DE2531892B2

DE2531892B2 - Schaltungsanordnung für ein elektromagnetisches, mit einer variablen Gleichspannung gespeistes Relais

Info

Publication number: DE2531892B2
Application number: DE2531892A
Authority: DE
Inventors: Wladimir De Le Plessis Robinson Fligue
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-08-07
Filing date: 1975-07-17
Publication date: 1978-08-24
Also published as: FR2281644B1; DE2531892A1; FR2281644A1; GB1522374A; DE2531892C3; US4013931A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein elektromagnetisches, mit einer variablen Gleichspannung gespeistes Relais, welche einen Unijunction-Transistor enthält, der mit seiner Basis-Basisstrecke und mit seiner Emitter-Basis-1-Strecke in Reihe mit der Relaiswicklung liegt, wobei die Basis-Basis-Spannung über einen die Relaiswicklung enthaltenden Schaltkreis stabilisiert ist, während der Emitter des Unijunction-Transistors an einen Spannungsteiler angeschlossen ist, der von der veränderlichen Gleichspannung gespeist wird.

Für zahlreiche industrielle Anwendungsfälle sind Relais erforderlich, die präzise bei einer Befehlsspannung ein- bzw. ausschalten. Bei elektromagnetischen Präzisionsrelais liegt der Kontaktdruck bei der kritischen Befehlsspannung aber immer in der Nähe von Null, wodurch die Kontakte gegenüber Vibrationen und Stößen empfindlich sind und ihre Kontaktstücke leicht miteinander verschweißen können.

Die bekannten, sogenannten galvanometrischen Relais (Drehspulrelais) sind zwar in technischer Hinsicht befriedigend, aber finanziell sehr aufwendig; zudem ist ihr Trennvermögen gering, weshalb sie den Einsatz von in den Leistungskreisen zwischengeschalteten 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 nicht niedrig ist.

Aus »Neue Halbleiterpraxis« von Heinz Richter, Telekosmos-Verlag, Stuttgart, 1970, Seite 59 ist eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines elektromagnetsichen Relais bekannt, die einen Unijunction-Transistor enthält, der mit seiner Basis-Basisstrecke und mit seiner Emitter-Basis-1 -Strecke in Reihe mit der Relaiswicklung liegt Der Emitter ist dabei an den Abgriff einer an einer konstanten Gleichspannungsquel-Ie anliegenden Spannungsteilerschaltung angeschlossen, welche ein oder mehrere Kondensatoren enthält Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung handelt es sich um eine Verzögerungsschaltung, da die zur Durchschaltung des Unijunction-Transistors benötigte Höckerspannung dort erst nach Aufladen des oder der Kondensatoren erreicht wird. Bei der bekannten Anordnung fällt das Relais erst ab, wenn die Speisespannung so stark abgesunken ist, daß am Emitter die Talspannung des Unijunction-Transistors vorliegt bzw. unterschritten wird. Eine Einstellbarkeit des Anzugs- und Abfallwertes ist dort nicht vorgesehen. Da bei einem Unijunction-Transistor die Höckerspannung und die Talspannung weit auseinanderliegen, muß dort die Speisespannung erheblich abnehmen, ehe es zu einem Relais-Abfall kommt, weshalb das Halteverhältnis zwischen Anzugswert und Abfallwert des Relais sehr ungünstig ist.

Durch die US-PS 34 93 816 ist eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Wechselstromrelais bekannt, die eine gesteuerte Vierschicht-Triode enthält, die in Reihe mit der Relaiswicklung liegt. Die Steuerelektrode der Triode ist an einem mittleren Punkt eines Spannungsteilers angeschlossen, an welchem ein verhältnismäßig geringes Wechselpotential liegt, so daß die Triode erst bei hoher Zündspannung durchschaltet und das Anziehen des Relais auslöst. Ein Schließerhilfskontakt des Relais schließt hierbei einen Rheostaten des Spannungsteilers kurz, so daß an der Steuerelektrode bei angezogenem Relais ein höheres Potential liegt und folglich die Triode bei jeder zweiten Wechselstromhalbwelle bereits bei einer wesentlich niedrigeren Zündspannung als der Startspannung durchschaltet. Die Startspannung der Triode, d. h. die Anzugsspannung des Relais, ist durch ein im Spannungsteiler liegendes Potentiometer einstellbar, während die Differenz zwischen Anzugsspannung und Abfallspannung des Relais durch den Rheostaten eingestellt wird. Diese bekannte Schaltungsanordnung ist nicht für den Betrieb an Gleichspannung geeignet. Darüber hinaus, sind dort die Anzugs- und Abfallspannung des Relais nicht unabhängig voneinander einstellbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanordnung gemäß Gattungsbegriff dahingehend auszubilden, daß Anzugs- und Abfallspannung des Relais exakt und innerhalb eines weiten Bereiches unabhängig voneinander vorgegeben werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Spannungsteiler einen

Mittelteil besitzt, dessen das niedrigere Potential aufweisender Endpunkt unmittelbar an den Emitter des Unijunction-Transistors und dessen das höhere Potential aufweisender Endpunkt über einen Öffnerhilfskontakt des Relais an den Emitter angeschlossen ist

Bei nichterregtem Relais ist der Öffnerhilfskontakt geschlossen und Hegt somit der Emitter des Unijunction-Transistors an dem das höhere Potential aufweisenden Endpunkt des Spannungsteilers an. Der Unijunction-Transistor wird erst durchgeschaltet, wenn die Gleichspannung die Höckerspannung erreicht In diesem Augenblick zieht dann das Relais an und öffnet seinen Öffnerhilfskontakt, wonach der Emitter des Unijunction-Transistors dann an dem das niedrigere Potential aufweisenden Endpunkt des Spannungsteilers liegt Das Relais fällt erst ab, wenn die Steuerausgleichspannung die Talspannung des Unijunction-Transistors unterschreitet Da die Hocker- und Talspannung verhältnismäßig weit auseinander liegen, kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für ein Halteverhältnis, d.h. Verhältnis zwischen Anzugsspannung und Abfallspannung des Relais in einem weiten Bereich beliebig gewählt werden. Die Abfallspannung kann dabei einen Wert zwischen 33% und 99% der Anzugsspannung annehmen.

Der Erfindung zufolge kann vorteilhafterweise mindestens einer der Endpunkte des Spannungsteiler-Mittelteiles von dem Schleifer eines in den Spannungsteiler eingefügten Rheostaten gebildet werden. Zweckmäßigerweise wird hierbei vorgesehen, daß der Spannungsteiler in Reihenschaltung ein Potentiometer, dessen Schleifer den das höhere Potential aufweisenden Endpunkt des Mittelteils bildet, einen Rheostat, dessen dem Potentiometer abgewandtes Ende freiliegt und dessen Schleifer den das niedrige Potential aufweisenden Endpunkt des Mittelteils bildet, und einen Festwiderstand enthält, dessen ein höheres Potential aufweisendes Ende mit dem Schleifer des Rheostaten verbunden ist. Durch diese Schaltungsmerkmale ist sichergestellt, daß bei angezogenem und auch bei abgefallenem Relais immer nur einer der Schleiferabgriffe im Spannungsteilerstromkreis liegt. Infolgedessen sind die Anzugs- und die Abfallspannung des Relais völlig unabhängig voneinander einstellbar.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist besonders geeignet zur Überwachung der Spannungswerte bei Grenzwertregelungen, beispielsweise für die L?dung von Akkumulatoren oder für die Regelung von Geschwindigkeiten, deren Bezugsspannung von einem Dynamotachometer geliefert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert, wobei zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung

F i g. 2 die Kennlinie eines Unijunction-Transistors, die zur Erläuterung der Funktion der Schaltungsanordnung dient.

Die an den Klemmen 1 und 2 anliegende Gleichspannung speist über einen Strombegrenzungswiderstand R\ die Basisstrecke zwischen den beiden Basiselektroden B\, Bi eines Unijunction-Transistors UJT, dessen Basisstrecke in Reihe mit der Wicklung 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. Eine Zenerdiode Z ist parallel zur Basisstrecke und Relaiswicklung 3 Die Eingangsspannung liegt ebenfalls an einem Spannungsteiler, der aus einem Potentiometer RhE, einem Rheostaten RhD und einem Widerstand R2 besteht, wobei im Nebenschluß zum Widerstand Rz ein Kondensator Cliegt

Der Schaltungspunkt 7 des Spannungsteilers ist mit dem Emitter Edes Transistors i//Tverbunden, während der Kontakt 6 einen Mittelteil M des Spannungsteilers, der zwischen dem Schleifer 8 des Potentiometers RhE und dem Schleifer 9 des Rheostaten RhD liegt, kurzschließt Der Schleifer 9 ist an den Schaltungspunkt 7 angeschlossen. Schließlich ist noch ein Eingangswiderstand Ri vorgesehen, welcher die Anpassung der Schaltung 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 Basis-Basiswiderstandes nur ein geringer Teil dieser Spannung an der Spule 3 anliegt Solange der Transistor UJT nicht durchgeschaltet ist fließt praktisch kein Strom zwischen dem Emitter E und der Basis B\ des Transistors.

Wenn die durch den Schleifer 8 am Endpunkt A des Spannungsteiler-Mittelteiles M abgegriffene Spannung die Höckerspannung V_p (Fig.2) erreicht, wird die Emitter-Basis-1-Strecke leitend, so daß Strom durch die Wicklung 3 zu P.ießen beginnt Dieser Strom tritt zu dem Strom hinzu, der über den Widerstand R\ die Basis-Basisstrecke durchfließt, wodurch der Widerstand der Basis-Basisstrecke beträchtlich sinkt. Bei dieser Durchschaltung des Transistors wird das Relais erregt, wobei sein Arbeitskontakt 5 geschlossen und sein Hilfskontakt 6 geöffnet wird. Bei offenem Hilfskontakt 6 liegt der Mittelteil M im Spannungsteiler-Stromkreis, und das Emitterpotential wird jetzt über den Schleifer 9 des Rheostaten RhD vom Endpunkt B des Mittelteiles Λ/abgegriffen.

Die Emitterspannung nimmt dabei beispielsweise den Wert V_r nahe der Talspannung V_v an, unterhalb der der Transistor sperrt. Durch Verstellen des Schleifers 9 kann man den Wert der Eingangsspannung bestimmen, welcher dem Wert V* bezogen auf den Punkt 7, entspricht, d. h. die Sperrspannung des Transistors UJT. Es ist ersichtlich, daß V_r innerhalb der Stabilitätsgrenzen der Schaltungsanordnung sehr nahe an V_v herangelegt werden kann.

Dem Wert V_r entspricht die Stromstärke I_n welche das Relais eingeschaltet hält.

Allerdings kann durch die Einschaltung eines Widerstandes in den Spannungsteiler beim öffnen des Hilfskontaktes 6 der an den Emitter abgegebene Strom derart reduziert werden, daß die Anzugskraft der Wicklung 3, trotz der Kompensation durch die negative Neigung der Kennlinie des t//T-Transistors, 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 Kondensate tor durch die am Schleifer β abgegriffenen Spannung aufgeladen. Wenn der Hilfskontakt 6 öffnet, entlädt sich dieser Kondensator Cüber die Emitter-Basis-1-Strecke und liefert einen zusätzlichen Einschaltimpuls an das

Relais.

Sowohl Durchschalten als auch Sperren erfolgen beim (//T-Transistor abrupt, weshalb das Relais immer nach der Funktion »alles oder nichts« arbeitet; d. h., daß seine Schwellen für Einschalten und Abschalten sehr genau sind und sich nicht überschneiden.

Die Kennlinien von Unijunction-Transistoren sind im wesentlichen temperaturunabhängig; wenn man auch die Zenerdiode temperaturkompensiert, erfolgen die Einschaltungen und Abschaltungen für präzise Spannungswerte, die in gleicher Weise temperaturunabhängig sind.

Darüber hinaus ist bei der Schaltung nach F i g. 1 die am Potentiometer RhE vorzunehmende Einstellung der Einschalt- oder Anzugsspannung des Relais ohne Einfluß auf die am Rheostaten RhD vorzunehmende Einstellung der Ausschalt- oder Abfallspannung des Relais und umgekehrt; d.h., die Einstellungen des Einschaltpunktes und des Abschaltpunktes sind voneinander unabhängig.

Diese Unabhängigkeit erlaubt es, den Einschalt- und den Abschaltpunkt auseinanderzulegen in ein Verhältnis der Eingangsspannungen von 3 zu 1 oder umgekehrt diese anzunähern bis auf nahe 1%.
Da der elektromagnetische Teil der Schaltungsanordnung nach der Funktion »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 ausrei-

to chend empfindlich ist, um allein durch den den Unijunction-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.

Infolge des anpaßbaren Eingangswiderstandes R₃, welcher die Speisespannung der Schaltungsanordnung bestimmt, kann die Anordnung nach F i g. 1 für eine sehr schwache Gleichspannung, beispielsweise von 12 Volt, ausgelegt und in gleicher Weise bequem für sehr viel höhere Spannungen verweiset werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für ein elektromagnetisches, mit einer variablen Gleichspannung gespeistes Relais, welche einen Unijunction-Transistor enthält, der mit seiner Basis-Basisstrecke und mit seiner Eraitter-Basis-1-Strecke in Reihe mit der Relaiswicklung liegt, wobei die Basis-Basis-Spannung über einen die Relaiswicklung enthaltenden Schaltkreis stabilisiert ist, während der Emitter des Unijunction-Transistors an einen Spannungsteiler angeschlossen ist, der von der veränderlichen Gleichspannung gespeist wire, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler einen Mittelteil ^besitzt, dessen das niedrigere Potential aufweisender Endpunkt (B) unmittelbar an den Emitter (E) des Unijunction-Tnjisistors (UJT) und dessen das höhere Potential aufweisender Endpunkt (a) über einen Öffnerhilfskontakt (6) des Relais an den Emitter (E) angeschlossen ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Endpunkte (A, B) des Mittelteiles (M) von dem Schleifer (8 oder 9) eines in den Spannungsteiler eingefügten Rheostaten (RhD) gebildet ist.

3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler in Reihenschaltung ein Potentiometer (RhE), dessen Schleifer (8) den das höhere Potential aufweisenden Endpunkt (A) des Mittelteils (M) bildet, einen Rheostat (RhD), dessen dem Potentiometer (RhE) abgewandtes Ende freiliegt und dessen Schleifer (9) den das niedrige Potential aufweisenden Endpunkt (B) des Mittelteils bildet, und einen Festwiderstand (R2) enthält, dessen ein höheres Potential aufweisendes Ende (7) mit dem Schleifer (9) des Rheostaten (RhD) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (Q) im Nebenschluß zum Festwiderstand (R2) liegt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnerhilfskontakt (6) erst nach Schließen des Arbeitskontaktes (5) des Relais nahe am Ende der Relaisankerbewegung öffnet.