CH615302A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Überwachen der Bogen- oder Funkenentladungsspannung an den Bürsten eines Generators und zum Erzeugen eines Signals, sobald diese Spannung einen vorgegebenen Wert übersteigt, enthaltend ein Filter, dem ein an den Bürsten entstehendes Signalgemisch zugeleitet wird, das der Bogenentladungsspannung an den Bürsten entsprechende Informationssignale sowie mögliche, im gleichen Frequenzband wie diese Informationssignale auftretende und sich periodisch wiederholende hochfrequente Rauschspitzen und der Generatorspannung und deren Harmonischen entsprechende Niederfrequenzsignale enthält, welche letzteren von dem Filter aus dem Signalgemisch ausgefiltert werden, einen Verstärker und einen Integrator sowie einen Komparator, der die Spannung des verstärkten und integrierten Informationssignals mit einer einstellbaren Referenzspannung vergleicht und ein Alarmsignal erzeugt, wenn das Informationssignal die eingestellte Referenzspannung übersteigt.

In der US-PS 3 653 019 wird ein Monitorsystem für die Bogenentladungsspannung an der Bürste in einem Generator beschrieben, wobei die den Bürsten zugeführte Erregerspannung Rausch-Nadelimpulse hoher Energie im gleichen Frequenzband wie die Bürstenentladungsspannung enthält. Das dort beschriebene System wurde so aufgebaut, dass es die Feststellung einer übermässig starken Bogenentladung und die Verhinderung einer Beschädigung der Bürstenhalterung und Ver-schleiss der Kollektor-Schleifringe ermöglicht. Es kann eine ernsthafte Beschädigung mit einer beträchtlichen Stillstandszeit zur Reparatur der Anlage auftreten, wenn nicht sofort Massnahmen zur Behebung der übermässig starken Bogenentladung oder Funkenentladung ergriffen werden. Die Verwendung des Signal-Monitorsystems gemäss der vorgenannten Patentschrift ermöglicht nicht nur eine Verringerung dieser Stillstandszeit; sie ergibt auch noch die Möglichkeit, den Beginn einer Verschlechterung des Zustandes der Bürste festzustellen, so dass die Anlage zu einem passenden Zeitpunkt zum Austausch der Bürsten ausser Betrieb genommen werden kann. Ohne eine Möglichkeit zur Feststellung einer solchen Tendenz zur Verschlechterung der Bürste kann ein plötzlicher Ausfall der Anlage eine Reparatur während einer Spitzenbelastungszeit erforderlich machen, in der eine solche Ausserbe-triebnahme der Anlage am wenigsten erwünscht ist.

■Das Signal-Monitorsystem gemäss der US-PS 3 653 019 hat sich als wirksam für die Ausführung der vorgesehenen Funktion erwiesen. Diesem System fehlt jedoch eine gewisse Vielseitigkeit, und daher ist es schwierig oder sogar unmöglich, das System mit einigen Generatortypen zu verwenden. Insbesondere besitzt das System nicht die Fähigkeit zur Überwachung einer Funkenentladung an den Bürsten bei niedriger Spannung, obwohl eine Bogenentladung mit niedriger Spannung und hoher Stromstärke bei einigen Generatoren zerstörende Wirkungen besitzt. Weiterhin ist die optimale Arbeitsweise des Systems abhängig von dem regelmässigen Auftreten von Rausch-Nadelimpulsen, und dabei bewirkt ein Anstieg in dem Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Rausch-Nadelimpulsen eine Verringerung der Wahrscheinlichkeit der Feststellung einer Bogenentladung mit zerstörenden Wirkungen. Diese Verringerung der Wahrscheinlichkeit tritt auf, weil ein in dem System verwendetes Gatter- oder Tor-Steuerungsnetzwerk nach jedem Rausch-Nadelimpuls die empfangenen Signale nur während einer vorbestimmten Zeitperiode durchlässt. Dabei verringert sich mit der Vergrösserung des Zeitintervalls zwischen den Nadelimpulsen der Zeitanteil, in welchem das Gatternetzwerk Signale durchlässt, und damit die Wahrscheinlichkeit der Feststellung einer Bogenentladung mit zerstörenden Wirkungen.

Der vorliegenden Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Überwachen der Bogen- oder Funkenentladungsspannung an den Bürsten eines Generators zu schaffen, das für sehr unterschiedliche Generatorbauformen mit sehr niedrigen Bogenentladungsspannungen ebenso gut wie für Bauformen mit hoher Bogenentladungsspannung geeignet ist, und das Bogenentladungen mit zerstörender Wirkung unabhängig vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Rausch-Nadelimpulsen und unabhängig von einer Vergrösserung des Zeitintervalls zwischen aufeinanderfolgenden Rausch-Nadelimpulsen mit grösserer Sicherheit meldet.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einer Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die gekennzeichnet ist durch ein Begrenzungsnetzwerk zum Einstellen der Höhe der Informationssignale durch Abschneiden der über einen vorgegebenen Wert hinausgehenden positiven und negativen Spitzen, und dadurch, dass zum Unterbrechen der Weiterleitung des Informationssignals an den Verstärker während der Dauer eines im gleichen Frequenzband liegenden Rauschsignals diesem Begrenzungsnetzwerk ein Impulsformernetzwerk und ein Gatternetzwerk nachgeschaltet sind, wobei das Impulsformernetzwerk beim Erscheinen eines

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Rauschsignals ein Hemmungssignal erzeugt, dessen zeitliche Dauer durch die Dauer des Rauschsignals einschliesslich dessen Abklingzeit bestimmt ist, und das Gatternetzwerk die Weiterleitung des Informationssignals an den Verstärker unterbricht, sobald das Impulsformernetzwerk ein Hemmungssignal an das Gatternetzwerk leitet.

Vorzugsweise enthält das Impulsformernetzwerk einen Triggerimpulsgenerator, an dessen Eingang das Signalgemisch geleitet wird und an dessen Ausgang beim Erscheinen eines Rauschsignals im Signalgemisch ein Triggerimpuls erscheint, sowie einen mit dem Ausgang des Triggerimpulsgenerators-verbundenen Hemmungssignalgenerator, der beim Erscheinen eines Triggerimpulses ein Hemmungssignal mit vorgegebener zeitlicher Dauer erzeugt.

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie beispielsweise in den Abbildungen dargestellt wird. Es zeigen:

Fig. 1 das vereinfachte Blockschaltbild der neuen Schaltungsanordnung,

Fig. 2 die elektrischen Wellenformen an ausgewählten Punkten der Schaltungsanordnung,

Fig. 3 das vollständige Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der neuen Schaltungsanordnung und

Fig. 4 ein Schaltbild des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3.

In der Anordnung nach Fig. 1 wird ein zu überwachendes Signalgemisch dem Eingang 10 eines Filternetzwerkes 12 zugeführt. Das Signalgemisch enthält ein Informationssignal, ein wiederholt auftretendes Rausch-Signal und ein Niederfrequenzsignal. Die Fig. 2a zeigt ein solches überwachtes Signalgemisch an einer Generatorbürste. Die Information bezüglich der Bogenentladung oder Funkenentladung an der Bürste ist in dem Informationssignal enthalten, das bei i angedeutet ist. Das Rausch-Signal enthält wiederholt auftretende Nadelimpulse s mit hoher Energie, die beispielsweise durch die Kommutierung der Festkörper-Gleichrichter erzeugt werden, welche die Erregerspannung für den Generator liefern, und weiterhin eine gedämpfte Schwingung oder Abklingschwingung r, die jedem Nadel-Impuls zugeordnet ist. Das Niederfrequenzsignal 1 enthält einen Welligkeitsanteil mit der Netzfrequenz, welcher der Bürste in Folge der unvollkommenen Filterung einer gleichgerichteten Netzwechselspannung zugeführt wird. Das Informationssignal und das Rauschsignal sind Hochfrequenzsignale in dem gleichen Frequenzband. Die Niederfrequenzkomponente wird in dem Filternetzwerk entfernt und das resultierende Signal wird gleichzeitig einem Gatternetzwerk 14 und einem Impulsformernetzwerk 16 zugeführt. Das Impulsformernetzwerk erzeugt ein Hemmungssignal mit vorbestimmter Zeitdauer für jedes empfangene Rauschsignal. Diese Zeitdauer ist grösser als die Dauer eines Rauschsignals. Das Hemmungssignal wird dem Gatternetzwerk zugeführt, um das Gatter zu hemmen oder zu sperren und den Durchgang des Rauschsignals zu blockieren, so dass nur das Informationssignal durch das Gatternetzwerk durchgelassen wird. Das Informationssignal wird dann einem ersten Eingang eines Komparators 18 zugeführt. Ein Bezugssignal mit vorbestimmter Amplitude wird einem zweiten Eingang des Komparators von einer voreingestellten Bezugsspannungsquelle 22 in Form eines Spannungspegels zugeführt. Dieser Spannungswert ist repräsentativ für das Potential, bei dem eine Beschädigung durch Bogenentladung an der Bürste beginnt. Der Ausgang des Komparators betätigt eine Warneinrichtung 20, wenn die Amplitude des Informationssignals die Amplitude des Bezugssignals übersteigt. Die Fig. 2b zeigt das Hemmungssignal d und das Informationssignal i, welches durch das Gatternetzwerk durchgelassen wird.

Das Blockschaltbild der Fig. 3 zeigt weitere Einzelheiten der Anordnung gemäss Fig. 1. Signalgemische werden an einer positiven Bürste 30 und einer negativen Bürste 32 eines elektri-

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sehen Generators überwacht. In Wirklichkeit können eine Anzahl von positiven Bürsten und negativen Bürsten jeweils parallel miteinander verbunden sein; es wird jedoch nur eine Bürste jedes Typs abgebildet. Diese Signalgemische werden durch das Filternetzwerk 12 geleitet, um die unerwünschte niederfrequente Komponente zu entfernen, und einem Begrenzungsnetzwerk 36 zugeführt, welches die positive und negative Amplitude der Signale begrenzt, um die Schaltung des Systems zu schützen. Nach der Begrenzung wird eines der Signalgemische einem Triggerimpulsgenerator 38 zugeführt, der einen kurzen Trigger-Impuls aus dem positiv verlaufenden Teil jedes Nadelimpulses erzeugt. Der Triggerimpuls wird dann dem Generator 40 zur Erzeugung des Hemmungsimpulses zugeführt, welcher gemäss jedem Triggerimpuls einen Hemmungsimpuls mit vorbestimmter Zeitdauer erzeugt. Diese vorbestimmte Zeitdauer wird so gewählt, dass sie grösser ist als die bekannte Zeitdauer eines Nadelimpulses und der zugeordneten gedämpften oder Abkling-Schwingung. Gleichzeitig mit der Erzeugung des Triggerimpulses und des Hemmungsimpulses entfernt eine Signalformerschaltung die negativ verlaufenden Teile der gefilterten und begrenzten Signalgemische und gibt sofort das Signalgemisch mit grösserer Amplitude auf einen ersten Eingang eines Gatternetzwerkes. Die Hemmungsimpulse werden einem zweiten Eingang des Gatternetzwerkes zugeführt. Durch die Zuführung der Hemmungsimpulse wird bewirkt, dass das Gatternetzwerk den Durchgang der am ersten Eingang zugeführten Signale blockiert während der bekannten Dauer des Nadelimpulses und der zugeordneten Abklingschwingung. Nach Beendigung jedes Hemmungsimpulses wird das Gatternetzwerk geöffnet, um den Durchgang des Informationssignals zu gestatten, welches das Bogenentla-dungssignal für die Bürste enthält. Das Netzwerk bleibt geöffnet bis zum Auftreten des nächsten Rauschnadelimpulses, welcher die Erzeugung des nächsten Hemmungsimpulses bewirkt.

Das Informationssignal läuft durch das Gatternetzwerk und wird in dem Verstärker 44 mit einstellbarem Verstärkungsgrad verstärkt. Das verstärkte Informationssignal wird dann einem Spitzenintegrator 46 zugeführt, welcher ein veränderliches Gleichspannungsausgangssignal erzeugt, das proportional zur Spitzenamplitude des Bogenentladungssignals für die Bürste ist. Dieses Gleichspannungssignal wird dem Spannungsmesser 48 zugeführt, der eine Sichtanzeige der Bogenentladungsspannung der Bürste liefert. Das Gleichspannungssignal wird auch noch dem Spannungskomparator 18 zugeführt und dort mit einer vorbestimmten Bezugsspannung verglichen, die aus einer voreingestellten Bezugsspannungsquelle 22 entnommen wird. Der Komparator 18 erzeugt nur dann ein Signal zur Betätigung der Warneinrichtung 20, wenn das am Komparator zugeführte veränderliche Gleichspannungssignal grösser ist als die vorbestimmte Bezugsspannung.

Ein Rauschgenerator 54 ist zur Überprüfung der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung vorgesehen. Dieser Rauschgenerator 54 erzeugt ein Rauschsignal in dem gleichen Frequenzband wie die Bogenentladung an der Bürste. Die Überprüfung wird so durchgeführt, dass die Anordnung von den Bürsten abgetrennt und der Schalter 56 geschlossen wird, wodurch das Rauschen von dem Generator auf das Begrenzungsnetzwerk 36 gekoppelt wird. Die Zuführung eines solchen Rauschsignals bewirkt eine Anzeige einer vorbestimmte Spannung an dem Messinstrument 48, wenn die Anordnung richtig arbeitet.

In dem Schaltplan der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 4 sind alle mit B+ bezeichneten Punkte über eine nicht gezeigte Sammelleitung mit einem Netzteil für eine positive, geregelte Gleichspannung verbunden und alle mit B- bezeichneten Punkte sind mit einer nicht gezeigten Sammelleitung mit einem Netzteil für eine negative, geregelte Gleichspannung verbunden. Das Signalgemisch von der positiven Bürste 30

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wird über ein Hochpassfilter mit einem Kondensator 60 und einem Widerstand 62 und durch einen Strombegrenzungswiderstand 64 einer Begrenzu'ngsschaltung zugeführt, die entgegengesetzt gepolte und in Reihe geschaltete Zener-Dioden 66 und 68 enthält. In ähnlicher Weise wird das Signalgemisch von der negativen Bürste 32 über ein Hochpassfilter mit dem Kondensator 70 und dem Widerstand 72 und durch einen Strombegrenzungswiderstand 74 einer Begrenzungsschaltung zugeführt, welche entgegengesetzt gepolte und in Reihe geschaltete Zener-Dioden 76 und 78 enthält. Diese beiden Begrenzungsschaltungen bilden das Begrenzungsnetzwerk 36.

Ein Teil des am Punkt 80 auftretenden gefilterten und begrenzten Signalgemisches wird über den Kondensator 82 auf einen Trigger-Impulsgenerator 38 an dem Verzweigungspunkt des Widerstandes 84 und der Anode der Diode 86 gekoppelt. Das entgegengesetzte Ende des Widerstandes 84 ist mit Erde verbunden und die Kathode der Diode 86 ist über den Widerstand 88 mit Erde verbunden. Der Widerstand 84 ist bedeutend grösser als der Widerstand 88, um den Durchgang des positiven Teils von Nadelimpulsen hoher Energie durch die Diode zu fördern. Die negativen Teile werden durch die Diode 86 blockiert, welche auch als Diskriminator wirkt. Signale mit geringer Amplitude werden über die Widerstände 84 und 88 nach Erde kurzgeschlossen. Die positiven Teile der Rausch-Nadelimpulse werden über den Kondensator 90 auf eine Emitterfolgestufe gekoppelt, welche die Vorspannungswiderstände 92 und 94, den Transistor 96 und den Emitterwiderstand 98 umfasst, der zwischen die Sammelleitung B+ und Erde geschaltet ist. Über dem Widerstand 98 der Emitterfolgestufe wird für jeden an der Schaltung 38 zugeführten Rausch-Nadelimpuls ein positiver Trigger-Impuls mit kurzer Impulsdauer erzeugt. Jeder Triggerimpuls wird dem Hemmungsimpulsgenerator 40 über ein RC-Kopplungsglied zugeführt, welches den Kondensator 100 und den Widerstand 102 enthält. Der Impulsgenerator 40 umfasst einen monostabilen Multivibrator und einen Verstärker in Emitterfolgeschaltung. Der Multivibrator enthält die Transistoren î 04 und 106, deren Kollektoren über die Widerstände 108 bzw. 110 mit der Sammelleitung B- verbunden sind und deren Emitter gemeinsam über den Widerstand 112 mit Erde verbunden sind. Der Kollektor des Transistors 106 ist mit der Basis des Transistors 104 über ein paralleles RC-Netzwerk verbunden, welches den Widerstand 114 und den Kondensator 116 enthält. Die Basis des Transistors 106 ist mit dem Kollektor des Transistors 104 über den Kondensator 118 verbunden. Die Basis des Transistors 106 ist weiterhin über das Potentiometer 120 und den Widerstand 122 mit der Sammelleitung B— verbunden. Der positive Triggerimpuls wird dem Kollektor des Transistors 104 und über den Kondensator 118 der Basis des Transistors 106 zugeführt. Ein negativer Hemmungsimpuls mit vorbestimmter Zeitdauer wird an dem Kollektor des Transistors 106 für jeden Triggerimpuls erzeugt. Die Zeitdauer des Hemmungsimpulses wird durch die RC-Zeitkonstante des Kondensators 118 in Kombination mit dem Potentiometer 120 und dem Widerstand 122 bestimmt.

Der Hemmungsimpuls wird über eine Emitterfolgestufe, die den Transistor 124 und den zwischen die Sammelleitung B-und Erde geschalteten Widerstand 126 umfasst, und weiterhin über den Kondensator 128 auf einen Eingang des Gatternetzwerkes 14 an der Basis des Transistors 130 gekoppelt. Der Transistor 130 wird normalerweise in dem Betriebszustand mit niedriger Impedanz vorgespannt durch Widerstände 132 und 134, welche zwischen die Sammelleitung B+ und Erde geschaltet sind. Der Transistor wird jedoch in den Betriebszustand mit hoher Impedanz jedes Mal dann umgeschaltet, wenn ein Hemmungsimpuls an seiner Basis vorhanden ist.

Das an der Kathode der Zener-Diode 66 erscheinende gefilterte und begrenzte Signalgemisch wird über eine in Durchlassrichtung vorgespannte Diode 136 und durch einen Kondensator 138 dem Eingang des Gatternetzwerkes 14 an der Basis des Transistors 140 zugeführt. In ähnlicher Weise wird das an der Kathode der Zener-Diode 76 erscheinende gefilterte und begrenzte Signalgemisch durch eine in Durchlassrichtung vorgespannte Diode 142 und einen Kondensator 144 der Basis des Transistors 140 zugeführt. In Reihe geschaltete Widerstandspaare 146,148 und 150 und 152 sind zwischen die Sammelleitung B- und Erde geschaltet. Die Vorspannung in Durchlassrichtung an der Diode 136 wird dadurch erhalten, dass die Kathode der Diode mit einem Verzweigungspunkt zwischen den Widerständen 146 und 148 verbunden ist. Die Vorspannung in Durchlassrichtung an der Diode 142 wird dadurch erhalten, dass die Kathode der Diode mit einem Verzweigungspunkt zwischen den Widerständen 150 und 152 verbunden ist. Die Dioden 136 und 132 blockieren den Durchgang von negativen Signalen und gewährleisten dadurch, dass die beiden Signalgemische sich nicht gegenseitig in Folge von momentan vorhandenen Phasenschwankungen aufheben. Weiterhin gewährleisten sie, dass an der Basis des Transistors 140 stets das Bogenentladungssignal der Bürste mit grösserer Momen-tan-Amplitude erfasst wird. Wenn gleichzeitig zwei Signale mit verschiedener Amplitude auftreten, dann wird das Signal mit der grösseren Amplitude an seiner entsprechenden Diode durchgelassen und durch die Kondensatoren 138 und 144 auf die Kathode der Diode gekoppelt, welche das Signal mit der geringeren Amplitude erhält. Hierdurch wird die Diode mit dem Signal geringerer Amplitude effektiv in Sperr-Richtung vorgespannt und der Signaldurchgang durch diese Diode verhindert.

Zwischen die Sammelleitung B+ und Erde sind die Widerstände 154 und 156 in Reihe geschaltet und ein Verzweigungspunkt zwischen diesen Widerständen ist mit der Basis des Transistors 140 verbunden, um eine Vorspannung für den Transistor in Durchlassrichtung zu erhalten. Dieser Transistor ist praktisch als Emitter-Folgestufe geschaltet und die Diode 158 und der Transistor 130 sind in Reihe mit dem Emitter-Widerstand 160 geschaltet, um den Rückleitungsweg für den Emitterstrom nach Erde zu schliessen. Der Widerstand 162 ist zwischen dem Kollektor des Transistors 140 und dem Kollektor des Transistors 130 zur Bildung eines Spannungsteilers mit der Kollektor-Emitter-Impedanz des Transistors 130 geschaltet. Durch Zuführen eines Hemmungsimpulses an die Basis des Transistors 130 wird der Transistor in den Zustand mit hoher Impedanz gezwungen und die Spannung am Kollektor steigt auf einen Wert an, der ausreicht zur Vorspannung der Diode 158 in Sperr-Richtung. Die Amplitude dieser Spannung wird durch den mit dem Widerstand 162 gebildeten Spannungsteiler bestimmt. Bei Abwesenheit eines Hemmungsimpulses ist der Transistor 130 in dem Zustand mit niedriger Impedanz und die Spannung am Kollektor ist niedrig genug zur Vorspannung der Diode 158 in Durchlassrichtung. Während der Zuführung eines Hemmungsimpulses verhindert die Sperrspannung an der Diode den Signaldurchgang vom Eingang des Gitternetzwerkes an der Basis des Transistors 140 zu einem Ausgang 163, welcher an dem Verzweigungspunkt des Widerstandes 160 und der Kathode der Diode 158 gebildet ist.

Bei Abwesenheit eines Hemmungsimpulses gestattet die Vorspannung in Durchlassrichtung an der Diode den Signal-durchlass vom Eingang zum Ausgang. Über den Kollektor-Emitter des Transistors 130 ist ein Ableitkondensator 164 geschaltet und verhindert, dass vorübergehend auftretende Spannungen auf der Sammelleitung B+ die Vorspannung der Diode 158 beeinflussen.

Da der Hemmungsimpuls den Signaldurchgang während des Vorhandenseins jedes Rauschsignals verhindert, wird nur das an der Basis des Transistors 140 zugeführte Informationssignal zum Ausgang durchgelassen. Dieses Informationssignal enthält das Signal für die Bogenentladung an der Bürste, durch4

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läuft den Transistor 140 und die Diode 158 und wird von dem Ausgang 163 über einen Kondensator 166 auf den Eingang des Verstärkers 44 an der Basis eines Transistors 168 gekoppelt. Zwischen den Ausgang 163 und Erde ist ein Widerstand 170 geschaltet, um eine relativ geringe Impedanz nach Erde an der Kathode der Diode 158 zu erhalten während des Umschaltens des Transistors 130.

Der Transistor 168 befindet sich in einer konventionellen Verstärkerschaltung mit gemeinsamen Emitter, welche die Vorspannungs-Widerstände 172,174,176, das Potentiometer 178 und den Widerstand 180 enthält. Ein Nebenschlusskondensator 182 ist über den Widerstand 180 geschaltet. Das am Schleifer des Potentiometers auftretende verstärkte Signal für die Bogenentladung an der Bürste wird über den Kondensator 186 auf die Basis des Transistors 184 gekoppelt. Der Verstärkungsgrad des Verstärkers 44 wird durch Veränderung der Stellung des Schleifers am Potentiometer eingestellt, wodurch der Arbeitswiderstand des Verstärkers verändert wird. Der Transistor 184 bildet einen Teil einer Emitter-Folgestufe, welche zwischen die Sammelleitung B- und Erde geschaltet ist und die Vorspannungswiderstände 188 und 190 und Emitter-Widerstand 192 enthält. Die Emitter-Folgestufe ist in dem Verstärker 44 enthalten, um eine Belastung des Kollektorkreises des Transistors 168 zu verhindern.

Das verstärkte Signal erscheint am Emitter des Transistors 184 und wird über den Sperrkondensator 194 auf den Spitzen-wertintegrator 46 gekoppelt, welcher die Diode 196 und den Kondensator 198 umfasst. Der Spitzenwertintegrator arbeitet in ähnlicher Weise wie ein Halbwellengleichrichter mit Filter und erzeugt ein veränderliches Gleichspannungssignal am Ausgang, das repräsentativ ist für das Bogenentladungssignal an der Bürste. Ein Widerstand 200 und eine Diode 202 sind parallel zwischen die Anode der Diode 196 und Erde geschaltet, um eine geringe Vorspannung für die Diode 196 zu erhalten. Diese Vorspannung für Durchlassrichtung wird aus dem inhärenten Rauschen erzeugt, das in geregelten Netzteilen vorhanden ist. Dieses Rauschen wird auf den Integrator über den Sperrkondensator 194 gekoppelt. Die positive Vorspannung wird über dem Widerstand 200 erzeugt, der einen Impedanzleitungsweg nach Erde für das Rauschen ergibt. Die Diode 202 leitet negative Rauschspannungen nach Erde ab. Der Ausgang des Spit-zenwertintegrators 46 ist mit einem Ende einer Reihenschaltung eines Potentiometers 202 und eines Widerstandes 206 verbunden, wobei das andere Ende der Kombination mit Erde verbunden ist.

Das Ausgangssignal des Integrators erscheint am Schleifer des Potentiometers 204. Dieses Signal wird einem Spannungsmessinstrument 48 zugeführt, das mit Erde als Bezugspunkt verbunden ist, und wird über den Widerstand 208 der Basis des Transistors 210 zugeführt, der mit dem Transistor 212 in einer Differenz-Verstärkerschaltung verbunden ist. Der Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors 214 und der Emitter-Widerstand 216 sind in Reihe geschaltet mit der Parallelschaltung der Emit-ter-Kollektor-Kreise der beiden Transistoren 210 und 212, um in dem Differenz-Verstärker eine konstante Stromstärke zu erzeugen. Dem Transistor 214 wird dadurch eine konstante Vorspannung zugeführt, dass die Transistorbasis mit einem Verzweigungspunkt zwischen den Widerständen 218 und 220 verbunden ist, welche ihrerseits in Reihe zwischen die Sammelleitung B+ und Erde geschaltet sind.

Die Basis des Transistors 212 ist über den Widerstand 222 und den Schleiferarm des Potentiometers 224 mit einer voreingestellten einstellbaren Bezugsspannungsquelle 22 verbunden, wobei das Potentiometer 224 parallel zur Reihenschaltung der Zener-Diode 222 und der Vorspannungsdioden 228 und 230 geschaltet ist. Ein Ende der Reihenschaltung der Dioden ist über den Widerstand 232 mit der Sammelleitung B+ verbunden und das entgegengesetzte Ende ist mit Erde verbunden. Die voreingestellte Bezugsspannungsquelle 22 liefert eine voreingestellte einstellbare Bezugsspannung an einen Eingang des Komparators 18 an der Basis des Transistors 212 zum Vergleich mit dem Signal, das am anderen Eingang des Komparators von dem Spitzenwertintegrator zugeführt wird. Der Kollektor des Transistors 210 ist über den Widerstand 234 mit der Basis des Transistors 236 verbunden, der seinerseits über den Vorspannungswiderstand 238 mit der Sammelleitung B-l- verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 212 ist über den Widerstand 240 mit dem Emitter des Transistors 236 verbunden und dieser ist über den Vorspannungswiderstand 242 mit der Sammelleitung B+ verbunden. Eine Relaisspule 244 besitzt Relaiskontakte (nicht gezeigt), welche bei dem Stromfluss durch die Spule zur Betätigung einer Warneinrichtung oder zur Abschaltung des überwachten Generators verwendet werden. Die Relaisspule ist zwischen dem Kollektor des Transistors 236 und Erde geschaltet. Eine Schutzdiode 246 ist parallel zur Spule geschaltet, um zu verhindern, dass in der Spule erzeugte negative Nadelimpulse den Transistor 236 beschädigen.

Zur Überprüfung der Schaltungsanordnung ist ein Rauschgenerator 54 vorgesehen. Das Rauschen wird durch eine Zenerdiode 248 erzeugt, deren Arbeitspunkt in der Nähe des Knickpunktes ihrer Kennlinie durch eine geeignete Vorspannung eingestellt ist. Die Anode der Diode ist mit Erde verbunden und die Kathode ist über den Widerstand 250 mit der Sammelleitung B+ verbunden. Die Kathode der Diode ist noch mit der Basis des Transistors 252 verbunden, der als Verstärker mit Emitterschaltung geschaltet ist. Der Kollektor des Transistors 252 ist über einen Widerstand 252 mit Erde verbunden. Der Emitter des Transistors 252 ist mit einem Widerstand 256 verbunden, der mit einem Ende einer Parallelschaltung des Widerstandes 258 und des Kondensators 260 verbunden ist. Das andere Ende der Parallelschaltung ist mit-dem Kollektor eines Transistors 262 und auch noch mit einem Schalterabschnitt 56a des Schalters 56 (normalerweise geöffnet) (Arbeitskontakt) verbunden. Der andere Kontakt des Schalterabschnittes 56a ist mit der Sammelleitung B+ verbunden. Der Transistor 262 ist in einer Emitterschaltung geschaltet, welche noch den Emitterwiderstand 266 enthält. Das am Kollektor des Transistors 252 erscheinende verstärkte Rauschsignal wird der Basis des Transistors 262 zugeführt und dann vom Emitter dieses Transistors über den Sperrkondensator 268 einem Kontakt des Schalterabschnittes 56b zugeführt. Der andere Kontakt des Schalterabschnittes 56b ist mit einem Punkt 80 des Begrenzungsnetzwerkes verbunden.

Das Hochpassfilter mit dem Kondensator 60 und dem Widerstand 62 lässt nur die hochfrequenten Komponenten des Signalgemisches von der positiven Bürste 30 durch. In ähnlicher Weise lässt das Hochpassfilter mit dem Kondensator 70 und dem Widerstand 72 nur die hochfrequenten Komponenten des Signalgemisches von der negativen Bürste 32 durch. Die positiven und negativen Impulse dieser Signale werden jeweils durch Begrenzungsschaltungen mit Zenerdioden begrenzt, welche die Dioden 66 und 68 für das Signal von der positiven Bürste und die Dioden 76 und 78 für das Signal von der negativen Bürste enthalten. Die Amplituden oder Impulse dieser Signale werden begrenzt, um die Schaltung des Monitorsystems zu schützen.

Ein Teil des am Punkt 80 auftretenden gefilterten und begrenzten Signalgemisches wird dann über den Kondensator 82 auf den Triggerimpulsgenerator 38 gekoppelt. Dieser Generator 38 dient dazu, den Eingang des Generators 40 für den Hemmungsimpuls von der mit dem Punkt 80 verbundenen Begrenzungsschaltung 36 zu isolieren und aus jedem Rausch-Nadelimpuls und dem zugeordneten Abklingimpuls einen einzigen Impuls zur Triggerung des monostabilen Multivibrators zu erzeugen. Der Multivibrator erzeugt einen einzigen, im wesentlichen rechteckförmigen Hemmungsimpuls für jeden Trigger-

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impuis, wie dies in Fig. 2b bei d gezeigt ist, und die Breite des Hemmungsimpulses wird bestimmt durch die RC-Zeitkon-stante des Widerstandes 122, des Potentiometers 120 und des Kondensators 118. Das Potentiometer 120 wird so eingestellt, dass ein Hemmungsimpuls mit vorbestimmter Zeitdauer erzeugt wird, wobei diese Zeitdauer geringfügig grösser ist als die Dauer eines Rausch-Nadelimpulses und des zugeordneten Abklingimpulses. Die Emitter-Folgestufe mit dem Transistor 124 koppelt den Hemmungsimpuls über den Kondensator 128 auf den Eingang des Gatternetzwerkes 14 an der Basis des Transistors 130.

Gleichzeitig mit der Erzeugung des Hemmungsimpulses wird das gefilterte und begrenzte Signalgemisch, welches die grössere Momentanamplitude besitzt, durch eine der in Durchlassrichtung vorgespannten Dioden 136 und 142 durchgelassen und dem Eingang des Gatternetzwerkes 14 an der Basis des Transistors 140 zugeführt.

Das Gatternetzwerk 14 beseitigt jeden Rauschnadelimpuls und den zugehörigen Abklingimpuls aus dem an der Basis des Transistors 140 zugeführten Signal, da das Netzwerk den Signaldurchgang während des Vorhandenseins jedes Hemmungsimpulses blockiert und diese gleichzeitig mit jedem Rauschnadelimpuls auftreten, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Nur das Informationssignal einschliesslich des Signals für die Bogenentladung an der Bürste wird durch das Gatternetzwerk durchgelassen und erscheint âm Ausgang 163. Dieses Signal für die Bogenentladung an der Bürste wird in dem Verstärker 44 mit einstellbarem Verstärkungsgrad verstärkt und dann dem Spitzenwertintegrator 46 zugeführt. Der Verstärkungsgrad des Verstärkers 44 wird am Potentiometer 178 eingestellt, um eine ausreichende Verstärkung zu erhalten, so dass das Bogenentla-dungspotential an der Bürste für den bestimmten überwachten Generator gemessen werden kann. Die benötigte Verstärkung ist abhängig von der Grösse des zu messenden Bogenentla-dungspotentials und dieses ist wiederum abhängig von dem Generator, mit dem das Monitorsystem benutzt wird.

Das verstärkte Informationssignal wird von dem Emitter des Transistors 184 durch den Gleichspannungssperrkondensator 194 auf den Spitzenwertintegrator 46 gekoppelt. Es wird eine solche Vorspannung der Diode 196 in Durchlassrichtung vorgesehen, dass am Ausgang des Integrators auch dann eine vom Erdpotential abweichende Spannung erscheint, wenn kein Bürstenrauschen vorhanden ist, und dies führt zu einem geringen Ausschlag gegenüber dem Nullpunkt am Messinstrument 48. Der Zweck dieser Spannungsverschiebung besteht darin, eine Anzeige dafür zu erhalten, dass die Schaltung der Anordnung arbeitet. Die Grösse dieser Spannungsverschiebung kann am Potentiometer 204 eingestellt werden. Das am Spannungsmessinstrument 48 gemessene veränderliche ausgangsseitige Gleichspannungssignal ist ein Mass für die Bogenentladungsspannung der Bürste. Dieses Signal wird der Basis des Transistors 210 zugeführt, die einen ersten Eingang des Spannungs-komparators 18 bildet. Die Basis des Transistors 212 bildet einen zweiten Eingang des Spannungskomparators und dieser Basis wird eine voreingestellte einstellbare Bezugsspannung zugeführt. Die Bezugsspannung wird auf einen vorbestimmten Wert eingestellt, welcher repräsentativ ist für das Potential, bei dem die Bogenentladung an der Bürste für den bestimmten überwachten Generator als schädlich betrachtet wird. Wenn das am anderen Komparatoreingang zugeführte Signal die Bezugsspannung übersteigt, dann wird in der Basis-Emitter-schaltung des Transistors 236 ein Ausgangssignal erzeugt. Dieses Ausgangssignal bewirkt einen Stromdurchlass am Transistor und damit einen Stromdurchfluss durch die Relaisspule 244 und eine Betätigung einer Warneinrichtung 20 über die Relaiskontakte.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass die neue Schaltungsanordnung für einen weiten Bereich von Generatoren mit verschiedenen Bogenentladungsspannungen verwendbar ist und leicht an die Verwendung mit einem bestimmten Generator angepasst werden kann durch Einstellung der in der Schaltungsanordnung vorhandenen Potentiometer. Die Schaltungsanordnung ist gedacht zur Verwendung mit Generatoren, welche wiederholt auftretende Rauschnadelimpulse mit hoher Energie besitzen. Es erfordert jedoch keine Abwandlung für die Verwendung mit Generatoren ohne solche Nadelimpulse, da das Gatternetzwerk die Signale bei Abwesenheit dieser Nadelimpulse durchlässt. Der Hemmungsimpuls tritt nur während einer vorbestimmten Zeitdauer beim Auftreten jedes Rauschnadelimpulses auf und das Gatternetzwerk lässt das Informationssignal bis zum nächsten Auftreten eines Rauschnadelimpulses durch, unabhängig von der Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Rauschnadelimpulsen. Die Schaltungsanordnung ist daher geeignet zur Verwendung mit Generatoren, welche Rauschnadelimpulse erzeugen, die in verschiedenen Zeitintervallen auftreten, da die Erzeugung des Hemmungsimpulses automatisch den Änderungen des Zeitintervalls zwischen Rauschnadelimpulsen nachfolgt. Weiterhin besteht eine maximale statistische Wahrscheinlichkeit für die Feststellung einer Bogenentladung an der Bürste, da der Durchgang der Signale durch das Gatternetzwerk nur beim Auftreten der Rauschnadelimpulse mit hoher Energie blockiert wird.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

615302 PATENTANSPRÜCHE

1. Schaltungsanordnung zum Überwachen der Bogen- oder Funkenentladungsspannung an den Bürsten eines Generators und zum Erzeugen eines Signals, sobald diese Spannung einen vorgegebenen Wert übersteigt, enthaltend ein Filter (12), dem ein an den Bürsten (30,32) entstehendes Signalgemisch zugeleitet wird, das der Bogenentladungsspannung an den Bürsten entsprechende Informationssignale sowie mögliche, im gleichen Frequenzband wie diese Informationssignale auftretende und sich periodisch wiederholende hochfrequente Rauschspitzen und der Generatorspannung und deren Harmonischen entsprechende Niederfrequenzsignale enthält, welche letzteren von dem Filter aus dem Signalgemisch ausgefiltert werden, einen Verstärker (44) und einen Integrator (46) sowie einen Komparator (18), der die Spannung des verstärkten und integrierten Informationssignals mit einer einstellbaren Referenzspannung vergleicht und ein Alarmsignal erzeugt, wenn das Informationssignal die eingestellte Referenzspannung übersteigt, gekennzeichnet durch ein Begrenzungsnetzwerk (36) zum Einstellen der Höhe der Informationssignale durch Abschneiden der über einen vorgegebenen Wert hinausgehenden positiven und negativen Spitzen, und dadurch, dass zum Unterbrechen der Weiterleitung des Informationssignals an den Verstärker während der Dauer eines im gleichen Frequenzband liegenden Rauschsignals diesem Begrenzungsnetzwerk ein Impulsformernetzwerk (16) und ein Gatternetzwerk (14) nachgeschaltet sind, wobei das Impulsformernetzwerk beim Erscheinen eines Rauschsignals ein Hemmungssignal erzeugt, dessen zeitliche Dauer durch die Dauer des Rauschsignals einschliesslich dessen Abklingzeit bestimmt ist, und das Gatternetzwerk die Weiterleitung des Informationssignals an den Verstärker unterbricht, sobald das Impulsformernetzwerk ein Hemmungssignal an das Gatternetzwerk leitet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Impulsformernetzwerk (16) einen Triggerimpulsgenerator (38) enthält, an dessen Eingang das Signalgemisch geleitet wird und an dessen Ausgang beim Erscheinen eines Rauschsignals im Signalgemisch ein Triggerimpuls erscheint, sowie einen mit dem Ausgang des Triggerimpulsgenerators verbundenen Hemmungssignalgenerator (40), der beim Erscheinen eines Triggerimpulses ein Hemmungssignal mit vorgegebener zeitlicher Dauer erzeugt.