DE2143591B2

DE2143591B2 - Betätigungskreis zum verzögerten Ansprechen eines elektromagnetischen Relais

Info

Publication number: DE2143591B2
Application number: DE2143591A
Authority: DE
Inventors: Toru Hirakata Hanahara; Kazuyoshi Kadoma Honda; Hideo Neyagawa Suemasa; Kenichi Moriguchi Yoda
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1970-09-01
Filing date: 1971-08-31
Publication date: 1973-10-18
Also published as: DE2143591C3; US3737732A; DE2143591A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Betätigungskreis zum verzögerten Ansprechen eines elektromagnetischen Relais, bei dem die mit einer Gleichspannungsquelle verbundene Relaisspule in Reihe mit einem Schaltelement mit negativer Widerstandscharakteristik und dem Emitter und Kollektor eines Transistors liegt.

Es ist ein Betätigungskreis dieser Art bekannt, der zur unverzögerlen Einschaltung eines Relais dient. Das halbleitende Schaltelement mit negativer Widerstandscharakteristik liegt hierbei auf der Kollektor·· sehe des Transistors. Infolgedessen kann du Kond.cnsatorladung während des Aufladens teilweise über das Halbleiterelement abfließen.

Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung Hegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein verzögerte) Anziehen des elektromagnetischen Relais mit einfachen Mitteln zu erreichen. Dies gelingt, ausgehenc von der bekannten Schaltung nur dann, wenn da; halbleitende Schaltelement nicht auf der Kollektorseite, sondern auf der Emitterseite des Transistor! eingefügt wird. Nur dadurch ist gewährleistet, daß dit Kondensatorladung während des Aufladens nich teilweise über das Halbleiterelement abfließen kam und daß nach dem Zusammenbruch der Spannung an Halbleiterelement der Transistor dank der Verstär kungswirkung ruckartig völlig geöffnet wird. Man er hält so eine langzeitige Verzögerung mit präzisen Einschaltzeitpunkt.

Es ist ein Betätigungskreis zum verzögerten Erre gen eines Relais allgemein bekannt, bei dem ein Kondensator über einen Widerstand auf eine bestimmte Spannung aufgeladen wird, die durch ein Schaltelement mit negativer Widerstandscharakteristik be stimmt wird. Als solches Schaltelement kann bei spielswcise eine unilaterale oder bilaterale Silizium Schaltdiode, eine symmetrische Schaltdiode od. dgl dienen. Dieser Betätigungskreis hat die Eigenschaft daß im Betrieb eine Schnappwirkung eintritt und da; Relais ohne die Verwendung von Relaiskontakter selbsthaltend ist.

/.um Verständnis dieses bekannten Betätigungskreises sei auf die F i g. 1,2 und 4 der Zeichnung hin gewiesen. Es zeigt

Fig. 1 die Charakteristik eines Schaltelements,

Fig. 2 die Schaltungsanordnung eines herkömmli chen Verzögerungsrelais,

Fig. 4 ein Diagramm des Spannungsverlaufs an Kondensator des zur Festlegung der Verzögerungszei vorgesehenen Kreises in Abhängigkeit von der Zeit

Aus der in Fig. 1 dargestellten Strom-Spannungs charakteristik eines der oben erwähnten Schaltelemente mit negativer Widerstandscharakteristik geh hervor, daß das Schaltelement zündet, wenn die ar ihm anliegende Spannung zunimmt und schließlich den Zündungswert V₁ erreicht. Fließt auch nach den Zündvorgang durch das Schaltelement ein Strom, dei den Haltestrom I_h übersteigt, dann bleibt das Schalt element in seinem leitenden Zustand. In diesem Fallt ist der Spannungsabfall in dem Schaltelement V₁. Das Schaltelement kann aber nur dann in den leitender Zustand kommen, wenn unmittelbar vor seiner Zündung der es durchfließende Strom mindestens den Zundstrom I₁ entspricht.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltungsanordnung für ein Verzögerungsrelais der herkömmlichen Art is ein solches Schaltelement verwendet. Die Bauele mente dieser Schaltungsanordnung umfassen eir Schaltelement Q, eine Relaisspule X, zwei Dioder D ι und D₂, einen Widerstand R, und die die Verzöge rungszeit bestimmenden Bauelemente, nämlich einer Widerstand R, und einen Kondensator C₁, sowie zwei Gleichspannungsquellen E₁ und E₂. Die Spannung E ist höher als die Zündspannung K₁ des Schaltelemen les und der Widerstand R₁ und der Kondensator C, liegen mit dieser Spannungsquelle E₁ in Reihe. Dei Widerstand R₁, die Diode D₂ und das Schaltele ment Q liegen parallel zu'dem Kondensator C₁. Die Relaisspule X, die Diode D, und das Schaltete ment Q liegen parallel zur Spannungsquelle E₂, derer Spannung geringer ist als die Zündspannung V₁.

Sobald die Spannungsquelle eingeschaltet ist, steig die Spannung an dem im Verzögerungskreis liegender

Kondensator C, fortwährend an. Sobald die Spannung gungskreis gegen Spannungsschwankungen weitge- V_c an dem Kondensator die Höhe der Zündspannung hend unempfindlich.
V₁ des Schaltelemente« Q erreicht hat, zündet dieses
und betätigt auch das Relais X. Gleichzeitig entlädt
sich aber der Kondensator C₁ über den Widerstand

5 R₁, die Diode D₁ und das Schaltelement Q.

Bei einem Verzögerungsrelais der beschriebenen Art treten folgende Probleme auf:

a) Sollte der Reststrom l_s unmittelbar vor der Zündung des Schaltelements groß sein, dann fließt dieser io Strom über den Widerstand R₁ des Veizögerungskreises und bewirkt eieen höheren Spannungsabfall an diesem. Dies führt aber dazu, daß die Spannung an dem Kondensator C₁ nicht bis zu dem gewünschten Wen ansteigt und daher auch das Schaltelement nicht 15 gezündet werden kann. Hierdurch könnte also ein Betriebsausfall bedingt werden. Man darf daher den Widerstand R, nicht zu hoch wählen. Dies hat aber zur Folge, daß auch keine lange Verzögerungszeiten er-

Nachsiehend werden einige Beispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt Fig. 3 eine Schaltungsanordnung des erfwdungsgemäßen Verzögerungsrelais,

Fig. 5 ein Diagramm des Spannungsverlaufs am Kondensator des Verzögerungskreises in Abhängigkeit von der Zeit,

F i g. 6 eine dem in dem erfindungsgemäßen Verzögerungsrelais verwendeten Schaltelement entsprechende Schaltungsanordnung,

Fig. 7 eine weitere Ausbildungsform eines eriindungsgemäßen Verzögerungsrelais.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Schaltungsanordnung eines erfindungsgemäßen Verzögerungsrelais ist zur Festle«nuig der Zeitkonstanten ein mit einem Kondensator C₁ in Reihe liegender Widerstand R, vorge-

_.._e „ „___._e„_ „ sehen, die beide parallel zu einer Gleichspannungs-

wartet werden können und daß nur solche Schaltele- *<> quelle E liegen. An der Verbindungsstelle zwischen mente verwendbar sind, deren Reststrom/. sehr klein dem Widerstand R, und dem Kondensator C, hegt ist die Basis eines ersten Transistors 7 p dessen Kollektor

h) Das Schaltelement Q muß in seinem leitenden über einen Widerstand R₁ mit dem positiven Pol der

Zustand durch einen kontinuierlichen Strom, der Spannungsquelle und über einen Widerstand R₂ mit

hauptsächlich von der Spannungsquelle E, geliefert »5 dem negativen Pol dieser Spannungsquelle verbunden

wird und größer als der Haltestrom /,, ist,' gehalten ist. Der Emitter dieses Transistors T₁ ist über den Wi-

werden. Ist die Spannung der Spannungsquelle E₂ derstand R_} mit der Basis eines zweiten Transistors

aber stark wellig, kann dieser Strom gelegentlich unter T₂ verbunden. Eine Relaisspule X liegt zwischen dem

dem Wert des erforderlichen Haltestroms /„ liegen. Kollektor des Transistors T₂ und dem positiven Pol

Dies führt aber dazu, daß das Schaltelement Q nicht 30 der Spannungsquelle. Der Emitter des Transistors T,

mehr leitet und das Relais zum Abschalten veranlaßt. ist mit der Anode eines drei Zuleitungen aufweisen-

c) Wird die Spannungszufuhr zur Zeit f j (s. Fig. 4), den Schaltelements Q von negativer Widerstandsd. h. vor Ablauf der normalen Verzögerungszeit t,, charakteristik verbunden.

aus einem beliebigen Grund während des Auflade- Die Kathode des Schaltelements Q liegt an dem

vorgänge des Kondensators C₁, wenn das Schaltele- 35 negativen Pol der Spannungsquelle. Ein Kondensator ment Q noch nicht gezündet hat, unterbrochen, dann Hegt zwischen dem Gitter des Schaltelements Q und bleibt die Spannung V₁ des Kondensators C₁ erhalten, ~

da dessen Ladung nicht abfließen kann. Dies ist durch die gestrichelte Gerade in Fig. 4 angedeutet. Wird aber anschließend die Spannung wieder erneut einge- 40 schaltet, dann beginnt der Schaltvorgang nach einer Zeitspanne, die kürzer als die normale Verzögerungszeit r, ist.

d) Wird die Spannung zu einem Zeitpunkt r,, also __.

nach der normalen Verzögerungszeit, unterbrochen, 45 Basisstrom fließt in den Transistoren T_x und T₂. Diese

dann kann die Spannung V_c des Kondensators C, nicht werden also leitend und betätigen das Relais Λ'.

durch Entladung des Kondensators unter den Wert Die erfindungsgemäße Schaltung hat folgende

der Summe aus dem Durchlaßspannungsabfall der Merkmale:

Diode D. und dem Durchlaßspannungsabfall V₁ des a) Auch im Falle eines hohen Reststromes /, des

Schaltelement* abfallen, wodurch ebenfalls die Ver- 50 Schaltelements Q fließt auf Gruna der Verstärkungs-

zägerungszeit beeinflußt wird. wirkung des Transistors nur der Basisstrom geteilt

e) Es ist ferner von Nachteil, daß die Spannung der durch einen jeweiligen Verstärkungsfaktor. Der durch Spannungsquelle E₁ größer als die Spannung V₁ des den Widerstand R, fließende Strom entspricht dem Schaltelements Q größer als die Spannung der Span- Basisstrom. Der Hauptanteil des Reststromes /, fließt nungsquelle E. sein muß und überhaupt zwei Span- 55 durch die Relaisspule A". während nur ein kleiner nunesquellen notwendig sind. Ferner kann auch die Stromanteil durch den Widerstand R, fließt. Die Folge Steuerspannung des Relais nicht größer gemacht wer- davon ist, daß der Reststrom /, an den Widerstand den. R, keinen Spannungsabfall hervorruft und daher die

Dererfindunasgemäße Betätigungskreis mit den im Spannung V₁. am Kondensator C₁ auch erheblich hö-Ansprueh 1 aufgezeigten Merkmalen ist von diesen 60 her ansteigen kann, so daß kein Arbeitsausfall des ReNachteilen irei.Er ermöglicht eine langzeitige An- iais eintreten kann. Man kann daher auch für den Wizuesven-.cüirana und ist auch bei hohem Reststrom derstand R, einen hohen Widerstandswert wählen, so des Schahekments mit negativer Widerstandscharak- daß eine große Verzögerungszeit erzielt werden kann. teristik noch reaktionsfähig. Auch wenn die Span- b) Bei Vorliegen eines stark welligen Stromes wird nungszufiih; ehrend der Verzögerungszeit unter- 65 die Leitfähigkeit des Schaltelemente Q durch die Entbrocher wird, entlädt sich der Kondensator rasch, so ladung des Kondensators C, aufrechterhalten und daß der Zei: ablauf des nachfolgenden Arbeitsvorgan- zwar auch dann, wenn der durch das Schaltelement Q ges nicht m;:hr beeinflußt wird. Ferner ist der Betäti- fließende Strom den Wert des Haltestromes /,, unter-

σ-—-

der Basis des Transistors T₁.

Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen:

Nach Anlegung der Spannung lädt sich der Kondensator C₁ auf, sobald seine Spannung V\ den Wert der Zündspannung V₁ des Schaltelements Q erreicht hat, schließt das Schaltelement den Stromkreis über Basis und Emitter der Transistoren T₁ und T₂. Der

schreitet. Demzufolge geht das Schaltelement nicht in den nichtleitenden Zustand über, wenn die von der Spannungsquelle gelieferte Spannung stark wellig ist. Dies gilt auch in Fällen, bei denen es sich um eine Einweg- oder Zweiweg-gleichgerichtete Spannung handelt. Ferner gilt dies auch dann, wenn die Spannung der Spannungsquelle kurzzeitig unterbrochen wird.

c) Wird die Spannung während der Verzögerungszeit unterbrochen, d. h. zu einem Zeitpunkt I₂, der in- nerhalb der normalen Verzögerungszeit I₁ liegt, tritt eine entgegengesetzte Vorspannung zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors T₁ auf und es stellt sich zwischen einer in solcher Weise vorgespannten Basis und dem Kollektor des Transistors ein P-N-übergang ein. Damit wird aber die Ladung des Kondensators C₁ über die Basis und den Kollektor des Transistors T₁ und den Widerstand R₂ entladen. Diese Entladung ist in Fig. 5 gestrichelt eingezeichnet. Der Widerstand R₂ beeinflußt die normale Verzögerung nicht und sorgt lediglich für eine Kompensation für die von dem Transistor T₁ ausgehaltene Spannung.

d) Wird die Spannungszufuhr nach der Verzögerungszeit, also z. B. zur Zeit f₃, abgeschaltet, dann fließen Restladungen, die noch zu einem geringen Teil in dem Kondensator C₁ verblieben sein können, vollständig über die Widerstände R₁, R₁ unü R₂ ab, wie durch die ausgezogene Entladungskurve in F i g. 5 gezeigt ist. Besteht der Entladekreis nicht nur aus reinen ohmschen Widerständen, dann kann man natürlich keine vollständige Entladung erwarten. Der nachfolgende Verzögerungsvorgang wird aber auf jeden Fall ganz normal verlaufen, so daß eine ausgezeichnete Zeitcharakteristik der Verzögerungszeiten erzielt wird.

e) Ist die von den Transistoren T₁ und T₂ ausgehaltene Spannung ausreichend hoch, dann kann auch die Spannung der Spannungsquelle unabhängig von der Zündspannung V_x des Schaltelements Q hoch gewählt werden.

f) Auch dann wenn eine Überspannung in der Spannungsversorgung während des Steuervorgangs auftreten sollte, kann jeder Fehlbetrieb durch den Kondensator C₁ unterbunden werden.

g) Die Transistoren T₁ und T₂ sind zweistufig geschaltet, und der für den das Relais betätigenden Transistors T₂ benötigte hohe Basisstrom fließt über den Widerstand R₁, ohne aber direkt durch den Widerstand R₁ zu fließen. Hierdurch ist es möglich, einen sehr hohen Strom für die Relaisspule X 7.11 verwenden. Darüber hinaus wird ermöglicht, ein Relais mit großer Spulenkapazität verwenden zu können, um gleichzeitigeinen Widerstand R, mit sehr hohem Widerstandswert zu wählen. Selbst dann können die Transistoren T₁ und T₂ in leitendem Zustand gehalten werden.

F i g. 6 A zeigt eine einem Schaltelement mit negativer Widerstandscharakteristik entsprechende Schaltung und Fig. 6B das Schaltelement mit seinen Zuführungen.

F i g. 7 zeigt eine weitere Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Verzögerungsrelais, bei dem die Polaritäten der Transistoren und auch die des Schaltelemente Q umgekehrt sind. Der Kondensator C₁ liegt zwischen dem Gitter und der Anode des Schaltelements Q. Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung entspricht der in Fig. 3 gezeigten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Betätigungskreis zum verzögerten Ansprechen eines elektromagnetischen Relais, bei dem die mit einer Gleichspannungsquelle verbundene Relaisspule in Reihe mit einem Schaltelement mit negativer Widerstandscharakteristik und dem Emitter und Kollektor eines Transistors liegt, d adurch gekennzeichnet, daß das Schaltetement (Q) an einer Klemme mit dem Emitter des Transistors (T₂) und an der anderen Klemme über die Gleichspannungsquelle (E) und die Relaisspule (X) mit dem Kollektor des Transistors, sowie über einen von diesel oder einer anderen Gleichspannungsquelle aufladbaren Kondensator (C,) mit der Basis des Transistors (T₂) verbunden ist.

2. Betätigungskreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis eines zweiten Transismrs (I _x) mit der nicht an das Schaltelement (Q) angeschlossenen Klemme des Kondensators (C₁), der Emitter dieses Transistors mit der Basi« des ersten Transistors (T₂) und der Kollektor des zweiten Transistors (T₁) mit der Verbindungsstelle zweier mit der Spannungsquelle in Reihe liegender Widerstände (A₁, .R₂) verbunden ist.

3. Betätigungskreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des zweiten Transistors (7",) über einen Entladungswiderstand (R₂) mit der anderen Seite des Kondensators (C₁) verbunden ist, so daß bei Unterbrechung des Betriebs vor Beendigung der Verzögerungszeit die noch in dem Kondensator enthaltenen restlichen Ladungen über die Basis, den Kollektor und den Entladungswiderstand (R₂) abfließen können.

4. Betätigungskreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (Q) ein halbleitendes Schaltelement mit drei Stromzuführungen ist und daß ein Kondensator (C₁) für die Aufrechterhaltung eines leitenden Zustandes des Schaltelementes zwischen seiner Steuerelektrode und der Basis des ersten Transistors (T₂) liegt.

5. Betätigungskreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C₁) für die Aufrechterhaltung des leitenden Zustandes des Schaltelementes (Q) zwischen der Steuerelektrode und der Anode des Schaltelementes liegt.

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