DD293922A5

DD293922A5 - PROTECTION OF A HALF-WAVE-CONTROLLED ALTERNATOR SWITCH INS. WITH TRANSFORMER-LINKED LOAD

Info

Publication number: DD293922A5
Application number: DD34005990A
Authority: DD
Inventors: Reiner Kirschke
Original assignee: Stuerenberg,Rolf,De
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1990-04-24
Publication date: 1991-09-12
Also published as: DE3913932C2; DE3913932A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung eines halbwellengesteuerten Wechselstromschalters insbesondere mit transformatorgekoppelter Last. Die Schutzschaltung enthaelt ein Speicherelement (FF1), in dem jeweils die letzte Stromrichtung des Wechselstromschalters (WS) gespeichert ist, abhaengig von welcher ein Steuersignal (ZS) ein Wiedereinschalten des Wechselstromschalters (WS) nur zusammen mit einer Nulldurchgangsschaltung (ZD) dann steuert, dasz die andere Stromrichtung auftritt. Speicherelement kann auch ein Speicherkern, ein ferroelektrischer Kondensator oder ein Speicherelement eines Mikroprozessors sein. Die Schaltung bietet einen UEberstrom- und UEbersaettigungsschutz insbesondere in Transformatorschaltkreisen, deren Transformator (T) eine hohe Remanenz aufweist. Fig. 1{Schutzschaltung; Wechselstromschalter, halbwellengesteuert; Speicherelement; Stromrichtung, gespeichert; Steuersignal; Wiedereinschalten; Nulldurchgangsschaltung; Kondensator; Mikroprozessor}The invention relates to a protective circuit of a half-wave controlled AC switch, in particular with transformer-coupled load. The protection circuit includes a storage element (FF1), in which the last current direction of the AC switch (WS) is stored, depending on which a control signal (ZS) then controls a reclosing of the AC switch (WS) only together with a zero-crossing circuit (ZD), e.g. the other current direction occurs. Memory element may also be a memory core, a ferroelectric capacitor or a memory element of a microprocessor. The circuit provides overcurrent and overcurrent protection particularly in transformer circuits whose transformer (T) has high remanence. Fig. 1 {protection circuit; AC switch, half-wave controlled; Memory element; Current direction, stored; Control signal; Turn back on; Zero crossing circuit; Capacitor; Microprocessor}

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Überstromschutz eines Wechselstromkreises, in dem ein Wechselstromschalter enthalten ist, der jeweils nur in einem Nulldurchgang einer über ihm liegenden Wechselspannung mittels eines Steuersignals einschaltbar ist, das den Wechselstromschalter abhängig von einem Richtungsinformations-Speicherzustand eines Speicherelementes bei einer zur gespeicherten Richtungsinformation entsprechenden Richtung der Wechselspannung zugeführt ist, wobei in das Speicherelement jeweils eine solche Richtungsinformation eingespeichert ist, die der letzten Stromrichtung des Wechselstromes nach einem Ausschalten des Steuersignals entspricht.The invention relates to a circuit arrangement for overcurrent protection of an AC circuit in which an AC switch is included, which is switched on in each case only in a zero crossing of an AC voltage lying above it by means of a control signal, the AC switch depending on a direction information memory state of a memory element at a stored direction information corresponding direction of the alternating voltage is supplied, wherein in the memory element in each case such direction information is stored, which corresponds to the last current direction of the alternating current after switching off the control signal.

Characteristic of the known state of the art

Wechselstromschalter der bekannten Art sind insbes. als optisch gesteuerte Thyristoren paarweise ausgestaltet, deren Zündsteuerung über einen Nulldurchgangdetektor, besonders störstrahlungsarm erfolgt. Derartige Schalter zünden deshalb den Stromdurchgang jeweils mit dem Beginn der nächsten Halbwelle, sobald das Steuersignal den optischen Sender, der eine in dem Schaltelement integrierte Lichtdiode ist, bestromt, und der Schalter beendet die Stromleitung, sobald diejenige Halbwelle endet, während der das Steuersignal verschwindet. Die Stromleitung kann jedoch auch durch externe Einflüsse bei einem Spannungsausfall oder -einbruch vor dem Ende der Halbwelle unterbrochen werden.AC switches of the known type are esp. Designed as a pair of optically controlled thyristors whose ignition control via a zero-crossing detector, particularly störstrahlungsarm. Therefore, such switches will fire the passage of current at the beginning of the next half cycle whenever the control signal is applied to the optical transmitter, which is a light diode integrated in the switching element, and the switch terminates the power line as soon as that half cycle ends during which the control signal disappears. However, the power line can also be interrupted by external influences in the event of a power failure or breakdown before the end of the half-cycle.

Da das Steuersignal völlig asynchron zur Wechselspannung und unabhängig von der Lage der Halbwelle bei einer Stromunterbrechung auftritt, führt dies, bei Schaltungen mit transformatorisch gekoppelter Last, insbesondere dann zu extremen Überlastungen, wenn während des nächsten Einschalivorganges mit einer, zur beim Ausschalten wirksam gewesenen, gleichpoligen Halbwelle erfolgt,Since the control signal occurs completely asynchronous to the AC voltage and regardless of the position of the half-wave during a power interruption, this leads, in circuits with transformer-coupled load, especially to extreme overloads, if during the next Einschalivorganges with one, to be effective when switching off, gleichpoligen Half wave takes place,

In einem solchen Fall ist der Transformator bei üblicher Dimensionierung bereits durch die vorhergehenden Halbwellen weitgehend durchgesteuert gewesen, so daß er bei der weiteren Magnetisierung in gleicher Richtung in die Sättigung kommt, was zu einem extrem hohen Kurzschlußstrom und einer entsprechend hohen Belastung der Primärseite des Transformators und des Thyristors führt.In such a case, the transformer with conventional dimensions has already been largely controlled by the previous half-waves, so that it comes in further magnetization in the same direction in the saturation, resulting in an extremely high short-circuit current and a correspondingly high load on the primary side of the transformer and of the thyristor leads.

Treten häufig solche Überlastspitzen auf, kann dies zu bleibenden Schäden an den Bauteilen oder zu deren Ausfall führen. Sofern eine sehr flinke Absicherung des Stromkreises vorgesehen ist, führt deren Durchbrennen oder Auslösung zu einem Stillstand und entsprechendem Reparaturaufwand, was insbes. bei sicherheitstechnischen Anlagen sehr nachteilig ist. Die Verwendung von transformatorgekoppelten Lasten ist insbes. in der Verkehrsignaltechnik üblich, wobei sämtliche Signallampen jeweils über einen zugehörigen Transformator mit jeweils einem Thyristorschalter betrieben werden. Da die Funktion der Lampen vorteilhaft primärseitig überwacht wird, werden hierfür sehr verlustarme Ringbandtransformatoren eingesetzt, die eine geringe Entmagnetisierung und somit eine hohe Remanenz aufweisen. Insbes., wenn nach einem Stromausfall viele Lampen glei :hzeitig einzuschalten sind, entsteht je nach der Lage der Ausschaltphasenlage zur Anschaltphasenlage ein extremer Anlagenkurzschlußstrom, wenn mehrere primäre Lampenstromkreise gleichzeitig in die Sättigung kommen, was dann zum Sicherungsausfall führt. Darüber hinaus ergibt sich durch die minütliche Einschaltung der Verkehrsampeln jeweils bei ungünstiger Phasenlage des Steuersignals zur vorherigen Ausschaltphasenlage eine erhebliche Erwärmung des Transformators durch die periodischen hohen Spitzenverluste.Often such overload peaks, this can lead to permanent damage to the components or their failure. If a very quick protection of the circuit is provided, their burning or tripping leads to a standstill and a corresponding repair effort, which is esp. In safety systems very disadvantageous. The use of transformer-coupled loads is esp. In traffic signal technology common, all signal lamps are each operated via an associated transformer, each with a thyristor. Since the function of the lamps is advantageously monitored on the primary side, very low-loss annular band transformers are used for this, which have a low demagnetization and thus a high remanence. In particular, if, after a power failure, many lamps are to be turned on simultaneously, depending on the position of the turn-off phasing for on-hook phase, an extreme system short-circuit current will result if several primary lamp circuits saturate at the same time, resulting in a fuse failure. In addition, results from the minute turn on the traffic lights each unfavorable phase position of the control signal to the previous Ausschaltphasenlage a significant warming of the transformer by the periodic high peak losses.

Die eingangs beschriebene Schaltungsanordnung ist aus DE-OS 2914638 bekannt. Bei dieser bekannten Schaltung wird die Einspeicherung der Stromrichtung in das Speicherelement jeweils zu Beginn eines Ansteuerungszeitraumes, den das Steuersignal bestimmt, vorgenommen, und es wird das Steuersignal jeweils am Ende eines Ansteuerungszeitraumes so lange aufrechterhalten, daß eine ganz bestimmte Anzahl von Stromrichtungswechseln vorlagen, so daß dadurch die Endstromrichtung danach gespeichert ist.The circuit arrangement described above is known from DE-OS 2914638. In this known circuit, the storage of the current direction in the memory element at the beginning of a driving period, which determines the control signal, made, and it is the control signal at the end of a driving period so long maintained that a very certain number of current direction changes were present, so that thereby the Endstromrichtung is stored thereafter.

Diese Schaltung hat den Nachteil, daß das Ende eines Ansteuerungszeitraumes unter Umständen um annähernd eine Wechselstromperiode verzögert gegenüber dem beabsichtigten Ende auftritt. Weiterhin erfolgt die Einspeicherung der Richtungsinformation unter der Annahme, daß die Wechselspannungsversorgung stets vorhanden ist. Bei einer Wechselspannungsunterbrechung ist die eingespeicherte Richtungsinformation in 50% der Fälle unzutreffend, so daß bei einem erneuten Einschalten dann eine Fehlansteuerung und ein hoher Stromstoß auftritt. Weiterhin ist das Speicherelement aus Flipflopschaltungen aufgebaut, deren Speicherinformation bei einem Ausfall der Versorgungsspannung verloren geht. Bei einer Neueinschaltung der Vorrichtung wird also die Hälfte der Fälle eine Fehlansteuerung und ein hoher Stromstoß auftreten.This circuit has the disadvantage that the end of a drive period may be delayed by approximately one AC period from the intended end. Furthermore, the storage of the direction information is performed under the assumption that the AC power supply is always present. In the case of an AC interruption, the stored direction information is incorrect in 50% of the cases, so that a faulty activation and a high current surge occur when the device is switched on again. Furthermore, the memory element is constructed from flip-flop circuits whose memory information is lost in the event of a power failure. When the device is switched on again, half of the cases will therefore be a faulty activation and a high current surge.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Mangel zu beseitigen.The aim of the invention is to eliminate the defect.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zu offenbaren, mit der Transformatoren, die mit im Nulldurchgang schaltenden Schaltern geschaltet werden, unabhängig von einem vorherigen Stromausfall, die Sättigungsgrenze nicht überschreitend, zu betreiben sind.It is an object of the invention to disclose a circuit arrangement with which transformers which are switched with zero-crossing switches can be operated independently of a previous power failure, not exceeding the saturation limit.

Erfindungsgemäß besteht die Lösung der Aufgabe darin, daß das Speicherelement laufend dio Stromrichtung eines jeweils dem Wechselstromschalter fließenden Wechselstromes speichert und es seinem jeweiligen Speicherzustand unabhängig vom Vorhandensein einer externen Versorgungsspannung hält.According to the invention, the solution of the problem lies in the fact that the storage element continuously stores the current direction of a current flowing in each case to the AC switch and keeps it in its respective memory state independently of the presence of an external supply voltage.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltung besteht darin, daß sich das Speicherelement in der Ansteuerschaltung des Wechselstromschalters befindet, die das Steuersignal erzeugt, das einem optischen Signalgeber in einem handelsüblichen Thyristor-Wechselstromschalter zugeführt ist. Die jeweils zuletzt vorhandene Stromrichtung und die jeweils zuletzt vorhandene Spannungsrichtung werden über Optokoppler der Steuerungsbaugruppe zugeführt, so daß eine Entkopplung und Isolation zwischen dem Steuerkreis und den die Wechselspannung führenden Bauelementen gegeben ist. Die Speicherung erfolgt in einem Flipflop, das über eine Hilfsbatterie auch bei Stromausfall versorgt wird. Auch elektrostatisch speichernde Bauelemente nach Art eines elektrisch änderbaren Lesespeichers sind als Speicherelemente zu verwenden, wodurch die Batterie erspart wird.An advantageous embodiment of the circuit is that the memory element is located in the drive circuit of the AC switch, which generates the control signal which is fed to an optical signal transmitter in a commercially available thyristor AC switch. The last available current direction and the last existing voltage direction are supplied via optocouplers of the control assembly, so that a decoupling and isolation between the control circuit and the AC voltage leading components is given. The storage takes place in a flip-flop, which is supplied by an auxiliary battery even in the event of a power failure. Also, electrostatically storing components in the manner of an electrically changeable read memory are to be used as storage elements, whereby the battery is spared.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltung besteht darin, daß der geschaltete Strom über eine Setzwicklung eines Speicherringkernes geführt ist und die Startflanke des Steuersignals jeweils in einen Auslesestromimpuls gewandelt wird, so daß das Lesesignal aus dem Speicherringkern geeignet verstärkt und zwischengespeichert in Verbindung mit dem Steuersignal zur Ansteuerung der nächsten, entsprechend anders gerichteten Halbwelle dient.Another advantageous embodiment of the circuit is that the switched current is passed through a set winding of a storage ring core and the starting edge of the control signal is converted into a read-out current pulse, so that the read signal from the storage ring core appropriately amplified and cached in conjunction with the control signal for driving the next, corresponding differently directed half wave is used.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltung besteht darin, das Speicherelement auf der Wechselspannungseite der Schaltbaugruppe in Verbindung mit dem Nulldurchgangsdetektor anzuordnen. Die Stromsignale lassen sich dort unmittelbar abnehmen und zur Speicherung und Auswertung des Speicherzustandes verwenden. Als Speicherelement eignet sich hierfür besonders eine ferroelektrische Kapazität. Besonders einfach wird eine derartige Schaltung, wenn sie paarweise für die beiden Stromrichtungen aufgebaut ist. Diese Schaltung läßt sich in einem Baustein unterbringen und ist gegen die handelsüblichen Schaltbausteine ohne v^eitere Schaltungsänderung austauschbar. Statt der dargestellten, von dem Steuerelement getrennten Anordnung des Speicherkondensators, kann auch eine unmittelbar mit einem Steuertransistor integrierte vorgesehen sein. Statt in einer kompakten Stellung läßt sich das Schaltungsschutzverfahren auch mit einem Mikroprozessor verwirklichen, was insbes. dann vorteilhaft ist, wenn die geschalteten Ströme nach ihrer Richtung erkannt und laufend überwacht werden, was in sicherheitstechnischen Vorrichtungen, z. B. in Verkehrssicherungsanlagen, üblich ist, in denen die Signallampenströme ständig überwacht werden. Durch ein Zusatzprogrammteil werden jeweils die zuletzt vorhandenen Stromrichtungen derverschiedenen Lampenstromkreise gespeichert und die Steuersignale zum Wiedereinschalten der Signallampen jeweils mit einer zur jeweiligen Wechselspannu'ngsphasenlage geeigneten Phasenlage ausgegeben, so daß dann jeweils die der früheren Siromrichtung entgegengesetzte Stromrichtung auftritt.A further advantageous embodiment of the circuit is to arrange the memory element on the AC voltage side of the switching module in conjunction with the zero crossing detector. The current signals can be removed there immediately and used for storage and evaluation of the memory state. As a memory element is particularly suitable for this ferroelectric capacity. Such a circuit is particularly simple if it is constructed in pairs for the two current directions. This circuit can be accommodated in a module and is interchangeable with the commercial switching components without v ^ Eitere circuit change. Instead of the illustrated, separated from the control arrangement of the storage capacitor, an integrated directly with a control transistor may be provided. Instead of in a compact position, the circuit protection method can be realized with a microprocessor, which esp. It is advantageous if the switched currents are recognized by their direction and constantly monitored, resulting in safety devices, eg. As in traffic safety systems, is common in which the signal lamp currents are constantly monitored. By an additional program part of each of the last existing current directions of the different lamp circuits are stored and outputs the control signals for turning on the signal lamps each with a suitable Wechselspannu'ngsphasenlage phase position, so that then each of the previous Siromrichtung opposite current direction occurs.

Man führt dem Mikroprozessor mindestens eines der Steuersignale programmabhängig wechselnd jeweils einem der Wechselstromschalter zu, wobei Richtungssignale von der Wechselspannung über antiparallele Koppler dem Mikroprozessor laufend signalisiert sind und deren nächster Signalzustand jeweils nach dem Ausschalten des Steuersignals programmgemäß in einem Speicher, der die gespeicherte Information unabhängig von einer externen Versorgungsspannung hält, als die Richtungsinformation gespeichert ist.It leads to the microprocessor at least one of the control signals depending on the program each one of the AC switch, direction signals from the AC voltage via antiparallel coupler the microprocessor are continuously signaled and their next signal state after switching off the control signal according to the program in a memory that stores the information independently an external supply voltage holds, as the direction information is stored.

Vor einem programmgemäß vorgesehenen Wiedereinschalten des Steuersignals wird die jnweils gespeicherte Richtungsinformation aus dem Speicher wiederausgelesen und erst mit dem Auftreten desjenigen aktuellen Richtungssignales, das der anderen Spannungsrichtung als der jeweils ausgelesenen entspricht, ist das Steuersignal wiedereingeschaltet. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Phasensignal der Wechselspannung von dem Mikroprozessor derart ausgewertet wird, daß zeitgesteuert ein Ausfall der Wechselspannung ermittelt wird und die phasensignalmäßige Stromrichtung als die Stromrichtungsinformation zugeordnet zu dem gegebenenfalls jeweils anstehenden Steuersignal gespeichert wird und dann das Steuersignal abgeschaltet ist.Before a restart of the control signal provided according to the program, the direction information stored in each case is read out of the memory again and the control signal is switched on again only when the current direction signal which corresponds to the other voltage direction than the respectively read out occurs. In a further embodiment of the invention, it is provided that a phase signal of the AC voltage is evaluated by the microprocessor so that a time-controlled failure of the AC voltage is determined and the phase signal current direction as the current direction information associated with the optionally pending control signal is stored and then the control signal is switched off ,

Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, deren Speicherschaltung zwei Flipflop enthält, von denen das zweite Flipflop durch Spannungsrichtungssignale von an die Wechselspannung angeschlossenen Kopplern, undzwar abhängig von der in dem ersten Flipflop gespeicherten Richtungsinformation, gesetzt und abhängig von dem Ende des Steuersignals gelöscht wird und dessen Ausgangssignal nulldurchgangsabhängig den Wechselstromschalter beaufschlagt, ist dadurch gekennzeichnet, daß das erste Flipflop jeweils durch ein erstes Stromrichtungssignal von einem in dem Wechselstromkreis angeordneten ersten Koppler gesetzt und durch ein zweites Stromrichtungssignal von einem zu dem ersten Koppler entgegengesetzt gerichtet geschalteten zweiten Koppler gelöscht ist und die Speicherschaltung und die Koppler von einer Langzeitbatterie gespeist sind.A circuit arrangement according to the invention, the memory circuit of which includes two flip-flops, of which the second flip-flop is set by voltage direction signals from couplers connected to the AC voltage, depending on the direction information stored in the first flip-flop, and cleared depending on the end of the control signal and whose output signal is zero crossing dependent AC switch is acted upon, characterized in that the first flip-flop is set by a first current direction signal from a arranged in the AC circuit first coupler and deleted by a second current direction signal from a direction to the first coupler oppositely connected second coupler and the memory circuit and the coupler of a long-life battery are fed.

Bei einer weiteren Schaltungsanordnung, deren Speicherschaltung zwei Ftipflop onthält, von den das zweite Flipflop durch Spannungsrichtungssignale von an die Wechselspannung angeschlossenen Kopplern, und zwar abhängig von der in dem ersten Flipflop gespeicherten Richtungsinformation, gesetzt und abhängig von dem Ende das Steuersignals gelöscht wird und dessen Ausgangssignal nuildurchgangsabhängig den Wechselstromschalter beaufschlagt, ist vorgesehen, daß das Speicherelement einen hartmagnetischen Speicherringkern enthält mit einer Schreibwicklung, die von dem geschalteten Wechselstrom durchflossen ist und mit einer Abfragewicklung, die jeweils von einem Abfragestromimpuls durchflossen ist, der jeweils mit einem Wechsel des Steuersignals in einer Impulsschaltung entsteht, und mit einer Lesewicklung, die mit einem Setzeingang des ersten Speicherflipflops verbunden ist, dessen beiden Ausgangssignale nach einer Verzögerung mit dem eingehenden Steuersignal und zwar jeweils mit einem der zwei Spannungsrichtungssignale verknüpft, das zweite Flipflop setzt.In a further circuit arrangement, the memory circuit on tthält two Ftipflop, set by the second flip-flop by voltage direction signals from connected to the AC voltage couplers, depending on the stored in the first flip-flop direction information, and depending on the end of the control signal is deleted and its output signal Depending on the passageway dependent AC switch, it is provided that the memory element contains a hard magnetic storage ring core with a write coil, which is traversed by the switched alternating current and with a query winding, which is respectively traversed by a query current pulse, each of which results in a change of the control signal in a pulse circuit , And with a read winding, which is connected to a set input of the first memory flip-flop, the two output signals after a delay with the incoming control signal, each with a the two voltage direction signals linked, the second flip-flop sets.

Die Schaltungsanordnung kann weiterhin vorteilhaft dadurch gekennzeichnet sein, daß in dem geschalteten Wechselstromkreis mindestens ein ferroelektrischer Speicherkondensator parallel zu einem Spannungsbegrenzer so angeordnet ist, daß er jeweils zur Einschaltung des Wechselstromschalter gegengekoppelt wirkt und einem erneuten Stalten entgegenwirkend mit der Nullpunktdetektorschaltung sperrend verknüpft ist,The circuit arrangement may also be advantageously characterized in that in the switched AC circuit, at least one ferroelectric storage capacitor is arranged in parallel to a voltage limiter so that it counteracts in each case for switching on the AC switch and is counteracting a renewed Stoder associated with the zero point detector circuit blocking

Dann ist es vorteilhaft, wenn z^.ei der Speicherkondensatoren und zwei der Nullpunktdetektorschaltungen antiparallel mit zwei Thyristoren in dem Wechselstromschalter angeordnet sind.Then it is advantageous if z ^ .ei the storage capacitors and two of the Nullpunktdetektorschaltungen are arranged in anti-parallel with two thyristors in the AC switch.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es zweckmäßig sein, daß der Wechselstromschalter einem Leistungsthyristorpaar stsuernd parallel geschaltet ist, beziehungsweise, daß der Wechselstromschalter in Serie mit einer Primärwicklung eines Transformators mit einer hohen Remanenz geschaltet ist.In a further embodiment of the invention, it may be appropriate that the AC switch is connected stsuernd parallel to a Leistungssthyristorpaar, or that the AC switch is connected in series with a primary winding of a transformer with a high remanence.

Es ist vorteilhaft, wenn die Schaltungsanordnung zusammen mit dem Wechselstromschalter in einem Baustein integriert ist.It is advantageous if the circuit arrangement is integrated together with the AC switch in a block.

Ausführungsbeispieleembodiments

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispialen näher erläutert werden, in der zugehörigen Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to Ausführungsbeispialen shown in the accompanying drawings

Fig. 1: eine Schutzschaltungsanordnung mit einer Optokopplung, die dem Wechselstromschalter vorgecrdnet ist; Fig. 2: eine Schutzschaltungsanordnung mit einem Fon !'.speicherkern, die dem Wechselstromschalter vorgeordnet ist; Fig.3: eine Schutzschaltungsanordnung, die wechselspannungsseitig angeordnet ist: Fig.4: eine Mikroprozessorschaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zum Schaltungsschutz.Fig. 1: a protective circuit arrangement with an optocoupler which is precrdnet the AC switch; Fig. 2: a protective circuit arrangement with a Fon! '. Memory core, which is arranged upstream of the AC switch; 3 shows a protective circuit arrangement which is arranged on the alternating voltage side: FIG. 4 shows a microprocessor circuit arrangement for carrying out the method for circuit protection.

Fig. 1 zeigt eine Schutzschaltung deren Speicherelement (FFD durch eine Spannung (UGB) einer Langzeitbatterie (DB) gespeist ist, die über eine Trenndiode (FD) von einer Gleichspannungsversorgung (UG) versorgt ist, die eine Steuervorrichtung (SV), die ein Steuersignal (ZS) liefert, speist. Der Wechselstromschalter (WS) ist ein handelsübliches, mit einer Leuchtdiode (LD) und einem internen Nulldurchgangsdetektor (ZD) gesteuertes Thyristorpaar (TP), dem zur Leistungserhöhung ein externes Thyristorpaar (ET) in bekannter Weise nachgeschaltet ist.1 shows a protection circuit whose storage element (FFD is fed by a voltage (UGB) of a long-life battery (DB) which is supplied via a separating diode (FD) from a DC voltage supply (UG) comprising a control device (SV) which generates a control signal The AC switch (WS) is a commercially available, with a light emitting diode (LD) and an internal zero crossing detector (ZD) controlled thyristor pair (TP), which is followed by an external thyristor pair (ET) in a known manner to increase the power.

Die Thyristorschaltstrecken liege in Reihe mit einem Bandkern-Transformator (T), der sskundärseitig beispialsweise mit einer Verkehrssignallampe (L) belastet ist. Primärseitig ist die Reihenschaltung aus der Transformatorwicklung und dem Wechselstromschalter von einer Wechselspannung (UAc) von, z. B. 220 V, 50 Hz, gespeist. In den Strompfad des Thyristorpaares (TP) sind zwei entgegengesetzta Optokoppler (LH, Ll 2) eingeschaltet, deren Ausgangssignale das Speicherelement (FF 1) jeweils gemäß der geschalteten Strümrichtunjj setzen. Ein weiteres, einander entgegengesetzt gerichtetes Optokopplerpaar (LU I, LU2) ist in Serie mit einem Vorwiderstand überThyriniorpaar (TP) geschaltet, so daß deren Ausgangssignale jeweils bei offenem Wechselstromschalter die eine bzw. andere Spannungsrichtung signalisieren und demgemäß dann eines der Spannungsrichtungssignale (UP, UN) außerhalb des Nulldurchgangsbereiches abgeben. Die beiden Ausgangssignale des Speicherelementes (FF1) werden dann jeweils in einem Und-Gatter (U 1, U 2) mit dem entsprechenden Spannungsrichtungssignal (UP, UN) und mit dem Steuersignal (ZS) verknüpft, und deren Ausgangssignale werden in einem Odergatter (OG) verknüpft und auf den Setzeingang eines weiteien Flipflop (FF2) gegeben, dessen Ausgangssignal (ZS') dem Wechselstromschalter (WS) als Steuersignal zugeführt ist. Dieses Flipflop (FF2) wird über einen Invei ter (N) mit der Inversion des Zustandssignals (ZS) gelöschi.The Thyristorschaltstrecken lie in series with a ribbon core transformer (T), the sskundärseitig beispialsweise charged with a traffic signal lamp (L). On the primary side, the series connection of the transformer winding and the AC switch from an AC voltage (UAc) of, z. B. 220 V, 50 Hz, fed. In the current path of the thyristor pair (TP), two opposite optocouplers (LH, Ll 2) are turned on, whose output signals set the memory element (FF 1) respectively according to the switched Strümrichtunjj. Another, oppositely directed pair of optocouplers (LU I, LU2) is connected in series with a series resistor over Thyriniorpaar (TP), so that their output signals each with open AC switch one or the other voltage direction and then one of the voltage direction signals (UP, UN ) outside the zero crossing range. The two output signals of the memory element (FF1) are then each in an AND gate (U 1, U 2) with the corresponding voltage direction signal (UP, UN) and the control signal (ZS) linked, and their output signals are in an OR gate (OG ) and applied to the set input of a wide flip-flop (FF2) whose output signal (ZS ') is supplied to the AC switch (WS) as a control signal. This flip-flop (FF2) is erased via a Invei ter (N) with the inversion of the state signal (ZS).

Die Funktionsweise dieser Schutzschaltung ist somit die, daß erst nachdem ir, das Speicherflipflop (FF1) mit einem der Stromrichtungssignale eine Richtungsinformation eingespeichert wurde und wenn nach dem Abschalten des Steuersignals (ZS) dieses wieder aktiviert ist und danach ein zum Speicherinhalt gleichartiges Spannungsrichtungssignal (UP, UN) auftritt, dann das Ausgangssignal (ZS') von dem Flipflop (KF2) abgegeben wird, wonach das Ausgangssignal (ZS') zusammen mit dem nächsten Nulldurchgangssignal zu einer Thyristorzündung führt, wodurch dann die Stromrichtung umgekehrt zur früheren ist. Eine Überschreitung der Sättigungsgrenze des Transformator ist somit verhindert. Diese Schaltung arbeitet auch dann korrekt, wenn eine externe Unterbrechung der Wechselspannung (UA) erfolgte, cia die tatsächliche Stromrichtung stets gespeichert wird.The operation of this protection circuit is thus that only after ir, the Speicherflipflop (FF1) with one of the current direction signals direction information was stored and after the switching off of the control signal (ZS) this is activated again and then a memory content to the same voltage direction signal (UP, UN), then the output signal (ZS ') is output from the flip-flop (KF2), whereupon the output signal (ZS') together with the next zero-crossing signal results in a thyristor firing whereby the current direction is reversed to the previous one. Exceeding the saturation limit of the transformer is thus prevented. This circuit operates correctly even when an external interruption of the AC voltage (UA) occurred cia the actual current direction is always stored.

Fig. 2 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung, in der das Steuersignal (ZS) mit der gespeicherten Richtungsinformation verknüpft und danach in entsprechender Phasenlage zur anliegenden Wechselspannung als Ausgangssignal (ZS") an den Wechselstromschalter (WS) abgegebon wird, wo dieses nach der Verknüpfung mit dem nächsten Nulldurchgangssignal (ZD) zurThyristorzündung führt. Die Potentialtrennung der Wechselspannung zur Steuerspannungsseite sowie die Speicherung wird durch einen Speicherringkern (KS) vorgenommen. Sobald das Steuersignal (ZS) in den Einzustand wechselt, wird eine Impulsschaltung (IS) getriggert, die einen Lesestrom (IL) durch den Speicherkern (KS) treibt, so daß dieser, falls er entsprechend magnetisiert war, unmagnetisiert wird und sein in der Lesewicklung (LW) durch die Induktion entstehendes Lesesignal das Auswerteflipflop (FF 10) setzt, dessen Zustandssignale nach den Ende des Leseimpulses von einem weitnren Impulssignalgeber (S2) über die Und- und Oder-Gatter, wie ϊ.τ der Schaltung Fig. 1 verknüpft, einem zweiten Flipflop (FF20) zugeführt ist, daß das modifizierte Steuersignal (ZS") abgibt. Beide Flipflops (FF10, FF20) werden mit der Inversion des Steuersignals (ZS) gelöscht.Fig. 2 shows a further circuit arrangement in which the control signal (ZS) associated with the stored direction information and then abgegebon in a corresponding phase to the applied AC voltage as an output signal (ZS ") to the AC switch (WS), where this after the link with the The potential separation of the AC voltage to the control voltage side as well as the storage is performed by a storage ring core (KS) As soon as the control signal (ZS) changes to the on state, a pulse circuit (IS) is triggered which generates a read current (IL ) drives through the memory core (KS), so that this, if it was magnetized accordingly, is unmagnetized and its reading signal (LW) resulting from the induction read signal the Auswerteflipflop (FF 10) sets, whose state signals after the end of the read pulse of a wide pulse signal generator (S2) via the AND and OR gates, how ϊ.τ the circuit Fig. 1 linked, a second flip-flop (FF20) is supplied, that the modified control signal (ZS ") outputs. Both flip-flops (FF10, FF20) are cleared with the inversion of the control signal (ZS).

Fig. 3 zeigt eine Schutzschaltungsanordnung, die unmittelbar wechselstromseitig in dem Schalter angeordnet ist. Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise ist der Wechselstromschalter (WS 1) durch Ersatzschaltungen der beiden antiparallelen Thyristoren (TH 1, TH 2) dargestellt, die durch die Nulldurchgangsdetektoren (ZD 1, ZD2) jeweils angesteuert werden, wenn diese von der Leuchtdiode (LED) durch das Steuersignal (ZS) mit dem Lichtsignal beaufschlagt werden. In den Strompfaden der Thyristoren (TH 1,TH 2) sind jeweils Speicherkondensatoren (CF 1, CF2) mit einem ferroelektrischen Dielektrikum parallel zu Spannungsbegrenzern (B 1, B2), z.B. Dioden, angeordnet, so daß diese Speicherelemente (CF 1, CF2) sich jeweils der Stromflußrichtung gemäß aufladen. Die zum Starten dienenden Nulldurchgangsdetektoren (ZD 1, ZD 2) sind jeweils in gegenkoppelnder und eine Neuzündung sperrender Weise mit einem der Speicherelemente verbunden, so daß die Nulldurchgangsdetektoren jeweils nur dann eine Zündung bewirken können, wenn ein gemäß dem vorherigen Stromfluß gespeicherter Spannungszustand nicht der Stromflußrichtung des jeweils zu zündenden Thyristorpaares (TH 1, TH 2) entspricht. Die externe Beschattung des Wechselstromschalters (WS 1) entspricht im übrigen z. B. der Schaltung in Fig. 1. Eine weitere Schaltungsanordnung zur Verwirklichung des SchuU-verfahrens ist in Fig.4 dargestellt. Es handelt sich um einen Ausschnitt einer Verkehrssignalanlage mit einer Signallampen-Übei'/vachungsschaltung. Der Mikroprozessor (MP) liefert außer weiteren Steuersignalen, die er an weitere gleichartige, nicht dargestellte, externe Schaltkreise abgibt, das Steuersignal (ZS) für die Ansteuerung des nullpunktgesteuerten Wechselstromschalters (WS 2), der über die Leistungsthyristoren (ET) und den Transformator (T) die Verkehrssignallampe (L), z. B. ein Rotlicht bestromt. Parallel zu den Leistungsthyristoren (ET) ist für jede Spannungsrichtung je ein Lichtkoppler (LU 1, LU2) angeordnet, so daß diese entsprechende Spannungsrichtungssignale (UP, UN) abgeben, die dem Mikroprozessor (MP) eingangsseitig zugeführt sind. Dieser ermittelt jeweils nach dsm Abschalten des Steuersignals (ZS), wenn also die Lampe (L) nicht mehr bestromt wird, welches der Spannungsrichtungssignale (UP, UN) zuerst auftritt und speichert dieses in einem Speicher (SP) ab. Ein Spannungsrichtungssignal entsteht immer erst nach der Stromabschaltung, da die Spannung (UA) über dem Schalter nur dann ansteht und gemeldet wird; ansonsten ist nur eine zu geringe Pestspannung vorhanden. Auf diese Weise läßt sich die Richtung des vorherigen Stromes ermitteln. Sobald danach gemäß dem internen Steuerprogramm das Steuersignal (ZS) diese Lampe wieder einzuschalten hätte, wird zuvor das zugehörige gespeicherte Richtungssignal programmgemäß aus dem Speicher (SP) des Mikroprozessors (MP) ausgelesen und das Spannungsrichtungssignal (UP, UN), das die umgekehrte Spannungsrichtung angibt, laufend auf sein Vorhandensein geprüft, und erst, wenn dieses auftritt, wird das Steuersignal (ZS) aktiviert, so daß eine Zündung der Thyristoren (ET) mit dem nächsten Nulldurchgang eintritt. Auf diese Weise wird jeweils die Stromrichtung beim betriebsmäßigen Abschalten gespeichert und beim Wiedereinschalten der Lampen berücksichtigt.Fig. 3 shows a protective circuit arrangement which is arranged directly on the AC side in the switch. For a better understanding of the operation of the AC switch (WS 1) is represented by equivalent circuits of the two antiparallel thyristors (TH 1, TH 2), which are respectively controlled by the zero crossing detectors (ZD 1, ZD2), if this from the light emitting diode (LED) the control signal (ZS) is supplied with the light signal. In the current paths of the thyristors (TH 1, TH 2) are respectively storage capacitors (CF 1, CF 2) with a ferroelectric dielectric parallel to voltage limiters (B 1, B2), e.g. Diodes, arranged so that these memory elements (CF 1, CF2) each charge according to the Stromflußrichtung according. The starting zero-crossing detectors (ZD 1, ZD 2) are each connected in reverse-coupling and reclosing manner to one of the memory elements so that the zero-crossing detectors can each cause ignition only when a voltage state stored according to the previous current flow does not follow the current flow direction of each to be fired thyristor pair (TH 1, TH 2) corresponds. The external shading of the AC switch (WS 1) corresponds otherwise z. B. The circuit in Fig. 1. A further circuit arrangement for realizing the SchuU method is shown in Figure 4. It is a section of a traffic signal system with a signal lamp Übei 'monitoring circuit. The microprocessor (MP) supplies the control signal (ZS) for the control of the zero point controlled AC switch (WS 2), in addition to other control signals, which it outputs to other similar, not shown, external circuits via the power thyristors (ET) and the transformer ( T) the traffic signal lamp (L), z. B. energized a red light. Parallel to the power thyristors (ET) is arranged for each voltage direction depending a light coupler (LU 1, LU2), so that they deliver corresponding voltage direction signals (UP, UN), which are supplied to the microprocessor (MP) on the input side. This determines in each case after dsm switching off the control signal (ZS), that is, when the lamp (L) is no longer energized, which of the voltage direction signals (UP, UN) first occurs and stores this in a memory (SP). A voltage direction signal is always generated after the power has been switched off, because the voltage (UA) across the switch is only present and reported; otherwise there is only too little plague tension. In this way, the direction of the previous stream can be determined. As soon thereafter, according to the internal control program, the control signal (ZS) would turn this lamp back on, the associated stored direction signal is previously read from the memory (SP) of the microprocessor (MP) according to the program and the voltage direction signal (UP, UN) indicating the reverse voltage direction , checked for its presence, and only when this occurs, the control signal (ZS) is activated, so that an ignition of the thyristors (ET) with the next zero crossing occurs. In this way, the current direction is stored during the operational shutdown and taken into account when the lamps are switched back on.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Wechselspannungssignal (UAE) mit einer Ausfallschaltung überwacht, diez. B. aus zwei antiparallelen Lichtkopplern (LU3, LU4) besteht, deren Phasenausgangssignale (PH) periodisch vom Mikroprozessor (MP) überwacht werden, so daß deren letztes Signal stets abgespeichert ist. Außerdem wird durch Vergleich mit dem Zeitsignal einer Uhr (CL) programmgemäß ermittelt, wenn das nächste zu erwartende Phasensignal ausbleibt, also eine Netzunterbrechung auftritt.In an advantageous embodiment, the AC voltage signal (UAE) is monitored with a failure circuit, thez. B. consists of two anti-parallel light couplers (LU3, LU4) whose phase output signals (PH) are periodically monitored by the microprocessor (MP), so that the last signal is always stored. In addition, it is determined by comparison with the time signal of a clock (CL) according to the program, if the next expected phase signal fails, ie a power interruption occurs.

Davon abhängig wird dann für alle diejenigen Lampen-Steuersignale, die eingeschaltet sind, das letzte Phasensignal zugeordnet gespeichert, und alle Steuersignale (ZS) aller noch aktivierten Signallampen werden ausgeschaltet, so daß beim Wiedereinschalten der Lampenschalter, wenn die Wechselspannung wiederkehrt, die jeweils andere Stromrichtung auftritt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, auch Teile der programmgemäßen Steuerung, z. B. die Netzausfallerkennung, mit elektronischen Bauteilen zu bewirken, wobei z. B. das Netzausfallsignal mittels einer Interruptsteuerung dem Mikroprozessor zugeführt wird. Der asymmetrische Schaltungsaufbau bezüglich der Speicherelemente (KS, FF10) in Fig. 2 läßt sich ebenso auf die Schaltung Fig.4 fachmännisch übertragen, wie die symmetrisch angesteuerte Speicherschaltung (FF1) in Fig. 1 darin darzustellen ist.Dependent is then stored for all those lamp control signals that are on, associated with the last phase signal, and all control signals (ZS) of all activated signal lamps are turned off, so that when you turn the lamp switch, when the AC voltage returns, the other current direction occurs. It is within the scope of the invention, including parts of the program control, z. As the power failure detection to effect electronic components, wherein z. B. the power failure signal is supplied to the microprocessor by means of an interrupt control. The asymmetric circuit structure with respect to the memory elements (KS, FF10) in Fig. 2 can also be expertly transferred to the circuit Fig.4, as the symmetrically driven memory circuit (FF1) in Fig. 1 is to be represented therein.

Claims

1. Schutzscnaltung a half-wave controlled AC switch, in particular with transformer coupled load with a circuit arrangement for overcurrent protection of an AC circuit, in which an AC switch is included, which is switched on only in a zero crossing of a lying above him AC voltage by means of a control signal, the AC switch in each case when it is turned on depending on a direction information memory state of a Speicherelemen'is supplied in a direction corresponding to the stored direction information direction of the AC voltage, wherein in the memory element each such direction information is stored, which corresponds to the last current direction of the alternating current after turning off the control signal, characterized in that the memory element (FF 1, KS, CF1, CF2, SP) continuously the current direction of each of the AC switch (WS, WS 1, WS2) flowing AC current speic It keeps its respective memory state independent of the presence of an external supply voltage (UG).

2. Protection circuit according to claim 1, characterized in that a microprocessor (MP) at least one of the control signals (ZS) depending on the program alternately one of the AC switch (WS2) supplies and direction signals (UP, UN) from the AC voltage (UA) via antiparallel coupler ( LU 1, LU 2) are continuously signaled to the microprocessor (MP) and their next signal state respectively after switching off the control signal (ZS) according to the program stored in a memory (SP), which holds the stored information independently of an external supply voltage, as the direction information is and prior to a program provided for restarting the control signal (ZS) the stored direction information from the memory (SP) is re-read and only with the occurrence of that current direction signal (UN, UP), the other voltage direction (UP, UN) than the respective is read out, the control signal (ZS) is switched back on i st.

3. Protection circuit according to claim 2, characterized in that a phase signal (PH) of the AC voltage (UAE) is evaluated by the microprocessor (MP) such that a time-controlled failure of the AC voltage (UAE) is determined and assigned the phase signal current direction as the current direction information is stored to the possibly pending control signal (ZS) and then the control signal (ZS) is turned off.

4. Protection circuit according to claim 1, the memory circuit includes two flip-flops, of which the second flip-flop is set by voltage direction signals from connected to the AC couplers, depending on the stored in the first flip-flop direction information, and deleted depending on the end of the control signal and whose output signal is subjected to the AC switch depending on the zero crossing, characterized in that the first flip-flop (FF 1) is set by a first current direction signal from a first coupler (L1 1) arranged in the AC circuit and by a second current direction signal from one to the first coupler (L1 1 ) oppositely connected second coupler (LI2) is cleared and the latches (FF1, FF2) and the couplers Ll 1, Ll 2; LU1, LU 2) from a long-term battery (DB) are fed.

5. Protection circuit according to claim 1, the memory circuit includes two flip-flops, of which the second flip-flop by voltage direction signals from connected to the AC voltage couplers, depending on the stored in the first flip-flop direction information set u. i is erased depending on the end of the control signal and whose output signal zero passage dependent applied to the AC switch, characterized in that the memory element comprises a hard magnetic storage ring core (KS) with a write winding, which is traversed by the switched alternating current and a query winding, each of a Interrogation current pulse (IL) is flowed through, which results in each case with a change of the control signal (ZS) in a pulse circuit (IS), and with a read winding (LW), which is connected to a set input of the first memory flip-flop (FF 10), whose two output signals after a delay with the incoming. Control signal (ZS) and zv. ir each associated with one of the two voltage direction signals (UP, UN), the second flip-flop (FF20) sets.

6. Protection circuit according to claim 1, characterized in that in the switched AC circuit at least one ferroelectric Safty capacitor (CF 1, CF2) parallel to a voltage limiter (B 1, B2) is arranged so that it is counter-coupled to the switching of the AC switch and a renewed Start counteracting with the zero point detector circuit (ZD 1, ZD2) is locked.

7. Protection circuit according to claim 6, characterized in that two of the storage capacitors (CF1, CF2) and two of the zero point detector circuits (ZD 1, ZD2) are arranged in anti-parallel with two thyristors (TH 1, TH 2) in the AC switch (WS2).

8. Protection circuit according to one of claims 1 to 7, characterized in that the AC switch (WS, WS 1, WS2) is connected in parallel to a power thyristor pair (ET).

9. Protection circuit according to one of claims 1 to 8, characterized in that the AC switch (WS, WS 1, WS 2M η series with a primary winding of a transformer (T) is connected with a high remanence.

10. Protection circuit according to one of claims 4 to 7, characterized in that it is integrated together with the AC switch in a block.