DE3223792A1 - STATIC RAIL RELAY - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleiskreis-Blocksystem für ein Eisenbahnsystem. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein statisches Gleisrelais, das mit Wechselstrom gespeist wird.The present invention relates to a track block system for a railroad system. In particular concerns the The present invention is a static track relay which is supplied with alternating current.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung anzugeben, die geeignet ist, das gegenwärtig in Eisenbahnsystemen verwendete, mit Wechselstrom gespeiste Scheibenrelais zu ersetzen, um die Anwesenheit eines Zuges in einem Gleisbereich zuverlässig anzuzeigen.The object of the invention is to provide a device which is suitable for use in railway systems at the present time used to replace AC powered disc relays to detect the presence of a train in one Reliably display the track area.
Wie dies bekannt ist, ist es nicht nur nötig, das Scheibenrelais periodisch zu warten. Vielmehr ist dieses Relais auch in bezug auf irgendeine Rauschfrequenz bzw. Störfrequenz in einem Bereich von 35 Hz bis 70 Hz mit einer ansteigenden Rauschamplitude bzw. Störamplitude, wenn sich die Abweichung der normalen 50Hz-Betriebsfrequenz vergrößert, empfindlich.As is known, it is not only necessary to periodically maintain the disc relay. Rather, this relay is too with respect to any noise frequency in a range from 35 Hz to 70 Hz with an increasing noise amplitude or interference amplitude if the deviation increases the normal 50Hz operating frequency, sensitive.
Nebenbei wird festgestellt, daß die Grundfrequenz der Zugchopper auf 32,5 Hz eingestellt ist, daß die Hilfseinrichtungen der Lokomotiven und Eisenbahnwagen bei 50 Hz arbeiten und daß irgendeine Rausch- bzw. Störfrequenz auch durch die Filter in einem Zug, die Induktivität und die Kapazität des Kettenglexssystemes und die Euter der Unterstationen beeinflußt wird.Incidentally, it is stated that the basic frequency of the train chopper is set to 32.5 Hz, that the auxiliary equipment of the locomotives and railroad cars work at 50 Hz and that any noise or interference frequency is also caused by the Filter in one go, the inductance and the capacity of the chain gllex system and the udders of the substations influenced will.
Das gegenwärtig verwendete Scheibenrelais (vane 'relay)' weist ein Drehmoment K I I c . sin auf, wobei I ein örtlicher Strom ist, der im Inneren des Führerstandes durch eine 8 0V-50Hz-Spannung erzeugt wird, die in Phase mit der die Gleichkreise versorgenden 150 V-Spannung ist. I ist derThe currently used disk relay (vane 'relay)' has a torque KII c . sin, where I is a local current that is generated inside the driver's cab by an 80V-50Hz voltage that is in phase with the 150 V voltage supplying the DC circuits. I is the one
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Strom, der durch die Spannung (sogenannte Gleisspannung) erzeugt wird, die zum Gleis zurückkehrt. Diese Spannung eilt um etwa 90° in bezug auf die örtliche Spannung vor, wobei das maximale Drehmoment erreicht wird, das geeignet ist, das freie Relais des Gleiskreises zu erregen.Current generated by the voltage (called track voltage) that returns to the track. This tension advances by about 90 ° with respect to the local tension, achieving the maximum torque that is appropriate is to energize the free relay of the track circuit.
Das Verhältnis L/R ist für beide Wicklungen des Relais dasselbe. Für die Gleiskreise mit nur einer Strecke von isolierten Schienen wird bei den herkömmlichen Einrichtungen die Phasenverschiebung durch einen Kondensator, der hinter der Gegenplatte des Relais angeordnet ist, und in einem weitaus kleineren Maße durch das Gleis erzielt, bei dem es sich um eine elektrische Leitung mit verteilten elektrischen Elementen handelt.The L / R ratio is the same for both windings of the relay. For the track circles with only a distance of insulated rails is the phase shift in the conventional devices by a capacitor, the is arranged behind the counter plate of the relay, and achieved to a much smaller extent by the track, which is an electrical line with distributed electrical elements.
Bei automatischen Blockeinrichtungen (Gleiskreise, in denen beide Schienenstrecken isoliert sind) wird die Phasenverschiebung durch dieselben induktiven Verbindungen erhalten.In the case of automatic block devices (track circles in which both rail lines are isolated), the phase shift obtained by the same inductive connections.
Ein Nachteil des Scheibenrelais besteht in der Tatsache, daß das Drehmoment in einem Winkelbereich von 0° bis 180° auch von der Amplitude der Gleisspannung abhängt. Die Tatsache, daß in einem Winkelbereich von 180° bis 360° das Drehmoment negativ wird, stellt dagegen einen sicheren Vorteil dar, weil es bewirkt, daß die Scheibe auf elektrischem Wege nach unten zurückkehrt.A disadvantage of the disk relay is the fact that the torque is in an angular range from 0 ° to 180 ° also depends on the amplitude of the track voltage. The fact that in an angular range from 180 ° to 360 ° the torque becomes negative, on the other hand, represents a certain advantage because it causes the disc to be on electrical Ways back down.
Eine Störfrequenz f,, die in einem Bereich von 35 Hz bis 70 Hz liegt, und eine geeignete Amplitude an dem Gleiskreis bewirken daher Schläge bei einer Frequenz, die sich aus der Kombination der 50 Hz-Störfrequenz f, mit der Frequenz der mechanischen Resonanz der Scheibe ableitet. An interference frequency f ,, in a range from 35 Hz to 70 Hz, and a suitable amplitude on the track circle will therefore cause impacts at a frequency that is derived from the combination of the 50 Hz interference frequency f, with the frequency of the mechanical resonance of the disc.
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Das erfindungsgemäße statische Gleisrelais, das mit Wechselstrom gespeist wird/ weist die folgenden Eigenschaften und Vorteile auf:The static track relay according to the invention, which with AC power is supplied / has the following characteristics and advantages:
a) Im Vergleich zu dem Scheibenrelais besitzt das erfindungsgemäße Relais eine geringere Empfindlichkeit in bezug auf irgendeine Rauschfrequenz.a) Compared to the disk relay, the inventive Relays are less sensitive to any noise frequency.
b). Das "Phasenübertragungsband", d.h. die zeitliche Phasendifferenz der Gleisspannuhg (V ) in bezug auf die örtliche Spannung (V ), in der der reguläre Betrieb stattfindet/ weist einen Wert von in elektrischen Graden ausgedrückt 30° bis 35° oder einen höheren Wert auf/ wenn die Änderung, die die Ballastbedingungen auf den Winkel Ϋ ausüben, eine wahrnehmbare Änderung wird.b). The "phase transfer band", ie the temporal phase difference of the track voltage (V) in relation to the local voltage (V) in which regular operation takes place / has a value of 30 ° to 35 ° or a higher value expressed in electrical degrees / when the change that the ballast conditions put on the angle Ϋ becomes a noticeable change.
Diese Einengung des Phasenübertragungsbandes wird auch infolge der Tatsache notwendig, daß das durch Gleichstrom gespeiste Relais, das in der Einrichtung als Endteil vorhanden ist, nur infolge der Schwerkraft entregt wird und kein negatives Rückkehrdrehmoment aufweist.This narrowing of the phase transmission band is also necessary due to the fact that this is done by direct current powered relay, which is present in the device as an end part, is only de-energized as a result of gravity and has no negative return torque.
Dieses Relais besitzt noch einen weiteren Nachteil in bezug auf das Scheibenrelais.-Sein Entregungsverhältnis ist nämlich nicht größer als 0,6, wohingegen es bekannt ist, daß ein Gleiskreis für einen zufriedenstellenden Shunt ein Verhältnis .> 0,65 aufweist. Es ergibt sich daher, das im Folgenden angegebene charakteristische Merkmal .c) der Einrichtung:This relay has another disadvantage with respect to the disk relay, namely that its de-energization ratio is no greater than 0.6, whereas it is known that one circle of track for a satisfactory shunt has a ratio> 0.65. It follows, therefore, the following characteristic feature c) of the device:
c) Eine Abnahme der Hysteresis des Endteiles und eine Verbesserung des Shunts.c) A decrease in the hysteresis of the end part and a Improvement of the shunt.
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Um eine derartige Punktion der Einrichtung zu erreichen, werden zwei magnetische Schwellen verwendet, deren charakteristische Merkmale und Vorteile im Folgenden an einem nicht beschränkenden Beispiel und im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert wird.To achieve such a puncture of the facility, two magnetic thresholds are used, their characteristic features and advantages in the following on one non-limiting example and is explained in more detail in connection with the figures.
Fig. 1 zeigt den elektrischen Kreis eines erfindungsgemäßen statischen Relais/ dem Wechselstrom zugeführt wird;Fig. 1 shows the electrical circuit of an inventive static relay / which is supplied with alternating current;
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung dieFig. 2 shows a schematic representation of the
Betriebsanordnung der in dem Verdrahtungsschema der Fig. 1 verwendeten magnetischen Schwelle;Operating arrangement of the magnetic used in the wiring diagram of FIG Threshold;
Fig. 3 zeigt eine ausführliche Darstellung desFig. 3 shows a detailed representation of the
Verdrahtungsschemas des 20 kHz-Generators, der in dem in der Fig. 1 dargestellten statischen Relais verwendet wird;Wiring diagram of the 20 kHz generator, which is used in the static relay shown in Figure 1;
Fig. 4 zeigt eine ausführliche Darstellung der Anordnung des halbaktiven 50 kHz-Filters, das in dem in der Fig. 1 dargestellten statischen Relais verwendet wird;Fig. 4 shows a detailed representation of the arrangement of the semi-active 50 kHz filter which is used in the static relay shown in Figure 1;
Fig. 5 zeigt in schematischer Form die Steuersignale/ die an dem statischen Relais der Fig. 1 auftreten .Fig. 5 shows in schematic form the control signals / occurring on the static relay of FIG.
Als Einführung für die genaue Untersuchung des in der. Fig. 1 dargestellten statischen Relais wird zunächst die in der Fig. 2 dargestellte magnetische Schwelle allgemein erläutert.As an introduction to the detailed examination of the. Fig. 1 illustrated static relay is initially the magnetic threshold shown in Fig. 2 in general explained.
Bei der Betrachtung der Fig. 2 entsteht der Eindruck, daß in der magnetischen Schwelle 101 der Permanentmagnet 2 den Ausgangstransformator 3 sättigt, weil infolge des Vorhandenseins des Luftspaltes 5 der Fluß des Permanentmagneten 2 nicht durch den Kern 104 des Elektromagneten 4 gelangen kann.When looking at Fig. 2, the impression arises that In the magnetic threshold 101 the permanent magnet 2 the output transformer 3 saturates because as a result of the presence of the air gap 5, the flux of the permanent magnet 2 does not pass through the core 104 of the electromagnet 4 can.
Wenn durch den Elektromagneten 4 ein Strom in einer Richtung fließt, daß in bezug auf die Polarität des Permanentmagneten 2 eine umgekehrte magnetische Polarität entsteht, und wenn der Strom eine Intensität aufweist, daß ein Teil des magnetischen Flusses abgezweigt wird, wird der Ausgangstransformator 3 angesteuert, wodurch zwischen der Primärwicklung 103 und der Sekundärwicklung 203 ein kleiner Energiebetrag fließen kann.When a current flows through the electromagnet 4 in one direction that with respect to the polarity of the permanent magnet 2 a reversed magnetic polarity arises, and when the current has an intensity that part of the magnetic flux is branched off, the output transformer 3 is controlled, whereby between the primary winding 103 and the secondary winding 203 a small amount of energy can flow.
Wenn der Strom des Elektromagneten 4 ansteigt, steigt die an den Ausgang 203 des Transformators 3 übertragene Energie bis bei einem vorgegebenen Wert des Steuerstromes durch die Wicklung 204 des Elektromagneten 4 der Transformator 3 völlig entsättigt ist und alle bei der Eingangsfrequenz verfügbare Energie an den Ausgang 203 übertragen wird. Gewöhnlich handelt es sich bei der Eingangsfrequenz um 20 kHz,When the current of the electromagnet 4 increases, the energy transmitted to the output 203 of the transformer 3 increases until at a predetermined value of the control current through the winding 204 of the electromagnet 4 of the transformer 3 is completely desaturated and all at the input frequency available energy is transmitted to the output 203. Usually the input frequency is 20 kHz,
Bei Steuerströmen, die größer sind als ein weiterer Wert, beginnt der Elektromagnet 4 den Kern des Transformators 3 zu sättigen und es wird daher die an den Ausgang der Sekundärwicklung 203 übertragene Energie noch weiter vermindert. In the case of control currents that are greater than a further value, the electromagnet 4 starts the core of the transformer 3 to saturate and therefore the energy transferred to the output of the secondary winding 203 is reduced even further.
Die Neigung der charakteristischen Kurve der magnetischen Schwelle 101, d.h. der Kurve, die die durch den Transformator 3 übertragene Leistung als Funktion des Erregerstromes des Elektromagneten 4 ausdrückt, hängt im wesentlichen von der Intensität des Flusses des Permanentmagneten 2 und von der Breite des Luftspaltes 5 ab.The slope of the characteristic curve of the magnetic threshold 101, i.e. the curve produced by the transformer 3 expresses transmitted power as a function of the excitation current of the electromagnet 4, depends essentially on the intensity of the flux of the permanent magnet 2 and on the width of the air gap 5.
Im Hinblick auf die Zuverlässigkeit ihrer Wirkung weist die magnetische Schwelle 101 die folgenden Merkmale auf:In terms of the reliability of its action, the magnetic threshold 101 has the following features:
1. Die Änderung des Betriebsverhaltens des Permanentmagneten 2 in Verbindung mit einer Temperaturänderung ist klein und die Wahrscheinlichkeit/ daß der Permanentmagnet 2 entmagnetisiert wird, ist ausgeschlossen/ weil er jedes Mal neu erregt wird, wenn durch den Elektromagneten 4 der Strom fließt, der für den Betrieb der Einrichtung gefordert wird.1. The change in the operating behavior of the permanent magnet 2 in connection with a temperature change is small and the probability / that the permanent magnet 2 is demagnetized is excluded / because it is re-energized every time when the electromagnet 4 of the Current flows that is required for the operation of the facility.
2. Der Ausgangstransformator 3 weist zwei Ferrit-Kerne 303, 403 auf, die getrennt voneinander angeordnet sind. Die Primärwicklung ist in zwei Hälften 6 und 7 unterteilt, die in entgegengesetzten Richtungen, die eine um den Kern 303 und die andere um den Kern 403, gewickelt sind. Die Sekundärwicklung besteht in ähnlicher Weise aus zwei Hälften 8 und 9, die jeweils in entgegengesetzten Richtungen auf den Kern 303 und den Kern 403 gewickelt sind.2. The output transformer 3 has two ferrite cores 303, 403 which are arranged separately from one another. The primary winding is divided into two halves 6 and 7, one in opposite directions, one around the core 303 and the other around the core 403 are wound. The secondary winding similarly consists of two halves 8 and 9 wound on the core 303 and core 403 in opposite directions, respectively.
Wenn an der Primärwicklung 6, 7 Energie fehlt, erzeugt daher irgendeine Flußänderung durch den Transformator 3, die durch durch die Wicklung 204 des Elektromagneten 4 fliessende Wechselströme begünstigt wird, keine Ausgangssignale an der Sekundärwicklung 203.Therefore, if the primary winding 6, 7 lacks energy, any change in flux through the transformer 3 produces the is promoted by alternating currents flowing through the winding 204 of the electromagnet 4, no output signals on the secondary winding 203.
Wenn zur Energieübertragung eine ausreichend hohe Frequenz, wie beispielsweise eine Frequenz von 20 kHz, angenommen wird, weist die magnetische Schwelle 101 einen ziemlich verminderten Umfang auf.If a sufficiently high frequency, such as a frequency of 20 kHz, is assumed for energy transmission becomes, the magnetic threshold 101 has a rather reduced size.
Wiederholend wird ausgeführt, daß eine magnetische Schwelle die beiden folgenden charakteristischen Hauptmerkmale aufweist: It is repeatedly stated that a magnetic threshold has the following two main characteristic features:
1. Wenn ein Signal an der Sekundärwicklung 203 des Aus-1. When a signal is applied to the secondary winding 203 of the output
gangstransformators 3 anliegt/ liegen gleichzeitig ein Signal an der Primärwicklung 103 und ein Signal an dem Steuerelektromagneten 4 an. Die Schwelle wirkt daher wie ein logischer Kreis eines magnetischen UND-Gatters.output transformer 3 is applied / are at the same time a signal on the primary winding 103 and a signal on the Control solenoid 4 on. The threshold therefore acts like a logical circuit of a magnetic AND gate.
2. Die übertragung von Energie an den Ausgang 203 setzt nur bei einem vorgegebenen, wohl definierten und zuverlässigen Wert, der sich von null unterscheidet, des Steuerstromes durch den Elektromagneten 4, genauer gesagt durch seine Erregerwicklung 204, ein. Die Neigung der charakteristischen Kurve ist, abgesehen von leichten Abweichungen infolge der Temperatur, eindeutig bestimmt.2. The transfer of energy to output 203 continues only with a given, well-defined and reliable value that differs from zero, des Control current through the electromagnet 4, more precisely through its excitation winding 204, a. The slope of the characteristic curve is clearly determined, apart from slight deviations due to the temperature.
Nach der Beschreibung der magnetischen Schwelle 101 wird nun das mit Wechselstrom gespeiste erfindungsgemäße statische Relais im Zusammenhang mit dem in der Fig. 1 dargestellten elektrischen Kreis beschrieben.After the description of the magnetic threshold 101 becomes now the static relay according to the invention fed with alternating current in connection with that shown in FIG electrical circuit described.
Von dem Gleiskreis 10 wird die Gleisspannung V an die Primärwicklung des Empfangstransformators 11 angelegt,, dessen Sekundärwicklung über den Gleichrichter 12 die magnetische Schwelle 101 speist.From the track circuit 10, the track voltage V is applied to the primary winding of the receiving transformer 11, the secondary winding of which feeds the magnetic threshold 101 via the rectifier 12.
Die magnetische Schwelle 101 bestimmt zusammen mit dem Endrelais 13 den Erregungs- und Entregungspegel dieses Relais und ermöglicht die Vergrößerung des Entregungsverhältnisses des Relais.The magnetic threshold 101 determines together with the End relay 13 controls the excitation and de-excitation level of this relay and enables the de-excitation ratio to be increased of the relay.
Wenn die von einem Gleichstrom gespeisten Relais aufgenommene Energiemenge und der Zustand der höchsten übertragung von dem Generator zur Last bekannt sind, werden die optimalen Werte für den Widerstand R1, der benötigt wird, um das Kurzschließen des 20 kHz-Generators 14 zu vermeiden, und für das Windungsverhältnis im Ausgangstransformator 3 bestimmt.When the amount of energy consumed by a relay powered by direct current and the state of the highest transmission from the generator to the load are known, the optimal values for the resistor R1 that are required to avoid short-circuiting the 20 kHz generator 14 and for the turns ratio in the output transformer 3 determined.
Auf diese Weise ist es möglich, die Größe des Permanentmagnets 2 so zu bemessen, daß er durch eine Leistung am Elektromagneten 4 neutralisiert werden kann, die in den schlechtesten Lastzuständen nicht größer als ein halbes Watt ist.In this way it is possible to dimension the size of the permanent magnet 2 so that it is by a power can be neutralized at the electromagnet 4, which in the worst load conditions is not greater than half a watt is.
Der 20 kHz-Generator 14 ist in der Fig. 3 ausführlich dargestellt. The 20 kHz generator 14 is shown in detail in FIG.
Wie aus dieser Fig. 3 ersichtlich ist, besteht der Generator 14 aus zwei in Reihe geschalteten Teilen 114 und 214.As can be seen from this FIG. 3, there is the generator 14 from two parts 114 and 214 connected in series.
Der Teil -114 arbeitet beim Signalpegel und wird nur dann gespeist, wenn die Gleisspannung eine Frequenz und eine Phase aufweist, die in den gewünschten Werten liegen. Dies stellt das Grundprinzip der Einrichtung dar.The -114 part works at the signal level and will only then fed when the track voltage has a frequency and a phase that are in the desired values. This is the basic principle of the facility.
Der Teil 214 des Generators wird durch einen selektiven 20 kHz-Verstärker, der keine Eigenschwingungen aufweist, weil er nur am Kollektor abgestimmt wird, und vier Transistoren 16, 17 und 18, 19 gebildet, die nur den geforderten Strom liefern.The part 214 of the generator is selective by a 20 kHz amplifier, which has no natural oscillations because it is only tuned at the collector, and four transistors 16, 17 and 18, 19 are formed, which only deliver the required current.
Das 20 kHz-Filter, das mit 20 bezeichnet ist, wird zur Steuerung der in dem Teil 114.erzeugten Frequenz benötigt, Tatsächlich würde die Spannung an der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators 3 der magnetischen Schwelle 101 ansteigen, wenn infolge einer Störung die erzeugte Frequenz ansteigen würde, was im Hinblick auf eine sichere Arbeitsweise schlechte Auswirkungen haben würde.The 20 kHz filter, which is labeled 20, is required to control the frequency generated in part 114, Indeed, the voltage across the secondary winding of the output transformer 3 would become the magnetic threshold 101 increase if the generated frequency would increase as a result of a disturbance, which with regard to safe working practices would have bad effects.
Gleichzeitig wird die Gleisspannung V über einen Abwärtstransformator 22, der an seiner Primärwicklung eine Kapazität 23 aufweist, die als Phasenregulator wirkt,weil durch sie die Gleisspannung V in bezug auf die Örtliche Spannung VT voreilt,an das durch das Bezugszeichen 21At the same time, the track voltage V is via a step-down transformer 22, which has a capacitance 23 on its primary winding, which acts as a phase regulator because it leads the track voltage V with respect to the local voltage V T to the point indicated by reference numeral 21
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bezeichnete halbaktive 50 Hz-Filter angelegt.designated semi-active 50 Hz filter applied.
Der Optokoppler 24 weist eine Photodiode 124 auf, die von dem Ausgang des Transformators 22 gespeist wird. Das Licht der Photodiode 124 erregt einen photoelektrischen Transistor 224, der einen Wechselstrom einer konstanten Amplitude und einer Frequenz, die gleich der Frequenz des Eingangswechselstromes ist, liefert.The optocoupler 24 has a photodiode 124, the is fed from the output of the transformer 22. The light from the photodiode 124 excites a photoelectric Transistor 224 which supplies an alternating current of constant amplitude and frequency equal to the frequency of the input alternating current supplies.
Bei einem solchen Koppler reicht eine Zelle L, C /25, 26; Fig. 4) aus, um eine wirksame Filterung zu erreichen, wobei die Spule eine hohe Güteziffer Q = 15 7 20 haben muß. Ein aus zwei Zellen, von denen die eine in Reihe und die andere parallelgeschaltet ist, bestehendes Filter würde, obwohl es den Vorteil einer höheren Selektivität und einer besseren Wellenform bieten würde, einen kleineren Sicherheitsgrad infolge der Tatsache bewirken, daß irgendeine mögliche Abnahme einer der Kapazitäten den Betrieb der Einrichtung nicht verhindern würde und ein doppelt abgestimmtes Filter mit einer unkontrollierten Aufweitung der Bandbreite des Filters als Ganzes erzeugen würde, weil es nicht einen beträchtlichen Betrag aktiver Energie liefern muß.With such a coupler, one cell L, C / 25, 26 is sufficient; 4) in order to achieve effective filtering, the coils having a high figure of merit Q = 15 7 20 got to. A filter consisting of two cells, one in series and the other in parallel would, although it would have the advantage of higher selectivity and better waveform, a smaller one Degree of security due to the fact that any possible decrease in one of the capacities the operation of the device would not prevent and a double-tuned filter with an uncontrolled one Widening the bandwidth of the filter as a whole would produce it because it is not a significant amount of active Must supply energy.
Die Ausgangsspannung des mit 21 bezeichneten 50 Hz-Filters ist in bezug auf die Eingangsspannung voreilend und steuert einen als Schalter wirkenden Transistor 27. Auf diese Weise werden in Übereinstimmung mit den positiven und nega-The output voltage of the 50 Hz filter labeled 21 is leading with respect to the input voltage and controls a transistor 27 acting as a switch. In this way, in accordance with the positive and negative
tiven Stirnseiten bzw. Planken der an den Anschlüssen des Widerstands 28 bestehenden Rechtecktwelle eine Reihe von sehr kurz dauernden Impulsen an dem Ausgangstransformator 29 der magnetischen Schwelle 30 des Phasenkomparators erzeugt/ der die Aufgabe hat, die Phasenbeziehung zwischen der Gleisspannung V und der örtlichen Spannung V zu prüfen.tive end faces or planks of the existing at the terminals of the resistor 28 rectangular wave a number of very short pulses at the output transformer 29 of the magnetic threshold 30 of the phase comparator generates / has the task of establishing the phase relationship between the track voltage V and the local voltage V to check.
Als Ergebnis werden beim Null-Pegel der Gleisspannung V Impulse erzeugt und diese Impulse, die durch den Transistor 131 verstärkt werden, werden zur Speisung des ersten Teiles 114 des 20 kHz-Generators 14 übertragen. Dies erfolgt jedoch unter der Bedingung, daß sie beispielsweise nicht vor 5 Millisekunden und nicht nach 7 Millisekunden vom Beginn der negativen Halbwelle der örtlichen Spannung V3. erzeugt werden.As a result, at the zero level of the track voltage V, pulses are generated and these pulses, which are amplified by the transistor 131, are transmitted to feed the first part 114 of the 20 kHz generator 14. However, this takes place under the condition that it does not occur, for example, before 5 milliseconds and not after 7 milliseconds from the beginning of the negative half-cycle of the local voltage V 3 . be generated.
Infolge der Impulsverstärkung sind nur die positiven Impulse von Bedeutung. Es wird daher eine bestimmte Beschränkung der Phase beider Spannungen bewirkt und es entsteht bei den obigen Daten eine Zeitverzögerung von 2 Millisekunden entsprechend einem "Phasenübertragungsband" von etwa 36°.Due to the impulse amplification, only the positive impulses are important. There is therefore a certain limitation the phase of both voltages and there is a time delay of 2 milliseconds in the above data corresponding to a "phase transfer band" of about 36 °.
Aus diesem Grunde wird das Endrelais 13 nur dann erregt, wenn die Gleisspannung V in bezug auf die örtliche Spannung VL um einen Winkel voreilt, der beispielsweise in einem Bereich zwischen 100° und 64° oder zwischen 90° und 54° oder irgendwie zwischen anderen Intervallen derselben Länge liegt, was von dem besonderen Zeitpunkt abhängt, an dem der Zeitverlust hervorgerufen wird, was bedeutet, daß die Schwelle freigegeben bzw. ausgelöst wird.For this reason, the end relay 13 is only excited when the track voltage V leads with respect to the local voltage V L by an angle, for example in a range between 100 ° and 64 ° or between 90 ° and 54 ° or somehow between others Intervals of the same length, which depends on the particular point in time at which the loss of time is caused, which means that the threshold is released or triggered.
Der Steuerkreis 31 des Elektromagneten 32 zum Antrieb der magnetischen Schwelle 30 wird nun untersucht. In diesem Kreis kann der Teil/ der zum Triggern des Silicium-gesteuerten Gleichrichters(SCR) 33 dient, nur einen positiven Impuls zu dem Inneren der negativen Halbwelle der örtlichen Spannung V liefern.The control circuit 31 of the electromagnet 32 for driving the magnetic threshold 30 is now examined. In this Circuit the part / which is used to trigger the silicon-controlled rectifier (SCR) 33 can only have a positive one Deliver impulse to the inside of the negative half-wave of the local voltage V.
Tatsächlich ist der Transistor 34 während der positiven Halbwelle gesättigt und die Spannung V , an den Anschlüssen des örtlichen Kondensators Cl weist einen Null-Pegel auf, wohingegen während der negativen Halbwelle der Transistor 34 gesperrt ist und der örtliche Kondensator Cl über die Widerstände 35 und 36 geladen werden kann.In fact, the transistor 34 is saturated during the positive half cycle and the voltage V i is at the terminals the local capacitor Cl has a zero level, whereas the transistor during the negative half cycle 34 is blocked and the local capacitor Cl via the resistors 35 and 36 can be charged.
Wenn die Spannung V_, an den Anschlüssen des örtlichen Kondensators Cl gleich der Summe der Spannung Vn der Zehnerdiode 37 und der Basisemxtterspannung V, des Transistors 38 ist, gelangt dieser Transistor in die Sättigung und erzeugt einen positiven Impuls an der Sekundärwicklung 139 des Transformators 39 zum Einschalten des Siliziumgesteuerten Gleichrichters 33. Dieser Gleichrichter gelangt daher in seinen leitenden Zustand, so daß ein Gleichstrom über den Lastwiderstand 40 fließt. Der zuvor geladene Schwellwertkondensator 41 kann nun über die Wicklung t32 der Schwelle 32 und über den Gleichrichter 33 entladen werden, während er in der entgegengesetzten Richtung infolge des L-C-Kreises und der Trennung der Basis des gesteuerten Gleichrichters 33 von Masse geladen werden kann.When the voltage V_, at the terminals of the local capacitor Cl is equal to the sum of the voltage V n of the Zener diode 37 and the base extter voltage V, of the transistor 38, this transistor saturates and generates a positive pulse on the secondary winding 139 of the transformer 39 for switching on the silicon-controlled rectifier 33. This rectifier therefore enters its conductive state, so that a direct current flows through the load resistor 40. The previously charged threshold capacitor 41 can now be discharged via the winding t32 of the threshold 32 and via the rectifier 33, while it can be charged in the opposite direction as a result of the LC circuit and the separation of the base of the controlled rectifier 33 from ground.
Der Schwellwertstrom I neigt nun in die Richtung zu fliessen, die entgegengesetzt zur vorangehenden Richtung und zu dem in einer Richtung fließenden Strom der Last 40 ist. Wenn diese beiden Ströme ausgeglichen sind, wirdThe threshold current I now tends to flow in the opposite direction to the previous direction and to the current of the load 40 flowing in one direction. When these two currents are balanced, will
der Silizium-gesteuerte Gleichrichter 33 ausgeschaltet und die Schwellwertkapazität 41 wird über den Lastwiderstand 40 nach dem Exponential-Gesetz geladen.the silicon-controlled rectifier 33 is switched off and the threshold capacitance 41 is via the load resistance 40 loaded according to the exponential law.
Typischerweise beträgt der positive Halbzyklus des Schwellwertstromes I etwa 2 Millisekunden, sTypically the positive half cycle of the threshold current is I about 2 milliseconds, s
Soweit die Sicherheit betroffen ist, wird angenommen, daß ein sicherer Betrieb nur für den Kreis zum Ausschalten des gesteuerten Gleichrichters 33 und nicht für den Triggerkreis gefordert wird.As far as security is concerned, it is believed that safe operation only for the circuit for turning off the controlled rectifier 33 and not for the trigger circuit is required.
Tatsächlich reicht es aus, daß die durch die halbe Schwingung der Einheit L-C (132, 41), die parallel zu dem Silizium-gesteuerten Gleichrichter 33 geschaltet ist, bewirkte Zeitverzögerung nicht länger wird und es ist bekannt, daß die Blindelemente nur abnehmen können.In fact, it is sufficient that the half oscillation of the unit L-C (132, 41), which is parallel to connected to the silicon-controlled rectifier 33, the time delay caused is no longer and it is known that the dummy elements can only decrease.
Die andauernde Speisung des Silizium-gesteuerten Gleichrichters 33 kann nicht auf jeden Fall auf die Schwelle einwirken, die durch einen Strom in der umgekehrten Richtung freigegeben bzw. ausgelöst wird. Wenn infolge des Zusammenbruches irgendeiner Komponente des Gleichrichters 33 die gesamte Wechselspannung des Netzwerkes durch die Einheit R9-L-C (40, 132, 41) fliessen würde, würde der fliessende Strom infolge des Widerstandes 40 und der Impedanz der Einheit LC völlig unzureichend sein, um die SchwelleThe continuous supply of the silicon-controlled rectifier 33 cannot in any case have an effect on the threshold which is released or triggered by a current in the opposite direction. If, as a result of the breakdown of any component of the rectifier 33, the entire AC voltage of the network were to flow through the unit R 9 -LC (40, 132, 41), the flowing current would be completely insufficient due to the resistor 40 and the impedance of the unit LC the threshold
auszulösen. Die Störung der anderen Komponenten der Einrichtung kann leicht erfasst werden. Die Zunahme oder Abnahme der örtlichen Spannung verursacht sehr kleine Effekte, weil die Dauer der Halb-Schwingung nicht von dieser Spannung abhängig ist.trigger. The malfunction of the other components of the facility can easily be detected. The increase or The decrease in local tension causes very small effects, because the duration of the half-oscillation is not dependent on this Voltage is dependent.
Der Wert dieser Spannung wird jedoch so ausgewählt, daß ausreichend steile Impulse I erzeugt werden, wob« die Schwelle sofort und völlig ausgelöst wird.The value of this voltage is selected, however, so that sufficiently steep pulses I are generated, where « the threshold is triggered immediately and completely.
Wenn ein Transformator verwendet werden soll, um die ganze Einheit zur Erzeugung der örtlichen Vergleicher-Impulse zu ersetzen, wäre sein Betriebsverhalten während der positiven Halbwelle des Wechselstromes infolge der Triggercharakteristik der nicht steilen Schwelle bestimmt von einer schlechteren Qualität und könnte auch weitaus mehr durch die Amplitude der örtlichen Spannung V1 beeinflußt werden.If a transformer is to be used to replace the entire unit for generating the local comparator pulses, its operating behavior during the positive half-wave of the alternating current would be of poor quality due to the trigger characteristic of the not steep threshold and could also be much more due to the amplitude the local voltage V 1 can be influenced.
Was den Kreis zum Triggern des Silizium-gesteuerten Gleichrichters 33 anbelangt, wird die Änderung der Sperrspan-' nung der Zehnerdioden 37, 42 oder ein Wechsel der Zeitkonstanten R-C (40, 41) zum alleinigen Ergebnis haben, daß der besondere Zeitpunkt, zu dem der Silizium-gesteuerte Gleichrichter 33 eingeschaltet wird, verschoben wird. Wie dies bereits ausgeführt wurde, ist dies für die Sicherheit nicht nachteilig, weil bei einem Gleichstrom gespeisten Relais die Tatsache der Erzeugung der Phasen-Zeitverzögerung von etwa 5 Millisekunden (1/4 einer Periode) vom Beginn der negativen Spannung der örtlichen Spannung V-, , als nur willkürlich .betrachtet v/erden kann.As for the circuit to trigger the silicon-controlled rectifier 33 is concerned, the change in the reverse voltage of the Zener diodes 37, 42 or a change in the time constants R-C (40, 41) have the sole result that the particular point in time at which the silicon-controlled Rectifier 33 is turned on, is shifted. As stated earlier, this is for security not disadvantageous, because with a relay fed by direct current the fact of the generation of the phase-time delay of about 5 milliseconds (1/4 of a period) from the beginning of the negative voltage of the local voltage V-,, can be considered only arbitrarily.
Um die Sicherheit des Systems zu vergrößern, kann ein Kondensator C (43) mit vier Anschlüssen an der 24V-Gleichstromversorgungsquelle vorgesehen werden, so daß die Welligkeit auf keine Weise die Speisung (möglicherweise eine negative Speisung)' des Generators, infolge eines Kurzschlusses des Transistors 131 (Q3) unterstützen kann.To increase the security of the system, a capacitor C (43) with four connections can be connected to the 24 V DC power supply provided so that the ripple in no way interferes with the feed (possibly a negative supply) 'of the generator, as a result of a short circuit of the transistor 131 (Q3) can.
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Die Folge der Schwellwertsignale ist aus dem in der Fig. dargestellten Diagramm ersichtlich.The sequence of the threshold value signals can be seen from the diagram shown in the figure.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beispielhaft beschriebene Ausführungsform beschränkt. Sie kann in einem weiten Rahmen in Abhängigkeit von den zahlreichen Anforderungen jedes einzelnen Falles abgeändert und modifiziert werden.The present invention is not restricted to the embodiment described by way of example. It can be in one broadly modified and modified depending on the numerous requirements of each individual case will.
Die Erfindung betrifft ein statisches Gleisrelais (1)/ das mit Wechselstrom gespeist wird, um ein elektromechanisches Endrelais (13) anzutreiben, das durch einen gesteuerten 20 kHz-Generator (14) betrieben wird.The invention relates to a static track relay (1) / which is fed with alternating current to an electromechanical To drive end relay (13), which is operated by a controlled 20 kHz generator (14).
Das statische Relais besteht aus einer Einrichtung in der Form eines Kreises zur Steuerung des Ausgangssignales des Generators für das elektro-mechanische RelaisThe static relay consists of a device in the form of a circle for controlling the output signal of the generator for the electro-mechanical relay
(13) als Funktion des Gleissignales und seiner Spannung, seiner Frequenz und seiner Phasenwechselbeziehungen mit dem örtlichen Bezugssignal.(13) as a function of the track signal and its voltage, its frequency and its phase interrelationships the local reference signal.
Die Einrichtung besteht hauptsächlich aus einem Phasenkomparator (31) für die gesteuerte Speisung des GeneratorsThe device mainly consists of a phase comparator (31) for the controlled supply of the generator
(14) gemäß der Hauptbedingung, daß irgendeine Abweichung der Frequenz und Phase des Gleissignales von dem örtlichen Bezugssignal in vorgegebenen Werten liegt.(14) according to the main condition that any deviation of the frequency and phase of the track signal from the local Reference signal lies in specified values.
Der Phasenkomparator (13) steuert den 20 kHz-Generator (14) über eine erste magnetische Schwelle oder ein magnetisches UND-Gatter (30) in Abhängigkeit von dem Gleissignal, das über ein halb-aktives 50 Hz-Filter (21) geliefert wird, das einen Ausgangswechselstrom einer konstanten Amplitude und/oder einer Frequenz liefert, die gleich dem Gleissignal ist.The phase comparator (13) controls the 20 kHz generator (14) via a first magnetic threshold or a magnetic one AND gate (30) as a function of the track signal, which is supplied via a semi-active 50 Hz filter (21) which supplies an output alternating current of a constant amplitude and / or a frequency which is the same the track signal is.
Der Ausgang des 20 kHz-Generators (14) zum elektromechanischen Endrelais (13) hängt von einer zweiten magnetischen UND-Schwelle (101) ab, die im Zusammenhang mit dem Endrelais selbst den Erregungspegel und den Entregungspegel dieses Relais und daher die korrelative, entsprechende Zunahme des Entregungsverhältnisses bestimmt. The output of the 20 kHz generator (14) to the electromechanical end relay (13) depends on a second magnetic AND threshold (101), in connection with the end relay itself, the excitation level and the de-excitation level this relay and therefore the correlative, corresponding increase in the de-excitation ratio is determined.
Der Phasenkomparator (31) , der dem korrelativen halbaktiven Filter (21) für das Gleissignal wirksam zugeordnet ist, vermindert die Empfindlichkeit des statischen Relais (1) in bezug auf irgendeine Rauschfrequenz bis zu einem Pegel herab, der unterhalb dem Pegel nur des Scheibenrelais liegt. Dies wird durch die Tatsache bewerkstelligt, daß der Betriebsbereich des statischen Relais (1) in ein Band gelegt wird, das nicht breiter als 10Hz ist. Genauer gesagt wird der Betriebsbereich in das Band von 50 Hz + 5 Hz gelegt.The phase comparator (31), which is effectively assigned to the correlative semi-active filter (21) for the track signal is, reduces the sensitivity of the static relay (1) to any noise frequency down to a level which is below the level of only the disk relay. This is borne out by the fact brings about that the operating range of the static relay (1) is placed in a band that is not wider than 10Hz. More specifically, the operating range is set in the 50 Hz + 5 Hz band.
Das "Phasenübertragungsband" der Spannung (V ) in bezug auf die Spannung (V-), in dem der reguläre Betrieb des Relais erfolgt, besitzt einen Wert von 30"bis 35°, oder einen höheren Wert, was von den Änderungen des Phasenwinkels in bezug auf die Ballastbedingungen abhängt.The "phase transfer band" of voltage (V) with respect to voltage (V-) in which the regular operation of the Relay takes place, has a value from 30 "to 35 °, or a higher value, depending on the changes in the phase angle in relation to the ballast conditions.
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