CH616031A5

CH616031A5 - Device for monitoring heating of an electrical device through which current flows

Info

Publication number: CH616031A5
Application number: CH769777A
Authority: CH
Inventors: Karl Nimes
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1976-07-06
Filing date: 1977-06-23
Publication date: 1980-02-29
Also published as: SE411411B; DE2630407A1; SE7707820L

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Überwachung der Erwärmung einer stromdurchflossenen elektrischen Vorrichtung, bei welcher Einrichtung mittels eines Analog-Digital-Wandlers ein dem Strom oder dessen Quadrat proportionaler Digitalwert gebildet und zur Bestimmung der Erwärmung von einem dem Quadrat des in der Vorrichtung fliessenden Stromes proportionalen Wert ausgegangen ist.

Eine solche Einrichtung ist durch die DT-OS 23 25 767 bekannt. Mit dieser bekannten Einrichtung kann unabhängig von der jeweiligen Belastung stets die richtige Übertemperatur der zu schützenden Vorrichtung erfasst werden. Hierzu werden bei der bekannten Einrichtung allerdings spezielle Bauteile benötigt, was zu einer Verteuerung der Einrichtung führt. Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus ist die bekannte Einrichtung daher nur für hochwertige elektrische Vorrichtungen vertretbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Überwachung der Erwärmung einer stromdurchflossenen elektrischen Vorrichtung zu schaffen, die weniger Aufwand erfordert.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung durch eine derartige Ausbildung, dass ein dem Quadrat des in der Vorrichtung fliessenden Stromes proportionaler Wert in einen Speicher eingegeben wird, der mit einem durch ein Schrittschaltwerk zyklisch gesteuerten Rechner verbunden ist, dass durch einen ersten Steuerbefehl des Schrittschaltwerkes eine konstante Grösse in den Rechner eingegeben und von diesem mit dem im Speicher vorhandenen Wert multipliziert und durch einen zweiten Steuerbefehl des Schrittschaltwerkes zu dem gebildeten Produkt ein dem Quadrat des in der Vorrichtung fliessenden Stromes proportionaler Wert addiert und das Schrittschaltwerk nach dem zweiten Steuerbefehl auf seinen Anfang zurückgeschaltet wird und dass ferner an den Ausgang des Rechners eine Grenzwertstufe angeschlossen ist. Die beschriebene Einrichtung kann aus handelsüblichen Taschenrechnern, Schieberegistern oder Ringzählern als Schrittschaltwerke und Analog-Digital-Wandlern aufgebaut werden.

Nach einer Ausgestaltung der erfindungsgemässen Einrichtung ist der Speicher in den Rechner integriert und der dem Quadrat des in der Vorrichtung fliessenden Stromes proportionale Wert im Rechner gebildet. Hierdurch ergibt sich eine Einrichtung, die nur wenige Bauelemente aufweist und daher auch nur einen geringen Montageaufwand erfordert.

Steht nicht die Anzahl der Bauelemente im Vordergrund, sondern deren einfache Beschaffenheit, so ist es vorteilhaft, dass dem Rechner eine mit dem Analog-Digital-Wandler hintereinanderliegende Quadrierstufe vorgeschaltet ist. Durch das Vorschalten einer Quadrierstufe braucht der Rechner nur noch Additionen und Multiplikationen durchzuführen. Dies bedeutet, dass ein nur die Grundrechnungsarten beherrschender, einfacher Rechner verwendet werden kann. Die Einrichtung kann entsprechend der jeweiligen Erwärmungszeitkonstante der zu überwachenden Vorrichtung in einfacher Weise dadurch eingestellt werden, dass die konstante Grösse oder die Schrittfrequenz des Schrittschaltwerkes verstellbar ist.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher beschrieben.

Als elektrische Vorrichtung ist im Ausführungsbeispiel ein Motor 1 dargestellt, der über einen Leistungsschalter 2 an ein Netz 3 anschaltbar ist. Dem Leistungsschalter 2 ist eine elektromagnetische Auslöseeinrichtung 4 zugeordnet. In der Motorzuleitung ist ein Stromwandler 5 zur Erfassung des in dem Motor fliessenden Stromes vorgesehen. An die Sekundärwicklung des Stromwandlers 5 ist eine Quadrierstufe 6 angeschlossen. Der Ausgang der Quadrierstufe 6 ist mit einem Analog-Digital-Wandler 7 verbunden, dessen Ausgang auf den Eingang eines Rechners 8 geführt ist. Am Ausgang des Rechners liegt eine Grenzwertstufe 9, über deren Ausgang die elektromagnetische Auslösevorrichtung 4 gesteuert wird. Ferner ist ein Schrittschaltwerk 10 vorgesehen, welches ausser dem Rechner 8 noch einen weiteren Analog-Digital-Wandler 11 steuert, über den eine konstante Grösse in den Rechner 8 eingegeben wird. Die konstante Grösse wird dem weiteren Analog-Digital-Wandler 11 über einen einstellbaren Widerstand 12, der an eine Spannungsquelle 13 angeschlossen ist, zugeführt. Durch den einstellbaren Widerstand 12 kann die konstante Grösse verstellt werden. Es sei noch erwähnt, dass das Schrittschaltwerk 10 eine Schrittfrequenz über einen Taktgenerator 14 erhält. Vorteilhaft ist es, einen Taktgenerator zu verwenden, dessen Taktfrequenz verstellbar ist.

Die erfindungsgemässe Einrichtung arbeitet wie folgt: Mittels der Quadrierstufe 6 wird das Quadrat des in dem Motor 1 fliessenden Stromes gebildet. Der von der Quadrierstufe 6 gelieferte quadratische Wert wird durch den Analog-Digital-Wandler 7 in eine entsprechende digitale Grösse umgesetzt. Der am Analog-Digital-Wandler 7 anstehende Wert wird von dem Rechner 8 übernommen. Dies kann beispielsweise auf einen entsprechenden Zwischenbefehl des Schrittschaltwerkes 10 geschehen. Nachdem dieser Wert in den Rechner übernommen ist, wird durch einen ersten Steuerbefehl des Schrittschaltwerkes 10 an den weiteren Analog-Digital-Wandler 11 die konstante Grösse in den Rechner 8 eingegeben. Im Rechner 8 werden nunmehr die über den Analog-Digital-Wandler 7 eingegebene Grösse und die über den weiteren Analog-Digital-Wandler 11 eingegebene konstante Grösse miteinander multipliziert.

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

6.'5

3

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Der Multiplikationsvorgang kann in dem Rechner 8 ebenfalls auf einen weiteren Zwischenbefehl des Schrittschaltwerkes 10 hin ausgeführt werden.

Nach der Multiplikation der beiden Grössen wird wiederum über den Analog-Digital-Wandler 7 ein dem Quadrat des 5 jeweils in dem Motor 1 fliessenden Stromes proportionaler Wert in den Rechner 8 eingegeben und auf einen zweiten Steuerbefehl des Schrittschaltwerkes 10 hin zu dem gebildeten Produkt addiert. Danach wird das Schrittschaltwerk 10 wieder auf seinen Anfang zurückgeschaltet, so dass wiederum durch ' o den ersten Steuerbefehl des Schrittschaltwerkes 10 die konstante Grösse in den Rechner eingegeben und mit dem im Rechner 8 vorhandenen Wert multipliziert wird. Nach der Multiplikation wird wiederum der dem Quadrat des Stromes proportionale Wert in den Rechner eingegeben. ' 5

Während der einzelnen Rechenvorgänge steigt der Wert an Ausgang des Rechners 8 angenähert an eine e-Funktion an. Die Grenzwertstufe 9 ist so eingestellt, dass sie bei einem bestimmten Wert am Rechnerausgang anspricht und einen Auslösebefehl an die Auslösevorrichtung 4 gibt. 20

Die beschriebene Einrichtung ist in der Lage, den Erwärmungsverlauf in dem zu überwachenden Motor mit einfachen Mitteln relativ genau nachzubilden. Dadurch, dass während der einzelnen Berechnungsphasen stets der Wert des gerade in dem Motor 1 fliessenden Stromes eingegeben wird, werden 25 Stromänderungen bei der Überwachung sofort erfasst und mit berücksichtigt. Die Einrichtung liefert somit ein genaues thermisches Abbild von dem zu überwachenden Motor 1. Steigt beispielsweise der Strom in dem Motor 1 plötzlich an, so wird am Rechnerausgang 8 der an der Grenzwertstufe 9 eingestellte 30 Wert schneller erreicht und der Motor abgeschaltet. Sinkt hingegen der von dem Motor 1 aufgenommene Strom, so steigt der Wert am Ausgang des Rechners 8 langsamer an, was einer langsameren Erwärmung des Motors gleichkommt. Der Wert, bei dem die Grenzwertstufe 9 anspricht, wird so eingestellt, 35 dass er der Nennerwärmung des angeschlossenen Gerätes entspricht.

Mit der beschriebenen Einrichtung kann auch die genaue Erwärmung eines im Lastspiel betriebenen Motors erfasst werden. Während der Motor im Betrieb ist, steigt der Wert am Ausgang des Rechners 8 auf einen bestimmten Wert an. Wird der Motor entsprechend dem Lastspiel nach einer Weile abgeschaltet und die Einrichtung eingeschaltet gelassen, so sinkt der Wert am Ausgang des Rechners 8 allmählich ab. Besitzt der Motor 1 eine unterschiedliche Erwärmungs- und Abkühlzeitkonstante, so muss lediglich die dem Rechner 8 zugeführte konstante Grösse umgeschaltet werden, was einer Änderung der Zeitkonstanten gleichkommt. Auf diese Weise wird auch bei einem Lastspiel die Erwärmung des Motors genau nachgebildet. Die Anpassung der beschriebenen Einrichtung an die verschiedenen Zeitkonstanten der zu überwachenden Geräte erfolgt zweckmässigerweise durch ein Verstellen der über den verstellbaren Widerstand 12 zugeführten analogen Grösse. Es kann aber auch die von dem Taktgenerator 14 abgegebene Taktfrequenz geändert werden. Ausserdem besteht die Möglichkeit, sowohl die konstante Grösse als auch die Taktfrequenz gleichzeitig zu ändern.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurde davon ausgegangen, dass dem Rechner eine Quadrierstufe 6 vorgeschaltet ist. Auf eine solche Quadrierstufe 6 kann verzichtet werden, wenn ein Rechner verwendet wird, der selbst das Quadrat des von dem Analog-Digital-Wandler 7 gelieferten Digitalwertes bilden kann. In einem solchen Fall übernimmt der Rechner 8 von dem Analog-Digital-Wandler 7 einen dem in dem zu überwachenden Gerät fliessenden Strom direkt proportionalen Wert. Auf einen entsprechenden Zwischenbefehl des Schrittschaltwerkes 10 hin bildet der Rechner das Quadrat des von dem Analog-Digital-Wandlers 7 gelieferten Wertes. Der von dem Rechner gebildete Quadratwert wird sodann, wie bereits beschrieben, mit der konstanten Grösse multipliziert. Zu dem Produkt wird anschliessend wiederum der von dem Rechner erneut gebildete Quadratwert addiert. Dieser Rechenvorgang wird danach fortlaufend wiederholt.

1 Blait Zeichnungen j

Claims

616031 PATENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung zur Überwachung der Erwärmung einer stromdurchflossenen elektrischen Vorrichtung, bei welcher Einrichtung mittels eines Analog-Digital-Wandlers ein dem Strom oder dessen Quadrat proportionaler Digitalwert gebildet und zur Bestimmung der Erwärmung von einem dem Quadrat des in der Vorrichtung fliessenden Stromes proportionalen Wert ausgegangen ist, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung, dass ein dem Quadrat des in der Vorrichtung fliessenden Stromes proportionaler Wert in einen Speicher eingegeben wird, der mit einem durch ein Schrittschaltwerk (10) zyklisch gesteuerten Rechner (8) verbunden ist, dass durch einen ersten Steuerbefehl des Schrittschaltwerkes (10) eine konstante Grösse in den Rechner eingegeben und von diesem mit dem im Speicher vorhandenen Wert multipliziert und durch einen zweiten Steuerbefehl des Schrittschaltwerkes (10) zu dem gebildeten Produkt ein dem Quadrat des in der Vorrichtung (1) fliessenden Stromes proportionaler Wert addiert und das Schrittschaltwerk (10) nach dem zweiten Steuerbefehl auf seinen Anfang zurückgeschaltet wird, und dass ferner an den Ausgang des Rechners (8) eine Grenzwertstufe (9) angeschlossen ist.

2. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher in den Rechner (8) integriert und der dem Quadrat des in der Vorrichtung fliessenden Stromes proportionale Wert im Rechner (8) gebildet ist.

3. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rechner eine mit dem Analog-Digital-Wandler (7) hintereinanderliegende Quadrierstufe (6) vorgeschaltet ist.

4. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die konstante Grösse verstellbar ist.

5. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrittfrequenz des Schrittschaltwerkes (10) verstellbar ist.