DE3147971C2

DE3147971C2 - Zeitverzögerungselektronik für mit unterschiedlicher Verzögerung ein- und ausschaltbare Geräte

Info

Publication number: DE3147971C2
Application number: DE19813147971
Authority: DE
Inventors: Manfred Ing.(grad.) 1000 Berlin Krause
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1981-12-01
Filing date: 1981-12-01
Publication date: 1983-12-15
Also published as: DE3147971A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zeitverzögerungselektronik für Geräte, die mit unterschiedlicher Verzögerung ein- und ausgeschaltet werden sollen, bei der ein RC-Glied, das über elektronische Schaltelemente ein Steuerrelais od.dgl. für die Schalthandlungen steuert, die Einschaltverzögerung bestimmt und die Ausschaltverzögerung durch die Entladung eingangsseitiger, spannungsstützender Pufferkondensatoren gegeben ist. Damit unabhängig von der zu schaltenden Last die Verzögerungszeiten definiert einhaltbar sind und Störungen durch Interferenzen mit Schaltzeiten von Diagnose- und Spannungsüberwachungsgeräten nicht auftreten können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen: zwei Triggerstufen (14, 15) finden Verwendung, von denen die eine als Ausgangstriggerstufe (15) an das Steuerrelais (5) angeschlossen ist und von der anderen Triggerstufe (Eingangstriggerstufe 14) über den Ladestatus eines Kondensators (18) mit getrennten Lade- (19) und Entladekreisen (20) steuerbar ist. Vorteil: Mit der Erfindung kann eine geforderte Abfallverzögerung sehr genau eingehalten werden. Die bisher notwendige Bandbreite der Ausschaltverzögerung kann verringert werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zeitverzögeriing.selektronik. wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches I näher umrissen ist.

Bei einer bekannten gelieferten Zeitverzögerungs

elektronik dieser Art, wie sie für Heizschützsteuerungen bei der Deutschen Bundesbahn des öfteren angewandt wird, wird — vergleichlich Fig. 1 — über ein Stellpotentiometer 1 ein Kondensator 2 von einer Spannungsquelle 3 aufgeladen. Bei Erreichen eines definierten Ladestatus wird ein Transistor 4 durchgesteuert, der ein im Kollektor-Emitterpfad liegendes Steuerrelais zeitverzögert anziehen läßt Ouer einen Arbeitskontakt 5a des Steuerrelais 5 wird eine Last 6 — hier z. B. die Arbeitswicklung eines Heizschützes — an die Spannungsquelle 3 gelegt Wird die Spannungsquelle 3 abgeschaltet, so lassen parallel geschaltete, die Spannung stützende Pu/Ferkondensatoren 7 eine gewisse Ausschaltverzögerung durch Nacfaspeisung der Last 6 und des Steuerrelais 5 bis zu ihrer Entladung zu. Innerhalb dieser Zeit sollte auch der Transistor 4 durch Entladung seines Kondensators 2 abschalten und damit echt die Last von der Spannungsquelle trennen. Diese Schaltung ist insbesondere hinsichtlich der Ausschaltverzögerung sehr stark abhängig von dem Verbraucher 6. Die Ausschaltverzögerung ist bei niederohmiger Last wesentlich kürzer als bei hochohmiger Last, da die Pufferkondensatoren 7 schneller entladen werden. Definierte Verzögerungszeiten sind somit nur mit abgestimmten Verbrauchern möglich, d.h. hier mit gleichen Heizschütz »ypen. In bestimmten Anwendungsfällen sind dadurch Störungsfälle denkbar, wenn z. B. solche Schaltungen mit Überwachungsgeräten, z. B. Heizspannungsüberwachungsgeräten zusammen arbeiten, die nach bestimmter Zeit ansprechen, wenn die Last bzw. der Verbraucher 6 stromlos wird, ohne, daß das Steuerrelais 5 abgeschaltet hat. Ein solches Gerät ist gestrichelt angedeutet und mit χ bezeichnet Das kann vorkommen, wenn — wie vorliegend — die Ausschaltverzögerungen eine Undefinierte Bandbreite von 0,5 bis 1,5 Sekunden haben können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Mangel zu beheben ure? eine Zeitverzögerungselektronik zu entwickeln, bei der unabhängig von der zu schaltenden Last die Verzögerungszeiten definiert einhaltbar sind, so daß Störungen durch Interferenzen mit Schaltzeiten von Diagnose- und Spannungsüberwachungsgeräten nicht auftreten können.

Diese Aufgabe wird für eine Zeitverzögerungselektronik gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 auf besonders günstige Weise gelöst Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand eines schematischen Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert Dazu wird auf die F i g. 2 und 3 verwiesen. F i g. 2 zeigt eine Schaltung in Anwendung bei Bahnfahrzeugen zur Steuerung von Hochspannungsheizschützen. Fig.3 stellt in einem Schaubild Verzögerungszeitkurven nebeneinander.

In F i g. 2 sind — soweit Übereinstimmung mit F i g. 1 besteht — gleiche Bezugszeichen verwendet worden. Die in Fig.2 dargestellte Schaltung wird z.B. eingesetzt, um Hoch- und Niederspannungskreise zu trennen und um Niederspannungsstromkreise bzw. Heizstromkreise einzuschalten, wenn die Heizspannungsversorgung z.B. 1000 V 16²AHz oder 13 kV 50 Hz vorhanden ist. Die dargestellte Zeitverzögerungselektronik wird auch hier von einer Spannungsquelle 3 gespeis;, die aus einem Hochspannungstrenntransformator 10 und einem Brückengleichrichter 11 besteht. An den Klemmen a und c kann direkt oder über einen Schalter die vom Stromabnehmer

Fahrdraht-Bahnspannung anliegen. Vom Brückengleichrichter 11 wird eine Gleichspannung von z. B. ideal 24 V abgegeben. Im realen Fahrbetrieb können die Fahrleitungsspannungen um +25% bis —35% über- oder unterschritten werden. Diese Schwankungen müssen berücksichtigt werden. Mit X wurde ein Längsspannungsregler angedeutet, der dann für weitgehende Konstanz von 24 V Gleichspannung dient. Er ist für die Erfindung hier jedoch nicht relevant Mit 7 sind wieder die schon erwähnten Pufferkondensatoren benannt Eine einem ÄC-Spannungsteiler 12/13 am Teilerpunkt entnommene Spannung dient als Versorgungsspannung für eine Eingangstriggfirstufe 14 und eine Ausgangstriggerstufe 15. Über einen weiteren R V-Spannungsteiler mit Widerstand 16 und Z-Diode 17 wird eine Referenzspannung gewonnen, die beiden Triggerstufen

— bei entsprechend beschalteter Operationsverstärker

— an ihren Eingängen 2 zugeführt wird. Der Eingang 3 der Eingangstriggerstufe 14 wird mit einer dem Brückftngleichrichter 11 über einen weiteren Spannungsteiler entnommenen fahrdrahtproiportionalen Gleichspannung beaufschlagt An den Eingang 3 der Ausgangstriggerstufe 15 wird die Spannung eines Kondensators 18 gelegt, der einen Ladekreis 19 und davon getrennt einen Entladekreis 20 aufweist Der Ladekreis 19 besteht dabei im wesentlichen aus einer Diode 21 und einem Potentiometer 22 und der Entladekreis 20 aus einer Diode 23 und einem Widerstand 24. Lade- und Entladekreis sind am Ausgang 6 der Eingangstriggerstufe 14 angeschlossen und einander antiparallel geschaltet Die Entkoppelung der Kreise erfolgt durch die verschiedene Durchlaßrichtung aufweisenden Dioden 21 und 23. Über PIN 4 liegen die Triggerstufen 14 und 15 jeweils an — bzw. Masse. Der Ausgang des Operationsverstärkers 15 ist an die Spule des Steuerrelais 5 angeschlossen, das mit seinem Arbeitskontakt 5a ein an die Klemmen Ar, / der Klemmleiste 25 angeschlossenes Hochspannungsschütz für die Hochspannungs-Heizstromkreise (hier nicht 'dargestellt) einschaltet *o

Zur Arbeitsweise der Verzögerungselektronik:
Mit dem Anlegen des Stromabnehmers des Fahrzeuges am Fahrdraht liegt an den Klemmen a und c des Hochspannungstransformators 10 Hochspannung an. Es wird der Kondensator 13 aufgelader: und die Triggerstu- ·*5 fen 14 und 15 erhalten ihre Versorgungsspannung. Die nochmals heruntergeteilte Referenzspannung am Eingang 2 von Triggerstufe 14 führt in diesem Fall gegenüber Eingang 3 öis niedrigere Potential (6,8 V/ 24 V) und über den positiven Ausgang 6 wird zeitlich einstellbar mittels des Potentiometers 22 der Kondensator 18 auf ca. 18 V aufgeladen. Lag bisher der Eingang 2 potentialmäßig höher als der Eingang 3 von Ausgangstriggerstufe 15, so ändert sich dies mit der Aufladung von Kondensator 18. Überschreitet die Spannung am Kondensator 18 die Triggerschwelle der Ausgangstriggerstufe 15, dann schaltet der Ausgang 5 von + auf — bzw. Masse (interne Verbindung nach PIN 4) und durch Aufhebung der Gegenspannung zieht das Steuerrelais 5 an. Damit wird zeitverzögert über Kontakt 5a auch das «> an den Klemmen k, I angeschlossene Hochspannungsschütz für die Heizstromkreise einschalten. Die Zeitverzögerung ist mit dem Potentiometer 22 zwischen 1 bis 10 Sekunden einstellbar. Während der Fahrt darf auch bei Bügelspringen des Stromabnehmers, was gleichbedeutend mit einer Spannungsunterbrechung ist, die Last — hier das eingeschaltete Hochspannungsheizschütz — nicht abfallen. Die gespeicherte Energie der Pufferkondensatoren 7 reicht aus, das Steuerrelais 5 und das Hochspannungsschütz noch für mindestens 0,5 bis 1 Sekunde zu halten. Um die rechtzeitige Abschaltung auch der Verzögerungselektronik zu erreichen, wird der Ladekondensator 18 definiert über seinen Entladekreis 20 mit Widerstand 24, Diode 23 und Eingangstriggerstufe 14 entladen. Dabei führt der Ausgang 6 durch Anschluß an PIN 4 Massepotential. Der Entladevorgang setzt sofort bei jedem Bügelspringen ein, wenn die Eingangstriggerstufe 14 ausgangsseitig an Masse geschaltet wird. Kehrt die Fahrdrahtspannung rechtzeitig, d. h. ianerhalb der 0,5 bis 0,8 Sekunden wieder, kippt die Triggerstufe 14 zurück un~ es erfolgt eine Nachladung, des Ladekondensators 18. Bei Überschreitung der vorgegebenen Zeit ist der Ladekondensator 18 soweit entladen, daß der Schwellwert von Ausgangskippstufe 15 unterschritten wird und diese zurückkippt Damit ;vird das Steuerrelais 5 über den Open-Kollektor der Kippstufe 15 abgeschaltet Durch die Erfingung wird das Kriterium, nämlich rechtzeitiges echtes Abschalten des Hochspannungsschutzes vor einem Einsprechen der Heizspannungsüberwachung (nach ca. I Sekunde) erreicht und zwar unabhängig vom jeweiligen Innenwiderstand (50 Ω < Lr < oo) des angeschlossenen Hochspannungsschutzes. Die Ausschaltverzögerung kann durch die Bestückung des Widerstandes 24 festgelegt werden. Über den nur angedeuteten Regler X kann dies auch für Fahrdrahtspannungen 0,65 Un < Un < 135 · (//vgehalten werden.

F i g. 3 zeigt anhand eines Schaubildes die Konstanz der neuen Verzögerungselektronik gegenüber dem bekannten geschilderten Stand der Technik. Aufgetragen ist die Zeitverzögerung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung primär und sekundär, gestrichelt für den Stand der Technik und in Vollstrich für die Erfindung. Parameter sind veränderliche Lasfviderstände. Wie ersichtlich kann eine Abfallverzögerung zwischen 500 und 1000 ms bei der bekannten Ausführung nur bei 50 Ω Lastwiderstand über den geforderten Spannungsbereich gehalten werden. Schon bei einer Vergrößerung auf 100 Ω Lastwiderstand läuft die Kurve mit breitem Abstand bereits bei einer Sekundärspannung des Trenntr&nsformators von 24 V ~, was einer Fahrdrahtspannung von knapp 800 V bei 1000 V Nennspannung entspritht, aus dem Sollbereich. Ersichtlbh sind dagegen die Kurven bei der erfindungsgemäßen Schaltung praktisch auch bei Lastwiderstand unendlich noch identisch. Sie verlaufen tm dichten Abstand horizontal parallel, praktisch über den gesamten Spannungsbereich. Eine geforderte Abfallverzögerung kann sehr genau eingehalten werden. Die bisher notwendige Bandbreite der Ausschaltverzögerung kann Verringert werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zeitverzögerungselektronik für Geräte, die mit unterschiedlicher Verzögerung ein- und ausgeschaltet werden sollen, bei der ein RC-Glied, das über elektronische Schaltelemente ein Steuerrelais oder dergleichen für die Schalthandlungen steuert, die Einschaltverzögerung bestimmt und die Ausschaltverzögerung durch die Entladung eingangsseitiger, spannungsstützender Pufferkondensatoren gegeben >o ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Triggerstufen (14, 15) Verwendung finden, von denen die eine als Ausgangstriggerstufe (15) an das Steuerrelais (5) angeschlossen ist und von der anderen Triggerstufe (Eingangstriggerstufe 14) über is den Ladestatus eines Kondensators (18) mit getrennten Lade- (19) und Entladekreisen (20) steuerbar ist

2. Zeitverzögerungselektronik nach Anspruch 1, dadurch 'gekennzeichnet, daß Lade- (19) und Eniladekrcfs (20) des Kondensators (18) einander parallel geschaltet und durch zugeordnete Dioden (21,23) unterschiedlicher Durchlaßrichtung entkoppelt sind und daß beide Kreise einerseits an den Ausgang (6) der Eingangstriggerstufe (14) und » andererseits an den Kondensator (18), der mit seinem einen Anschluß an Masse (—) liegt, angeschlossen sind. .

3. Zeitverzögerungselektronik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Triggerstufen (14,15) entsprechend beschaltete Operationsverstärker dienen, von denen jeweils der eine Eingang (2) mit einer Referenzspannung und ein anderer Eingang (3) bei der Eingsngstnfgerstufe (14) mit einer fahrdrahtproportionalen Teilspannung und bei der Ausgangstriggerstufe (15) mit der Ladespannung des Kondensators (18) belegt ist

4. Zeitverzögerungselektronik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (6) der Eingangstriggerstufe (14) bei einem positiven Über- «0 wiegen der Fahrdrahtteilspannung positives Potential führt und bei Oberwiegen der Referenzspannung die Triggerstufe kippt, wodurch Massepotential zur

' Entladung des Kondensators (18) an den Ausgang (6) gelegt wird. <s

5. Zeitverzögerungselektronik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (5) der Ausgangstriggerstufe (15) bei Überwiegen der Referenzspannung positiv ist und das Steuerrelais (5) durch positives Gegenpotential sperrt und daß bei Überwiegen der Kondensatorladespannung die Triggerstufe kippt, wodurch der Ausgang an Massepotential gelegt wird.

6. Zeitverzögerungselektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vtrsorgungsspannung der Operationsverstärker über einen /?C-Spannungsteiler (12/13) gewonnen wird, von dessen Teilerspannung über einen weiteren /?K-Spannungsteiler (16/17) die Referenzspannung abgeleitet ist.