DE3428441A1 - Schalteinrichtung fuer die stromzufuhr an ein elektrisches geraet - Google Patents

Description

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Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen Berlin und München VPA 0% P 3 2 9 7 DE

Schalteinrichtung für die Stromzufuhr an ein elektrisches Gerät

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalteinrichtung für die Stromzufuhr einer Spannungsquelle an ein elektrisches Gerät, wobei eine bei nicht ordnungsgemäßem Betrieb des Gerätes auf die Schalteinrichtung rückwirkende Meldeeinrichtung vorgesehen ist.

Derartige Schalteinrichtungen werden beispielsweise als handelsübliche Sicherungsautomaten benutzt, wobei als Meldeeinrichtung magnetisch oder thermisch auslösende Stromsensoren vorgesehen sind. Für einen Einsatz in elektronischen Geräten, beispielsweise Netzgeräten, sind derartige Schalteinrichtungen jedoch in vielen Fällen in ihrem Schaltverhalten nicht ausreichend, denn es besteht häufig auch das Erfordernis, daß nicht nur ein Betriebsstrom, sondern eine Vielzahl von Betriebsparametern, z.B. Eingangsspannung, Eingangsstrom, Ausgangsspannungen, Ausgangsströme, zu erfassen ist, um feststellen zu können, ob ein ordnungsgemäßer Betriebszustand des Gerätes vorliegt.

Aufgabe der Erfindung ist es_s eine Schalteinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß nach einem manuellen Einschalten der Stromzufuhr deren automatisches Abschalten erfolgt, wenn nicht sämtliche zu erfassenden Betriebsparameter ordnungsgemäß eingehalten werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei wirksamer Spannungsquelle durch ein manuell betätigbares Schaltelement für eine vorgegebene Zeitspanne ein Steuersignal für einen die Stromzufuhr be-Woe ? Blh . 31.07.1980

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werksteiligenden, durch das Steuersignal betätigbaren Schalter auslösbar ist und daß durch ein einen ordnungsgemäßen Betrieb anzeigendes, das Steuersignal ablösendes Meldesignal der Meldeeinrichtung innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne eine Selbsthaltung des Schalters bewirkbar ist. Dabei wird auch sichergestellt, daß eine Schalterbetätigung bei ausgefallener Spannungsquelle nicht möglich ist.

Dadurch, daß mit dem Betätigen des Schaltelements über eine den Ladestrom bestimmende Widerstandsanordnung ein Kondensator aufladbar ist, wobei nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne mit dem Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes der Ladespannung des Kondensators das Steuersignal auslösbar ist, wird eine ausgesprochen einfache Schaltung zum relativ genauen Bestimmen der vorgegebenen Zeitspanne ermöglicht.

Eine derartige Schalteinrichtung kann so ausgebildet sein, daß mit dem Öffnen des Schaltelementes innerhalb einer vorgegebenen Wartezeit über eine den Entladestrom des Kondensators bestimmende Widerstandsanordnung dieser entladbar ist. Damit kann sichergestellt werden,daß eine Wiedereinschalten nach Auslösen der Schalteinrichtung erst nach einer definierten Wartezeit ermöglicht ist.

Ein Festlegen dieser Wartezeit kann in technisch einfacher Weise dadurch erfolgen, daß mit dem Öffnen des Schaltelementes innerhalb der vorgegebenen Wartezeit über eine den Entladestrom des Kondensators bestimmende Widerstandsanordnung dieser entladbar ist.

Dabei können Rückwirkungen des Entladestromes auf die übrige Schalteinrichtung besonders einfach dadurch ausgeschlossen werden, daß der Entladestrom über mindestens eine Diode vom Steuersignal und vom Meldesignal entkoppelt ist.

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Wenn die mit Hilfe der Meldeeinrichtung zu überwachenden Elemente auf unterschiedlichen bzw. für die Schalteinrichtung ungeeigneten Potentialen sich befinden, erweist es sich als vorteilhaft, daß das Meldesignal über ein galvanisches Trennelement führbar ist, wobei als ausgesprochen preisgünstiges Trennelement ein Optokoppler verwendbar ist.

Als Schalter kann ein handelsübliches elektromagnetisches Relais verwendet sein, wobei aufgrund der dabei erforderlichen Steuerleistung das Steuersignal dem Schalter über ein Verstärkerelement zuführbar sein kann.

Wenn als Spannungsquelle eine Netzwechselspannungsquelle vorgesehen ist, kann die Schaltenergie über eine von

der Netzwechselspannung galvanisch entkoppelte Gleichrichteranordnung generierbar sein, wodurch eine einfache galvanische Trennung und Spannungsanpassung ermöglicht ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

In der Darstellung ist eine Spannungsquelie Q gezeigt, die zur Speisung eines elektrischen Gerätes G mit Netzwechselspannung geeignet ist. Dabei wird die Wechselspannung zweipolig über Leitungen Ll und L2 geführt, in die Schaltkontakte SKI und SK2, die als Schließer eines Relais RE ausgebildet sind, geschaltet sind. Die Leitung Ll ist dabei mit der Phase der Netzwechselspannung, die Leitung L2 mit der Masse des Systems verbunden. Falls nur eine einpolige Schaltung der Netzwechselspannung erfolgen soll, kann auf den Schaltkontakt SK2 verzichtet werden.

An die Leitung Ll ist über einen Widerstand Rl und einen Kondensator Cl ein erster Wechselspannungsanschluß eines Gleichrichters GR geschaltet, dessen zweiter Wechselspannungsanschluß über einen Kondensator C2 und ein Widerstand R2 an die Masse des Systems geführt ist..Der Gleichrichter GR ist als Bruckengleichrichter ausgebildet und generiert aus der Netzwechselspannung eine gleichgerichtete Spannung, die zur Speisung der im folgenden noch zu beschreibenden Schaltungsteile geeignet ist. Die Größe der generierten Gleichspannung hängt dabei neben der Größe der Wechselspannung von der Bemessung der Widerstände Rl und R2 sowie der Kondensatoren Cl und C2 ab. Eine Glättung der generierten Gleichspannung erfolgt über einen Kondensator C3. Ferner ist eine Zenerdiode Z vorgesehen, die die Ausgangsspannung des Gleichrichters GR auf einen betrieblich gewünschten Wert begrenzt. Der positive Gleichspannung führende Pol des Gleichrichters GR (mit "+" bezeichnet) ist mit einem ersten Anschluß eines Widerstandes R3 verbunden, dessen zweiter Anschluß an die Anode einer Diode Dl führt, deren Kathode mit dem negativen Gleichspannung (mit "-" bezeichnet) führenden Anschluß des Gleichrichters GR verbunden ist. Damit liegt an der Diode Dl stets deren Flußspannung als Referenzspannung im Emitterzweig eines im folgenden noch erwähnten Transistors TR vor.

Um zum Einschalten des Gerätes G die Schaltkontakte SKI und SK2 mit Hilfe des zugeordneten Relais RE zu schließen, wird ein Taster T betätigt. Damit fließt vom positiven Pol ("+") des Gleichrichters GR über den Taster T ein Gleichstrom durch einen Widerstand R4,einen Kondensator C4, eine Diode D2 (auf deren Entkopplungszweck noch eingegangen wird) und einen Widerstand R5 zum negativen Pol ("-") des Gleichrichters GR. Der Kondensator C4 stellt dabei, da er als entladen angenommen werden kann, zunächst einen äußerst kleinen Widerstand dar, so daß der

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Verbinclungspunkt des Kondensators C4 mit der Anode der Diode D2 auf einen releativ hohen positiven Potential sich befindet, das mit dem Aufladen des Kondensators C4 sinkt. Die Zeitkonstante, die das Aufladen des Kondensators C4 bestimmt, wird durch die Widerstände R4 und R5 sowie durch die Kapazität des Kondensators C4 bestimmt. Durch Auswahl der Widerstände R4 und R5 sowie des Kondensators C4 wird damit auch der Verlauf des Basisstromes für den Transistor TR bestimmt, weil dessen Basis mit der Kathode der Diode D2 verbunden ist. Damit kann ein Schalten des Transistors TR bewirkt werden. Da der Transistor TR mit seinem Emitter mit der Anode der Diode Dl verbunden ist, wobei die Flußspannung an der Diode Dl eine Gegenkopplung darstellt, kann eine eindeutige Schaltschwelle für den Transistor TR gewährleistet werden.

Wird nämlich der Spannungsabfall am Widerstand R5 kleiner als die Summe der Basis-Emitter-Spannung des Transistors TR und die Flußspannung der Diode Dl, sperrt der Transistor TR.

Der Kollektor des Transistors TR ist mit einem Anschluß der Erregerwicklung des Relais RE verbunden, wobei der zweite Anschluß der Erregerwicklung des Relais RE mit dem positiven Pol ("+") des Gleichrichters GR verbunden ist. Jedes Schalten des Transistors TR bewirkt damit ein Schalten des Relais RE. Dem Relais RE ist, um Spannungspitzen beim Ausschalten zu vernichten, eine Diode D4 parallelgeschaltet.

Mit dem Betätigen des Tasters T wird also für eine durch die Zeitkonstante des RC-Gliedes aus den Widerständen R4 und R5 und dem Kondensator C4 bestimmten Zeit der Transistor TR über ein Steuersignal an der Kathode der Diode D2 wirksamgeschaltet, wodurch das Relais RE anspricht, die Schaltkontakte SKI und SK2 geschlossen werden und das Gerät G eingeschaltet wird.

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Dem Gerät G ist als Meldeeinrichtung ein Spannungsüberwacher SP zugeordnet, der mit dem Wirksamschalten des Gerätes G die Betriebsspannungen an verschiedenen festgelegten Meßpunkten des Gerätes G überwacht. Sofern sich die zu erwartenden Betriebsspannungen in einem vorgegebenen Toleranzband befinden, wird vom Spannungsüberwacher SP ein Meldesignal der Leuchtdiode eines Optokopplers QK zugeführt, die galvanisch trennend auf einen Fototransistor im Optokoppler OK einwirkt. Der Kollektor des Fototransistors ist mit dem positive Spannung ("+") führenden Anschluß des Gleichrichters GR verbunden, der Emitter des Fototransistors führt über einen Widerstand R6 an die Basis des Transistors TR. Die Diode D2 sorgt dabei für eine Entkopplung des Entladestroms des Kondensators Ch.

Das über den Widerstand R6 fließende Meldesignal beaufschlagt den Transistor TR an dessen Basis auch nach Abklingen des Steuersignals. Durch dieses Ablösen des Steuersignals durch das Meldesignal gelangt das Relais RE in Selbsthaltung.

Sofern jedoch innerhalb der vorgegebenen Zeitkonstante die Spannungsüberwachung SP nicht angesprochen hat, wird der Transistor TR gesperrt und das Relais RE fällt ab. Ein Abfallen des Relais RE erfolgt auch dann, wenn aufgrund eines Spannungsausfalles seitens der Spannungsquelle Q vom Gleichrichter GR keine Gleichspannung mehr erzeugt wird.

Mit dem Öffnen des Tasters T wird bewirkt, daß über einen Widerstand R7, der mit dem Verbindungspunkt des Tasters T und des Widerstandes R4 und dem negative Spannung ("-") führenden Anschluß des Gleichrichters GR verbunden ist und über eine Diode D3, deren Anode ebenfalls mit dem negative Spannung ("-") führenden Anschluß des Gleichrichters GR und deren Kathode mit der Anode der Diode D2 verbunden ist, der Kondensator C4 entladen wird, ohne daß

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eine Rückwirkung auf die übrigen Schaltungsteile erfolgt. Die Entladezeitkonstante (Wartezeit) wird dabei durch die Größe der Widerstände R4 und R7 sowie die Kapazität des Kondensators C4 bestimmt. Diese Wartezeit bestimmt die Minimalzeit, nach der ein Wiedereinschalten der Anordnung bei Netztrennung erst möglich ist.

Anstelle eines Tasters T wäre auch die Verwendung eines Schalters möglich, wobei zum Wiedereinschalten bei Netztrennung der Schalter in die Stellung "AUS" zu setzen wäre und erst nach Ablauf der Wartezeit ein Rücksetzen in die Stellung "EIN" die Anordnung wieder zum Ansprechen bringen würde.

Falls an Stelle eines Schalters eine Brücke verwendet würde, ergäbe sich die Möglichkeit, daß nach Netzausfällen ein selbsttätiges Einschalten erfolgt.

Für den Fall, daß keine galvanische Trennung zwischen der Meldeeinrichtung und der Schalteinrichtung erforderlich wäre, könnte auf die Verwendung eines Optokopplers verzichtet werden und eine galvanisch koppelnde Transistorstufe verwendet werden.

Wenn als Spannungsquelle nicht ein Wechselspannungsnetz sonderen eine Gleichstromquelle vorgesehen wäre, könnte deren positives Potential über einen Vorwiderstand direkt an den Verbindungspunkt des Widerstandes R3 und des Kondensators C3 geführt sein. Auf den Gleichrichter GR und dessen vorgeschaltete Widerstände Rl und R2 und Kondensatoren Cl und C2 könnte in diesem Fall verzichtet werden.

Wenn die Widerstände Rl und R2 und die Kondensatoren Cl und C2 durch einen Transformator ersetzt wurden, ergäbe sich dadurch eine galvanische Trennung, die eine gesonderte galvanische Entkopplung zur Hebeeinrichtung hin erübrigen würde.

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   ..j Schalteinrichtung für die Stromzufuhr einer Spannungs- ~quelle an ein elektrisches Gerät, wobei eine bei nichtordnungsgmäßem Betrieb des Gerätes auf die Schalteinrichtung rückwirkende Meldeeinrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß

   bei wirksamer Spannungsquelle durch ein manuell betätigbares Schaltelement (T) für eine vorgegebene Zeitspanne ein Steuersignal für einen die Stromzufuhr bewerkstelligenden, durch das Steuersignal betätigbaren Schalter (RE, SK1,SK2) auslösbar ist und daß durch ein einen ordnungsgemäßen Betrieb anzeigendes, das Steuersignal ablösendes Meldesignal der Meldeeinrichtung (SP) innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne eine Selbsthaltung des Schalters (RE,SK1,SK2) bewirkbar ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mit dem Betätigen des Schaltelementes (T) über eine den Ladestrom bestimmende Widerstandsanordnung (R4, R5) ein Kondensator (C4) aufladbar ist, wobei nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne mit dem Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes der Ladespannung des Kondensators (C4) das Steuersignal auslösbar ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß mit dem Öffnen des Schaltelementes (T) innerhalb einer vorgegebenen Wartezeit über eine den Entladestrom des Kondensators (C4) bestimmende Widerstandsanordnung (R4, R7) dieser entladbar ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch

   gekennzeichnet, daß der Entladestrom über mindestens eine Diode (D2) vom Steuersignal und vom Meldesignal entkoppelt ist*

   -X. . 3Λ28441

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5. 5. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meldesignal über ein galvanisches Trennelement (OK) führbar ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch
   gekennzeichnet, daß als Trennelement ein Optokoppler (OK) verwendet ist.
7. 7. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter ein elektromechanisches Relais (RE, SK)
   verwendet ist.
8. 8. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal dem Schalter (RE, SK) über ein Verstärkerelement (TR) zuführbar ist.
9. 9. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Spannungsquelle eine Netzwechselspannungswelle vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltenergie über eine
   von der Netzwechselspannung galvanisch entkoppelte

   Gleichrichteranordnung generierbar ist.