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S»annuntsrückgangs-Zeitrelais Die Erfindung bezieht sich auf ein Spannungsrückgangs-Zeitrelais,
das beim Unterschreiten des Sollwertes einer Meßspannung ein verzögertes Steuersignal
abgibt, wobei die Verzögerung von der Größe der Unterspannung abhängt.
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Es ist ein Spannungsrückgangs-Zeitrelais mit einem Ferraris-Meßwerk
bekannt, bei dem ein Quecksilber-Ringrohrkontakt durch das Ferraris-Meßwerk betätigt
wird und einen Schaltbefehl auslöst.
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Dieses Relais hat verschiedene Nachteile. So muß wegen des Quecksilber-Ringrohrkontaktes
eine bestimmte Einbaulage eingehalten werden. Ferner kann der Quecksilber-Ringrohrkontakt
nach dsm Ansprechen des Perraris-Meßwerkes infolge von Erschütterungen vorzeitig
schließen oder öffnen und somit Fehlauslösungen verursachen. Durch die mechanisch
bewegten Teile dieses bekannten Relais ist eine verhältnismäßig geringe Lebensdauer
bedingt. Darüber hinaus erfordert die Herstellung solcher Relais ein hohes Maß an
Präzision.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spannungsrückgängs-Zeitrelais
der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das in beliebiger Lage eingebaut werden
kann, erschütterungssicher ist, eine hohe Lebensdauer hat und einfach herzustellen
ist. Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß einem
mit einer Hilfsspannungsquelle verbundenen Integrierglied beim Absinken des Istwertes
unter den Sollwert eine der Soll-Istwert-Differenz proportionale elektrische Größe
zugeführt und von dem Integrierglied ein Schwellwertglied gesteuert ist, das seinerseits
einen Schaltkreis beeinflußt.
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Nach einer Ausg@@@@ der Erf@,dung erg@bt alch ein benonders einfaches
Relais dadurch, daß durch ein aktives Halbleiterelement ein der Soil-Istwert-Di£ferenz
proportionaler Strom erzeugt
und einem Meßkondensator mit Parallelwiderstand
zugeführt ist, an deren mit dem Halbleiterelement verbundene Anschlußpole der Steuereingang
des Schwellwertgliedes angeschlossen ist. Als ein solches Halbleiterelement eignet
sich besonders ein Feld-Effekt-Transistor, dessen eine Lastelektrode über den Meßkondensator
und den Parallelwiderstand mit dem einen Pol und desoen andere Lastelektrode über
einen Widerstand mit dem anderen Pol der E sspannungaguelle verbunden ist, an den
ferner die Steuerelektrode des Feld-Effekt-Transistors direkt angeschlossen und
bei dem der Istwert der mit dem Widerstand verbundenen Lastelektrode zugeführt ist.
In gleicher vorteilhafter Weise kann als Halbleiterelement auch ein Steuertransistor
vorgesehen werden, dessen Kollektor über den Meßkondensator und den Parallelwerstand
an den einen Pol und dessen Emitter über einen Emitterwiderstand an den anderen
Pol der Hilfsspannungsquelle angeschlossen ist, wobei ferner dem Emitter des Steuertransistors
der Istwert und der Basis der Sollwert der Meßspannung zugeführt ist.
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Die Zuführung des Ist- und Sollwert es erfolgt zweckmäßigerweise dadurch,
daß der Emitter des Steuertransistors über einen einstellbaren Widerstand an die
Meßspannung angeschlossen und die Basis des Steuertransistors mit der Kathode einer
über einen Reihenwiderstand an die Hilfsspannungsquelle angeschlossenen Zenerdiode
verbunden ist.
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Die Verwendbarkeit des Relais nach der Erfindung für eine Meßwecheelspannung
wird auf einfache Weise dadurch erreicht, daß eine Gleichrichterbrücke vorgesehen
ist, an deren Gleichspannungspolen die Meßspannung abgegri£fen und ein Glättungskondensator
angeschlossen ist.
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Eine gesonderte Hilfsspannungsquelle erübrigt sich, wenn zu der Reihenschaltung
der Zenerdiode und des Reihenwiderstandes ein parallelliegender Kondensator vorgesehen
und der von dem Kondensator gespeiste zweite Schaltungsteil durch eine Entkopplungsdiode
von dem durch die Meßspannung beaufschlagten ersten Schaltungsteil entkoppelt ist.
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Eine besonders hohe Zuverlässigkeit in Bezug auf die Auslösung eines
Schaltbefehls wird dadurch erzielt, daß als Schwellwertglied
eine
bistabile Transistor-KipstUfe vorgesehen ist, bei der ein erster Transistor mit
dem Meßkondensator und dem Parallelwiderstand in Steuerverbindung steht, der Emitter
des ersten und eines zweiten Transistors über einen gemeinsamen Emitterwiderstand
an den einen Pol der Hilfsspannungsquelle angeschlossen, der Kollektor des ersten
Transistors über einen Kollektorwiderstand mit dem anderen Pol der Hilfsspannungsquelle
verbunden ist, bei der ferner zwischen dem einen Pol der Hilfsspannungsquelle und
dem Kollektor des ersten Transistors ein aus zwei Teilwiderständen bestehender weiterer
Spannungsteiler liegt, mit dessen Abgriff die Basis des zweiten Transistors verbunden
und dessen Kollektor-Emitter-Strecke mit der Steuerwicklung eines Schaltrelais in
Reihe geschaltet ist.
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Zur Vermeidung von gippschwingungen kann es außerdem zweckmäßig sein,
daß der erste Transistor über einen, mit seiner Basis an den Meßkondensator und
den Parallelwiderstand angeschlossenen Vortransistor gesteuert ist, wobei die Basis
des ersten Transistors mit dem über einen weiteren Emitterwiderstand an den einen
Pol der Hilfespannungequelle angeschlossenen Emitter des Vortransistors und der
Kollektor des ersten Transistors mit dem Kollektor des Vortransistors verbunden
ist. Die Ansprechzeit des Spannungsrückgangs-Zeitrelais kann mit Hilfe eines einstellbaren
gemeinsamen Emitter-Widerstandes verändert werden.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeiapiels wird
der Gegenstand der Erfindung nachfolgend naher beschrieben.
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Es zeigt: Fig. 1 ein Blockschaltbild des Spannungsrückgangs-Zeitrelais
nach der Erfindung, Fig. 2 ein Schaltbild des Spannungsrückgangs-Zeitrelais nach
der Erfindung.
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In Fig. 1 ist mit Uist eine Istwertquelle und mit Usoll eine Sollwertquelle
für die Meßspannung bezeichnet, die beide mit den Eingängen eines Integriergliedes
1 verbunden sind. Der Ausgang des Integriergliedes ist mit dem Eingang eines Sclnvellwertgljedes
3 verbunden, das über seinen Ausgang ein Relais Re
beeinflußt, dessen
Kontaktglied 2 in einem Schaltkreis angeordnet ist. Dss,Integrierglied 1 und das
Schwellwertglied 3 werden von einer Hilfsspannungsquelle UHilf gespeist.
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Bei dem Schaltbild nach Fig. 2 ist an die Wechselspannungspole einer
Gleichrichterbrücke G eine Meßspannung UM angelegt. Am Gleichepannungsausgang dieser
Gleichrichterbrücke G ist die Reihenschaltung eines einstellbaren Widerstandes R1
und eines Emitterwiderstandes R3 und ein zu dieser lteihenschaltung parallelliegender
Glattungskondensator C1 angeschlossen. Über eine Entkopplungsdiode Dl ist ferner
ein als Hilfsspannungsquelle dienender Kondensator C2 an den Gleichspannungsausgang
der Gleichrichterbrücke G angeschlossen. Zu diesem Kondensator C2 ist eine Zenerdiode
Z1 und ein mit dieser in Reihe liegender Reihenwiderstand R4 parallelgeschaltet.
Der gemeinsame Verbindungspunkt a des einstellbaren Widerstandes Rl und des Emitterwiderstandes
R3 ist mit dem Emitter eines Steuertransistors Tl verbunden, dessen Basis an die
Kathode der Zenerdiode Z1 angeschlossen ist. Mit seinem Kollektor ist der Steuertransistor
T1 über ein aus einem Meßkondensator C3 und einem Parallelwiderstand R2 gebildetes
Integrierglied an den mit der Entkopplungsdiode D1 verbundenen ersten mit + bezeichneten
Anschlußpol des als Hilfsspannungsquelle dienenden Kondensators C2 angeschlossen.
Desgleichen sind an diesen ersten Anechlußpol über einen gemeinsamen einstellbaren
Emitterwiderntand R6 die Emitter eines ersten und zweiten Transistors T3 und T4
einer bistabilen Transißby-Kippstufe angeschlossen. Uber einen Kollektorwiderstand
R7 ist der erste Transistor T3 mit dem zweiten mit - bezeichneten Anschlußpol des
Kondensators C2 verbunden. Ein aus zwei Teilwiderständen R8 und R9 bestehender Spannungsteiler
liegt zwischen dem ersten Anschlußpol des Kondensators C2 und dem Kollektor des
ersten Transistors T3. Am Abgriff dieses Spannungsteilers ist die Basis des zweiten
Transistors T4 angeschlossen, der mit seiner Kollektor-Rmitter-Strecke mit der Steuerwicklung
eines Schaltrelais Re in Reihe geschaltet ist. Zu der Steuerwicklung ist eine Freilaufdiode
D2 parallelgeschaltet. Über ein als Schließer ausgebildetes Kbntaktglied rl schaltet
das Schaltrelais einen Verbraucher V. Zur Vermeidung von Kippechwingungen ist dem
ersten Transistor T3 der Transistor-Kippetufe ein Vortransistor T2
zugeordnet.
Die Basis des ersten Transistors T3 ist mit dem über einen weiteren Emitterwiderstand
R5 an den ersten Anschlußpol des Kondensators C2 angeschlossenen Emitter des Vortransistors
T2 verbunden. Desgleichen sind der Kollektor des ersten Transistors T3 und der Kollektor
des Vortransistors T2 miteinander verbunden. Die Basis des Vortransistors T2 ist
an den Kollektor des Steuertransistors 21 angeschlossen.
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In der durch den einstellbaren Widerstand Rl und den Emitterwiderstand
R3 sowie die Reihenschaltung des Reihenwiderstandes R4 und der Zenerdiode Z1 gebildeten
Brücke wird durch die Zenerspannung der Zenerdiode Z1 in dem einen Brückenzweig
eine feste Sollspannung vorgegeben. In dem anderen Brückenzweig kann durch den einstellbaren
Widerstand R1 ein bestimmter Istwert eingestellt werden. Solange die Spannung an
dem Emitterwiderstand R3 höher als die Zenerspannung der Zenerdiode Z1 ist, bleibt
der Steuertransistor T1 gesperrt und der Meßkondensator C3 wird nicht aufgeladen.
Sinkt die angelegte Meßspannung UM und damit die Istspannung am Emitterwiderstand
R3 soweit ab, daß sie kleiner als die durch die Zenerspannung der Zenerdiode Z1
vorgegebene Sollspannung ist, wird der Steuertransistor Ti aufgeateuert und der
Meßkondensator C2 aufgeladen. Die Stärke der Aufladung hängt von der Größe der Differenz
zwischen der Sollspannung und der am Emitterwiderstand R3 anliegenden Istspannung
ab. Sobald am MeßkondeA-sator C3 die Ansprechepannung der Transistor-Kippstufe erreicht
ist, wird der Vortransistor T2 und über diesen der erste Transistor 23 durchgesteuert.
Dadurch wird das Emitterpotential des zweiten Transistors T4 gegenüber dem Potential
seiner Basis negativ, so daß der zweite Transistor T4 sperrt. Das Schaltrelais Re
fällt ab und unterbricht mittels seines Kontaktgliedes rl den Stromkreis des Verbrauchers
V.
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Der Aufladestrom des Kondensators wird proportional zum Absinken dor
Moßspunnung gesteuert, (l.h. bei einem utultktfn Al)uLrlken der Meßspannung erhält
der Kondensator einen hohen Ladeatrom und seine Spannung erreicht damit schon nach
sehr kurzer Zeit den Ansprechwert der Transistor-Kippstufe, dagegen ist bei einem
weniger starken Absinken der Meßspannung der Ladestrom entsprechend kleiner und
die Zeit bis zum Erreichen des Ansprechwertes
länger. Somit hängt
die Abschaltzeit des Spannungsrückgangs-Zeitrelais nach der Erfindung von der Größe
des Spannungsrückganges ab.
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Durch den Parallelwiderstand R2 wird eine durch den Leckstrom des
Steuertransistors T1 mögliche Aufladung des Meßkondensators C3 auf einen niedrigen
Wert begrenzt. Außerdem kann sich der Meßkondensator C3 über den Parallelwiderstand
R2 entladen, wenn infolge eines vorübergehenden Spannungseinbruches eine Teilaufladung
des Meßkondensators erfolgt ist, ohne daß der Ansprechwert der Transistor-Kippstufe
erreicht wurde.
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Wenn das Spannungsrückgangs-Zeitrelais über einen Gleichrichter an
eine Meßwechßelspannung angeschlossen wird, ist wegen der Wel ligkeit der gleichgerichteten
Meßspannung ein Glättungskondensator notwendig, um ein Ansprechen des Relais infolge
der Welligkeit zu vermeiden. Die Kapazität des Glättungskondensators soll so bemessen
sein, daß die Spannung am Glttungsk'ondensator möglichst schnell irgendwelchen Änderungen
der Meßspannung folgt.
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Der Kondensator C2 hat die Aufgabe, bei einem Absinken der Meßspannung
für den zweiten Schaltungsteil 20, der aus dem Parallelwiderstand R2 dem Meßkondensator
C3, dem Spannungsschwellwertglied 3, der Reihenschaltung des Reihenwiderstandes
R4 mit der Zenerdiode Z1 und dem Sohaitrelais Re beßtehtf die Vereorgungsspannung
zu liefern. Er ist daher durch die Entkopplungsdioae Dl von dem durch die Meßspannung
beeinflußten, aus dem einstellbaren Widerstand R1, dem Emitterwiderstand R3 und
dem Glättungskondensator C1 bestehenden ersten Schaltungsteil 10 entkoppelt.
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Anstelle des Kondensators C2 kann beispielsweise auch eine Gleichspannungsquelle
eingesetzt werden. Die Entkopplungsdiode kann dann entfallen, wenn die Schaltung
an dieser Stelle aufgetrennt wird.
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Anstelle der bistabilen Transistor-Kippstufe kann auch ein anderes
Spannungsschwellwertglied, wie z.B. ein Unijunction-Transistor oder programmierbarer
Unijunction-Transistor unter entsprechender Anpassung der Schaltung verwendet werden.
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Weiterhin besteht die Möglichkeit, anstelle der Zenerdiode Z1 und
des Reihenwiderstandes R4 eine die Sollwertspannung liefernde Gleichspannungsquelle
mit der Basis des Steuertransistors Tl zu verbinden.
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10 Patentunsprüche 2 Figuren