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Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Erfassung von Stossbelastungen, die durch einen Messwertumformer in eine elektrische Grösse umgewandelt worden sind.
In maschinenbaulichen oder elektrischen Anlagen, vornehmlich bei elektrischen Antrieben, sind Störungen oft an unzulässigen Laststössen in Form von Stromzunahmen in den Speiseleitungen früh erkennbar. Bekannte Einrichtungen verwenden deshalb einen Stosstransformator, mit dessen Hilfe der Stromanstieg in einem Stromkreis erfasst werden kann.
Bei Gleichstromleitungen wird der Stosstransformator primärseitig von einem dem Laststrom proportionalen Gleichstrom durchflossen. Er kann deshalb bei Gleichstromanlagen direkt in den Lastkreis geschaltet werden. Bei Wechselstromanlagen wird er über eine an sich bekannte Schaltungsanordnung zur Wirkleistungsbildung (z. B. Hallgenerator) mit dem Lastkreis gekoppelt. Diese Schaltungsanordnung muss über eine Glättungseinrichtung verfügen, damit der Primärstrom des Stosstransformators frei von Oberwellen wird.
Bei Gleichstrom gibt der Stosstransformator bei einem Laststrom an seiner Sekundärwicklung eine Spannung ab, die proportional dj/dt ist. Das nachgeschaltete hochempfindliche Relais ermöglicht es deshalb, einen unzulässig hohen Strom- oder Laststoss zu signalisieren.
Bei Wechsel- oder Drehstrom wird die Wirkleistung des Drehstromkreises in einen proportionalen Gleichstrom umgeformt, so dass das Ausgangssignal des Stosstransformators verhältnisgleich dem Leistungsstoss dP/dt ist.
Beide erwähnten Einrichtungen haben den Nachteil, dass die auslösende Grösse nur von der zeitlichen Änderung der Belastung abhängig ist, während die Höhe der Änderung unberücksichtigt bleibt. Der Absolutwert einer Laststeigerung kann in bekannter Weise mittels Überstromauslösung erfasst werden.
Diese Methode erlaubt aber nur gravierende Störungen im Lastkreis zu erfassen. Für den Fall der Teillast ergeben sich daraus sehr kleine Empfindlichkeiten.
Ist die Belastung durch eine elektrisch angetriebene Arbeitsmaschine gegeben, dann bewirken die von dieser Maschine herrührenden Stösse Stromschwankungen. Solche Laständerungen besitzen einerseits oft eine ausgeprägte Periodizität mit einer Frequenz von mehreren Hertz. Dies sei am Beispiel eines Sesselliftes erläutert, bei dem Stösse auf das treibende Seil übertragen werden, wenn die Sessel über die Rollen der Stützen fahren.
Im Oszillogramm des Motorstromes sind die "Rollenstösse" auch deutlich sichtbar. Die Stromschwankungen besitzen zwar eine kleine Amplitude, dafür aber eine relativ hohe Frequenz, weshalb der Differentialquotient des Motorstromes dj/dt gross ist.
Anderseits zeigen Laststösse, die von Störungen herrühren, einen höheren Stromanstieg, der aber langsamer erfolgt. Würde sich z. B. in weiterer Entfernung von der Antriebsstation ein Liftsessel an einer Stütze verhängen, so müsste der Antrieb zuerst das Seil stärker spannen, bevor die Kraft voll auf die Treibscheibe zu wirken beginnt. Deshalb sind Störungen, die erkannt werden sollen, mit kleinerer Stromanstiegsgeschwindigkeit behaftet als die betriebsbedingten periodischen Schwankungen, die sich zur Antriebsstation fortpflanzen.
Die Erfindung gibt nun eine Schaltungsanordnung an, die es ermöglicht, solche Störungen mit kleiner Stromanstiegsgeschwindigkeit einwandfrei zu erfassen.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Grösse am Eingang einer Parallelschaltung liegt, von der ein Zweig aus der Serienschaltung eines Filters mit einem Verstärker besteht, der andere Zweig hingegen als Kompensationszweig ausgeführt ist, und der Ausgang jedes Zweiges einer Vergleichsanordnung zugeführt ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung können der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen entnommen werden, in denen Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung ist und Fig. 2 eine ausgeführte Schaltung zeigt.
In der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung nach Fig. 1 werden Stossbelastungen, die durch einen
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eines Filters--l--und eines Verstärkers--2--zusammensetzt, zugeführt, wobei der Auslösezweig Filtereigenschaften und der Kompensationszweig die Eigenschaft der Mittelwertbildung über einen längeren Zeitraum besitzt. In einer Vergleichsanordnung--9--werden die Ausgänge beider Zweige verglichen.
Erfindungsgemäss ist der Kompensationszweig-8- (Fig. l) ein geführter Integrator.
In der praktischen Ausführungsform der Erfindung sind nach Fig. 2 die Ausgänge der beiden Stromzweige an ein Potentiometer--5--angeschlossen, dessen Schleifer am Eingang einer Kippstufe --6-- liegt, deren Ausgang an ein Relais --7-- angeschlossen ist. Durch die Verstellung des Schleifers des Potentiometers --5-- kann die Ansprechempfindlichkeit der Vergleichseinrichtung--6, 7--verändert werden. Die Funktion der Erfindung ist an Hand des Ausführungsbeispieles nach Fig. 2 folgende :
Die Eingangsspannung--Ue--wird aus einem Gebergerät bezogen, dessen Ausgangsspannung der zu überwachenden Grösse proportional ist, also strom-, leistungs-, druck- oder kraftproportional usw. ist. Im
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Der Kompensationszweig enthält die Serienschaltung eines nichtinvertierenden Verstärkers --3-- und eines invertierenden Verstärkers--4--, der in Fig. 2 durch den schwarzen Punkt an seinem Eingang
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Der Verstärkungsfaktor des Kompensationszweiges wird gleich gross wie der des Auslösekreises gewählt, wodurch sich am Eingang der Kippstufe--6--eine Spannung von 0 V gegenüber dem Bezugspotential ergibt, soferne der Schleifer des Potentiometers--5--in der Mitte steht und die Eingangsspannung--Ue-konstant ist.
Der Kompensationszweig ist nach dem bekannten Prinzip des geführten Integrators aufgebaut : der Komparatorverstärker --3-- steuert einen Miller-Integrator an, der nach Fig. 2 aus der Parallelschaltung des Verstärkers --4-- und des Kondensators-C-besteht, welcher Anordnung noch der hochohmige
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Eingangswiderstand-Rl-. In diesem Fall sinkt dann die Ausgangsspannung am Komperatorverstärker --3-- auf Null. Allfällige Änderungen der Ausgangsspannung von-4--, wie sie z. B. durch den Leckstrom des Kondensators--C--verursacht werden, führen zu einem selbsttätigen Nachregeln.
Wird die Laufzeit des geführten Integrators so ausgelegt, dass sie ein Vielfaches der Zeitkonstante des Filters im Auslösekreis beträgt, dann wirkt sich eine Änderung der Eingangsspannung im Auslösezweig unvermindert aus, aber im Kompensationszweig nur geringfügig.
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--5-- entstehtEingangsspannung die Schaltschwelle der Kippstufe--6--überschreitet, erfolgt eine Kontaktgabe durch das nachgeschaltete Relais--7--und somit eine Signalisierung, dass ein Laststoss aufgetreten ist.
Solange sich die Eingangsspannung--Ue--nicht ändert, ist die Spannung am Schleifer unabhängig von ihrer Höhe und somit unabhängig vom Lastzustand.
Eine Verringerung der Empfindlichkeit ist dadurch möglich, dass der Schleifer des Potentiometers--S-in Richtung Kompensationszweig verschoben wird, wodurch sich im stationären Zustand (Ue = konstant) eine Vorspannung an der Kippstufe ergibt, die sperrend wirkt. Umgekehrt kann die Empfindlichkeit dadurch erhöht werden, dass der Schleifer zum Auslösekreis hin verstellt wird.
Aus dem vorangehenden ist abzuleiten, dass die erfindungsgemässe Einrichtung vor allem für jene Anwendungen geeignet ist, bei denen sich die zu überwachenden Grössen, z. B. Lastzustände, betrieblich in grösserem Abstand nur langsam ändern können. Dies ist bei Förderanlagen, beispielsweise Sesselliften, der Fall.
Bei einem Sessellift ist die maximale Anstiegsgeschwindigkeit von Leerlauf und Vollast durch die Sesselfolgezeiten und die Anzahl der Sessel bedingt. Zeitlich definierte Laständerungen sind auch aus der Energietechnik bekannt : sie kommen etwa in den Tagesbelastungsdiagrammen der Lastverteiler vor. Der geführte Integrator im Kompensationszweig kann somit dem betriebsbedingten Lastanstieg praktisch verzögerungsfrei folgen.
Gewollte Laststösse, wie sie bei der Beschleunigung des Antriebes auftreten, führen hier naturgemäss zu Auslösungen, die jedoch mit den Mitteln der Steuerungstechnik auf an sich bekannte Weise unterbunden werden können.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die lastproportionale Eingangsgrösse--Ug--der Stossüberwachung unmittelbar dem Regler entnommen, wenn es sich um drehzahlgeregelte elektrische Antriebe handelt.
Bei Serienreglern elektrischer Antriebe ist dem Drehzahlregler ein Stromregler nachgeschaltet und das Ausgangssignal des Drehzahlreglers ist der Sollwert für den Stromregler. Somit kann das Ausgangssignal des Drehzahlreglers als strom-bzw. lastproportionale Grösse unmittelbar an die Stossüberwachung geleitet werden.
Die erfindungsgemässe Lösung schafft die Möglichkeit, Störungen sowohl bei Teillast als auch bei Vollast selektiv zu erfassen. Die Versuchsanordnung wurde an einem Sessellift erprobt, wobei durch den Abwurf eines Gewichtes von 100 kg aus einem Liftsessel, etwa 1 km von der Antriebsstation entfernt, der Antrieb abgeschaltet werden konnte.
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