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Schaltungsanordnung zum selbsttätigen Schließen einer
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unterbrochenen Fernspeiseschleife Die Erfindung bezieht sich auf eine
Schaltungsanordnung zum selbsttätigen Schließen einer unterbrochenen Fernspeiseschleife
vor einer Unterbrechungsstelle, für Fernspeiseeinrichtungen, die elektrische Verbraucher
mittels Gleichstrom-Reihenspeisung speisen, wobei in einem Querzweig eine einen
steuerbaren Schalter, einen Widerstand und eine Drossel enthaltende Serienschaltung
angeordnet ist und der Schalter mittels einer Steuereinrichtung durch den im weiterführenden
Teil eines der Fernspeisepfade fließenden Strom derart steuerbar ist, daß der Schalter
bei Strömen oberhalb eines vorgegebenen Bruchteils vom Nennwert des Fernspeisestromes
geöffnet und bei Strömen unter einem vorgegebenen Bruchteil vom Nennwert des Fernspeisestromes
geschlossen ist.
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Eine derartige Schaltungsanordnung bzw. ein derartiger sogenannter
Schaltzusatz ist bereits aus der Siemens-Zeitschrift 45 (1971), Beiheft "Nachrichten-übertragungstechnik",
Seite 102 bekannt. Bei dem bekannten Schaltzusatz wird der Querzweig mit Hilfe eines
Relais geschaltet.
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Der Schaltzusatz sorgt dafür, daß im Falle einer Streckenunterbrechung
der fehlerfreie Teil der Strecke in Betrieb bleiben kann. Dabei wird die Fernspeiseschleife
so geschlossen, daß keine gefährlichen Dauerspannungen vor der Unterbrechungsstelle
entstehen. Bei intakter Strecke ist die Schaltungsanordnung in der Lage, ungewollte
Querverbindungen über den Querzweig, die durch Beeinflussungsspannungen oder -ströme
entstehen können, automatisch aufzuheben.
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Bei der Herstellung der Querverbindung werden über einen
Querwiderstand
Punkte der Strecke miteinander verbunden, die im Normalbetrieb z.B. Spannungen bis
zu etwa 1200 V gegeneinander führen. Dies verursacht einen Entladestrom der Kabelkapazitäten,
der bis über 10 A ansteigen und einige 100 Microsekunden anstehen kann. Damit der
Strom erst nach Beendigung des Schließvorgangs der Relaiskontakte ansteigt, ist
eine relativ große Vorschaltdrossel erforderlich.
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Weiterhin ist aus der DE-AS 24 22 729 eine'Schaltungsanordnung für
stromgeregelte Fernspeisegeräte der Nachrichtentechnik bekannt, die zum Zuschalten
eines zusätzlichen Lastwiderstandes bei Störungen im Fernspeisestromkreis und zum
selbsttätigen Abschalten des zusätzlichen Lastwiderstandes nach Behebung der Störungen
dient. Das Zuschalten des zusätzlichen Lastwiderstandes erfolgt über einen ersten
Thyristor, das Abschalten des zusätzlichen Lastwiderstandes durch einen Ladewiderstand,
einen Kondensator und einen zweiten Thyristor, der nach seiner Zündung den ersten
Thyristor wieder sperrt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs
genannten Art derart auszubilden, daß sie im Querzweig mit einer gegenüber vergleichbaren
bekannten Schaltungsanordnungen kleineren Vorschaltdrossel auskommt, im Hinblick
auf eine größere Zahl möglicher Fernspeisefelder einen niedrigen Querstrom aufweist
und in einem möglchst großen Spannungsbereich sicher arbeitet.
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Gemäß der Erfindung wird die Schaltungsanordnung zur Lösung dieser
Aufgabe derart ausgebildet, daß bei Verwendung eines ersten Thyristors als Schalter
in Verbindung mit einer einen Kondensator und einen zweiten Thyristor enthaltenden
Löschschagttung zur Löschung des ersten Thyristors der erste Thyristor an eine erste
und der zweite Thyristor an eine zweite Steuerschaltung angeschlossen sind, und
daß die Steuerschaltungen jeweils eine zwischen
Steuerelektrode
und Kathode des betreffenden Thyristors liegende Serienschaltung aus einem Kondensator
und einem nichtlinearen Zweipol nach Art einer Vierschichtdiode enthalten und daß
der Ladestromkreis des Kondensators der ersten Steuerschaltung an den Querzweig
und der Ladestromkreis des Kondensators der zweiten Steuerschaltung an den dem Querzweig
abgewandten Anschluß eines ersten Längswiderstandes geführt ist, der im ankommenden
Teil des mit den Kathoden der Thyristoren verbundenen Fernspeisestrompfades liegt
und daß die Kondensatoren jeweils mit einem durch die Steuereinrichtung steuerbaren
Entladestromkreis versehen sind.
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Da der Stoßstrom, den ein Thyristor aushält, wesentlich größer ist
als derjenige der in Frage kommenden Relais und die Drossel bei einer derartigen
Schaltungsanordnung nur zur Begrenzung des Stromanstieges benötigt wird, kommt man
in vorteilhafter Weise mit einer besonders kleinen Drossel aus Außerdem beträgt
die Baugröße der Thyristoren nur einen Bruchteil der des Relais, so daß sich eine
erhebliche Volumenersparnis ergibt. Ferner haben Relais aie Eigenschaft, daß die
Anzug- und Abfallwerte innerhalb eines bestimmten Streubereiches ein festes Verhältnis
zueinander haben. Da die hiermit verbundene Einengung des Dimensionierungsspielr.aumes
bei der Thyristorschaltung entfällt, läßt sich der Schaltzusatz in besonderem Maße
optimieren.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Fernspeisekreis mit einem Schaltzusatz,
der im Querzweig als Schalter einen Thyristor enthält und
Fig. 2
ein Ausführungsbeispiel für die nach Fig. 1 vorgesehenen Zweipole nach Art einer
Vierschichtdiode.
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Bei dem in Fig. 1 gezeigten Fernspeisekreis werden mit Hilfe der Konstantstromquelle
31 einer Speisestelle über den Fernspeisekreis 34 mehrere Zwischenstellen 32, 33
usw. einer Nachrichtenübertragungsstrecke ferngespeist.
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Von den ün gleicher Weise ausgebildeten Zwischenverstärkerstellen,
die mit Hilfe der Einrichtung zur Gleichstrom-Reihenspeisung gespeist werden, ist
die Zwischenverstärkerstelle 32 näher dargestellt.
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In der einen Ader bzw. im einen Fernspeisestrompfad 342 liegt der
Versorgungsspannungseingang des Regenerators 21, in der anderen Ader bzw. im anderen
Fernspeisestrompfad 341 des Fernspeisekreises 34 der Versorgungsspannungseingang
des Regenerators 20.
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Auf der der Speisestelle abgewandten Seite der Verstärkerstelle 32,
d.h. im weiterführenden Teil der Fernspeiseschleife ist in die Ader 342 der Meßwiderstand
15 eingefügt. Zwischen den Speiseeingängen der Zwischenverstärker bzw. Regeneratoren
20 und 21 und dem Meßwiderstand 15 ist zwischen den beiden Adern 341 und 342 ein
Querzweig vorgesehen, der die Speiseeingänge der Regeneratoren 20 und 21 miteinander
verbindet und aus der Serienschaltung des Widerstandes 4, der Drossel 5, des Schutzwiderstandes
18 und der Anoden-Kathoden-Strecke des Thyristors 1 besteht.
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Die Steuerelektrode des Thyristors 1 ist über die Vierschichtdiode
6 und den dazu in Serie liegenden Kondensator 8 an die Kathode des Thyristors 1
geführt. Parallel zum Kondensator 8 liegt die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors
12, der mit seiner Basis an den dem Querzweig abgewandten Ende des Widerstandes
15 angeschlossen
ist, so daß der Meßwiderstand 15 zwischen Basis
und Emitter des Transistors 12 liegt. Außerdem ist der Verbindungspunkt des Kondensators
8 mit dem Kollektor des Transistors 12 über den Ladewiderstand 10 an den Verbindungspunkt
zwischen der Drossel 5 und dem Schutzwiderstand 18 angeschlossen.
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Der Thyristor 2, der mit seiner Kathode an der Kathode des Thyristors
1 liegt und mit seiner Anode über den Kondensator 3 an den Verbindungspunkt von
Drossel 5 und Schutzwiderstand 18 sowie üSer den Widerstand 19 an den der Konstantstromquelle
31 zugewandten Anschluß des Stromversorgungseinganges des Regenerators 20 geführt
ist, dient zur Löschung des Thyristors 1, Die Steuerelektrode des Thyristors 2 ist
über den Kondensator 9 und die dazu in Serie liegende Vierschichtdiode 7 an die
Kathode des Thyristors 2 geführt. Die Steuerelektrode des Thyristors 2 ist außerdem
über die in Sperrichtung gepolte Diode 14 und die dazu in Serie liegende Emitter-Kollektorstrecke
des Transistors 13 an den der Steuerelektrode abgewandten Anschluß des Kondensators
9 geführt, wobei der Verbindungspunkt der Diode 14 mit dem Emitter des Transistors
13 mit der Kathode des Thyristors 2 verbunden ist.
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Die Basis des Transistors 13 ist einerseits über den Widerstand 17
mit der Basis des Transistors 12 verbunden, andererseits über den Widerstand 16
an denjenigen Anschluß des Versorgungsspannungseinganges des Regenerators 21 verbunden,
der der Stromquelle 31 zugewandt ist.
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Dieser Anschluß des Stromversorgungseinganges des Regenerators 21
ist außerdem über den Widerstand 11 an den Verbindungspunkt von Vierschichtdiode
7, Kondensator 9 und Kollektor des Transistors 13 gefllhrt
Der
gezündete Thyristor 1 stellt über die Widerstände 4 und 18 und über die Drosselspule
5 die Querverbindung zwischen den Leitern 341 und 342 her. Im Normalbetrieb ist
der Thyristor 1 nicht stromführend. Der Fernspeisenennstrom 1F fließt über die Leiter
341 und 342 sowie über den Widerstand 15. Dabei ist der Transistor 12 durchgesteuert.
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Sobald der Fernspeisestrom 1F durch eine Störung auf der Strecke auf
einen bestimmten Wert absinkt, sperrt der Transistor 12. Die zwischen den Fernspeisestrompfaden
341 und 342 liegende Fernspeisespannung lädt über den Widerstand 4 die Drossel 5
und den hochohmigen Widerstand 10 den Kondensator 8 auf. Bei einer bestimmten Kondensatorspannung
bricht die Vierschichtdiode 6 durch. Der Kondensator 8 entlädt sich über die Gitter-Kathodenstrecke
des Thyristors 1. Dieser wird leitend, die Querverbindung ist hergestellt. Die Ladespannung
für den Kondensator 8, die an der Serienschaltung von Anoden-Kathodenstrecke des
Thyristors 1 und Schutzwiderstand 18 anliegt, sinkt auf so kleine Werte ab, daß
sie nicht mehr ausreicht, den Thyristor 1 erneut zu zünden.
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Der Thyristor 2 dient zum Löschen des Thyristors 1. Der Kondensator
3 lädt sich bei leitendem Thyristor 1 auf seiten des Thyristors 2 über den Widerstand
19 auf. Um an der Baugröße des Kondensators 3 zu sparen, wird als Ladespannung außer
der Spannung des Querzweiges auch zusätzlich die Spannung am Stromversorgungseingang
des Regenerators 20 verwendet. Wenn der Thyristor 2 zündet, legt sich die positive
Seite des Kondensators 3 an die Kathode des Thyristors 1 und löscht diesen. Danach
lädt sich der Kondensator 3 auf die volle Fernspeisespannung auf und der Thyristor
2 verlischt ebenfalls. Damit ist die Querverbindung aufgehoben.
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Nach dem Verlöschen des Thyristors 2 entlädt sich der Kondensator
3 über den Widerstand 19, den Regenerator 20, den Widerstand 4 und die Drossel 5.
Daran anschließend liegt auch am Thyristo 2 die volle Fernspeisespannung.
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Ausgehend vom Zustand des leitenden Querzweiges zündet der Thyristor
2 dann, wenn der Strom am Ausgang des Schaltzusatzes bzw. über Widerstand 15 auf
einen bestimmten Wert ansteigt. Dieser Wert ist insbesondere jener Strom, welcher
entsteht, wenn man eine Fernspeisefeld an den Ausgang des Schaltzusatzes anschließt.
Bevor dieser Wert erreicht wird, ist der Transistor 13 leitend, da über die Basis
und den Widerstand 16 ein Strom an den Ausgang des Regenerators 21 fließt. Wenn
der genannte bestimmte Wert erreicht ist, wird der Transistor 13 über den Spannungsteiler
16,17 gesperrt, so daß sich der Kondensator 9 über die Diode 14 und den Widerstand
11 an der Spannung des Regenerators 21 auflädt. Wenn die Durchbruchspannung der
Vierschichtdiode 7 erreicht ist, entsteht ein Zündimpuls am Gitter des Thyristors
2. Damit wird die Aufhebung der Querverbindung eingeleitet.
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Im Normalbetrieb sperrt Transistor 13. Ein period-isches Zünden des
Thyristors 2 erfolgt nicht, weil der Widerstand 11 so dimensioniert ist, daß die
Vierschichtdiode 7 dauernd Strom führt. Sie sperrt erst dann, wenn der Transistor
13 leitend wird, da dieser einen kleineren Schwellwert hat als die Vierschichtdiode
7.
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In Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung kann die
Energie für den Zündimpuls des Thyristors 2 von der Spannung am Querzweig abgenommen;
werden. In diesem Fall ist ein hochohmiger Ladewiderstand zur Verfügung zu stellen,
der im Normalbetrieb dauernd Querstrom zieht.
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Die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung hat demgegenüber den Vorteil,
daß lediglich der Ladewiderstand 10 für
die Zündeinrichtung des
Thyristors 1 im Normalbetrieb Querstrom zieht.
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Die nichtlinearen Zweipole 6 und 7 sind derart beschaffen, daß sie
unterhalb eines vorgegebenen Spannungswertes nichtleitend sind und bei überschreiten
des vorgegebenen Spannungswertes in den leitenden Zustand übergehen und diesen Zustand
dann bei kleineren Spannungen beibehalten. Als derartiger Zweipol kann insbesondere
eine Vierschichtdiode dienen.
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Überlegungen im Rahmen der Erfindung haben ergeben, daß bei der Verwendung
von Vierschichtdioden solche mit möglichst niedriger Durchbruchspannung besonders
geeignet sind. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Transistoranordnung nach
Art einer Vierschichtdiade erwiesen, mit der sich noch niedrigere Durchbruchspannungen
als bei eigentlichen Vierschichtdioden erzielen lassen. Eine derartige Transistoranordnung
geht aus Fig. 2 hervor.
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Der Zweipol ist durch eine Anordnung mit zwei komplementären Transistoren
61, 62 gebildet, bei der jeweils die Basis des einen 61, 62 mit dem Kollektor des
anderen Transistors 62, 61 verbunden ist, bei der zwischen Basis und Emitter des
Transistors 61, 62 jeweils eine Parallelschaltung aus Widerstand und Kondensator
65, 63; 67, 66 liegt und bei der parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors
62 eine aus sieben Diodenstrecken bestehende Serienschaltung 64 angeordnet ist.
Die Serienschaltung kann ggf. eine andere Zahl von Dioden enthalten oder durch eine
Z-Diode ersetzt werden.
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Die Verwendung eines derartigen Zweipols hat den wesentlichen Vorteil,
daß die in den ankommenden Teilen der Fernspeisestrompfade vorgesehenen Längswiderstände
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Stromversorgungseingänge der Regeneratoren 20, 21 für einen nur relativ
geringen Spannungsabfall ausgelegt zu werden brauchen. Als weiterer Vorteil ergibt
sich, daß der Schaltzusatz für das Schließen des Querzweiges mit einer besonders
niedrigen Spannung zwischen den Fernspeisestrompfaden auskommt.
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Der im Normalbetrieb durch den Ladewiderstand fließende Strom soll
so klein wie möglich, d.h. der Widerstand 10 so hochohmig wie möglich gemacht werden.
Da der Sperrstrom der Vierschichtdioden 6 und 7 hierzu vor dem Durchbruch stark
ansteigt, ist der Widerstandswert des Widerstandes 10 nach obenhin begrenzt. Die
in Fig. 2 gezeigte Transistoranordnung hat den Vorteil, daß die obere Grenze des
Widerstandswertes des Widerstandes 10 besonders groß sein kann. Der Raumbedarf für
diese Transistoranordnung ist gering. Man kann sie bezüglich Spannung und Sperrstrom
den jeweiligen Bedürfnissen anpassen und ist somit von der groben Stufung der Vierschichtdioden
unabhängig. Auch das Problem, bei kleinen Ladespannungen und sehr hochohmigen Ladewiderständen
genügend Zündenergie zu erzeugen, läßt sich mit Hilfe der Transistoranordnung in
vorteilhafter Weise lösen.
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10 Patentansprüche 2 Figuren