmen 11 und 12, die an Speiseleitungen 14 und 15 einer Weohaelspannungsquelle bzw. Wechselstromquelle 16 angeschlossen sind. Die von der Wechselstromquelle 16 wegführende Speiseleitung 15 ist an einer Stelle nahe der betreffenden Wechselstromquelle geerdet.

Die Stromkreis-Unterbrecher-Steuerschaltung bzw. -unterbrecherschaltung 10 weist ferner Ausgangsklemmen 19 und 20 auf, an die leiter 21 und 22 angeschlossen sind, welche zu einer Last 23 hinführen. In typischer Weise weist die last einen normalerweise geerdeten Leiter auf, der generell mit 24 bezeichnet ist. Mit Hilfe dieses Leiters sind das Gehäuse oder sonstige nichtleitende Metallteile der Last 23 geerdet. Dies trifft zum Beispiel für den Fall zu, dass die Last 23 ein Elektromotor ist. Die Unterbrechersohaltung gemäss der Erfindung tritt in Wirkung, wenn diese Erdverbindung unterbrochen ist,

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wie diea mit 24' in Fig. 1 angedeutet ist, und wenn ein Fehlerzustand auftritt. Die Unterbrecherach, altung 10 enthält ferner zwei leiter 25 und 26. Der leiter 25 verbindet die Klemmen 11 und 19 über einen Unterbrecherkontakt 27, und der Leiter 26 verbindet die Klemmen" 12 und 20 über einen Unterbrecherkontakt 28. In die betreffenden leiter lat dabei eine Differentialübertragerachaltung eingefügt, die generell mit 30 bezeichnet ist. Die betreffende Differentialübertragerschaltung 30 ist dabei an die beiden Leiter 25 und angeschlossen; sie ist im Stande, einen Unterschied in dem die Leiter 25 und 26 durchfliessenden Strom zu ermitteln. Mit anderen Worten ausgedrückt heisst dies, dass dann, wenn

% der den Leiter 26 durchfliessende Strom geringer ist als der den Leiter 25 durchfliessende Strom, wie zum Beispiel in dem Fall, dass ein gewisser Teil des über den Leiter 25 zu der Last hinfliessenden Stromes von der Last 23 zu dem Erdleiter 24 hin abfliesst und über den betreffenden Erdleiter 24 zu der Stromquelle 16 zurückfliesst oder über irgendeine andere E_rdungsquelle, die Differentialübertragerschaltung ■ 30 diese Stromunsymmetrie feststellt und ein entsprechendes Signal erzeugt, das über Leiter 31 und 32 an eine generell mit 33 bezeichnete Differentialverstäöcerschaltung abgegeben wird. Bei der zuvor erwähnten Erdungsquelle kann es sich zum Beispiel auch um die Person handeln, die die betreffende Einrichtung bedient, einschliesslich der Last 23. Die erwähnte

" Differentialverstärkerschaltung 33 verstärkt das betreffende Signal und gibt ein Ausgangs-Auslösesignal ab, das über Leiter 35 und 36 einer generell mit 38 bezeichneten Schaltanordnung zugeführt wird. Die Schaltanordnung sprioht auf das Ausgangs-Auslösesignal hin an und bewirkt eine Änderung des Stromflusses durch eine elektromagnetische Einrichtung 40, über die das öffnen der Unterbrecherkontakte 27 und 28 bewirkt wird.

Wie dargestellt, wird die· Bewegung der Unterbrecherkontakte 27 und 28 duroh die elektromagnetische Einrichtung 40

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gesteuert, die einen generell mit 41 bezeichneten Anker und eine generell mit 42 bezeichnete Spule eibhalt, auf deren Erregung hin sich der Anker bewegt. Der Widerstand der erwähnten Spule ist mit 43 bezeichnet.

Die elektrische Leistung bzw. Spannung für die Differentialverstärkerschaltung 33, die Schal tan or dung 38 und die Spule wird von einer Vollweggleichrichterbrücke 44 geliefert, die an die beiden leiter 25 und 26 angeschlossen ist, sowie von einer NiederspannUngs-Speisespannungsquelle 45» die über zwei Leiter bzw. Leitungen 46, 47 die Ausgangsspannung der genannten Gleichrichterbrücke 44 vermindert.

An die beiden Leitör bzw. Leitungen 25 und 26 ist ferner eine generell mit 48 bezeichnete Leistungs-Anzeigeeinrichtung angeschlossen. Wie in Fig. 2 dargestellt, enthält diese Einrichtung 48 eine Glimmlampe 49 in Eeihe mit einem Widerstand 50. Die Glimmlampe 49 liefert dabei eine Anzeige _y wenn die kontakte 27 und 28 geschlossen sind.

« ■

iline generell Mt 52 bezeichnete Prüfschaltung enthält einen Schälter 53ί der ifi Eeihe mit einem Widerstand 54 zwischen der Klöm&e 1\ und dem Leiter bzw. der Leitung 26 am Ausgang des" iJiffereniiiiuber-tragers 30 liegt. Ist der Schalter 53 giätshlbs&eni so führt dies zu einer Unsymmetrie bei den ä die durch die Leiter bzw; Leitungen 25 und 26 und durch die Differentiäiübir-tfäiefiöhal-feung 30 fliessen. Auf dibse feiü wird §in feHlerlifÖIzüstäiid Ümuliert. Arbeitet die Einrichtung in riöHtigäf feiiii io führt die betätigung des IrÜfschäiters % däzüj dass die Glimmlampe 49 aüslöäöht.

•lift fdlgeri&e'n sei Müf Figur 2 näher eingegangen. Gemass fig. 2 enthält die Mfferentiäiübertrngeflifehöltürig 30 eine erste ^imärwickiting 55, die ITeii des. Leiters 25 biide'tj und eine zweite Primärwicklung 56, diö ieil aei Leiterö 2δ

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is-t. Der Übertrager bzw. Transformator 30 enthält ferner einen einzigen Magnetkern 58 und eine einzige Sekundärwicklung 60, die um den Kern 58 herumgewickelt ist. Parallel zu der Primärwicklung 55 liegt ein Pestwiderstand 61, und parallel zu der Primärwicklung 56 liegt ein einstellbarer Widerstand 62. Die Widerstände 61 und 62 stellen einen Symmetriekreis dar, durch den ein geringer Betrag des LastStroms hindurchgeleitet wird. Der Zweck dieser Massnahme dient dazu, die in dem Übertrager sich ausbildenden magnetomotorischen Kräfte auszugleichen und jegliche Fehlanpassung zwischen den Primärwicklungen 55 und 56 zu kompensieren. Die entsprechenden Werte der Widerstände sind dabei so gewählt, dass dieser aus-P geglichene Zustand stets durch Einstellung des einstellbaren Widerstandes 62 erreicht werden kann, und zwar unabhängig davon, ob der Wert der einen Primärwicklung grosser oder niedrigerr ist als der entsprechende Wert der anderen Primärwicklung. Auf diese Weise lässt sich die Herstellung von die vorliegende Erfindung umfassenden Einrichtungen vereinfachen und erleichtern.

Die Vollweggleichrichterbrücke 44 enthält vier Dioden 65» die in herkömmlicher Weise miteinander verbunden sind, um über eine Ausgangsleitung 66 der Spannungsquelle 45 eine Speisespannung abzugeben. Die Spannungsquelle bzw. Niederspannungsquelle 45 enthält eine Diode 67» einen Kondensator k 68, einen Widerstand 69 und eine Zenerdiode" 70, durch die eine Betriebsspannung geliefert wird, welche zwischen der positiven Spannung der leitung 66 und der Spannung der Leitung bzw. des Leiters 47 liegt. Die zuletzt genannte Leitung 47 dient als sogenannte negative Leitung. Wie dargestellt, wird die von der Gleichrichterbrücke 44 abgegebene gleichgerichtete Spannung über die Diode 67 abgegeben, wobei die Spannungsspitzen in dem Kondensator 68 gespeichert werden. Der Widerstand 69 ist dabei hauptsächlich ein Strombegrenzungswiderstand, der den durch die Diode 67 zu der Leitung 66 hin fliessenden Strom begrenzt. Die Zener-Diode 70 dient dazu, auf der sogenannten positiven Leitung 66 für die Differential-

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verstärkerschaltung 33 und die Schaltanordnung 38 eine konstante Spannung aufrecht zu halten.

Die Differentialverstärkerschaltung 33 enthält eine erste Verstärkerstufe 71 und eine zweite Verstärkerstufe 72. Ferner enthält die Differentialverstärkerschaltung 33 eine Konstantstrom-Abaenkschaltung oder -Generatorschaltung 73» die zu der ersten Yerstärkerstufe 71 in leihe liegt. Die Leiter bzw. Leitungen 36 und 37, die an die Sekundärwicklung 60 der Differentialübertragerschaltung 30 angeschlossen sind, führen zu den Basen zweier Transistoren 75 und 76 der ersten Yerstärkerstufe 71 hin, und zwar über einen Widerstand 92. Die erste Verstärkerstufe 71 der Differentialverstärkerschaltung 33 enthält einen Lastwiderstand 77, der zwischen der im folgenden als Plusleitung bezeichneten Leitung 66 und dem Kollektor des Transistors 75 vorgesehen ist. In entsprechender Weise ist ein weiterer Lastwiderstand 78 zwischen der Plusleitung 66 und dem Kollektor des Transistors 76 vorgesehen. Die zweite Verstärkerstufe 72 enthält einen dritten Transistor 79 und einen vierten Transistor 80. Ein Lastwiderstand 81 ist dabei mit seinem einen Ende an die Leitung 66 und mit seinem anderen Ende an den Kollektor des Transistors 79 angeschlossen. Ein weiterer Lastwiderstand 82 liegt zwischen der Leitung 66 und dem Kollektor des Transistors 80.

An die Basen der Transistoren 75 und 76 der ersten Verstärkerstufe 71 ist jeweils ein Basiswiderstand 85 bzw. 86 angeschlossen. Die Basiswiderstände 85, 86 sind mit ihrem jeweils anderen Ende mit den Emittern der Transistoren 79 und 80 verbunden, und zwar derart, dass die Spannung an den Emittern der Transistoren 79 und 80 die Basen der Traneistoren 75 und 76 in Vorwärtsrichtung vorspannen kann. Die Spannung an den Emittern ist durch den Spannungsabfall

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an den lastwiderständen 87 und 88 gebildet, die zwischen den betreffenden Emittern der Tranaistoren 79 und 80 und öer im folgenden auch als Minusle'itung bezeichneten Leitung 47 liegen.

Die Basen der Tranaistoren 79 und 80 der zweiten Verstärkerstufe 72 sind mit den Kollektoren der Transistoren 75 bzw. 76 verbunden. Auf diese Weise wird die Kollektorspannung an den Kollektoren der Transistoren 75 und 76 dazu benutzt, die Transistoren 79 und 80 in Vorwärts- bzw. Durchlassrichtung vorzuspannen. Ferner sind die Werte der Verstärkerschaltungselemente und der Betriebsspannung so gewählt, dass die Transistoren 75 und 76 der ersten Veistärkerstufe und die Transistoren 79 und 80 der zweiten Verstärkerstufe normalerweise in ihrem linearen Bereich leitend sind, wenn die Schaltung 10 in Betrieb ist. Es dürfte einzusehen sein, dass die Widerstände 85 und 86 gleich grosse Werte besitzen. Dies trifft ebenfalls für die Widerstände 81, 82 sowie für die Widerstände 77 und 78 und für die Widerstände 87 und 88 zu.

Ein Rückkopplungs-Stabilisierungswiderstand 90 verbindet die Emitter der Transistoren 79 und 80; er liefert eine Rückkopplungsspannung, wenn einer der beiden Transistoren 79, 80 einen höheren Strom führt als der andere Transistor 80 bzw. 79. Ein in der leitung 36 liegender Widerstand 92 verbindet die Basis des Transistors 76 mit dem einen Ende der Sekundärwicklung 60. Der Widerstand 92 gleicht jegliche Differenzen in der Verstärkung oder in der Basisspanming der Transistoren 75, 76,' 79 und 80 der Differentialverstärkerschaltung 33 aus. Mit anderen Worten heisst dies, dass bei Vorhandensein von Unterschieden im Verstärkungsverlauf oder in der Basisspannung der Transistoren 79 und 80 sich an dem Widerstand 90 eine Spannung ausbilden würde. Der Widerstand 92 dient dazu, einen Teil der betreffenden Spannung an die Eingangstransiatoren abzugeben und damit

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Unterschiede in den betreffenden Transistoren auszugleichen.

Die Funktions- und Wirkungsweise der Widerstände 90 und 92 ist folgende. An dem Widerstand 90 bildet sich eine Spannung aus, die proportional dem Ausgangssignal des Verstärkers ist.

Ein Teil dieser Spannung tritt an den Eingangsbasen über die Widerstände 85 und 86 aus und bewirkt eine Kompensation von Bauteiledifferenzen sowie eine Regelung bzw. Steuerung der Verstärkung des Verstärkers. Die Widerstände bewirken gleichzeitig für verschiedene Zwecke, jedoch in der gleichen Weise sowohl eine Wechselstrom-Rückkopplung als auch eine Gleichstrom-Rückkopplung. Die Wechselstrom! -Rückkopplung wird dabei dazu benötigt, eine bei Abweichungen zwischen verschiedenen Transistoren und bei Veränderungen von Transiatorwerten infolge unterschiedlicher Temperaturen gleich bleibende Verstärkung bei dem Verstärker zu erzielen. Die Gleichstrom-Rückkopplung wird dabei dazu benötigt, einen an den Kollektoren der Transistoren 79 und 80 gleich grossen Gleichstrom-Arbeitspegel zu erzielen, und zwar durch Ausgleich von Unterschieden zwischen den Transistor- und Widerstandspaaren.

Bei der Wechselstrom-Rückkopplung treten zum Beispiel die Ausgangssignale als Differenz der Spannungen an den Kollektoren der Transistoren 79 und 80 infolge einer Differenz in dem die Widerstünde 81 und 82 durchfliessenden Strom auf. Zufolge dieses Stromfluss-Unterschiedes fällt ein Teil dieser Spannung an dem Widerstand 90 ab, und ein Teil dieser Spannung wird den Basen der Eingangstransiäboren 75 und 76 über die Widerstände 85 und 86 zugeführt. Dies wirkt sich dabei in der Weise aus, dass der betreffende Spannungsteil von dem von der Sekundärwicklung 60 gelieferten Eingangssignal subtrahiert wird.

Im folgenden sei angenommen, dass ein von der Sekundärwicklung abgegebenes Signal dazu führt, dass an der Basis des Transistors

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75 ein bezogen auf die Basis des Transistors 76 positives Signal auftritt. Dies führt zum Auftreten eines negativen Signals am Kollektor des Transistors 75 und an der Basis des Transistors 79· Damit tritt ein positives Ausgangssignal am Kollektor des Transistors 79 auf, während,ein negatives Signal am Emitter dieses Transistors auftritt. Dieses negative Signal hat das Fliessen eines geringeren Vorspannungsstromes durch den Widerstand 85 und das Auftreten eines negativen Signals an der Basis des Transistors 75 zur Folge, das sich von dem Eingangssignal subtrahiert.

fe Dadurch, dass ein Teil des Ausgangssignals zurückgekoppelt und von dem Eingangssignal subtrahiert wird, ergibt sich eine negative Rückkopplung. Durch diese negative Rückkopplung, durch die ein gewisser Teil des Ausgangssignals zurückgekoppelt wird, ist die maximale Verstärkung des Verstärkers begrenzt. Die G-rösse des Rückkopplungssignals hängt von den Widerständen 81, 82, 87, 88, 85, 86, 90, 92 und von der Impedanz der Sekundärwicklung 60 ab. Um die Verstärkung des Verstärkers zu ändern, kann der Widerstand 90 verändert werden. Wenn der Widerstand 90 Null oder kurzgeschlossen ist, ist keine Rückkopplung vorhanden. In diesem Fall ist die Verstärkung gross, und ausserdem ist sie eine Funktion von verschiedenen Transistorparametern. Ist der Widerstand 9° unendlich gross, das heisst

™ unterbrochen, so beträgt die Rückkopplung nahezu 100$. In diesem Fall wäre die Verstärkung sehr gering. Da das Rückkopplungssignal an den Basen der Eingangstransistoren auftritt, beeinfluss die Impedanz zwischen diesen Basen das Rückkopplungssignal. Im Falle der Wechselstrom-Rückkopplung handelt es sich dabei um die Impedanz der Sekundärwicklung Diese Sekundärwicklung hat dabei die grösste Wirkung, während der Widerstand 92 nur einen geringen Einfluss ausübt.

Als Beispiel für die Wirkungsweise der Gleichstrom-Rückkopplung im Hinblick auf den Ausgleich der Pegel.der Ausgangssignale

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'sei angenommen, dass der Kollektor des Transistors 79 in Bezug auf den Kollektor des Transistors 80 positiv ist. Dies bedeutet, dass der Emitter des Transistors 79 negativ ist und dass ein negatives Signal an der Basis des Transistors 75 auftritt. Dies führt zu einem positiven Signal an der Basis des Transistors 79 und zu einem ansteigenden Stromfluss durch den Widerstand 81. Dieser Stromfluss kompensiert damit das unsymmetrische Ausgangssignal, und zwar durch Vermindern der Spannung am Kollektor des Transistors 79· Im Falle der Gleichstrom-Rückkopplung ist die Impedanz zwischen den Basen der erwähnten Transistoren überwiegend durch den Widerstand 92 bestimmt, während der Spulenwiderstand der Sekundärwicklung 60 nur eine geringe Wirkung hat.

Ein bedeutendes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung von Schaltungselementen in der Differentialverstärkerschaltung 33 zum Zwecke der Unterdrückung von Übergangs- bzw. Einschwingsignalen und zum Zwecke der Bildung eines Nebenschlusses für hohe Spannungsübergänge. Zu diesem Zweck ist die erste Verstärkerstufe 71 mit einem Kondensator 94 versehen, der zwischen den Basen der Transistoren 75 und 76 liegt und der Einschwingsignale unterdrückt, die von der Verstärkerschaltung 33 aufgenommen werden. Der Kondensator 94 dient ferner dazu, die Störsignale in dem Ausgangssignal der Differentialverstärkerschaltung 33 zu vermindern. Zwischen den Basen der Transistoren 75 und 76 sind ferner' zwei parallel liegende Dioden 97 und 98 vorgesehen. Diese beiden Dioden stellen für eine hohe Spannung einen Nebenschluss dar, der Impulse mit hoher Spannung am Erreichen der Basen und damit an der Zerstörung der Transistoren 75 und 76 hindert.

Die Konstantatrom-Absenksohaltung oder -Greneratorschaltung 73 enthält einen Transistor 100, dessen Kollektor mit den Emittern der Transistoren 75 und 76 verbunden ist, und einen lastwiderstand 102, der den Emitter des Transistors 100 mit der

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Minusleitung 47 verbindet. Ea dürfte einzusehen sein, dass der Transistor 100 "und der Widerstand 102 die Summe des Stromes bestimmen, der durch die beiden Transistoren 75 und der ersten Verstärkerstufe 71 fHessen kann. Der den Transistor 100 durchfliessende Strom ist dabei durch die Spannung an der Basis des Transistors 100 geregelt, und diese Spannung ist durch die Spannung an einem Verbindungspunkt 103 in einer Spannungateilerachaltung festgelegt, die durch einen Festwiderstand 104 und durch einen einstellbaren Widerstand gebildet ist. Diese beiden Widerstände sind zwischen der Plusleitung 66 und der Minusleitung 47 geschaltet. Es sei bemerkt, dass durch Einstellen des Widerstandswertes des Wider-Standes 106 der den Transistor 100 durchfliessende Strom verändert werden kann. Dadurch wird die Grosse des die Widerstände 77 und 78 und damit die Transistoren 75 und 76 durchfliessenden Stromes entsprechend eingestellt. Die Änderung der die Widerstände 77 und 78 durchfliessenden Ströme beein-

jenige
flusst die- Spannung an den Basen der Transistoren 79 und 80, welche die Grosse des die Transistoren 79 und 80 duuhfliessenden Stromes steuert. Dadurch wird wiederum die an den Emittern der Transistoren 79 und 80 liegende Spannung gesteuert, die über die Widerstände 85 und 86 den Basen der Transistoren 75 und 76 zugeführt wird. Demgemäss kann eine Einstellung der Verstärkung beider Verstärkerstufen 71 und lediglich dadurch vorgenommen werden, dass der Widerstand entsprechend eingestellt wird. Im übrigen sei noch bemerkt, dass der Widerstand 106 dazu benutzt wird, die Differentialveratärkerachaltung 33 zu "trimmen". Dies führt zu einer Einstellung der Empfindlichkeit der Schaltung durch Verändern des Gleichetrom-Arbeitapegels.

In Reihe mit dem durch die Widerstände 1Ö4 und 106 gebildeten Spannungsteiler sind zwei Dioden 107 und 108 geschaltet. Diese Dioden 107 und 108 weisen einen Spannungsabfall in Durchlass- bzw. Vorwärtarichtung auf, der sich mit der Tempera-

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tür ändert. Damit stellen die Dioden 107 und 108 eine Temperaturkompensationssehaltung für die übrigen Schaltungselemente dar, und zwar insbesondere für die Tranaistoren 75, 76, 79, 80 und 100.

Die Schaltanordnung 38 enthält die Dioden 109 und 110, welche die an den Kollektoren der Tranaistoren 79 und 80 auftretende Spannung gleichrichten. Die Differenz der Kollektorspannungen an den Kollektoren der Transistoren 79 und 80 ist dabei direkt proportional einer Spannung, die sich an der Sekundärwicklung 60 als Ergebnis einer Stromunsymmetrie auf den Leitern bzw. leitungen 25 und 26 ausbildet. Das durch die Dioden 109 und 110 gleichgerichtete Signal (Mg. 5) wird über die Leitung bzw. den Leiter 111 einer Zener-Diode 112 zugeführt. Der Zweck dieser Zener-Diode besteht darin, nur diejenigen Signale einer nachstehend noch näher zu beschreibenden Verzögerungsschaltung zuzuführen, die über dem durch ie Zener-Spannung festgelegten Pegel liegen. Der Ruhe- Au3gangs-Pegel des Verstärkers liegt dabei in typischer Weise um ein Volt unter dem Pegel der Zener-Diode 112. Diese Zener-Diode verhindert ferner die Auswirkung von geringen Einschwingsignalen;, die von der Leitung oder dem Leiter 111 aufgrund der Betätigung der Schaltanordnung 38 aufgenommen oder in diese Leitung eingekoppelt sein können. Bei einer Ausführungsform der Erfindung besitzt die Zener-Diode 112 eine Schwellwert- oder Durchbruchsspannung von 9 Volt. Es dürfte einzusehen sein, dass die Dioden 109 und 110 den Stromunterbrecher in den Stand versetzen, auf beide Halbwellen des Wechselstroms hin zu arbeiten. Hierdurch wird die Ansprechzeit vor öffnen der "Unterbrecherkontakte vermindert.

Die Zener-Diode 112 ist an einer Signalverzögerungsschaltung 114 angeschlossen, welche dabei zwischen der Zener-Diode und der Minusleitung 4-7 liegt. Das Ausgangssignal der Signal-

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Verzögerungsschaltung 114 wird der Torelektrode eines, elektronischen Schalters 116 zugeführt, der eine Schalteinrichtung der ersten Stufe bildet. Wie dargestellt, ist der elektronische Schalter 116 in typischer Weise durch einen gesteuerten Siliziumgleichrichter bzw. Thyristor gebildet. Die Signalverzögerungsschaltung 114 enthält einen Widerstand 118 und einen Kondensator 119. Der Widerstand 118 dient dabei dazu, das die Zener-Diode 112 passierende Signal zu bedampfen und den Ladungswechsel bei dem Kondensator 119 zu verzögern. Dies bedeutet, dass der Kondensator 119 so lange durch das Signal aufgeladen wird, bis fc die Spannung an dem betreffenden Kondensator einen bestimmten Wert erreicht. Mit Erreichen des bestimmten Wertes wird der gesteuerte Siliziumgleichrichter 116 in seinen leitenden Zustand übergeführt. Auf diese Weise dienen der Widerstand 118 und der Kondensator 119 als Auslöse-Verzögerungselemente für den gesteuerten Siliziumgleichrichter 116.

Die Signalverzögerungsschaltung 114 enthält ferner einen Widerstand 120, der dazu dient, eine auf den Kondensator angesammelte Ladung abzuführen. Damit dient der betreffende Widerstand dazu, die Signalverzögerungsschaltung 114 zurückzustellen, das heisst, durch den betreffenden Widerstand wird die Ladung auf dem Kondensator 119 auf Null vermindert, W so dass dieser Kondensator wieder für ein weiteres Stromunsymmetriesignal aufnahmebereit ist. Mit anderen Worten ausgedrückt heisst dies, dass durch den Widerstand 120 eine gute Wiederholbarkeit im Betrieb der Steuerschaltung 10 erzielt ist. Darüber hinaus dient der betreffende Widerstand als Tor-Kathoden-Kompensationswiderstand für den gesteuerten Siliziumgleichrichter 116. Dies bedeutet, dass der betreffende Wideretand einige Unterschiede in den Tor-Kennlinien des gesteuerten Siliziumgleichriohters ausgleicht;

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Die Signalverzögerungsschaltung 114 verzögert nun nicht nur das erwähnte Signal, sondern verhindert, dass Signale von kurzer Dauer den gesteuerten Siliziumgleichrichter auslösen. Ist der Pegel der Zenerdiode 112 überschritten, so beginnt ein Strom durch den Widerstand 118 zu fliessen und den Kondensator 119 aufzuladen. Dabei fliesst' ein Teil des betreffenden Stromes durch den Widerstand 120. Während eines fehlerhaften Zustands wird der Kondensator durch die Spitzen des Signals 1 (Pig. 5) geladen, die über dem Pegel der Zener-Diode liegen. Die Spannung an dem Kondensator wird während des Auftretens der Spitzenamplitude der Spannung 163 angehoben, während zu anderen Zeitpunkten die betreffende Spannung durch entsprechende Entladung über den Widerstand 120 abgesenkt wird. Bei Auftreten eines Jehlerstroms mit niedrigem Pegel findet dieser Vorgang des ladens und Entladens über viele Perioden der Netzfrequenz hinweg statt. Die Wellenform der Kondensatorspannung vor dem Zünden des gesteuerten Siliziumgleichrichters besitzt dabei ein einer lang ansteigenden Treppenspannung entsprechendes Aussehen. Bei einem starken Stromabfluss kann der Kondensator lediglich einige wenige Perioden der Spannung 163 benötigen, um den gesteuerten Siliziumgleichrichter 116 zu zünden. Der Vorteil dieser Schaltungsart besteht darin, dass mit Einprägen eines S'i^;gnalstroms in die Verzögerungsschaltung 114 die Form der betreffenden Spannung dabei entsprechend einem starken Abfluss-Signal sein muss. Dies bedeutet, dass die betreffende Spannung eine hohe Amplitude und eine Dauer von einigen Halbwellen der Spannung 163 aufweisen muss. Das Auftreten eines derartigen Einschwing- bzw. Sprungsignals ist dabei jedoch sehr /^ .. Wenn durch ein Einschwingbzw. Sprungsignal eine geringe ladung auf den Kondensator 119 aufgebracht wird, bewirkt der Widerstand 120 eine Entladung des Kondensators auf Hull innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde.

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Die Schaltanordnung 38 enthält ferner eine Spannungsteiler- · schaltung, die durch die Widerstände 122, 123 und 124 gebildet ist. Diese Widerstände liegen dabei zwischen der Plusleitung 66 und der Minusleitung 47. Die Anode des gesteuerten Siliziumgleichrichters 116 ist an einem Verbindungspunkt der beiden Widerstände 122 ur■-\ V? 3 angeschlossen; die Kathode des gesteuerten Siliziumgleicr; Richters 116 ist mit der Minusleitung 47 verbunden. Es dürfte einzusehen sein, dass der Widerstand 122 einen geringen Wert besitzt und dazu dient,

den Strom zu begrenzen, der durch den gesteuerten Siliziumsich gleichrichter 116 fliesst, wenn dieser/im leitenden Zustand befindet, und Einschwingsignale zu unterdrücken,-die den gek steuerten Siliziumgleichrichter 116 zufällig einschalten könnten. Bei derartigen Einschwingsignalen kann es sich um Signale handeln, die sich aufgrund einer übermässig hohen Geschwindigkeit beim Anlegen einer Durchlass-Spannung bzw. Vorwärts-Spannung ergeben. Der Widerstand 123 ist dabei viel grosser als der Widerstand 122; er besitzt einen solchen Wert bezogen auf den Wert des Widerstands 124, dass eine . bestimmte Spannung der Basis einer der Zweitstufe zugehörigen Schalteinrichtung 126 zugeführt wird, die bei der vorliegenden Ausführungsform durch einen Transistor gebildet ist. Es dürfte einzusehen sein, dass der Transistor 126, der gegenüber mit hoher Geschwindigkeit auftretenden Einschalt-Spannungsanstiegen weitgehend unempfindlich ist, normalerweise leitend ist, so dass ein Strom normalerweise die Spule 42 durchfliesst. Zu diesem Zweck sind der Transistor 126 und die SpuHe 42 in Reihe liegend an die Ausgangsseite der Vollweggleiehrichterbrücke 44 angeschlossen, das heisst zwischen einem Verbindungspunkt 127 der Diode 67 und des Widerstands 69 einerseits und der Minusleitung 47 andeaav seits.

Wenn ein ITehleratrom-Ausgangssignal die Durchbruchsspannung der Zener-Diode 112 übersteigt, gelangt ein Signal über

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BAD ORiGINAL

die Zener-Diode 112 und den Widerstand 118, wodurch der Kondensator 119 aufgeladen wird. Wenn der Kondensator auf einen bestimmten Wert aufgeladen ist, reicht die Spannung an dem Kondensator 119 (die der Torelektrode des gesteuerten Siliziumgleichrichters 116 zugeführt wird) aus, um den gesteuerten Siliziumgleichrichter 116 in einen leitenden Zustand überzuführen. Der gesteuerte Siliziumgleichrichter 116 wirkt dann als Nebenschluss für den durch die Widerstände 123 und 124 gebildeten Spannungsteiler. Dies hat eine Absenkung der Vorwärts-Vorspannung für die Basis des Transistors 126 zur Folge, wodurch der Transistor 126 in den nichtleitenden Zustand übergeführt wird. Wenn dies erfolgt, wird die Spule 42 aberregt, wodurch die Unterbrecherkontakte 27 und 28 sich öffnen können. In diesem Zusammenhang dürfte einzusehen sein, dass der der Spule 42 zugehörige Anker federnd vorgespannt ist, um die Unterbrecherkontakte in die offene Stellung zu führen. Die durch die erregte Spule auf den Anker 41 ausgeübte magnetomotorische Kraft hält die Kontakte 27 und 28 in geschlossener Stellung. Wenn jedoch die Spule 42 aberregt wird, reicht die Vorspannungskraft der leder (s) aus, um den Anker 41 zu bewegen und damit die Unterbrecherkontakte 27 und 28 zu öffnen.

Es sei bemerkt, dass der die Spule 42 durchfliessende Strom nicht augenblicklich aufhört, wenn der Transistor 126 in den nicht—leitenden Zustand übergeführt wird. Der Grund hierfür liegt in der Tatsache, dass die in dem Magnetfeld der Spule 42 gespeicherte Energie versucht, den Stromfluss in der Spule 42 noch für eine kurze Zeitspanne aufrecht zu halten. Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist die Spule 42 von der Art, dass sie eine Verzögerung von 5 bis 10 ma bewirkt, bevor die Unterbrecherkontakte 27 und 28 geöffnet werden_? AIa BezugsZeitpunkt ist dabei der Zeitpunkt

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ORIGINAL IHSPECTSB

gewählt, zu dem der gesteuerte Siliziumgleichrichter 116 zündet. Im übrigen sind die Werte für die Widerstände 118 und 120 und den Kondensator 119 sorgfältig gewählt, so dass die durch die Signalverzögerungsschaltung 114 hervorgerufene Verzögerungszeit bei der verzögerten Abgabe eines Auslösesignals'an den gesteuerten Siliziumgleichrichter .116 auf einen hohen Fehlerstrom von 5 mA hin lediglich 5 bis 10 ms beträgt. Damit beträgt die maximale Zeitverzögerung, bevor die Unterbrecherkontakte 28 und 29 geöffnet werden, nach Ermittlung eines hohen Fehlerstroms oder einer Stromunsymmetrie (die in typischer Weise bei zumindest 50 mA liegt) durch die Differentialübertragerschaltung 30 nicht mehr als 20 ms. I¹Ur geringere Unsymmetrien nimmt die Verzögerungsdauer entsprechend zu. Bei einem Wert von 5 mA kann die Verzögerungsdauer z.B. eine Sekunde betragen.

Es dürfte einzusehen sein, dass die Steuerschaltung 10 gemäss Pig. 2 von der Art ist, dass sie trennbar zwischen eine Wechselstromquelle und eine Last einfügbar ist. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, dass die Stromunterbreehereinrichtung, die die in Fig. 1 und 2 dargestellte Steuerschaltung 10 enthält, als transportable Einrichtung betrachtet werden kann.

In Fig. 7 ist eine modifizierte Steuerschaltung dargestellt. Dabei wird eine andere Form der Schaltanordnung 138 anstelle der Schaltanordnung 38 verwendet. Die Steuerschaltung ist hier ständig an der elektrischen Speisequelle angeschlossen. Im übrigen sind die Schaltungselemente dieser Schaltung im wesentlichen die gleichen wie die Schaltungselemente gemäss Fig. 2. Aus diesem Grunde sind, soweit möglich, entsprechende Bezugszeichen in Fig. 7 und Fig. 2 verwendet worden.

Einer Spule 142 ist ein Anker 141 vorgesehen, der zum öffnen von durch eine Feder vorgespannten Stromkreisunterbreoher-

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- 21 - 2050101

kontakten 145 Und 146 dient. Der Anker 141 -wird auf eine Änderung des Stromflusses durch die Spule 142 Mn "bewegt, um die federnd vorgespannten ünterbrecherkontakte 145 und in eine offene Stellung "überzuführen". Die Spule 142 ist normalerweise aberregt. Bei dieser modifizierten Schaltanordnung 138 ist ein Kondensator 119 an d£r Torelektrode eines zu einer ersten Stufe gehörenden, eine hohe Empfindlichkeit besitzenden gesteuerten Siliziumgleichrichters 147 angeschlossen. Die Anode des gesteuerten Siliziumgleichrichters 147 ist mit.dem Verbindungspunkt 148 eines von der Speiseq.uelle her kommenden Strombegrenzungswiderstandes 69 und eines in der Leitung 46 liegenden und von dem Vollweggleichrichter 44 her kommenden Strombegrenzungswiderstands -149 angeschlossen. Der Widerstand 149 dient dabei als Strombegrenzungswiderstand; er wird anstelle der Diode 67 verwendet, wie sie bei der Schaltung gemäss 3?ig. 2 vorgesehen ist. Ein Lastwiderstand 150 ist an den Verbindungspunkt 148 einerseits und der Anode des gesteuerten Siliziumgleichrichters 147 andererseits angeschlossen. Dieser Lastwiderstand 150 dient dazu, den den gesteuerten Siliziumgleichrichter 147 durchfliessenden Strom zu begrenzen. Der be-

* Wirk— treffende Widerstand ^vömindert' ferner die u-eschwindigkeit der in Durchlassrichtung wirkenden Spannung. Die Kathode des gesteuerten Siliziumgleichrichters 147 ist mit der Torelektrode eines einer zweiten Stufe zugehörigen gesteuerten Siliziumgleichrichters 152 verbunden, der eine relativ geringe Empfindlichkeit besitzt. Der gesteuerte Siliziumgleichrichter 152 liegt dabei in Reihe mit der Spule 142 zwischen der Leitung 46 und der Minusleitung 47.

Es dürfte einzusehen sein, dass der gesteuerte Siliziumgleichrichter 147 ein eine hohe Empfindlichkeit besitzender und bei niedriger Auslöseapannung ansprechender gesteuerter Siliziumgleichrichter ist, während 4er gesteuerte Silizium-

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gleichrichter 152 ein relativ unempfindlicher gesteuerter Siliziumleitungs-Gleichrichter ist. Durch Verwendung des empfindlichen gesteuerten Siliziumgleichrichters 147 und des relativ unempfindlichen gesteuerten Siliziumgleichrichters 152 wird eine sehr gute Regelung der Speisung der lelaisspule 142 erteLten, ohne dabei die nachteiligen Auswirkungen der Geschwindigkeit der in Durchlassrichtung zugeführten Spannung in Kauf nehmen zu müssen. Der Strom fliesst dabei durch den Widerstand 150 und den gesteuerten Siliziumgleichrichter 147 zu der Torelektrode des gesteuerten Siliziumgleichrichters 152 hin, der daraufhin in den leiten-P den Zustand gelangt und einen Stromfluss durch die Spule ermöglicht. Dies hat eine Bewegung des der Spule 142 zugehörigen Ankers 141 zur.Folge, wodurch die federnd vorgespannten Unterbrecherkontakte 145 und 146 in die offene Stellung übergeführt werden.

Im folgenden sei der Betrieb der Steuerschaltung 10 gemäss ' Fig. 2 näher betrachtet, und zwar unter Bedingungen eines normalen Stromflusses. Dabei wird in dem Kern 58 der Transformatorschaltung 30 kein Fluss erzeugt, da die in den Wicklungen55 und 56 erzeugten magnetomotorischen Kräfte sich aufheben. Wenn jedoch in da· Last ein Erdschluss auftritt,

»ist der dia eine Primärwicklung 55 durohfliessende Strom der
grosser als/die andere Primärwicklung 56 durchfliessende Strom. In diesem Fall heben sich die magnetomotorischen Kräfte nicht einander auf. Dies führt zu einem Fluss in dem Magnetkern 58, wodurch in der Sekundärwicklung 60 des Übertragers 30 ein Signal (Spannung) induziert wird. Wenn der Erdschluss-Strom von hinreichender Höhe ist, das heisst über 5 mA liegt, wird durch das an der Sekundärwicklung auftretende Signal schliessEeh, die Betätigung der Unterbrecherkontakte 27 und 28 bewirkt und damit die Abschaltung der Speisespannung von der last vorgenommen.

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D_as an der Sekundärwicklung 60 auftretende Signal wird insbesondere den Basen der Transistoren 75 und 76 der ersten Verstärkerstufe 71 der Differentialverstärkerschaltung 33 zugeführt. Unter der Annahme, dass dieses Signal positiv an der Basis des Transistors 75 ist, ist die Basis des Transistors 76 negativ. Ein G-rösserwerden der Spannung an der Basis des Transistors 75 und ein entsprechendes Kleinerwerden der Spannung an der Basis des Transistors 76 führt zu einem Ansteigen des den Transistor 75 durchfliessenden Stromes und zu einem entsprechenden Absinken der Spannung an der Basis des Transistors 76. Dies wiederum hat ein Ansteigen des Stromflusses durch den Transistor 75 und ein Absinken des Stromflusses durch den Transistor 76 zur Folge. Die Änderung des Stromflusses durch die Transistoren 75 und 76 bewirkt einen Wechsel des Spannungsabfalls an den Widerständen 7£ und 78, der_art, dass die den Basen der Transistoren 79 und 80 zugeführten Spannungen wechseln. Die Spannung am Kollektor des Transistors 79 nimmt infolge der Abnahme der Spannung an der Basis des Transistors 79 zu. Demgegenüber nimmt die Spannung am Kollektor des Transistors 80 infolge der Zunahme der Spannung an der Basis dieses Transistors 80 ab. Das Ausgangssignal der zweiten Verstärkerstufe 72 der Differentialverstärkerschaltung 33 ist damit die Summe der positiven Polaritäten der Ausgangssignale, die an den Kollektoren der Transistoren 79 und. 80 auftreten. Dieses zusammengesetzte Signal wird über die Leitung 111 der Schaltanordnung zugeführt, um den gesteuerten Siliziugleichrichter 116 zu triggem und den Transistor 126 in den nichtleitenden Zustand überzuführen. Auf diese Weise werden die Unterbrecherkontakte 25 und 26 geöffnet. Bei der in Fig. 7 dargestellten modifizierten Ausführungsform der Erfindung wird der gesteuerte Siliziumgleichrichter 147 in den leitenden Zustand getriggert, um den gesteuerten Siliziumgleichrichter 152 in den leitenden Zustand überzuführen

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und damit das Öffnen der Unterbrecherkontakte 145 und- 146 zu bewirken.

Es sei bemerkt, dass die Verwendung einer galvanisch gekoppelten Differentialverstärkerschaltung gegenüber einem galvanisch gekoppelten Verstärker Vorteile in der Richtung mit sich bringt, dass die Differentialverstärkerschaltung relativ unempfindlich gegenüber fehlerhaften Signalen ist und eine geringe temperaturabhängige Gleichstromdrift besitzt. Mit anderen Worten ausgedrückt heisst dies, dass die Differentialverstärker 33 Gleichtaktsignale nicht fe verstärkt, die den beiden Eingangsklemmen zugeführt werden, das heisst den Basen der Transistoren 75 und 76, und dabei mit gleicher Polarität in Bezug auf die Speiseklemmen der Verstärkerschaltung auftreten. Bei der hier herangezogenen Bezugsspannung handelt es sich zum Beispiel um die Speisespannung, welche die Plusleitung 66 führt und die über die Widerstände 77 und 78 den Kollektoren der Transistoren und 76 zugeführt ist. Diese Eigenschaft der Differentialverstärkerschaltung macht die Steuerschaltung 10 gegenüber einer unangenehmen Auslösung sehr widerstandsfähig, ermöglicht jedoch nicht der Schaltung 10 auf Gleichtakt-Störsignale anzusprechen, die über die Speisespannungsschaltung 45 oder von dem Transformator 30 her zugeführt werden.

Ein weiterer Vorteil der Differentialverstärkerschaltung ergibt sich durch die Tatsache, dass die Steuerschaltung auf Fehlerströme jeder Polarität anspricht. Mit anderen Worten ausgedrückt heisst dies, dass unabhängig vom Zeitpunkt des Auftretens eines Fehlers ein Signal an dem Kondensator 119 in der Zeitverzögerungsschaltung 117 sich beginnt auszubilden,

Wie die Kurven 161 bis 164 in den/Figuren 3 bis 6 dargestellten Spannungs-Zeit-Diagrammen erkennen lassen, besitzen

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T^-

die Kollektorapannungen der Transistoren 79 und 80 den Wellenverlauf, wie er durch die Kurven 161 und 162 in Figuren 3 und 4 dargestellt iat, wenn ein Fehleraignal auftritt (zum Beiapiel "bei der negativen Halbwelle, wie diea die Kurve 164 in fig. 6 verdeutlicht). Daa der Schaltanordnung 138 zugeführteiAusgangssignal besitzt dann eine Wellenform, wie aie die Kurve 163 in Mg. 5 zeigt.

Dadurch, daaa man über ein Aualöae-Auagangaaignal verfügt, daa aich während der positiven Halbwelle oder während der negativen Halbwelle dea die Leitungen 25 und 26 durchfliesaenden Wechaelstroma ausbildet, iat ein schnelleres Anaprechen der Differe.ntialverstärkerschaltung 33 erzielt. Daa erzielte schnellere Ansprechen macht es möglich, die Anaprechgeschwindigkeit der Schaltanordnung 38 herabzuaetzen, ohne eine übermässige Verlangsamung der Gesamtreaktionszeit der Steuerschaltung 10 in Kauf nehmen zu müssen. Auf diese Weise ist bei Fehleräfcromsignalen von kurzer Dauer, die durch Spannungs- oder Stromübergänge hervorgerufen sind, eine geringere Wahrscheinlichkeit dafür vorhanden, daaa eine unangenehme^HAuslösungⁿ der Unterbrecherkontakte 27 und 28 oder der Kontakte 145 und bei der modifizierten Ausführungsform gemäss Fig. 7 erfolgt.

Es dürfte einzusehen sein, daaa die Steuerschaltung 10 eine sehr zuverlässige Stromkreis-Unterbrechersteuerachaltung darstellt, die gegenüber fehlerhaften Störsignalen oder Übergangs- bzw. Einschwingsignalen sehr beständig oder immun ist, die sonst ein zufälliges oder unangeehmea Auslösen der Unterbrecherkontakte 27 und 28 (oder der Unterbrecherkontakte 145 und 146) hervorrufen könnten. Der Grund hierfür liegt in der Verwendung der Dioden 109» 110. Darübeijhinaus kann die Steuerschaltung 10 in einem kleinen Gehäuse von nicht mehr als einigen wenigen ecm untergebracht sein, um einfach

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zwischen einer Wandsteckdose und einem Stecker eines elektrischen Geräts oder Werkzeugs eingefügt zu werden. Demgegenüber kann die Unterbrecherschaltung 10 aber auch ständig in eine Speisespannungsversorgung eingesetzt sein, wie dies Fig. 7 zeigt.

Bei beiden Ausführungsformen gemäss der Erfindung arbeitet die Erdschluss-Stromunterbrecherschaltung in der W_eise, dass die Stromkreisunterbrecherkontakte geöffnet werden, bevor der Erdschluas-Strom den Pegel oder Grad erreicht, der durch entsprechende Prüfinstitutionen für den Schutz menschlichen Lebens vorgeschrieben ist, wie zum Beispiel von den Underwriters Laboratories. Die Stromuntertrecherschaltung gemäss der Erfindung arbeitet dabei wesentlich vor dem Zeitpunkt, zu dem der Erdschluss-Strom einen hinreichend hohen Pegel erreicht hat, um durch unkontrollierte Reaktion oder ventrikulare Faserbildung eine ernsthafte Beschädigung oder den Tod einer Bedienperson zu bewirken.

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Claims

-27- 20591 Öl

Patentansprüche

(1. ]Erdschluß-Stromunterbrechungsschaltung mit einer Steuerschaltung, die eine Stromunsymmetrie zwischen einem durch einen ersten Leiter zwischen einer Wechsel-Stromquelle und einer Belastung fließenden Strom und einem durch einen zweiten Leiter zwischen der Wechselstromquelle und der Belastung fließenden Strom festzustellen und die Öffnung von Unterbrecherkontakten zu bewirken vermag, über die die betreffenden Leiter mit der Wechselstromquelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen Differentialtransformator (30) mit einem einzigen Magnetkern (58), zwei Primärwicklungen (55,56), deren jede mit einem der Leiter (25,26) verbunden ist, und einer Sekundärwicklung (60) enthält, daß die Primärwicklungen (55,56) so ausgelegt sind, daß unter normalen Stromflußbedingungen die gesamte magnetemotorische Kraft in dem Magnetkern (58) derart ausgeglich-en ist, daß der tatsächliche Magnetfluß in dem Magnetkern (58) Null ist, während bei unsymmetrischem Stromzustand ein Magnetfluß auftritt, der zur Erzeugung eines $pannungssignals in der Sekundärwicklung (60) des Differentialtransformators (30) führt, daß an der Sekundärwicklung (60) eine die von der Sekundärwicklung (60) abgegebenen Signale verstärkende Differentialverstärkerschaltung (33) angeschlossen ist, und daß zwischen den Unterbrecherkontakten (27,28) und der Differentialverstärkerschaltung (27,28) eine Schalteinrichtung (38) vorgesehen ist, die auf die Aufnahme eines verstärkten signals von der Differentialverstärkerschaltung (33) «er die Unterbrecherkontakte (27,28) zu öffnen vermag, wenn die Stromunsymmetrie während einer bestimmten Zeitspanne mit einem bestimmten Wert aufgetreten ist.

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bewirkt.

Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Primärwicklung (55,56) ein Widerstand (61,62) parallelgeschaltet ist und daß einer der genannten Widerstände ein veränderlicher Widerstand (62) ist, durch den die bei symmetrischem Strom in den Primärwicklungen (55,56) jeweils erzeugten magnetomotorischen Kräfte ausgleichbar sind.

Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (38) einen Anker (41) enthält, der den Unterbrecherkontakten zugeordnet ist und auf dessen Bewegung hin die Unterbrecherkontakte (27,28) öffnen, daß dem Anker (41) eine Spule (42) zugehörig ist, die den Anker (41) auf eine Änderung des sie durchfließenden Stroms hin zu bewegen erlaubt, daß ein elektronischer Schalter (116) die Spule (42) an eine Gleichstromquelle anzuschalten erlaubt und daß der elektronische Schalter (116) ferner derart an der Differentialverstärkerschaltung (33) angeschlossen ist, daß ein von eier Differentia'verstärkerschaltung (33) abgegebenes Ausgangssignal eine Änderung des den elektronischen Schalter (116) durchfließenden Stromes hervorruft und damit eine Änderung des die Spule (42) durchfließenden Stromes und eine Öffnung der Unterbrecherkontakte (27,28)

Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz vor einer zufälligen Auslösung der Schalteinrichtung (38) durch Einschwingsignale zwischen der Differentialverstärkerschaltung (33) und der Schalteinrichtung (38) eine Signalverzögerungsschaltung (114) vorgesehen ist, die die Weiterleitung

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eines Ausgangssignals von der Differentialverstärkerschaltung (33) an die Schalteinrichtung (38) verzögerte

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverzögerungsschaltung (114) einen Kondensator "(119) enthält, der durch das Ausgangssignal der Differentialverstärkerschaltung (33) aufladbar ist und damit die Abgabe des betreffenden Ausgangssignals an die Schalteinrichtung (38) verzögert*

6,-Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverzögerungsschaltung (114) einen dem Kondensator (119) parallelgeschalteten Nebenschluß-Widerstand (120) enthält, der jegliche Ladung, die sich auf dem Kondensator (119) auf Grund einer Stromunsyrnmetrie angesammelt hat, abzuführen imstande ist, derart, daß nach erfolgtem Aufheben der Stromunsymmetrie die Spannung an dem Kondensator (119) auf Null vermindert ist.

7. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtimg (38) neben dem genannten einen elektronischen Schalter (116) noch einen weiteren elektronischen Schalter (126) enthält, der zwischen der DifFerentialverstärkerschaltung (33) und dom genannten einen elektronischen Schalter (116) vorgesehen ist, daf3 der weitere elektronische Schalter (-126) eine hohe Signalompfindlichkeit für von der Differsantialver— stärker schorl tung abgegebene Signalf- besitzt und daß in Reihe zu der gekannten Spule (42) liegende

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1 89 3 2 6 /HiOS

2050 1 G

genannte eine elektronische Schalter (116) weitgehend unempfindlich für einen mit hoher Geschwindigkeit erfolgenden Spannungsanstieg beim Einschalten ist.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Differentialverstärkerschaltung (33) eine erste Stufe (71) mit einem ersten und zweiten Transistor (75,76) und eine zweite Stiife (72) mit einem dritten und vierten Transistor (79,80) enthalt,

g„ Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

" daß die Basis des ersten und des zweiten Transistors (75,

76) an der Sekundärwicklung (60) des Differentialtransformators (30) angeschlossen ist.

10. Schaltung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Basen des ersten und zweiten Transistors (75,76) eine Signalübergangs-Unterdrückungseinrichtung (94) vorgesehen ist.

11. Schaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Basis des ersten Transistors (75 ) und der Basis des zweiten Transistors

) (76) eine Spannungsbegrenzerschalteinrichtimg (97,98)

vorgesehen ist.

12. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

daß an der Basis des ersten und des zweiten Transistors (75,76) jeweils ein Spannungsabsenkwiderstand (85,86) angeschlossen ist und daß die Spannungsabsenkwiderstände (85»86) an gegenüberliegenden Enden eines Rückkopplungswiderstands (90) angeschlossen sind, der mit

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den Emittern des dritten und vierten Transistors (79|8O) verbunden ist«

13« Schaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Sekundärwicklung (60) ein Stabilisierungswiderstand (92) verbunden ist, der Differenzen in den Betriebsdaten des ersten, zweiten, dritten und vierten Transistors (75,76,79,80) ausgleicht.

14. Schaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des ersten Transistors (75) und der Emitter des zweiten Transistors (76) an einem Konstantstromerzeuger (100,102) angeschlossen sind»

15. Schaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

daß der Konstantstromerzeuger (100,102) einen elektronischen Schalter (100) und einen Lastwiderstand (102) enthält,

16. Schaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,

daß der elektronische Schalter (100) ein Regeltransistor (100) ist und daß die Basis des Regeltransistors (100) an einer Spannungsteilerschaltung (104,106) angeschlossen ist, die einen einstellbaren Widerstand (106) zur Einstellung der Spannung enthält, welche für die Basis des Regeltransistors (TOO) zur Steuerung des den Lastwiderstand (102) durchfließenden Stroms dient.

17. Schaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konstantspannungsquelle (70) mit der Differentialverstärkerschaltung (33) und der Spannungsteilerschaltung (104,106) des Konstantstromerzeugers (100,102) verbunden ist.

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BAD ORlGiNAl-

18, Schaltung nach Anspruch 16, dadurch Gekennzeichnet, daß wit der Spannungsteiler^chaltung (104,1CC)

Temperatur Ic ompensatiensei.nri el. tun gen (107,1 ^C) verbunden sind, die Temperaturänoci'wngen in den Schal tuncy elementeri der Steuerschaltung ausgleichen,,

19ο Schaltung nach einem der ^Fpr-jche 1 ti5 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine ΖΜΓΐϊϊ-ΐ^ί cee (11 Ρ) zwischen der Differential verstärkerschaltung (33) täic³ --irr Schalteinrichtung (36) vor ce'·, eh en ist mv³ --Vasncncr?- P signale von der DiffFjrentialver^t-lrkersehu.ltuncj zu

übertragen erlaubt, eic '",^rl.rr ein---:i:i br stimmt on ^TV?l liegen,,

9,

20„ Schaltung nach eino'i r-nr Anspruch'¹ 1 Mf 19 gekennzeichnet, daß die Steuersclieltung n (109,110) enthält, durch die sie auf einen StrontunsyraiKietriezustanc bei beiden Halb-.-el ten ^e? veil «er 'fechselstromquelie (16) abcegebeneii Stroms anzusprechen vermag.

21. Schaltung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Einrichtungen (109,110) zumindest zwei jeweils in einer Richtung strors sperrende Elemente (109,110) enthalten.

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