DE754474C - Elektrisches Relais - Google Patents

Description

• Elektrisches Relais Es sind Ausführungen von Relais bekannt, bei denen zur Erhöhung der Ansprechgenauigkeit im Bereich des Auslösestromes eine möglichst große Änderung der Kraftwirkung herbeigeführt wird. In der Regel sind aber derartige Konstruktionen mit einem beträchtlichen Mehraufwand an Material und Energieverbrauch verbunden, so daß sie nur selten praktisch ausgeführt werden.
• Diese Nachteile lassen sich durch eine Einrichtung vermeiden, bei welcher die Erhöhung der Ansprechgenauigkeit unter Verwendung normaler Relais mit einfachen Zusatzeinrichtungen erreicht wird, welche ohne mechanisch bewegliche Teile arbeiten und demgemäß weder einer besonderen Wartung bedürfen, noch irgendwelchen Störungen ausgesetzt sind. Nach der Erfindung wird dies dadurch ermöglicht, daß die auf das bewegliche Glied des Relais ausgeübte Kraft von der Differenz zweier durch die Zerlegung des Stromes gewonnener Ströme abhängig ist, von denen der eine der zu überwachenden Größe direkt proportional ist, während der andere mit der zu überwachenden Größe in nicht linearer Abhängigkeit steht, derart, daß eine Stromdifferenn, welche eine im Sinn der Relaisbetätigung wirkende Kraft zur Folge hat, erst beim Erreichen des Ansprechwertes sich ergibt.
• In Abb. i ist eine derartige Schaltung dargestellt. Ein Überstromrelais R ist in den Brückenzweig einer Parallelschaltung gelegt, die aus normalen Widerständen oder Luftdrosseln L1 und L1' und aus Eisendrosseln L2 und L2' bestehen. Die Parallelschaltung wird von dem zu überwachenden Strom durchflossen. Solange keine Sättigung bei den Drosseln L2 und L.,,,' eintritt, besitzen sie den gleichen Spannungsabfall wie die Drosseln L 1 und L1', so daß in dem Relais R kein Strom auftritt. Sobald aber die Sättigungserscheinungen sich geltend machen, entsteht ein Ausgleichsstrom über die Stromspule des Relais R, die praktisch als widerstandslos angesehen werden kann.
• Die Verhältnisse sind deutlich an Hand der Abb. 2 und 3 zu erkennen. In Abb. 2 ist der Spannungsabfall an den Drosseln L1 mit i und der an den Drosseln L2 mit 2 bezeichnet und in Abhängigkeit von dem durch die Drosseln fließenden Strom aufgetragen. Durch das Relais R fließt dann jederzeit die Differenz der beiden Ströme 2 - i. Aus Abb. 2 ist zu entnehmen, daß erst von einem bestimmten Spannungsabfall U an ein Differenzstrom auftritt. Die Summe beider Ströme 2 + i ist gleich dem zu überwachenden Strom J. In Abhängigkeit von diesem Strom ist der Relaisstrom JR in Kurve 3 der Abb. 3 dargestellt. Das Relais möge so eingestellt- sein, daß bei einem zu überwachenden Strom Ja sein Ausläsestrom JR beträgt. Die Empfindlichkeit, die das Relais in diesem Punkt hat, ergibt sich aus der Tangente d. an die Kurve 3, d. h. die Änderung des Relaisstromes JR, die sich bei einer Änderung des Stromes J an der Ansprechgrenze einstellt. Ein normales Relais, das dieselbe Empfindlichkeit besitzt, müßte mit einem Ansprechstrom JR arbeiten, also mit einer viel größeren Strombürde. Bis zum Punkt Ja müßten dann die von dem Strom J,. ausgeübten Kräfte durch eine Federgegenkraft kompensiert sein. Es ist einzusehen, daß bei einer derartigen Ausführung die zu bewegenden Massen wegen der höheren magnetischen und elektrischen Beanspruchung viel größer sein müssen als bei dem nach der Erfindung geschalteten Relais.
• Würde aber der zur Auslösung dienende Strom J,. ebenso wie bei den bekannten Ausführungen während des ganzen Strombereiches gleichmäßig zur Wirkung kommen, dann ergäbe sich eine Charakteristik nach der Linie 5, die eine geringere Steilheit besitzt als die Kurve d., d. h. eine geringere Empfindlichkeit anzeigt, als sie bei dem Relais nach der Erfindung vorhanden ist. Durch geeignete Wahl der von den Drosselspulen L1 und L, ausgeübten Kräfte kann die Charakteristik des Relais noch weiter beeinflußt werden. In Abb. .4 ist z. B. gezeigt, wie die Charakteristik des Relais sich ändert, wenn L2 im unteren Bereich größer ist als L l. Mit zunehmendem Strom nähert sich dann L2 dem Wert von L1, um ihn bei einem bestimmten Betrag des Durchgangsstromes zu unterschreiten. Dem Relais wird dann ein Strom aufgezwungen, welcher durch die Kurve 3 der Abb. d. dargestellt ist. Versieht man das Relais R mit einer weiteren Spule, welche beispielsweise den Magnetstrom bzw. einen ihm proportionalen Wert führt, so wird eine weitere Empfindlichkeitssteigerung des Relais erreicht, da es nunmehr nach verschiedener Richtung ausschlägt, je nachdem ob der Auslösestrom unter- oder überschritten ist. Die Schaltung für eine derartige Ausbildung des Relais ist in Abb. i gestrichelt dargestellt.
• An Stelle der in Abb. i dargestellten Brückenschaltung kann auch eine Schaltung nach Abb. 5 gewählt werden. Die Spulen L1' und L.,' fallen dabei weg, die Spulen L1 und L2 werden über einen Dreischenkelwandler so mit dem Relais R verbunden, daß diesem sowohl die Differenz als auch die Summe der Ströme zugeführt wird. Die Wicklung des dritten Schenkels dieses Wandlers kann erspart werden, wenn die Summen- und Differenzhildung in dem Relais selbst nach Abb.6 vorgenommen wird. Das Relais muß dann drei Spulen besitzen, von denen zwei zur Bildung der Summe, eine zur Bildung der Differenz dient.
• Der Erfindungsgedanke kann auch bei einem Frequenzrelais Anwendung finden. Ein Beispiel hierfür ist in Abb. 7 dargestellt. Die Anordnung unterscheidet sich von der der Abb. i lediglich dadurch, daß im Stromkreis der vom Gesamtstrom durchflossenen Spule ein Kondensator K in Reihe geschaltet ist, so daß sich ein Spannungsresonanzkreis ergibt, dessen Resonanzlage, wie in Abb. ä gezeigt, bei einer bestimmten Frequenz fliegt. Wählt man nun die Verhältnisse so, daß die Resonanzfrequenz etwas kleiner ist als die Ansprechfrequenz, so daß die Ansprechfrequenz etwa in der Mitte des steil abfallenden Teiles der Resonanzkurve liegt, wie es z. B. für ein Frequenzrelais oder einen Frequenzregler zweckmäßig ist, und stimmt man weiterhin die Drosselspulenbrücke der Abb. 7 so ab, daß die in Abb..I dargestellten Verhältnisse sich ergeben, daß also bei der Sollfrequenz L1 = L2 ist, dann wird die eine Spule des Frequenzrelais stromlos und der Relaiszeiger befindet sich in seiner Ruhelage, welche durch eine kleine Richtkraft, z. B. durch eine Feder oder ein Gewicht, bestimmt ist. Bei Abweichungen von der Sollfrequenz schlägt dann das Relais nach der einen oder anderen Seite aus. Dabei können Kontakte geschlossen werden, welche entweder einen Signal- oder einen Regelvorgang auslösen.
• Der in Abb. q. dargestellte Verlauf des Relaisstromes kann verstärkt werden, wenn man parallel zu den Drosselspulen einen Kondensator schaltet, etwa wie in Abb. g gezeigt ist. Wie bei dieser Schaltung der Relaisstrom als Funktion des Gesamtstromes gewonnen wird, ist aus den Abb. ioa und iob zu entnehmen. In Abb. io a ist die Stromaufnahme des aus Kondensator und eisenhaltiger Drosselspule bestehenden Parallelkreises gezeigt. Kurve i entspricht dem Kondensatorstrom, Kurve 2 dem Spulenstrom. Die Summe aus beiden ergibt sich dann als Kurve 3. Den Relaisstrom findet man dann nach Abb. iob durch Kombination der aus Abb. io a entnommenen Kurve 3 und einer Kurve q., welche der Stromaufnahme der Luftdrossel entspricht. Der Relaisstrom als Funktion des Gesamtstromes ergibt sich dann als Kurve 5, die der Kurve 3 in Abb. q. entspricht. Aus dem Vergleich dieser beiden Kurven ist zu entnehmen, daß die Steilheit im Bereich des Auslösestromes bei der Kurve der Abb. iob und damit die Empfindlichkeit größer ist als die der Abb. q,.
• Bei Relais, die mehrere Wicklungen besitzen, ist es nicht erforderlich, eine Brücken-Schaltung anzuwenden. Wie in Abb. ii gezeigt, kann man ein normales Relais mit zwei gleichen Wicklungen verwenden, die in entgegengesetztem Sinn auf ein Drehsystem einwirken. Im ersten Bereich des Stromes halten sich beide Spulen, die von einem dem Spannungsabfall an einer eisenhaltigen und nichteisenhaltigen Drossel proportionalen Strom durchflossen werden, das Gleichgewicht. Erst bei dem Überwiegen des Spannungsabfalles der einen Drossel tritt eine Auslösung ein.
• In Abb. i2 und 13 ist ein Relais mit drei Spulen vorgesehen, von denen je eine Spule von dem Spannungsabfall an einem konstanten und veränderlichen Widerstand (Luftdrossel oder Kapazität und Eisendrossel) ab- !, hängig ist, während die dritte Spule von dem Spannungsabfall an beiden Widerständen beeinflußt wird.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrisches Relais, das beim überschreiten eines bestimmten Wertes einer einzigen elektrischen Stromgröße anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das bewegliche Glied ausgeübte Kraft von der Differenz zweier durch Zerlegung des einzigen zu überwachenden Stromes gewonnener Teilströme abhängig ist, von denen der eine Teilstrom dem zu überwachenden einzigen Strom direkt proportional ist, während der andere Teilstrom mit dem zu überwachenden Strom in nichtlinearer. Abhängigkeit steht, derart, daß eine Stromdifferenz, welche eine im Sinn der Relaisbetätigung wirkende Kraft zur Folge hat, erst beim Erreichen des Ansprechwertes sich ergibt.
2. 2. Elektrisches Relais nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Relaisspulen von der Differenz zweier Ströme beeinflußt sind, von denen der eine der Strom eines konstanten Widerstandes, der andere der Strom einer Eisendrossel ist, die beide in Serie mit weiteren Widerständen parallel zueinander geschaltet sind, derart, daß ihr Summenstrom der zu überwachenden elektrischen Größe proportional ist.
3. 3. Elektrisches Relais nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Relaisspulen im Brückenkreis einer Widerstandsschaltung liegen, deren einzelne Widerstände abwechselnd aus Luft- und Eisendrosseln bestehen.
4. Elektrisches Relais nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Eisendrosseln Kapazitäten parallel geschaltet sind.
5. 5. Elektrisches Relais nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwei feststehende, auf das bewegliche System in entgegengesetztem Sinn - einwirkende Spulen vorgesehen sind, von denen die eine von einem dem Strom des konstanten Widerstandes proportionalen Strom, die andere von einem dem Strom der Eisendrossel proportionalen Stromdurchflossen ist (Abb. i i).
6. 6. Elektrisches Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der konstante Widerstand ein Kondensator ist.
7. 7. Elektrisches Relais nach den Ansprüchen i bis 6, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Wicklung, welche von der Summe der in den anderen Wicklungen fließenden Ströme durchflossen ist und eine Kraftwirkung hervorruft, welche der von den übrigen Wicklungen ausgeübten Kraftwirkung entgegengesetzt ist. B. Elektrisches Relais nach Anspruch 7 für Resonanzrelais, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie zu der zusätzlichen Wicklung eine auf Spannungsresonanz mit der Spulenwicklung abgestimmte Kapazität angeordnet ist. g. Elektrisches Relais nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen im Stromkreis der Widerstände liegenden Wandler, der die Summe und Differenz der in dem Relais wirksamen Ströme bildet. i o. Elektrisches Relais nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler drei Schenkel mit drei Wicklungspaaren besitzt, von denen die eine Primärwicklung in Reihe zu dem Widerstand ohne Eisencharakteristik, die andere in Reihe zu der Eisendrossel liegt und beide zusammen in Serie zu der dritten Wandlerwicklung angeordnet sind und daß die zu den beiden ersten Primärwicklungen gehörigen Sekundärwicklungen so untereinander und mit der einen Relaisspule verbunden sind, daß in dieser die Differenz der Ströme dieser Sekundärwicklungen fließt. während -die dritte zur Summenbildung dienende Sekundärwicklung des Wandlers mit der anderen Relaisspule verbunden ist. i i. Elektrisches Relais nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Wicklung in zwei in demselben Sinn auf das bewegliche Glied wirkende Spulen unterteilt ist, deren Einzelströme den Strömen der beiden Parallelzweige proportional sind. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen «-orden: Deutsche Patentschrift Nr. 5z2 563; Taschenbuch für drahtlose Telegraphie und Teleplionie. Berlin 1927, S. ()17.