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Verfahren zur Betätigung eines Messrelais für Wechselstrom oder -spannung unter Verwendung eines Gleichstromrelais
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dann beim Unterschreiten eines bestimmten Wertes (Abfallwert) der Eingangsgrösse wieder verschwindet.
Der Ansprech-und der Abfallwert brauchen nicht gleich gross zusein, ja es darf sogar ihre Differenz schwanken. Wesentlich ist nur, dass der Ansprechwert und der Wert des Ausgangssignals konstant ist. Als Messwertumformer eignetsich im vorliegenden Fall besonders ein sogenannter Schmitt-Trigger, der im Aufbau sehr einfach und in seiner Funktion sehr zuverlässlich ist. Dieser Trigger ist in der Regel mit Transistoren bestückt, so dass der Eigenverbrauch des Messwertumformers gering bleibt.
Beim Anlegen der zu messenden Wechselspannung an den Eingang des Messwertumformers ist sein Ausgangssignal Null bzw. aufden Kollektorreststrom der eventuell verwendeten Transistoren begrenzt, solange der Maximalwert der Wechselstromamplitude den Ansprechweit des Uiggers nicht überschreitet. Sobald er ihn jedoch überschreitet, tritt am Ausgang ein konstantes Signal auf, das andauert bis der Augenblickswert des Wechselstromes den Abfallwert des Triggers wieder unterschreitet. Die Zeitdauer des Signals ist damit nicht nur vom Ansprech- und Abfallwert des Triggers, sondern auch von der Amplitude der Wechselspannung abhängig. Am Ausgang des Messwertumformers erhält man auf diese Weise eine Pulsgrösse stets gleichbleibender Amplitude, solange der Maximalwert der Wechselspannung oberhalb des Trigger-Ansprechwertes bleibt.
Das Tastverhältnis dieser Pulsgrösse verändert sich bei dem durch die Schaltung einmal festgelegten Verhältniswert von Ansprech- und Abfallwert des Triggers nur noch in Abhängigkeit von der Amplitude der Wechselspannung, u. zw. wird die Impulsbreite umso grösser, je grösser die Wechselstromamplitude ist. Da das Ausgangssignal wegen der Richtungsabhängigkeit des Messwertumformers und bei jeder positiven oder negativen Halbwelle des Wechselstromes auftritt, entspricht die Pulsfrequenz der
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amplituden stets grösser als die Pulslänge.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird nun aus dem Ausgangssignal des Messwertumformers 1 ein Gleichstromsignal konstanten Wertes abgeleitet, welches zur Betätigung des Relais über den vorgeschalteten Transistor ausreicht. Hiezu ist erst eine Umformung der Pulsgrösse in eine Rechteckwechselspannung konstanter Amplitude erforderlich, die auf dem Wege einer nachfolgenden Gleichrichtung mittels einer Gleichrichterbrückenanordnung bekannterweise eine Gleichstromgrösse ergibt, die keiner nachfolgenden Glättung durch die bekannten, eine Zeitverzögerung bewirkenden Siebmittel mehr bedarf. Zur Umformung der amAusgang des Messwertumformers 1 auftretenden Pulsgrösse ist der Impulsformer 2 vorgesehen.
Seine Schaltung ist in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt. Zum besseren Verständnis der Erfindung soll im folgenden zunächst Aufbau und Wirkungsweise des Impulsformer unter Bezugnahme auf diese Figur erläutert werden.
Der Impulsformer ist nach Art einer Wheatstoneschen Brückenschaltung aus ohmschen Widerständen aufgebaut. In drei Brückenzweigen und im Diagonalzweig sind Festwiderstände 3-6 angeordnet und in dem vierten Brückenzweig ein steuerbarer Widerstand, beispielsweise ein Transistor 7. Dieser Transistor wird zwischen seiner Basis- und seiner Emitter-Elektrode von der Ausgangsgrösse des Messwertumformers 1 gespeist. Er ist in bekannter Weise so dimensioniert, dass er im Schaltbereich arbeitet.
Infolgedessen ver- ändert sich der Wert des in einem Zweig der Brückenschaltung liegenden Emitter-Kollektor-Widerstandes dieses Transistors im Takte der Ausgangsgrösse des Messwertumformers 1 zwischen zwei Grenzwerten, die durch die minimale Kollektorspannung und den maximal zulässigen Kollektorstrom bzw. die maximal zulässige Kollektotspannung und den Kollektorstrom gegeben sind. In der Brückenschaltung nimmt daher der Punkt b gegenüber dem Punkt a jedesmal dann ein positives Potential an, wenn der Transistor 7 durch ein Signal in den leitenden Zustand gesteuert wird. Es fliesst dann jedesmal ein Strom in Richtung vom Punkt b nach Punkt a.
Im Ruhezustand, d. h. während der Pausenzeiten der Pulsgrösse am Ausgang des Messwertumformers und während der Zeitdauer, in der die Messgrösse den Ansprechwert des Triggers nicht überschreitet, ist der Punkt a gegenüber dem Punkt b der Brückenschaltung positiv und es fliesst ein Strom über den Diagonalwiderstand 6 in Richtung vom Punkt a nach Punkt b. Die Widerstände der Brückenschaltung sind nun so abgeglichen, dass der beim Aufsteuern des Transistors 7 auftretende Diagonalgleichstrom betragsmässig gleich dem im Ruhestand in umgekehrter Richtung fliessenden Diagonalgleichstrom ist.
Am Diagonalwiderstand 6 tritt demzufolge ohne jede Zeitverzögerung und nur dann eine symmetrische recht- ec1áörmige Wechselspannung auf, sobald die Amplitude der zu messenden Wechselspannung oder des -stro- mes den Ansprechwert des Triggers im Messwertumformer 1 überschreitet. Während der übrigen Zeit dagegen tritt am Diagonalwiderstand eine Gleichspannung auf, die eine Auslösung des Relais nicht bewirken darf. Aus diesem Grunde darf die am Diagonalwiderstand 6 anliegende Spannung nicht direkt gleichgerichtet und dem Relais bzw. den vorgeschalteten Transistoren zugeführt werden, sondern es muss ein geeigneter Zwischenwandler 8 vorgesehen werden. Erst die Ausgangsspannung dieses Wandlers wird nachfolgend mit Hilfe einer Gleichrichterbrüchenschaltung 9 (Fig. l) gleichgerichtet.
Am Lastwiderstand 10 des
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Gleichrichters 9 wird auf diese Weise eine Gleichspannung abgegriffen, die vollkommen geglättet ist und die nur dann auftritt, wenn die zu messende Wechselspannung ihren vorausbestimmten Wert überschreitet.
Durch diese Gleichspannung wird der nachgeschaltete Leistungstransistor 11 schlagartig so weit aufgesteuert, dass das in seinem Kollektorkreis liegende normale Gleichstromrelais 12 mit Sicherheit sofort betätigt wird.
Durch die Verwendung elektronischer Schaltelemente in der erfindungsgemässen Messrelaisanordnung ist praktisch sichergestellt, dass die Eigenverzögerung des verwendeten elektromagnetischen Relais nicht vergrössert wird. Die maximale durch die Schaltung selbst bedingte Verzögerungszeit ist nicht grosse : als die Perlodenzeit der zu messenden Wechselspannung. In solchen Fällen, wo dieses nicht ausreicht, kann man die maximale Verzögerungszeit in einfachster Weise auf die Halbperiodenzeit der zu messenden Wechselspannung herabdrücken, wenn man zunächst beide Halbwellen der Messgrösse mit Hilfe einer Gleich-
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spannung zuführt.
Eine durchaus im Rahmen dieser Erfindung liegende Lösung besteht auch darin, in sol- chen Fällen einen Messwertumformer zu verwenden, der zwei im Gegentakt arbeitende Kippstufen enthält, von denen die eine durch die positive und die andere durch die negative Halbwelle der zu messenden
Wechselspannung ausgesteuert wird, wobei dann aber nachher beide Ausgangsspannungen wieder summiert werden müssen. Dieser Weg ist jedoch nicht besonders zweckmässig, da er einen grösseren Schaltungsauf- wand bedingt.
Bei beiden oben erwähnten Lösungen erhält man am Ausgang des Messwertumformers 1 einen Puls mit der doppelten Frequenz der zu messenden Wechselspannung. Diese Tatsache ist für den nachgeschalteten
Impulsformer 2 insofern von besonderer Bedeutung, als es dadurch möglich wird, den für den Wandler 8 erforderlichen Kern auch dann klein zu halten, wenn die Frequenz der zu messenden Wechselspannung geringer als die Netzfrequenz ist.
Es spricht aber auch noch ein weiterer Grund dafür, auch dann mit der doppelten Frequenz des Pulses zu arbeiten, wenn es zur Verringerung der Eigenverzögerungszeit der Schaltung oder wegen groBer Frequenz der zu messenden Wechselspannung an sich nicht erforderlich wäre. Die Restwelligkeit des Gleichstromes am Ausgang des Impulsformer 2 ist in weitgehendem Masse von den Obertragungseigenschaften des Wandlers 8 abhängig.
Je kurvengetreuer die Rechteckwechselspannung auf die Sekundärseite des Wand- lers übertragen wird, desto geringer wird auch die Restwelligkeit des Ausgangsgleichstromes sein. Diese Übertragungseigenschaften hängen aber bekanntlich in einem solchen Fall wesentlich von den Zeitkonstanten des Wandlerkreises ab ; diese sind in jedem Fall so gross zu bemessen, dass der Wandlersekundärstrom in den Zeiten zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flussänderungen so wenig wie nur möglich absinkt. Für die Dimensionierung der Zeitkonstanten ist dabei von dem grössten zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flussänderungen auszugehen. Dieser tritt bei der erfindungsgemässen Anordnung nur dann auf, wenn der Spitzenwert der zu messenden Wechselspannung oder des -stromes gerade den Ansprechwert des Triggers erreicht.
In diesem Fall ist die Impulsbreite der Ausgangsgrösse des Messwertumformers 1 im Vergleich zur Pausenzeit nur sehr gering und damit kommt der maximale zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flussanderuugen in die Grössenordnung einer Periode der Messgrösse. Führt man die Messgrösse dem Messwertumformer aber als Doppelwellengleichstromgrösse zu, so gestaltet sich das Tastverhältnis der Pulsgrösse am Ausgang des Messwertumformers 1 wesentlich günstiger. Der maximale zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flussänderungen wird dann um mehr als die Hälfte einer Periodenzeit geringer.
Daraus ergibt sich, dass man die Zeitkonstanten des Wandlerkreises in diesem Fall wesentlich geringer wählen kann, und damit auch für den Wandler 8 keinen so grossen Aufwand treiben braucht oder aber bei gleichen Zeitkonstanten des Wandlerkreises mit einer geringeren Restwelligkeit des Gleichstromes am Ausgang de : l Impulsformers 2 rechnen darf.
Schliesslich sei noch darauf hingewiesen, dass in manchen Fällen die erfindungsgemässe Relaisanordnung nicht zur laufenden Überwachung eingesetzt sein kann, sondern nur bei Vorliegen gewisser Voraussetzungen in Betriebsbereitschaft versetzt wird, wobei dann die Speisespannung erst in diesem Fall zugeschaltet wird. Es kann dann vorkommen, dass auf den Ausgang des Impulsformer ein Einschaltimpuls übertragen wird, der zur Fehlauslösung des Relais führt. In solchen Fällen kann man dadurch Abhilfe schaffen, dass man den in Fig. 1 gestrichelt gezeichneten Kondensator 13 in den Ausgangskreis des Gleichrichters 9 einschaltet.
Da dieser Kondensator nur die Einschaltstromspitzen, die sich aus Stromanteilen sehr 10her Frequenzen zusammensetzen, kurzschliessen muss, kann seine Kapazität sehr niedrig gewählt werden, o dass damit auch für den normalen Betriebsfall keine merkliche Vergrösserung der Verzögerungszeit bewirkt wird.