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Überwachungsschaltung für eine Überlastschutzschaltung Die Erfindung
bezieht sich auf eine Überwachungsschaltung für eine Uberlastschutzschaltung mit
einer Einrichtung zum.
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Abschalten der Versorgungsspannung von Stromversorgungsgeräten.
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Geregelte Stromversorgungsgeräte begrenzen im Überlastfall den Ausgangsstrom
entsprechend einer vorgegebenen Kennlinie, so daß nach Rückgang des Stromes auf
normale vierte die Nennspannung sofort wieder zur Verfügung steht und der Betrieb
fortgesetzt werden kann. Es ist auch eine Schaltung bekannt, die Mittel zur Begrenzung
und zur Abschaltung von KurzschluS- und Überströmen aufweist und bei der während
der Dauer eines Überlastungsfalles unter Zuhilfenahme eines Taktgebers periodisch
zwischen Begrenzung und Abschaltung umgeschaltet wird (DT-PS 2 021 341).
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Bei ungeregelten Geräten oder bei Stronversorgúngsgeräten für hohe
Spannungen und groBe Leistungen kann ein Stellglied den Überlaststrom nicht mehr
stetig begrenzen. Es sind daher Schaltmittel zur schnellen Abschaltung der Energiezuführung
erforderlich. Ist der Überstron nur ein seltener kurzzeitiger Vorgang, wie z.B.
ein Röhrenüberschlag, so könnte nach einem Überschlag durch einen Aufprüfvorgang
die Beendigung des Überstromzustandes festgestellt und der Betrieb des Stromversorgungsgerätes
sofort wieder aufgenommen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungsschaltung
der eingangs genannten Art anzugeben, die neben einer guten Betriebssicherheit der
Überlastschutzschaltung die durch Überlastung bedingten Ausfallzeiten des Stromversorgungsgerätes
auf ein Minimum zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Überlastschutzschaltung
im Überlastfall mittels der Abschalteinrichtung zwei RC-Glieder unterschiedlicher
Ladezeitkonstante an eine Hilfsspamnungsquelle schaltet und daß ein ein- oder mehrmaliges
Wiedereinschalten der Versorgungsspannung in Abhängigkeit von der unterschiedlichen
Dauer des Ladevorganges der RO-Glieder durch Vergleich des Spannungsabfalls am Ladewiderstand
des RC-Gliedes mit der großen Zeitkonstante mit der Spannung am Kondensator des
anderen RC-Gliedes erfolgt. Dem Schaltkontakt der Abschaltvorrichtung ist dabei
ein von der Übexwachungsschaltung steuerbarer Halbleiterschalter parallel geschaltet,
in dessen Steuerkreis das RO-Glied mit der kleinen Zeitkonstante und in Parallelachaltung
dazu die Emitter-Kollektor-Strecke eines von der Differenz der Spannungsabfälle
gesteuerten Steuertransistors angeordnet sind.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Fig.
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1 bis 4 näher beschrieben.
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In den Fig. 1 und 2 sind Grundschaltungen der erfindungsgemäßen Lösung
dargestellt. Die Pig. 3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele fürbeide Grundschaltungen.
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In Eg. 1 ist eine Grundschaltung mit zwei RC-Gliedern R1, R2, C2 ohne
Schaltungseinzelheiten der dazugehörigen Überlastschutzschaltung einer Stromversorgungseinrichtung
dargestellt. Lediglich ein Kontakt ü eines Überwachungsschalters der Überlastschutzschaltung
über den die Funktion der Überwachungaschaltung eingeleitet wird, ist in der
Fig.
1 dargestellt. Der Kontakt ü ist in Reihe mit einem Relais A an die Klemmen einer
nicht dargestellten Hilfsspannungsquelle angeschlossen. Die Schaltkontakte dieses
Relais sind al, a2, von denen2 der Abschaltung der Versorgungsspannung von dem zu
schützenden Stromversorgungsgerät dienen soll.
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Die wesentlichen Schaltungsteile der Überwachungsschaltung sind die
RC-Glieder R1, Cl und R2, C2 sowie der Schalttransistor Tsi, dessen Emitter-Kollektor-Strecke
dem Schaltkontakt ü parallel geschaltet ist. Parallel zinn Relais A ist das RC-Glied
R1, Cl angeordnet, das somit beim Schließen des Schaltkontaktes ü an die Hilfsspannung
angeschlossen wird. Das zweite RC-Glied R2, C2 liegt im Basis-Emitter-Kreis des
Schalttransistors Ts1 und wird nach Erregung des Relais Al über den Relaiskontakt
al an Spannung gelegt. Im Steuerkreis des Schalttransistors Tsl ist'außerdem ein
Transistor Ts2 vorgesehen, dessen Basis-Emitter-Strecke an eine Reihenschaltung
von Widerstand Rl und Kondensator C2 angeschlossen ist und dessen Kollektor über
den Relaiskontakt al an der Basis des Schalttransistors Ts1 liegt.
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Spricht die Überlastschutzschaltung an und schließt den Schaltkontakt
ü, dann zieht das Relais A an. Der Kontakt a2 öffnet und unterbricht die Energieversorgung
des zu schützenden Gerätes und der Kontakt al schließt, wodurch der Transistor Tsl
niederohmig wird. Öffnet der Kontakt ü nach aufgehobener Überlast, so bleibt das
Relais A weiter an Spannung. Der Schalttransistor Ts1 erhält seinen Basisstrom über
das RC-Glied R2, C2 (Ladestrom). Es kann also nur während einer v bestiAmten Zeit
ein zum Durchsteuern ausreichender Basisstrom fließen. Danach nimmt der Schalttransistor
Spannung auf, das Relais A fällt ab und das Gerät wird wieder eingeschaltet. Die
Schaltung prüft, ob der Über'astzustand weiterhin besteht.
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Solange der Kontakt ü geschlossen bzw. der Schalttransistor Tsl niederohmig
ist, liegt auch das RC-Glied Rl, C1 an Spannung. Das RC-Glied Rl, C1 ist so bemessen,
daß es eine wesentlich größere Zeitkonstante aufweist als das RC-Glied R2, C2. Der
Kondensator Cl hat daher während dérDurchschaltezeit des Schalttransistors Tsl nur
eine Teilladung aufnehmen können. Die Spannung am Widerstand R1 und am Kondensator
C2, deren Differenz als Steuerspannung am Transistor Ts2 liegt, verändern sich in
entgegengesetzter Richtung. Solange der Transistor Tsl durchgesteuert ist, steigt
die Spannung am Kondensator C2, während der Spannungsabfall am Widerstand R1 der
Aufladung des Kondensators C1 entsprechend kleiner wird. Die schneller beendete
Aufladung des Kondensators C2 führt zur Sperrung des Schalttransistors Tsl und die
Differenzspannung an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors Ts2 bleibt eine sperrende.
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Ist der Überlastzustand der zu schützenden Einrichtung schon während
der Leitzeit des Schalttransistcrs Tsl beendet, dann stellt sich mit der Sperrung
des Schalttransistors Tsl der normale Betriebszustand wieder ein. Dauert der Überlastungsfall
an, dann schließt der Kontakt ü erneut und die Überwachungsschaltung tritt wieder
in Funktion.
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Durch Einfügen einer Diode Grl in Reihe mit dem RC-Glied Rl, Cl und
durch Verwendung eines sehr hochohmigen Parallelwiderstandes R4 wird erreicht, daß
die Ladung des Kondensators C1 während des Aufprüfens nicht wesentlich kleiner werden
kann. Der Kondensator C2 wird dagegen sofort über den Widerstand R1 und die Emitter-Basis-Strecke
des Transistors Ts2 entladen. Infolgedessen kann die Spannung an C1 beim folgenden
Überwachungsvorgang weiter steigen. Der Spannungsabfall am Widerstand R1 verringert
sich dementsprechend. Sperrt der Schalttransistor Tsl auch jetzt wieder bevor der
Transistor Ts2 leitend wird, dann prüft
die uberwachungsschaltung
erneut auf. Überschreitet schließlich bei einem weiteren Einschaltvorgang die Spannung
am Kondensator C2 den Spannungsabfall am Widerstand R1, dann wird der Transistor
Ts2 durchgesteuert und liefert über seine Emitter-Kollektor-Strecke den erforderlichen
Basisstrom für den Schalttransistor Tsl. Das Relais A bleibt daher angezogen. Durch
die Bemessung der RC-Glieder kann die Zahl der Aufprüftakte und deren zeitlicher
Abstand festgelegt werden.
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Die in Fig. 2 dargestellte geänderte Grundschaltung arbeitet wie die
in Fig. 1 beschriebene mit zwei RC-Glieder unterschliedlicher Zeitkonstante. Alle
gegenüber der Schaltung nach Fig. 1 gleichgebliebenen Schaltungsteile sind hier
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Für den Aufprüfvorgang braucht hier nicht der zum Leiten erforderliche
Basisstrom eines Transistors Ts3 (Tsl in Fig. 1) unterschritten werden, sondern
es wird der Spannungsabfall am Widerstand R2 mit der Referenzspannung einer Zenerdiode
ZD verglichen, die in Reihe mit der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors
Ts) an die Hilfsspannung angeschlossen ist. Der Widerstand R1 und der Kondensator
C2 sind über eine Diode Gr2 parallel geschaltet. Unterschreitet die Spannung an
R2 die Summe von Zenerspannung und Emitterbasisspannung des Transistors Ts3, so
sperrt der Transistor Ts3 und nach dem Abfallen des Relais A setzt ein Aufprüfvorgang
ein. Ist der Kondensator Cl jedoch inzvz schen soweit aufgeladen, daß vor dem Aufprüfen
die Spannung am Widerstand R1 einschließlich der Schleusenspannung von Gr2 einen
Wert < der Spannung an C2 erreicht, so wird der Transistor Ts3 über diesen Weg-
leitend gehalten und es kann nicht mehr aufgeprüft werden.
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Grundsätzlich könnte der Transistor Ts3 im leitenden Zustand das Relais
A direkt versorgen. Damit die Haibleiterbauteile
Ts3 und ZD jedoch
thermisch nicht zu stark beansprucht werden und dem Relais A immer genügend Spannung
zur Verfügung steht, steuert der Transistor T;s3 den Schalttransistor Tsl über einen
weiteren Transistor Ts4.
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In Fig. 3 ist eine Schaltung zur Überwachung des Wendelstromes in
einer Wapderfeldröhre nach der in Fig. 1 dargestellten Grundschaltung wiedergegeben.
Das Kriterium für einen Überstrom in der Wendel der Wanderfeldröhre wird hier an
einem vom Wendelstrom durchflossenen Meßwiderstand RM gewonnen. Bei zu großem Wendelstrom
wird ein Überwachungstransistor Ts. über eine Schaltung mit einem u Strommeßtransistor
Ts leitend gesteuert. Der Überwachungstransistor Ts.. übernimmt die Punktion des
Schaltkontaktes ü u in der Grundschaltung nach Fig. 1. Das Relais A zieht an, sobald
der Überwachungstransistor niederohmig geworden ist und es ergibt sich der oben
mu Fig. 1 beschriebene Wirkungsablattf. Die übereinstimmenden Schaltungsteile sind
wieder mit gleichen Bezugs zeichen versehen. Dem RC-Glied R7, Cl ist ein (kleiner)
Kondensator C3 parallel geschaltet, der zu; Beginn eines Aufprüfversuches ein Absinken
der Spannung am Widerstand R1 verhindert. Wenn der Transistor Tsl, der mit einem
weiteren Transistor Ts5 in Verbund geschaltet ist, Spannung aufnimmt, würde die
Spannung am Widerstand Rl bei fehlendem Kondensator C3 zusammenbrechen. Das Relais
A könnte nicht abfallen, da der Transistor Ts2 vorher bereits leitend und ein Aufprüfen
verhindert würde. Die Diode Gr3, welche die Kollektoren der beiden Transistoren
Tsü und Tsl verbindet, verhindert u eine Aufladung des Kondensators Ci, bevor das
Relais A angesprochen hat. Die Diode Gr2 in der Basisleitung des Transistors Ts2
schützt die Emitter-Basis-Strecke dieses Transistors vor Überspannung und verhindert
eine Aufladung des Kondensators C2 über den Transistor Ts2.
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Bei der Bemessung der Schaltung ist zu beachten, daß der in der Kollektorleitung
des Transistors Ts2 liegende Widerstand R3 viel hochohmiger als der Widerstand R1
sein muß. Mit R5 ist ein niederohmiger Schutzwiderstand bezeichnet.
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Die Fig. 4 zeigt eine von der Grundschaltung nach Fig. 2 ausgehende
Überwachungsschaltung, bei der der Überwachungskontakt ü der Grundschaltung durch
einen Thyristor Th.. eru setzt ist. Bei Überstrom, Überspannung oder zu hoher Temperatur
einer zu überwachenden Einrichtung wird ein Störungssignal St gebildet, das über
einen nicht dargestellten Thyristor die Stelltransistoren einer Transistorstufe
sperrt und gleichzeitig den Thyristor Th.. zündet. Damit u bekommt die Aufprüfschaltung
Spannung und das Relais A zieht an. Die der Transistorstufe vorgeschaltete Thyristorstufe
wird über den Relaiskontakt a2 gesperrt. Weil im Störungsfall die Stelltransistoren
schnell gesperrt und dieser Vorgang gespeichert werden muß, ist die Verwendung von
Thyristoren erforderlich. Der Transistor Ts3, dessen Kollektor-Emitter-Strecke dem
Thyristor Thü parallel geu schaltet ist, muß beim Ansprechen der Überwachung den
Strom für das Relais führen und dabei so niederohmig durchschalten, daß der Haltestrom
im Thyristor unterschritten wird und damit für den nächsten Aufprüfvorgang sperrt.
Im übrigen ist die Wirkungsweise der Schaltung bereits anhand der Grundschaltungen
in Fig. 1 und 2 beschrieben.
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6 Patentansprüche 4 Figuren