DE2361606A1

DE2361606A1 - Verzoegerungsrelais

Info

Publication number: DE2361606A1
Application number: DE19732361606
Authority: DE
Inventors: Pierre Gehin-Chireix
Original assignee: ATREIX ELECTRONIC
Current assignee: ATREIX ELECTRONIC
Priority date: 1972-12-11
Filing date: 1973-12-11
Publication date: 1974-06-20
Also published as: FR2178550A5; IT999929B; FR2291651A2

Description

TATENTANWaITE

, H.LEINWEBER dipl-ing. H.ZIMMERMANN . A. Gf. v. WENGERSKY

8 München 2, Rosental 7, 2.

Tel.-Adr. Lelnpat München Telefon (089) 2603989

Postscheck-Konto: München 220 45-804

den 11. Dezember 1973

Unser Zeichen

Wy/We/Sd/22 376/1

ATREIX ELECTRONIC, 94700 MAISQNS-ALFORT/

. Frankreich
Verzögerungsrelais

Die Erfindung" bezieht sich auf Relais mit Halbleiterbauelementen, und zxfar vom Typ der sog* Unidirektional - oder Bidirektionalthyristoren (Triac).

Es ist bekannt, statische Relais unter Verwendung eines

mit Gleichstrom gespeisten Thyristors herzustellen,

in Weiterhin sind Zeitschaltwerke bekannt,/die ein Triac

eingebaut ist, der mit der zu steuernden Last in Reihe geschaltet und mit Wechselstrom gespeist ist. Dabei wird ein von dem gleichen Netz in Form eines durch Betätigung eines Druckknöpfes erhaltenen Impulses abgegebenes Signal an die Steuerelektrode bzw. Triggerelektrode eines der Triacs über einen Stromkreis mit Zeitkpnstante angelegt, der einem Halbleiterelement mit Spannungsschwellenwert zugeordnet ist. In einem ersten Zeitabschnitt hat dieser Stromkreis die Aufgabe, die für die Steuerung notwendige Energie in einem Kondensator, der dafür vorgesehen ist, zu speichern, und in einem zweiten

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Zeitabschnitt diese Energie zeitlich zu strecken, sodaß auf diese Weise für das Gerät der Punkt festgelegt wird, zu dem er seine Steuerfunktion ausübt.

Das Relais gemäß der Erfindung, das wenigstens einen Thyristor enthält, ist mit Wechselstrom gespeist.

Gemäß der Erfindung ist das Sperren dejjmit Wechselstrom gespeisten Uni- oder Bidirektionalthyristören durch selbsttätige Polung verwirklicht, daß sich die Polspanmingen fortlaufend an den Klemmen eines Trigger-Stromkreises entwickeln, der zwischen ihre Steuerelektrode (Triggerelektrode) und diejenige der beiden Hauptelektroden eingeschaltet ist, durch die der TriggerStromkreis geschlossen wird.

Gemäß einer ersten Ausführungsform für den Fall, daß das Relais einen Unidirektionalthyristor umfaßt, besteht der Triggerstromkreis aus zwei in Reihe geschalteten Bauteilen, nämlich einer Gleichrichterdiode und einem Kondensator.

In diesen Triggerstromkreis kann für die Bestimmung der Verzögerungszeit ein Widerstand eingeschaltet sein, der entweder einen festen oder einen veränderlichen Widerstandswert aufweist. Sein Vorhandensein ist auch wichtig für die Einregelung der Zeitspanne.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform mit einem Triac umfaßt dieser TriggerStromkreis eine Diodenbrücke mit derartiger Schaltung, daß der Kondensator und der Widerstand eine der Diagonalen dieser Brücke bilden und die andere Diagonale die beiden den Triggerstrom liefernden Elektroden untereinander verbindet, nämlich die Triggerelektrode selbst und entsprechend dem Innenaufbau eines Triacs die Hauptelektrode, die mit der metallischen Basisplatte verbunden und gewöhnlich als Klemme oder "Terminal" bezeichnet ist.

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INSPECTED

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Gemäß einer dritten Ausführungsform errichtet man einen Entladestromkreis des in den TriggerStromkreis des Relaisthyristors eingeschalteten Kondensators mit Hilfe einesjzusätzlichen Thyristors, dessen beide Hauptelektroden jeweils mit einer der beiden Klemmen des Kondensators verbunden sind. Das Triggern des zusätzlichen Thyristors wird dabei durch Schließen seines Triggerstromkreises bewirkt, und zwar entweder durch Anlegen eines Signals mit sehr niedriger Spannung, das an seine Steueidektrode, die Triggerelektrode, gelegt wird oder durch einen Kontakt an der Triggerelektrode, den man von Hand schließt und zwar ggfls. vermittels eines Metallstücks, das insbesondere ein Schlüssel sein kann.

Die Erfindung findet Anwendung auf dem Gebiete der Zeitschaltwefke, der Sicherheitsschlösser, sowie -bei Feuer-, Durchgangs- oder Anwesenheitsdetektoren. Die Art der Auslösung ist auf diese verschiedenen Anwendungsgebiete abgestimmt. Z.B.-kann eine von Hand betätigbare Vorrichtung (Druckknopf) oder eine optische Vorrichtung (Photorelais) verwendet sein, die zum Kondensator in Nebenschluß liegt.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf dar Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen

Fig. 1 ein Schaltschema eines Verzögerungsrelais mit einem Unidirektionalthyristor,

Fig. 2 ein Schaltschema für ein Relais entsprechend Fig. 1, jedoch mit Vorkehrungen, um die Verzögerungszeit einzustellen und um diese Zeit praktisch unabhängig von der zu steuernden Last zu machen,

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Fig. 3 ein Schaltschema für ein Verzögerungsrelais mit einem Bidirektionalthyristor und mit Betätigungsmitteln, die für die zu steuernde Last einen Betrieb bei den zwei Wechselfolgen des Wechselspeisestromes gewährleisten,

Fig. 4 ein Schaltschema einer Vorrichtung zur Verwendung als Durchgangs- oder Anwesenheitsdetektor unter Verwendung eines Verzögerungsrelais gemäß der Erfindung, und

Fig. 5 ein Schaltschema eines mit einem Triac versehenen Verzögenngsrelais.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform mit einem erfindungsgemäßen Verzögerungsrelais mit einem Unidirektionalthyristor 1 mit normalem Aufbau. Dieser weist eine Steuerelektrode/auf. Er wird ausgehend von einer Quelle S mit Wechselstrom gespeist, wobei seine Kathode K mit einer der Phasenleitungen über die zu steuernde Last 2 - in diesem Fall eine Lampe - und die Anode A mit der anderen Phasenleitung des Netzes S verbunden ist.

Die Inbetriebnahme der Last, z.B. das Aufleuchten der Lampe 2 findet statt, wenn der Triggerstromkreis die Steuerelektrode G mit der Anode A verbindet. Der Triggerstromkreis besteht dabei aus einem Kondensator 3 und einer Gleiehrienterdiode 5, wobei letztere derart angeordnet ist, daß sie die gleichgerichtete positive Komponente des im Stromkreis fliessenden Triggerstromes ig sperrt.

Wird die Schaltung einer Wechselspannung ausgesetzt, beginnt ein negativer Strom ig zu fließen, der den Thyristor leitend macht. Dieser anfänglich maximale Strom nimmt fortlaufend ab, bis er bei einem bestimmten vom Kondensator 3

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erreichten Ladewert verschwindet. Zu diesem Zeitpunkt sperrt der Thyristor 1 und die Lampe 2 erlischt. Ein mit einem Begrenzungswiderstand 7 in Seihe geschalteter Druckknopf 6 ermöglicht bei Betätigung die Entladung des Kondensators 3, der die Entsperrung des Thyristors 1 und eine Eückstellung der Schaltung mit Einleitung eines neuen Arbeitszyklus bewirkt.

Obwohl der Thyristor im Sinne der -Unterbrechng gesperrt ist, wird er weiterhin im umgekehrter Richtung von einem Leckstrom mit umgekehrter Polarität durchflossen, d.h«, einem gleichgerichteten negativen Strom, Der Kondensator 3 lädt sich zunehmend unter der Wirkung dieses Stromes auf und bei Ladungsende ist an seinen Klemmen eine Potontialdifferenz vorhanden, die dasY^-fache des Wirkwertes der Speisespannung (d.h. praktisch 315V bei einer Netzspannung von 220¥) btträgt«, Neben dem Ansteigen der die'Klemmen des Kondensators 3 beaufschlagenden Spaanrag findet ein entepreeksnder Spannungsanstieg an den HalbleiterachiGütea selbst statte Eine Zerstörung des Halbleiters tritt deshalb durch die Spannimgssrhöfamig nicht ein«, Man könnte sich vorstellen^ d&B die Diode 5 ragek@fart geschaltet wäre_o Da diese in diesem Falle die negative Komponente des Triggerstromes sperrt, könnte dae Vorhandensein -dieses für lange Verzögerungen verantwortlichen geringen Leckstrsmes nicht ausgenutzt werden*, Letztlich wäre die Verzögerung kürzer. Die Betriebsdifferenz im Fall der vorliegenden Erfindung wird gemessen anhand derjenigen der bekannten mit Gleichstrom gespeisten Schaltungen. Im letzteren Fall treten an den in diesen Schaltungen verwendeten Thyristoren nur Spannungen der Größenordnung von einigen Volt auf. Würde man eine höhere Spannung an sie anlegen, so wurden sie beschädigt werden. Außerdem läßt die zyklische Umpolung aufgrund des verwendeten Wechselstromes den Kondensator 3 nacheinander auf Ladung und Entladung

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arbeiten, wodurch sich das erhaltene Endergebnis günstig auf den einen oder anderen dieser Zustände auswirkt, da der Widerstand 4 bei der Bildung dieses Endergebnisses eine entscheidende Bolle spielt und folglich eine Einstellfunktion für die Verzögerung und eine Eins.tellfunktion in Bezug auf die Zeitkonstante hat, trotz der Strom- oder Speisespannungsänderungen in Abhängigkeit von den Gegebenheiten.

Die Zeitkonstante des Beiais gemäß Fig. 1 ist durch die Kapazität des Kondensators 3 und den durch den Thjristor 1 selbst eingeführten Widerstand bestimmt.

Die Verzögerungszeiten nehmen in Abhängigkeit von der Kapazität des Kondensators 3 sowie in Abhängigkeit von der gesteuerten Last linear zu.

Man erzielt außerdem eine Einstellbarkeit der Verzögerungszeit bei einer gegebenen, zu steuernden Last, indem man - wie in Fig. 2 dargestellt - einen einstellbaren Widerstand 4 mit der Diode 5 und dem Kondensator 3 in Beine schaltet. Unter diesen Bedingungen nehmen die Verzögerungszeiten im gleichen Maße zu wie der Widerstandswert dieses Widerstandes 4 abnimmt, wobei der Verlauf dieses Anstiegs offensichtlich einer inversen Exponentialfunktion entspricht.

Die Schaltungen gemäß Fig. 1 und 2 erlauben keinen Betrieb der Last 2 für beide Halbperioden des durch das Netz S gelieferten Stromes. Bei Verwendung als Beleuchtungszeitschalter hätten diese Schaltungen den großen Nachteil, daß sie einen Lichtstärkeverlust bewirken wurden, wenn sie mit Lampen versehen sind, die normalerweise für die Spannung des Netzes S ausgelegt sind.

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Fig. 3 zeigt ein Verzögerungsrelais, das einen Betrieb der zu steuernden Last auf beiden Halbperioden des Netzstromes erlaubt. Es enthält einen Bidirektionalthyristor 1a, einen sog. Triac, mit einer Steuerelektrode - der Triggerelektrode und zwei Hauptelektrode^ die jeweils als Terminal T^. und Terminal Tp bezeichnet sind. Die τοη diesem Triac zu steuernde Last besteht aus einer in Stromrichtung gesehen vorgeschalteten Beleuchtungslampe 22 und der Stromrückfluß zum Netz wird durch das Terminal T2 bewirkt, das mit dem für das Beiais eine Masse M darstellenden Gehäuse verlötet ist. Ein Steuerkreis verbindet einerseits eine Diodenbrücke 8 und andererseits einen Kondensator 33 und einen einstellbaren Widerstand 44, die in Reihe geschaltet sind, untereinander. Eine der Diagonalen der Dioden- ■ brücke verbindet die Steuerelektrode G mit dem Terminal T2, die andere Diagonale der Diodenbrücke ist von dem Kondensator und dem Widerstand 44 eingenommen. Weiterhin ist ein Kondensator-Entladestromkreis vorgesehen, der aus einem Begrenzungswider- · stand 77 für den Entladestrom besteht, der mit einem Druckknopf 66 in Reihe geschaltet ist.

Im Gegensatz zur Schaltung gemäß Fig_o 1 erlaubt die zuletzt beschriebene Schaltung keine lange Veracgerungszeit, weil sie das Vorhandensein eines sehwachen Leckstromes nicht nutzbar macht.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, wonach der Kondensator-Entladestromkreis durch eine Photowiderstandszelle ersetzt ist, so daß diese Schaltung durch Beleuchtung in Betrieb gesetzt werden kann.

Die Figur zeigt eine Photowiderstandszelle 14, die in Nebenschluß mit einem Verzögerungskondensator 333 gelegt ist, und eine Kaltkathodenröhre oder Neonröhre, die die Steuerelektrode G des Thyristors mit einem den zu überwachenden Gegenstand

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ganz oder teilweise bildenden Metallteil 16 verbindet. Wenn dieser Gegenstand berührt wird, erhöht sich blitzartig die Restlichtstärke der Neonröhre und die Lichtstärke wird groß genug, um die Photowiderstandszelle zu betätigen und die Schaltung ist während eins* bestimmten Zeit freigegeben, die durch die Kapazität des Kondensators 333, die Leistung des in diesem Fall durch den Lärm einer Klingel 17 gelieferten Alarmsignals und den Entladeverlauf des Kondensators 333 be- j stimmt ist. !

Fig. 5 zeigt ein Relais, das als Sicherheitsschloß oder als Anwesenheits- oder Durchgangscfetektor verwendbar ist.

Fig. 5 zeigt das Schaltschema eines Verzögerungsrelais mit einem Hauptthyristr, z.B. einem Triac 1a, der durch sein Terminal T^ durch das Netz S über die zu steuernde Last 2 gespeist ist, wobei sein Terminal To den Stromrückfluß gewähr- \ leistet.

Das Triac 1a wird in den leitenden Zustand gebracht, indem man seine Steuerelektrode G-j mit dem Terminal T2 über einen Trigger Stromkreis verbindet, der in diesem Fall aus einem, elektrolytischen Kondensator 3 besteht, dessen positive Klemme mit dem Terminal T2 verbunden ist, und aus einer Gleichrichter-! diode 4 mit derartiger Anordnung, daß ihre Kathode unmittelbar mit der Steuerelektrode G., verbunden ü, damit im Trigger- j Stromkreis nur ein gleichgerichteter negativer Strom fließt, j der aufgrund da· Richtung, in der er angeordnet ist, allein ι fähig ist, den Kondensator 3 zu laden, stellt man dessen Polung in Rechnung.

An den Klemmen des Kondensators 3 ist ein Entladekreis für diesen Kondensator angeschlossen; dieser umfaßt einen Widerstand 5, der in Reihe mit einem zusätzlichen Thyristor 1b ! geschaltet ist, wobei die beiden Hauptelektroden des zusätzlichen

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Thyristors 1b mit dem negativeufferminal und dem positiven Terminal des Kondensators 3 verbunden sind, und zwar eine davon über den Widerstand 5.

Wenn der Kondensator 3 voll geladen ist, wird die Last 2 nicht mehr weiter gespeist und der Thyristor ist gesperrt. Die Last kann jedoch von neuem gespeist werden, indem die Steuerelektrode g des zusätzlichen Thyristors 1b betätigt wird, und zwar mittels Vonhandbetätigung ggfls. durch einen Metallteil, wie einen Schlüssel C Das gleiche Ergebnis ist erzielbar, wenn man eben diese Steuerelektrode mit einem Niederspannungssignal beaufschlagt. In diesen beiden Fällen ist die Leitung des Triac 1a und folglich der Betrieb der Schaltung durch den Wert ihrer Konstanten zeitlich begrenzt, nämlich die Kapazität des Kondensators 3 und den Wert des Widerstandes 7a.

Selbstverständlich sind die erfindungsgemäßen Verzögerungsrelais in Reihen- oder Parallelschaltung in sämtlichen Detektoren oder Erfassungsvorrichtungen verwendbar, die durch Widerstandsveränderung auf alle Arten von äußeren Einwirkungen ansprechen·

Die Relais gemäß Fig. 5 können auch durch einen Niederspannungs-Grleichstrom gespeist werden, der durch einen Oszillator oder eine Kippschaltung und einen zwisshengeschalteten Transformator in einen Wechselstrom mit höherer Spannung umgewandelt ist, was insbesondere für die Sicherheitsschlösser in Frage kommt.

In Fig. 5 sind die Thyristoren als Triacs dargestellt, jedoch können diese Halbleiter selbstverständlich auch Unidirektionalthyristoren sein.

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Claims

Patentansprüche:

( 1. !Elektrisches statisches Verzögerungsrelais mit einem durch eine Wechselstromquelle gespeisten Halbleiterbauelement vom Typ eines Thyristors, wobei eine der Elektroden mit einer der Phsßenleitungen dieses Stromes über die zu steuernde Last (z.B. eine Lampe) und die andere Elektrode mit der anderen Stromphasenleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der normalerweise gesperrte Thyristor (1) einen an seine Steuerelektrode (G) angeschlossenen Triggerkreis bestehend aus einer Reihenschaltung einer Diode (5) und eines Kondensators (3) aufweist, der mit einem einen Unterbrecher (6) aufweisenden Entladekreis versehen ist.
2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode der Diode (5) mit der Steuerelektrode (G) verbunden ist, während ihre Anode mit dem negativen Pol des als elektrochemische Kapazität ausgebildeten Kondensators (3) verbunden ist.
3. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich mit der Diode (5) und dem Kondensator (3) ein ggfls. einstellbarer Widerstand (4) in Reihe geschaltet ist (Fig. 2).
4. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor ein Bidirektionalthyristor, ein sog. Triac (1a) ist, daß der Triggerkreis eine Diodenbrücke (8) umfaßt, daß die eine der Diagonalen der Diodenbrücke (8) zwischen die Staierelektrode (G) und diejenige Hauptelektrode (T2) des Tri_acs geschaltet ist, über die sich der Steutrelektroden-Stromkreis schließt, und daß in der anderen Diagonalen der Diodenbrücke (8) eine Reihenschaltung eines vorzugsweise einstellbaren Widerstandes (44) und eines Kondensators (33) liegt (Fig. 3).

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5. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladekreis des Kondensators (333) aus einem Photowiderstand (14) und der Unterbrecher aus einer Kaltkathodenröhre (15) oder Neonröhre besteht,die zum Photowiderstand benachbart in einem undurchsichtigen Gehäuse angeordnet und im Nebenschluß in den TriggerStromkreis geschaltet ist (Fig. 4).
6. Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltkathodenröhre mit einem Metallteil (16) Terbunden ist, das eine der Klemmen eines Stromkreises zum An-Erde-Legen darstellt.
7. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladestromkreis des Kondensators einen zusätzlichen Thyristor (1b) aufweist, dessen beide Hauptelektroden je mit einer der beiden Klemmen des Kondensators (3) verbunden ist, wobei der leitende Zustand des zusatz-· liehen Thyristors (1b) durch Anlegen eines elektrischen Niederspannungssignals an dessen Steuerelektrode bewirkt wird (Fig. 5)·
8. Relais nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der EntladeStromkreis durch ein Metallteil, insbesondere einen Schlüssel, schließbar ist.
9.. Relais nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den TriggerStromkreis des zusätzlichen Thyristors ein Photokoppler geschaltet ist, der aus einem Photowiderstand besteht, dem in einem unduDhsientigen Gehäuse eine Kaltkathodenröhre zugeordnet ist.

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L e e r s e i t e