<Desc/Clms Page number 1>
Ums chaltebaugruppe
Die Erfindung betrifft eine Umschaltebaugruppe für eine Einrichtung zur Umschaltung von Betriebsgeneratoren auf Ersatzgeneratoren bei Unterschreiten der Ausgangssollspannung am jeweiligen Betriebsgenerator unter Verwendung mindestens eines Relais, dessen Kontakte derart in der Übertragungsleitung eingeschaltet sind, dass sie beim Unterschreiten derAusgangssollspannung den Betriebsgenerator von der Übertragungsleitung abschalten und den Ersatzgenerator an die Übertragungsleitung anschalten und dass sie den jeweils nicht auf die Übertragungsleitung arbeitenden Generator an eine Ersatzlast legen.
Auf vielen Anwendungsgebieten der Elektrotechnik ist es erforderlich, bei Ausfall bzw. bei zu geringer Ausgangsspannung eines Betriebsgenerators in kurzer Zeit einen Ersatzgenerator anzuschalten. Rasche Umschaltung von einem Generator auf den andern, wird besonders auch in der Fernsprechübertragungstechnik verlangt, um bei Ausfall eines Generators eine Unterbrechung der bestehenden Teilnehmerverbindungen zu vermeiden.
Eine auf dem Gebiet der Fernsprechübertragungstechnik benutzte, bekannte Umschaltebaugruppe, mit deren Hilfe z. B. eine Trägerumschaltung vorgenommen werden kann, ist in Fig. l dargestellt. Für die Umschaltung werden gepolte Telegraphenrelais Ut, mit zwei Ruhelagen verwendet. Der Ersatzträgerverstärker bzw. der Betriebsträgerverstärker bei Schaltung auf"Ersatz"arbeitet über den zweiten Umschaltekontakt des Relais immer auf einen Ersatzlastwiderstand, bestehend aus dem ohmschen Widerstand 33 und der Kapazität 34, damit bei voller Leistung die Betriebsbereitschaft des Ersatzträgerverstärkers garantiert ist. Die Trägerspannung, die über Verteilerleitungen an die einzelnen Umsetzer gelangt, wird zur Erhöhung der Betriebssicherheit hinter dem Umschaltekontakt auf der Verteilerleitung überwacht.
Die Überprüfung der Betriebsbereitschaft des Ersatzträgerverstärkers erfolgt durch eine aus seiner Trägerspannung abgeleitete Gleichspannung über ein getrenntes Telegraphenrelais , welches lediglich eine Alarmlampe 35 betätigt.
EMI1.1
Kriterium zur Auslösungproportionalen Betriebserregung innerhalb des magnetischen Kreises im gepolten Telegraphenrelais durch- geführt. Die Betriebserregung wird in Form einer der Ausgangsspannung des Betriebsverstärkers proportionalen Gleichspannung, die hinter den Dioden 36 bzw. 37 abnehmbar ist, der Betriebserregung des Relais 1 zugeführt. Durch diesen Ampèrewindungsvergleich wird bereits eine gewisse Beschleunigung des Umschaltevorganges erreicht.
Wegen der aus der Trägerspannungsquelle zu entnehmenden Trägerleistung, lässt sich jedoch diese Beschleunigung nicht beliebig weit treiben. Die bekannte Umschaltebaugruppe ist. so ausgelegt, dass eine einmal, ausgeführte Umschaltung sich nicht von selbst bei Wiederkehr einer ausreichenden Trägerspannung löschen kann. Die Löschung erfolgt deshalb über eine Löschtaste, die auf der Trägerersatzschaltungsseite ausser der Schwächung der konstanten Gegenampèrewindungszahl über speziell justierte Kontaktfolgen kurzseitig einen Hilfsgleichrichter anschaltet. Die Anschaltung des Hilfsgleichrichters ist deshalb notwendig, weil sonst während der Umschlagzeit des Relais, bedingt durch die Überwachung hinter dem Umschaltekontakt Flattererscheinungen beim Relais auftreten.
<Desc/Clms Page number 2>
Nachteilig ist bei dieser Umschaltebaugruppe, dass sich nach einer längeren Zeit von Betriebsjahren, bedingt durch Veränderungen der Relaiseigenschaften und desKontaktübergangswiderstandes sowie durch
Alterungserscheinungen der Halbleiterdioden Veränderungen der Schaltungseigenschaften ergeben, die zu
Betriebsausfällen führen können. Ferner weist diese Umschaltebaugruppe, bedingt durch die begrenzte
Entnahme von Steuerleistung aus der Trägerleistung eine gewisse Trägheit beim Umschalten auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Umschaltebaugruppe zu schaffen, die eine betriebssichere Arbeits- weise auch auf längere Zeit gesehen, gestattet.
Die Umschaltebaugruppe wird gemäss der Erfindung so ausgebildet, dass der Kollektor eines ersten
Transistors über einen ohmschen Widerstand an die Basis eines zweiten Transistors geführt ist. Die Emitter beiderTransistoren sind miteinander verbunden und an den Verbindungspunkt zweier in Reihe geschalteter
Zenerdioden geführt, die derart parallel zur Speisespannung liegen, dass sie im Zenerbereich arbeiten. Die
Kollektorspannungen werden dem ersten Transistor und dem zweiten Transistor über einen oder mehrere Widerstände und die erste Wicklung mindestens eines Relais zugeleitet, wobei jeweils zwischen der Basis eines jeden Transistors und dem emitterseitigen Pol der Speisespannungsquelle je ein Widerstand liegt.
Sowohl die vom kollektorseitigen als auch vom emitterseitigen Pol der Speisespannungsquelle zu den
Elektroden der Transistoren führenden Widerstände sind so bemessen, dass bei der Speisung durch den Be- triebsgenerator der erste Transistor geöffnet und der zweite Transistor gesperrt ist. Bei der Speisung durch den Ersatzgenerator hingegen ist der zweite Transistor geöffnet und der erste Transistor gesperrt. Parallel zur Speisespannungsquelle ist ferner eine Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand und mindestens einer zweiten Relaiswicklung mit gegenüber der ersten Relaiswicklung entgegengesetztem Wicklungssinn und kleinererAmpèrewindungszahl geschaltet.
Von dem vom Kollektor abgewendeten Ende der ersten Relaiswicklung bis zur Basis des ersten Transistors besteht über einen Widerstand, der so bemessen ist, dass ein Rückkippen des zweiten Transistors in den stromdurchlässigen Zustand nicht selbsttätig erfolgen kann, ein Rückkopplungsweg. Der Basis des ersten Transistors ist eine Gleichrichterdiode vorgeschaltet, die für den Fall, dass die zwischen dem andern Pol dieser Gleichrichterdiode und Erde liegende, der Betriebsgeneratorspannung proportionale Gleichspannung absolut grösser ist als die an den zwischen basis-und emitterseitigem Pol der Spannungsquelle liegenden Widerstand anstehende Spannung gesperrt, und im gegenteiligen Fall geöffnet ist.
Ferner ist eine Taste T vorgeschaltet, über die bei der Speisung mit dem Ersatzgenerator eine der Ausgangsspannung des Betriebsgenerators proportionale Gleichspannung an die Basis anlegbar ist.
Durch diese Massnahme wird erreicht, dass bei totalem Trägerausfall die Umschaltezeit ungefähr um den Faktor 1/2, bei langsamem Absinken der Trägerspannung zirka um den Faktor 1/8 und bei einer Rückschaltung etwa um den Faktor 1/4 verkleinert wird als bei der vorstehend beschriebenen bekannten Umschaltebaugruppe. Untersuchungen, die bei einer Umgebungstemperatur bis zu 700C durchgeführt wurden, haben keine nennenswerten Veränderungen des Um-und Rückschaltepunktes gezeigt. Die zur Betätigung der Um- und Rückschaltung aufzuwendende Trägerleistung ist dabei lediglich ein Zehntel des Wertes, der bei der Umschaltebaugruppe nach Fig. 1 erforderlich ist.
Eine weitere Verminderung der benötigten Leistung lässt sich erreichen, wenn man die Spannungsteiler noch hochohmiger macht und gleichzeitig mit temperaturabhängigen Widerständen ausstattet. Ausserdem ist in beiden Lagen des Umschaltekontaktes die volle Kontaktkraft vorhanden.
Um zu erreichen, dass bei einem längerenDrücken derTaste durch eine erneute Störung am Betriebsverstärker die Umschaltung sofort wieder auf Ersatz schaltet, besitzt die Taste einen Arbeitskontakt und einen Ruhekontakt, wobei der Ruhekontakt dem Arbeitskontakt nachgeschaltet und so justiert ist, dass er unmittelbar nach dem Schliessen des Arbeitskontaktes öffnet.
Will man die oft langwierige und schwierige Justierung der Kontakte umgehen, so kann man auch eine Taste mit nur einem Arbeitskontakt verwenden, und gleichzeitig zwischen emitterseitigem Pol der Versorgungsspannungsquelle und dem Gelenkpunkt desArbeitskontaktes eine Reihenschaltung aus Kondensator und ohmschen Widerstand vorsehen, die so bemessen ist, dass ihre Zeitkonstante grösser ist als die Umschaltezeitkonstante, und die der Adsgangsspan- nung des Betriebsgenerators proportionale Gleichspannung über einen weiteren ohmschen Widerstand dem Gelenkpunkt der Taste zuführen.
Schaltet man zwischen dem dem Kollektor abgewendeten Ende der ersten Relaiswicklung und dem emitterseitigen Pol der Versorgungsspannungsquelle eine Kapazität, die so bemessen ist, dass ihr kapazitiver Widerstand grösser ist als der Wert des im Ruckkopplungsweg zwischen dem dem Kollektor abgewendeten Ende der ersten Relaiswicklung und des ersten Transistors liegenden Widerstandes, so lässt sich durch die Speicherwirkung dieses Kondensators die Umschaltezeit noch weiter verkürzen.
Für den Fall, dass mehrere Gleichrichterdioden bzw. Tasten in der Umschaltebaugruppe vorhanden
<Desc/Clms Page number 3>
sind, lässt sich an jede Gleichrichterdiode bzw. Taste eine eigene, von den übrigen Spannungen unabhängige, nur der jeweiligen Ausgangsspannung der Betriebsgeneratoren proportionale Gleichspannung zufi'h- ren, so dass mehrere Trägerspannungen verschiedener Frequenz in Abhängigkeit nur eines Trägers gleichzeitig umgeschaltet werden. Bei einer derartigen Vielfachschaltung sind dann auch mehrere in Reihe geschaltete Relais erforderlich.
Die Umschaltebaugruppe kann auch so ausgebildet sein, dass als Umschalterelais ein polarisiertes Relais mit zweiseitiger Ruhelage verwendet wird und dass seine zweite Wicklung, die gegenüber der ersten Relaiswicklung entgegengesetzten Wicklungssinn und kleinereAmpèrewindungszahl aufweist, in Reihe mit einem ohmschen Widerstand parallel zur Speisespannung geschaltet ist. Bei Verwendung derartiger Relais erhält man den Vorteil, dass beiAusfall der Speisespannung der jeweilige bestehende Schaltzustand erhalten bleibt.
An Hand der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 2, 3 und 4 wird die Erfindung näher erläutert. In Fig. 2 ist die prinzipielle Anordnung der umschaltbaren Relaiskontakte rI, rII sowie ihre Zuordnung zum Betriebsgenerator GB und Ersatzgenerator GE gezeigt. Die Darstellung gilt für den Betriebsfall, bei dem der Betriebsgenerator GB den Lastwiderstand RB speist, während der Ersatzgenerator GE
EMI3.1
gruppe angeschlossen.
Eine Ausführungsform einer solchen Umschaltebaugruppe wird in Fig. 3 gezeigt. Die beiden Transi- storen 1, 2 stellen infolge der gemeinsamen Vorspannung die von den Zenerdioden 4,5 für beide
Emitter erzeugt wird, eine Kippschaltung dar. Durch den Rückkopplungswiderstand 16, der an den Verbindungspunkt des Widerstandes 10 und der an dem Kollektorkreis geschalteten ersten Relaiswicklung 11 liegt, wird die Wirkung der Schaltung in bezug auf die Umschaltegeschwindigkeit vergrössert. Die zur Auslösung eines Umschaltevorganges erforderliche, der Ausgangsspannung des Betriebsgenerators proportionale Gleichspannung wird durch die Gleichrichteranordnung mit den Dioden 29 und 30 und den Kapazitäten 31 und 32 erzeugt. Diese Gleichrichteranordnung stellt eine Spannungsverdopplerschaltung dar.
Durch die Spannungsverdopplerschaltung wird eine Rückwirkung auf die Trägerspannung weitgehend vermieden und ausserdem lässt sich gegenüber einer einfachen Zweiweggleichrichterschaltung ein Übertrager einsparen. Parallel zum Ausgang der Spannungsverdopplerschaltung liegt ein Spannungsteiler mit den ohmschen Widerständen 19,20 und 21. Zwischen der Basis des ersten Transistors 1 und dem Verbindungspunkt der ohmschen Widerstände 20 und 21 ist die Halbleiterdiode 17 geschaltet und so gepolt, dass sie im normalen Betriebsfalle gesperrt ist. Die Kollektorspannung wird dem ersten Transistor über die Reihenschaltung der ohmschen Widerstände 6 - 9 und dem Kollektor des zweiten Transistors über die Reihenschaltung, bestehend aus den Widerständen 8 - 10 und der ersten Relaiswicklung 11 zugeleitet.
Wegen des npn-Charakters der Transistoren liegt an ihren Kollektoren einepositivespannung. Der Kollektor des ersten Transistors ist über den ohmschen Widerstand 3 mit der Basis des zweiten Transistors 2 verbunden und der negative Pol der Speisespannungsquelle ist jeweils über den ohmschen Widerstand 14 an die Basis des zweiten Transistors 2 und über den ohmschen Widerstand 13 an die Basis des ersten Transistors geführt. Durch die zweite Wicklung 12 des Relais R fliesst ein konstanter Strom, der durch den ohmschen Widerstand 15 einstellbar ist. Zwischen dem kollektorabgewendeten Ende der ersten Relaiswicklung 11 und dem negativen Pol der Speisespannungsquelle liegt der Kondensator 18.
Eine zweite Gleichrichterschaltung, die analog der bereits beschriebenen Gleichrichterschaltung ausgebildet ist und aus den Halbleiterdioden 26 und 27, denKapazitäten 25 und 28 und dem Spannungsteiler mit den ohmschen Widerständen 22, 23, 24 besteht, legt über eine einenArbeits- und Ruhekontakt besitzende Taste T eine kurzzeitige Hilfsspannung an die Basis des ersten Transistors 1. Die Taste ist während des normalen Betriebes geöffnet.
Im folgenden soll die Betriebsweise der Schaltung erläutert werden. Im Betriebszustand ist auf Grund der Spannungsaufteilung zwischen Basis und Emitter der zweite Transistor 2 gesperrt und damit die erste Relaiswicklung 11 stromlos. Es wirken somit nur die von der zweiten Relaiswicklung 12 erzeugten, annähernd konstanten Amperewindungen auf den Relaisanker ein und halten diesen in der Stellung AB fest (Fig. 2). Für diesen Betriebszustand ist, bedingt durch den Spannungsteiler, bestehend aus den ohmschen Widerständen 13 und 16, der Transistor 1 durchgeschaltet. Hiedurch hat er an der Basis gegen Masse eine etwas höhere Spannung als die an seinem Emitter gegen Masse liegende, von der Zenerdiode 5 festgehaltene Spannung.
Die zwischen Masse und dem Verbindungspunkt der ohmschen Widerstände 20 und 21 auftretende Spannung ist, hervorgerufen durch die entsprechende Wahl derSpannungs- teilerverhältnisse, grösser als die am ohmschen Widerstand 13 liegende Spannung. Dadurch ist die Halbleiterdiode 17 zunächst gesperrt. Sinkt die Trägerspannung zwischen dem Anschlusspunkt E und
<Desc/Clms Page number 4>
Masse M ab, so erreicht die ihr proportionale Gleichspannung am Widerstand 21 eine Grösse, die kleiner ist als die Spannung am Widerstand 13. Die Halbleiterdiode 17 wird jetzt leitend und es tritt eine Verkleinerung der Spannung am ohmschen Widerstand 13 auf.
Dieser Umstand hat einen vermin- derten Kollektorstrom durch den Transistor l zur Folge, dadurch erhöht sieh die Spannung Basis-Emitter des Transistors 2, der dadurch leitend wird. Der jetzt höhere Spannungsabfall am ohmschen Widerstand 10 bewirkt eine weitere Verkleinerung der Basis-Emitterspannung des Transistors l, so dass ein Um- kippen der. Schaltung erreicht wird. Damit ist aber nun der Transistor 2 stromführend. Da die erste Relaiswicklung so ausgelegt ist, dass die sich nun bildende Ampèrewindungszahl doppelt so gross ist wie die konstanteAmperewindungszahl der gegensinnig gepolten zweiten Relaiswindung 12, hat der nun einset- zendeKollektorstrom ein momentanes Umkippen desRelaisankers in die Stellung AE (Fig. 2) zur Folge.
Das Umkippen wird noch durch den Umstand beschleunigt, dass der Innenwiderstand der Zenerdiode 5 nicht Null ist, und da der Strom durch den Transistor 2 grösser als durch den Transistor 1 ist, steigt die Spannung an der Zenerdiode 5 geringfügig an. Das bewirkt ein noch beschleunigteres Sperren des Transistors 1 durch die Verminderung bzw. Umpolung seiner Basis-Emitterspannung. Nach dem Umschalten des Relais in die Stellung AE ist nun zwischen Masse und dem Anschlusspunkt E1 die Trägerspannung des Ersatzgenerators GE angeschaltet, wobei die Spannung am ohmschen Widerstand 21 sofort nach dem Umschalten wieder grösser ist als die am ohmschen Widerstand 13 liegende Spannung. Die Schaltung könnte nun wieder in den ursprünglichen Zustand zurückkippen.
Das wird jedoch durch den Rückkopplungswiderstand 16 bzw. die Spannungsaufteilung zwischen dem ohmschen Widerstand 10 und der ersten Relaiswicklung 11 verhindert, weil durch zu geringe Basis-Emitterspannung am Transistor 1 dieser nicht leitend werden kann. Ausser durch günstige Wahl der Wicklungswiderstände der beiden Relaiswicklungen kann man auch durch den Kondensator 18 die Umschaltzeit verkürzen.
Um wieder eine Rückschaltung auf den betriebsbereiten Betriebsgenerator zu ermöglichen, ist die weitere Gleichrichteranordnung mit den Halbleiterdioden 26 und 27 vorgesehen. Aus der Trägerspannung am Ausgang des Betriebsverstärkers zwischen Masse und der Klemme E wird an den Spannungsteiler, bestehend aus den ohmschen. Widerständen' 22, 23, 24, eine ihr proportionale Gleichspannung durch Drücken der Taste T parallel zum Widerstand 13 gelegt und damit die Basis-Emitterspannung desTransistors1soweitvergrössert, dassleitendwird.IndiesemAugenblicktrittdervorherbeschriebene Umschaltevorgang im umgekehrten Sinne ein, in dessen Endzustand der Umschaltekontakt des Relais R wieder in die ursprüngliche Lage AB gebracht und damit der normale Betriebszustand wieder hergestellt wird.
Um zu erreichen, dass bei einem längeren Drücken der Taste T durch eine erneute Störung am Betriebsverstärker die Umschaltung sofort wieder auf Ersatz schaltet, ist mit dem Arbeitskontakt der Taste T ein Ruhekontakt gekoppelt, der so justiert ist, dass er unmittelbar nach dem
EMI4.1
voll funktionsfähig bleibt.
Da die Justierung der Kontakte häufig Schwierigkeiten bereitet und ausserdem jeder zusätzliche Kontakt eine Fehlerquelle darstellt, lässt sich auch dieRückschaltung in etwas abgewandelter Form ausbilden. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 dargestellt. Die Schaltungsanordnung ist mit Ausnahme der Taste genau so aufgebaut wie dieSchaltungsanordnung nach Fig. 3. Um die gleiche Wirkung bei der Rückschaltung bei einer Taste mit einfachemArbeitskontakt zu erreichen, wurde eine RC-Anordnung, bestehend aus den ohmschen Widerständen 39 und 40 und dem Kondensator 38 vorgesehen. Der Kondensator 38 wird über die beiden Widerstände 39 und 40 auf das Potential der am Widerstand 22 anstehenden Spannung aufgeladen.
Wird die Taste T betätigt, so fliesst ein Entladestromstoss in der Hauptsache über die ohmschen Widerstände 39,13 und 16. Hat die Spannung am ohmschen Widerstand 22 und damit am Kondensator 38 die für den Rückschaltvorgang vorgesehene Mindesthöhe, so erfolgt die Rückschaltung, wenn die Zeitdauer des Entladestromstosses länger als die Zeitkontakte des Umschaltvorganges ist. Die Zeitdauer des Entladestromstosses wird durch den ohmschen Widerstand 39 und den Kondensator 38 auf die notwendige Grösse gebracht. Durch diese Rückschaltanordnung wird die gleiche Betriebsv ersorgung wie bei der Umschalteanordnung nach Fig. 3 erreicht.
Solange die Trägerspannung zwischen derKlemme E, und der Masse keine ausreichende Höhe hat. ist bei Betätigung der Rückschalttaste keine Rückschaltung möglich. Der Umschalte- sowohl als auch der Rückschaltepunkt ist durch dieWahl derSpannungsteilung der ohmschen Widerstände 19,20 und 21 bzw.
22,23 und 24 einstellbar.
Bildet man dieGleichrichteranordnung einschliesslich der Sperrdiode 17 vielfach aus, so kann man durch Serienschaltung von mehreren Relais mehrere Trägerspannungen verschiedener Frequenz in Abhän-
<Desc/Clms Page number 5>
gigkeit von demAbsinken nur eines Trägers gleichzeitig umschalten. Bei allen Ausführungsbeispielen las- sen sich auch pnp-Transistoren verwenden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Umschaltebaugruppe für eine Einrichtung zur Umschaltung von B etriebsgeneratoren auf Ersatzgene- ratoren bei Unterschreiten der Ausgangssollspannung am jeweiligen Betriebsgenerator unter Verwendung mindestens eines Relais, dessen Kontakte derart in die Übertragungsleitung eingeschaltet sind, dass sie bei
Unterschreiten der Ausgangssollspannung den Betriebsgenerator von der Übertragungsleitung abschalten und den-Ersatzgenerator an die Übertragungsleitung anschalten und dass sie den jeweils nicht auf die Übertragungsleitung speisenden Generator an eine Ersatzlast legen, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus zwei Transistoren (l, 2) bestehendeKippschaltung verwendet ist, die ein Umschalterelais (R) betätigt, dass eine dem Betriebs- bzw.
Ersatzgenerator proportionale Gleichspannung über eine bei Sollspannung gesperrte Gleichrichterdiode (17) der Kippschaltung zugeführt und bei Unterschreitung des Sollwertes der Kippvorgang eingeleitet ist, dass vom zweiten Transistor (2) auf den ersten Transistor (1) eine Rückkopplung derart vorgesehen ist, dass ein Rückkippen der Kippschaltung verhindert wird, dass das Rückkippen durch Anlegen einer der Betriebsgenerator-Wechselspannung proportionalen Gleichspannung unmittelbar an den Eingang der Kippschaltung mittels einer Taste erfolgt, und dass die Emitter beider Transistoren an den Abgriff eines aus zwei Zenerdioden (4,5) gebildeten, zur Speisespannungsquelle parallel liegenden Spannungsteilers geführt sind.
2. Umschaltebaugruppe nachAnspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Taste (T) einen Arbeitskontakt und einen Ruhekontakt besitzt und dass der Ruhekontakt dem Arbeitskontakt nachgeschaltet und so justiert ist, dass er unmittelbar nach dem Schliessen des Arbeitskontaktes öffnet (Fig. 3).