NL8303150A - Beveiligingscircuit voor een capacitieve voorschakelinrichting. - Google Patents

Description

* E 23^8-125¼ Ned hc/hv ? & G *

General Electric Company κ

Titel: Beveiligingscircuit voor een capacitieve voorschakelinrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een capacitieve voorschakelinrichting en in het bijzonder op een beveiligingscircu.it voor het verlagen van 5 de belastingstroom in het geval van vonkvorming in een capacitieve voorschakelinrichting als de bijbehorende belasting.

Het is bekend, belastingen te regelen door middel van een het vermogen regelende voorschakelinrichting. In een typerend geval wordt een veranderlijke voorschakelimpedantie in serie met een belasting geschakeld, zoals in de 10 capacitieve voorschakelinrichting beschreven in de Amerikaanse octrooiaanvrage 379.393· Sen capacitieve voorschakelinrichting kan worden gebruikt met een belastingweerstand-regelcircuit als beschreven in de Amerikaanse octrooiaanvrage 382.875. Het belastingweerstand-regelcircuit beveiligt echter de capacitieve voorschakelinrichting of de bijbehorende belasting niet tegen 15 ongunstige invloeden van een vonk of vonkvormingstoestand die optreedt in het voedingscircuit. Deze vonken kunnen worden veroorzaakt door een slechte verbinding met de bekrachtigingsbron of een onjuiste werking in een het circuit sturende schakelaar en dergelijke. In een typerend geval zal als een vonkvormingstoestand is opgetreden tijdens een periode van de voedingsbron, 20 de vonkvormingstoestand voortduren tot een natuurlijke nuldoorgang van de netstroom en de belastingstroom, bij welke natuurlijke nuldoorgang de vonk dooft, doch een sterk geïoniseerde luchtspleet achterlaat. Bij een capacitieve voorschakelinrichting ijlt de condensatorspanning nagenoeg 90° na op de stroom, zodat de condensatorspanning een topwaarde vertoont op het ogenblik waarop 25 de vonk dooft en de neiging heeft, die topwaarde te behouden. Als de netspanning sinusvormig daalt vanaf deze topwaarde, neemt de potentiaal over de sterk geïoniseerde luchtspleet die is veroorzaakt door de vonkvormingstoestand toe totdat een doorslagspanning wordt bereikt, bij welke spanning de vonk opnieuw optreedt. De energie die is bewaard in de condensator van de voorschakelin-30 richting wordt plotseling afgevoerd naar de belasting en wordt uitsluitend door de belastingweerstand begrensd. Bij een herontstekingstijd van ongeveer een halve periode vindt derhalve een maximale energie-overdracht aan de belasting plaats en de belasting of een deel van de voorschakelinrichting kan ogenblikkelijk worden vernietigd. Het is derhalve zeer wenselijk, dat deze 35 destructieve stromen worden onderdrukt of verzwakt door detectie van het optreden van een vonk en door een geschikt orgaan te verschaffen voor het verlagen van de beschikbare energie vanuit de voorschakelcondensator onder deze omstandigheden.

Volgens de uitvinding wordt de waarde van de stroom die door een be- i-0 lasting vloeit kort na een nuldoorgang van de belastingstroom bemonsterd teneinde ,, ---:--(} * : v-.- i 4 :j % * -2- te bepalen of een vonktoestand bestaat. Als de bemonsterde stroom kort na de nuldoorgang van de belasting niet gelijk is aan nul, werkt de belasting onder normale omstandigheden en er vindt geen beveiligende ingreep plaats. Als de 5 bemonsterde stroom nagenoeg gelijk is aan nul, wordt aangenomen dat een vonk van een toestand is opgetreden en een beveiligende ingreep wordt mogelijk gemaakt in de capacitieve voorschakelinrichting teneinde een potentiële vernietiging van de voorschakelinrichting en/of de bijbehorende belasting te voorkomen.

Volgens voorkeursuitvoeringen, waarbij de voorschakelinrichting een 10 hoofd-condensator bevat die steeds in serie staat met de belasting, alsmede een hulp-condensator die selectief parallel wordt geschakeld aan de hoofdcondensator door toedoen van een schakelorgaan, dat wordt bediend gedurende een deel van een periode van het voedingsnet dat zo is gekozen dat de stroom door de belasting een constante waarde behoudt, wordt detectie van de vohk-15 vormingstoestand gebruikt om geleiding van de schakelinrichting te voorkomen, waardoor de stroom door de belasting en de capacitieve voorschakelinrichting wordt beperkt tot de minimale circuitstroom die is vastgelegd door de waarde van de hoofd-voorschakelcondensator.

. De uitvinding beoogt derhalve een circuit te verschaffen voor het be-20 veiligen van een capacitieve voorschakelinrichting en de belasting daarvan bij het optreden van vonkvormingsomstandigheden.

De uitvinding wordt hieronder nader toegelicht aan de hand van de tekening, die betrekking heeft op enige uitvoeringsvoorbeelden van een circuit volgens de uitvinding.

25 Figuur 1 is een schetsmatig blokschema van een belasting en een capaci tieve voorschakelinrichting daarvoor.

Figuur 2 is een schema van een uitvoeringsvoorbeeld van een capacitieve voorschakelinrichting en het beveiligingscircüit volgens de uitvinding.

Figuur 2a is een schema van een andere uitvoeringsvorm van het beveiligings-30 circuit ten gebruike in de uitvoering volgens Figuur 2.

Figuur 3 is een schema van een voorschakelinrichting voorzien van numerieke logica en van een andere voorkeursuitvoering van het beveiligingscircüit ten gebruike daarmee.

In Figuur 1 wordt een capacitieve voorschakelinrichting 10 voor het 35 regelen van het vermogen toegepast met een belastingweerstand 11 met de waarde R^. Een schakelorgaan 12 is in serie met de belasting 11 en een eerste capacitief orgaan 1U van de voorschakelinrichting tussen een paar lichtnetaansluitingen L1 en L·^ geschakeld. Zoals nader beschreven in de eerder genoemde Amerikaanse octrooiaanvrage 379.393 is een tweede capacitief element 16 in serie met een h-0 schakelorgaan 18 over de eerste condensator 1U geschakeld. Het schakelorgaan 18

IF

-3- omvat een inrichting 18a met gestuurde geleiding, zoals een vermogen-MOSFET of dergelijke, waaraan een in êin richting geleidend onderdeel 18b, zoals een diode of dergelijke, is parallel geschakeld. Een stuurlogica en poort-5 stuurorgaan 20 ontvangt een signaal aan een eerste ingang 20a aangesloten op de netzijde van de belasting 11, ten opzichte van de gemeenschappelijke aansluiting 20b van het stuurorgaan. Het stuurorgaan levert aan de uitgang 20c een signaal voor het sturen van de inrichting 18a. De condensatoren 1¼ en 16 vormen een veranderlijke voorschakelimpedantie in serie met de belasting, 10 waarbij de condensator 1U steeds in'serie staat met de belasting en een maximale voorschakelimpedantie vormt, terwijl de condensator 16 gedurende een instelbaar breukdeel van de lichtnetperiode parallel staat aan de condensator 1H.

Als het schakelorgaan 18 gedurende een volledige periode gesloten blijft, wordt een minimale voorschakelimpedantie aangeboden aan de belasting. Als een 15 vonk optreedt in een vermogencircuit, zoals dat kan voorkomen door een slecht contact in de lampvoet, of door een schakelorgaan 12 zonder momentschakeling, kan de belasting 11 (zoals een gloeilamp of dergelijke) ogenblikkelijk worden vernield. Yaak wordt ook als reactie op het optreden van een vonk de half-geleider-schakelinrichting 18a onmiddellijk vernield.

20 In Figuur 2, waarin dezelfde verwijzingsnummers zijn toegepast voor overeenkomstige onderdelen, wordt een beveiligingscircuit 22 met het stuurorgaan 20 gebruikt voor het voorkomen van het vernietigen van de schakel-inrichting 18a en/of de belasting 11. De stuur logica en poort stuurorgaan 20 zijn nader beschreven in de Amerikaanse octrooiaanvrage 382.875 en omvatten 25 een eerste ingangsaansluiiing 20a die is verbonden met een eerste lichtnet-leiding en een tweede ingangsaansluiting 20b verbonden met de andere licht-netleiding L^. Een gelijkrichter 30 tezamen met een voedingsfilter 32 (bestaande uit een serieweerstand 32a en een parallel-filtercondensator 32b) leveren een bron van positieve bedrijfsspanning +V ten opzichte van de gemeenschappelijke 30 aansluiting 20c die is verbonden met de gemeenschappelijke aansluiting van het circuit. De belastingweerstand 11 is aangesloten tussen een eerste ingang 20a en een hulpingang 20b. Een meetweerstand 3¼ met een waarde R is aange-

*" D

sloten tussen de hulpingang 20d en de gemeenschappelijke leiding 20c van het circuit. De weerstand 3^ levert een spanning evenredig met de belastingstroom 35 en deze spanning wordt via een weerstand 36 toegevoerd aan de niet-inverterende ingang 38a van een eerste comparator 38. De spanning over de belasting aan de ingang 20a wordt via een spanningdeler ^0 (bestaande uit een serieweerstand U0a en een parallelweerstand UOb) toegevoerd aan de niet-inverterende ingang h2a. van een andere comparator b2. De inverterende ingangen 38b en ^2b van hO de comparatoren 38 resp. b2 zijn tezamen verbonden met een referentiepotentiaal ·-» * . - » I . * * -liaan. de aftakking Tan een andere spanningdeler kU, bestaande uit een eerste en een tweede weerstand UUa resp. kkb aangesloten tussen de voedingsspanning +V en de gemeenschappelijke leiding. De uitgangen 38c resp. b2c van de com-t 5 paratoren 38 resp. b2 zijn via respectieve instelweerstanden kS resp. U8 verbonden met de positieve voedingsspanning en zijn tevens afzonderlijk verbonden met de ingang van een bijbehorende invertor 50 resp. 52. De ene ingang van een eerste NM-poort 5^ met twee ingangen is verbonden met de uitgang 38c van de eerste comparator en de uitgang van de tweede invertor 10 52. De ene ingang van een tweede NM-poort 56 is verbonden met de uitgang H2c van de tweede comparator, terwijl de andere ingang is verbonden met de uitgang van de invertor 50. De uitgang van de poort 5^ is via een instel-weerstand 58 verbonden met de basis van een PKP-transistor 60 waarvan de emitter via een verdere weerstand 62 is verbonden met de positieve voedings-15 spanning +7. De collector van de transistor 60 is via een weerstand 6k verbonden met een paar in serie geschakelde integratiecondensatoren 66a en 66b.

De integratiecondensatoren zijn tevens via een weerstand 68 en een diode 70 verbonden met de uitgang van de poort 56. Het knooppunt tussen de condensatoren 66a en 66b is via een weerstand 72 verbonden met de gemeenschappelijke potentiaal 20 en is tevens via een serieweerstand 7^ en een diode 76 verbonden met de tweede lichtnetingang 20b van het stuurorgaan. Het knooppunt van de weerstanden 6k en 68 aaide condensator 66a is verbonden met de inverterende ingang 78a van een verdere comparator 78. De niet-inverterende ingang 78b daarvan is verbonden met een zaagtandcondensator 80 die een constante stroom ontvangt uit 25 een bron 82 van constante stroom. De bron van constante stroom omvat een PNP-transistor 82a waarvan de collector is verbonden met de condensator 80. De basis van de transistor 82a is verbonden met de aardpotentiaal via een weerstand 82b en met de positieve voedingsspanning via een paar dioden 82c en 82d. De emitter van de transistor 82a is met de voedingsspanning +V verbonden via 30 een de stroom instellende weerstand 82e. De uitgang 78c van de derde comparator is verbonden met een eerste terugstelingang R van een grendelorgaan 8U. De uitgang 8Ha van het grendelorgaan is via een weerstand 86 verbonden met de uitgang 20e van het stuurorgaan en van daaruit met de poort van de schakel-inrichting 18a. Een weerstand 88 en een seriediode 90 zijn aangesloten tussen 35 de ingang 78b. van de derde comparator en de uitgang 8Ua van het grendelorgaan.

De terugstelingang R van het grendelorgaan is tevens via een verdere weerstand 92 verbonden met de voedingsspanning +V. Een instelingang S van het grendelorgaan 8U- is via een weerstand 9^ verbonden met de gemeenschappelijke potentiaal en via een weerstand 96 verbonden met de voedingsspanning +V. De instelingang lj-0 is tevens via een condensator 98 verbonden met de uitgang 100a van een vierde d ' *' ' · ' · ;*!*-· o * * y -5- comparator 100. De uitgang 100a van de comparator is tevens via een instel-ve erstand 102 verbonden met de voedingsspanning +V. De inverterende ingang 100b van de comparator is verbonden met de gemeenschappelijke potentiaal, 5 terwijl de niet-inverterende ingang 100c daarvan via een weerstand ÏÖh is verbonden met de eerste ingang 20a van het stuurorgaan. Eén van een paar beveiligingsdioden 106a en 106b is van de ingang 100c verbonden met de gemeenschappelijke potentiaal resp. de voedingsspanning.

Volgens de uitvinding heeft het beveiligingscircuit 22 een eerste ingang 10 22a die de spanning van de eerste lichtnetleiding ontvangt en een uitgang 22b die is verbonden met een andere ingang 20f van het stuurcircuit en van daaruit is verbonden met een tweede terugstelingang R’ van het grendelorgaan oh. Het beveiligingscircuit 22 bevat een nuldoorgangdetector 108 met een eerste transistor 110 waarvan de basis is verbonden met de gemeenschappelijke potentiaal, 15 de emitter via een weerstand 112 is verbonden met de ingang 22a en de collector via een belastingweerstand 1\h is verbonden met de positieve voedingsspanning +7. De emitters van tweede en derde transistoren 116 en 118 zijn verbonden met de gemeenschappelijke potentiaal, terwijl de collector van de transistor 116 en de basis van de transistor 118 zijn verbonden met het knooppunt tussen 20 de weerstand 11k en de collector van de transistor 110. De basis van de transistor 116 is verbonden met de emitter van de transistor 110. De collector van de transistor 118 is via een uitgangsweerstand 120 verbonden met de positieve voedingsspanning +V. De collector van de transistor 118 is tevens verbonden met de ingang B van een eerste monostabiele multivibrator 125 waarvan de 25 ingang A is verbonden met aardpotentiaal. Een tijdcondensator 127 en tijdveer stand 128 zijn met het orgaan 125 verbonden teneinde de duur van de uitgangs-impuls daarvan vast te leggen. De uitgang Q van de monostabiele multivibrator 125 is verbonden met de klokingang C van een bistabiel logisch element 130 van het D-type, waarvan de gegevensingang D is verbonden met de collector 30 van de transistor 118. De uitgang Q van de bistabiele keten 130 is verbonden met de ingang B van een tweede monostabiele multivibrator 135. De i ngang A van de multivibrator 135 is verbonden met aardpotentiaal, terwijl de tijdcondensator 137 en de tijdweerstand 138 daarmee zijn verbonden teneinde de duur van de impuls aan de uitgang Q te bepalen. De uitgang Q is verbonden 35 met de uitgang 22b van het beveiligingscircuit en van daaruit met de tweede terugstelingang R* van het grendelorgaan 8U in het stuurorgaan 20. De monostabiele muitivibratoren 125 en 135 kunnen geïntegreerde circuits zijn, zoals aanwezig in het geïntegreerde circuit van het type CMOS 1*528 en dergelijke.

Tijdens het bedrijf meet het regelorgaan 20 de stroom door de belasting kQ 11 en de spanning over de belasting 11 voor het laden of ontladen van conden- « ► -6- satoren 66, teneinde het tijdstip vast te leggen waarop de spanning aan de ene ingang van de comparator 78 gelijk wordt aan de zaagtandspanning aan de andere ingang. De grendel 8U wordt door de comparator 100 ingesteld hij een 5 nuldoorgang van de lichtnetspanning en wordt teruggesteld als de spanning over de integratiecondensator gelijk is aan de zaagtandspanning, waardoor het tijdinterval wordt bepaald gedurende hetwelkv.stroom loopt door de condensator 16 en derhalve de stroom door de belastingweerstand loopt.

In het geval van een vonk zal een laagspanninglamp die als belasting 10 11 wordt toegepast heel blijven als (1) de verhouding van de condensatoren 1¾ en 16 ongeveer 1:1 is en (2) de stuurinrichting 18a voor de geleiding wordt uitgeschakeld teneinde de vonkstroom door de belasting te verminderen. Dit vindt plaats door middel van het beveiligingscircuit 22. Onder normale bedrijfsomstandigheden dient telkens als de stroom door de belasting 11 door nul gaat 15 in één van beide mogelijke richtingen, de belastingstroom onmiddellijk daarna een van nul afwijkende waarde aan te nemen, dat wil zeggen de absolute waarde van de stroom door (of de spanning over) de belasting dient van nul af te wijken, behalve tijdens de nuldoorgang. Als een vonk optreedt in serie met de belasting of het stuurorgaan 10, blijft de belastingstroom en/of de belastingspanning 20 gelijk aan nul gedurende een zekere tijd totdat een spanning voor het heront-steken van de vonk wordt bereikt. Derhalve wordt een potentiële vonktoestand gedetecteerd door het bewaken van de belastingstroom en de detectie als die stroom kort na een nuldoorgang van de belastingstroom nog steeds gelijk is aan nul.

25 Derhalve levert de nuldoorgangdetector 108 aan de collector van de transistor 118 een laag logisch niveau bij elke nuldoorgang en hij levert een hoog logisch niveau op alle andere tijdstippen als de belasting in bedrijf is en een van nul afwijkende belastingstroom vloeit. De voorflank van het lage logische niveau bij een nuldoorgang trekt de monostabiele multivibrator 30 125 teneinde een korte tijdvertraging daarna te leveren. Bij wijze van voorbeeld wordt een vertraging van ongeveer 1 ms toegepast, hoewel een langere of kortere vertraging evenzeer zou kunnen worden toegepast. lia de vertraging geleverd door de monostabiele multivibrator stijgt de uitgang Q daarvan tot het logische niveau 1 en hij brengt in de bistabiele keten 130 het niveau aan dat op dat 35 tijdstip aanwezig is aan de uitgang van de detector 108. Daar deze klokinvloed op een bepaald tijdstip, bijv. 1 ms, na de nuldoorgang plaatsvindt, geeft het uitgangsniveau Q aan dat een vonktoestand aanwezig is, uitsluitend als de spanning aan de ingang van de bistabiele keten 130 nog het lage logische niveau heeft. Derhalve blijft de uitgang Q van de bistabiele keten 130 op een hoog 1+0 logisch niveau als geen vonkvorming optreedt, maar hij daalt naar een laag Λ ” /· 7 ’* *> * y -7- logisch niveau als vonkvorming optreedt. De daling van de uit gangs spanning Q "bij aanwezigheid van vonkvorming trekt de monostabiele multivibrator 135-De uitgang Q van de multivibrator 135 heeft normaal het logische niveau 1, 5 wat het terugstellen van het grendelorgaan 8¼ aan zijn ingang Rr belet. Bij aanwezigheid van een vonktoestand doet het trekken van de multivibrator 135 zijn uitgang Q dalen tot een logisch niveau nul gedurende een tijdinterval dat wordt bepaald door de tijdcondensator 137 en de tijdweerstand 138. Als de uitgang Q daalt tot een laag logisch niveau veroorzaakt de een laag logisch 10 niveau veroorzakende terugstelingang R' van het logische orgaan 8¼ een laag logisch niveau aan de grendeluitgang 8ha. Als reactie op het lage niveau aan de uitgang 8ha wordt de inrichting 18a gesperd en de spanning over de zaag-tandcondensator 80 wordt door middel van de diode 90 vastgezet op een laag niveau. Het verwijderen van de sturing van de inrichting 18a en het vast zetten 15 van de condensator 80 blijven beide bestaan gedurende de duur van de uitgangs-impuls Q met een laag logisch niveau, welke impuls zolang als gewenst is kan duren, maar langer moet duren dan een halve periode van de golfvorm van het lichtnet, bijv. langer dan 1/120 seconde; een willekeurige impulsduur van 220 ms werd gekozen voor de multivibrator 135· Als de vertragingstijd van de 20 multivibrator is afgelopen, wordt de grendel vrijgegeven en hij wordt opnieuw ingesteld aan zijn ingang S door de werking van de comparator 100 bij de volgende nuldoorgang van de lichtnetgolfvorm. De belastingstroom wordt opnieuw bemonsterd op een tijdstip bepaald door de multivibrator 125 (bijv. 1 ms) na die nuldoorgang, waardoor het nieuwe instelsignaal S wordt geleverd; als 25 de vonktoestand is gedoofd, vindt de normale werking voortgang en als de vonktoestand nog steeds bestaat, wordt de tweede terugstelingang R' opnieuw bekrachtigd teneinde schade te voorkomen. Zolang de vonktoestand bestaat, wordt derhalve de belastingstroom verlaagd tot een veilige waarde kort na elke nuldoorgang van de belasting, waarbij een poging tot het instellen van de normale 30 belastingstoestand plaatsvindt. Uitsluitend als de vonk is opgeheven, vloeit de volle belastingstroom door de belasting 11.

Als in Figuur 2a een periodiek kloksignaal CLK van het stelsel aanwezig is, zoals in de leiding 150, kan het paar monostabiele muitivibratoren 125 en 135 worden vervangen door een of meer numerieke tellers teneinde een meer be- 35 trouwbare tijdbepaling te verkrijgen. Daartoe wordt de uitgang van de nul- doorgangdetector 108 aan de collector van de transistor 118 verbonden met de D-ingang van de bistabiele keten 130 en tevens via een invertor 152 verbonden met de instelingang S van een instelbare en terugstelbare bistabiele keten 15¼. De uitgang Q van de bistabiele keten 15¼ is verbonden met de terugstel- 40 ingang R van een voorinstelbare teller 156 waarvan een klokingang C de impulsen > " * - ·· '· Λ . · ‘v * * -8- CLK vaa de leiding 150 ontvangt. De uitgang Q van de teller 156 is verbonden met een ingang PE die het voorinstellen mogelijk maakt, met een terugstel-ingang R van de bistabiele keten 15^· en met de klokingang C van de bistabiele 5 keten 130. Het uitgangssignaal van het beveiligingscircuit aan de uitgang 22b -wordt afgenomen van de uitgang Q van de bistabiele keten 30. De voorinstel-ingangen P^-P^ van de voorinstelbare teller zijn op bekende wijze zo ingesteld door verbinding met aarde of positieve spanningen dat een gewenste voorinstelbare telling wordt verkregen, die tezamen met de frequentie van de impulsen 10 CLK in de leiding 150 een gewenste tijdvertraging levert tussen het tijdstip waarop de terugstelingang R wordt geblokkeerd en het tijdstip waarop de uitgang Q van de teller 150 wordt vrijgegeven. Gewoonlijk bevindt de bistabiele keten 15^· zich in de teruggestèMe toestand en zijn uitgang Q voert een hoog logisch niveau, waardoor de teller 156 wordt teruggesteld en het tellen daarin wordt 15 belet; de klokingang C van de bistabiele keten 130 heeft een laag logisch niveau, wat het klokken van de informatie aan de D-ingang naar de uitgang Q en de uitgang 22b van het beveiligingscircuit belet.

Bij elke nuldoorgang van de belastingstroom daalt de uitgang van de nuldoorgangdetector 108 tot een laag logisch niveau, wat een hoog logisch 20 niveau aan de ingang S van de bistabiele keten 15*+ levert. Als reactié.^daarop daalt de uitgang Q van de bistabiele keten 15^· tot een laag logisch niveau, waardoor de terugstelling van de teller 156 wordt opgeheven en de teller de impulsen CLK kan tellen totdat de vooringestelde telling wordt bereikt. Bij het bereiken van de vooringestelde telling wordt de uitgang Q van de teller 25 156 vrijgegeven en hij voert de volgende werkingen uit: de bistabiele keten 15^· wordt teruggesteld, waardoor het terugstelniveau aan de ingang R van de teller 156 wordt hersteld en de telling daarin wordt beëindigd; de voorin-stelingang PE wordt in de teller 156 gedeblokkeerd, teneinde de vooringestelde telling daarin op te nemen voorafgaande aan een verdere telling van de impulsen 30 CLK in de leiding 150; en een hoog logisch niveau wordt geleverd aan de klokingang C van de bistabiele keten 130, op een bepaald tijdstip na een nuldoorgang. Derhalve wordt op het tijdstip dat is vastgelegd door het tempo van de klokimpulsen en de voor ingestelde telling in de teller 150, het uitgangs-.niveau van de nuldoorgangdetector 108 dat dan aanwezig is aan de D-ingang 35 van de bistabiele keten 130 naar de uitgang Q daarvan geklokt. Als een vonk optreedt, daalt de uitgang Q tot een logisch niveau nul en hij veroorzaakt het verwijderen van de sturing van de schakelinrichting. Als de uitgang van de nuldoorgangdetector 108 is teruggekeerd naar een hoog logisch niveau, wat de afwezigheid van een vonktoestand aangeeft, is de uitgang Q van de bistabiele Uo keten 130 op een hoog logisch niveau en hij voorkomt dat de tweede terugstel- * 4 -9- ingang R' van de grendel 8U verlet, zodat een voort gaand normaal bedrijf de belasting mogelijk vordt gemaakt.

In Figuur 3 is een andere voorkeursuitvoering van het vonkbeveiligings-5 circuit 22” afgebeeld ten gebruike met een numerieke uitvoering van de stuur-logica en het poortstuurorgaan 20’. Het orgaan 20’ gebruikt het paar compara-toren 38 en b2 met terugkoppelveerstanden 138 resp. 1U2 en spanningdelers hO en hh zoals bij de analogonuitvoering van het logische orgaan 20. De com-paratoruitgang 38c is via een invertor 50 verbonden met de klokingang CLK 10 van een voor en achteruit tellende voorinstelbare teller 150. De invertor 50 veroorzaakt een meting van de belastingveerstand na een stroomtop; het verwijderen van de invertor 50 veroorzaakt een meting van de belast ingveer stand voor het optreden van een stroomtop. De ingang PE van de teller 150 die het voorinstellen mogelijk maakt ontvangt een voeding-cammandosignaal P0C (uit 15 een niet afgebeeld orgaan) als het circuit wordt bekrachtigd. De teller 150 wordt voor vooruit tellen dan wel achteruit tellen ingesteld als reactie op het signaal aan een vooruit/achteruit-ingang dat wordt geleverd aan de uitgang van een 0F-poort 152 met twee ingangen. De ene ingang van de poort 152 is afkomstig van de comparatoruitgang h2c en de andere ingang is afkomstig 20 van de uitgang van een 0F-poort 15^ met N ingangen. Elk van de ΪΓ ingangen van de "leegmeet"-poort 1Jk is verbonden met de verbinding van een bijbehorende trapuitgang van de teller 150 en de bijbehorende voorinstelingang P^ van een in een richting tellende teller 156; waarbij 0<m<N. De teller 156 is een voorinstelbare voorwaartsteller met H+1 trappen, waarbij de N+1-ste voorinstel-25 ingang P^+1 is verbonden met de positieve voedingsspanning. De voorinstelingang Pjj van de voorwaarts/achterwaarts-teller 150 met N trappen is eveneens verbonden met de positieve voedingsspanning +V, terwijl de minder belangrijke ingangen Pq-P^ alle met de gemeenschappelijke potentiaal zijn verbonden. Een klokingang CLK van de teller 156 ontvangt; het uitgangssignaal van een vrij lopende 30 oscillator 158, bestaande uit een paar invertoren 158a en 158b die onderling zijn gekoppeld door middel van een paar weerstanden 158c en 158d en een tijd-condensator 158e. De voorinstel-deblokkeeringang PE van de teller 156 ontvangt het deblokkeersignaal van de schakelinrichting aan de uitgang 20e' via een differentiator 160, bestaande uit een serie-differentieercondensator 160a en 35 een parallelweerstand 160b naar de gemeenschappelijke potentiaal. De uitgang van de belangrijkste tellertrap van de teller 156 is verbonden met een uitgang 20’f van de stuurlogica.

Een eerste hulpingang 20'g van de stuurlogica is verbonden met de terugstelingang R van een bistabiele keten 162 van het D-type, terwijl een U0 tweede hulpingang 20*h van het logische orgaan is verbonden met de gegevens- * -10- ingang D daarvan. De ingang 20¾1 van bet logische orgaan is verbonden met het knooppunt tussen de hulpcondensator 16 en de schakelinrichting 18 en is via een af snij netwerk l6h, bestaande uit een eerste en een tweede serieweerstand 5 l6Ua en 16Ub en een afsnijdiode l6Uc naar de positieve voedingsspanning, verbonden met de niet-inverterende ingang 166a van een verdere comparator 166. De inverterende ingang 166b van de derde comparator is verbonden met de gemeenschappelijke potentiaal, terwijl de uitgang 166c van de comparator is verbonden met de klokingang C van de bistabiele keten 162. Als de comparatoren 10 38, h2 en 166 voldoende snel werken en uitgangsovergangen met voldoende stijle flanken leveren, kunnen de bovenstaande verbindingen rechtstreeks plaatsvinden. Als aan de uitgangen k2c en 166c geen voldoende snelle overgangen optreden, kunnen de Schmidt-trekkerbuffers 168 en 1T0 worden toegepast (die als facultatieve mogelijkheid in streeplijnen zijn aangegeven) en de invertor 50, 15 indien toegepast, kan van het Schmidt-trekkertype moeten zijn teneinde de overgang van de uitgang 38c van de eerste comparator te versnellen.

De stuurlogica en het poortstuurorgaan 20' kunnen werken zonder het vohkbeveiligingscircuit 22'', door de hulpuitgang 20'f te verbinden met de eerste hulpingang 20’g, door middel van een invertor 172 (afgebeeld in streep- 20 lijnen) en door de positieve voedingsspanning +V via de met een streeplijn getekende verbinding 17U te verbinden met de tweede hulpingang 20'h. De werking is dan in wezen als beschreven voor de numerieke uitvoeringen volgens de

Amerikaanse octrooiaanvrage 379*393· In het kort wordt de uitgang Q van de bistabiele keten 1Ö2 ingesteld op het logische niveau 1, waardoor de schakel- 25 inrichting 18 wordt ingeschakeld, telkens als een nuldoorgang aan de ingang 20b wordt gedetecteerd door de comparator 166. De schakelinrichting 18 blijft geleiden totdat de bistabiele keten 162 wordt teruggesteld door het optreden van een impuls van de teller 156 aan de uitgang 20'f. Dit niveau treedt op als de teller 156 is gevuld door voorwaarts tellen van de klokimpulsen 30 afkomstig van de vrijlopende oscillator 158, vanaf een aanvangstelling die is ingesteld door de impuls aan de voorinstel-deblokkeeringang PE als reactie op het begin van de poortimpuls van de schakelinrichting tijdens elke periode.

De voor ingestelde telling die aldus is ingevoerd in de teller 156 wordt bepaald door de uitgangen van de teller 150. De telling in de teller 150 wordt met 35 êên verhoogd of verlaagd als reactie op elk klokimpuls die wordt geleverd door de eerste comparator 38, waarbij de telrichting afhangt van het tijdstip waarop de spanning over de stroommeetweerstand 3k de referentiespanning aan de uitgang van de spanningdeler Uk overschrijdt, zodat de telrichting wordt bepaald door de belastingspanning die wordt toegevoerd aan de comparator k2.

U0 De teller 150 bereikt nooit de volledig gevulde toestand. Als de teller 150 .... ... » “**1

• · - . . V

-11- geheel leeg is, zou een verdere achterwaartse telling plotseling de toestand in "vol" doen veranderen en deze omstandigheid wordt waargenomen door de poort 15¾ en verder achterwaarts tellen wordt daardoor voorkomen.

5 Voor gebruik met het vonkbeveiligingscircuit 22'' volgens de uitvinding heeft de stuurlogica 20’ een verdere uitgang 20'i die is verbonden met de ingang van de poort 152 vanuit de comparator ¾2. Het vonkbeveiligingscircuit 22* omvat een nuldoorgangdetector 108' voorzien van een comparator 180, waarvan de inverterende ingang 180a is verbonden met de gemeenschappelijke potentiaal.

10 De niet-inverterende ingang 180b is met de eerste ingangsleiding 20a’ verbonden via een seriediode 182 en eerste en tweede serieweerstanden 18¾ en 186. Een verdere weerstand 188 is vanaf het knooppunt van de weerstanden 18¾ en 186 verbonden met de uitgang van een spanningdeler 190, bestaande uit eerste en tweede weerstanden 190a en 190b die in serie zijn geschakeld tussen de posi-15 tieve voedingsspanning +V en de gemeenschappelijke potentiaal. De uitgang l80c van de comparator is aangesloten via een invertor 192, die indien noodzakelijk van het Schmidt-type kan zijn teneinde voldoende snelle toestand-overgangen van de uitgang van een comparator te verkrijgen. De uitgang 192 van de invertor is via een laagdoorlaatfilter 19¾ bestaande uit een serie-20 weerstand 19¾¾ en een parallelcondensator 19¾¾ verbonden met de tweede hulp-ingang 20’h van de stuurlogica (de verbinding 17¾ daarmee wordt verbroken bij werking met het vonkbeveiligingscircuit 22’De invert omit gang 192 is tevens via een tweede invertor 196 verbonden met de klokingang C van een bistabiele keten 198 van het D-type, voorzien van een terugstelingang R die 25 is verbonden met de tweede hulpuitgang 20'i van het logische orgaan. De ge-gevensingang D van de bistabiele keten is verbonden met de positieve voedingsspanning +7. De uitgang Q van de bistabiele keten is verbonden met de ene ingang van een NEU-poort 200 met twee ingangen, waarvan de andere ingang is verbonden met de eerste hulpuitgang 20’f van het logische orgaan. De uitgang 30 van de poort 200 is verbonden met de eerste hulpingang 20'g van het logische orgaan en van daaruit met de terugstelingang R van de bistabiele keten 162 (waarbij de invertor 172 tussen de uitgang 20*f en de ingang 20'g wordt verwijderd bij werking met het vonkbeveiligingscircuit 22'').

Als tijdens het bedrijf terwijl een nuldoorgang van de belastingspanning 35 en de belastingstroom wordt benaderd waarbij de leiding positief is ten opzichte van de leiding Lg, geleidt de diode 18b normaal en de schakelinrichting 18a is in de uitschakeltoestand. De circuitaansluiting 20a' is positief ten opzichte van de gemeenschappelijke potentiaal, waardoor de diode 182 geleidt en de comparatomitgang 130c betrekkelijk positief is. Door een kleine posi-kQ tieve verschuivingsspanning die hoofdzakelijk wordt geleverd door de spanning-

__A

Ik -12- deler 190 daalt de spanning van de comparatoruitgang 180c niet totdat de spanning aan de aansluiting 20a’ iets negatief is ten opzichte van de gemeenschappelijke potentiaal. Als op dat tijdstip een spanning met negatieve polariteit 5 over de belasting optreedt vanuit de leiding ten opzichte van de gemeenschappelijke potentiaal stijgt de uitgang van de invertor 192 abrupt en hij levert een logisch niveau 1 aan de de D-ingang van de bistabiele keten 162.

Kort daarop levert de uitgang 166c van de derde comparator een stijgende spanningflank als reactie-Op de nuldoorgang van de belastingspanning en de belastingstroom, vaar do or het logische niveau 1 aan de D-ingang van de bistabiele keten 162 naar de uitgang Q daarvan vordt geklokt, teneinde de schakelinrichting 18a in te schakelen zolang geen logisch niveau 1 aanvezig is aan de terugstel-ingang R van de bistabiele keten 162. Bij het normale bedrijf moet derhalve de uitgang van de poort 200 het logische niveau 0 voeren, als reactie op het ^5 feit dat elk der ingangen van de poort 200 het logische niveau 1 voert. Een logisch niveau 1 wordt aan de uitgang 20’f geleverd door een normaal logisch rustniveau 1 van de trap te leveren als reactie op de voorinstelling van de trap N+1 van de teller 156 op het logische niveau 1 (de voedingsspanning +V) aan de ingang P . Een logisch niveau 1 wordt geleverd aan de uitgang 20 q van de bistabiele keten 198 door een logisch niveau 1 te leveren aan de terugstelingang R daarvan voorafgaande aan de nuldoorgang. Dit logische terug-stelniveau 1 wordt verkregen uit de uitgang h2c van de tweede comparator tijdens de voorafgaande halve periode met positieve polariteit van de belasting.

Nadat de bovenstaande reeks een logisch niveau 1 levert aan de uitgang 25 Q van de bistabiele keten 162 en de schakelinrichting 18a inschakelt, doet de normale bediijfswijze de teller 156 voorwaarts tellen tot de volle toestand.

Als de volle toestand wordt bereikt en overschreden, daalt de uitgang Q^. tot het logische niveau 0, waardoor een logisch niveau 1 optreedt aan de ingang 20'g, waardoor de uitgang Q van de bistabiele keten 162 wordt teruggesteld 30 naar het logische niveau 0 en de schakelinrichting 18a wordt uitgeschakeld. Daardoor ligt het normale tijdinterval van de geleiding door de inrichting 18a vast.

Als een vonk optreedt tijdens de geleiding van de inrichting 18a blijft de spanning aan de aansluiting 20a' gelijk aan 0 na de negatief gerichte nul-35 doorgang daarvan en de uitgang van de vierde comparator 180c keert terug naar een meer positief niveau. De spanning aan de uitgang van de invertor 196 stijgt daardoor en verschijnt als een bedieningsflank aan de klokingang C van de bistabiele keten 198. Het logische niveau 1 aan de gegevensingang B daarvan wordt door de bistabiele keten geklokt, waardoor de uitgang Q Van de bistabiele ^•0 keten 198 daalt tot een logisch niveau 0, waardoor een logisch niveau 1 optreedt * ~ ~ 7· 1 3 o 3.

-13- .......- aan de ingang 20'g en de terugstelingang van de bistabiele keten 162. Als reactie op het logische niveau 1 wordt de uitgang Q van de bistabiele keten 162 teruggesteld, waardoor besturing van de schakelinrichting 18a ophoudt 5 en de schakelinrichting en belasting worden beschermd. Op soortgelijke wijze stijgt de spanning aan de klokingang C van de bistabiele keten 198 ten gevolge van andere vormen van onderbreking, waardoor de stuurimpuls voor de schakelinrichting 18a wordt beëindigd en die inrichting 18a en de belasting worden beveiligd. De schakelinrichting blijft uitgeschakeld daar een logisch terug-10 stelniveau 1 wordt geleverd aan de terugstelingang R van de bistabiele keten 198 tijdens de negatieve halve periode van de belasting en er vindt geen verdere poging tot inschakeling van de schakelinrichting 18a plaats tot de nuldoorgang die de positieve halve periode volgende op die negatieve halve periode beëindigt, dat wil zeggen bijna een volle periode van de golfvorm later. Als de vonk of 15 andere onderbrekingstoestand is beëindigd, verschijnt een logisch niveau 0 aan de uitgang van de poort 200 en de normale werking begint opnieuw. Als de vonk of andere onderbreking nog aanwezig is, ontvangt de ingang 20fg een logisch niveau 1, waardoor de bistabiele keten 162 in de terugsteltoestand blijft en wordt voorkomen dat de schakelinrichting 18a wordt gestuurd.

20 25 % 30 35 U0

Claims (12)

1. Beveiligingscircuit ten gebruike met een voor schakel inrichting aange-5 sloten op een wisselspanningbron, waarbij een capacitieve component in serie staat met een belasting en een schakelinrichting, gekenmerkt door een orgaan voor het detecteren van een nuldoorgang van de belastingstroom en een orgaan voor het bemonsteren van de waarde van de stroom door de belasting op een tijdstip na de gedetecteerde nuldoorgang van de belastingstroom en voor het uit-10 schakelen van de schakelinrichting teneinde een noemenswaardige belastingstroom daardoor te voorkomen als de waarde van de belastingstroom nagenoeg gelijk is aan nul tijdens het bemonsteren.

2. Beveiligingscircuit volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het monsterorgaan en deblokkeerorgaan een orgaan omvat voor het bemonsteren van 15 de waarde van de belastingstroom op een voorafbepaald tijdstip na elke gedetecteerde nuldoorgang en een orgaan dat als reactie op een bemonsterde belastingstroom nagenoeg gelijk aan nul de schakelinrichting blokkeert.

3. Beveiligingscircuit volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het monster-orgaan een eerste monostabiele multivibrator omvat die een uitgangsimpuls levert 20 die begint bij de nuldoorgang van de belastingstroom en eindigt na het voorafbepaalde tijdsinterval, alsmede een monsterelement met een uitgang met een eerste en tweede toestand als reactie op een waarde van de belastingstroom nagenoeg gelijk aan nul respectievelijk een van nul afwijkende waarde van de belastingstroom aan een eerste ingang, als reactie op de beëindiging van de 25 uitgangsimpuls van de eerste multivibrator aan een tweede ingang. k. Beveiligingscircuit volgens conclusie 3, met het kenmerk dat het logische element een bistabiele keten van het D-type is.

5. Beveiligingscircuit volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de tijdsduur van de eerste monostabiele multivibrator niet groter is dan ongeveer 1 30 milliseconde.

6. Beveiligingscircuit volgens conclusie 3, met het kenmerk dat het blokkeer-orgaan bestaat uit een tweede monostabiele multivibrator die een impuls met voorafbepaalde duur levert voor het blokkeren van het schakelorgaan, als reactie op de eerste uitgangstoestand van het monsterelement.

7. Beveiligingscircuit volgens conclusie 6, met het kenmerk dat de belasting werkt bij de lichtnetfrequentie en de blokkeerimpuls ten minste de tijdsduur van een halve periode van de golfvorm van de licht net spanning heeft.

8. Beveiligingscircuit volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het monster-orgaan en blokkeerorgaan een eerste bistabiele keten omvat waarvan een uitgang ^0 op een eerste niveau wordt ingesteld als reactie op de detectie van een nul- ......... -15- doorgang van de belastingstroom, voorzien van een terugstelingang voor het terugstellen van de toestand van de uitgang naar een ander niveau, alsmede een teller voor het leveren van een uitgangssignaal uitsluitend na het tellen 5 van een voorinstelbaar aantal periodieke klokimpulsen, voorzien van een terugstelingang die het tellen blokkeert bij ontvangst van het andere niveau uit de eerste bistabiele keten, waarbij de uitgang van de eerste bistabiele keten naar het andere niveau wordt teruggesteld als reactie op elk uitgangssignaal van de teller, benevens een tweede bistabiele keten met een uitgang, een eerste 10 ingang die een signaal voor de waarde van de belastingstroom ontvangt en een tweede ingang die het uitgangssignaal van de teller ontvangt teneinde een blokkeersignaal voor het schakelorgaan te leveren aan de uitgang van de tweede bistabiele keten telkens als het tweede ingangssignaal aangeeft dat de waarde van de belastingstroom nagenoeg gelijk is aan nul terwijl de eerste ingang 15 het uitgangssignaal van de teller ontvangt,

9. Beveiligingscircuit volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de nuldoorgang detector een bron van voedingsspanning ten opzichte van een gemeenschappelijke potentiaal omvat, alsmede een eerste weerstand waarvan een eerste aansluiting is verbonden met de voedingsspanning en die is voorzien van een tweede aansluiting, 20 waarbij eerste en tweede transistoren elk met de collector tezamen zijn verbonden met de tweede aansluiting van de eerste weerstand, waarbij elk van de eerste en tweede transistoren met een tweede elektrode is verbonden met de gemeenschappelijke potentiaal en aan een derde elektrode een signaal ontvangt dat representatief is voor de waarde van de belastingstroom, terwijl een half-25 geleiderinrichting het signaal aan de tweede aansluiting van de eerste weerstand ontvangt teneinde een uitgangssignaal van het detectieorgaan te leveren met een eerste toestand als de belastingstroom een waarde nagenoeg gelijk aan nul heeft en met een andere toestand voor alle andere waarden van de belastingstroom.

10. Beveiligingscircuit volgens conclusie 9, met het kenmerk dat de basis van de eerste transistor en de emitter van de tweede transistor het signaal ontvangen dat de waarde van de belastingstroom aangeeft, waarbij de emitter van de eerste transistor en de basis van de tweede transistor zijn verbonden met de gemeenschappelijke potentiaal.

11. Beveiligingscircuit volgens conclusie 9, met het kenmerk dat de half-geleiderinrichting bestaat uit een transistor waarvan de basis is verbonden met de tweede aansluiting van de eerste weerstand, de emitter is verbonden met de gemeenschappelijke potentiaal en de collector waaraan het uitgangssignaal van het detectieorgaan aanwezig is, terwijl een tweede weerstand is 4-0 aangesloten tussen de collector van de derde transistor en de voedingsspanning. ___A -16- w

12. Beveiligingscircuit volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de nul-doorgangdetector een comparator "bevat met een eerste ingang, een tweede ingang gekoppeld met een referentiepotentiaal en een uitgang die een uitgangssignaal 5 levert met een eerste resp. tweede toestand als de waarde van een signaal aan de eerste ingang groter resp. kleiner is dan de waarde van de referentiepotentiaal aan de tweede ingang, alsmede een in één richting geleidend element dat de belastingstroom-golfvorm ontvangt, alsmede een netwerk aangesloten tussen het in één richting geleidende element en de eerste ingang teneinde de comparator 10 uitgang van toestand te doen veranderen op een voorafbepaald punt in de golfvorm van de belastingstroom na een nuldoorgang daarvan.

13. Beveiligingscircuit volgens conclusie 12, met het kenmerk dat het monster-orgaan en blokkeerorgaan een bistabiele keten bevat met een uitgang die kan worden ingesteld op een eerste resp. tweede toestand als reactie op een signaal 15 aan een eerste ingang en een signaalflank met voorafbepaalde polariteit aan een tweede ingang, waarbij de eerste ingang van de bistabiele keten een deblokkeer signaal ontvangt voor het tijdstip waarop het voorafbepaalde punt in de golfvorm wordt bereikt, teneinde het eerste uitgangsniveau te leveren teneinde de schakelinrichting te blokkeren, alsmede een orgaan voor het toevoeren aan 20 de tweede ingang van de flank met voorafbepaalde polariteit na de nuldoorgang, uitsluitend als de belastingstroom een waarde nagenoeg gelijk aan nul blijft houden. “ik. Beveiligingscircuit volgens conclusie 13, met het kenmerk dat het orgaan voor het leveren van de flank een orgaan bevat dat samenwerkt met het netwerk 25 voor de verschuiving-voorinstelling van de eerste ingang van de comparator op een niveau dat de comparatoruitgang in de voorafbepaalde polariteitrichting doet veranderen uitsluitend als een belastingstroom nagenoeg gelijk aan nul vloeit op het voorafbepaalde punt na de nuldoorgang van de golfvorm van de belastingstroom!. 30 35 UO