CH619564A5

CH619564A5 -

Info

Publication number: CH619564A5
Application number: CH728179A
Authority: CH
Inventors: Roger Graham Fordham
Original assignee: Gen Electric Co Ltd
Priority date: 1978-08-09
Filing date: 1979-08-08
Publication date: 1980-09-30
Also published as: FR2433253A1; BR7905101A; JPS5526100A; SE7906656L; FR2433253B1; US4321647A; IN152852B; AU4967479A; DE2932117A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Überwachungsrelais gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zur Überwachung der Grösse kann ein Stromträgerbezirk-Magnetometer (Carrier Domain Magnetometer) verwendet werden. Ein Stromträgerbezirk-Magnetometer ist ein Halbleitervorrichtung, in der ein elektrisch leitender Bezirk durch das Vorhandensein eines magnetischen Felde in Drehung versetzt wird, wobei die Drehgeschwindigkeit von der magnetischen Flussdichte und der angelegten Spannung abhängig ist. Die magneto-elektrische Vorrichtung erzeugt eine Ausgangsspannung, deren Frequenz von der Intensität der Flussdichte und der angelegten Spannungen und Ströme abhängig ist. Der ursprüngliche Name für derartige Vorrichtungen ist Stromträgerbezirk-Magnetometer. In Artikeln von Cf. Gilbirt B. Elektronik Letters, 1976, Ausgabe 12, Seiten 608-610 und Mamley M.H. Elektronik Letters, 1976, Ausgabe 12, Seiten 610-611,

sind derartige Magnetometer mit Trägerbezirk-Vorrichtungen bezeichnet.

Ein solches Trägerbezirk-Magnetometer kann mittels einem konventionellen bipolaren Prozess hergestellt werden und auf einem Chip mit zugehörigen Stromkreisen integriert sein. Ein besonderes Ausführungsbeispiel eines solchen Magnetometers umfasst eine ausgedehnte bipolare Struktur, die so ausgebildet ist, dass nur ein kleiner Bereich oder Bezirk der Struktur zu irgendeiner gegebenen Zeit elektrisch leitend ist. Diese Bezirke werden spontan durch das Vorhandensein von positiver Rückkopplung zwischen einem kreisförmigen npn-und einem kreisförmigen pnp-Flächentransistor gebildet. Die Position der Bezirke wird durch eine Anzahl um den Kollektorbereich des einen Flächentransistors angeordneten Kontakte festgestellt. Wird die Vorrichtung einem magnetischen Feld ausgesetzt, so dass die Kraftlinien senkrecht die Vorrichtung durchsetzen, so werden Lorentz-Kräfte wirksam, die auf diese Trägerbezirke in jedem Transistor einwirken. Die Wirkung dieser magnetischen Beeinflussung ist derart, dass eine Verschiebung in der Umfangsrichtung in dem Rückkopplungskreis, welcher die beiden Transistoren einschliesst, eingeführt wird, was bewirkt, dass die Bezirke innerhalb der Vorrichtung umlaufen. Die Umlaufrichtung ist von der Polarität des magnetischen Feldes und die Umlauffrequenz ist proportional zur Grösse des senkrechten magnetischen Flussdichte und der angelegten Spannung abhängig. Unter den auf dem Markt erhältlichen Vorrichtungen sind solche vorhanden, bei denen bei Unterschreitung eines unteren Schwellenwertes des magnetischen Feldes die Bezirke an inhomogenen Stellen der Vorrichtung hängen bzw. stehen bleiben. Es ist auch denkbar, dass eine obere Begrenzung der Intensität des angelegten magnetischen Feldes vorhanden ist, welche Begrenzung möglicherweise von der Transitfrequenz fT des langsamsten Transistors abhängig ist Entsprechende Versuche zum Feststellen derartiger Begrenzungen sind bis jetzt jedoch nicht gemacht worden.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Überwachungsrelais zu schaffen, bei welchem die Ansprechcharakteristik bzw. Ansprecheigenschaft den geförderten Bedürfnissen angepasst werden kann.

Das erfindungsgemässe Überwachungsrelais ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet.

Die das erste Ausgangssignal erzeugende Vorrichtung ist vorzugsweise ein Stromträgerbezirk-Magnetometer.

Die Steuervorrichtung kann vorzugsweise einen Speicher enthalten, in dem die Ansprecheigenschaft des Relais gespeichert ist.

Der Speicher kann eine Anordnung von Speicherelementen besitzen, wobei jedes der Speicherelemente mittels einem Wert der zu überwachenden Grösse darstellenden Adresse

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erreichbar ist, und in jedem Speichereiement eine Information tung 9, welcher gemäss dem vom Speicher abgerufenen Befehl gespeichert ist, die die Relaisansprechzeit für den genannten den Unterbrechungskontakt 3 des Relais betätigt.

adressierten Wert darstellt. Es sei in Erinnerung gerufen, dass das erste Ausgangssignal

Alternativ dazu kann der Speicher eine Anordnung von s des Stromträgerbezirk-Magnetometers 1 ein Impulszug ist, Speicherelementen besitzen, wobei jedes Speicherelement mit- 5 dessen Frequenz von dem durch den Leiter 2 fliessenden Strom tels einer zweiteiligen Adresse erreichbar ist Der eine Teil der i abhängig ist. Im Abtaster 4 werden die Anzahl von während Adresse umfasst eine die überwachte Grösse darstellende digi- aufeinanderfolgenden kleinen Zeitabschnitten auftretenden tale Menge und der andere Teil der Adresse umfasst eine die Impulse gezählt und jeder Zählstand wird um den Beitrag seit der Erzeugung des zweiten Ausgangssignals durch die Ver- durch die Vorbelastung bzw. Vorspannung korrigiert, indem gleichsvorrichtung verstrichene Zeit darstellende digitale , 0 von jedem Zählstand ein durch die Vorspannung bzw. Vorbela-Menge. In jedem Speicherelement kann ein Schaltbefehl oder stung des Stromträgerbezirk-Magnetometers abhängiger Wert ein Nichtschaltbefehl gespeichert sein, so dass für irgendeinen subtrahiert wird. Der korrigierte Zählstand, der den grössten Wert der überwachten Grösse ein Schaltbefehl nur dann adres- Wert in jeder Halbperiode des Stromes I darstellt, wird als digi-siert wird, wenn die verstrichene Zeit grösser oder gleich ist, taler Messwert P dem Vergleicher 5 zugeführt Dieser Zähl-wie die durch die Ansprecheigenschaft des Relais für die über- , 5 stand stellt den Spitzenwert des Stromes I dar, durch welchen wachte Grösse bestimmte Zeit. Soll das Relais zum Überwa- Spitzenwert auch der Effektivwert des Stromes I festgelegt ist chen einer wechselnden Grösse sein, so kann die Vergleichs- Der Vergleicher 5 vergleicht jeden dem Spitzenwert ent-

vorrichtung ein Abtastmittel zum Erzeugen einer den Spitzen- sprechenden digitalen Messwert P mit dem digitalen Signal SC, wert des ersten Ausgangssignals während jeder Halbperiode das den gewünschten Ansprechstrom des Relais darstellt. Der der überwachten Grösse darstellenden digitalen Menge enthal- 20 Wert des digitalen Signales SC, ist gleich dem digitalen Mess-ten. Vorzugsweise enthält die Vergleichsvorrichtung auf die wert p; wenn der in dem Leiter 2 fliessende Strom I gleich gross digitale Menge des Spitzenwertes ansprechende Mittel zum ist wie der Ansprechstrom des Relais. Der Vergleicher 5 Erzeugen einer das Verhältnis zwischen dem Wert der über- erzeugt das zweite Ausgangssignal IN, wenn der digitale Messwachten Grösse und dem Sollwert der überwachten Grösse wert p grösser als das digitale Signal SC ist, und erzeugt gleichdarstellenden digitalen Menge. 25 zeitig das digitale Signal R, welches das Verhältnis von P/SC

Die Steuervorrichtung kann einen auf das zweite Ausgangs- darstellt. Das zweite Ausgangssignal IN steuert den an den signal ansprechenden Taktzähler zum Erzeugen der seit der Taktgeber 7 angeschlossenen Zähler 6. Der Zählstand bzw. das Erzeugung des zweiten Ausgangssignals durch die Vergleichs- Vom Zähler 6 erzeugte digitale Signal C ist ein Mass für jene Vorrichtung verstrichenen Zeit darstellenden digitalen Menge Zeit, während welcher der Strom I in dem Leiter 2 den Sollwert enthalten. Vorzugsweise ist ein Taktgeber zum Erzeugen von 30 überschreitet. Die digitalen Signale R und C dienen als Adresse Taktimpulsen für den Taktzähler vorgesehen, dessen Taktim- für den Speicher 8, zum Auslesen jener Befehle, die der Relaispulsfrequenz zum Ändern der Relaisansprecheigenschaft ein- Unterbrecher 3 ausführen soll.

stellbar ist. Die pig. 2 zeigt schematisch den Speicher 8, der ein vorpro-

Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend mit Bezug- grammierter Festwertspeicher ist, und eine Anordnung von nähme auf die Zeichnung beispielsweise näher beschrieben. Es 35 Speicherelementen 8a enthält. Jedes Speicherelement ist so zeigen: angeordnet, dass es mit Hilfe einer zweiteiligen Adresse

Fig. 1 das Blockschema eines Uberwachungsrelais, welches erreicht werden kann, wobei der eine Teil der Adresse (das digi-den durch einen Leiter fliessenden Strom abschaltet, wenn er tale Signal R), das betreffende Speicherelement in der X-Rich-zu gross wird, und tung und der andere Teil der Adresse (das digitale Signal C) das

Fig. 2 die schematische Darstellung eines Speichers, der in 40 Speicherelement in der Y-Richtung bestimmt. Der Speicher 8 dem Relais gemäss der Fig. 2 verwendet wird. ist so vorprogrammiert, dass jedes Speicherelement entweder

Das Uberwachungsrelais gemäss der Fig. 1 umfasst ein einen Schaltbefehl oder einen Nichtschaltbefehl enthält, indem

Trägerstrombezirk-Magnetometer 1, das mit einem Magnet- in jedem Speicherelement eine binäre Zahl «1» oder «0»

fluss, einem Eingangsstrom und Eingangsspannungen in geeig- gespeichert ist. Diese Befehle («1» und «0») werden zuvor in neter Weise vorgespannt ist, was generell durch den Eingang B 45 Abhängigkeit der gewünschten Ansprecheigenschaft, die angedeutet ist. Das Stromträgerbezirk-Magnetometer 1 ist so durch die Kurve 10 grafisch dargestellt ist, des Relais in den angeordnet, dass es dem Einfluss, durch S angedeutet, eines Lei- Speicher 8 eingegeben, so dass die binäre Zahl «0» in all jenen ters 2 ausgesetzt ist, durch den ein Wechselstrom I fliesst. Ein Speicherelementen enthalten ist, die sich unterhalb der Kurve Unterbrecherkontakt 3 des Relais ist in Serie zum Leiter 2 10 befinden und die Binärzahl «1» in all jenen Speicherelemen-

geschaltet. Das vom Stromträgerbezirk-Magnetometer 50 ten enthalten ist, die über der die Ansprecheigenschaft des erzeugte erste Ausgangssignal S wird einem Spitzendetektor Relais darstellenden Kurve 10 liegen.

und Abtaster 4 zugeführt. Die aus dem Speicher 8 ausgelesenen Befehle («1» bzw.

Der vom Abtaster 4 erzeugte Spitzenwert des digitalen «o»), jn der Fig. 1 mit A bezeichnet, gelangen zur Steuervorrich-Messwertes P wird einem Vergleicher 5 zugeführt. Ein digitales tung 9, welche entsprechend dem Befehl den Unterbrechungs-Signal SC, das den gewünschten Ansprechstrom des Relais dar- 55 kontakt 3 des Relais steuert.

stellt, wird ebenfalls dem Vergleicher 5 zugeführt. Der Verglei- Das Relais arbeitet wie folgt: Wenn der Strom I in dem Leicher erzeugt ein zweites Ausgangssignal IN, wenn der digitale ter 2 den Sollwert überschreitet, so beginnt der Zähler 6 zu zäh-Messwert P grösser ist als das digitale Signal SC und erzeugt ien. Der Zählstand des Zählers, welcher dem digitalen Signal P weiter ein digitales Signal R, das das Verhältnis von P/SC dar- entspricht und jene Zeit angibt, während welche Überstrom stellt. 60 auftritt, wird zusammen mit dem digitalen Signal R, das dem

Das zweite Ausgangssignal IN wird einem Zähler 6 zuge- Strom I entspricht, an den Speicher 8 während jeder Haltpe-führt, der durch die von einem Taktgenerator 7 erzeugten Takt- riode des Stromes I angelegt. Die Grösse des Überstromes impulse angetrieben wird. Der Zählstand des Zählers 6 ist das bestimmt jene Kolonne in dem Speicher 8, von welcher Befehle digitale Signal C, das zusammen mit dem digitalen Signal R die ausgelesen werden sollen, je grösser der Überstrom ist, so wird beiden Teile einer zweiteiligen Adresse bilden, mit welcher 65 eine um so weiter rechts liegende Kolonne ausgewählt. Der Adresse die in einem Speicher 8 gespeicherten Befehle, wie Zählstand des Zählers 6, das heisst das digitale Signal C,

weiter unten näher beschrieben, abgerufen werden können. bestimmt welches Speicherelement der ausgesuchten Kolonne Die aufgerufenen Befehle A gelangen zu einer Steuervorrich- ausgelesen werden soll. Je höher der Zählstand, das heisst je

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grösser das digitale Signal C ist, wird ein höher liegendes Speicherelement in der Kolonne ausgewählt. Wenn der Überstrom weniger lang auftritt als die durch die Ansprecheigenschaft des Relais für diesen Überstrom zulässige Zeit, werden nur Nichtschaltbefehle «0» ausgelesen und an die Steuervorrichtung 9 weitergeleitet, was bewirkt, dass der Unterbrecherkontakt nicht geöffnet wird.

Wenn aber der Überstrom gleich lang oder länger andauert, wie die durch die Ansprecheigenschaft für diesen Überstrom vorgeschriebene Zeit, so wird ein Schaltbefehl «1» aus dem Speicher 8 ausgelesen und der Steuervorrichtung 9 zugeleitet Diese sorgt dann dafür, dass der Unterbrecherkontakt 3 geöffnet wird.

Es sei erwähnt, dass die Ansprecheigenscfiaft des Relais auf einfache Weise geändert werden kann, indem die Vorprogrammierung des Speichers 8 der gewünschten Eigenschaft ange-passt wird.

Weiter sei darauf hingewiesen, dass, wenn eine Veränderung der vorprogrammierten Ansprecheigenschaft gewünscht wird, beispielsweise wenn gewünscht wird, dass die Ansprecheigenschaft einer Anzahl an verschiedenen Stellen entlang desselben Leiters angeordneten Relais eingestellt werden soll, dass dies erreicht werden kann, indem die Frequenz der vom Taktgeber 7 erzeugten Taktimpulse verändert wird.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel des erfin-dungsgemässen Relais können verschiedene Arten von Speichern zum Speichern der Ansprecheigenschaften verwendet werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Speicher in der Form einer «Nachschlagtabelle» sein. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel wird durch jeden Überstromwert für 5 ein digitales Signal R ein Speicherelement adressiert, in welchem Speicherelement ein Wert gespeichert ist, der die durch die Ansprecheigenschaft des Relais bestimmte Zeit für den betreffenden Überstrom darstellt. Der ausgelesene Wert wird dann mit dem Zählstand des Zählers 6, das heisst mit dem digito talen Signal C, verglichen, um ein Nichtschaltbefehl auszugeben, wenn das digitale Signal C kleiner als der adressierte Wert oder ein Schaltbefehl ausgibt, wenn das digitale Signal C gleich oder grösser als der adressierte Wert ist.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Speicher is die Form eines programmierten Rechners aufweisen, welcher die Ansprechzeit des Relais für jeden gegebenen Überstrom-wert ausrechnet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Speicher ein Analogspeicher, zum Beispiel ein Kondensatorentladungsstromkreis, sein.

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Das obenbeschriebene Ausführungsbeispiel ist ein Über-stromrelais, dessen Ansprechzeit von der Grösse des Überstromes abhängig ist. Die von diesem Relais überwachte Grösse ist der in einem Leiter fliessende Strom. Auf ähnliche Weise kön-25 nen aber auch auf andere Grössen wie Leistung und Spannung ansprechende Relais hergestellt werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Überwachungsrelais mit einer vom Wert der zu überwachenden Grösse abhängigen Ansprechzeit, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (1), die ein erstes Ausgangssignal (F)

mit einer von dem Wert der zu überwachenden Grösse abhän- 5 gigen Frequenz erzeugt, eine auf das erste Ausgangssignal ansprechende Vergleichsvorrichtung (4,5), die ein zweites Ausgangssignal (IN) erzeugt, wenn die zu überwachende Grösse einen Sollwert überschreitet, und eine Steuervorrichtung (6-9, 3), die das Relais betätigt, wenn die Vergleichsvorrichtung das i o zweite Ausgangssignal während einer durch die Ansprecheigenschaft des Relais bestimmten Zeit erzeugt.
2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die das erste Ausgangssignal erzeugende Vorrichtung ein Stromträgerbezirk-Magnetometer (1) ist. i 5
3. Relais nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung einen Speicher (8) umfasst und dass in dem Speicher die Ansprecheigenschaft des Relais gespeichert ist.
4. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass 20 der Speicher eine Anordnung von Speicherelementen (8a) besitzt, dass jedes der Speicherelemente mittels einer einen Wert der zu überwachenden Grösse darstellende Adresse erreichbar ist, und dass in jedem Speicherelement eine Information gespeichert ist, die die Relaisansprechzeit für den 25 genannten adressierten Wert darstellt.
5. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher eine Anordnung von Speicherelementen (8a)

besitzt, dass jedes Speicherelement mittels einer zweiteiligen Adresse erreichbar ist, der eine Teil der Adresse umfasst ein die 30 überwachte Grösse darstellende digitale Signal (R) und der andere Teil der Adresse umfasst ein die seit der Erzeugung des zweiten Ausgangssignals durch die Vergleichsvorrichtung verstrichene Zeit darstellendes digitales Signal (C), und dass in jedem Speicherelement ein Schaltbefehl («1») oder ein Nicht- 35 schaltbefehl («0») gespeichert ist, so dass für irgendeinen Wert der überwachten Grösse ein Schaltbefehl nur dann adressiert wird, wenn die verstrichene Zeit grösser oder gleich ist, wie die durch die Ansprecheigenschaft des Relais für die überwachte Grösse bestimmte Zeit. 40
6. Relais nach einem der vorangehenden Ansprüche, zur Überwachung einer wechselnden Grösse, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsvorrichtung Abtastmittel (4) zum Erzeugen eines den Spitzenwert des ersten Ausgangssignals während jeder Halbperiode der überwachten Grösse darstel- « lenden digitalen Messwertes (P) enthält.
7. Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsvorrichtung auf den digitalen Messwert (P) des Spitzenwertes ansprechende Mittel (5) zum Erzeugen eines das Verhältnis zwischen dem Wert der überwachten Grösse und 50 dem Sollwert der überwachten Grösse darstellenden digitalen Signals (R).
8. Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung einen auf das zweite Ausgangssignal ansprechende Taktzähler (6) enthält, zum Erzeugen des seit der 55 Erzeugung des zweiten Ausgangssignals durch die Vergleichsvorrichtung verstrichenen Zeit darstellenden digitalen

Signals (C).
9. Relais nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Taktgeber (7) zum Erzeugen von Taktimpulsen für den 60 Taktzähler vorhanden ist, und dass die Taktimpulsfrequenz zum Ändern der Relaisansprecheigenschaft einstellbar ist.
10. Verwendung des Relais nach Anspruch 1, zum Überwachen und Abschalten des elektrischen Stromes in einem Leiter (2). 65