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Anordnung für eine spannungsunabhängige Stromstoßüberwachungsschaltung
Der Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung für eine spannungsunabhängige Stromstoßüberwachungsschaltung
mit einem durch Gegenerregung abfallenden Relais. Die Erfindung bezweckt, durch
die besondere Ausgestaltung der Anordnung die Verwendung eines Relais zu ermöglichen,
das ohne am Anker angreifende, mechanische Kraftspeicher oder ohne eine besondere;
eine einseitig wirkende Rückstellkraft bewirkende Justierung der Relaisteile arbeitet.
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Um eine Spannungsunabhängigkeit zu erreichen, hat man vorgeschlagen,
das zur Überwachung der Stromstoßsendung dienende Relais in einem Kondensatorstromkreis
zu halten bis zum Erreichen einer durch Einstellung einer Gegenerregung wählbaren
Teilspannung am Kondensator. Die hierbei benutzten Relais sind empfindliche Telegrafenrelais
mit Sonderjustierung zur Erzielung einer einseitigen Richtkraft für die Rückstellung
des Ankers in die Anfangslage. Diese Sonderjustierung bereitet namentlich in der
Massenfabrikation Schwierigkeiten.
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Es ist bekannt, Relais an Stelle eines permanenten Magneten mit einer
polarisierenden Wicklung zu versehen, um sie richtungsempfindlich zu machen. Diese
Relais arbeiten nicht in dem gewünschten Maße spannungsunabhängig und erfordern
ebenfalls eine zusätzliche, einseitig wirkende Rückstellkraft.
Ferner
sind Anordnungen bekannt, bei welchen die Relais von dem Ladezustand eines Kondensators
abhängig sind, um die Schaltzeiten zu regeln oder bei Phasenverschiebung das Relais
zum Ansprechen zu bringen bzw. bei einer bestimmten Stromschließüngsfolge das Relais
zum Ansprechen zu bringen oder um dem Relais eine bestimmte Verzögerung zu erteilen.
Diese Anordnungen arbeiten nicht mit Gegenerregung und sind deshalb für den vorliegenden
Zweck nicht geeignet.
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Gemäß der Erfindung wird ein in einem im Zug der Stromstöße zustande
kommenden Kondensatorstromkreis erregtes, den Takt derselben überwachendes Relais
bis zu einem, durch die Zeitkonstante des Kondensatorstromkreises und durch die
Größe seiner Gegenerregung bestimmten Zeitpunkt erregt gehalten und die Rückführung
der von dem Relais gesteuerten Kontakte in ihre Anfangslage durch eine in der Richtung
der Gegenerregung weiter verlaufende Resterregung veranlaßt, wobei zwecks Erzielung
einer praktisch ausreichenden Spannungsunabhängigkeit der Anordnung die Betriebsspannung
so hoch wie möglich gewählt wird. Die durch das gewählte Verhältnis der Gegenerregung
zur Zeitkonstante des Kondensatorstromkreises zustande kommende Resterregung ersetzt
eine zusätzliche mechanische Ankerrückführung oder eine besondere, eine Rückstellkraft
bewirkende Sonderjustierung der Relaisteile. Die Resterregung stört aber praktisch
die Spannungsunabhängigkeit nicht, da die hohe Betriebsspannung den sie enthaltenden
Faktor vernachlässigbar klein werden läßt.
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Zweckmäßigerweise wird die Steilheit der Kondensatorlade- bzw. Entladekurve
durch Verwendung eines kleinen Widerstandes und eines großen Kondensators im Kondensatorstromkreis
groß gehalten, um eine weitere Steigerung der Spannungsunabhängigkeit zu erzielen.
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Eine besonders einfache Abgleichung der Gegenerregung zur Zeitkonstante
des Kondensatorstromkreises kann dadurch erzielt werden, daß die Resterregung durch
Einschaltung eines einstellbaren Widerstandes in den zur Gegenerregung des Relais
von einem Spannungsteiler abgegriffenen Stromkreis erzeugt wird. -Im folgenden ist
die Erfindung beschrieben und in der Zeichnung dargestellt. Es bedeutet Fig. i ein
Schaltbild der Anordnung, Fig. 2 ein Diagramm der Stromzeitkurve, Fig. 3 ein Diagramm
des Flußverlaufes beim Arbeitsvorgang.
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Die in der Fig. i dargestellte Schaltung arbeitet wie folgt: Zuerst
spricht das Relais J im Stromkreis -E-, J, a1, - an und schaltet die Wicklung
II des Überwachungsrelais A über -f-, Aa, iB, - ein und stellt einen Ladestromkreis
für den Kondensator C über -E-, iI, C, ia, - her. Aa öffnet seinen Kontakt
a, und bringt das Relais J zum Abfall, das seine Kontakte il und ia wieder öffnet.
Die Ladung des Kondensators C klingt über A], und den Widerstand R ab und
erzeugt einen Fluß 0,1 in Aa, welcher in Richtung des eingezeichneten Pfeiles verläuft.
A bleibt infolgedessen so lange erregt, bis 0a einen entgegengesetzten Fluß
0, in der Wicklung I des Relais A unterschreitet. Der entstehende, entgegengesetzt
gerichtete Restfluß 0R führt den Anker des Relais A in seine Anfangslage zurück,
worauf über a1 J wieder eingeschaltet wird. Der Fluß 0, ist abhängig von
der Spannung U, welche an der Wicklung A I vorhanden ist und welche einstellbar
ist durch einen mit A1 in Reihe liegenden einstellbaren Widerstand W, der an dem
Abgreifwiderstand T mit dem Gesamtwiderstand a und dem Teilwiderstand
b liegt. U, ist die angelegte Betriebsspannung und U2 die Spannung an der Wicklung
Aa.
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Da zur Rückführung des Ankers an Stelle einer besonderen Rückstellkraft
ein Restfluß OR dienen soll, kann im Augenblick der Aberregung 01 z# 0a sein.
Es müssen also Uo, U1 und U2 so gewählt werden, daß 0R die Spannungsunabhängigkeit
nicht stört.
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Ist R1 der zu wählende Gesamtwiderstand für den Kreis der Wicklung
I und R2 der Gesamtwiderstand des Kreises über Wicklung II, n1 und n2 die Wicklungszahlen
der Wicklungen I bzw. II, so ist
Daraus geht hervor, da R, abhängig von U, ist, daß U, möglichst groß, R2 möglichst
klein sein müssen, um eine möglichst kleine Spannungsabhängigkeit zu erzielen.
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Ferner ist die Steilheit, mit der die Ladung des Kondensators C abklingt
bzw. mit der das Relais abfällt und die sich aus
ergibt, möglichst groß zu machen. C ist die Kapazität des Kondensators. Diese Forderung
wird bei einem optimalen Widerstand R,Pt erfüllt, der sich ergibt aus
t ist die gewünschte Zeit des Relaisabfalls.
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In Fig. 2 ist eine Kurvenschar für den Stromabfall in der Wicklung
II dargestellt, wobei auf der Ordinate der Strom i in Ampere und auf der
Abszisse die Zeit t
in Sekunden aufgetragen ist, für einen Kondensator von
bestimmter Kapazität. Den Kurven ist ein Parameter von R = ioooo Ohm bzw. 40000
Ohm bzw. 120000 Ohm zugeordnet. Bei einer als günstigste ermittelten Abfallzeit
t = 2 - R - C hat die Kurve für R = 40000 Ohm die größte Steilheit, d. h. bei einer
Änderung von i die geringsten Änderungen von t.
Solche optimalen Widerstände
Rost lassen sich für jede Kapazität C ermitteln. Wählt man C größer, als sie der
Fig. 2 zugrunde gelegt ist, so könnte der zugehörige Widerstand Rest für die gewünschte
Zeit t kleiner sein, d. h. der Anfangspunkt dieser optimalen R'-Kurve würde bei
einem größeren i einsetzen, d. h. steiler verlaufen. Man wird also außer einer hohen
Betriebsspannung einen möglichst großen Kondensator wählen und für diesen Kondensator
denjenigen Widerstand ermitteln, der bei der Zeit t = 2 - R - C die größte
Steilheit aufweist.
Bei Einhaltung dieser Bedingungen wird es möglich,
einen Restfluß zur Rückführung des Ankers zu verwenden und damit schwierige Justierarbeiten
zu ersparen, ohne die Schaltzeit des Relais praktisch spannungsabhängig zu machen.
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Der dabei entstehende Zeitfehler ergibt sich, wenn den Fehler in Prozenten
bedeutet für lange Schaltzeiten, z. B. 40 ms, zu
kurze Schaltzeiten, z. B. 2o ms, zu
Praktisch wird man bei einer Betriebsspannung von 63 V arbeiten, bei der eine Spannungstoleranz
zwischen 58 bis 66 V eingehalten werden kann, die einen Gesamtfehler von
0,38 °/o, bezogen auf Uo, für lange Schaltzeiten und für kurze Schaltzeiten
von o,28 °/a ergibt, während bei 24 V Spannung mit Toleranzen zwischen =8 bis
30 V zu rechnen ist und die gleichen Zahlen 4,07 °/o bzw. 2,75 °/o ergeben
würden.
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In Fig. 3 ist an Hand des Flußverlaufes die Arbeitsweise des Relais
dargestellt. Ist j angesprochen, so wird A eingeschaltet (Punkt i). Nach einer gewissen
Zeit spricht A an und j wird abgeschaltet (Punkt 2). Bei Punkt 2 ist der Kondensator
C voll geladen und erzeugt einen Fluß 0B, der für die Dauer der Erregung von A (bis
Punkt q.) exponential abklingt. Zusammen mit dem entgegengesetzt gerichteten Fluß
0, ergibt sich der betätigende Gesamtfluß 0. Von Punkt 3 ab überwiegt der Fluß
0" der bei Punkt q. eine Größe 0R (Restfluß) erreicht, der genügt, um den
Anker wieder in seine Ausgangsstellung zurückzuführen, in welcher j wieder eingeschaltet
wird.