DE1097530B

DE1097530B - Circuit arrangement for a relay for monitoring voltages

Info

Publication number: DE1097530B
Application number: DET14295A
Authority: DE
Inventors: Alfred Koreis
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1957-10-19
Filing date: 1957-10-19
Publication date: 1961-01-19

Description

Schaltungsanordnung für ein Relais zur Uberwachung von Spannungen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Relais zur Überwachung von Spannungen, die von einem Sollwert abweichen.Circuit arrangement for a relay for monitoring voltages The invention relates to a circuit arrangement for a relay for monitoring Voltages that deviate from a setpoint.

Bei der Regelung und Überwachung elektrischer Anlagen besteht häufig die Aufgabe, kleine Abweichungen einer Spannung zur Anzeige zu bringen. Dies ist beispielsweise bei Trägerfrequenzanlagen für die Überwachung des Nachrichtenpegels erforderlich.When regulating and monitoring electrical systems, there is often the task of displaying small deviations in a voltage. This is for example in carrier frequency systems for monitoring the message level necessary.

Für Einrichtungen dieser Art ist es bekannt, polarisierte Relais mit der mittleren Ruhestellung eines Umschaltekontaktes und zwei gegensinnig erregten Wicklungen zu verwenden. Während die zu überwachende Spannung einer der beiden Wicklungen zugeführt wird, erhält die zweite Wicklung durch die Sollspannung eine konstante Erregung. In Abhängigkeit von dem Vorzeichen der Differenzspannung beider Spannungswerte spricht das Relais in der einen oder anderen Richtung an. Dabei schließt der Umschalter in der einen oder anderen Kontaktlage einen Steuerstromkreis zur Auslösung eines Regelvorganges.For devices of this type it is known to use polarized relays the middle rest position of a changeover contact and two excited in opposite directions To use windings. While the voltage to be monitored is one of the two windings is supplied, the second winding is given a constant by the setpoint voltage Excitement. Depending on the sign of the differential voltage of the two voltage values the relay responds in one direction or the other. The switch closes in one or the other contact position a control circuit to trigger a Control process.

Einrichtungen dieser Art haben den Nachteil, daß der Kontaktdruck des Umschalters lediglich durch den Steuerwert der zu überwachenden Spannung bestimmt wird. Vom positiven zum negativen Bereich hat die Differenzspannung einen kontinuierlichen Verlauf. Die Kontaktlage des Relais ist daher im näheren Bereich der Vorzeichenänderung instabil. Kleine Abweichungen der zu überwachenden Spannung, die in kurzen Zeitabständen aufeinanderfolgen, bewirken ein Pendeln des Steuerkontaktes zwischen den beiden Regelstellungen. Ferner besteht der Nachteil, daß der Kontakt bei mechanischen Erschütterungen des Relais einen unerwünschten Schaltvorgang auslöst.Devices of this type have the disadvantage that the contact pressure of the changeover switch is only determined by the control value of the voltage to be monitored will. The differential voltage is continuous from the positive to the negative area Course. The contact position of the relay is therefore in the vicinity of the change in sign unstable. Small deviations in the voltage to be monitored that occur at short intervals successive, cause the control contact to oscillate between the two Control positions. There is also the disadvantage that the contact in the event of mechanical vibrations of the relay triggers an undesired switching process.

Bei einer Schaltungsanordnung für ein Relais zur Überwachung von Spannungen, bei welcher das Relais durch die überwachte Spannung über eine Wicklung erregt und über eine weitere Wicklung gegenerregt wird, wobei der Anker das Relais durch eine konstante mechanische Vorspannung in zwei Ruhelagen stabil einstellbar ist, und eine Änderung der überwachten Spannung den Betrag der Erregung ändert, wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß diese überwachte Spannung den Betrag der Gegenerregung gegensinnig ändert.In the case of a circuit arrangement for a relay for monitoring voltages, in which the relay is energized by the monitored voltage via a winding and is counter-excited via a further winding, the armature the relay by a constant mechanical preload is stably adjustable in two rest positions, and a change in the monitored voltage will therefore change the amount of excitation proposed according to the invention that this monitored voltage the amount of counter-excitation changes in opposite directions.

Ein Relais mit zwei Ruhelagen hat in dieser Anordnung den Vorteil, daß bei der Umschaltung des Relais eine sprunghafte Änderung der mechanischen Kontaktkraft jeweils in der Richtung erfolgt, in welcher umgeschaltet wird. Die Lage des Umschaltekontaktes ist daher unmittelbar nach der Umschaltung stabil und kann von kleinen Spannungsänderungen oder mechanischen Erschütterungen nicht mehr beeinflußt werden. Ferner ist der Ansprech- sowie der Abfallstrom des Relais einstellbar. Es besteht somit die Möglichkeit, den Regelbereich der Einrichtung zu ändern.A relay with two rest positions in this arrangement has the advantage that when switching the relay there is a sudden change in the mechanical contact force takes place in each case in the direction in which the switch is made. The position of the changeover contact is therefore stable immediately after switching and can be affected by small voltage changes or mechanical vibrations are no longer influenced. Furthermore, the contact as well as the waste current of the relay adjustable. There is thus the possibility change the control range of the facility.

An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail using an exemplary embodiment will.

Die Fig. 1 zeigt ein Anzeigerelais Re mit zweiseitiger Ruhestellung. Zwischen den Anschlüssen 1, 2 ist die Haltewicklung H und zwischen den Anschlüssen 3, 4 die in gegensinniger Erregung steuernde Wicklung St angeordnet. Das Relais Re steuert einen Kontakt r, auf den in der einen Ruhestellung h der Kontaktdruck ph und in der anderen Ruhestellung st der Kontaktdruck pst einwirkt. In jeder der beiden Ruhestellungen ist neben der Erregung jeweils ein zusätzlicher, in Richtung der Kontaktschließung wirkender mechanischer Kontaktdruck Fst bzw. Fh vorhanden, dessen Wert abhängig ist vom Typ des verwendeten Relais. Das Vorzeichen dieser Kraft ändert sich bei der Umschaltung sprunghaft, wobei am Kontakt r jeweils die Differenz zwischen den Halte- und Steuerkräften wirksam ist.Fig. 1 shows a display relay Re with two-sided rest position. The holding winding H is between the connections 1, 2 and between the connections 3, 4 arranged in opposite excitation controlling winding St. The relay Re controls a contact r on which the contact pressure is applied in one rest position h ph and in the other rest position st the contact pressure pst acts. In each of the In both rest positions there is an additional one in addition to the excitation, in the direction of The mechanical contact pressure Fst or Fh acting on the contact closure is present, the value of which depends on the type of relay used. The sign of this force changes abruptly when switching over, with the difference at contact r is effective between the holding and control forces.

In Fig. 2 ist die Wirkungsweise der Erfindung dargestellt. Das Diagramm zeigt den Kontaktdruck p in Abhängigkeit von der zu überwachenden Spannung Ust. Der Kontaktdruck p ergibt sich aus der Differenz der am Kontakt wirksamen Kräfte. Diese bestehen aus der in der Haltewicklung H erzeugten Haltekraft Ph, der in der Steuerwicklung St erzeugten Steuerkraft Pst sowie der in der entsprechenden Stellung wirksamen Federkraft Fh oder Ft. Die Ströme in den beiden Wicklungen H und St werden so gesteuert, daß die Kräfte Fst+Pst und Ph+Fh den in Fig. 2 dargestellten Verlauf haben. Die Kräfte Ph und Pst, welche in den Wicklungen H und St des Relais erzeugt werden, sind abhängig von der Steuerspannung Ust. Wenn keine Steuererregung vorhanden ist, befindet sich der Kontakt r gemäß Fig. 1 in der Stellung h. Es wirken dann nur die Haltekraft Ph sowie die Federkraft F" auf den Kontakt r. Diese beiden Kräfte addieren sich und ergeben den Punkt 1 des p-Diagramms in Fig.2. Bei zunehmender Steuer-Spannung Ust zeigt die Steuerkraft Pst eine lineare Abnahme. In diesem Bereich besteht die Kontaktkraft ph, die linear abfällt bis zum Punkt 3. In diesem Punkt hat die Kräftedifferenz den Wert Null. Sie ergibt sich aus der durch die Strecke 10-14 dargestellten Steuerkraft abzüglich der durch die Strecke 3-8 dargestellten Halte- und Federkraft. Eine weitere Zunahme der Steuerspannung Ust im Punkt 3 bewirkt das Umschalten des Kontaktes r in die Stellung st gemäß Fig. 1. In dieser Stellung ändert nun die Federkraft ihr Vorzeichen in den Wert Ft. Der Kontaktdruck pst nimmt sprunghaft einen Wert an, der durch den Punkt 4 bezeichnet ist. Dieser wird durch die Differenz der Abschnitte 3-14 und 8-9 gebildet. Bei weiterer Zunahme der Steuerspannung Ust erreicht das Diagramm den Punkt 5. In gleicher Weise wird das p-Diagramm unter Differenzbildung der wirksamen Kräfte in entgegengesetzter Richtung durchlaufen. Die Umschaltung in die Stellung h wird bei dem Punkt 6 erreicht, wenn die Abschnitte 6-15 und 7-11 gleich sind. Das Diagramm gelangt in unstetigem Verlauf zum Punkt 2, wo es bei weiterer Abnahme der Steuerspannung Ust den Ausgangspunkt 1 erreicht. Der von der Zu- bzw. Abnahme der Steuerspannung abhängige Diagrammverlauf ist durch die eingetragenen Pfeile bezeichnet. In dem zwischen den Punkten 3 und 6 liegenden Bereich der Steuerspannung erfolgt keine Umschaltung des Kontaktes r. Wird dieser Bereich im Sinne einer Vergrößerung oder Verkleinerung überschritten, so tritt durch die Umsteuerung des Kontaktes r die Regelwirkung auf. Durch die sprunghafte Zunahme des Kontaktdruckes in der Schaltrichtung ist an beiden Punkten der Umschaltung die Kontaktlage stabil. Der zwischen den beiden Punkten 3 und 6 auftretende Regelabstand kann durch eine geeignete Wahl der Anstiegwinkel der Geraden Pst+Fst und Ph+Fh verändert werden.In Fig. 2, the mode of operation of the invention is shown. The diagram shows the contact pressure p as a function of the voltage to be monitored Ust. The contact pressure p results from the difference between the forces acting on the contact. These consist of the generated in the holding coil holding force H Ph, generated in the control winding St Pst control force and the effective spring force in the corresponding position Fh or Ft. The currents in the two windings H and St are controlled so that the forces Fst + Pst and Ph + Fh have the course shown in FIG. The forces Ph and Pst, which are generated in the windings H and St of the relay, depend on the control voltage Ust. If there is no control excitation, the contact r is in the position h as shown in FIG. 1. Then only the holding force Ph and the spring force F "act on the contact r. These two forces add up and result in point 1 of the p-diagram in Fig. 2. With increasing control voltage Ust, the control force Pst shows a linear decrease. In this area there is the contact force ph, which decreases linearly up to point 3. At this point the force difference has the value zero. It results from the control force represented by the line 10-14 minus the holding force represented by the line 3-8. A further increase in the control voltage Ust at point 3 causes the contact r to switch to position st according to FIG. 1. In this position, the spring force changes its sign to the value Ft. which is designated by point 4. This is formed by the difference between sections 3-14 and 8-9. If the control voltage Ust increases further, the diagram reaches point 5. In the same way, d Run through the p-diagram in the opposite direction, forming the difference between the effective forces. Switching to position h is achieved at point 6 when sections 6-15 and 7-11 are the same. The diagram reaches point 2 in a discontinuous course, where it reaches starting point 1 with a further decrease in control voltage Ust. The course of the diagram, which depends on the increase or decrease in the control voltage, is indicated by the arrows. In the control voltage range between points 3 and 6, contact r does not switch. If this range is exceeded in the sense of an enlargement or reduction, the control effect occurs by reversing the contact r. Due to the sudden increase in the contact pressure in the switching direction, the contact position is stable at both points of the switchover. The control distance occurring between the two points 3 and 6 can be changed by a suitable choice of the slope angle of the straight lines Pst + Fst and Ph + Fh.

Die Fig. 3 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Überwachungseinrichtung. Die Haltewicklung H des Steuerrelais Re ist im Nullzweig a-b einer Brückenschaltung angeordnet. Wenn die Steuerspannung Ust fehlt, ist das Gleichgewicht der Brückenschaltung aufgehoben, d. h., in der Wicklung H fließt ein Strom. Dieser Strom und die auf den Kontakt wirkende Federkraft ergeben den Kontaktdruck ph im Punkt 1 des Diagramms nach Fig. 2. Die einsetzende Steuerspannung Ust läßt den Widerstand R= eines Zweiges der Brückenschaltung im Sinne des zunehmenden Brückengleichgewichtes ansteigen, wodurch das am Nullzweig zwischen den Punkten a-b bestehende Potential linear absinkt. Die Haltekraft hat demnach den im Diagramm mit Ph+Fh angegebenen Verlauf. Gleichzeitig bewirkt die zunehmende Steuerspannung Ust eine Zunahme der Steuererregung in der Wicklung St des Relais Re. Diese Zunahme erfolgt ebenfalls in linearer Abhängigkeit von der Steuerspannung, wie dies im Diagramm durch die Steuerkraft Pst+Fst dargestellt wird. Das Relais Re bewirkt die bereits an Hand der Fig. 2 beschriebenen Schaltfunktionen. Durch die veränderlichen Widerstände R2 und R3 kann die Brückenbedingung und somit auch die relative Lage der Geraden Ph+Fh verändert werden. Der Anstieg der Geraden Ph+Fh ist eine Funktion des Widerstandes Rt. Wenn dieser aus einem Richtleiter besteht, wird er durch dessen Steilheit beeinflußt. Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Elektronenröhre, die sowohl den Widerstand eines Brückenzweiges als auch die Steuerwicklung St des Anzeigerelais Re beeinflußt. Als Steuerspannung wird in diesem Fall eine hochfrequente Wechselspannung UHF angenommen. Die Elektronenröhre ist eine Pentode, welche durch die Anodenspannung U, und die Schirmgitterspannung Iisg gespeist wird. Die Widerstände Ri, R2, R4 und R3 mit dem Innenwiderstand der Röhre Rö bilden die einzelnen Zweige der Brückenschaltung. Die veränderlichen Widerstände R2 und R3 sind so eingestellt, daß im Ruhezustand der Einrichtung in der Wicklung H des Relais Re ein Strom auftritt, wie dies an Hand der Fig.3 bereits beschrieben wurde. An den Klemmen c, d wird die steuernde Wechselspannung UHF der Röhre Rö zugeführt. Die Spannung gelangt über den Kondensator C1 an das Steuergitter der Röhre Rö. Da die Röhre in einer Audionschaltung betrieben wird, entsteht durch die Steuerspannung ein Gitterstrom, der über den Ableitwiderstand R5 und durch den Kondensator C1 eine negative Gittervorspannung erzeugt. Diese Vorspannung, welche bei zunehmender Steuerspannung ansteigt, bewirkt eine annähernd lineare Zunahme des durch die Anoden-Kathoden-Strecke gebildeten Röhrenwiderstandes. Der Röhrenwiderstand beeinflußt die gemäß Fig. 2 durch die Gerade Ph+Fh dargestellte Haltekraft des Anzeigerelais Re. Gleichzeitig bewirkt die steuernde Spannung eine Anodenwechselspannung. Diese ist abhängig vom Verstärkungsgrad der Röhrenschaltung. Die verstärkte Wechselspannung gelangt über das im Anodenkreis der Röhre angeordnete Bandfilter B und die Gleichrichterschaltung Gr, C4, R6 zu der Steuerwicklung St des Anzeigerelais Re. In dieser Wicklung entsteht durch die steuernde Spannung eine zunehmende Steuerkraft des Anzeigerelais Re nach der in Fig. 2 dargestellten Geraden Pst+Fst, dadurch bewirkt das Relais Re in bereits erwähnter Weise Schaltfunktionen zur Überwachung der steuernden Wechselspannung UttF. Im Anodenkreis wird die Wechselspannung durch den Kondensator C5 von der Brückenschaltung abgeleitet. Die Kondensatoren C2 und C3 dienen der Ableitung hochfrequenter Wechselströme von Schirm- und Bremsgitter der Pentode.3 shows the basic structure of a monitoring device. The holding winding H of the control relay Re is arranged in the zero branch from a bridge circuit. If the control voltage Ust is missing, the balance of the bridge circuit is canceled, that is, a current flows in the winding H. This current and the spring force acting on the contact result in the contact pressure ph in point 1 of the diagram according to FIG decreases linearly from the existing potential. The holding force therefore has the curve indicated in the diagram with Ph + Fh. At the same time, the increasing control voltage Ust causes an increase in the control excitation in the winding St of the relay Re. This increase also takes place linearly as a function of the control voltage, as shown in the diagram by the control force Pst + Fst. The relay Re effects the switching functions already described with reference to FIG. The bridge condition and thus also the relative position of the straight line Ph + Fh can be changed by the variable resistances R2 and R3. The rise of the straight line Ph + Fh is a function of the resistance Rt. If this consists of a directional conductor, it is influenced by its steepness. 4 shows an embodiment of the invention with an electron tube which influences both the resistance of a bridge arm and the control winding St of the display relay Re. In this case, a high-frequency AC voltage UHF is assumed as the control voltage. The electron tube is a pentode which is fed by the anode voltage U and the screen grid voltage Iisg. The resistors Ri, R2, R4 and R3 with the internal resistance of the tube Rö form the individual branches of the bridge circuit. The variable resistors R2 and R3 are set so that a current occurs in the winding H of the relay Re when the device is idle, as has already been described with reference to FIG. The controlling AC voltage UHF is fed to the tube Rö at terminals c, d. The voltage arrives at the control grid of the tube via the capacitor C1. Since the tube is operated in an audio circuit, the control voltage creates a grid current that generates a negative grid bias via the bleeder resistor R5 and the capacitor C1. This bias voltage, which increases with increasing control voltage, causes an approximately linear increase in the tube resistance formed by the anode-cathode path. The tube resistance influences the holding force of the display relay Re shown in FIG. 2 by the straight line Ph + Fh. At the same time, the controlling voltage causes an anode alternating voltage. This depends on the gain of the tube circuit. The amplified AC voltage reaches the control winding St of the indicator relay Re via the band filter B arranged in the anode circuit of the tube and the rectifier circuit Gr, C4, R6. In this winding, the controlling voltage creates an increasing control force of the display relay Re according to the straight line Pst + Fst shown in FIG. In the anode circuit, the alternating voltage is derived from the bridge circuit by the capacitor C5. The capacitors C2 and C3 are used to divert high-frequency alternating currents from the screen and braking grid of the pentode.

Während der Anstieg der in Fig. 2 dargestellten Geraden Pst+Fst von dem Verstärkungsgrad der Röhrenschaltung abhängt, wird der Anstieg der Geraden Ph+Fh durch die Steilheit der Röhre beeinflußt. Der Regelbereich des Anzeigerelais Re kann daher durch Änderung der Röhrendaten eingestellt werden. Falls das Anzeigerelais Re ein polarisiertes Relais mit vorgegebener, in den beiden Ruhestellungen wirksamer Permanenterregung ist, erfordert die Einrichtung eine Anpassung der Brückenbedingungen. Die Anpassung muß in der Weise erfolgen, daß die am Kontakt r wirksamen Steuer- und Haltekräfte Pst -I- Fst und Ph+Fh den im Diagramm nach Fig. 2 dargestellten gegensinnigen Verlauf haben.During the rise of the straight line Pst + Fst shown in FIG. 2 from depends on the gain of the tube circuit, the slope of the straight line Ph + Fh influenced by the steepness of the tube. The control range of the display relay Re can therefore be set by changing the tube data. If the display relay Re a polarized relay with a preset, more effective in the two rest positions Is permanent excitation, the setup requires an adaptation of the bridge conditions. The adjustment must be made in such a way that the control functions effective at contact r and holding forces Pst -I- Fst and Ph + Fh those shown in the diagram of FIG have opposite course.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Circuit arrangement for a relay for monitoring of voltages at which the relay is triggered by the monitored voltage across a winding is excited and counter-excited via another winding, the armature of the relay through, a constant mechanical pre-tension can be stably adjusted in two rest positions is, and a change in the monitored voltage (Ust) the amount the Excitation (Pst) changes, characterized in that this monitored voltage (Ust) the amount of counter-excitation (Ph) changes in opposite directions (Fig. 2).

2. Arrangement according to Claim 1, characterized in that the voltage dependent, preferably linear gradients of the excitation changes can be set differently.

3. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that an excitation winding (H) of the relay (Re) with two-sided rest position (h, st) is arranged in the zero branch of a bridge circuit, the resistance values of the bridge branches (Ri) and the excitation a further winding (St) of the relay can be controlled by the voltage to be monitored (Ust) (Fig. 1, Fig. 3).

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that in a bridge branch whose resistance value is through the monitoring voltage (Ust) is controlled, a directional conductor (Rö) is arranged.

5. Arrangement according to claims 3 and 4, characterized in that the directional conductor (Rö) forms a direct current resistance, the resistance of which increases when one changes monitored alternating voltage (Ust) is changed.

6. Arrangement according to the claims 3 to 5, characterized in that the directional conductor (Rö) forms an amplifier, the alternating voltage to be monitored (Ust) on a winding (St) of the indicator relay transmits.

7. Arrangement according to claims 3 to 6, characterized in that an audio tube is used as a directional guide, the control grid of which is the one to be monitored AC voltage (UttF) is supplied (Fig. 4). B.

Arrangement according to the claims 3 to 7, characterized in that the cathode-anode section of the audio tube (Rö) forms the partial resistance (Ri) of a bridge branch (Fig. 3, 4).

9. Arrangement according to claims 3 to 8, characterized in that the bridge branch in which the directional conductor is arranged, contains a controllable resistor (R3) (Fig. 3, 4).

10. Arrangement according to claims 3 to 9, characterized in that the alternating voltage to be monitored (UHF) is transmitted through a band filter (B) to a winding (St) of the relay (Re) (Fig. 4).

11. Arrangement according to claims 3 to 10, characterized in that the AC voltage (UHF) transmitted to the display relay (Re) is rectified.

12. Arrangement according to claims 3 to 11, characterized in that at the zero value of the voltage to be monitored the balance of the bridge circuit is canceled.

13. Arrangement according to the claims 3 to 12, characterized in that when the voltage to be monitored increases the bridge equilibrium is approximated.

14. Arrangement according to claims 3 to 13, characterized in that when the voltage to be monitored increases, the im The winding (H) of the relay (Re) arranged in the zero branch of the bridge circuit is decreasing and the winding of the relay (Re) connected to a bridge arm (Ri) increasing is excited (Fig. 2).

15. Arrangement according to claims 3 to 14, characterized in that when using polarized relays, the bridge conditions of the device are coordinated so that the control and holding forces effective at the contact (y) of the relay have an opposite course (Fig. 2) . Considered publications: German Patent Specifications No. 829 009, 932 259; USA. Patent Nos. 1355 847, 1422625.