DE1044939B - Relaiseinrichtung, die in Abhaengigkeit von der Art der AEnderungen des Wertes einer die Einrichtung beeinflussenden Groesse arbeitet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Relaiseinrichtung, die in Abhängigkeit von der Art der Änderung des Wertes einer die Einrichtung beeinflussenden Größe arbeitet. Ein Beispiel einer solchen Relaiseinrichtung ist das Sprungrelais, das anspricht, wenn die erregende Größe sich von einem beliebigen Wert plötzlich um einen Betrag ändert, der den Einstellwert des Relais überschreitet. Ein häufiges Relais dieser Art ist das Stromsprungrelais, das anspricht, wenn der Strom z. B. bei einem Netzkurzschluß sehr schnell um einen Betrag ansteigt, der größer als der Einstellwert des Relais ist. Der Endwert des Stromes kann dabei kleiner als der maximal zulässige Betriebswert des Stromes sein. Ein anderes Beispiel ist das Gradientenrelais, das anspricht, wenn die erregende Größe sich um einen. Betrag in der Zeiteinheit ändert, der größer als der Einstellwert ist. Bisher bekannte Sprung- und Gradientenrelais sind gewöhnlich Induktionsrelais mit einem Waagebalken und einer rotierenden Scheibe, die eine Feder spannt, sie haben also eine sehr komplizierte mechanische Konstruktion. Diese Relais haben auch andere Nachteile, z. B. den, daß der Ansprechwert sich mit dem Anfangswert der erregenden Größe verändert, so daß bei verschiedenen Anfangswerten der erregenden Größe ungleich große oder schnelle Änderungen der erregenden Größe erforderlich sind, um das Relais zum Ansprechen zu bringen. Ein weiterer Nachteil dieser Relais ist der große Eigenverbrauch.

Bei einem anderen bekannten Sprungrelais durchfließt ein der erregenden Größe proportionaler Gleichstrom eine Primärwicklung eines Transformators, an dessen Sekundärwicklung ein Gleichstromrelais angeschlossen ist. Dieses Sprungrelais hat unter anderem den Nachteil eines großen Raumbedarfes; denn der Transformator muß verhältnismäßig groß sein, obwohl die Leistung des Relais klein ist. Ein anderer Nachteil ist, daß das Gleichstromrelais von Wechselstromkomponenten des die Primärwicklung des Transformators durchfließenden Gleichstromes stetig beeinflußt wird und deshalb das Gleichstromrelais gegen diese Wechselstromkomponente unempfindlich gemacht werden muß. Solche Wechselstromkomponenten entstehen insbesondere dann, wenn die erregende Größe ein Wechselstrom oder eine Wechselspannung ist, der bzw. die zur Speisung der Primärwicklung des Transformators gleichgerichtet wird. Ein anderer Nachteil dieses Sprungrelais ist, das die Amplitude des Sekundärstroms des Transformators nicht unmittelbar proportional der Amplitude der Änderung im Primärstrom ist. Vielmehr ist die Strommenge auf der Sekundärseite, d. h. das Zeitintegral des Sekundärstromes, proportional der Amplitude der Änderung des Primärstroms.

Die Erfindung betrifft eine Relaiseinrichtung, die

Relaiseinrichtung,
die in Abhängigkeit von der Art

der Änderungen des Wertes

einer die Einrichtung beeinflussenden

Größe arbeitet

Anmelder:

Allmänna Svenska Elektriska
Aktiebolaget, Västeräs (Schweden)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Missling, Patentanwalt,
Gießen, Bismarckstr. 43

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 31. Januar 1956

Arne Kring, Arne Olsson und Hugo Elmlund,

Västeräs (Schweden),
sind als Erfinder genannt worden

mit Vorteil als Sprungrelais oder Gradientenrelais verwendet werden kann und die den bisher bekannten Konstruktionen beträchtlich überlegen ist. Die Relaiseinrichtung nach der Erfindung hat einen sehr einfachen Aufbau und besteht im wesentlichen nur aus Widerständen, Kondensatoren und einem üblichen elektromagnetischen Gleichstrom- oder Gleichspannungsrelais, ihr Raumbedarf ist sehr gering, und sie ist weiter für Wechselstromkomponenten in der erregenden Größe im wesentlichen unempfindlich. Die Relaiseinrichtung nach der Erfindung ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Gleichspannungs- oder Gleichstromrelais enthält, das so angeordnet ist, daß seine Magnetisierung proportional der Differenz zwischen den Spannungen über zwei hauptsächlich ohmschen Gliedern des Relaiskreises ist, von denen einem ein Kondensator parallel geschaltet ist, und die so bemessen und an einer der erregenden Größe proportionalen Gleichstromgröße angeschlossen sind, daß die beiden Spannungen im wesentlichen gleich groß sind, wenn die erregende Größe konstant ist. Bei Änderungen der erregenden Größe tritt bei einem solchen Relais eine Differenz zwischen den beideni Spannungen auf, die in Abhängigkeit von der Bemessung der Einrichtung entweder der Größe oder der Ableitung der Änderung der Größe in der Zeit proportional ist. Da die beiden Spannungen im stationären Zustand, wenn

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die erregende Größe konstant ist, gleich groß sind, ist Wicklung 10 ein. Je nach der Bemessung der Einrichder Arbeitswert der Relaiseinrichtung unabhängig von tung ist die Spannung an der Wicklung 10 entweder dem Anfangswert der erregenden Größe. Es ist jedoch proportional der Größe oder der Ableitung der Spanmöglich, die beiden ohmschen Kreisglieder derart zu nungsänderung nach der Zeit.

bemessen, daß die Spannungen über ihnen im statio- 5 Wenn die Ladezeitkonstante des Kondensators 5 so nären Zustand sich durch einen Betrag unterscheiden, groß im Verhältnis zu der Dauer der Änderung ist, der proportional dem Wert der erregenden Größe ist. daß der Ladestrom durch den Kondensator 5 den er-Bei einer solchen Ausführung wird der Arbeitswert sten, verhältnismäßig geraden Teil der Ladekurve der Relaiseinrichtung entweder immer größer oder nicht verläßt, ist die Spannung über der Wicklung 10 immer kleiner, wenn der Anfangswert der erregenden io proportional der Größe der Änderung, so daß die ReGröße zunimmt. laiseinrichtung im wesentlichen als Sprungrelais arbei-

Die Einrichtung nach der Erfindung hat eine sehr tet. Wenn aber die Ladekonstante für den Kondenemfache Ausführung. Sie enthält im wesentlichen nur sator 5 so klein im Verhältnis zu der Dauer der Verein übliches Gleichspannungs- oder Gleichstromrelais, änderung ist, daß der Ladestrom durch den Kondenz. B. von elektromagnetischem Typ, und Kondensa- 15 sator 5 seinen konstanten Endwert erreicht, wird die toren, Widerstände und Sperrventile. Die Relaisein- Spannung der Wicklung 10 proportional der Ableitung richtung kann so ausgeführt werden, daß sie entweder der Änderung, so daß die Relaiseinrichtung im wesentbeim Ansteigen oder beim Abfallen der erregenden liehen als Gradientenrelais arbeitet. Es ist also immer Größe oder in beiden Fällen arbeitet. Die erregende möglich, die Relaiseinrichtung so zu bemessen, daß sie Größe kann eine Gleichstrom- oder Drehstromgröße, 20 für eine bestimmte Änderung entweder als Sprungein Strom oder eine Spannung sein. Die Einrichtung relais oder als Gradientenrelais oder mit einer dazwikann leicht so eingestellt werden, daß das Relais für schenliegenden Charakteristik arbeitet,
beinahe gleich große Änderungen der erregenden Eine Verbesserung der Empfindlichkeit der Einrich-

Größe unabhängig von dem Anfangswert derselben an- tung ist dadurch leicht erreichbar, daß zum Widerspricht. Es ist jedoch auch möglich, der Einrichtung 25 stand 4 ein Kondensator parallel geschaltet wird. Hiereine solche Kennlinie zu geben, daß das Relais ent- durch wird die Spannung, die bei Änderungen der weder für immer kleinere bzw. langsamere oder für erregenden Größe über der Wicklung 10 auftritt, gröimmer größere bzw. schnellere Änderungen der er- ßer als bei nur einem Kondensator,
regenden Größe anspricht, je größer der Anfangswert Die Relaiseinrichtung in Fig. 1 arbeitet offenbar

derselben ist. Die Einrichtung nach der Erfindung 30 sowohl beim Abfallen wie beim Ansteigen der errekann weiter so ausgeführt werden, daß sie zu gleicher genden Größe. Es ist jedoch möglich, die Einrichtung Zeit als Sprung- oder Gradientenrelais und als Maxi- nur für Abfallen oder nur für Ansteigen der erregenmalrelais arbeitet. Ein weiterer Vorteil der neuen Re- den Größe empfindlich zu machen, indem ein polarisierlaiseinrichtung ist der kleine Eigenverbrauch, der nur tes Gleichspannungs- oder Gleichstromrelais verwenetwa ein Zehntel des Eigenverbrauches bisher bekann- 35 det oder ein Sperrventil parallel oder in Reihe mit der ter Sprung- oder Gradientenrelais vom Induktionstyp Relaiswicklung 10 geschaltet wird. Wenn das Gleichist, spannungs- oder Gleichstromrelais mit zwei einander

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeich- entgegenwirkenden Wicklungen versehen wird, könnung, die drei verschiedene Ausführungsbeispiele der nen diese in die beiden Zweige 1 und 2 der Brücken-Erfindung zeigt, näher beschrieben. 40 schaltung eingeschaltet werden, so daß die ohmschen

Fig. 1 zeigt eine Relaiseinrichtung, die sowohl beim Kreisglieder ganz oder teilweise aus den Relaiswick-Ansteigen als auch beim Abfallen der erregenden Jungen bestehen. Es ist dabei unter anderem für die Größe anspricht; Empfindlichkeit günstiger, die beiden ohmschen Kreis-

Fig. 2 zeigt eine andere Relaiseinrichtung für Wech- glieder hintereinanderzuschalten und sie an eine der selstrom oder Wechselspannung, die nur bei Ansteigen 45 erregenden Größe proportionale Gleichstromgröße ander erregenden Größe arbeitet; zuschließen. Fig. 2 der Zeichnung zeigt eine solche

Fig. 3 zeigt eine Relaiseinrichtung mit einer Um- Schaltung.

schaltvorrichtung, durch die die Relaiseinrichtung von Die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung, die von einer

einem Strom- oder Gradientenrelais eines Maximal- Drehstromgröße beeinflußt wird und nur bei Ansteigen relais beeinflußt werden kann. 50 derselben arbeiten soll, besteht aus einem Gleichstrom-

In Fig. 1 bilden die beiden ohmschen Kreisglieder, oder Gleichspannungsrelais mit zwei einander entgedie hier aus den Widerständen 1 und 2 bestehen, zwei genwirkenden Wicklungen 11 und 12. Diese sind an angrenzende Zweige einer normalen vierzweigigen den Gleichstromklemmen einer Gleichrichterbrücke 13 Brückenschaltung. Die beiden anderen Zweige beste- angeschlossen, sie wird von der Sekundärwicklung hen auch aus \¥iderständen 3 und 4. Parallel zu dem 55 eines Transformators 19 gespeist, dessen Primärklemeinen ohmschen Kreisglied ist ein Kondensator 5 ge- men an der erregenden Drehstromgröße angeschlossen schaltet. Die Brückenschaltung ist mit ihren Ecken 6 ist. Die eine der Wicklungen 12 liegt parallel zu und 7 an einer der erregenden Größe proportionalen einem Kondensator 14 in Reihe mit einem Sperr-Gleichstromgröße angeschlossen. Zwischen den beiden ventil 15. Parallel zu dem Kondensator 14 ist weiter anderen Ecken 8 und 9 ist die Wicklung 10 eines Gleich- 60 ein Widerstand 16 geschaltet. Parallel zu der anspannungs- oder Gleichstromrelais eingeschaltet. Bei deren Wicklung 11 liegt ein Überschaltwiderstand 17. gleich großen ohmschen Kreisgliedern 1 und 2 besteht Diese Einrichtung arbeitet in einer ähnlichen Weise im stationären Zustand, d. h. bei konstanter erregender wie die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung. Das eine ohm-Größe, keine Spannungsdifferenz zwischen den Punk- sehe Kreisglied besteht aus der Wicklung 11 und dem ten 8 und 9, d. h., es liegt keine Spannung an der Re- 65 hierzu parallel geschalteten Widerstand 17. Das anlaiswicklung-10. Bei Änderungen der erregenden Größe dere ohmsche Kreisglied besteht aus der Wicklung 12 werden indessen die Spannungen über den beiden ohm- mit dem parallel geschalteten Widerstand 16. Die sehen Kreisgliedern 1 und 2 sich während der Ladung resultierende Anzahl Amperewindungen in dem Gleichoder Entladung des Kondensators 5 voneinander un- strom- oder Gleichspannungsrelais wird offenbar prote^cheiden, und die Differenzspannung wirkt auf die 70 portional der Differenz zwischen den Spannungen über

den beiden ohmsehen Kreisgliedern. Bei Ansteigen der erregenden Größe lädt sich der Kondensator 14 über das Sperrventil 15 und über die Parallelschaltung aus Widerstand 17 und Wicklung 11, weshalb eine größere Spannung über der Wicklung 11 als über der Wicklung 12 entsteht und das Relais eine resultierende Anzahl Amperewindungen bekommt, die abhängig von der Änderung der Spannung ist. Bei Abnahme der erregenden Größe entlädt sich der Kondensator wegen der Sperrventile 15 nicht durch die Wicklung 12, son- ίο dem durch den Widerstand 16, es entsteht dann keine Spannungsdifferenz zwischen den Wicklungen 11 und 12, und das Relais bleibt unerregt. Mit dem Widerstand 17 können die beiden Spannungen über den Wicklungen 11 und 12 leicht so eingestellt werden, daß sie im stationären Zustand gleich groß sind. Es ist jedoch auch möglich, mit diesem Widerstand eine gewisse Unbalanz in stationärem Zustand einzustellen, so daß die Spannung über der Wicklung 11 entweder größer oder kleiner als die Spannung über der Wicklung 12 ist. Da die Differenz zwischen den beiden Spannungen dabei proportional dem Wert der erregenden Größe wird, führt ein solches Verfahren dazu, daß die Einrichtung entweder für immer kleinere oder immer größere Änderungen der erregenden Größe arbeitet, je größer der Anfangswert derselben ist.

Wenn der Transformator 19 mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis ausgeführt ist, ist es möglich, durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses den Arbeitswert der Relaiseinrichtung zu verändern.

Eine der gewöhnlichsten Verwendungen eines Sprungrelais ist seine Verwendung für Eisenbahnnetze. Ein Nachteil des üblichen Stromsprungrelais ist dabei, daß das Relais anspricht, wenn eine belastete Leitung eingeschaltet wird, auch wenn die Belastung den zulässigen Wert unterschreitet. Um dies zu vermeiden, kann das Relais bei der Einschaltung der belasteten Leitung für einige Sekunden abgestellt werden, wobei indessen keine Auslösung erhalten wird, wenn die Leitung bei der Einschaltung fehlerhaft ist. Es ist deshalb zweckmäßiger, bei Einschaltung einer belasteten Leitung das Stromsprungrelais in ein Überstromrelais zu verwandeln und dann einige Sekunden nach der Einschaltung der Leitung das Relais wieder in ein Stromsprungrelais zu verwandeln. In Fig. 3 ist dargestellt, wie eine solche Umschaltung mit der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden kann.

Die Relaiseinrichtung in Fig. 3 ist zum großen Teil identisch mit der Einrichtung in Fig. 2. Sie enthält indessen einen Umschalter 22, mittels welchem der Kondensator 14 durch einen linearen Widerstand 16 ersetzt werden kann. Der Kondensator 14 wird jedoch nicht ganz ausgeschaltet, sondern bleibt in Reihe mit einem großen Widerstand 21 eingeschaltet.

Wenn der Umschalter 22 die in der Zeichnung gezeigte Lage einnimmt, ist die Wicklung 12 des Gleichspannungs- oder Gleichstromrelais gerade wie in der Einrichtung in Fig. 2 mit dem Kondensator 14 in Reihe mit dem Sperrventil 15 parallel geschaltet, und die andere Wicklung 11 ist mit dem Überschaltwiderstand 17 parallel geschaltet. Parallel zu dem Kondensator 14 ist weiter der Entladewiderstand 16 geschaltet. Die Relaiseinrichtung wird also in diesem Falle wie ein Sprungrelais arbeiten und nur von plötzlichen Änderungen der erregenden Größe beeinflußt werden.

Wenn der Umschalter 22 umschaltet, wird der Kondensator 14 grundsätzlich ausgeschaltet und durch den linearen Widerstand 20 ersetzt. Dieser Widerstand ist so bemessen, daß die Resistanz der Parallelschaltung der Wicklung 11 und des Widerstandes 17 sich von der Resistanz der Parallelschaltung der Wicklung 22 und der Widerstände 14 und 20 unterscheidet. Die Spannungen über den beiden entgegenwirkenden Wicklungen 11 und 12 werden deshalb sich voneinander mit einem Betrag unterscheiden, der proportional dem Wert der erregenden Größe ist, weshalb die Einrichtung wie ein Maximalrelais arbeitet. Um zu vermeiden, daß das Relais anspricht, wenn die Einrichtung wieder in ein Sprungrelais umgewandelt wird, ist der Ruhekontakt des Umschalters 23 mit dem großen Widerstand 21 parallel geschaltet, der so bemessen ist, daß der Kondensator nahezu volle Ladung hat, wenn der Umschalter 22 nach einigen Sekunden zu der in der Zeichnung gezeigten Lage zurückkehrt. Der Ladestrom des Kondensators 14 wird indessen so klein, daß die Maximalrelaisfunktion der Einrichtung nicht beeinflußt wird.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Relaiseinrichtung gleichzeitig als Sprung- oder Gradientenrelais und als Maximalrelais arbeiten kann, wenn parallel zu einem der ohmschen Kreisglieder ein spannungsabhängiger Widerstand geschaltet ist, dessen Resistanz sich verändert,- wenn die Spannung über demselben einen bestimmten Wert überschreitet.

Natürlich ist es auch bei den in den Fig. 2 und 3 gezeigten Einrichtungen möglich, polarisierte Relais anstatt der beiden Sperrventile 15 zu verwenden.

Es ist offenbar, daß bei allen in der Zeichnung dargestellten Einrichtungen des- Relais, wenn es bei einer Änderung der erregenden Größe angesprochen hat, automatisch zurückgeht, sobald der stationäre Zustand wieder hergestellt wird. Dies kann indessen in bekannter Weise dadurch vermieden werden, daß das Gleichspannungs- oder Gleichstromrelais mit Selbsthaltung versehen wird, z. B. durch eine besondere Haltewicklung.

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Relaiseinrichtung, die in Abhängigkeit von der Art der Änderungen des Wertes einer die Einrichtung beeinflussenden Größe arbeitet, d. h. dann, wenn die erregende Größe sich plötzlich um einen Betrag ändert, der einen am Relais eingestellten Wert überschreitet, oder um einen am Relais eingestellten Betrag in der Zeiteinheit, gekennzeichnet durch ein Gleichstrom- oder Gleichspannungsrelais und durch zwei hauptsächlich ohmsche und mit einer der erregenden Größe proportionalen Gleichstromgröße verbundenen Gliedern, von denen einem ein Kondensator parallel geschaltet ist, und durch die Schaltung des Gleichstrom- oder Gleichspannungsrelais derart, daß seine Magnetisierung proportional der Differenz zwischen den Spannungen an den ohmschen Gliedern ist.

2. Relaiseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ohmschen Glieder zwei Zweige einer normalen vierzweigigen Brückenschaltung bilden, von der zwei gegenüberliegende Eckpunkte an einer der erregenden Größe proportionalen Gleichstromgröße die beiden anderen an der Wicklung des Gleichstrom- oder Gleichspannungsrelais angeschlossen sind.

3. Relaiseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ohmschen Glieder zwei Zweige einer normalen, von einer der erregenden Größe proportionale Gleichstromgröße gespeisten vierzweigigen Brückenschaltung bilden und das Gleichstrom- oder Gleichspannungsrelais

zwei einander entgegenwirkende Wicklungen aufweist, die wenigstens einen Teil je eines der ohmschen Glieder bilden.

4. Relaiseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch die beiden anderen Zweige der Brückenschaltung aus hauptsächlich ohmschen Gliedern bestehen und einem von diesen ein Kondensator parallel geschaltet ist.

5. Relaiseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ohmschen Glieder hintereinanderliegend einer der erregenden Größe proportionalen Gleichspannungsgröße angeschlossen sind und das Gleichstrom- oder Gleichspannungsrelais zwei einander entgegenwirkende Wicklungen aufweist, die wenigstens einen Teil je eines der ohmschen Glieder bilden.

6. Relaiseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichstrom- oder Gleichspannungsrelais polarisiert ist. -

7. Relaiseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sperrventil in Reihe oder parallel mit der Relaiswicklung geschaltet ist.

8. Relaiseinrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator in Reihenschaltung mit einem Sperrventil parallel zu einem der dhmschen Glieder geschaltet ist.

9. Relaiseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ohmschen Glieder so bemessen sind, daß die Spannungen über ihnen gleich groß sind, wenn die erregende Größe konstant ist.

10. Relaiseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ohmschen Glieder so bemessen sind, daß die Spannungen über ihnen, wenn die erregende Größe konstant ist, sich voneinander durch einen Betrag unterscheiden, der dem Wert der erregenden Größe proportional ist.

11. Relaiseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein spannungsabhängiger Widerstand parallel zu einem der ohmschen Glieder geschaltet ist.

12. Relaiseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Umschalter enthält, durch den ein linearer Widerstand parallel zu dem ohmschen Glied geschaltet werden kann, dem der Kondensator parallel geschaltet ist, und daß ein großer Widerstand in Reihe mit dem Kondensator geschaltet ist.

13. Relaiseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichstrom- oder Gleichspannungsrelais mit Selbsthaltung versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 518 765, 754 474,
703, 955 070.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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