DE2531892A1 - Relais-regler - Google Patents

Description

Dipl.-Phys. Rudolf Peerbooms

56 Wuppertal-Barmen
Friedrich-Engels-Allee349/351 ■ Ruf556147 _p ^_₂ Z₇₅ / p_ee/K

Pat ent anme Idung

Anmelder : Wladimir de Fligue

Ie Plessis Robinson/Frankreich und Claude Henri Mottet Ezanville/Frankreich

Relais-Regler

Die Erfindung betrifft eine spannungsabhängige, ein elektromagnetisches Relais enthaltende Reglerschaltung.

Für zahlreiche industrielle Anwendungsfälle sind Relais erforderlich, die präzis bei einer Befehlsspannung, sei es eine Gleich- oder Wechselspannung, ein- und ausschalten. Zu diesem Zweck hat man schon zahlreiche Maßnahmen getroffen, die ein Ansprechen elektromagnetischer Relais auf Ströme nicht ausreichender Präzision verhindern.

Wenn man solche Präzisionsrelais verwendet, liegt der Kontaktdruck bei der kritischen Befehlsspannung immer in der Nähe von Null, wodurch die Kontakte gegenüber Yibra-

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tionen und Stoßen empfindlich sind und ihre Kontaktstücke sich leicht miteinander verschweißen können.

Die bekannten, sogenannten galvanometrischen Relais (Drehspulrelais) sind zwar in technischer Hinsicht befriedigend, aber finanziell sehr .aufwendig; jedoch ist ihr Trennvermögen reduziert, weshalb sie den Einsatz von in die leistungskreise zw^schengeschalteten elektromagnetischen Relais verlangen.

Man kann zu dem angestrebten Ergebnis auch mit sogenannten "statischen" Relais gelangen, aber eine einwandfreie elektronische Schaltungsanordnung umfaßt eine beträchtliche Anzahl von Schaltelementen, weshalb der Preis solcher elektronischer Schalter außergewöhnlich hoch ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der geschilderten Nachteile einen Relais-Regler zu schaffen, welcher die in der Industrie verlangte Ansprechgenauigkeit aufweist und zu wirtschaftlich vertretbaren Kosten herstellbar ist.

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung für ein elektromagnetisches Relais, welche einen Unijunction-Transistor enthält, der mit seiner Basis - Basisstrecke und mit einer seiner Emitter-Basisstrecken in Reihe mit einer

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Anschlußklemme der Relaiswicklung liegt, so daß die Wicklung "beim Durchbruch des Transistors gespeist wird. Die Erfindung besteht darin, daß die insgesamt über die Basisstrecke des zwei Basiselektroden aufweisenden Unijunction-Transistors und die Wicklung anstehende Spannung stabilisiert ist, während der Emitter des Transistors an einen Punkt einer Widerstands schaltung derart angeschlossen ist, daß mindestens eine die Einschaltung des Relais sichernde Erregung für einen Wert gewährleistet ist, der durch die Eingangsspannung bestimmt ist. Bei der Erfindung sind also die beiden Basiselektroden des Unijunction-Transistors durch eine Spannung stabilisiert, während der Emitter eine Spannung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung der Schaltungsanordnung erhält.

Der Erfindung zufolge sind zur Stabilisierung vorzugsweise die Basiselektroden an die Klemmen einer Zenerdiode angeschlossen, an welcher die Eingangsspannung über einen Widerstand anliegt.

Das Relais kann über einen Verstärker gespeist werden, welcher den Unijunction-Transistor unterstützt, falls seine Erregungsempfindlichkeit nicht ausreicht. Bevorzugt sieht die Erfindung jedoch die Verwendung eines Relais vor, dessen Empfindlichkeit sich mit dem Strom des Unijunction-Transistors verträgt und das ausreichend ansprechempfindlich ist, um unmittelbar über den Transistot mit einem Erregerstrom

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gespeist zu werden; in diesem Pail muß die Einschaltschwelle des Relais offensichtlich für eine Spannung festgelegt werden, die niedriger als die Durchbruchsspannung des Transistors ist.

Wenn die Spannung ihren Scheitelwert ("pie") erreicht, tritt im Transistor der "Avalanche-Strom" auf, so daß das Relais in der Punktionsart "alles oder nichts" schaltet; seine Kontakte werden folglich derart betätigt, daß es nie zu einem Zustand mit Kontaktdruck Null kommt. Umgekehrt fällt das Relais abrupt ab, wenn die Eingangsspannung an den Emitter eine Spannung liefert, welche unter der Mindestspannung (dem sogenannten Tal) in der Strom-Spannungskennlinie des Unijunction-Transistors liegt.

Da bekanntlich bei einem Unijunction-Transistor die Durchbruchspannung (Pic-Spannung) sehr viel höher als die Talspannung ist, könnte dies zu einer Spannungsstabilität führen, die viel zu hoch für die bei der industriellen Anwendung vorliegenden Ströme ist.

Man vermeidet diese Gefahr dadurch, daß man den Emitter des Unijunction-Transistors an einen mittleren Punkt eines Spannungsteilers anschließt, an welchem die Eingangsspannung anliegt, wobei ein Teil des Spannungsteilers - vor Einschaltung des Relais - durch einen Öffnerhilfskontakt des Relais kurzgeschlossen ist«,

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Infolgedessen wird, wenn der Durchbruch des Unijunction-Transistors ein Einschalten des Relais auslöst, durch Öffnen dieses Hilfskontaktes der Widerstand des Spannungsteilers derart erhöht, daß das an dem Schaltungspunkt herrschende Spannungspotential, bei dem die erhöhte Speisung des Emitters erfolgte, an das Talspannungs-Niveau angenähert wird. Darüberhinaus wird die Reduzierung des Emitterspeisestromes, hervorgerufen durch die Vergrößerung des Widerstandes, zumindest teilweise dadurch kompensiert, daß die Kennlinie des Transistors zwischen dem Spannungsscheitel und dem Spannungstal eine negative Neigung besitzt.

Wenn man Rheostate als Teile des Spannungsteilers verwendet, kann man trotz des Abstandes zwischen Scheitel- und Talspannung den Abstand zwischen Einschalt- und Ausschaltpunkt in gewünschtem Maße für eine vorgegebene Eingangsspannung reduzieren.

Dieser Schaltpunktabstand kann der Erfindung zufolge sogar bis auf nur ein Prozent der Eingangsspannung reduziert werden.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist infolgedessen besonders geeignet zur Überwachung der Spannungswerte bei Grenzwertregelungen, beispielsweise für die Ladung von Akkumulatoren, für die Regelung von Geschwindigkeiten, deren Bezugsspannung von einem Dynamotachometer geliefert wird,

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Die beigefügte Zeichnung zeigt in Pig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach der Erfindung und in Pig» 2 eine Kennlinie eines Unijunction-Transistors,die zur Erläuterung der Punktion der Schaltungsanordnung dient.

Die Eingangsspannung (Gleichspannung oder gleichgerichtete und gefilterte Spannung) liegt an den Klemmen 1 und 2 an» Sie speist über einen Strombegrenzungswiderstand R₁ parallel eine Zenerdiode Z und die Basisstrecke zwischen den beiden Basiselektroden B,, B„ eines Unijunction-Transistors UJT, dessen Basisstrecke in Reihe mit der Wicklung oder Spule 3 eines elektromagnetischen Relais liegt. Dieses Relais besitzt' einen Arbeitskontakt 5 zur Steuerung eines äußeren, durch die Pfeile 4 schematisch angedeuteten Arbeitskreises und einen Öffner-Hilfskontakt 6 zur Verbesserung der Funktion der Schaltungsanordnung.

Die Eingangsspannung liegt ebenfalls an einem Spannungsteiler, der aus den beiden Rheostaten RhE und RhD und einem Widerstand Rp besteht, wobei im Nebenschluß zum Widerstand Rp ein Kondensator G liegt.

Der Schaltungspunkt 7 des Spannungsteilers ist mit dem Emitter E des Transistors UJT verbunden, während der Kontakt 6 den Teil des Spannungsteilers, der zwischen dem Schleifer des Rheostaten RhE und dem Punkt 7 liegt, kurzschließt. Der

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auf der gleichen Seite des Spannungsteilers liegende Rheostat RhD besitzt einen Schleifer 9f der an den Schaltungspunkt 7 angeschlossen ist.

Schließlich ist noch ein Eingangswiderstand R^ vorgesehen, welcher die Anpassung der Schaltungsvorrichtung an Eingangsspannungen mit höheren Nennwerten ermöglicht.

Die Funktion der Schaltungsanordnung ist wie folgt:

Durch die Zenerdiode Z ist die Basis-Basisspannung des Transistors UJT auf einen bestimmten Wert stabilisiert, der höher als die Einschaltspannung des Relais ist, wobei aber wegen des sehr großen Baiis-Basiswiderstandes nur ein geringer Teil dieser Spannung an der Spule 3 anliegt.

Vor Beginn des Durchbruchs des Transistors fließt praktisch kein Strom zwischen dem Emitter E und der Basis B₁ des Transistors.

Wenn die durch den Schleifer 8 abgegriffene Spannung den Wert V (Pig. 2) erreicht, wird die Emitter-Basis 1-Strecke leitend, so daß Strom durch die Spule 3 zu fließen beginnt. Dieser Strom tritt zu dem Strom, der über den Widerstand R-die? Basis-Basisstrecke durchfließt, hinzu, wodurch der

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Widerstand der letzteren Strecke "beträchtlich sinkt, da der Transistor UJT durchbricht.

Das Relais ist sodann erregt, wobei sein Arbeitskontakt 5 geschlossen und sein Hilfskontakt 6 geöffnet wird. Nach öffnen des Hilfskontaktes ändert sich die Spannung am Punkt 7 und damit das Emitterpotential, und der Rheostat RhD wird in Reihe im Spannungsteiler geschaltete

Die Emitterspannung nimmt dabei beispielsweise den Wert V nahe bei V (Talspannung) an, unterhalb der der Transistor sperrt. Durch Verstellen des Schleifers 9 kann man den Wert der Eingangsspannung bestimmen, welcher dem. Wert V_v, bezogen auf den Punkt 7» entspricht, d„ h«, die Sperrspannung des Transistors UJT.

Es ist ersichtlich, daß V innerhalb der Stabilitätsgrenzen der Schaltungsanordnung sehr nahe an V_y herangelegt werden kann.

Dem Wert V entspricht die Stromstärke I , welche das Relais eingeschaltet hält.

Allerdings kann durch die Einschaltung eines Widerstandes in den Spannungsteiler beim öffnen des Hilfskontaktes 6 der

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an den Emitter abgegebene Strom derart reduziert werden, daß die Anzugskraft der Spule 3, trotz der Kompensation durch die negative Neigung der Kennlinie, zum Einschalten des Relais nicht ausreicht«,

Dieser Gefahr kann man vorbeugen, indem man sicherstellt, daß der Hilfskontakt 6 nur am Ende der Bewegung und insbesondere erst nach Schließen des Kontaktes 5 öffnet.

Dieser Gefahr wird auch durch den Kondensator C vorgebeugt; in der Ruhestellung wird dieser Kondensator bei der am Schleifer 8 abgegriffenen Spannung aufgeladen. Wenn der Hilfskontakt 6 sich zu öffnen beginnt, entleert sich dieser Kondensator C über die Emitter-Basis 1-Strecke und liefert an das Relais einen zusätzlichen Einschaltimpuls.

Die Erscheinungen des Durchbruche und der Sperrung sind abrupt, weshalb das Relais immer nach der Funktion "alles oder nichts" arbeitet, d_o h., daß seine Schwelle für Einschalten und Abschalten sehr genau sind und sich nicht überschneiden.

Die Kennlinien von Unijunction-Transistören sind im wesentlichen temperaturunabhängig; wenn man auch die Zenerdiode temperaturkompensiert, stellt die Erfindung die Einschal-

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tungen und Abschaltungen für präzise Spannungswerte sicher, die in gleicher Weise temperaturunabhängig sind.

Darüberhinaus ist bei der Schaltung nach Fig. 1 jede Verstellung der Einschaltung (RhE) oder der Abschaltung (RhD) ohne Einfluß auf die Einstellung des jeweils anderen; d_o h_o in anderen Worten, die Einstellungen des Einschaltpunktes und des Abschaltpunktes sind voneinander unabhängige

Diese Unabhängigkeit erlaubt es, den Einschalt- und den Abschaltpunkt auseinanderzulegen in ein Verhältnis der Eingangs spannungen von 3 zu 1 oder umgekehrt diese anzunähern bis auf nahe 1 fl.

Da der elektromagnetische Teil der Schaltungsanordnung nach der Punktion "alles oder nichts" arbeitet und da der Rest der Schaltungsanordnung statisch ist, wird die Schaltungsanordnung nicht durch Stöße oder Vibrationen beeinflußt.

Wenn das elektromagnetische Relais nicht ausreichend empfindlich ist, um allein durch den den Uni j unction- Transistor durchfließenden Strom erregt zu werden, kann ein aus einem oder mehreren Transistoren bestehender Verstärker zwischen die Basis B-, und die Spule 3 geschaltet werden,,

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Infolge des anpaßbaren Eingangswiderstandes R,, welcher die Speisespannung der Schaltungsanordnung bestimmt, kann die Anordnung nach Figo 1 füi? eine sehr schwache Gleichspannung, beispielsweise von 12 Volt, ausgelegt und in gleicher Weise bequem für sehr viel höhere Spannungen verwendet werden»

Die Schaltungsanordnung der Erfindung ist insbesondere zur Erfassung maximaler und/oder minimaler Spannungswerte verwendbar, beispielsweise beim Aufladen von Akkumulatoren oder bei der Überwachung der Geschwindigkeit von Vorrichtungen, bei denen die Geschwindigkeit mit Hilfe von Dynamotachometern gemessen wird.

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Claims (9)

Patentansprüche

1.J Schaltungsanordnung für ein elektromagnetisches, mit einer Gleichstromeingangsspannung gespeistes Relais, welche einen UniJunetion-Transisbr enthält, der mit seiner Basis-Basisstrecke und mit einer seiner Emitter-Basisstrecken in Reihe mit einer Anschlußklemme der Relaiswicklung liegt, so daß die Wicklung beim Durchbruch des Transistors gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß die insgesamt über die Basisstrecke (B2 B1) des Unijuntion-Transistore (UJT) und die Wicklung (3) anstehende Spannung stabilisiert ist, während der Emitter (E) des Transistots (UJT) an einen Punkt (7) einer Widerstandsschaltung derart angeschlossen ist, daß mindestens eine eine Einschaltung des Relais sichernde Speisung der Wicklung für einen Wert gewährleistet ist, der durch die Eingangsspannung besimmt isto

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung durch eine Zenerdiode (Z) stabilisiert ist, die parallel zu der Reihenschaltung aus Baeis-Basieetrecke (B2 B1) und Wicklung (3) geschaltet ist.

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3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais ausreichend empfindlich ist, um durch eine unterhalt) der Transistordurchbruchsspannung (V ) liegende Spannung geregelt zu werden, und daß seine Wicklung (3) im Dauerbetrieb mur von den den TJnijuntion-Transistor (TJJT) durchfließenden Strömen gespeist wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschaltung aus einem Spannungsteiler besteht, welcher wenigstens einen Regelwiderstand enthält.

5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbruchsspannung (V ) des Unijunction-Transistors im absoluten Wert deutlich höher als seine Talspannung (V) ist und daß das Relais einen Öffnerhilfskontakt (6) besitzt, welcher in Ruhestellung einen auf Seite der höheren Spannungen liegenden Teil des Spannungsteilers kurzschließt, so daß nach Einschalten des Relais das Niveau der Emitterspannung herabgesetzt wird.

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6. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Wertes der Einsehaltspannung des Relais der Öffnerhilfskontakt (6) an die Seite der höheren Spannungen des Spannungsteilers über den Schleifer (8) eines Potentiometers (RhE) angeschlossen ist, dessen Widerstand einen Teil des Spannungsteilers bildet.

7. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Wertes der Absehaltspannung des Relais der Öffnungshilfskontakt (6) an die Seite der niedrigeren Spannungen des Spannungsteilers über den Schleifer (9) eines Rheostaten (RhD) angeschlossen ist, welcher (9) denjenigen Teil dieses Bheostaten festlegt, welcher in Reihe in dem Spannungsteiler liegt.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnerhilfskontakt (6) sich am Ende der Ankerbewegung des Relais nach Schließen eines einen Arbeitskreis (4) der Schaltungsanordnung steuernden Arbeitskontakt (5) des Relais öffnet.

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9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem das Potential des Emitters (E) "bestimmenden Schaltungsteil ein Kondensator (C) an Schaltungspunkte angeschlossen ist, zwischen denen die Reihenschaltung aus Emitter-Basisstrecke und Wicklung (3) liegt, so daß der Kondensator im Augenblick der Relaiseinschaltung zusätzliche Einschaltenergie liefert»

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