1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft Trennschalter im
allgemeinen und insbesondere eine Auslöse-Steuervorrichtung für
den Trennschalter.
2. Beschreibung des relevanten Standes der Technik
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Fig. 3 zeigt den Schaltkreis einer
Auslöse-Steuervorrichtung, wie sie in der veröffentlichten ungeprüften
japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Sho 57-1041 beschrieben
worden ist, und zwar für einen Trennschalter, zum Auslösen des
Trennschalters wenn eine Spannung einer Energiequelle unter
einem vorherbestimmten Wert sinkt. Unter Bezugnahme auf
Fig. 3 werden Anschlüsse 2 und 3 einer Primärwicklung eines
Transformators 5 mit einer A.C. Energiequelle 4 verbunden.
Ein Sekundärausgang des Transformators 5 wird mittels eines
Vollwellengleichrichters 5 gleichgerichtet. Ein
Filterkondensator 9 wird mit einem positiven Anschluß 7 und einem
negativen Anschluß 8 des Vollwellengleichrichters 6
verbunden. Ein Transistor 11 wird mit seiner Basis über eine
Reihenschaltung einer Zenerdiode 12 und eines Widerstandes 13
mit dem positiven Anschluß 7 verbunden. Der Kollektor des
Konsistors 11 wird mit dem positiven Anschluß 7 über eine
entgegengesetzt gepolte Diode 10 verbunden, über die eine
Auslösewicklung 16 angeschlossen wird. Der Emitter des
Transistors 11 wird mit dem negativen Anschluß 8 verbunden.
Die Diode 10 dient dazu, den Transistor 11 vor einer
entgegengesetzen elektromotorischen Kraft der Auslösewicklung 16
zu schützen.
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Eine Ausgangs-D.C.-Spannung V des Vollwellengleichrichters
6 wird an die Basis des Transistors 11 über den Widerstand
13 und die Zenerdiode 12 angelegt. Wenn die Spannung V im
wesentlichen höher ist als eine Zenerspannung der
Zenerdiode 12, dann fließt ein Basisstrom und der Transistor 11
schaltet auf "AN". Daher wird die Auslösewicklung 16
angeregt und ein Trennschalter (nicht dargestellt), der durch
die Auslösewicklung 16 aktiviert wird, wird geschlossen.
Die Spannung über den Anschlüssen 2 und 3 in dem oben
diskutierten Zustand wird als "Anregespannung" bezeichnet.
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Wenn die Spannung V unter die Zenerspannung der Zenerdiode
12 fällt, und zwar durch einen Abfall der Spannung der
alternierdenden Energiequelle 4, dann schaltet der Transistor
11 auf "AUS" und die Auslösewicklung 16 wird nicht
angeregt. Als ein Ergebnis hiervon wird der Trennschalter
(nicht dargestellt) ausgelöst. Eine Spannung über den
Anschlüssen 2 und 3 in dem oben diskutierten Zustand wird als
eine "Auslösespannung" bezeichnet.
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In der Auslöse-Steuervorrichtung des Trennschalters gemäß
dem Stand der Technik hängt die Auslösespannung von der
Zenerspannung der Zenerdiode 12 ab, sowie von der
magnetischen Charakteristik der Auslösewicklung 16. Daher muß die
Zenerdiode 12 gegen eine andere Zenerdiode ausgetauscht
werden, die eine unterschiedliche Zenerspannung hat, damit
die Auslösespannung geändert werden kann, oder die
Auslösewicklung 16 muß gegen eine andere Auslösewicklung mit
unterschiedlicher magnetischer Characteristik ausgetauscht
werden, wodurch viele Arten von Zenerdioden 12 oder
Auslösespulen 16 vorbereitet werden müssen, um verschiedene
Anregespannungen und Auslösespannungen zu erhalten.
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Darüber hinaus beginnt, wenn die Ausgangsspannung des
Vollwellengleichrichters 9 unterhalb der Zenerspannung der
Zenerdiode 12 vermindert wird, und zwar durch eine
Verminderung der Spannung der Energiequelle 4, eine elektrische
Ladung des Kondensators 9 sich zu entladen, wodurch die
Spannung über den Anschlüssen 7 und 8 nicht schnell abfällt.
Daher verbleibt der Transistor 11 über eine Zeitperiode
hinweg auf "AN", die zu der Kapazität des Kondensators 9
proportional ist. Daher wird eine Zeitverzögerung zwischen
dem Abfall der Spannung über der Energiequelle 4 und dem
Auslösevorgang des Trennschalters erzeugt. Um die
Zeitverzögerung zu verkürzen, muß die Kapazität des Kondensators 9
vermindert werden. Indessen erhöht sich ein Brummfaktor in
der Ausgangsspannung des Vollwellengleichrichters 6, wenn
sich die Kapazität vermindert, und der Betrieb des
Trennschalters 9 wird unstabil, wenn sich die Spannung über den
Anschlüssen 7 und 8 der Zenerspannung von der Zenerdiode 12
nähert.
Aufgabe und Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der
Bereitstellung einer Auslöse-Steuervorrichtung für einen
Trennschalter, die in ihrem Betrieb stabil ist.
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Die Auslöse-steuervorrichtung des Trennschalters gemäß der
vorliegenden Erfindung umfaßt:
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eine Spannungs-Detektionsvorrichtung zur Ausgabe eines
Ausgangssignals, wenn die Spannung einer D.C. Energiequelle,
die einen internen Widerstand aufweist, oberhalb einer
vorherbestimmten Spannung liegt, sowie eine Auslösewicklung,
welche angeordnet ist, um mit der D.C. Energiequelle
verbunden zu werden, wenn die Spannungs-Detektionsvorrichtung
das Ausgangssignal ausgibt, wobei die Vorrichtung
gekennzeichnet ist durch:
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eine erste Schaltvorrichtung, welche angeordnet ist, um
durch das Ausgangssignal der
Spannungs-Detektionsvorrichtung geöffnet zu werden, und um geschlossen zu werden, wenn
die Spannungs-Detektionsvorrichtung das Ausgangssignal
nicht ausgibt;
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einem Lastwiderstand, welcher angeordnet ist, um mit der
D.C. Energiequelle verbunden zu werden, indem die erste
Schaltvorrichtung geschlossen wird;
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eine zweite Schaltvorrichtung, welche angeordnet ist, um
durch das Öffnen der ersten Schaltvorrichtung geschlossen
zu werden und um geöffnet zu werden, indem die erste
Schaltvorrichtung geschlossen wird; und wobei
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die Auslösewicklung einen Widerstand aufweist, der größer
ist als der Lastwiderstand und sie derartig angeordnet ist,
daß sie mit der D.C. Energiequelle verbunden wird, indem
die zweite Schaltvorrichtung geschlossen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Es zeigt:
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Fig. 1 den Schaltkreis einer Auslöse-Steuervorrichtung
eines Trennschalters einer Ausführungsform gemäß der
vorliegenden Erfindung;
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Fig. 2 einen Graphen, in dem der Betrieb der in Fig. 1
gezeigten Ausführungsform dargestellt ist;
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Fig. 3 den Schaltkreis der Auslöse-Steuervorrichtung des
Trennschalters gemäß dem Stand der Technik.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Fig. 1 ist ein Schaltkreis einer Ausführungsform einer
Auslöse-Steuervorrichtung eines Trennschalters gemäß der Lehre
der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf Fig. 1
werden die Anschlüsse 2 und 3 einer Primärwicklung eines
Transformators 5 mit einer A.C. Energiequelle 4 verbunden.
Beide Anschlüsse einer Sekundärwicklung des Transformators
5 werden mit einem Vollwellengleichrichter 6 verbunden. Ein
D.C.-Ausgang des Gleichrichter 6 wird über einen positiven
Anschluß 7 und einen negativen Anschluß 8 ausgegeben. Ein
Filterkondensator 9 wird mit den Anschlüssen 7 und 8
verbunden. Die Sekundärwicklung weist einen internen
Widerstand auf und ein erheblicher interner Widerstand 5a der
D.C. Energiequelle wird durch die Widerstände der
Sekundärwicklung und des Vollwellengleichrichters 6 gebildet. Ein
Transistor 21 wird an seinem Kollektor mit dem Anschluß 7
über einen Widerstand 24 verbunden und der Emitter wird
über einen Widerstand 26 mit dem Anschluß 8 verbunden. Die
Basis des Transistors 21 wird mit dem Anschluß 7 über eine
Reihenschaltung einer Zenerdiode 22 und eines Widerstandes
23 verbunden. Ein Spannungs-Detektionsschaltkreis 17a wird
durch den Transistor 21, die Widerstände 23 und 26 und die
Zenerdiode 22 gebildet.
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Ein Transistor 28 wird an seinem Kollektor mit dem Anschluß
7 über einen Widerstand 29 verbunden, und der Emitter wird
mit dem Anschluß 8 verbunden. Die Basis des Transistors 28
wird mit dem Emitter des Transistors 21 über einen
Widerstand 27 gekoppelt. Ein Kondensator 25 wird mit dem
Widerstand 26 und dem Basis-Emitterübergang des Transistors 21
parallel verbunden. Ein Spannungshalteschaltkreis 17b
umfaßt den Transistor 28, die Widerstände 27 und 29 sowie den
Kondensator 25.
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Der Kollektor des Transistors 28 wird mit der Basis eines
Transistors 30 verbunden, der eine erste Schaltvorrichtung
darstellt. Der Transistor 30 wird mit seinem Emitter mit
dem Anschluß 8 verbunden und mit seinem Kollektor über
einen Lastwiderstand 31 mit dem Anschluß 7. Der Widerstand
des Lastwiderstandes 31 wird derartig ausgelegt, daß er
niedriger ist als der eines internen Widerstandes 34 einer
Auslösespule 16. Der Kollektor des Transistors 30 wird mit
der Basis des Transistors 33 verbunden, welcher eine zweite
Schaltvorrichtung darstellt. Darüber hinaus wird der
Transistor 33 mit seinem Emitter mit dem Anschluß 8 verbunden
und wird mit seinem Kollektor über die Auslösespule 16 mit
dem Anschluß 7 verbunden. Eine Diode 32 dient zum Quentchen
einer entgegengesetzt gerichteten elektromotorischen Kraft,
welche durch die Auslösespule 16 beim Auslösevorgang der
Auslösesteuervorrichtung induziert wird.
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Der Betrieb der Ausführungsform wird im folgenden
erläutert. Die Spannung der A.C. Energiequelle wird durch den
Transformator 5 auf eine niedrigere Spannung transformiert
und sie wird dann an den Vollwellengleichrichter 6
angelegt. Die D.C.-Stromspannung des Vollwellengleichrichters 6
wird über den positiven Anschluß 7 und den negativen
Anschluß 8 ausgegeben. Die Brummkomponente des Stromes aus
dem Vollwellengleichrichter 6 wird mittels des Kondensators
9 gefiltert. Die D.C.-Spannung über den Anschlüssen 7 und 8
wird an die Zenerdiode 22 über die Widerstände 23 und 26
angelegt, sowie über den Basis-Emitterübergang des
Transistors 21. Die Spannung, die an die Zenerdiode 22 angelegt
wird, ist zu der Spannung der A.C. Energiequelle 4
proportional.
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Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in dem das Verhältnis der
Spannung der A.C. Energiequelle 4 gegen eine Spannung über den
Anschlüssen 7 und 35 der Auslösespule 16 dargestellt ist.
Unter Bezugnahme auf den Graphen ist die Spannung über den
Anschlüssen 7 und 8 mit einer durchgezogenen Linie
dargestellt, wohingegen die Spannung über den Anschlüssen 7 und
35 mittels einer gestrichelten Linie dargestellt ist.
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Wenn die Spannung der A.C. Energiequelle 4 graduell
ansteigt, verbleiben in einem Spannungsbereich, in dem die an
die Zenerdiode 22 angelegte Spannung niedriger ist als die
Zenerspannung der Zenerdiode 22, die Transistoren 21, 28
und 33 auf "AUS" und der Transistor 30 verbleibt auf "AN".
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Wenn die an die Zenerdiode 22 angelegte Spannung die
Zenerspannung Vz übersteigt, dann fließt der Basisstrom des
Transistors 21 und der Transistor 21 schaltet auf "AN".
Konsequenterweise schalten die Transistoren 28 und 33 auf
"AN" und der Transistor 30 schaltet auf "AUS". Daher wird
die Auslösespule 16 angeregt. Die Spannung der A.C.
Energiequelle 4 in dem oben diskutierten Zustand wird als eine
"Anregespannung" bezeichnet. Da der Widerstand des
Lastwiderstandes 31 derart ausgewählt wird, daß er niedriger ist
als der des Widerstandes 34 der Auslösespule 16, wird der
Ausgangsstrom der A.C. Energiequelle 4 durch das "AUS"-
Schalten des Transistors 30 und das "AN"-Schalten des
Transistors 33 vermindert. Daher wird ein Spannungsabfall durch
den internen Widerstand 5a vermindert und die Spannung über
den Anschlüssen 7 und 8 steigt. Der oben diskutierte
Zustand wird durch einen Pfeil A in Fig. 2 dargestellt. Unter
Bezugnahme auf Fig. 2 steigt die Spannung über den
Anschlüssen 7 und 8 schnell bei der Anregespannung an und die
Spannung über den Anschlüssen 7 und 35 der Auslösespule 16
steigt gleichfalls auf eine Spannung an, welche nahezu der
Spannung über den Anschlüssen 7 und 8 entspricht.
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Auf der anderen Seite wird, wenn die Spannung der A.C.
Energiequelle 4 graduell in dem angeregten Zustand der
Auslösewicklung 16 vermindert wird, wie in Fig. 2 dargestellt,
die Spannung über den Anschlüssen 7 und 8 vermindert, wie
durch einen Pfeil B dargestellt. Wenn die an die Zenerdiode
22 angelegte Spannung unter die Zenerspannung Vz fällt,
dann wird der Basisstrom des Transistors 21 ausgeschaltet.
Konsequenterweise werden dann die Transistoren 21, 28 und
33 auf "AUS "-geschaltet und die Anregung der
Auslösewicklung 16 wird entlastet. Da der Transistor 30 auf
"AN"-geschaltet wird, fließt ein vergleichsweise großer Strom
durch den Lastwiderstand 31 und den Transistor 30. Daher
wird die Spannung über den Anschlüssen 7 und 8 vermindert.
Die Spannung der A.C. Energiequelle 4 in dem oben erwähnten
Zustand wird als eine "Auslösespannung" bezeichnet. Die
Anregespannung ist höher als die Auslösespannung, wie in Fig.
2 dargestellt. Mit anderen Worten entsteht eine
hystereseförmige Charakteristik zwischen der Anregespannung und der
Auslösespannung.
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In Fig. 1 dient der Kondensator 9 dazu, den pulsierenden
Strom des Vollwellengleichrichters 6 zu glätten und um
schnelle Variationen der Spannung der A.C. Energiequelle 4
zu moderieren. Als ein Ergebnis hiervon entsteht eine
Zeitverzögerung zwischen dem Spannungsanstieg der A.C.
Energiequelle 4 und dem "AN"-Schalten des Transistors 21, oder
zwischen dem Spannungsabfall der A.C. Energiequelle 4 und
dem "AUS"-Schalten des Transistors 21. Um die
Zeitverzögerung zu verkürzen, muß die Kapazität des Kondensators 9
vermindert werden.
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Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung wird der
Lastwiderstand 31, der einen niedrigeren Widerstand hat als der
interne Widerstand 34 der Auslösewicklung 16, parallel mit
der D.C. Energiequelle des Vollwellengleichrichters 6
verbunden, wobei der Lastwiderstand 31 oder die
Auslösewicklung 16 alternativ mit der D.C. Energiequelle verbunden
wird, wenn die Spannung der A.C. Energiequelle 4 sich
ändert. Konsequenterweise wird die hystereseförmige
Charakteristik bei dem Spannungs-Detektionsvorgang der Spannungs-
Detektionsvorrichtung 17a gebildet und die Anregespannung
kann variiert werden, indem man den Lastwiderstand 31
variiert. Daher kann ein Unterschied zwischen der
Anregespannung und der Auslösespannung willkürlich ausgewählt werden,
indem man den Widerstand des Lastwiderstandes 31 ändert.
Demgemäß kann eine zuverlässige Funktionsweise der Auslöse-
Steuervorrichtung sichergestellt werden, selbst wenn ein
Kondensator mit kleiner Kapazität als Filterkondensator 9
verwendet wird. Darüber hinaus dient in dieser
Ausführungsform der Kondensator 25 des Spannungs-Halteschaltkreises
17b gleichfalls als ein Filterkondensator.
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In der oben diskutierten Ausführungsform wurde die
Erläuterung für den Fall der Verwendung einer A.C. Energiequelle 4
gegeben. Im Fall der Verwendung einer D.C. Energiequelle
kann ein ähnliches Funktionsprinzip realisiert werden,
indem man die D.C. Spannung an die Anschlüsse 7 und 8 anlegt.