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Einrichtung zur Stromausfallüberwachung Zur Überwachung elektrischer
Stromkreise, insbesondere für Regelungen, wird gelegentlich die Aufgabe gestellt,
den Zustand der Stromlosigkeit in einem Leiter zum Unterschied von dem des Stromfiusses
anzuzeigen.
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Hierbei wird unter Umständen verlangt, daß die Überwachungseinrichtung
eine hohe Ansprechempfindlichkeit bei Anzeige des Stromausfalls einerseits und eine
große Überiastungsfähigkeit der Einrichtung bei Fließen des zu überwachenden Stromes
andererseits haben muß.
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Die Erfüllung dieser Bedingungen erfordert im allgemeinen einen nicht
unbeträchtlichen Aufwand. Dasselbe Ziel läßt sich indessen auf sehr einfache Weise
erreichen, wenn man die besonderen Eigentümlichkeiten der Kennlinie von ungesteuerten
Halbleiterventilen, beispielsweise von Selen- oder Siliziumgleichrichtern, ausnützt,
die zweckdienlich in den Steuerstromkreis der Überwachungseinrichtung eingeschaltet
sind. Diese Eigentümlichkeiten sind die sogenannte Schwellenspannung, die mindestens
- auch bei sehr kleinen Strömen - in der Sperrichtung überwunden werden muß, um
das Halbleiterventil stromführend zu machen, und der verhältnismäßig kleine Bahnwiderstand
des Halbleiterventils in der Durchlaßrichtung oberhalb der Schwellenspannung.
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Für die Umsetzung des aus dem Überwachungsstromkreis abgeleiteten
Stromes oder einer diesem entsprechenden Spannung in ein der Anzeige oder einer
Auswertung dienendes Ausgangssignal können in bekannter Weise empfindliche Relais
oder Röhrenanordnungen verwendet werden. Es ist indessen auch bekannt, für eine
derartige Umsetzung Transistoren anzuwenden. Eine diesem Zweck dienende bekannte
Transistorschaltung besteht darin, daß ein in Emitterschaltung betriebener, an einer
Gleichspannung liegender Transistor von einem aus dem zu überwachenden Strom abgeleiteten
und zu diesem proportionalen Steuerstrom angesteuert wird.
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Die Steuereigenschaften eines derartigen Transistors gestatten nun,
die mit der Schwellenspannung zusammen hängende Eigentümlichkeit eines Halbleiterventils
zu dem obengenannten Zweck in vorteilhafter Weise auszunutzen.
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Auf Grund dieser Erkenntnis sieht die Erfindung für eine Einrichtung
zur Stromausfallüberwachung hoher Ansprechempfindlichkeit und Überlastungsfähigkeit,
bei der ein in Emitterschaltung betriebener, an einer Gleichspannung liegender Transistor
von einem aus dem zu überwachenden Strom abgeleiteten und zu diesem proportionalen
Steuerstrom angesteuert ist, eine Schaltung vor, bei der teils mit der Basiszuleitung
in Reihe, teils zur Emitter-Basis-Strecke parallel geschaltete, ungesteuerte Halbleiterventile
vorgesehen sind, so daß bei sehr kleinem Strom oder bei Stromausfall die mit der
Emitter-Basis-Strecke in Reihe geschalteten Halbleiterventile infolge ihrer Schwellenspannung
keinen Strom führen und der Transistor über einen der Basis zugeführten Hilfsstrom
stromführend gemacht ist und seine als Ausgangssignal ausgewertete Emitter-Kollektor-Spannung
zusammenbricht, während bei Fließen des zu überwachenden Stromes infolge der an
den parallel geschalteten Halbleiterventilen abfallenden Spannung der Transistor
gesperrt ist, so daß seine Emitter-Kollektor-Spannung einen durch den Ausgangsstromkreis
bestimmten Wert annimmt.
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Hierin ist die Bemessungsvorschrift einbezogen, daß die Zahl der
jeweils in Reihe geschalteten Halbleiterventile so gewählt ist, daß ihre Schwellenspannung
größer ist als die Schwellenspannung der Emitter-Basis-Strecke des Transistors.
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Ein Beispiel einer Schaltung einer Stromausfall-Überwachungseinrichtung
nach der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Darin ist mit 1 der Leiter bezeichnet,
dessen Stromzustand überwacht werden soll. Mittels eines Stromwandlers 2 erfolgt
die galvanische Trennung der Üb erwachungseinrichtung von dem stromführenden Leiter
und die meist notwendige Stromübersetzung. Als Bürde des Wandlers ist an dessen
Sekundärwicklung ein Gleichrichter 3 in Brückenschaltung mit einer noch zu besprechenden
Belastung und ein der Anpassung dienender weiterer Widerstand 4 vorgesehen. Der
Gleichrichter 3 ist aus Halbleiterventilen, beispielsweise ein Selengleichrichterelement
je Brückenzweig, aufgebaut. Die Gleichrichterbelastung ist gebildet aus einer Halbleiteranordnung
5, die beispielsweise aus zwei in Reihe geschalteten Selengleichrichterelementen
besteht, und aus dem Emitter-Basis-Kreis eines Transistors 6, dessen Emitter-Kollektor-Spannung
als Ausgangsspannung Ua der Üb erwachungseinrichtung, beispielsweise zur Betätigung
eines Relais oder zur Ansteuerung eines weiteren Transistors, dient.
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Der Transistor 6 ist über den Kollektorwiderstand 7 an eine Gleichspannung
Ug angeschlossen, seine Basis ist über den Basiswiderstand 8 gleichfalls mit dieser
Gleichspannung verbunden. Dieser Basiswiderstand ist so hoch bemessen, daß der über
diesen fließende Strom gegenüber dem Kollektorstrom vernachlässigbar ist.
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Unter diesen Umständen ist der Kollektorstrom des als Schalttransistor
wirksamen Transistors im leitenden Zustand bestimmt durch die Gleichspannung Ug
und den Kollektorwiderstand 7. In diesem leitenden Zustand bricht die Emitter-Kollektor-Spannung
Ua auf einen kleinen Restwert zusammen, während die Spannung Ua im gesperrten Zustand
des Transistors den Wert annimmt, der durch die Gleichspannung Ug abzüglich des
Spannungsabfalls an dem Widerstand 7 unter der Wirkung der äußeren Belastung, beispielsweise
des bereits erwähnten Relais, gegeben ist.
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Es soll jetzt die Wirkungsweise der Überwachungseinrichtung beschrieben
werden.
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Fließt in dem Stromleiter 1 ein Strom, so wird auch der Gleichrichter
3 stromführend und mit ihm die Halbleiteranordnung 5, wobei auch bei sehr kleinen
Strömen an jedem stromführenden Halbleiterventil des Gleichrichters 3 und der Halbleiteranordnung
5 mindestens die Schwellenspannung abfällt. Der mittels des Gleichrichters 3 gebildete
Gleichstrom fließt im wesentlichen durch die Halbleiteranordnung 5 und zum kleineren
Teil durch den Basiswiderstand 8 und über die gleichsinnig geschaltete Gleichspannungsquelle
mit der Spannung Ug.
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Da infolge der Bemessung der Halbleiterventile 5, beispielsweise
durch Anordnung von zwei oder mehr Selengleichrichterelementen, deren Schwellenspannung
insgesamt einem Wert von einigen zehnteln Volt erreicht; wird die Basis des Transistors
6 positiv gegenüber dem Emitter, und so bleibt dieser gesperrt.
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Damit nimmt die als Ausgangsspannung Ua abgenom mene Emitter-Kollektor-Spannung
des Transistors ihren höchsten Wert an, der bestimmt ist durch die Gleichspannung
Ug abzüglich des Spannungsabfalles an dem Widerstand 7.
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Bei fehlendem Strom im Leiter 1 indessen ist der Strom im Basiswiderstand
8 gezwungen, über die Emitter-Basis-Strecke zu fließen. Da die an dieser Strecke
abfallende Schwellenspannung kleiner ist als die Schwellenspannung der zu ihr parallel
liegenden Halbleiterventile des Gleichrichters 3, ist der Gleichrichter 3 elektrisch
abgetrennt.
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Die Halbleiteranordnung 5 ist hierbei ebenfalls stromlos, da sie zur
Emitter-Basis-Spannung in Sperrichtung liegt.
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Durch den Basisstrom wird der Transistor 6 stromführend, wobei - wie
bereits gesagt - der Kollektorstrom nur durch die Gleichspannung Ug und den Widerstand
7 bestimmt ist. Seine Emitter-Kollektor-Spannung und damit auch seine Ausgangsspannung
U, bricht bis auf einen kleinen Restwert zusammen, womit für den daran angeschlossenen
Überwachungskreis, beispielsweise durch ein Relais, der Stromausfall angezeigt ist.
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Eine andere Ausführung der Erfindung zeigt Fig. 2.
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Hierbei ist an die Stelle des Gleichrichters eine Anord-
nung 9 antiparallel
geschalteter Halbleiterventile getreten, während die weitere Halbleiteranordnung
10 nicht parallel zur Emitter-Basis-Strecke, sondern in Reihe zur Basis des Transistors
liegt.
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Bei dieser Anordnung sind die Aufgaben der Halbleiteranordnungen
9 und 10 gegenüber den Anordnungen 3 und 5 vertauscht, außerdem entsteht bei Stromfluß
im Leiter 1 an der Halbleiteranordnung 9 eine Wechselspannung, von der durch die
Halbleiteranordnung 10 eine Halbwelle unterdrückt wird. Bei Stromfluß im Leiter
1 entsteht, da der Transistor 6 nur in jeder zweiten Halbwelle gesperrt wird, eine
Ausgangsspannung Ua, die aus Gleichspannungsimpulsen besteht, während bei ctromausfall
der Transistor wieder ständig stromführend ist, so daß die Spannung Ua zusammenbricht.
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PATENTANSPROCHE: 1. Einrichtung zur Stromausfallüberwachung hoher
Ansprechempfindlichkeit und Oberlastungsfähigkeit, bei der ein in Emitterschaltung
betriebener, an einer Gleichspannung liegender Transistor von einem aus dem zu überwachenden
Strom abgeleiteten und zu diesem proportionalen Steuerstrom angesteuert ist, dadurch
gekennzeichnet, daß teils mit der Basiszuleitung in Reihe, teils zur Emitter-Basis-Strecke
parallel geschaltete, ungesteuerte Halbleiterventile vorgesehen sind, so daß bei
sehr kleinem Strom oder bei Stromausfall die mit der Emitter-Basis-Strecke in Reihe
geschalteten Halbleiterventile infolge ihrer Schwellenspannung keinen Strom führen
und der Transistor über einen der Basis zugeführten Hilfsstrom stromführend gemacht
ist und seine als Ausgangssignal ausgewertete Emitter-Kollektor-Spannung zusammenbricht,
während bei Fließen des zu überwachenden Stromes infolge der an den parallel geschalteten
Halbleiterventilen abfallenden Spannung der Transistor gesperrt ist, so daß seine
Emitter-Kollektor-Spannung einen durch den Ausgangsstromkreis bestimmten Wert annimmt.