CIRCUIT FOR DISTINGUISHING BETWEEN HIGH DIRECT OR ALTERNATING VOLTAGES

Abstract: 1. A circuit for distinguishing between high direct or alternating voltage of different amplitudes whilst electrically isolating the evaluation device from the high voltage by means of an optocoupler, characterised in that the voltage is applied to a voltage divider the element closest to earth of which is a Zener diode (8) which is followed in the direction of the applied voltage by an ohmic resistance (5), a diode (7) which is connected to oppose the Zener diode, and one or several further ohmic resistances (3, 4), a capacitor (10) being connected in parallel with the Zener diode (8) and the next-following ohmic resistance (5) and that a capacitor (14) is charged with respect to earth (2) via a diode (12) from the voltage divider with a voltage which is higher than the Zener voltage, this capacitor (14) being connected in parallel with a series circuit consisting of the thyristor tetrode (11), the discharge resistance (15) and the light-emitting diode (16) of an opto-coupler (17), and that the anode of the thyristor tetrode (11) is connected via a bias resistance (9) to the Zener voltage and the photo transistor of the opto-coupler (17) switches a pulse sequence, which depends on the discharges of the capacitor (14), for the evaluation device.

Description: Schaltung zur Unterscheidung von hohen Gleich- oder llechselspannungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung, die es erÜglicht, unter galvanischer Trennung der Auswerte-Einrichtung mittels etnes Photokopplers hohe Gleich- oder echselspannungen nach Spannungshöhe und/oder Stromart zu unterscheiden. Es sind elektrische Einrichtungen bekannt, die betriebsmssig dazu bestimmt sind, an Spannungen unterschiedlicher Höhe undloder Stromart betrieben zu werden. Dies erfordert bei der Verwendung ohmscher-oder induktiver Lasten die anstehende Spannung nach Höhe und Stromart zu unterscheiden. So wer- den z.B. im grenzüberschreitenden Verkehr eingesetzte Reise=ucragen über die sogenannte Zugsammelschiene mit elektrischer Energie versorgt, wobei Spannung und Stromart von Land zu Land verschieden sein können. Damit die einzelnen Verbraucher eines Wagens die richtige Spannung erhalten, werden sie mit Hilfe einer Umschalteinrichtung in entsprechende Gruppen aufgeteilt, so dass unter anderem bei hoher Betriebsspannung alle Verbraucher eines Stromkreises in Serie, bei niedriger Spannung dagegen alle parallel geschaltet sind. Bei induktiven Verbrauchern sind ausserdem nach zusätzliche Schaltmassnahmen in Abhängigkeit von der Stromart vorzunehmen, z. B. Einschalten eines Gleichrichters oder eines Transformators. Damit die Umschalteinrichtung die gewünschte Schaltung einnimmt, erhält sie aus der Mehrspannungswähleinrichtung ein entsprechendes Signal. Eine Mehrspannungswähleinrichtung hat die Aufgabe, die an der Zugsammel- schiene anstehende Spannung nach Höhe und Stromart zu erfassen und ein daraus abgeleitetes Signal an die Umschalteinrichtung weiterzuleiten. Eine solche Nehrspannungswählelnrlchtung ist aus der DE-OS 25 01 338 bekannt, bei der eine Teilspannung, sowohl rei Schwlng:'creisen mit den Ublichen Frequenzen der Betriebswechselspannung, als auch einam RC ed zugeführt werden. Ober nachgeschaltete Trigger-Stufen werden Relais geschaltet, die ihrerseits die Umschalteinrichtung nach der anstehenden Spannung schalten. Die galvanische Trennung verläuft bei dieser Wähleinrichtung erst auf der Höhe der letztgenannten Relais, so dass deren Erregerspulen und sämtliche davor liegende Bauelemente auf hohem Potential liegen. Da für die Spulenerregung und andere hochspannungsseitige, elektrische und elektronische Bauelemente eine Hilfsspannung erforderlich ist, haben solche Wähleinrichtungen den Nachteil, dass ein verhältnismässig teurer Gleichspannungswandler vorgesehen werden muss, der die Hilfsstrcm kreise aus der Wagenbatterie speist und der so beschaffen sein muss, dass eine galvanische Trennung zwischen Wagenbatterie und dam Hochspannungsteil der Wähleinrichtung vorhanden ist. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Ermittlung von Höhe und Stromart der anzustehenden Spannung eine Schaltung anzugeben, bes der hochspannungsseltig auf Hilfsspannungen verzichtet werden kann und möglichstienie Bauteile vorhanden sind, und bei dar Bauteile nit r:.echa- nischer Funktion, wie z.B. Relais, niederspannungsseitig angeordnet sind. Gegenstand der vorliegende Erfindung ist eine Schaltung zur Unterscheidung von hohen Gleich- oder Wechselspannungen verschiedener Höhe unter galvanischer Trennung der Auswerte-Einrichtung von der Hochspannung mit- tels eines Photokopplers, die sich von den bisher bekannten dadurch unterscheidet, dass die Spannung an einem Spannungsteiler liegt, dessen erdnächstes Glled eine Zenerdiode ist, der in Richtung gegen die anstehende Spannung ein ohmscher Widerstand, eine gegen die Zenerdiode gerichtete Diode , sowie ein oder mehrere weitere ohmsche Widerstände folgen, wobei parallel zur Zenerdiode und dem nächstfolgenden ohmschen Widerstand ein Kondensator geschaltet ist und aus dem Spannungsteller mit einer höheren Spannung als der Zenerspannung über eine Diode ein KondensatorgegenErde aute- laden wird, zu dem eine Reihenschaltung aus einer Thyristor-Tetrode, einem Entladewiderstand und die Leuchtdiode eines Photokopplers parallel liegt wobei das Anodengitter der Thyristor-Tetrode über einen Vorwiderstand ar der Zenerspannung liegt und der Phototransistor des Photokopplers eine von den Entladungen des Kondensators abhängige Impulsfolg für die Aus- werte-Einrichtun schaltet. Der besondere Vorteil der erfindungsgemässen Schaltung ist in Erfüllung der gestellten Aufgabe darin zu sehen, dass hochspannungsseitig keine Ba teile vorhanden sind, die einer Hilfsspannung bedürfen und die einem mechanischen Verschleiss unterliegene Die erfindungsgemässe Schaltung eignet sich besonders zur Verwendung in Nehrspannungswähleinrlchtungen zur Ermittlung der Höhe der anstehenden Spannung und somit zur Betätigung von Gruppierungsschaltungen für elek- trische Zugbeheizungen. Darüber hinaus kann die erfindungsgemässe Schaltung auch zur PrUfung der an einem einzelnen Heizelement anstehenden Spannung verwendet werden dies zur überprüfung der richtigen Gruppierung der Heizelemente üblich ist. In Weiterbildung der Erfindung kann dabei sowohl zur Ermittlung de-r für die Zugbeheizung anstehenden Spannung, als auch zur Prüfung der an einem Heizelement anstehenden Spannung ein und dieselbe Zenerspannung benutzt werden. Die Figuren zeigen in zun Beispiel schematischer Darstellung ein Ausfüh- rungsbeispiel einer Schaltung nach der Erfindung. Die Schaltung nach Fig. 1 dient dazu, die bei 1 gegen die Erde 2 anste hende Spannung zu ermitteln, wobei die Erde 2 (im Zugbetrieb die Wagenerde) bei Anstehen von Gleichstrom stets an Minus liegt. Ober die iider stande 3, 4 und 5 und die Dioden 6 und 7 wird an der Zenerdiode 8 eine stabile Spannung erzeugt und über den Widerstand 9 dem Anodengitter de Thyristor-Tetrode Ii zugeleitet. Bei Anstehen von Wechselspannungen dier der Kondensator 10 der Versorgung der Zenerdiode 8 während der negative Halbwelle. Mit der zwischen den Widerständen 3 und der Diode 6 liegenden Telispannung wird Ober die Diode 12 und den Widerstand 13 der Kondensator 14 aufgeladen. Die gleiche Spannung wie am Kondensator 14 steht auch an der Anode der Thyristor-Tetrodde 11 an. Hat die Spannung am Kondensator 14 und an der anode einen Wert erreicht, der etwa 0,6 Volt über der Zenerspannung von 8 liegt, dann zündet die Thyristor-Tetrode 11. Der Kondensator wird stossartig über 11. Widerstand 15 und Leuchtdiode 16 des Photokopplers entladen, dessen Phototransistor einen von der Entladung des Kondensator anhängigen Impuls für die NachfolgeAuswerte- Einrichtung schaltet. Dieser Vorgang wiederholt sich ständig, wobei der zeitliche Abstand zwischen den Impulsen ein Mass für die Spannung zwischen 1 und 2 ist. Wegen der Mehrfachbelastung der Spannungsteilerkette 3 bis 8 und den din enthaltenden nicht linearen Bauteilen besteht jedoch zwischen der Spannung und dem Abstand der Impulse kein linearer Zusammenhang Weiterhin ist In Figur 1 dargestellt, wie nach dem gleichen Prinzip die an einem Verbraucher anstehende Spannung, z. B. zur Prüfung der Gruppie rung von Heizelementen die an einem Heizelement anstehende Spannung überprüft werden kann. Die zu prüfende Spannung steht maischen 26 und Erde 2 an. Die üderstände 27 und 28 bilden einen Spannungsteiler. Die an 28 entstehende Teilspannung ird über die Diode 29 und dem Vorwider stand 39 zur Aufladung des Kondensators 30 gegen Erde 2 benutzt. Gleichzeitig steht diese Spannung auch an der Anode der Tnyristor-Tetrode 33, deren Anodegitter über den Widerstand 32 auf der Zenerspannung von 8 liegt. überschreitet Je am Kondensator 30 und der Anode der Thyristor- Tetrode 33 anstehende Spannung die Zenerspannung, so tritt auch hier eine Entladung des Kondensators 30 über 33, den Entladewiderstand 34 und die Leuchtdiode 35 des Photokopplers 36 ein. Auch hier ist der zeit liche Abstand zwischen den impulsen ein Mass für die zwischen 26 und Erde 2 anstehende Spannung. Überschreitet diese einen vorgegebenen Wert, so kann mit Hilfe einer vom Phototransistor des Photokopplers36atesteuer- ten Auswerteschaltung ein Abschalten der gesamten Einrichtung bewirkt wer- den. In Weiterbildung der Erfindung wird zur Ermittlung von Stromart und Fre- quenz der anstehenden Spannung an einem nur von der positiven Halbwelle durchflossenen Teil des Sparnungsteiiers eine Spannung abgegriffen, die sowchi Ober eine Diode und einer Widerstand gegen Erde einen Kondensator auflädt als auch dem Arscangiter einer Thyister-Tetrode zugeführt wird, die mit einem Entiadewiderstand und der Leuchtdiode eines Photokopplers in Reihe parallel zu dem Kondensator geschaltet ist. Der Phototransistor der Photodiode schaltet dann eine von den Entladungen des Kondensators abhängige Impulsfolge zu fol@ ge für die Auswerte-Einrichtung. Die Schaltung zur Erfassung von Stronart und Frequenz ist ebenfalls in Figur 1 einbezogen. Zwischen dem Widerstand 4 und der Diode 7 wird eine Spannung abgegriffen, die stets nur die positive Halbwelle einer bei 1 anstellenden Wechselspannung erfasst und über einen Vorwiderstand 18 ihrer- seits über die Diode 19 und den Widerstand 20 den Kondensator 22 auflEdt und zum anderen an das Anodengitter der Thyristor-Tetrode 21 gelegt ist. Die Reihenschaltung aus Thyristor-Tetrode 21, Widerstand 23 und Leuchtdiode 24 des Photokopplers 25 liegt parallel zum Kondensator 22. Beim Abfall der positiven Haibwelle wird das Anodengitter der Tnyristor Tetrode 21 gegenüber der Anode kurz von dem Null-Durchgang negativ und leitet die Zündung ein. Der Kondensator 22 wird bei jeden von Plus nach Minus gehenden Polarltätschsel über 21, 23 und 24 entladen. Der zeitli- che Abstand der von dem Phototransistor des Photokopplers 25 geschalteten Gleichstrsmimpulse ist ein Mass für die Frequenz der bei 1 anstehenden Spannung. Steht bei 1 Gleichspannung an, so bleibt der Photokoppler 25 unbetätigt. Die Diode 6 in Spannungsteiler dient als Schutz für das Anodengitter der Thyristor-Tetrode 21. Zur Uwgruppierung von elektrischen Energieverbraucher in Reisezugwagen nach Höhe und Frequenz der anstehenden Spannung wird erfindungsgemäss die von dem Photokoppler abgegebene Impulsfolge in Wandlern in Gleichspannungen umgewandelt, die der Spannung und der Frequenz der anstehenden Spannung entsprechen. Diese Gleichspannungen werden über Schmitt-Trigger mit unterschiedlichen Schwellwerten einer Logigschaltung zugeführt, die ihrer- seits über Relais die Umschalteinrichtung betätigt. Eine solche Schaltung ist in Figur 2 dargestellt. Die Wandler 37 und 38 entsprechen dabei der Schaltung der Bauelemente 6 bis 16 bas. 19 bis 24 der Figur 1. Die über die Photokoppler 25 und 17 geleiteten Impulsfolgen werden an den Wandlern 39 und 40 in Gleichspannungen umgesetzt und zwei Gruppen von Schmitt-Trigger zugeführt. Die Schmitt-Trigger 41, 42 und 43 haben unterschiedlich hohe Schwellwerte. so dass stets die ansprechen, deren Schwellwerte niedriger sind als die zwischen t und 2 anstehende Spannung und entsprechende Signale in die Logigschaltung 46 leiten. srt- sprechend verhalten sich die Schmitt-Trigger 44 und 45, wenn bei t und 2 eine Wechselspannung ansteht. Die Höhe der in dem Wandler 40 erzeugten Gleichspannung bringt dann einen oder beide Trigger 43 und 44 zum Ansprechen. In der Loglgschaltung 46 werden die aus den Schmitt-Triggen genommenen Signale ausgewertet und jeweils eines der Relais 47 bis 50 betätigt, deren Kontakte über die Anschlüsse 51 bis 55 den bei 55 anstehenden Plus der Ilagenbatterle zur Umschalteinrichtung schalten. Der besondere Vorteil der in F'gur 2 angegebenen Schaltung ist, dass hochspannungsseitige Energie sparend gearbeitet wird. Darüber hinaus ist der Aufbau nlederspannungsseltig einfach, da die in Figur 2 dargestellten elektrischen Kamponenten grösstenteils als IC's auf dem Markt sind. Schliesslich bringt die Verwendung von Photokopplern eine hohe Spannungsfestigkeit zwischen Hoch- und Niederspannung zustande. An die Stelle der Photokoppler können auch Impulstransformatoren gesetzt werden und die Thyrlstor-Tetroden können durch programmierbare Unijunktion-Transistoren ersetzt werden.

Claims: Patentansprüche 1. Schaltung zur Unterscheidung von hohen Gleich- oder iechselspannun- gen verschiedener Höhe unter galvanischer Trennung der Auswert-Ein- richtung von der Hochspannung mittels eines Photokoppler3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung an einem Spannungsteiler liegt, dessen erdnächstes Glied eine Zenerdiode (8) Ist, der in Richtung gegen die anstehende Span nung ein chmscher Widerstand (5). eine gegen die Zenerdiode tete Diode (7), sowie ein oder mehrere weitere ohmsche Widerstände (3, 4) folgen, wobei parallel zur Zenerdiode (8) und den nächstfolgenden ohmschen Widerstand (5) ein Kondensator tlO) geschaltet ist und aus dem Spannungsteiler rnit einer höheren Spannung als der Zenerspan nung Uber eine Diode (12) ein Kondensator (14) gegen Erde (2) au,ge- laden wird, zu dem eine Reihenschaltung aus Thyrlstor-Tetrode (ii), Entladewiderstand (15) und Leuchtdiode (16) eines Photokopplers (17) parallel liegt, wobei das Anodengitter der Ibyristor-Tetrode (11) über einen Vor widerstand (9) an der Zenerspannung liegt und der Phototransistor des Photokopplers (17) eine von den Entladungen des Kondensators (14) abhängige Impulsfolge für die Auswerte-Einrichtung schaltet. 2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in V\ehrspannungs'ähleinrichtungen zur Ermittlung der Höhe der an stehenden Spannung. 3. Schaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ihre Verwendung zur Ermittlung der anstehenden Spannung in Grupplerungsschaltungen für elektrische Zugbehel zung. 4. Schaltung nach Anspruch 3, g2kennzeichnet-durch ihre Verwendung zur Prüfung der an einem Heizelement anstehenden Spannung. 5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch sekennzeichnyt, dass zur Ermittlung der für die Zugbeheizung anstehenden Spannung und zur Prüfung der an einem Heizelement anstehenden Spannung ein und dieselbe Zenerspannung benutzt wird. 6. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3 zur Ermittlung von Stromart und Fre quenz der anstehenden Spannung, dadurch e'cennzeichnet, dass an einem nur von der positiven Halbwelle durchflossenen Teil des Spannungstei- lers eine Spannung abgegriffen wird, die sowohl über eine Diode (19) und einen Widerstand (20) gegen Erde (2) einen Kondensator (22) auf. lädt als auch dem Anodengitter einer Thyristor-Tetrode (21) zugeführt wird, die mit einem Entladewiderstand (23) und der Leuchtdiode (24) eines Photokopplers (25) in Reihe parallel zu dem Kondensator (22) ge schaltet ist und dass der Phototransistor des Photokopplers eine von den Entladungen des Kondensators (22) abhängige Impulsfolge für die Aus werte-Einrichtung schaltet. 7. Schaltung nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Photokopplern (17, 25) abgegebenen Impulsfolgen in Wandlern (39, 40) in der Spannung und der Frequenz der anstehenden Spannung entspre chende Gleichspannungen umgewandelt werden, die über Schmitt-Trigger (41 - 45) mit unterschiedlichen Schwellwerten einer Logigschartung (46) zugeführt werden, die ihrerseits Eber Relais (47, 50) die Umschalteinrichtung betätigt.

Inventors: BAUMANN JOSEF, MEISSL ROBERT, BAUMANN, JOSEF, MEISSL, ROBERT
Applicants: SCHALTBAU GMBH, SCHALTBAU GESELLSCHAFT MBH
Application year: 1979
Main classification: G01R19
IPC codes: G01R15, G01R19