DD159124A1

DD159124A1 - Schaltungsanordnung zum betaetigen eines relais

Info

Publication number: DD159124A1
Application number: DD23017481A
Authority: DD
Inventors: Heinz Kasten
Original assignee: Heinz Kasten
Priority date: 1981-05-22
Filing date: 1981-05-22
Publication date: 1983-02-16
Also published as: DD159124B1

Abstract

Schaltungsanordnung zum Betaetigen eines Relais, vorzugsweise fuer Spannungsueberwachungseinrichtungen, die ohne externe Speisespannung arbeiten. Ziel ist die Senkung des Stromes nach erfolgter Wirkstellung des Relais, die Gewaehrleistung der sofortigen Betriebsbereitschaft und Wiederholbarkeit der Betaetigung bei hoechster Zuverlaessigkeit in der Herstellung und Einhaltung der Schaltzustaende des Relais. Aufgabe ist die Schaffung einer Schaltungsanordnung, die den Strom um einen definierten Betrag senkt, wobei Spannungsaenderungen ohne Einfluss auf den Strom bleiben, die mit Gleichspannung oder mit pulsierender Gleichspannung arbeitet und kurze Ladezeiten unter Vermeidung von Sperrzeiten gewaehrleistet. Erfindungsgemaess ist eine Reihenschaltung von Transistoren vorgesehen, deren Sperrspannungen durch einen ohmschen Spannungsteiler definiert gestuft werden. Durch den Kurzschluss eines Begrenzungswiderstandes bei Betaetigung des Relais sind die typbedingten Nennbedingungen vorhanden. Die Aufhebung des Kurzschlusses nach ausreichender Zeit erfolgt durch Ladung eines Kondensators geringer Kapazitaet eines hochohmigen RC-Gliedes fuer die Ansteuerung eines Kurzschlusstransistors. Die niederohmige Entladung erfolgt ueber eine Diode nach Beendigung der Betaetigung.

Description

Erfinder; Dipl.-Phys.Heinz Kasten Berlin, 11.05.1981

(P 121?) Zustellungsbevollm.: Institut für

Regelungstechnik im

Kombinat TEB EAW ,

Berlin-Treptow - f

- Patent-Ing. Jürgen Holtfoth -

23017 A

Schaltungsanordnung zum Betätigen eines Relais

—-47/3-2·

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betätigen eines Relais, vorzugsweise für Spannungsüberwachungsöinrichtungen, die ohne externe Speisespannungen arbeiten und die bei einem bestimmten Betrag der zu überwachenden Spannung die Betätigung des Relais auslösen.

Bei derartigen Überwachungseinrichtungen ist es zweckmäßig, nach der Betätigung des Relais die Stromaufnahme zu reduzieren, um den Leistungsbedarf zu senken. Hierbei wird der Umstand genutzt, daß ein elektromechanisches Relais für die Einhaltung der erreichten Wirkstellung geringeren Strom benötigt als für den Übergang von der Ausgangsstellung in die "firkstellung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bereits eine Schaltungsanordnung zur Stromreduzierung für eine mit Gleichstrom betriebene Relaisspul6 bekannt (DE-OS 29 06 809)j bei der der Strom nach Betätigung des Relais durch eine entsprechende Kontaktgabe und der daraus resultierenden Veränderung der Schaltung auf verschiedene Art reduziert wird. Nachteilig bei diesen Schaltungsanordnungen ist, daß die Höhe der Steuerspannung von Einfluß ist und daß in einem Fall auch

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,der Strom von der angelegten Spannung abhängig ist, wodurch die Leistung quadratisch mit der Spannung ansteigt. . , In neueren Überwachungseinrichtungen gelangen moderne Relaistypen, z.B. Leiterplattenrelais, zum Einsatz, deren bewegliche Masse gegenüber älteren Relaistypen extrem verringert ist, wodurch beim Übergang von der Ausgangsstellung in die Wirksteilung weniger die kinetische Energie der beweglichen Masse, als die Reibungseinflüsse während der Betätigung des Kontaktsatzes einen kennzeichnenden Vorgang bis zur Anlage des Ankers darstellt, durch die der magnetische Kreis kurzgeschlossen wird. Nach Kurzschluß des magnetischen Kreises ist eine Reduzierung des Spulenstroms möglich, ohne daß ein vorzeitiger Rückgang des beweglichen Systems eintritt. Bei der genannten Lösung ist die Kontaktgabe noch kein Maß für den erreichten Kurzschluß des magnetischen Kreises, da diese zuvor vorhanden ist und auf Grund der geringen Masse des beweglichen Systems eine Weiterbewegung auf Grund der kinetischen Energie nicht erfolgt. Die Reduzierung des Stromes erfolgt, bevor der magnetische Kurzschluß erreicht ist. Dieser Zustand des Relais ist dann unsicher.

Weiterhin ist eine Einrichtung zur Betätigung eines Relais bekannt (DE-OS 29 29 261), bei der ein Kondensator über einen Widerstand aufgeladen wird. Im Falle der Betätigung des Relais soll die Energie des Kondensators für den Übergang von der Ausgangsstellung in die Wirkstellung'sorgen, während anschließend der Strom durch den Widerstand reduziert wird. Eine zusätzliche Einrichtung soll die Betätigung des Relais verhindern, wenn der Kondensator nicht voll aufgeladen ist. Bei der vorgeschlagenen Lösung ist diese zeitabhängige Sperre um das 10-fache höher als die durch Kondensator und Widerstand gebildeten Zeitkonstante. Nachteilig ist, daß zur Erzielung der Ankeranlage bei modernen Relais erhebliche Kapazitäten erforderlich sind, wodurch entsprechend hohe Ladezeiten und dadurch bedingte Sperrzeiten auftreten. Die sofortige Betriebsbereitschaft und die sofortige Wiederholbarkeit ist nicht möglich.

In Netzstationen sind derartige Überwachungseinrichtungen nicht einsetzbar, da hier Sperrzeiten nicht zulässig sind.

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Nachteilig ist weiter, daß der Strom der Spannung proportional ist. Da die Einrichtungen schon bei einem unteren Grenzwert Nennbedingungen aufweisen müssen, ergeben sich für obere Grenzwerte entsprechende quadratische Erhöhungen der Leistungsaufnahme. Zur Begrenzung der entstehenden Wärme ist das Verhältnis des oberen zum unteren Grenzwert nur wenig größer als 1«.

In einer weiteren Schaltungsanordnung wurde vorgeschlagen (DS-OS 25 56 645), ini Falle der Betätigung des Relais einen zuvor aufgeladenen Kondensator der Spannungspolarität nach in Reihe zur Speisespannung zu schalten, wodurch der Anfangswert der Spannung am Eelais verdoppelt wird. Nach dem Ladungsausgleich wird durch einen Haltekreis der Strom reduziert.

Nachteilig ist, daß der Kondensator über Widerstände nach Rückgang der Betätigung aufgeladen wird, so daß eine unmittelbare Wiederholung der Betätigung nicht möglich ist.

Nachteilig ist weiterhin, daß durch Fehlen einer Sperre bei unmittelbarer Wiederholung der Kondensator noch nicht aufgeladen ist und dadurch der Übergang von der Ausgangsstellung zur Wirkstellung nicht erfolgt und auch nicht nachgeholt werden kann, ohne die Ansteuerung zu wiederholen. Derartige mögliche Fehlfunktionen sind nicht zulässig.

Nachteilig ist ferner, daß der zur Betätigung des Relais verwendete Kondensator in dieser Schaltungsanordnung durch einen Kontakt erfolgt. Eine Transistorsteuerung anstelle des Kontaktes ist nicht vorgeschlagen.

Sin weiterer Nachteil ist die Abhängikeit des Stromes von der Spannung.

Ziel der Erfindung

Mit der Erfindung wird die Senkung des Stromes nach erfolgter Wirkstellung des Relais, die Gewährleistung der sofortigen Betriebsbereitschaf t und der sofortigen Wiederholbarkeit der Betätigung bei höchster Zuverlässigkeit in der Herstellung und Einhaltung der Schaltzustände des Relais erreicht.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Betätigen eines Relais zu schaffen, die bei Gewährleistung relaistypischer Nennbedingungen in einer bestimmten Zeit nach Betätigen des Relais den Strom um einen definierten Betrag senkt, wobei Spannungsänderungen ohne Einfluß auf den Strom bleiben, die mit Gleichspannung oder mit pulsierender Gleichspannung arbeitet und die kurzen Ladezeiten unter Vermeidung von Sperrzeiten sowie eine unmittelbare Wiederholbarkeit gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß eine für das Beiais typische Nennspannung durch einen mehrstufigen Emitterfolger bereitgestellt wird, bei dem durch einen Spannungsteiler, der die gestuften Basispotentiale für die Transistoren, deren Emitter-Kollektorstrecke in Reihe geschaltet sind, definiert. Zur Umverteilung der Leistungen können noch jeweils Widerstände zu jedem Emitter geschaltet werden. Der Spannungsteiler ist mit der Spannungsquelle und über ein oder mehrere in Reihe geschaltete Z-Dioden, die die Spannung der durch den.Emitter des letzten Transistors gebildeten Nennspannungsquelle definieren, mit einem Bezugspotential verbunden. Zwischen der Nennspannungsquelle und dem Bezugspotential ist die Reihenschaltung einer Relaiswicklung, eines Begrenzungswiderstandes und eines Schalttransistors, z.B. die eines Triggers zusammen mit einem Koppelwiderstand, verbunden. Dem Begrenzungswiderstand ist die Emitter-Kollektorstrecke eines Kurzschlußtransistors parallel geschaltet, der auch zur Erhöhung der Stromverstärkung die Zusammenfassung einer Darlingtonschaltung darstellen kann. Die Basis ist mit dem Verbindungspunkt eines Widerstandes und eines Basiswiderstandes verbunden. Der Basiswiderstand ist andererseits mit dem Emitter des Schalttransistors sowie mit der Anode einer Diode verbunden. Der Widerstand ist andererseits mit der Katode der Diode und mit einem Kondensator verbunden, dessen anderer Anschluß mit der Nennspannungsquelle oder mit dem Bezugspotential verbunden ist. Zwischen der Nennspannungsquelle und dem Bezugspotential ist ein Kondensator geschaltet.

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Bin zweistufiger Spannungsteiler, der durch die Widerstände 4 und 5 gebildet wird, ist mit einer Spannungsquelle 3 V⁰¹^ über die Z-Diode 10, die die Höhe der Nennspannung definieren_s mit einem Bezugspotential 1 verbunden. Die jeweiligen Verbindungspunkte der Widerstände 4 und 5 sowie des Widerstandes 5 mit der Z-Diode 10 sind mit den Basen der zwei Transistoren 6 und η verbunden, der Kollektor des Transistors 6 ist über einen Widerstand 8 mit der Spannungsquelle 3 und der Emitter des Transistors 6 ist über einen Widerstand 9 mit dem Kollektor des Transistors 7 verbunden, dessen Bmitter die Nennspannungsquelle 2 darstellt. In gleicher Weise können mehr oder weniger Transistoren in Reihe geschaltet werden. Durch die Widerstände 4 und 5 werden die Teilspannungen, die die Transistoren sperren müssen, definiert. Die Teilspannungen können durch Wahl der Anzahl der Stufen des Spannungsteilers der vorhandenen Spannung angepaßt werden. Mit der Nennspannungsquelle 2 ist die Reihenschaltung der Wicklung eines modernen Leiterplattenrelais 11, eines Begrenzungswiderstandes 12 und eines Schalttransistors 13 als z.B. Bestandteil eines Triggers, bestehend aus dem Koppelwiderstand 15, einem Steuertransistor 16 und einem Widerstand 14, verbunden, die andererseits über den Koppelwiderstand 15 an das Bezugspotential 1 geschaltet ist. Dem Begrenzungswiderstand 12 ist ein Kurzschlußtransistor 17 parallelgeschaltet, der auch eine Darlingtonschaltung symbolisieren kann. Die Basis des Transistors 17 ist über einen Widerstand 18 und einen Kondensator 20 vorzugsweise mit der Nennspannungsquelle 2 verbunden. Eine weitere Möglichkeit der Schaltung besteht darin, daß die "Verbindung 23 an das Bezugspotential gelegt ist. Im ersten Fall kann die Ansteuerung sowohl bei leitendem Transistor 13 durch Anlegen der Spannung 3 als auch beim Vorhandensein der Spannung 3 durch Schaltung des Transistors 13 erfolgen. Im zweiten Fall ist nur die Schaltung durch den Transistor 13 zulässig.

An dan Yerbindungspunkt des Kondensators 20 und den Widerstand

18 ist die Katode einer Diode 21 geschaltet, deren Anode mit dem Emitter des Transistors 17 verbunden ist. Parallel zur Basis-Emitterstrecke des Transistors 17 ist ein Basiswiderstand

19 geschaltet... Die Spannung 3 kann eine Gleichspannung oder eine pulsierende Gleichspannung sein, wie sie bei Wechselspannungen aus einer Gleichrichterbrücke genommen wird.

In diesem Fall ist ein Kondensator 25 geringer Kapazität zwischen der Nennspannungsquelle 2 und der Bezugsspannung 1 zu schalten, um die Hittelwertbildung des Stromes zu erzielen. Die Nennspannungsquelle 2 wird unabhängig Von der Höhe der Spannung 3 oder des Strombedarfs konstant gehalten. Der Kondensator 25 wird sofort niederohmig aufgeladen. Wird das Relais über Anschluß 24 und leitenden Transistor 13 betätigt, so ist über eine ausreichend wählbare Zeit der.Begrenzungswiderstand 12 kurzgeschlossen, und das Relais 11 liegt an Nennspannung 2. Nach einer Zeit, die mit vollständiger Sicherheit für die Wirkstellung des Ankers erforderlich ist, erfolgt die Öffnung des Transistors 17, da dann über dem Kondensator 20 die Basisspannung unter der Sättigungsspannung des Transistors 17 absinkt. Der Begrenzungswiderstand reduziert die Stromaufnahme auf einen bestimmten konstanten Betrag. Der Kondensator hat auf Grund der Stromverstärkung des Transistors 17 eine außerordentlich geringe Größe, so daß nach Beendigung der Betätigung eine sofortige Entladung über die Diode 21 und den niederohraigen Widerstand 12 und die Wicklung 11 erfolgt. Bine sofortige Wiederbetätigung ist möglich. Ist der Anschluß 22 mit dem Bezugspotential 1 verbunden, vertäu- sehen sich Ladungen und Entladung des Kondensators 20.

Die Vorteile der Erfindung bestehen in einem geringen Leistungsbedarf entsprechend der Strombegrenzung und in der Gewährleistung eines weitgehend konstanten Stromes unabhängig von der Spannung, wodurch für Spannungsüberwachungseinrichtungen ohne externe Speisespannung ein hohes Verhältnis der unteren und obaren Grenze der Spannung ermöglicht wird. Sofortige Betätigung und·sofortige Wiederholbarkeit ermöglichen den Einsatz auch im Netzschutz.

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Anregesperren über die Zeit fehlender Anregebereitschaft sind nicht erforderlich, wodurch mögliche Fehlfunktionen auch unter extremen Störfällen ausgeschlossen sind.

Die Zeit für die Nennbedingung kann ausreichend hoch gewählt werden, so daß die Ankeranlage bzw. der Kurzschluß des magnetischen Kreises des Relais mit Sicherheit- gewährleistet ist, . der Einsatz moderner Leiterplattenrelais beeinträchtigt nicht die maximal höchste Sicherheit der beiden Zustände des Relais.

Claims

Erf indungsanspruch

1.Schaltungsanordnung zum Betätigen eines Relais, gekennzeichnet Dadurch, daß ein Spannungsteiler, bestehend aus * den Widerständen (4;5) ^mit einer Spannungsquelle (3) sowie über eine Z-Diode (10) mit einem Bezugspotential (1) verbunden ist und daß die Basis eines Transistors (6) mit dem Verbindungsp*inkt der Widerstände (4j5) und daß die Basis eines Transistors (7) mit dem Yerbindungspunkt des Widerstandes (5) mit der Z-Diode (10) verbunden ist und daß der Kollektor des Transistors (6) über einen Widerstand (8) mit der Spannungsquelle (3) und daß der Emitter des Transistors (6) mit dem Kollektor des Transistors (7) über einen Widerstand (9) verbunden sind und daß der Knitter des Transistors (7) als Nennspannungsquelle (2) mit der Reihenschaltung einer Relaisspule (11), eines Widerstandes (12) und eines Transistors (13) sowie mit einem Widerstand (15) verbunden ist, die andererseits mit dem Bezugspotential (1) verbunden ist und daß der Widerstand (12) mit der Emitter-Kollektorstrecke eines Transistors (17) parallel geschaltet ist, dessen Basis mit dem Yerbindungspunkt der Widerstände (18;19) eines Zeitgliedes verbunden ist und daß der Widerstand (19) andererseits mit dem Emitter des Transistors (17) und der Anode einer Diode (21) verbunden ist und daß der Widerstand (18) andererseits mit der Katode der Diode (21) und mit einem Kondensator (20) verbunden ist, dessen anderer Anschlußpunkt (22) mit der Nennspannungsquelle (2) oder mit dem Bezugspotential (1) über eine Verbindung (23) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß anstelle des Transistors (17) eine Darlingtonschaltung vorgesehen ist,

3. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß außer der Z-Diode (10) eine Reihenschaltung mehrerer Z-Dioden eingesetzt wird.

Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Anzahl der in ifeihe geschalteten Transistoren (6;7) beliebig sein kann und daß in gleicher Weise die Anzahl der Widerstände (4·;5) sowie die Anzahl der Widerstände (8;9) in entsprechender Weise veränderbar ist.

Schaltungsanordnung nach Punkt Λ bis·4, gekennzeichnet dadurch, daß ein Kondensator (25) zwischen der Nennspannungsquelle (2) und dem Bezugspotential (1) geschaltet ist. .

Hierzu 1 Seite Zeichnung