DE1085239B

DE1085239B - Undervoltage relay

Info

Publication number: DE1085239B
Application number: DEL32903A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Arnold Hoellermann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1959-04-06
Filing date: 1959-04-06
Publication date: 1960-07-14

Description

Die Erfindung betrifft ein Unterspannungsrelais, insbesondere zum Schalten von Störungsschreibern. Diese Relais müssen kurze Ansprechzeiten haben, damit z. B. auch der Beginn einer Störung genau erfaßt werde kann. Man benutzte bisher für diesen Zweck hauptsächlich Drehanker- oder Drehspulrelais, die beim Ansprechen einen Umschaltmagneten zur Einkupplung des schnellen Papiervorschubes im Schreiber erregen. Hierbei sind infolge der Trägheit der zu bewegenden Massen Ansprechverzögerungen unvermeidbar. Durch Verringerung der bewegten Massen solcher Relais kann zwar die Ansprechzeit heruntergesetzt werden, doch wird das Gerät dadurch erschütterungs- und prellungsempfindlich. Im Wechselstrombetrieb kann es hierbei außerdem vorkommen, daß das bewegliche Teil solcher Relais im Takte der Grund- oder einer der Oberwellen zu vibrieren beginnt. Um dieser Gefahr zu begegnen, hat man auch schon zwischen einen am Eingang der Relaisanordnung vorgesehenen Gleichrichter und das eigentliche mechanische Relais ein Glättungsglied geschaltet, dessen Kondensator aber der durch die Verringerung der bewegten Massen herabgesetzten mechanischen Zeitkonstante eine erhöhte elektrische Zeitkonstante gegenüberstellt. "The invention relates to an undervoltage relay, in particular for switching fault recorders. These relays must have short response times so that, for. B. also the beginning of a disturbance accurately recorded will can. Up to now, rotating armature or moving coil relays were mainly used for this purpose, the when responding, a toggle magnet to couple the fast paper feed in the recorder irritate. Due to the inertia of the masses to be moved, response delays are unavoidable. Reducing the moving mass of such relays can reduce the response time but this makes the device sensitive to vibrations and bruises. In alternating current operation It can also happen here that the moving part of such relays in the cycle of the Fundamental or one of the harmonics begins to vibrate. To counter this danger, one also has between a rectifier provided at the input of the relay arrangement and the actual rectifier mechanical relay a smoothing element switched, but its capacitor is due to the reduction of the moving masses reduced mechanical time constant an increased electrical time constant juxtaposes. "

Der größte Nachteil derartiger Relais liegt jedoch darin, daß ihre Ansprechzeit vom Verhältnis der Spannungsabsenkung zum eingestellten Ansprechwert abhängig ist. Für ein niederes Verhältnis, d. h. für eine geringfügige Spannungsabsenkung, müssen beachtliche Ansprechverzögerungen hingenommen werden. Dieses Verhalten ist darauf zurückzuführen, daß die Induktivität der Wicklung bzw. der Spule solcher Relais zwar eine sprungartige Änderung der Spannung, jedoch nicht des Stromes zuläßt. Der Strom stellt sich nach einer Exponentialfunktion auf den dem neuen Zustand entsprechenden Wert ein. Je nachdem ob die Spannungsabsenkung des überwachten Systems hoch oder niedrig ist, unterschreitet dieser Strom früher oder später eine für den Schaltstellungswechsel am Relais maßgebende Grenze. Zu dieser elektrischen Ansprechverzögerung tritt dann außerdem die mechanische Verzögerung noch hinzu. Diese Betrachtungen erstrecken sich auch auf den Wechselstrombetrieb, wenn man für die Gleichspannungen bzw. Gleichströme die Mittelwerte einsetzt. Auch bei Relais mit extrem hoher Empfindlichkeit ist diese unerwünschte Eigenschaft nur unvollständig zu vermeiden. The main disadvantage of such relays, however, is that their response time depends on the ratio of Voltage drop is dependent on the set response value. For a low ratio, i. H. for a slight voltage drop, considerable response delays have to be accepted. This behavior is due to the fact that the inductance of the winding or the coil is such Relay allows a sudden change in voltage, but not in current. The current adjusts itself to the value corresponding to the new state according to an exponential function. Depending on whether the voltage drop of the monitored system is high or low, falls below it Current sooner or later becomes a decisive limit for the switching position change on the relay. To this electrical response delay is then added to the mechanical delay. These Considerations also extend to AC operation if one looks for DC voltages or direct currents use the mean values. This is also undesirable for relays with extremely high sensitivity Property to be avoided only incompletely.

Den nachfolgend beschriebenen bekannten Anordnungen, die der Spannungsüberwachung in Mehrphasennetzen dienen, haften diese Nachteile in vollem Maße an. Bei einer derartigen Anordnung sind drei primärseitig an den Phasenspannungen eines Dreh-Unterspannungsrelais The known arrangements described below, which are used for voltage monitoring in multi-phase networks, these disadvantages are fully adhered to Dimensions. In such an arrangement, three are on the primary side at the phase voltages of a rotary undervoltage relay

Anmelder:Applicant:

LICENTIA Patent-Verwaltungs-G. m. b. H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1LICENTIA Patent-Verwaltungs-G. m. b. H., Frankfurt / M., Theodor-Stern-Kai 1

Dipl.-Ing. Arnold Höllermann,
Heiligenhaus (Bez. Düsseldorf),
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Arnold Höllermann,
Heiligenhaus (District Düsseldorf),
has been named as the inventor

Stromsystems liegende Spannungswandler sekundärseitig an Gleichrichterbrückenschaltungen angeschlossen. Drei Glättungskondensatoren, die je einzeln den Gleichstromausgängen dieser Gleichrichterbrückenschaltungen nachgeschaltet sind, liegen in Reihe. Die Gleichstromsummenspannung dieser Reihenschaltung beeinflußt hierbei das mechanische Relais. Läßt man die schon ausführlich behandelten Mängel des mechanischen Relais außer acht, so ist diese Schaltungsanordnung deshalb unbefriedigend, weil bei Absinken der Spannung in einer Phase sich die Spannung einer anderen Phase oder der beiden anderen Phasen ohne weiteres gleichzeitig erhöhen kann. Die Gleichstromsummenspannung braucht in diesem Falle nicht notwendigerweise abzusinken, so daß eine derartige Systemstörung ohne Meldung bleiben kann.Voltage converters located in the power system are connected to rectifier bridge circuits on the secondary side. Three smoothing capacitors, each individually connected to the DC outputs of these rectifier bridge circuits downstream are in series. The total DC voltage of this series connection affects the mechanical relay. Leaving aside the defects of the mechanical, which have already been dealt with in detail Disregarding relays, this circuit arrangement is unsatisfactory because it drops the voltage in one phase is the voltage of another phase or the other two phases without can increase further at the same time. The DC sum voltage does not necessarily need in this case decrease, so that such a system malfunction can remain without notification.

Dieser Mangel wurde bei einer anderen bekannten Anordnung dadurch behoben, daß jeder Phase ein vollständiges Relais zugeordnet ist. Dies bedeutet jedoch eine beträchtliche Steigerung des Aufwandes, der nur dann vertretbar ist, wenn die Meldung des Relais auch die Angabe der gestörten Phase einschließen soll. Bei einer anderen ebenfalls für den Mehrphasenbetrieb geeigneten Anordnung wird dieser Mangel dadurch weitgehend vermieden, daß die Sekundärspannungen der Wandler zwar gleichgerichtet, jedoch ungeglättet in Parallelschaltung ein mechanisches Relais beaufschlagen. Mit den anderen bekannten Ausführungen hat diese Anordnung gemeinsam, daß die Ansprechzeit von der Höhe der Spannungsabsenkung abhängig ist. Es ist zwar möglich, daß bei vollständigem Ausfall einer Phase das Relais sehr schnell anspricht, jedoch treten bei geringen Spannungsabsenkungen beachtliche Verzögerungen auf, die diese Ausführungen beispielsweise zum Schalten von Störungsschreibern ungeeignet machen.This deficiency has been remedied in another known arrangement in that each phase has a full relay is assigned. However, this means a considerable increase in the effort, which is only justifiable if the message of the relay also includes the indication of the disturbed phase target. In another arrangement, which is also suitable for multi-phase operation, this Deficiency largely avoided by the fact that the secondary voltages of the converters are rectified, however, act on a mechanical relay unsmoothed in parallel connection. With the other known ones This arrangement has in common that the response time depends on the level of the voltage drop is dependent. It is possible that in the event of a complete failure of one phase, the relay responds very quickly, but there are considerable delays with small voltage drops that make these designs unsuitable for switching fault recorders, for example.

Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, bei einem Unterspannungsrelais die Warn-The object of the invention is, in particular, in the case of an undervoltage relay, the warning

009 550/268009 550/268

meldung bei einer Systemstörung unabhängig von der Höhe der Spannungsabsenkung praktisch unverzögert herbeizuführen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die pulsierende Ausgangsspannung einer die Meßgröße erfassenden mehrphasigen Gleichrichteranordnung einer im Wert geringfügig unter deren Schnittpunktspannung liegenden Konstantspannung über einen Widerstand gegengeschaltet ist, an welchem bei Absinken der Schnittpunktspannung unter die Konstantspannung eine Spannungsumkehr auftritt, welche für eine nachgeschaltete Verstärkereinheit als Ansteuerimpuls dient und die Erregung des Arbeitsrelais bewirkt.Message in the event of a system malfunction, irrespective of the level of the voltage drop, practically without delay bring about. This object is achieved according to the invention in that the pulsating output voltage of a multiphase rectifier arrangement which detects the measured variable one in value slightly the constant voltage lying below their intersection voltage is connected via a resistor is at which a voltage reversal occurs when the intersection voltage drops below the constant voltage, which for a downstream amplifier unit serves as a control pulse and causes the working relay to be excited.

Nach der Erfindung liegt das Melderelais nicht in direkter galvanischerVerbindung mit den Wandlern, sondern unter Zwischenschaltung einer Verstärkereinheit. Unterschreitet die Schnittpunktspannung beispielsweise eines doppelweggleichgerichteten Drehstromsystems eine durch die Höhe der gegengeschalteten Konstantgleichspannung bestimmte Grenze auch nur in ganz geringem Maße, so wird der Verstärker angesteuert und das ihm nachgeschaltete Relais erregt. Die hierbei auftretenden Ansprechverzögerungen sind praktisch vernachlässigter, da sie in jedem Falle kurzer sind, als eine Halbwellenkuppe andauern kann. So kann sie beispielsweise in einem mit 50 Hz betriebenen Dreiphasensystem in einem Toleranzbereich von 0 bis 3,33 Millisekunden liegen.According to the invention, the signal relay is not in direct galvanic connection with the converters, but with the interposition of an amplifier unit. If the intersection voltage falls below, for example of a full-wave rectified three-phase system one by the height of the counter-connected Constant DC voltage certain limit also only to a very small extent, so the amplifier controlled and energized the downstream relay. The response delays that occur here are practically neglected, since they are in any case shorter than a half-wave crest can last. For example, in a three-phase system operated at 50 Hz, it can be within a tolerance range of 0 to 3.33 milliseconds.

An Hand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Zur besseren Übersicht ist inExemplary embodiments of the invention are described with reference to the drawing. For better Overview is in

Fig. 1 der mittels einer Brückenschaltung gleichgerichtete Spannungsverlauf eines Dreiphasensystems dargestellt, in welchem eine der drei Spannungen abgesenkt ist. Die waagerechte Linie gibt die Höhe einer gegengeschalteten Konstantgleichspannung an. Zum Vergleich ist in1 shows the voltage curve of a three-phase system rectified by means of a bridge circuit shown in which one of the three voltages is lowered. The horizontal line gives the height of a counter-connected constant DC voltage. For comparison, in

Fig. 2 die mittels einer Brücke gleichgerichtete Spannungskurve eines Einphasennetzes dargestellt. In einem Ausführungsbeispiel nachFig. 2 shows the rectified voltage curve of a single-phase network by means of a bridge. In according to an embodiment

Fig. 3 wird ein Arbeitsrelais über eine Gasentladungsröhre, in einem anderen inFig. 3 shows a working relay via a gas discharge tube, in another in

Fig. 4 gezeichneten Beispiel über einen Transistorverstärker erregt.Fig. 4 drawn example excited via a transistor amplifier.

In Fig. 3 sind mit 1, 1' und 1" drei an die Systemspannungen eines Drehstromnetzes angeschlossene Wandler bezeichnet, deren Sekundärwicklungen über Einstellwiderstände 2, 2' und 2" drei Brückenschaltungen 3, 3' und 3" einer Gleichrichteranordnung speisen. Die drei Brückenschaltungen sind ausgangsseitig parallel geschaltet und liegen an einem veränderlichen Belastungswiderstand 4. Eine Konstantspannungsquelle wird durch eine Reihenschaltung von Zenerdioden 5 gebildet, die über einen Widerstand 6 mit einer Hilfsstromquelle verbunden ist. Diese Konstantspannung wird über einen Widerstand 7 mit der Gleichrichterspannung verglichen. Die Endpunkte a und b des Widerstandes 7 sind im Gitterkreis einer Gasentladungsröhre 8 angeschlossen. Ein Arbeitsrelais 9 liegt im Anodenkreis der Gasentladungsröhre. In Fig. 3, 1, 1 'and 1 "denote three converters connected to the system voltages of a three-phase network, the secondary windings of which feed three bridge circuits 3, 3' and 3" of a rectifier arrangement via setting resistors 2, 2 'and 2 " are connected in parallel on the output side and are connected to a variable load resistor 4. A constant voltage source is formed by a series connection of Zener diodes 5, which is connected to an auxiliary power source via a resistor 6. This constant voltage is compared with the rectifier voltage via a resistor 7. The end points a and b of the resistor 7 are connected in the grid circuit of a gas discharge tube 8. A working relay 9 is located in the anode circuit of the gas discharge tube.

Die Wirkungsweise der Anordnung wird an Hand von Fig. 3 unter Zuhilfenahme des Diagramms in Fig. 1 erläutert. Bei Normalspannung liegen die Schnittpunkte der Halbwellen dicht oberhalb der Konstantspannungslinie. Am Widerstand 7 liegt von a nach b eine negative, während der Periode schwankende Spannung. Bei Unterspannung einer Phase jedoch verschieben sich die Schnittpunkte dieser Halbwelle unter die Konstantspannungslinie (vgl. Fig. 1). Am Widerstand 7 tritt eine Spannungsspitze umgekehrter Polarität auf. Diese Spitze bewirkt bei ausreichender Höhe die Zündung der Gasentladungsröhre 8, so daß das Arbeitsrelais 9 erregt wird. An den Widerständen 2, 2' und 2" und 4 kann die Einstellung der Relaisschaltung verändert werden. Beim Absinken der Spannung einer beliebigen Phase wird demnach das Arbeitsrelais in kürzester Zeit betätigt und beispielsweise der schnelle Papiervorschub eines Störungsschreibers eingeschaltet. Zur Erhöhung derThe mode of operation of the arrangement is explained with reference to FIG. 3 with the aid of the diagram in FIG. 1. At normal stress, the intersection points of the half waves are just above the constant stress line. A negative voltage that fluctuates during the period is applied to resistor 7 from a to b. If a phase is undervoltage, however, the points of intersection of this half-wave shift below the constant voltage line (see FIG. 1). A voltage peak of opposite polarity occurs at resistor 7. At a sufficient height, this peak causes the gas discharge tube 8 to ignite, so that the operating relay 9 is energized. The setting of the relay circuit can be changed at the resistors 2, 2 'and 2 "and 4. When the voltage of any phase drops, the working relay is activated in the shortest possible time and, for example, the fast paper feed of a fault recorder is switched on

ao Ansprechempfindlichkeit wird der Widerstand 7 vorzugsweise als Impulstransformator ausgebildet, dessen Primärseite an den Punkten α und b liegt, während die Sekundärseite im Gitterkreis der Gasentladungsröhre angeordnet ist. Der Ansprechwert der Relaisanordnung kann mittels der Widerstände 2, 2' und 2" für jede Phase getrennt eingestellt werden. Man kann aber auch insgesamt für alle Phasen die Höhe der Konstantspannung ändern, indem die Vergleichsspannung an einem über den Zenerdioden liegenden, in der Zeichnung nicht dargestellten Potentiometer abgegriffen wird.For responsiveness, the resistor 7 is preferably designed as a pulse transformer, the primary side of which lies at points α and b , while the secondary side is arranged in the grid circle of the gas discharge tube. The response value of the relay arrangement can be set separately for each phase by means of resistors 2, 2 'and 2 ". You can also change the level of the constant voltage for all phases by applying the comparison voltage to one of the Zener diodes, not shown in the drawing shown potentiometer is tapped.

Aus Fig. 1 ist zu ersehen, daß der Ansprechwert nur bis zu einem definierten Prozentwert der Normalspannung einer Phase eingestellt werden kann. Dieser Prozentwert ist gegeben durch die Schnittpunktsspannung zweier Phasen bei fehlender dritter Phase und beträgt bei einem solchen Dreiphasensystem 5O°/o. Der einstellbare Bereich liegt bei diesem System über 50%.From Fig. 1 it can be seen that the response value only up to a defined percentage of the normal voltage a phase can be set. This percentage value is given by the point of intersection stress two phases in the absence of a third phase and amounts to in such a three-phase system 50 ° / o. The adjustable range is with this system over 50%.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens, die in der Verwendung von Transistorverstärkern besteht. Diese Ausführung wird dann angewendet, wenn die zur Verfügung stehende Hilfsspannung zur Betätigung einer Gasentladungsröhre nicht ausreicht. Der Eingangsvergleichskreis ist in gleicher Weise ausgebildet. An dem Widerstand 7 ist der Emitter-Basis-Kreis eines Transistors 10 in der richtigen Polarität angeschlossen. Am Kollektor des Transistors 10 ist ein Strombegrenzungswiderstand 11 vorgesehen und am Emitter ein KondensatorFig. 4 shows a further embodiment of the inventive concept, the use of transistor amplifiers consists. This version is used when the auxiliary voltage is available to operate a gas discharge tube not enough. The input comparison circuit is designed in the same way. At the resistor 7 the emitter-base circuit of a transistor 10 is connected in the correct polarity. At the collector of the transistor 10, a current limiting resistor 11 is provided and a capacitor is provided at the emitter

12. Ein hochohmiger Widerstand 15 ist parallel zum Kondensator 12 geschaltet. Die Kondensatorspannung liegt an der Basis eines Leistungstransistors 13, an12. A high-value resistor 15 is connected in parallel with the capacitor 12. The capacitor voltage is at the base of a power transistor 13 on

, dessen Kollektor das Arbeitsrelais angeschlossen ist.whose collector the working relay is connected.

Dieses Relais ist mit einer nicht näher dargestellten Selbsthalteschaltung versehen, die zugleich den Ansprechstrom auf ein tragbares Maß begrenzt. Widerstände 14, 16 und 17 in »der Schaltung sind Kompensationswiderstände, die üblicherweise in solchen Ver-Stärkerschaltungen verwendet werden.This relay is provided with a self-holding circuit, not shown, which at the same time controls the response current limited to an acceptable level. Resistors 14, 16 and 17 in »the circuit are compensation resistors, which are commonly used in such amplifier circuits.

Bei Eintritt einer Störung im Netz tritt auch hier am Widerstand 7 eine kurzzeitige Spannungsumkehrung auf, so daß an der Basis des Transistors 10 ein negativer Impuls wirksam wird. Der Transistor wird leitend, und der Kondensator 12 lädt sich auf. Die Dauer der Aufladung wird durch geeignete Dimensionierung der daran beteiligten Schaltelemente in Übereinstimmung mit der Impulsdauer gebracht. Bei Wegfall des Impulses sperrt der Transistor 10, und der Kondensator 12 entlädt sich relativ langsam über den Widerstand 15. Durch diese Maßnahme wird der Aussteuerimpuls am Leistungstransistor 13 verlängert, so daß das Arbeitsrelais in seinem Kollektorkreis mit großer Sicherheit bei Störungen anspricht.If a fault occurs in the network, a brief voltage reversal occurs at resistor 7 here as well on, so that a negative pulse is effective at the base of transistor 10. The transistor will conductive, and the capacitor 12 charges. The duration of the charge is determined by suitable dimensioning brought the switching elements involved in agreement with the pulse duration. at If the pulse is eliminated, the transistor 10 blocks and the capacitor 12 discharges relatively slowly via the resistor 15. This measure extends the control pulse at the power transistor 13, so that the working relay in its collector circuit responds with great certainty in the event of faults.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, liegen die Schnittpunkte der Wellen bei Verwendung des erfindungsgemäßen Relais in einem Einphasennetz auf der Null-Linie, und es kann keine Umkehrung der Differenzspannung entstehen, wenn die Eingangsspannung sinkt. Um das Gerät trotzdem im Einphasenbetrieb benutzen zuAs can be seen from Fig. 2, the points of intersection of the waves are when using the invention Relay in a single-phase network on the zero line and there can be no reversal of the differential voltage occur when the input voltage drops. To use the device in single-phase operation anyway

können, kann eine um 90° verschobene Hilfsphase erzeugt werden, die zusammen mit der ursprünglichen Spannung die gleichen Verhältnisse wie im Zweiphasenbetrieb schafft. Die Hilfsphase kann in bekannter Weise beispielsweise mittels einer Drossel 5 oder eines Kondensators gebildet werden.an auxiliary phase shifted by 90 ° can be generated, which together with the original Voltage creates the same conditions as in two-phase operation. The auxiliary phase can be known in Way can be formed for example by means of a choke 5 or a capacitor.

Claims

Patent claims:

1. Undervoltage relay, especially for switching fault recorders, characterized in that that the pulsating output voltage of a multiphase voltage that detects the measured variable Rectifier arrangement of a value slightly below its intersection voltage Constant voltage is connected across a resistor, at which when the Intersection voltage below the constant voltage a voltage reversal occurs, which for a downstream amplifier unit serves as a control pulse and excites the working relay causes.

2. Undervoltage relay according to claim 1, characterized in that the constant voltage source from a series circuit connected to an auxiliary voltage via a resistor consists of zener diodes.

3. Undervoltage relay according to claim 1 and 2, characterized in that the removed Voltage across the resistor, which is preferably designed as a pulse transformer, on the grid a gas discharge tube, in the anode circuit of which the winding of the work relay is located.

4. Undervoltage relay according to claim 1 and 2, characterized in that the preferably as Pulse transformer formed resistor at the input of a multi-stage transistor amplifier lies.

5. Undervoltage relay according to claim 4, characterized in that the at the first amplifier stage short effective input pulse the charging of one at the input of the second amplifier stage arranged capacitor, which discharges slowly.

6. Undervoltage relay according to claim 1 to 5, characterized in that for the purpose of use As a single-phase relay, an auxiliary voltage that is phase-shifted by 90 ° is introduced.

Considered publications:
German Patent No. 949 504;
German Auslegeschriften No. 1 051 978, L 14657 VIIIb / 21 d ³ (published on November 24, 1955).

1 sheet of drawings