DE2431167C3 - Auf ein Überlastungssignal ansprechende, eine zu schützende Einrichtung sofort abschaltende Überwachungsschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine auf ein Überlastungssignal ansprechende, eine zu schützende Einrichtung sofort abschaltende I iberwachungsschaltune mit zwei KC-Gliedern mit unterschiedlichen Zeitkonstanten, die ein Kriterium für eine bei Fortbestehen der Überlastung mehrfache, zeitlich verzögerte Wiedereinschaltung und nachfolgende erneute Abschaltung bewirken.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits bekannt (DE-AS 22 50 716). Die bekannte Schaltung besteht im wesentlichen aus einer von einem Überlastungssignal gesteuerten monostabilen Kippstufe, die periodisch über die Schaltstrecke eines Transistors einen Kondensator auflädt, dessen Spannung einen Vorverstärker so lange sperrt, bis die Kondensatorspannung auf einen bestimmten Wert abgesunken ist Eine Abschaltung der Versorgungsspannung wird mit dieser Schaltung nicht bewirkt

Sonstige bekannte geregelte Stromversorgungsgeräte begrenzen im Überlastfall den Ausgangsstrom entsprechend einer vorgegebenen Kennlinie, so daß nach Rückgang des Stromes auf normale Werte die Nennspannung sofort wieder zur Verfugung steht und der Betrieb fortgesetzt werden kann. Es ist auch eine Schaltung bekannt, die Mittel zur Begrenzung und zur Abschaltung von Kurzschluß- und Überströmen aufweist und bei der während der Dauer eines Überlastungsfalles unter Zuhilfenahme eines Taktgebers periodisch zwischen Begrenzung und Abschaltung umgeschaltet wird (DE-PS 20 21 341).

Bei ungeregelten Stromversorgungsgeräten oder bei Stromversorgungsgeräten für hohe Spannungen und große Leistungen kann ein Stellglied den Überlaststrom nicht mehr stetig begrenzen. Es sind daher Schaltmittel zur schnellen Abschaltung der Versorgungsspannung erforderlich. Ist der Überstrom nur ein seltener kurzzeitiger Vorgang, wie z. B. ein Röhrenüberschlag, so könnte nach einem Überschlag durch einen Aufprüfvorgang die Beendigung des Überstromzustandes festgestellt und der Betrieb des Stromversorgungsgerätes sofort wieder aufgenommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungsschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, die neben einer guten Betriebssicherheit der Überlastschutzschaltung die durch Überlastung bedingten Ausfallzeiten von Stromversorgungsgeräten auf ein Minimum zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Überwachungsschaltung gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein von einer elektronischen Sicherung gesteuerter Schalter vorgesehen ist, der bei Überlastung der zu schützenden Einrichtung die Abschaltung von deren Versorgungsspannung und die Einschaltung einer Hilfsspannung für die Überwachungsschaltung bewirkt, daß die Überwachungsschaltung einen mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke parallel zum Schalter angeordneten Halbleiterschalter aufweist, in dessen Kollektor-Emitterkreis das erste ftC-Glied, das eine große Zeitkonstante aufweist, in Reihe mit einer für den Ladestrom durchlässigen Diode angeordnet ist, daß das zweite RC-G\\ed, das eine kleine Zeitkonstante aufweist und über einen Schaltkontakt im Basiskreis des Halbleiterschalters angeordnet ist, durch Schließen des Schalters gleichzeitig mit dem ersten RC-G\'\ed an die Hilfsspannung gelegt ist, daß das Lade-Entladezeitverhältnis des ersten /?C-Gliedes kleiner als 1 und das des zweiten flC-Gliedes größer als 1 bemessen ist und daß ferner im Basiskreis des steuerbaren Halbleiterschalters zusätzlich eine Vergleichsanordnung vorhanden ist, die den Halbleiterschalter dann bleibend aufsteuert, wenn die am Ladewiderstand des ersten /?C-Gliedes entstehende Spannung die am Kondensator des zweiten

RC-Gliedes entstehende Spannung unterschreitet

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der F i g. 1 bis 4 näher beschrieben.

In den F i g. 1 und 2 sind Grundschaltungen der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt Die F i g. 3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele für beide Grundschaltungen.

In F i g. 1 ist eine Grundschaltung mit zwei RC-GMzdern R1, Ci, R 2, Cl ohne Schaltungseinzelheiten der dazugehörigen Oberlastschutzschaltung einer Strom- ίο Versorgungseinrichtung dargestellt Lediglich ein Kontakt 0 eines Überwachuugsschalters der Überlastschutzschaltung, über den die Funktion der Überwachungsschaltung eingeleitet wird, ist in der F i g. 1 dargestellt Der Kontakt 0, der nach jeder Abschaltung der zu schützenden Einrichtung in seine Ausgangslage zurückfällt, ist in Reihe mit einem Relais A an die Klemmen einer nicht dargestellten Hilfsspannungsquolle angeschlossen. Die Schaltkontakte dieses Relais sind al, a 2, von denen a 2 der Abschaltung der Versorgungsspannung von dem zu schützenden Stromversorgungsgerät dienen soll.

Die wesentlichen Schaltungsteile der Überwachungsschaltung sind die ÄC-Glieder Al, Cl und R2, C2 sowie der Schalttransistor TsI, dessen Emitter-Kollektor-Strecke dem Schaltkontakt ϋ parallel geschaltet ist. Parallel zum Relais A ist das ÄC-Glied Al, Cl angeordnet das somit beim Schließen des Schaltkontaktes ü an die Hilfsspannung angeschlossen wird. Das zweite RC-GIied R2, C2 liegt im Basis-Emitter-Kreis des Schalttransistors Ts 1 und wird nach Erregung des Relais .4 1 über den Relaiskontakt a I an Spannung gelegt. Im Steuerkreis des Schalttransistors Ts 1 ist außerdem ein Transistor Ts 2 vorgesehen, dessen Basis-Emitter-Strecke an eine Reihenschaltung von Widerstand R1 und Kondensator C 2 angeschlossen ist und dessen Kollektor über den Relaiskontakt a 1 an der Basis des Schalttransistors Ts 1 liegt.

Spricht die Überlastschutzschaltung an und schließt den Schaltkontakt ü, dann zieht das Relais A an. Der Kontakt a 2 öffnet und unterbricht die Energieversorgung des zu schützenden Gerätes und der Kontakt a I schließt, wodurch der Transistor Ts 1 niederohmig wird, öffnet der Kontakt ü nach aufgehobener Überlast, so bleibt das Relais A weiter an Spannung. Der Schalttransistor 7s 1 erhält seinen Basisstrom allein über das RC-Giied R2, C2 (Ladestrom), nicht aber — wie nachstehend noch erläutert — über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Ts 2. Es kann also nur während einer vorbestimmten Zeit ein zum Durch- so steuern ausreichender Basisstrom fließen. Danach nimmt der Schalttransistor Spannung auf, das Relais A fällt ab, und das Gerät wird wieder eingescha'tet. Die Schaltung prüft, ob der Überlastzustand weiterhin besteht. «

Solange der Kontakt ü geschlossen bzw. der Schalttransistor TsI niederohmig ist, liegt auch das ÄC-Glied R 1, Cl an Spannung. Das RC-Giied Λ 1, Cl ist so bemessen, daß es eine wesentlich größere Zeitkonstante aufweist als das WC-Glied R 2, C 2. Der w> Kondensator Cl hat daher während der Durchschaltezeit des Schalttransistors Ti 1 nur eine Teilladung aufnehmen können. Die Spannung am Widerstand R 1 und am Kondensator C2, deren Differenz als Steuerspannung am Transistor Ts 2 liegt, verändern sich in tr> entgegengesetzter Richtung. Solange der Transistor Ts 1 durchgesteuert ist, steigt die Spannung am Kondensator C2, während der Spannnungsabfall am Widerstand R 1 der Aufladung des Kondensators Cl entsprechend kleiner wird. Die schneller beendete Aufladung des Kondensators C2 führt zur Sperrung des Schalttransistors TsI, und die Differenzspannung an ,der Basis-Emitter-Strecke des Transistors Ts 2 bleibt während dieser gesamten Zeit eine sperrende, wenn nur das Potential am Verbindungspunkt zwischen R1 und C1 unter dem am Verbindungspunkt zwischen R 2 und C2 bleibt

Ist der Überlastzustand der zu schützenden Einrichtung schon während der Leitzeit des Schalttransistors TiI beendet dann stellt sich mit der Sperrung des Schalttransistors TsI der normale Betriebszustand wieder ein. Dauert der Überlastungsfall an, dann schließt der Kontakt ü erneut und die Überwachungsschaltung tritt wieder in Funktion.

Durch Einfügen einer Diode Gr 1 in Reihe mit dem ÄC-Glied Al, Cl und durch Verwendung eines sehr hochohmigen Parallelwiderstandes A4 wird erreicht, daß die Ladung des Kondensators Cl während des Aufpröfens nicht wesentlich kleiner werden kann. Der Kondensator C 2 wird dagegen sofort über den Widerstand R1 und die Emitter-Basis-Strecke des Transistors Ts 2 entladen. Infolgedessen kann die Spannung an Cl beim folgenden Überwachungsvorgang weiter steigen. Der Spannungsabfall am Widerstand R1 verringert sich dementsprechend. Sperrt der Schalttransistor TsI auch jetzt wieder, bevor der Transistor Ts 2 leitend wird, dann prüft die Überwachungsschaltung erneut auf. Überschreitet schließlich bei einem weiteren Einschaltvorgang die Spannung am Kondensator C 2 den Spannungsabfall am Widerstand R1, dann wird der Transistor Ts 2 erstmalig und auch bleibend durchgesteuert und liefert über seine Emitter-Kollektor-Strecke den erforderlichen Basisstrom für den Schalttransistor TsI. Das Relais A bleibt daher angezogen. Durch die Bemessung der ÄC-Glieder kann die Zahl der Aufprüftakte und deren zeitlicher Abstand festgelegt werden.

Die in F i g. 2 dargestellte geänderte Grundschaltung arbeitet wie die in F i g. 1 beschriebene mit zwei /?C-Gliedern unterschiedlicher Zeitkontakte. Alle gegenüber der Schaltung nach F i g. 1 gleichgebliebenen Schaltungsteile sind hier mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Anstelle des Transistors Ts 2 in F i g. 1 übernimmt hier ein Transistor Ts 3 und eine Diode Gr 2 den Vergleich der Ladevorgänge in den beiden ÄC-Gliedern. Die Aufladung des /?C-Gliedes R 2, C2 erfolgt nicht mehr über die Basis-Emitterstrecke des Transistors Ts 1, wird aber wie vorher beim Schließen des Relaiskontaktes a 1 eingeleitet. Der Transistor Ts 3 wird leitend, wenn der Kontakt a 1 schließt. Er verbleibt in diesem Zustand, solange die Spannung am Ladewiderstand R 2 nicht unter die Zener-Spannung an einer in der Emitterleitung von Transistor Ts 3 liegenden Zenerdiode ZD gesunken ist. Zusammen mit dem Transistor Ts 3 wird auch ein zusätzlich vorgesehener Transistor Ts 4 und der Transistor TsI leitend. Sperrt der Transistor Ts 3, dann fällt über Ts 4, Ts 1 das Relais A ab, und ein neuer Aufprüfvorgang beginnt. 1st der Kondensator Cl nach mehrmaligem Aufprüfen so weit gelation, daß die Spannung am Kondensator C2 vor dem Abschalten von Transistor Ts3 die Spannung am Widerstand R 1 einschließlich der Schleusenspannung von Gr 2 erreicht bzw. überschreitet, so wird der Transistor Ts 3 über den Widerstand R 1 und die Diode Gr 2 leitend gehalten, und es kann nicht mehr aufgeprüft

werden.

Grundsätzlich könnte der Transistor Ts 3 im leitenden Zustand das Relais A direkt versorgen. Damit die Halbleiterbauteile Ts 3 und ZD jedoch thermisch nicht zu stark !-eansprucht werden und dem Relais A immer genügend Spannung zur Verfügung steht, steuert der Tiansislor Ts 3 den Schalttransistor TsI über einen weiteren Transistor Ts 4.

In F i g. 3 ist eine Schaltung zur Überwachung des Wendelstromes in einer Wanderfeldröhre nach der in Fig. 1 dargestellten Grundschaltung wiedergegeben. Das Kriterium für einen Überstrom in der Wendel der Wanderfeldröhre wird hier an einem vom Wendelstrom durchflossenen Meßwiderstand Rm gewonnen. Bei zu großem Wendelstrom wird ein Überwachungstransisic r Tsü über eine Schaltung mit einem Strommeßtransistor Ts,- leitend gesteuert. Der Überwachungstransistor Tsa übernimmt die Funktion des Schaltkontaktes ü in der Grundschaltung nach Fig. 1. Das Relais A zieht an, sobald der Überwachungstransistor niederohmig geworden ist, und es ergibt sich der oben zu F i g. 1 beschriebene Wirkungsablauf. Die übereinstimmenden Schaltungsteile sind wieder mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dem flC-Glied Al, Cl ist ein (kleiner) Kondensator C3 parallel geschaltet, der zu Beginn eines Aufsprühversuchs ein Absinken der Spannung am Widerstand Al verhindert. Wenn der Transistor TsI, der mit einem weiteren Transistor Ts 5 in Verbund geschaltet ist, Spannung aufnimmt, würde die Spannung am Widerstand R 1 bei fehlendem Kondensator C 3 zusammenbrechen. Das Relais A könnte nicht abfallen, da der Transistor Ts 2 vorher bereits leitend und ein Auf prüf en verhindert würde. Die Diode Cr 3, welche die Kollektoren der beiden Transistoren Tsü und Ts 1 verbindet, verhindert eine Aufladung des Kondensators Cl, bevor das Relais A angesprochen hat. Die Diode Gr 2 in der Basisleitung des Transistors Ts 2 schützt die Emilter-Basis-Strecke dieses Transistors vor Überspans nung und verhindert eine Aufladung des Kondensators C2 über den Transistor Ts 2.

Bei der Bemessung der Schaltung ist zu beachten, daß der in der KoUektorleitung des Transistors Ts 2 liegende Widerstand R 3 viel hochohmiger als der Widerstand

ίο R I sein muß. Mit R 5 ist ein niederohmiger Schutzwiderstand bezeichnet.

Die Fig.4 zeigt eine von der Grundschalung nach F i g. 2 ausgehende Überwachungsschaltung, bei der der Überwachungskoniaki ü der Grundscha'tung durch

•^c einen Thyristor Th_ü ersetzt ist. Bei Überstrom, Überspannung oder zu hoher Temperatur einer zu überwachenden Einrichtung wird ein Störungssignal St gebildet, das über einen nicht dargestellten Thyristor die sielltransistoren einer Transistorstufe sperrt und gleichzeitig den Thyristor Th_a zündet. Damit bekommt die Aufprüfschaltung Spannung, und das Relais A zieht an. Die der Transistorstufe vorgeschaltete Thyristorstufe wird über den Relaiskontakt a 2 gesperrt. Weil im Störungsfall die Stelltransistoren schnell gesperrt und

2t dieser Vorgang gespeichert werden muß, ist die Verwendung von Thyristoren erforderlich. Der Transistor Ts 3, dessen Kollektor-Emitter-Strecke dem Thyristor Tha parallel geschaltet ist, muß beim Ansprechen der Überwachung den Strom für das Relais führen und

jo dabei so niederohmig durchschalten, daß der Haltestrom im Thyristor unterschritten wird und damit für den nächsten Aufprüfvorgang sperrt. Im übrigen ist die Wirkungsweise der Schaltung bereits anhand der Grundschaltungen in F i g. 1 und 2 beschrieben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Auf ein Überlastungssignal ansprechende, eine zu schützende Einrichtung sofort abschaltende s Überwachungsschaltung mit zwei ÄC-Gliedern mit unerschiedlichen Zeitkonstanten, die ein Kriterium für eine bei Fortbestehen der Überlastung mehrfache, zeitlich verzögerte Wiedereinschaltung und nachfolgende erneute Abschaltung bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einer elektronischen Sicherung gesteuerter Schalter (Ü, Tsa Tho) vorgesehen ist, der bei Überlastung der zu schützenden Einrichtung die Abschaltung von deren Versorgungsspannung und die Einschaltung einer Hilfsspannuvig für die Überwachungsschaltung bewirkt, daß die Überwachungsschaltung einen mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke parallel zum Schalter (O, Tsa Tho) angeordneten Halbleiterschalter (Ts 1) aufweist, in dessen Kollektor-Emitterkreis das erste ÄC-Glied (C 1, R 1), das eine große Zeitkonstante aufweist, in Reihe mit einer für den Ladestrom durchlässigen Diode (Gr i) angeordnet ist, daß das zweite ÄC-Glied (C2, R 2), das eine kleine Zeitkonstante aufweist und über einen Schaltkontakt (a 1) im Basiskreis des Halbleiterschalters (Ts 1) angeordnet ist, durch Schließen des Schalters (Ü, Tsa Tho) gleichzeitig mit dem ersten flC-Glied (CX, R 1) an die Hilfsspannung gelegt ist, daß das Lade-Entladezeitverhältnis des ersten WC-Gliedes kleiner als 1 und das des zweiten /?C-Gliedes größer als 1 bemessen ist und daß ferner im Basiskreis des steuerbaren Halbleiterschalters (Ts 1) zusätzlich eine Vergleichsanordnung (R 1, R 3, Ts 2, C2) vorhanden ist, die den Halbleiterschalter (Ts i) dann bleibend aufsteuert, wenn die am Ladewiderstand (Ri) des ersten /?C-Gliedes (Ci, R1) entstehende Spannung die am Kondensator (C2) des zweiten RC-Gliedes (C2, R 2) entstehende Spannung unterschreitet.

2. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten RC-G\\ta (R 2, C 2) mit der kleinen Zeitkonstante die Emitter-Kollektorstrecke eines von der Differenz der Spannungsabfälle am Ladewiderstand (R 1) des ersten /?C-Gliedes und am Kondensator (Cl) des zweiten ftC-Gliedes gesteuerten Steuertransistors (Ts 2) parallel geschaltet ist.

3. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß während der to kurzzeitigen Wiedereinschaltung der Versorgungsspannung die Ladung des Kondensators (Ci) des ersten flC-Gliedes (Ri, Ci) im wesentlichen unverändert bleibt und der Kondensator (C2) des zweiten ÄC-Gliedes (R 2, C 2) entladen wird. «

4. Überwachungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem RC-G\\ed (Ri, Ci) mit der großen Zeitkonstante ein Kondensator (C3) parallel geschaltet ist. m>