DE2143591C3 - Betätigungskreis zum verzögerten Ansprechen eines elektromagnetischen Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Betätigungskreis zum verzögerten Ansprechen eines elektromagnetischen Relais, bei dem die mit einer Gleichspannungsquelle verbundene Relaisspule in Reihe mit einem Schaltelement mit negativer Widerstandscharakteristik und dem Emitter und Kollektor eines Transistors liegt.

Es ist ein Betätigunpskreis dieser Art bekannt, der zur unverzögerten Einschaltung eines Relais dient. Das halbleitende Schaltelement mit negativer Widerstandscharakteristik liegt hierbei auf der Kollektor·- seite des Transistors. Infolgedessen kann die Kondensatorladung während des Aufladens teilweise über das Halbleiterelement abfließen.

Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein verzögertes Anziehen des elektromagnetischen Relais mit einfachen Mitteln zu erreichen. Dies gelingt, ausgehend von der bekannten Schaltung nur dann, wenn das halbleitende Schaltelement nicht auf der Kollektorseite, sondern auf der Emitterseite des Transistors eingefügt wird. Nur dadurch ist gewährleistet, daß dis Kondensatorladung während des Aufladens nichi teilweise über das Halbleiterelement abfließen kann und daß nach dem Zusammenbruch der Spannung am Halbleiterelement der Transistor dank der Verstärkungswirkung ruckartig völlig geöffnet wird. Man er hält so eine langzeitige Verzögerung mit präzisem Einschaltzeitpunkt.

Es ist ein Be;ü!:gungskreis zum verzögerten Erregen eines Relais allgemein bekannt, bei dem ein Kon densatur über einen Widerstand auf eine bestimmte Spannung aufgeladen wird, die durch ein Schaltelement mit negativer Widerstandscharakteristik bestimmt wird. Als solches Schaftelement kann beispielsweise eine unilaterale oder bilaterale Silizium-Schaltdiode, eine symmetrische Schaltdiode od. dg! dienen. Dieser Betätigungskreis hat die Eigenschaft daß im Betrieb eine Schnappwirkung eintritt und das Relais ohne die Verwendung von Relaiskontakter selbsthaltend ist.

Zum Verständnis dieses bekannten Betätigung kreises sei auf die F i g. 1,2 und 4 der Zeichnung hingewiesen. Es zeigt

Fig. 1 die Charakteristik eines Schaltelements,

Fig. 2 die Schaltungsanordnung eines herkömmlichen Verzögerungsrelais,

Fig. 4 ein Diagramm des Spannungsverlaufs arr Kondensator des zur Festlegung der Verzögerungszeil vorgesehenen Kreises in Abhängigkeit von der Zeit

Aus der in Fig. 1 dargestellten Strom-Spannungs charakteristik eines der oben erwähnten Schaltele mente mit negativer Widerstandscharakteristik geh hervor, daß das Schaltelement zündet, wenn die ar ihm anliegende Spannung zunimmt und schließlid den Zündungswert V₁ erreicht. Fließt auch nach derr Zündvorgang durch das Schaltelement ein Strom, dei Jen Halt_strom l_h übersteigt, dann bleibt das Schalt element in seinem leitenden Zustand. In diesem Fallt ist der Spannungsabfall in dem Schaltelement V₁. Da: Schaltelement kann aber nur dann in den leitender Zustand kommen, wenn unmittelbar vor seiner Zün dung der es durchfließende Strom mindestens den Zündstrom I₁ entspricht.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltungsanordnunj für ein Verzögerungsrelais der herkömmlichen Art is ein solches Schaltelement verwendet. Die Bauele mente dieser Schaltungsanordnung umfassen eii Schaltelement Q, eine Relaisspule X, zwei Diodei D₁ und D₂, einen Widerstand R₁ und die die Verzöge rungszeit bestimmenden Bauelemente, nämlich einei Widerstand R, und einen Kondensator C₁, sowie zwe Gleichspannungsquellcn E₁ und E₂. Die Spannung E ist höher als die Zündspannung V₁ des Schaltelemen tes und der Widerstand R, und der Kondensator C liegen mit dieser Spannungsquelle E, in Reihe. De Widerstand A₁, die Diode D₂ und das Schaltele ment Q liegen parallel zu'dem Kondensator C₁. Di< Relaisspule X, die Diode D₁ und das Schaltele ment Q liegen parallel zur Spamiungsquelle E₂, derei Spannung geringer ist als die Zündspannung V_s.

Sobald die Spannungsquelle eingeschaltet ist, steig die Spannung an dem im Verzögerungskreis liegendei

Kondensator C, fortwährend an. Sobald die Spannung V_c an dem Kondensator die Höhe der Zündspannung V_i des Sehaltelementes Q erreicht hat, zündet dieses und betätigt auch das Relais X. Gleichzeitig entlad; sich aber der Kondensator C₁ über den Widerstand R₁, die Diode D₂ und das Schaltelement Q.

Bei einem Verzögerungsrelais der beschriebenen Art treten folgende Probleme auf:

a) Sollte der Reststrom I₁ unmittelbar vor der Zündung des Schaltelements groß sein, dann fließt dieser Sirom über den Widerstand R, des Verzögerungskreises und bewirkt einen höheren Spannungsabfall an diesem. Dies führt aber dazu, daß die Spannung an dem Kondensator C, nicht bis zu dem gewünschten Wert ansteigt und daher auch das Schaltelement nicht gezündet werden kann. Hierdurch könnte also ein Betriebsausfall bedingt werden. Man darf daher den Widerstand R₁ nicht zu hoch wählen. Dies hat aber zur Folge, daß auch keine lange Verzögerungszeiten erwartet werden können und daß nur solche Schaltelemente verwendbar sind, deren Reststrom I₁ sehr kicin ist.

b) Das Schaltelement Q muß in seinem leitenden Zustand durch einen kontinuierlichen Strom, der hauptsächlich von der Spannungsquelle E₂ geliefert wird und größer als der Haltestrom I_h ist, gehalten werden. Ist die Spannung der Spannungsquelle E₁ aber stark wellig, kann dieser Strom gelegentlich unter dem Wert des erforderlichen Haltestroms I_k liegen. Dies führt aber dazu, daß das Schaltelement Q nicht mehr leitet und das Relais zum Abschalten veranlaßt.

c) Wird die Spannungszufuhr zur Zeit I₂ (s. Fig. 4), d.h. vor Ablauf der normalen Verzögerungszeit r,, aus einem beliebigen Grund während des Aufladevorgangs des Kondensators C₁, wenn das Schaltelement Q noch nicht gezündet hat, unterbrochen, dann bleibt die Spannung V_c des Kondensators C, erhalten, da dessen Ladung nicht abfließen kann. Dies ist durch die gestrichelte Gerade in Fig. 4 angedeutet. Wird aber anschließend die Spannung wieder erneut eingeschaltet, dann beginnt der Schaltvorgang nach einer Zeitspanne, die kurzer als die normale Verzögerungszeit r, ist.

d) Wird die Spannung zu einem Zeitpunkt /„ also nach der normalen Verzögerungszeit, unterbrochen, dann kann die Spannung V_t des Kondensators C₁ nicht durch Entladung des Kondensators unter den Wert der Summe aus dem Durchlaßspannungsabfall der Diode D₂ und dem Durchlaßspannungsabfall V₁ des Schaltelemerts abfallen, wodurch ebenfalls die Verzögerungszeit beeinflußt wird.

e) Es ist ferner von Nachteil, daß die Spannung der Spannungsquelle E₁ größer als die Spannung V₅ des Schaltelemente Q größer als die Spannung der SpannungsqiKllc E₂ sein muß und überhaupt zwei Spannungsquellen notwendig sind. Ferner kann auch die Steuerspannung des Relais nicht größer gemacht werden.

Der erfindungsgemäße Betätigungskreis mit den im Anspruch 1 aufgezeigten Merkmaien ist von diesen Nachteilen frei. Er ermöglicht eine langzeitige Anzugsverzögerung und ist auch bei hohem Reststrom des Schaltelements mit negativer Widerstandscharakteristik noch funktionsfähig. Auch wenn die Spannungszufuhr während der Verzögerungsseit unterbrochen wird, entlädt sich der Kondensator rasch, so daß der Zeitablauf des nachfolgenden Arbeitsvorganges nicht mehr beeinflußt wird. Ferner ist der Betätigungskreis gegen Spannungsschwankungen weitgehend unempfindlich.

Nachstehend werden einige Beispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt F i g. 3 eine Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Verzögerungsrelais,

Fig. 5 ein Diagramm des Spannungsverlaufs am Kondensator des Verzögerungskreises in Abhängigkeit von der Zeit,

ίο F i g. 6 eine dem indem erfindungsgemäßen Verzögerungsrelais verwendeten Schaltelement entsprechende Schaltungsanordnung,

Fig. 7 eine weitere Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Verzögerungsrelais.

is Bei der in Fig. 3 gezeigten Schaltungsanordnung eines erfindungsgemäßen Verzögerungsrelais ist zur Festlegung der Zeitkonstanten ein mit einem Kondensator C₁ in Reihe liegender Widerstand R, vorgesehen, die beide parallel zu einer Gleichspannungs-

ao quelle E liegen. An der Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand R₁ und dem Kondensator C₁ liegt die Basis eines ersten Transistors T₁, dessen Kollektor über einen Widerstand Λ, mit dem positiven Pol der Spannungsquelle und über einen Widerstand R₂ niit

»5 dem negativen Pol dieser Spannungsquelle verbunden ist. Der Emitter dieses Transistors T₁ ist über den Widerstand Rj mit der Basis eines zweiten Transistors T₁ verbunden. Eine Relaisspule X liegt zwischen dem Kollektor des Transistors T₂ und dem positiven Pol der Spannungsquelle. Der Emitter des Transistors T₁ ist mit der Anode eines drei Zuleitungen aufweisenden Schaltelements Q von negativer Widerstandscharakteristik verbunden.

Die Kathode des Schaltelements Q liegt an dem negativen Pol der Spannungsquelle. Ein Kondensator liegt zwischen dem Gitter des Schaltelements Q und der Basis des Transistors T₁.

Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen:

Nach Anlegung der Spannung lätft sich der Kondensator C₁ auf, sobald seine Spannung V₁ den Wert der Zündspannung V₁ des Schaltelements Q erreicht hat, schließt das Schaltelement den Stromkreis über Basis und Emitter der Transistoren T₁ und T₁. Der Basisstrom fließt in den Transistoren T_x und T₁. Diese werden also leitend und betätigen das Relais X.

Die erfindungsgemäße Schaltung hat folgende Merkmale:

a) Auch im Falle eines hohen Reststromes I₁ des Schaltelements β fließt auf Grund der Verstärkungswirkung des Transistors nur der Basisstrom geteilt durch einen jeweiligen Verstärkungsfaktor. Der durch den Widerstand R₁ fließende Strom entspricht dem Basisstrom. Der Hauptanteil des Reststromes I₁ fließt durch die Relaisspule X, während nur ein kleiner Stromanteil durch den Widerstand R, fließt. Die Folge davon ist, daß der Reststrom /, an den Widerstand R₁ keinen Spannungsabfall hervorruft und daher die Spannung V_c am Kondensator C₁ auch erheblich höher ansteigen kann, so daß kein Arbeitsausfall des Relais eintreten kann. Man kann daher auch für den Widerstand R, einen hohen Widerstandswert wählen, so daß eine große Verzögerungszeit erzielt werden kann.

b) Bei Vorliegen eines stark welligen Stromes wird die Leitfähigkeit des Schaltclements Q durch die Entladung des Kondensators C₁ aufrechterhalten und zwar auch dann, wenn der durch das Schaltelement Q flif*ßenHp Sirnm rlf»n Wi»rt rl*»c Hi»ltncfr/imi»c / lintel--

schreitet. Demzufolge geht das Schaltelement nicht in den nichtleitenden Zustand über, wenn die von der Spannungsquelle gelieferte Spannung stark wellig ist. Dies gilt auch in Fällen, bei denen es sich um eine Einweg- oder Zweiweg-gleichgerichtete Spannung handelt. Ferner gilt dies auch dann, wenn die Spannung der Spannungsquelle kurzzeitig unterbrochen wird.

c) Wird die Spannung während der Verzögerungszeit unterbrochen, d. h. zu einem Zeitpunkt f_;, der innerhalb der normalen Verzögerungszeit ι, liegt, trili eine entgegengesetzte Vorspannung zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors T₁ auf und es stellt sich zwischen einer in solcher Weise vorgespannten Basis und dem Kollektor des Transistors ein P-N-Übergang ein. Damit wird aber die Ladung des Kondensators C₁ über die Basis und den Kollektor des Transistors T₁ und den Widerstand R₂ entladen. Diese Entladung ist in Fig. 5 gestrichelt eingezeichnet. Der Widerstand A₂ beeinflußt die normale Verzögerung nicht und sorgt lediglich für eine Kompensation für die von dem Transistor T₁ ausgehaltene Spannung.

d) Wird die Spannungszuiuhr nach der Verzögerungszeit, also z. B. zur Zeit r₃, abgeschaltet, dann fließen Restladungen, die noch zu einem gelingen Teil in dem Kondensator C, verblieben sein können, vollständig über die Widerstände R₁, R₁ und i?₂ ab, wie durch die ausgezogene Entladungskurve in Fi g. 5 gezeigt ist. Besteht der Entladekreis nicht nur aus reinen ohmschen Widerständen, dann kann man natürlich keine vollständige Entladung er-varten. Der nachfolgende Verzögerungsvorgang wird aber auf jeden FaIi ganz normal verlaufen, so daß eine ausgezeichnete Zeitcharakteristik der Verzögerungszeiten erziel wird.

e) Ist die von den Transistoren T₁ und T₂ ausgehaltene Spannung ausreichend hoch, dann kann auch die Spannung der Spannungsquelle unabhängig von det Zündspannung V₁ des Schaltelements Q hoch gewählt werden.

f) Auch dann wenn eine Überspannung in der Spannungsversorgung während des Steuervorgangs

ίο auftreten sollte, kann jeder Fehlbetrieb durch den Kondensator C₁ unterbunden werden.

g) Die Transistoren T₁ und T₂ sind zweistufig gesciialtet, und der für den das Relais betätigenden Transistors T₂ benötigte hohe Basisstrom fließt über den Widerstand R₁, ohne aber direkt durch den Widerstand R, zu fließen. Hierdurch ist es möglich, einen sehr hohen Strom für die Relaisspule X zu verwenden. Darüber hinaus wird ermöglicht, ein Relais mit großer Spulenkapazität verwenden zu können, um gleichzei-

ao tig einen Widerstand R, mit sehr hohem Widerstandswert zu wählen. Selbst dann können die Transistoren T₁ und T₂ in leitendem Zustand gehalten werden. Fi g. 6 A zeigt eine einem Schaltelement mit negativer Widerstapdscharakteristik entsprechende Schal-

»5 tung und Fig. 6B das Schaltelement mit seinen Zuführungen.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Verzögerungsrelais, be: dem die Polaritäten der Transistoren und auch die des Schalt elements Q umgekehrt sind. Der Kondensator C, liegt zwischen dem Gitter und der Anode des Schaltelements Q. Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung entspricht der in Fig. 3 gezeigten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Betätigungskreis zum verzögerten Ansprechen eines elektromagnetischen Relais, bei dem die mit einer Gleichspannungsquelle verbundene Relaisspule in Reihe mi» einem Schaltelement mit negativer Widerstandscharakteristik und dem Emitter und Kollektor eines Transistors liegt, d adurch gekennzeichnet, daß das Schaltele- to ment (Q) an einer Klemme mit dem F.mitter des Transistors ( T₂) und an der anderen Klemme üoer die Gleichspannungsquelle (E) und die Relaisspule (X) mit dem Kollektor des Transistors, sowie über einen von dieser od~r einer anderen Gleichspannungsquelle aufladbaren Kondensator (C₁) mit der Basis des Transistors (T₂) verbunden ist.

2. Betätigungskreis nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis eines zweiten Transistors (T₁) mit der nicht an das Schaltelement (Q) angeschlossenen Klemme des Kondensators (C₁), der Emitter dieses Transistors mit der Basis des ersten Transistors (T₂) und der Kollektor des zweiten Transistors (T₁) mit der Verbindungs- as stelle zweier mit der Spannungsquelle in Reihe liegender Widerstände (R₁, R₂) verbunden ist.

3. Betätigungskreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des zweiten Transistors ( T₁) über einen Entladungswiderstand (R₂) mit der anderen Seite des Kondensators (C₁) verbunden ist, so daß bei Unterbrechung des Betriebs vor Beendigung der Verzögerungszeit die noch in dem Kondensator enthaltenen restlichen Ladungen über die Basis, den Kollektor und den Entladungswiderstond (R₂) abfließen können.

4. Betäiigungskreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (Q) ein halbleittndes Schaltelement mit drei Stromzuführungen ist und daß ein Kondensator (C₁) für die Aufrechterhaltung eines leitenden Zustandes des Schaltelementes zwischt υ seiner Steuerelektrode und der Basis des ersten Transistors (T₁) liegt.

5. Betätigungskreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C₁) für die Aufrechterhaltung des leitenden Zustandes des Schaltelementes (Q) zwischen der Steuerelektrode und der Anode des Schaltelementes liegt.

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