DE2430180B1 - Schaltungsanordnung zum Überwachen eines taktgesteuerten Triacs - Google Patents

Description

• Selbstverständlich ist auch bei einem derartig langlebigen Bauelement, wie es ein Triac darstellt, die Möglichkeit eines Defektes nicht auszuschließen und auch der Anschaltstromkreis eines Triacs kann gestört sein; eine Überwachung seines Funktionsverhaltens ist daher unumgänglich. In den F i g. la bis le ist das Schaltverhalten eines ordnungsgerecht arbeitenden gleichförmig getakteten Triacs und eines fehlerhaft arbeitenden Triacs graphisch dargestellt F i g. la zeigt die sich bei ordnungsgerechtem Betriebsverhalten eines Triacs ergebende Wechselbeziehung zwischen der an der Steuerelektrode anliegenden getakteten Steuerspannung US; dem bei durchgeschaltetem Triac fließenden Strom lund der bei gesperrtem Triac an den Hauptelektroden abgreifbaren Spannung U In F i g. ib ist angenommen, daß ein Triac in der einen Richtung durchgeschlagen ist und unabhängig von der anliegenden Steuerspannung US auch in den Blinkpausen noch Potential an die Speiseleitungen legt.
• Die Folge hiervon ist, daß die zugeordneten Signallampen nicht mehr dunkel geschaltet werden, sondern in den Blinkpausen mit verminderter Leistung weiterleuchten.
• Bei dem in F i g. lc dargestellten Schaubild ist angenommen, daß ein Triac unabhängig von der anliegenden Steuerspannung in der einen Richtung stets gesperrt ist. Die Signallampen des zugeordneten Lichtsignals werden zwar in den Blinkpausen dunkel geschaltet; während der Blinkphasen aber werden sie nur mit verminderter Spannung betrieben. Hierdurch wird ähnlich wie bei dem Schaltverhalten nach F i g. 1 b das Kontrastverhalten des angeschalteten Blinklichtsignals und damit die Betriebssicherheit der Anlage stark beeinträchtigt.
• In F i g. id ist angenommen, daß der Triac in beiden Richtungen durchgeschlagen ist, so daß die Signallampen im Ruhelichtbetrieb angeschaltet sind. F i g. 1 e zeigt die Abhängigkeit von Strom und Spannung bei einem in beiden Richtungen gesperrten Triac, der eine Speisung der Signallampen unmöglich macht. Bei den beiden zuletzt genannten Fällen werden falsche Signalbilder vorgetäuscht, die ohne Überwachung ebenfalls zu einer Betriebsgefährdung führen.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Überwachen eines durch Taktimpulse mit vorgegebenem Impuls-Pausen-Verhältnis gesteuerten Triacs anzugeben, durch welche das nicht ordnungsgerechte Arbeiten dieses Triacs sicher festgestellt werden kann.
• Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß dem Triac ein auf Gleichspannung an seinen Hauptelektroden ansprechendes erstes Relais zugeordnet ist, daß dem Triac ein abfallverzögertes zweites Relais zugeordnet ist, das von der an den Hauptelektroden des Triacs abgreifbaren Wechselspannung steuerbar ist und dessen Abfallzeit mindestens gleich der Impulsdauer der Triac-Steuerspannung bemessen ist und daß von Kontakten dieser Relais gesteuerte Meldeeinrichtungen zum Auslosen einer Störungsmeldung vorgesehen sind, die sowohl beim Ansprechen des ersten als auch beim Abfallen des zweiten Relais anschaltbar sind.
• Die Erfindung ist nachstehend an Hand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den F i g. 2 und 3 dargestellt sind F ig. 2 zeigt ein aus einer nicht dargestellten Wechselspannungsquelle gespeistes Lichtsignal mit zwei in Reihe geschalteten Signallampen als Wechselstrom-Verbraucher L Diese Signallampen sind mittels eines Transformators T an den Speisestromkreis mit den Speiseleitungen 1 und 2 angekoppelt. Als Schaltelement zum bedarfsweisen Schließen des Stromkreises dient ein Triac S, der durch eine gleichförmig getaktete Steuerspannung US abwechselnd hoch- und niederohmig schaltbar ist.
• Bei ordnungsgerechtem Betriebszustand des Triacs und ordnungsgerechter Ansteuerung des Triacs ergibt sich die in F i g. la dargestellte Abhängigkeit zwischen an den Hauptelektroden des Triacs S abgreifbarer Spannung U und dem im Speisestromkreis fließenden Speisestrom j. Die am Triac abgreifbare Spannung gelangt über einen Vorwiderstand R1 auf einen Gleichrichter Gl,wird in diesem gleichgerichtet und gelangt von dort auf einen Widerstand R2. Die während der Blinkpausen am Widerstand R2 abgreifbare Spannung dient zum Durchsteuern eines Schalttransistors Tr im Speisestromkreis eines fremdgespeisten Relais U2.
• Dieses Relais spricht beim Durchsteuern des Schalttransistors Tr über einen Vorwiderstand R3 an und bleibt auch während der folgenden Blinkphase, in der der Schalttransistor Tr hochohmig wird, über den dann fließenden Kondensator-Ladestrom erregt, bis der Transistor zu Beginn der folgenden Blinkpause erneut wieder niederohmig geschaltet wird.
• Bei ordnungsgerechtem Betriebsverhalten des Triacs 5 list das Überwachungsrelais £2 für die Dauer des Blinklichtbetriebes erregt. Fällt das Relais U2 bei angeschaltetem Blinklicht ab, so ist dies ein Zeichen dafür, daß der Triac in beiden Richtungen kurzgeschlossen ist, so daß die an seinen Hauptelektroden abgreifbare Spannung zum Durchsteuern des Schalttransistors Tr während der Blinkpausen nicht ausreicht. Dies entspricht dem in F i g. id angenommenen Störungsfall.
• An die Hauptelektroden des Triacs 5 list ein weiteres Relais Ul angeschlossen. Das im Ausführungsbeispiel verwendete Relais soll sowohl auf Gleich- als auch auf Wechselspannung ansprechen; diesem Relais ist eine Drossel D vorgeschaltet. Es spricht an, wenn an den Hauptelektroden des Triacs Seine Gleichspannung abgreifbar ist. Diese Gleichspannung ist dort nach F i g. Ib und Ic nur dann abgreifbar, wenn der Triac im Störungsfall für eine Halbwelle der anliegenden Speisewechselspannung grundsätzlich durchlässig ist oder eine Halbwelle grundsätzlich sperrt. Unter dieser Annahme spricht das Relais Ul an und löst über nachgeschaltete nicht dargestellte Meldeeinrichtungen eine Störungsmeldung aus. An Stelle der Reihenschaltung aus einer Drossel D und einem auch auf Wechselspannung ansprechenden Relais Ul kann auch ein Gleichstromrelais verwendet werden.
• Der in F i g. le angenommene Fall, daß der Triac S unabhängig von der anliegenden Steuerspannung stets gesperrt ist, wird durch ein weiteres Relais £2 im Stromkreis der Signallampen L ermittelt, das zur Überwachung des Lampenstromkreises ohnehin erforderlich ist.
• Das in F i g. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel stellt eine Weiterentwicklung des Ausführungsbeispieles nach F i g. 2 dar. Für einander entsprechende Bauteile sind gleiche Bezeichnungen gewählt worden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist das Relais £2 nicht direkt an die Hauptelektroden des Triacs angeschlossen, sondern über eine Wicklung W transformatorisch an die dem Relais Ul vorgeschaltete Drossel D angekoppelt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die dem Relais U1 vorgeschaltete Drossel D auf ihren ordnungsgerechten Zustand hin überwacht wird; das Relais U2 kann nur ansprechen, wenn und solange die Drosselwicklung D weder kurzgeschlossen noch unterbrochen ist. Liegt einer dieser Störungsfälle vor, fällt das Relais U2 ab und meldet die Störung.
• Nach einem Teilmerkmal der Erfindung ist dem Triac Sein steuerbares Schaltelement P mit Diodencharakteristik parallel geschaltet und das Anschalten des Verbrauchers ist abhängig gemacht vom vorübergehenden Durchsteuern dieses Schaltelements, vom Ansprechen des ersten Relais U1 während dieser Zeit und dem nachfolgenden Abfallen dieses ersten Relais.
• Zum Durchsteuern des Schaltelementes P dient bei- spielsweise der Kontakt PS von nicht dargestellten Prüfschaltmitteln, die vor dem Durchschalten der Speiseleitungen 1 und 2 ansprechen und den Durchschlag des Triacs S in der einen Richtung simulieren. Dabei muß das Relais Ul ansprechen und beim Öffnen der Prüfschaltmittel PS wieder abfallen. Damit ist nicht nur die Drossel D, sondern auch das nach dem Arbeitsstromprinzip arbeitende Relais U1 auf ordnungsgerechtes Funktionsverhalten überwacht Die Relais U2 und U3 arbeiten nach dem Ruhestromprinzip; ihr Abfallen würde ebenfalls das Auslösen einer Störungsmeldung bewirken.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zum Überwachen eines durch Taktimpulse mit vorgegebenem Impuls-Pausen-Verhältnis gesteuerten Triacs im Stromkreis eines Wechselstrom-Verbrauchers, insbesondere im Stromkreis von mit Blinkspannung betriebenen Signallampen im Eisenbahnwesen, d a d u reh g e -k e n II z e i c h n e t, daß dem Triac (5) ein auf Gleichspannung an seinen Hauptelektroden ansprechendes erstes Relais (U1) zugeordnet ist, daß dem Triac (5) ein abfallverzögertes zweites Relais (U2) zugeordnet ist, das von der an den Hauptelektroden des Triacs (5) abgreifbaren Wechselspannung steuerbar ist und dessen Abfallzeit mindestens gleich der Impulsdauer der Triac-Steuerspannung (US) bemessen ist und daß von Kontakten dieser Relais (U1, U2) gesteuerte Meldeeinrichtungen zum Auslösen einer Störungsmeldung vorgesehen sind, die sowohl beim Ansprechen des ersten als auch beim Abfallen des zweiten Relais anschaltbar sind.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das zweite Relais (U2) über einen Schalter (Tr) an eine vom Verbraucherstromkreis unabhängige Stromversorgungseinrichtung anschaltbar ist und daß der Schalter (Tr) durch die an den Hauptelektroden des Triacs (S) abgreifbare gleichgerichtete Wechselspannung steuerbar ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Feststellen eines Gleichspannungsanteiles an der an den Hauptelektroden des Triacs (S) abgreifbaren Wechselspannung ein sowohl auf Gleich- als auch auf Wechselspannung ansprechendes erstes Relais (U1) vorgesehen ist, das dem Triac über eine Drossel (D) parallel geschaltet ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Relais (U1) dem Triac (S) über die Primärwicklung eines Transformators parallel geschaltet ist und daß der Schalter (Tr) zum Anschalten des zweiten Relais (£2) über die Sekundärwicklung (W) des Transformators an den Triac angekoppelt ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Triac (S) ein steuerbares Schaltelement (P) mit Diodencharakteristik parallel geschaltet ist und daß das Anschalten des Wechselstrom-Verbrauchers (L) abhängig gemacht ist vom vorübergehenden Durchsteuern des Schaltelementes (P), vom Ansprechen des ersten Relais (U1) während dieser Zeit und dem nachfolgenden Abfallen dieses ersten Relais (U1).

   Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Überwachen eines durch Taktimpulse mit vorgegebenem Impuls-Pausen-Verhältnis gesteuerten Triacs im Stromkreis eines Wechselstrom-Verbrauchers, insbesondere im Stromkreis von mit Blinkspannung betriebenen Signallampen im Eisenbahnwesen. Derartige Schaltungsanordnungen sind z. B. bekannt aus den Proceedings IEEE, April 1964, S. 364, 365.

   Im Eisenbahnwesen werden zur optischen Signalübertragung von der Strecke auf den Zug Lichtsignale verwendet, die bedarfsweise mit Ruhe- und/oder Blinklicht betrieben werden. Für die Blinklichtdarstellung ist in jedem Stellwerk ein einziger zentraler Blinkerkontakt vorgesehen, der über Kontakte von Anschaltrelais mit sämtlichen Blinklichtsignalen verbunden ist. Wegen der bei herkömmlichen Kontakten bedingten Kontaktabnutzung wird auch heute noch als zentraler Blinkerkontakt ein speziell ausgebildeter Quecksilberschalter verwendet. Der Vorteil eines zentralen Blinkerkontaktes besteht darin, daß er sich relativ einfach auf ordnungsgerechtes Betriebsverhalten überwachen läßt.

   Von Nachteil ist jedoch, daß das Defektwerden eines derartigen zentralen Blinkerkontaktes den Ausfall sämtlicher angeschlossener Blinklichtsignale bewirkt.

   Abhilfe könnte hier ein turnusmäßig durchzuführender Wartungsdienst schaffen, bei dem der Blinkerkontakt gegebenenfalls von Zeit zu Zeit ausgewechselt wird.

   Weit nachteiliger aber wirkt sich der Umstand aus, daß an den zentralen Blinkerkontakt über relativ lange Speiseleitungen Verbraucher angeschlossen sind, die nicht galvanisch entkoppelt sind. Irgendwelche Störungen auf einer der Speiseleitungen eines angeschalteten Lichtsignals, beispielsweise Fremdspannungseinfälle, Aderberührungen mit den Speiseleitungen anderer angeschalteter Signallampen oder Kurzschlüsse, führen zwangläufig dazu, daß diese Störungen auch für alle übrigen an den zentralen Blinkerkontakt angeschlossenen Verbraucher wirksam sind, ohne daß die Störungsursache während des Betriebes lokalisiert werden könnte. Dies kann durch unzeitiges Aufleuchten oder Erlöschen von Lichtsignalen zu Signalverfälschungen und damit zu Betriebsstörungen und Personengefährdungen führen. Diese Gefahr ist um so größer, je länger die zu den Lichtsignalen führenden Speiseleitungen sind und je größer die Möglichkeit von Fremdspannungseinfällen beispielsweise durch die in den Schienen fließenden Triebrückströme ist.

   Dieser Nachteil wird vermieden, wenn an Stelle eines einzigen zentralen Blinkerkontaktes eine Vielzahl von galvanisch getrennten Blinkerkontakten verwendet wird, wenn also beispielsweise für jedes Blinklichtsignal ein eigener Blinkerkontakt verwendet wird. Dies führt zwar zu einem erhöhten Aufwand an Blinkerkontakten und einem erhöhten Überwachungsaufwand für die Blinkerkontakte; der erhöhte Aufwand wird jedoch von den Eisenbahnverwaltungen in Kauf genommen, wenn dafür die Zuverlässigkeit der Anlage erhöht wird.

   Die Verwendung dezentraler Blinkerkontakte hat darüber hinaus den Vorteil, daß diese durch eine andere Ansteuerung bedarfsweise auch zum Anschalten von Dauerspannung verwendet werden können; dies kann sich wiederum kostensenkend auswirken.

   An Stelle von Blinkerkontakten herkömmlicher Bauart können selbstverständlich auch entsprechende elektronische Bauelemente verwendet werden. Hierfür bieten sich z. B. die hinreichend bekannten Triacs an, deren Hauptelektroden zweckmäßigerweise in den Stromkreis der Lichtsignale einzubeziehen sind und deren Steuerelektroden bedarfsweise mit einem zentralen Blinkerkontakt des Stellwerkes oder einer entsprechenden Taktstromversorgung verbunden werden können. Die Verwendung eines Triacs hat unter anderem bekanntlich den Vorteil, das dieses Schaltelement ein Bauteil mit äußerst langer Lebensdauer ist, das keinem mechanischen Verschleiß unterworfen ist und das ein lautloses Schalten der Blinkspannung zuläßt.