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Schaltungsanordnung für Drehspulrelais mit Kontaktdruckverstärkung
Drehspulrelais, die bei Umkehr der Stromrichtung sehr empfindlich ansprechen sollen und bzw. oder einen bestimmten Schwellwert eines Gleichstromes oder gleichgerichteten Wechselstromes zu überwachen haben, entwickeln bekanntlich beinur geringfügiger Überschreitung ihresAnsprechwertes nurrecht kleinen Kontaktdruck, der häufig nicht zur einwandfreien schlagartigen Betätigung eines naehgeschalteten Hilfsrelais od. dgl. ausreicht.
In solchen Fällen muss dann eine Kontaktdruckverstärkung durchgeführt werden, die bei den bisher bekannten Anordnungen in der Weise erzielt wird, dass man dem Messstrom in der Spule des Drehspulrelais vom Augenblick der Kontaktgabe an einen Zusatzstrom überlagert, der in gleicher Richtung wie der Messstrom fliesst. Dieser Zusatzstrom wird einer Fremd-Stromquelle entnommen - in der Regel der Stromquelle eines nachgeschaltetenAuslöse-Hilfsrelais oder eines andern Verbrau- chers -, die dann beispielsweise über den Kontakt des Drehspulrelais bei dessen Schliessung mit der Messspule verbunden wird, so dass Messkreis und Verbraucherkreis galvanisch gekoppelt sind (Hauptstromeffekt).
Es sind aber auch Anordnungen bekannt, bei denen diese galvanische Kopplung vermieden wird, indem man den Zusatzstrom einer zweiten Wicklung zuführt. Bei einer dieser bekannten Anordnungen ist beispielsweise die das kontaktdruckverstärkende Zusatzdrehmoment erzeugende zweite Wicklung in den durch den Drehspulkontakt geschlossenen Stromkreis des nachgeschalteten Hauptrelais eingeschaltet. Es fliesst damit gleich vom ersten Augenblick der Schliessung des Drehspulkontaktes an der Strom des Hauptrelais auch über die Zusatzwicklung und erzeugt dort das erforderliche Zusatzdrehmoment. Die kontaktdruckverstärkende Wirkung wird nach erfolgtem Ansprechen des Hauptrelais dann sofort wieder aufgehoben, indem ein diesem Relais zugeordneter und ebenfalls in den Stromkreis der Zusatzwicklung eingeschalteter Ruhekontakt geöffnet wird.
Um dabei ein gleichzeitiges Abfallen des Hauptrelais zu verhindern, solange der Drehspulkontakt noch geschlossen ist, kann man für das Hauptrelais einen Selbsthaltestromkreis vorsehen, in den der Drehspulkontakt einzubeziehen ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, an Stelle des Ruhekontaktes einen dem Relais zugeordneten Arbeitskontakt zu verwenden, der in diesem Fall nicht direkt in den Stromkreis der zweiten Wicklung eingeschaltet sondern dieser Wicklung parallelgeschaltet ist.
Die Nachteile dieser Lösungen bestehen darin, dass für die Zusatzwicklung auch zusätzliche Stromzuführungsfedern und zusätzlicher Wickelraum auf dem Spulenrähmchen erforderlich sind.
Bei einer andern viel verwendeten bekannten Anordnung werden Messkreis und Verbraucherkreis über eine Systemfeder und einen Vorschaltwiderstand bei Schliessung des Relaiskontaktes galvanisch gekoppelt ; der dann über diese beiden Kreisen gemeinsamen' < opplungsglieder fliessende Fremdstrom ist dem Messstrom entgegengerichtet und erzeugt einen Spannungsabfall, der einen Zusatzstrom in der Wicklung der Drehspule des Relais zur Folge hat (Shuntierungseffekt). Alle diese bekannten Massnahmen sind nun nicht anwendbar bei Relais-Anordnungen, die ein sehr gutes Rückfallverhältnis haben sollen, weil der zur Kontaktdruckverstärkung dienende Zusatzstrom das von Haus aus sehr gute Rückfallverhältnis des Drehspulrelais stark beeinträchtigt.
Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung mit Drehspulrelais, bei der vom Beginn der Kontaktschliessung an ein zusätzlicher Strom im Sinne einer Kontaktdruckverstärkung wirksam wird und ein nachgeordnete, vorzugsweise zur Schaltung des eigentlichen Verbraucherstromkreises dienendes Hilfsrelais so ausgeführt und geschaltet ist, dass es nach seiner erfolgten Betätigung über ihm zugeordnete Kontakte den kontaktdruckverstärkenden Strom sofort ganz oder teilweise unterbricht und sich gleichzeitig selbst hält, bis es nach Unterschreiten des Haltestromwertes des Drehspulrelais zum Abfall gebracht wird.
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findungsgemäss ist hiebei das Drehspulrelais von normaler Bauart mit nur einem einzigen Kontaktarm. und nur einer einzigen Wicklung ohne Anzapfung, welche sowohl vom zu messenden bzw. zu überwachenden Strom als auch vorübergehend während des Schaltvorganges von dem überlagerten kontaktdruckverstär- kenden Zusatzstrom durchflossen wird. Die Kontaktdruckverstärkung braucht dabei nicht notwendigerweise
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spulrelais D mit dem Kontakt d soll den Strom i überwachen. Bei Überschreitung eines vorgegebenen Wertes, der beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Gegenfeder in an sich bekannter Weise einstellbar sein kann, bewegt sich der Kontakt d gegen den rechten Anschlagkontakt.
Damit kommt nunmehr ein Strom i'von Plus über die Kontakte h, d, die Drehspulwicklung D, den Kontakt h und die Arbeitswick- lung des Hilfsrelais H. zurück nach Minus zustande. Dieser Strom i'durchfliesst die Drehspulwicklung im gleichen Sinn wie der zu überwachende Strom i und ergibt somit vom ersten Moment der Kontaktgabe an eine erheblicheKontaktdruckverstärkung, die in jedem Fall zu einem sicheren Anziehen des nachgeschal-
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von Plus über den Kontakt h und einen gegebenenfalls vorgesehenen"Sparwiderstand"R zustande kommt.
Durch das Öffnen des Kontaktes h2 wird die Drehspule D nun wieder nur noch von dem zu überwachenden Strom i durchflossen. Das Drehspulrelais D kann jetzt also wieder ire Rahmen seines von sich aus sehr guten Rückfallverhältnisses dem Strom i ungehindert folgen. Bei nur geringfügigem Absinken des Messstromes i unter den eingestellten Ansprechwert bzw. unter den Rückfallwert schlägt der Kontakt d wieder auf die linke Kontaktseite zurück. Damit kommt nunmehr ein zusätzlicher Strom i"zustande, der über den Kontakt h1'die Drehspule D, den Kontakt d, den inzwischen vorbereiteten Abwurfkontakt h3 und die Abwurfwicklung von H fliesst.
Dieser Strom i" fliesst im entgegengesetzten Sinne durch die Drehspulwicklung als vorher beim Ansprechen der Strom i*. Es ergibt sich jetzt also eine entsprechende Druckverstärkung auf der anderen Kontaktseite, so dass das Hilfsrelais H mit Sicherheit wieder abgeworfen wird. Das Hilfsrelais H folgt also einwandfrei und schlagartig jedem Stellungswechsel des Kontaktes d von links
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weitere Stromkreise in Abhängigkeit von dem zu überwachenden Strom i mit grosser Sicherheit steuern, wobei das dem Drehspulrelais D eigene sehr gute Rückfallverhältnis ohne Beeinträchtigung durch die Kontaktdruckverstärkung zur Wirkung kommt.
Da in der Regel ein Drehspulrelais meistens in Verbindung mit einem nachgeordneten Hilfsrelais verwendet wird, ist es in solchen Fällen nur notwendig, dieses Hilfsrelais mit entsprechenden zusätzlichen Kontakten und einer Abwurfwicklung zu versehen. Der"Sparwider- stand" R dient zur Herabsetzung der von der Arbeitswicklung H nach dem Ansprechen aufgenommenen Dauerleistung. Wo eine solche Verringerung nicht notwendig ist, kann die Schaltung natürlich entsprechend vereinfacht werden. Der Selbsthaltekontakt h1 braucht dann nur als Schliesser ausgebildet zu sein und der Widerstand R kann fortfallen.
Eine weitere Vereinfachung ist unter bestimmten Bedingungen dadurch möglich, dass man den Schliesser h3 vor der Abwurfwicklung weglässt. In diesem Fall ist beim gezeichneten Normalbetriebszustand die Drehspule D durch die Reihenschaltung der Anzugs-und Abwurfwicklung des Relais H shuntiert, so dass ein Teil des zu überwachenden Stromes i über diesen Nebenpfad fliesst. Wenn der Widerstand des Nebenweges genügend gross gegenüber dem der Drehspule ist, kann dieser Effekt vernachlässigt werden. Andernfalls ist es aber auch möglich, die Eichung des Drehspulrelais unter Einbeziehung der Shuntierung vorzunehmen. so dass dessen Arsprechgenauigkeit keine Einbusse erleidet.
Das natürliche Rückfallverhältnis Wird jedoch dem Grade der Shuntierung entsprechend ungünstiger, da der Nebenweg nach dem Abheben des Kontaktes d vom linken Gegenkontaktunterbrochen ist und die Wicklung dann den vollenstrom i führt. Dies hat übrigens in sehr erwünschter Weise eine zusätzliche Beschleunigung des Kontaktes d zur Folge, wenn dieser beim Ansprechen zunächst den linken Gegenkontakt verlassen hat.
Wenn der vom Hilfsrelais benötigte Strom i'bzw. i" besonders gross ist gegenüber dem zu überwachenden Strom i, kann man zur Begrenzung des bei der Kontaktdruckverstärkung auftretenden Drehmomentes in der gestrichelt eingezeichneten Weise zwei Gleichrichter in Antiparallelschaltung als nicht linearen Shunt für das Drehspulrelais vorsehen, der in erwünschter Weise praktisch erst oberhalb des Kennlinienknicks der Gleichrichtercharakteristik wirksam wird.
In besonders wichtigen oder gefährdeten Anlagen wird häufig eine Relais-Anordnung verlangt, die in Ruhestromschaltung arbeitet. Eine solche Anordnung soll nicht nur wirksam werden, wenn der zu überwachende Strom i einen bestimmten Schwellwert überschreitet, sondern auch dann, wenn der Hilfsstrom-
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regt, während bei negativem Vorzeichen das Hilfsrelais H anspricht. Dabei kommt ein in der Mitte an- gezapfter Spannungsteiler R für eine vorzeichengerechte Hilfsgleichspannung zur Betätigung der Hilfsrelais mit Kontaktdruckverstärkung durch Hauptstromeffekt zur Anwendung.
Schliesst sich beispielsweise der Kontakt d nach rechts, so wird das Hilfsrelais T erregt, u. zw. vom Pluspol aus über den Kontakt tow dite linke Hälfte des Widerstandes R, die Wicklung D und die Kontakte d, t1 und h2 zum Minuspol. Der vom Hilfsrelais T aufgenommene Strom fliesst dabei in der gleichen Richtung wie der Strom i durch die Wicklung D und ergibt somit eine kräftige Kontaktdruckverstärkung durch Hauptstromeffekt. Das Hilfsrelais T wird also einwandfrei und schlagartig betätigt, so dass es seinen Wechsler t umlegt und sich nunmehr selbst hält. Gleichzeitig ist damit der kontaktdruckverstärkende Zusatzstrom über die Wicklung D unterbrochen, und der Kontakt d ist wieder frei beweglich.
Der Öffner t3 schaltet den Spannungsteiler R ab, so dass hier kein dauernder Verbrauch auftritt. Wo dieser Verbrauch nicht stört, können aber auch die Kontakte t3 und h fortfallen. Wechselt nun das Vorzeichen des Stromes i, so legt sich der Kontakt d nach links und erregt das Hilfsrelais H vom Pluspol über die Kontakte t,h und d, die Wicklung D, die rechte Hälfte des Widerstandes R und den Kontakt h zum Minuspol. Dabei fliesst der vom Relais H aufgenommene Strom von rechts nach links durch die Drehspule und ergibt dementsprechend auch eine nach links gerichtete Kontaktdruckverstärkung. Das Relais H wird also sicher erregt und hält sich selbst über den Kontakt h1 bei gleichzeitiger Abschaltung des kontaktdruckverstärkenden Stromes.
Der mit kurzzeitiger Unterbrechung umschaltende Wechsler h2 bringt dabei das Relais T wieder zum Abfallen, während der Kontakt h3 den Spannungsteiler R jetzt von der anderen Seite her abschaltet. Die Ruhe-Wischkontakte h2 und t2 unterbrechen nur beim Ansprechen, dagegen nicht beim Abfallen.
Die Schaltung nach Fig. 6 arbeitet also in der Weise, dass je nach Vorzeichen des zu überwachenden Gleichstromes immer eines der beiden Hilfsrelais H oder T erregt ist. Nur bei ausserordentlich kleinen Gleichströmen, die unterhalb der Ansprechgrenze des sehr empfindlichen und weitgehend richtkraftlosen Drehspulrelais D liegen oder bei völliger Stromlosigkeit kann sich der Kontakt d auch einmal in dar gezeichneten Mittelstellung befinden. Es ist dann je nach Vorgeschichte immer das zuletzt betätigte Hilfsrelais im Ansprechzustand. Natürlich kann man auch durch mechanische Vorjustierung des Kontaktes d nach rechts oder links dafür sorgen, dass bei einem Strom i = 0 immer ein ganz bestimmtes Hilfsrelais anspricht, wenn dieses aus betrieblichen Gründen gewünscht oder gefordert wird.
Die Ansprechempfindlichkeit des Drehspulrelais erleidet dadurch nur eine äusserst geringe Einbusse.
Fig. 7 zeigt die Prinzipschaltung eineshoch überlastbaren Überstromrelais für Wechselstrom. Die besonders hoheüberlastbarkeit ist einmal durch den vorgeschalteten Sättigungswandler erreicht, zum andern durch einen parallel zur Drehspule D und zum Kontaktdruckverstä. rkungswiderstand Rv liegenden Shunt- gleichrichter 0 Gs. Ein solches Relais hat-an den Primärklemmen des Sättigungswandlers gemessen-einen Verbrauch von weniger als 0, 002 VA beim kleinsten einstellbarenAnsprechstrom und von weniger als 2 VA beim hundertfachen Wert dieses Stromes. Durch entsprechende Wahl der primären Windungszahl können die Einstellbereiche weitgehend dem jeweiligen Verwendungszweck angepasst werden.
Das Relais verträgt dauernd den hundertfachen Wert des kleinsten Ansprechstromes.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung interessiert hier besonders die Schaltung zur Kontaktdruckverstärkung, die sowohl beim Ansprechen als auch beim Abwerfen des nachgeschalteten Hilfs- relais H im jeweils richtigen Sinne wirksam wird und nur einen einzigen Wechsler h zum Absteuern des Hilfsrelais bzw. des Drehspulsystems benötigt. Beim Überschreiten des eingestellten Ansprechstromes bewegt sich der Drehspulkontakt d nach oben und betätigt das Hilfsrelais H vom Pluspol über den Kontakt d, den Widerstand Rv und den Kontakt h zum Minuspol. Hiebei entsteht am Widerstand Rv ein zusätzlicher Spannungsabfall, der einen den Kontaktdruck verstärkenden Strom über die Wicklung D und die Gleichrichteranordnung G zur Folge hat. Damit wird das Relais H einwandfrei erregt, so dass es seinen Wechsler h umlegt.
Hiedurch ergibt sich Selbsthaltung über den Kontakt h und den Widerstand R, und die Kontaktdruckverstärkung verschwindet infolge des jetzt bestehenden Kurzschlusses des Widerstandes Rv und des Kontaktes d durch den Schliesser h.
Das Drehspulrelais ist also wieder frei beweglich und kann seinen Kontakt d schon bei geringfügigem Absinken des Stromes J wieder in die gezeichnete Normallage zurückstellen. Dabei wird die Abwurfwicklung des Relais H erregt, u. zw. vom Pluspol über den Kontakt h, den Widerstand Rv und den Kontakt d. Es entsteht jetzt am Widerstand Ry ein zusätzlicher Spannungsabfall in umgekehrter Richtung, der nunmehr über den Gleichrichter Gs und die Wicklung D einen Zusatzstrom zur Folge hat, der den Kontaktdruck für den Abwurf verstärkt und zum einwandfreien schlagartigen Abfall des Relais H führt, womit der ursprüngliche Normalzustand wieder hergestellt ist.
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