DE2453933A1

DE2453933A1 - Electronic measuring relay for machine and circuit monitoring - with switching delay equal to measured AC voltage period

Info

Publication number: DE2453933A1
Application number: DE19742453933
Authority: DE
Inventors: Wilfr Holste; Peter L Stein
Original assignee: Eberle Werke KG
Current assignee: Eberle Werke KG
Priority date: 1974-11-14
Filing date: 1974-11-14
Publication date: 1976-05-20

Abstract

The response time or switching delay of an electronic meas. relay is independent of the measured value or the measured value adjustment. The switching delay is pref. equal to one period of the measured a.c. voltage. The measuring inputs can pref. be overloaded by up to 100 x. The switching resolution is pref. less than 9.5% even in the case of a.c. voltage. The system comprises in series an input network, a pre-amplifier, a comparator, an integrator, a relay amplifier and a relay, whereby the comparator and the relay amplifier are also connected to a common reference network.

Description

Elektronisches Meßrelais Die Erfindung betrifft ein elektronisches Meßrelais, wie solche z. B. allgemein zur Netz- und Maschinenüberwachung eingesetzt werden. Electronic measuring relay The invention relates to an electronic one Measuring relays, such as z. B. generally used for network and machine monitoring will.

Es sind bereits elektronische Schaltungen und Relais bekanntgeworden, die für Messrelais Anwendung finden, als Beispiele sind die DT-AS 11 21 187 und DT-AS 11 75 346 angeführt.Electronic circuits and relays have already become known which are used for measuring relays, as examples are the DT-AS 11 21 187 and DT-AS 11 75 346 listed.

Es ist ferner bekannt, daß elektronische Schaltgeräte für die Messung eines elektrischen Wertes wie Strom oder einer Spannung mit einem Operationsverstärker ausgerüstet werden, der als Differenzverstärker mit einer durch externe Rückführung einstellbaren Verstärkung wirksam wird. Damit wird ein präzises Erkennen eines kleinen Meßwertes ermöglicht.It is also known that electronic switching devices for the measurement an electrical value such as a current or a voltage with an operational amplifier be equipped as a differential amplifier with an external feedback adjustable gain takes effect. This enables precise recognition of a small one Measured value enabled.

Bei diesen Vorgängen wird der zu messende Wert im Operationsverstärker verstärkt und anschließend in einer Vergleichsstufe, die das Ausgangsrelais schaltet, mit einem Referenzwert verglichen. Wird daher dem messenden Schaltgerät eine Wechselspannung zugeführt, übernimmt der Operationsverstärker üblicherweise auch durch Hinzuschalten einer Diode und eines Ladekondensators die Gleichrichtung. Der Ladekondensator ist zweckmäßig so dimensioniert, daß die Welligkeit der entstehenden Gleichspannung die Größe der kleinsten einstellbaren Schaltdifferenz der Vergleichsstufe nicht überschreitet, da bekanntlich sonst das Ausgangsrelais mit der Frequenz der zugeführten Wechselspannung ein- und ausschaltet. Daraus folgert, daß für eine möglichst kleine Schaltdifferenz ein möglichst großer Ladekondensator (R-C) zu wählen ist.During these processes, the value to be measured is in the operational amplifier amplified and then in a comparison stage that switches the output relay, compared with a reference value. Therefore, an alternating voltage is applied to the measuring switching device is supplied, the operational amplifier usually also takes over by switching on a diode and a charging capacitor for rectification. The charging capacitor is expediently dimensioned so that the ripple of the resulting DC voltage the size of the smallest adjustable switching differential of the comparison stage is not exceeds, as is known otherwise the output relay with the frequency of the supplied Switches AC voltage on and off. It follows that for the smallest possible Switching differential, the largest possible charging capacitor (R-C) should be selected.

Wird bei einer solchen Dimensionierung jedoch die zugeführte Wechselspannung verringert, folgt die Gleichrichterschaltung entsprechend der verhältnismäßig großen Zeitkonstanten nur sehr träge dem jetzt kleineren Wert. Die Zeit bis zum Erreichen des neuen Wertes ist zudem noch abhängig von der Differenz zum vorherigen größeren Wert nach der Gesetzmäßigkeit der e-Funktion.With such a dimensioning, however, the supplied alternating voltage reduced, the rectifier circuit follows the relatively large one Time constants only very sluggish to the now smaller value. The time to reach the new value is also dependent on the difference to the previous larger one Value according to the law of the e-function.

Die Folge davon ist, daß die Reaktionszeit eines nach den vorher beschriebenen Funktionen so geschalteten Meßrelais einerseits reziprok abhängig von der kleinsten geforderten Schaltdifferenz und andererseits direkt abhängig von der Größe des Meßwertsprunges ist.The consequence of this is that the response time is one of those previously described Functions so switched measuring relays on the one hand reciprocally dependent on the smallest required switching differential and on the other hand directly dependent on the size of the measured value jump is.

Dadurch ergeben sich in der Praxis häufig Nachteile, welche nach dem Vorschlag der Erfindung ausgeräumt werden sollen.This often results in disadvantages in practice, which after the Proposal of the invention to be eliminated.

Diese Aufgabe wird bei Messrelais der vorbezeichneten Art im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Ansprechzeit, oder die Schaltverzögerung vom Meßwert bzw. von der Meßwerteinstellung unabhängig ist. Ferner ist vorgesehen, daß die Schaltverzögerung durch die entsprechende Bauteilebestückung ermöglicht wird.This task is essentially carried out with measuring relays of the aforementioned type solved in that the response time or the switching delay depends on the measured value or is independent of the measured value setting. It is also provided that the switching delay is made possible by the corresponding component assembly.

Nach dem Vorschlag der Erfindung wird bei dem Meßrelais eine minimale Schaltverzögerung gewährleistet und zwar entsprechend einer Periodendauer der zu messenden Wechselspannung.According to the proposal of the invention, a minimum is in the measuring relay Switching delay guaranteed according to a period of the to measuring alternating voltage.

Schließlich ist außerdem eine minimale Schaltdifferenz, welche auch bei Wechselspannung noch unter 0,5 % liegt sowie eine extrem starke überlastbarkeit der Meßeingänge erreichbar, welche bis zum 100fachen gesteigert werden kann und zwar bedingt durch die extrem kleine Meßleitung in einer Größenordnung von kleiner 10 -6 W.Finally, there is also a minimum switching differential, which too with alternating voltage is still below 0.5% and an extremely high overload capacity of the measuring inputs, which can be increased up to 100 times and due to the extremely small measuring line in an order of magnitude of the order of magnitude 10 -6 W.

Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Schemen der Figur 1 und 2 näher erläutert: Ein Eingangsnetzwerk paßt die zu messende elektrische Größe (Strom bzw. Spannung) an den Eingang eines integrierten Operationsverstärkers an. Der Ausgang des Verstärkers ist über Widerstände mit dem Eingang eines zweiten Operationsverstärkers verbunden. Dieser zweite Verstärker ist durch eine besondere Schaltung als Vergleicher als auch als monostabile Kippstufe mit eingeprägter Rückfallzeit geschaltet. Der vergleichende zweite Eingang des zweiten Verstärkers ist mit einem Referenznetzwerk verbunden, das seine Spannung aus einer Referenzdiode bezieht. Das Referenznetzwerk enthält ein Potentiometer zur Einstellung des Anschaltwertes des Meßrelais und ein zweites zuschaltbares Potentiometer, daß den Abschalt durch Teilen des Anschaltwertes bestimmt.Details of the invention will become apparent with reference to the accompanying drawings illustrated schemes of Figures 1 and 2 explained in more detail: An input network fits the electrical quantity to be measured (current or voltage) at the input of an integrated Operational amplifier. The output of the amplifier is connected to the via resistors Input of a second operational amplifier connected. This second amplifier is by a special circuit as a comparator as well as a monostable multivibrator switched with an impressed release time. The comparative second input of the second The amplifier is connected to a reference network, which derives its voltage from a Reference diode refers. The reference network contains a potentiometer for setting the switch-on value of the measuring relay and a second switchable potentiometer that the switch-off is determined by dividing the switch-on value.

Wird das Signal bzw. die zu messende Größe größer als das Referenzsignal, kippt die Kippstufe um. Am Ausgang der Kippstufe bzw. des zweiten Verstärkers registriert ein Integrator die Kippvorgänge, die nach einer durch Beschaltung bestimmten Anzahl den bistabilen Relaisverstärker auslösen und damit das Ausgangsrelais erregen.If the signal or the quantity to be measured is greater than the reference signal, overturns the tilting stage. Registered at the output of the multivibrator or the second amplifier an integrator the tilting processes, which after a number determined by wiring trigger the bistable relay amplifier and thus energize the output relay.

Mit dem Erregen des Relais wird auch das o. g. Referenznetzwerk umgeschaltet. Wird das Signal kleiner als das jetzt umgeschaltete Referenzsignal, bleiben die Kippvorgänge am Integrator aus und das Relais wird wieder entregt.When the relay is energized, the above-mentioned Reference network switched. If the signal is smaller than the now switched reference signal, the remain Tipping processes on the integrator and the relay is de-energized again.

Aus dem Schaltbild nach Fig. 2 ergibt sich weiterhin, daß der zugeführte Meßwert (z. B. Wechselspannung) in einem ersten Operationsverstärker 1 im Verhältnis zu den beschalteten Widerständen 2, 3 verstärkt wird. Das Signal wird nun nicht wie üblich gleichgerichtet, sondern auf einen Eingang eines zweiten Operationsverstärkers 4 gegeben, der als Vergleicher das Signal mit einer an einer Zenerdiode 5 erzeugten und mit einem Einstellpotentiometer 6 eingestellten Referenzspannung vergleicht. Überschreitet des sinusförmige Signal die Referenzspannung, so wird der normalerweise positive Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 4 schlagartig negativ. Dieses Umkippen wird durch die Diode 7 noch verstärkt.From the circuit diagram of Fig. 2 also shows that the supplied Measured value (z. B. AC voltage) in a first operational amplifier 1 in relation to the connected resistors 2, 3 is reinforced. The signal is now not rectified as usual, but to an input of a second operational amplifier 4 given, which generates the signal with a Zener diode 5 as a comparator and compares the reference voltage set with an adjustment potentiometer 6. If the sinusoidal signal exceeds the reference voltage, it will normally be positive output of the second operational amplifier 4 suddenly negative. This Overturning is intensified by the diode 7.

Außerdem werden die Dioden 8 und 9 leitend, wodurch die Fluß spannung der Diode 8 über den Eingängen des Operationsverstärkers 4 erscheint. Gleichzeitig sperrt Diode 10 und der positiv geladene Kondensator 11 wird über den Widerstand 12 entladen. Zu einem vorher festgesetzten Zeitpunkt wird dann die Diode 13 leitend, wodurch der Operationsverstärker 4 in seine ursprüngliche positive Ausgangslage zurückkippt. Die Zeit des Kippvorganges, welche u.a. durch die Zeitkonstante von 11 und 12 bestimmbar ist, ist auf ca. 75 % der Periodendauer des zugeführten Meßwertes eingestellt. Dieser Vorgang wiederholt sich in jeder Periode neu, solange der Meßwert eine bestimmte, mit dem Potentiometer 6 eingestellte Grröße überschreitet, wobei die absolute Größe ohne Belang ist.In addition, the diodes 8 and 9 are conductive, whereby the flow voltage the diode 8 appears over the inputs of the operational amplifier 4. Simultaneously blocks diode 10 and the positively charged capacitor 11 is across the resistor 12 discharged. At a predetermined point in time, the diode 13 then becomes conductive, whereby the operational amplifier 4 in its original positive starting position tilts back. The time of the tilting process, which, among other things, is determined by the time constant of 11 and 12 can be determined is about 75% of the period of the supplied measured value set. This process is repeated in every period as long as the measured value exceeds a certain value set with the potentiometer 6, whereby the absolute size is irrelevant.

Am Ausgang des Operationsverstärkers 4 erscheint also zweckmäßig ein Rechtecksignal bei Überschreitung oder kein Rechtecksignal bei Unterschreitung des eingestellten Wertes. Eine nachgeschaltete Kippstufe aus den Transistoren 14 und 15 registriert über ein Integrationsglied bzw. über einen Integrationskondensator 16 und 17 das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Rechtecksignals und schaltet dementsprechend das Ausgangrelais 18. Die Reaktionszeit des Schaltgerätes wird durch die Bemessung des Integrationskondensators 17 bestimmt und ist unabhängig von der Größe des zugeführten Meßwertes.At the output of the operational amplifier 4, an appropriately appears Square-wave signal when exceeded or no square-wave signal when undershot set value. A subsequent flip-flop from the transistors 14 and 15 registered via an integration element or via an integration capacitor 16 and 17 the presence or absence of the square wave signal and switches accordingly the output relay 18. The response time of the switching device is through the dimensioning of the integration capacitor 17 is determined and is independent of the Size of the supplied measured value.

Zur Erzeugung einer Schaltdifferenz des Schaltgerätes wird beim Erregen des Ausgangsrelais 18 gleichzeitig der Schalttransistor 19 (FET oder bipolar) leitend, wodurch das am Einstellpotentiometer 6 eingestellte Referenzsignal durch das Potentiometer 20 nochmals geteilt wird.To generate a switching differential of the switching device is when energized of the output relay 18 at the same time the switching transistor 19 (FET or bipolar) conductive, whereby the reference signal set on the setting potentiometer 6 through the potentiometer 20 is divided again.

Die Schaltdifferenz kann in dieser Schaltung nahezu beliehig klein sein, da nur ein moment-anes Überschreiten des eingestellten Wertes registriert wird. Die Schaltdifferenz hat dabei keinen Zusammenhang mehr mit der Reaktionszeit des Schaltgerätes.The switching differential can be almost arbitrarily small in this circuit because only a momentary exceeding of the set value is registered will. The switching differential no longer has any connection with the response time of the switching device.

Claims

1. Electronic measuring relay, characterized in that the response time or the switching delay is independent of the measured value or the measured value setting is.

2. Relay according to claim 1, characterized in that the switching delay is made possible by a corresponding component assembly.

3. Relay according to claim 1, characterized by a minimal switching delay, corresponding to a period of the alternating voltage to be measured.

4. Relay according to claim 3, characterized by a minimum switching difference, which is below 0.5% even with AC voltage.

5. Relay according to claim 1, characterized by an extremely strong Overload capacity of the measuring inputs up to 100 times.

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