DE563143C - Relais, das auf den Quotienten zweier elektrischer Groessen (Strom oder Spannung) anspricht - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 7. NOVEMBER 1932

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 c GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. Juli 1929 ab

Es liegt häufig das Bedürfnis vor, für Anzeige- und Meßzwecke oder auch zur Betätigung von Schalt- und Sicherheitsvorrichtungen einen elektrischen Strom oder eine Spannung zu erzeugen, die in ihrer Größe oder in ihrer Wirkung gleich dem Quotienten zweier elektrischer Größen (Strom oder Spannung) ist. Beispielsweise beruhen die in der letzten Zeit zur selektiven Abschaltung von gestörten Netzteilen benutzten Distanzrelais auf diesem Prinzip. Gegenstand der Erfindung ist ein solches Relais, das sich durch verhältnismäßig einfache Ausbildung auszeichnet.
Die Erfindung besteht darin, daß die An-Sprechzeit des Relais eine Funktion des Verhältnisses eines von der einen elektrischen Größe abhängigen Gleichstromes und eines von der anderen elektrischen Größe abhängigen sinnesförmigen Wechselstromes ist, und daß in

ao dem Relais die positive oder negative Differenz aus den Momentanwerten der Wechselspannung und der Gleichspannung zur Wirkung kommt. Selbstverständlich muß man an den beiden elektrischen Größen vor ihrer Einwirkung auf das Relais eine Umformung vornehmen, um auf diese Weise einen Gleichstrom oder einen sinusförmigen Wechselstrom zu erhalten. Die beiden Größen können also in ihrem Ursprungszustand beliebige Wechsel- oder Gleichströme bzw. -Spannungen darstellen.

Wie durch die geschilderte Vorrichtung ein Strom geschaltet werden soll, dessen Stärke lediglich von dem Quotienten zweier Ströme abhängig ist, ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen in Abb. 1 und 3 der Zeichnung unter Berücksichtigung des Diagramms Abb. 2 näher erläutert.

In Abb. ι sind TF₁ und W₂ zwei hintereinandergeschaltete Ohmsche Widerstände, von denen TF₁ von einem Gleichstrom I₁ und W₂ von einem Wechselstrom J₂ durchflossen wird. Der Strom J₁ wird beispielsweise von einem Stromwandler über einen Gleichrichter oder von einer Batterie und der Strom J₂ z. B. von einem Spannungswandler zugeführt. Die Ohmschen Widerstände liefern daher an ihren beiden Polen ebensolche Spannungen. Im gleichen Stromkreis mit den Widerständen TF₁, TF₂ liegt ein Ventilrohr 1. Diesem Ventilrohr wird eine Spannung auferlegt, die sich aus den Spannungen J₁, TF₁ und J₂, TF₂ ergibt. Die an dem Ventilrohr 1 liegende Spannung ist in ihrem zeitlichen Verlauf in Abb. 2 dargestellt. Durch die Hintereinanderschaltung der Gleich- und Wechselspannung wird gemäß dem Diagramm die Wechselspannung um den Betrag der Gleichspannung parallel zur Abszissenachse, beispielsweise nach unten, verschoben, so daß das Ventilrohr nur während der Zeitabschnitte I₁, in denen die überlagerte Spannung einen positiven Wert annimmt, einen

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Max Steenbeck in Berlin-Siemensstadt.

Strom durchläßt. Die Zeitabschnitte I₁ sind nun lediglich eine Funktion des Verhältnisses von J₁ und J₂, und zwar ist das Verhältnis des Zeitabschnittes i_x zur vollen Periode TW = -ψ) durch nachstehende Formel gegeben:

— — arc sin

^ct

W₁

wobei c eine Konstante ist, nämlich c = ·

if, ν 2

Die Bezeichnung ergibt sich aus der Kurve nach Abb. 2 wie folgt:

2 α : t_Y = 2 π : T oder

Die überlagerte Wechselspannung ändert sich nach dem Kosinusgesetz

E₁

cos a

₂ y 2

wobei E₁ die Höhe der Gleichstromspannung und Ea Y~z die Amplitude einer Wechselspannung ist.

'π
cos α = sm

sin

'π \

2 /

— a = arc sm

E₂ γ 2 -E₁

· arc sm —=

— arc

— arc

sm

sm

E₁

oder

E₃ I/2 J₁PF₁ 2 "2 Ϋ2

_τΓΐ ι . / I₁ Y]

= T — arc sm c --*■-

L^{2 π} \ ^LJj

Der Strom des Ventilrohres i stellt also bereits das Maß für den Quotienten der beiden Ströme J₁ und J₂ dar. In Abb. 1 ist mit dem Ventilrohr 1 noch die Spule 2 eines empfindlichen schnell wirkenden Zwischenrelais 3 in Reihe geschaltet, das, sobald durch das Ventil ein Strom ' fließt, anspricht. Nach Schließen des Relais 3, das in dem Zeitabschnitt t_x geschlossen gehalten wird, wird der zur Spule 6 eines Schalters 8 parallel geschaltete Kondensator 7 über einen Widerstand 5 durch die Impulse einer Batterie 4 aufgeladen, wobei der Strom, der in diesem Stromkreis fließt, insofern von dem Verhältnis von J₁ zu J₂ abhängig ist, als die Zeit ^₁ in der das Hilfsrelais geschlossen gehalten wird, eine

Funktion des Verhältnisses von -4- ist. Der

k- ist. h

in den Stromkreis eingeschaltete Widerstands dient zum Begrenzen des Stromflusses nach dem Kondensator 7, um zu vermeiden, daß der Kondensator 7 im Falle eines zu langen Schließens des Relais 3 zu stark aufgeladen wird und eine frühzeitige Betätigung des Schalters 8 herbeiführt. Gleichzeitig dient der Kondensator 7 als Pufferkondensator, um den Strom im Batteriekreise auf einem konstanten Wert zu halten. Die Zeit, die der Kondensator 7 braucht, um durch die von der Batterie 4 kommenden Impulse auf eine genügende Spannung geladen zu werden, um die Spule 6 des Schalters 8 zwecks dessen Betätigung zu erregen, ist wiederum eine Funktion des Verhältnisses von J₁ zu J₂, so daß beim Entstehen eines Kurzschlusses in einem vermaschten System die zur Betätigung des Schalters 8 erforderliche Zeit um so kürzer ist, je kleiner die Reaktanz der Leitung zwischen Schaltstation und Kurzschlußstelle und zurück ist.

Abb. 3 zeigt eine andere Schaltung gemäß der go Erfindung, und zwar sind hier das Ventilrohr 1, das schnell wirkende Hilf srelais 3 und der Widerstand 5 der Abb. 1 zu einer einzigen Dreielektrodenröhre 9 vereinigt, während die überlagerte Spannung an die Kathode 10 und das Steuergitter 11 dieser Röhre angelegt ist. Der Anodenstrom der Dreielektrodenröhre 9 ist wieder von dem Quotienten von J₁ und J₃ abhängig. Voraussetzung ist nur, daß die Gitterspannung-Anodenstrom-Charakteristikder Röhre nur ein kurzes Intervall umfaßt. Das kann dadurch erreicht werden, daß die an die Kathode 10 und Steuerelektrode 11 angelegte, aus einer Gleich- und einer überlagerten Wechselspannung bestehende Spannung durch ein Potentiometer 12 geregelt wird. Auch durch schwache Heizung des Glühfadens oder Kaskadenschaltung mehrerer Röhren und durch die Kombination beider Möglichkeiten ist dies zu erreichen. Die Wirkungsweise der Anordnung nach Abb. 3 ist im Prinzip dieselbe wie die nach Abb. i, insofern als auch in der Röhre 9 nur in der Zeit i_x Anodenstrom fließt, d. h. der in dem Batteriestromkreis fließende Strom ist insofern

von -j- abhängig, als das Intervall, in dem der Strom durch das Rohr fließt, eine Funktion von -j- ist.

Die einzelnen sich in jeder Periode wiederholenden Stromstöße der Batterie 4 werden durch den Pufferkondensator 7 ausgeglichen,

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um den Gleichstrom auf einem Konstantwert zu halten, so daß, sobald der Kondensator eine genügende Zündspannung erreicht hat, das Glimmrohr 13 zum Leuchten gebracht oder eine an seiner Stelle angeordnete Anzeige- oder Meßvorrichtung betätigt wird.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   to i. Relais, das auf den Quotienten zweier

   elektrischer Größen (Strom oder Spannung) anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechzeit dieses Relais (6, 13) eine Funktion des Verhältnisses eines von der einen elektrischen Größe abhängigen sinusförmigen Wechselstromes und eines von der anderen elektrischen Größe abhängigen Gleichstromes ist, und daß hierbei die positive oder negative Differenz aus den Momentanwerten der Wechselspannung und der Gleichspannung zur Wirkung kommt.
2. 2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung und die sinusförmige Wechselspannung in Reihe mit einem elektrischen Ventil (1) (z. B. einem Gleichrichter, gegebenenfalls Trockengleichrichter, oder einem Ventilrohr) geschaltet sind, durch dessen Ansprechen ein schnell wirkendes Hilfsrelais (3) gesteuert wird, derart, daß ein von einer Ortsstromquelle (Batterie 4) gespeister, eine Anzeige-, Meß- oder Schaltvorrichtung beeinflussender Stromkreis für bestimmte Zeitintervalle geschlossen wird.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung und die Gleichspannung in Hintereinanderschaltung an die Steuerelektrode (11) und die Kathode (10) eines elektrischen Entladungsgefäßes (9) angeschlossen sind, dessen von einer Ortsstromquelle, z. B. einer Batterie (4), gelieferter Anodenstrom eine Anzeige-, Meß- oder Schaltvorrichtung zum Ansprechen bringt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein in den Kathodenstromkreis geschaltetes Potentiometer (12) zur Beeinflussung der an die Kathode (10) und Steuerelektrode (11) angelegten, aus einer Gleich- und überlagerten Wechselspannung bestehenden Spannung verwendet wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen