CH623431A5

CH623431A5 - Circuit for simulating the heat budget of an electrical apparatus or machine

Info

Publication number: CH623431A5
Application number: CH124578A
Authority: CH
Inventors: Michael Hentschel; Guenther Studtmann; Heinz Unterweger
Original assignee: Sprecher & Schuh Ag
Priority date: 1978-02-03
Filing date: 1978-02-03
Publication date: 1981-05-29
Also published as: DE2844706A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Simulierung des thermischen Verhaltens eines elektrischen Gerätes oder Maschine. The invention relates to a circuit arrangement for simulating the thermal behavior of an electrical device or machine.

Solche - meist als thermische Abbildungen bezeichnete -Schaltungen werden vor allem als Steuerorgane in Schutzeinrichtungen für elektrische Geräte oder Maschinen, wie insbesondere Motoren und auch Transformatoren oder Kabeln verwendet. Dabei weist das Abbild Kondensatoren auf, die mit Such circuits - usually referred to as thermal images - are used primarily as control elements in protective devices for electrical devices or machines, such as in particular motors and also transformers or cables. The image shows capacitors that are connected to

Ladeströmen geladen werden, deren Stärke eine Funktion der Verluste des Gerätes bzw. Maschine sind, und über Widerstände entladen, welche die entsprechenden Wärmewiderstände des Gerätes bzw. Maschine nachbilden. Der technisch 5 wichtigste und vielfach einzige Ladestrom ist meist proportional dem Quadrat der Betriebsstromstärke. Bei Verwendung zweier RC-Glieder (z.B. zum Schutz von rotierenden Maschinen oder Transformatoren), von denen die Kapazität des ersten die Kupfer-Wärmekapazität und diejenige des zweiten 10 die Eisen-Wärmekapazität des Gerätes bzw. Maschine nachbildet, kann dessen thermisches Verhalten für viele normale und annähernd normale Betriebsbedingungen genau genug simuliert werden, um ein nachgeschaltetes Schutzrelais zu steuern. Solche und ähnlich Schaltungen sind unter anderem in den 1.5 Schweizer Patentschriften Nr. 534 444,541 885,540 587, 586 473,573 180 und 577 761 dargelegt. Charging currents are charged, the strength of which is a function of the losses of the device or machine, and discharged via resistors that simulate the corresponding thermal resistances of the device or machine. The technically 5 most important and often only charging current is usually proportional to the square of the operating current. When using two RC elements (e.g. to protect rotating machines or transformers), of which the capacity of the first simulates the copper heat capacity and that of the second 10 the iron heat capacity of the device or machine, its thermal behavior can be normal for many and almost normal operating conditions can be simulated precisely enough to control a downstream protection relay. Such and similar circuits are set out, inter alia, in 1.5 Swiss Patent Nos. 534 444,541 885,540 587, 586 473,573 180 and 577 761.

Um das thermische Verhalten mit befriedigender Genauigkeit auch unter schutztechnisch schwierigen Betriebsbedingungen, wie etwa beim intermittierenden Betrieb von Motoren mit 20 nicht zu vernachlässigender Anlaufwärme - speziell im Rotor -simulieren zu können, wird man in erster Linie an eine Erweiterung des Abbildes durch zusätzliche RC-Glieder und Verlusteinspeisungen denken, wodurch eine immer exaktere Simulierung der effektiven thermischen Verhältnisse im elektrischen 25 Gerät bzw. Maschine möglich ist. Da solch eine Lösung aber zugleich teuer und unpraktisch ist, da sie eine grosse Anzahl von Elementen zur Anpassung der Schaltung an die unterschiedlichen Parameter verschiedener Geräte bzw. Maschinen aufweist, ist es ein Ziel der Erfindung, eine Schaltung zur ther-30 mischen Simulierung zu schaffen, welche bei geringem Aufwand und breitem Anwendungsbereich eine befriedigend genaue Nachbildung des thermischen Verhaltens eines elektrischen Gerätes oder Maschine auch im Bereich ausserordentlicher Wärmeverluste gestattet, wie sie in gewissen Betriebsbe-35 reichen auftreten können, z.B. beim Blockieren eines Motors oder asymmetrischem Betrieb. In order to be able to simulate the thermal behavior with satisfactory accuracy even under operating conditions that are difficult to protect, such as in the intermittent operation of motors with 20 start-up heat that should not be neglected - especially in the rotor - one primarily expects the image to be expanded by additional RC elements and loss feeds think, whereby an ever more exact simulation of the effective thermal conditions in the electrical device or machine is possible. However, since such a solution is both expensive and impractical, since it has a large number of elements for adapting the circuit to the different parameters of different devices or machines, it is an object of the invention to provide a circuit for thermal simulation , which allows a satisfactorily exact replication of the thermal behavior of an electrical device or machine even in the area of extraordinary heat losses, as can occur in certain operating areas, with little effort and a wide range of applications, e.g. when blocking a motor or asymmetrical operation.

Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemässe elektrische Schaltung zur Simulierung des thermischen Verhaltens eines Gerätes oder Maschine, in welcher dessen Erwärmung durch 40 eine, von der Stromaufnahme des Gerätes bzw. Maschine gesteuerten, Aufladung mindestens eines Kondensators simuliert wird, gekennzeichnet durch mehrere Stromeinspeisekreise zur Lieferung von Aufladeströmen, wovon ein erster Kreis einen Kondensator-Ladestrom liefert, sobald das Gerät 45 bzw. Maschine Strom aufnimmt, während mindestens ein zweiter Kreis einen solchen Strom nur in einem Teilbereich der möglichen Werte der Stromaufnahme durch das Gerät bzw. Maschine liefert. For this purpose, the electrical circuit according to the invention for simulating the thermal behavior of a device or machine, in which its heating is simulated by a charge of at least one capacitor controlled by the current consumption of the device or machine, is characterized by a plurality of current supply circuits for supplying Charging currents, of which a first circuit supplies a capacitor charging current as soon as the device 45 or machine draws current, while at least a second circuit supplies such a current only in a partial range of the possible values of the current consumption by the device or machine.

Ein grundlegender Vorteil dieser Schaltung liegt drin, dass 50 sie eine bessere Anpassung an die zu simulierenden Verhältnisse nicht in erster Linie durch eine Komplizierung des thermischen Abbildes erreicht, dessen Elemente dann kaum mehr bestimmbar und teuer sind, sondern durch Verwendung mehrerer Einspeisekreise, deren Charakteristiken fast beliebig 55 gewählt werden können, und welche vornehmlich aus billigeren Elementen aufgebaut sind. Im Nebeneffekt kann dies eine bessere Schutzwirkung erlauben, indem unter gewissen Betriebsbedingungen an verschiedenen Stellen des Gerätes bzw. Maschine entstehende Wärmemengen durch - mittels bo mehrerer Speisekreise - in ein und demselben Kondensator eingespiesene Ladungen simuliert werden. Dies gestattet eine Vorhersage der auf eine übermässige Erhöhung gewisser lokaler Wärmeentwicklung folgenden Temperaturerhöhung, und somit die Berücksichtigung der nach einem eventuellen 65 Abschalten des Gerätes bzw. Maschine eintretende Nacherwärmung. A fundamental advantage of this circuit lies in the fact that it achieves a better adaptation to the conditions to be simulated, not primarily by complicating the thermal image, the elements of which are then hardly determinable and expensive, but by using several supply circuits, the characteristics of which are almost any 55 can be chosen, and which are mainly made up of cheaper elements. As a side effect, this can allow a better protective effect by simulating the amount of heat generated at different points of the device or machine under certain operating conditions by means of charges fed into one and the same condenser by means of several feed circuits. This allows a prediction of the temperature increase following an excessive increase in certain local heat development, and thus the consideration of the reheating occurring after a possible switch-off of the device or machine.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden und durch The invention is to be explained in more detail below with reference to the description of exemplary embodiments and by

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die Figuren - mit Ausnahme der Fig. 1, welche ein bekanntes Abbild schematisiert - illustriert werden. Es zeigt: the figures - with the exception of FIG. 1, which schematically illustrates a known image - are illustrated. It shows:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schema eines bekannten Abbildes, mit getakteter Einspeisung, 1 shows a simplified diagram of a known image, with clocked infeed,

Fig. 2a und 2b schematisierte Ausführungsformen der Erfindung, mit Zusatzspeisung in den ersten respektive zweiten Kondensator, 2a and 2b schematic embodiments of the invention, with additional feed in the first and second capacitor,

Fig. 3 und 4 Einspeisecharakteristiken mit linear verlaufenden, nur oberhalb Jmü von Null verschiedenen Zusatzeinspeisungen, 3 and 4 feed characteristics with linear, additional feeds that differ from zero only above Jmü,

Fig. 5 eine Schaltung zur Erzeugung der Charakteristik nach Fig. 4, 5 is a circuit for generating the characteristic of FIG. 4,

Fig. 6a und b, 7,8a Schaltungen zum Einspeisen eines Zusatzstromes in den zweiten Kondensator C2, 6a and b, 7,8a circuits for feeding an additional current into the second capacitor C2,

Fig. 8b die Charakteristik der Schaltung der Fig. 8a, 8b shows the characteristic of the circuit of FIG. 8a,

Fig. 9 eine Schaltung zur Erzeugung eines Zusatzstromes bei Phasenausfall. Fig. 9 shows a circuit for generating an additional current in the event of a phase failure.

Ein vereinfachtes thermisches Abbild eines Elektromotors besteht aus zwei RC-Gliedern (Fig. 1), wobei durch den Kondensator Ci des ersten RC-Gliedes die Wärmekapazität der Motorwicklung und durch den Widerstand Ri dieses RC-Gliedes der Wärmeübergangswiderstand von der Wicklung zum Motorständer und ferner durch den Kondensator C2 des zweiten RC-Gliedes die Wärmekapazität des Motorständers und der übrigen Massen und durch den Widerstand R2 der Wärmeübergangswiderstand von Motorständer zum Kühlmittel näherungsweise nachgebildet ist. Die Widerstände Ri und R2 sind in Reihe geschaltet und die Kondensatoren Ci und C2 werden mit einem Ladestrom Io aus einer gesteuerten Ladestromquelle geladen, der üblicherweise dem Quadrat des Motorstromes IM proportional ist. Diese Ladestromquelle ist an den Verbindungspunkt von Kondensator und Widerstand des ersten RC-Gliedes, d.h. an den ersten Anschluss Ai des Widerstandsnetzwerkes der beiden RC-Glieder angeschlossen. Am letzten Anschluss AL des Widerstandsnetzwerkes liegt das Null-Potential oder eine Referenzspannung, die der Kühlmitteltemperatur entspricht. Mit dem ersten RC-Glied Ri, Ci ist näherungsweise das thermische Verhalten der Ständerwicklung des Motors und mit dem zweiten RC-Glied R2, C2 näherungsweise das thermische Verhalten der übrigen Massen des Motors berücksichtigt. Wegen der langen Zeitkonstanten entsprechend den langen thermischen Halbwertzeiten von Motoren ist das Abbild sehr hochohmig. Der Ladestrom wird zweckmässig getaktet dem Abbild zugeleitet, so dass der effektive Ladestrom Io, mit dem die Kondensatoren des Abbilds geladen werden, gleich dem Produkt von Quellenstromstärke Iq und Taktverhältnis (Verhältnis von Einschaltdauer zur Zyklusdauer) ist und die Lade-, Stromquelle bei einem Taktverhältnis kleiner Eins einen entsprechend höheren Ladestrom Iq liefern kann, der sich leichter beherrschen lässt. Zur Taktung kann ein elektronisches Schaltelement TRi, z.B. ein Feldeffekttransistor vorgesehen sein. A simplified thermal image of an electric motor consists of two RC elements (Fig. 1), the heat capacity of the motor winding through the capacitor Ci of the first RC element and the heat transfer resistance from the winding to the motor stand and the resistance Ri of this RC element the heat capacity of the motor stand and the other masses is approximately simulated by the capacitor C2 of the second RC element and the heat transfer resistance of the motor stand to the coolant is approximated by the resistor R2. The resistors Ri and R2 are connected in series and the capacitors Ci and C2 are charged with a charging current Io from a controlled charging current source, which is usually proportional to the square of the motor current IM. This charging current source is at the junction of capacitor and resistor of the first RC element, i.e. connected to the first connection Ai of the resistance network of the two RC elements. The zero potential or a reference voltage, which corresponds to the coolant temperature, is located at the last connection AL of the resistance network. The first RC element Ri, Ci approximately takes the thermal behavior of the stator winding of the motor into account and the second RC element R2, C2 approximately takes the thermal behavior of the other masses of the motor into account. Because of the long time constants corresponding to the long thermal half-lives of motors, the image is very high-impedance. The charging current is appropriately clocked fed to the image, so that the effective charging current Io, with which the capacitors of the image are charged, is equal to the product of the source current Iq and the clock ratio (ratio of duty cycle to cycle time) and the charging and current source with a clock ratio less than one can deliver a correspondingly higher charging current Iq that is easier to control. An electronic switching element TRi, e.g. a field effect transistor can be provided.

Im Bereich grossen Schlupfes führt aber beispielsweise die Stromverdrängung in den Rotorstäben eines Asynchronmotors zu einer erhöhten Erwärmung der Maschine. Für eine gute thermische Nachbildung des Motors in allen Betriebsarten soll nun zusätzlich zur Hauptverlusteinspeisung (Po, Io) die Einspeisung eines Zusatzstromes Iz in das Motor-Abbild vorgesehen werden, um die zusätzlichen Motorverluste auch in das Abbild übertragen zu können. Dabei kann dieser Zusatzstrom entweder in Ai, d.h. auf den im wesentlichen eine Nachbildung des Kupfers darstellenden ersten Kondensator Ci oder in Ai, d.h. auf den im wesentlichen eine Nachbildung der Eisenmassen darstellenden zweiten Kondensator C2 eingespiesen werden. Die Einspeisung des Zusatzstromes setzt erst bei einer vorgegebenen Stromschwelle IMIi des Motors ein, die über dem minimalen Auslösestrom (Grenzstrom) JMG des Relais liegt. Der Betrag des Zusatzstromes kann beispielsweise quadratisch oder linear mit Jm-Jmg steigen, wobei letzteres schaltungstechnisch einfacher auszuführen und daher oft vorteilhaft ist. In the area of large slip, however, the current displacement in the rotor bars of an asynchronous motor, for example, leads to increased heating of the machine. For a good thermal simulation of the motor in all operating modes, in addition to the main loss feed (Po, Io), an additional current Iz should be fed into the motor image so that the additional motor losses can also be transferred to the image. This additional flow can either be in Ai, i.e. on the first capacitor Ci, which is essentially a replica of the copper, or in Ai, i.e. are fed to the second capacitor C2, which essentially represents a replica of the iron masses. The additional current is only fed in at a specified current threshold IMIi of the motor, which is above the minimum tripping current (limit current) JMG of the relay. The amount of the additional current can increase, for example, quadratically or linearly with Jm-Jmg, the latter being simpler in terms of circuitry and therefore often advantageous.

Fig. 2a ze.igt schematisch ein Abbild, bei welchem die Zusatzstrom-Einspeisung Iz zusammen mit der Hauptstrom-Einspeisung Io in den ersten Kondensator Ci des Abbildes s geschieht. Wie in Fig. 3 gezeigt, verläuft die Einspeisecharakteristik des Zusatzstromes Iz, z. B. linear mit dem Motorstrom JM, wobei die Zusatzstrom-Einspeisung aber - im Gegensatz zu den bei JM = 0 beginnenden Hauptstrom-Einspeisung Io - z.B. erst beim 2,5-fachen Nennwert JMe des Motorstromes einsetzt. 10 Durch Überlagerung beider Ströme ergibt sich der gestrichelte Verlauf des Gesamtverlust-Stromes Iv. Dabei bildet das Verhältnis a/b von Haupt- und Zusatzstrom-Einspeisung beim 6fachen Motorstrom 6jMe ein praktisches Mass für das Verhältnis beider Verlustarten bezüglich Berechnung und Einstellung, 's Um den Sprung der Einspeisung Iv beim Schwellwert IMu zu vermeiden und die Einspeisecharakteristik besser dem Motorverhalten anzupassen, ist es vorteilhaft, eine Kennlinie nach Fig. 4 vorzusehen, die einen geknickten aber nicht mehr sprunghaften Verlauf von Iv ergibt. 2a schematically shows an image in which the additional current supply Iz takes place together with the main current supply Io in the first capacitor Ci of the image s. As shown in Fig. 3, the feed characteristic of the additional flow Iz, z. B. linear with the motor current JM, but the additional current feed - in contrast to the main current feed Io starting at JM = 0 - e.g. only starts at 2.5 times the nominal value JMe of the motor current. 10 By superimposing both currents, the dashed curve of the total loss current Iv results. The ratio a / b of the main and additional current feed at 6 times the motor current 6jMe forms a practical measure for the ratio of both types of loss with regard to calculation and setting, 's To avoid the jump in the feed Iv at the threshold value IMu and the feed characteristic better the motor behavior to adapt, it is advantageous to provide a characteristic curve according to FIG. 4 which results in a bent but no longer abrupt course of Iv.

20 Die Schaltung zur Hilfsstrom-Einspeisung kann sehr einfach gehalten werden, wenn der Hilfsstrom auf den Kupferkondensator geleitet wird. Bei einem bekannten Abbild schon verwendete Schaltungsteile, wie der Taktgenerator, können nämlich in ihrer Charakteristik so beeinflusst werden, dass der 25 gewünschte Zusatzverluststrom in das Abbild eingeführt wird. 20 The circuit for the auxiliary power supply can be kept very simple if the auxiliary power is fed to the copper capacitor. Circuit parts already used in a known image, such as the clock generator, can be influenced in their characteristics in such a way that the desired additional leakage current is introduced into the image.

Um in Punkt Ai der Fig. 2a einen der Kennlinie der Fig. 4 entsprechenden Strom einzuspeisen, kann bei einem Abbild mit getakteter Einspeisung der Taktfrequenz mit einer Schaltung nach Fig. 5 beeinflusst werden. Wird an deren Eingang E eine 30 zum Motorstrom proportionale Spannung UM angelegt, so steuert sie den an ihrem Ausgang Bi angeschlossenen U/f-Wandler so, dass in Ai ein Zusatzstrom Iz zur Aufladung des die Wärmekapazität des Kupfers repräsentierenden Kondensators Ci erscheint. (Dieser Kondensator wird gelegentlich 35 auch kurz als «Kupferkondensator» bezeichnet). Dabei bestimmt das Verhältnis R3 zu R4 den Überstrom, bei dem der von Oi gebildete Überstromdetektor anspricht. Es wird für Ströme IM> Imu das Potentiometer Pi über die Diode Di der Messspannung nachgeführt (linear verschoben). Zusätzlich 40 zum normalen Eingangsstrom Iio des Integrators des U/f-Wand-lers wird damit über den Widerstand Rs der Zusatzstrom Ijz in den Integrator-Eingang eingespeist, wobei die Grösse der Zusatzeinspeisung mit dem Potentiometer Pi eingestellt werden kann. Da im Ansprechpunkt der Zusatzstrom Iiz gerade mit 45 Null einsetzt, wird die gewünschte stetige Charakteristik im Integrator-Eingangsstrom erreicht. Da die Ausgangsfrequenz des U/f-Wandlers - und damit auch der Abbild-Eingangsstrom dieser Charakteristik proportional ist, ist hiermit die angestrebte Abbild-Speisecharakteristik erreicht. 50 Der Aufwand für die Schaltung - über das für ein thermisches Abbild ohnehin Notwendige hinaus - ist gering. Am Ausgang von Oi kann ein Signal entnommen werden, das anzeigt, ob der Überstrom IMu überschritten ist oder nicht. In order to feed in a current corresponding to the characteristic of FIG. 4 at point Ai in FIG. 2a, the switching frequency of an image with clocked feeding can be influenced with a circuit according to FIG. If a voltage UM proportional to the motor current 30 is applied to its input E, it controls the V / f converter connected to its output Bi such that an additional current Iz appears in Ai to charge the capacitor Ci, which represents the heat capacity of the copper. (This capacitor is sometimes referred to as “copper capacitor” for short). The ratio R3 to R4 determines the overcurrent at which the overcurrent detector formed by Oi responds. For currents IM> Imu, the potentiometer Pi is tracked via the diode Di of the measuring voltage (shifted linearly). In addition to the normal input current Iio of the integrator of the V / f converter, the additional current Ijz is thus fed into the integrator input via the resistor Rs, the size of the additional feed being able to be set with the potentiometer Pi. Since the additional current Iiz starts at zero at the response point, the desired continuous characteristic in the integrator input current is achieved. Since the output frequency of the V / f converter - and thus also the image input current - is proportional to this characteristic, the desired image feed characteristic is hereby achieved. 50 The effort for switching - in addition to what is necessary for a thermal image - is low. A signal can be taken at the output of Oi, which indicates whether the overcurrent IMu has been exceeded or not.

Der rechte Abschnitt der Fig. 6a zeigt eine Schaltung zur 55 Einspeisung eines Zusatzeinspeisestromes Jz in den zweiten Kondensator C2 des bekannten in der linken Hälfte derselben Figur dargestellten Abbildes. Dieser zweite Kondensator repräsentiert die Wärmekapazität des Eisens, und wird daher gelegentlich kurz als «Eisenkondensator» bezeichnet. 60 Wählt man eine lineare Einspeisecharakteristik, so muss die an sich bekannte Abbildschaltung lediglich um einen Überstromdetektor erweitert werden. Dieser Überstromdetektor wird vom Operationsverstärker O3 gebildet. Ist die Spannung UM grösser als die Spannung am Teiler Rs-Ri, so geht der Aus-65 gang von O3 hoch. Damit wird die vom Transistor T3 gebildete Stromquelle aktiviert. In den Ruhephasen des Taktes fliesst der Ausgangsstrom Jz' der Stromquelle über die Diode D3 in den Ausgang von O2 ab, da T2 gesperrt ist. In der Arbeitsphase des The right section of FIG. 6a shows a circuit for feeding an additional feed current Jz into the second capacitor C2 of the known image shown in the left half of the same figure. This second condenser represents the heat capacity of iron and is therefore sometimes referred to briefly as the “iron condenser”. 60 If one selects a linear feed characteristic, the known image circuit only has to be expanded by an overcurrent detector. This overcurrent detector is formed by the operational amplifier O3. If the voltage UM is greater than the voltage at the divider Rs-Ri, the output of O3 goes up. This activates the current source formed by transistor T3. In the rest phases of the clock, the output current Jz 'of the current source flows through the diode D3 into the output of O2, since T2 is blocked. In the working phase of

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Taktes liegt das Gate von T2 auf der Ausgangsspannung uabb von O2. Da die Source-Spannung von T2 mindestens um die Pinch-off-Spannung kleiner als die Gate-Spannung sein muss, um T2 wieder zu sperren, stellt sich die Source-Spannung von T2 in dieser Phase auf einen Wert unterhalb der Spannung uabb ein. Damit kann der Zusatzstrom Jz' nur noch in den zweiten Abbildkondensator C2 fliessen, da alle anderen Wege gesperrt sind. Hängt die relative Einschaltdauer des Taktes linear vom Motorstrom ab, so wird die gewünschte Proportionalität zwischen Zusatzstrom-Einspeisung Iz und Motorstrom IM erreicht (Charakteristik der Fig. 3). The gate of T2 is clocked on the output voltage uabb of O2. Since the source voltage of T2 must be smaller than the gate voltage by at least the pinch-off voltage in order to block T2 again, the source voltage of T2 in this phase adjusts to a value below the voltage uabb. The additional current Jz 'can therefore only flow into the second imaging capacitor C2, since all other paths are blocked. If the relative duty cycle of the cycle depends linearly on the motor current, the desired proportionality between the additional current supply Iz and the motor current IM is achieved (characteristic of FIG. 3).

Fig. 7 zeigt eine weitere Variante einer für bekannte Abbilder verwendbaren Zusatzstrom-Einspeisung, die vorgesehen ist, um den Zusatzstrom auf den zweiten Kondensator C2 zu speisen. Die Zusatzstrom-Einspeisung wird via T2 getaktet ausgeführt, damit steigt der Zusatzhilfsstrom ab eines Überstromes Imü linear mit dem Motorstrom an (Fig. 3). Die Ansprechschwelle des Überstromdetektors O3 ist von der Teilerspannung Umü abhängig. Mit dem Ansprechen des Detektors wird sowohl der FET-Schalter T2 durchgeschaltet, als auch der Einspeisetransistor T4 freigegeben. Dieser wird vom Takt angesteuert. Pro Arbeitszyklus des Taktes wird damit eine bestimmte, durch die Grösse von P3 einstellbare Ladungsmenge auf den zweiten Abbildkondensator gegeben. FIG. 7 shows a further variant of an additional current feed which can be used for known images and which is provided in order to feed the additional current to the second capacitor C2. The additional current feed is clocked via T2, so that the additional auxiliary current increases linearly with the motor current from an overcurrent Imü (Fig. 3). The response threshold of the overcurrent detector O3 depends on the divider voltage Umü. When the detector responds, both the FET switch T2 is turned on and the feed transistor T4 is released. This is controlled by the clock. A certain amount of charge, which can be set by the size of P3, is thus placed on the second imaging capacitor per working cycle of the cycle.

Der Vollständigkeit halber zeigt Fig. 6b eine Schaltung, die eine parabolische Einspeisecharakteristik (Fig. 4) für den Hilfsstrom aufweist und damit eine noch verbesserte Übereinstimmung von Motor und Abbild ermöglicht. Diese Schaltung kann die rechts von der strichpunktierten Linie in der Fig. 6a gezeigte Einspeisung ersetzen. Der Überstromdetektor O3 ist als Präzisionsgleichrichter ausgeführt. Überschreitet der Motorstrom den Schwellwert Jmü, so folgt der Ausgang von o3, mit einer durch das Verhältnis R9 zu R7 gegebenen Verstärkung, der dem Motorstrom proportionalen Eingangsspannung. Der Ausgangsstrom der Stromquelle ist damit im Überstrom-bereich proportional dem Motorstrom (mit Nullpunktverschiebung). Da der Zusatzstrom getaktet eingespeist wird, ist noch • die relative Einschaltdauer des Abbild-Taktes zu berücksichtigen. Mit deren Proportionalität zum Motorstrom ergibt sich die endgültige Einspeisecharakteristik des Zusatzstromes, die neben einem linearen auch einen quadratischen Anteil aufweist, der bei grösseren Überströmen überwiegt. Mit dieser Schaltung ist bei richtiger Wahl des Schwellenstromes eine sehr gute Anpassung des Abbildes an den Motor möglich. For the sake of completeness, FIG. 6b shows a circuit which has a parabolic feed characteristic (FIG. 4) for the auxiliary current and thus enables an even better match between the motor and the image. This circuit can replace the feed shown to the right of the dash-dotted line in FIG. 6a. The overcurrent detector O3 is designed as a precision rectifier. If the motor current exceeds the threshold value Jmü, the output of o3 follows, with an amplification given by the ratio R9 to R7, the input voltage proportional to the motor current. The output current of the current source is therefore proportional to the motor current (with zero offset) in the overcurrent range. Since the additional current is fed in clocked, the • relative duty cycle of the image cycle must also be taken into account. With their proportionality to the motor current, the final feed-in characteristic of the additional current results, which in addition to a linear component also has a quadratic component, which predominates with larger overcurrents. With this circuit, if the threshold current is selected correctly, a very good adaptation of the image to the motor is possible.

Es besteht die Möglichkeit, dass man zur Speisung des There is a possibility that one can feed the

Abbildes einen Taktgenerator verwendet, welcher es gestattet, mit einem Konstantstrom einen zum Quadrat des Motorstromes proportionalen (getakteten) Speisestrom zu erhalten. Dies erlaubt eine vorteilhafte Schaltungsanordnung. Fig. 8a zeigt eine für diesen Fall geeignete Zusatzstromeinspeisung. Der Transistor T5 wird im Normalbetrieb vom Komparator O3 leitend gehalten. Tritt ein Überstrom auf, so schaltet der Kompa-ratorausgang durch und ermöglicht den Taktimpulsen eine Sperrung von Ts. In den Arbeitsphasen des Taktes wird dann von der Stromquellenschaltung (Transistor Ts) über die Diode Du der Zusatzstrom in das Abbild eingespeist. Die Ergiebigkeit der Stromquelle kann mit dem Potentiometer P4 eingestellt werden, zur Eichung der Einspeisung auf einem berechneten Wert von Iz. Die Diode D12 dient zur Temperaturkompensation. Da die relative Einschaltdauer des Taktes proportional zum Quadrat des Motorstroms ist, nimmt die Einspeisecharakteristik den in Fig. 8b gezeigten Verlauf an. Die Annäherung an die Charakteristik des Motors wird gegenüber Lösungen mit linearer Einspeisecharakteristik wesentlich verbessert. Image uses a clock generator, which makes it possible to obtain a (clocked) feed current proportional to the square of the motor current with a constant current. This allows an advantageous circuit arrangement. 8a shows an additional current feed suitable for this case. The transistor T5 is kept conductive by the comparator O3 in normal operation. If an overcurrent occurs, the comparator output switches through and enables the clock pulses to block Ts. In the working phases of the clock, the additional current is then fed into the image by the current source circuit (transistor Ts) via the diode Du. The output of the power source can be adjusted with the potentiometer P4, to calibrate the feed to a calculated value of Iz. The diode D12 is used for temperature compensation. Since the relative duty cycle of the clock is proportional to the square of the motor current, the feed-in characteristic assumes the course shown in FIG. 8b. The approximation to the characteristics of the motor is significantly improved compared to solutions with a linear feed characteristic.

Falls bei einem Phasenausfall ein Motor nicht direkt, mittels Sofortauslösung durch einen Phasenausfall-Detektor ausgeschaltet, sondern weiterhin mittels der Simulierung seiner Temperaturverhältnisse in einem Abbild geschützt werden soll, so muss die das Abbild speisende Messspannung korrigiert werden, sobald der Phasenausfall-Detektor anspricht, um die geänderten Erwärmungsverhältnisse zu berücksichtigen. Die Korrektur der Messspannung ist in der Stromerfassung selbst nur schlecht möglich, da entweder der Aussteuerungsbereich gesenkt werden müsste, um Spielraum für die Korrektur zu gewinnen, oder aber ein separater Zweig für die Hilfselemente (Nullstromdetektor usw.) vorgesehen werden müsste. Der geringste Aufwand ist möglich, wenn bei Phasenausfall der Integrationswiderstand des Spannungs-Frequenz-Wandlers verkleinert wird. Eine Ausführungsform der Schaltung zur Messspannungskorrektur zeigt Fig. 9. Der Feldeffekt-Transistor T7 ist normalerweise gesperrt. Spricht der Phasenausfall-detektor an, so wird T7 über das Verzögerungsnetzwerk ris-Ct geöffnet. Die Parallelschaltung von r17 zum Integrationswider-stand ris führt zu der angestrebten Verkleinerung des Widerstandes. If, in the event of a phase failure, a motor is not to be switched off immediately by means of an instantaneous trip by a phase failure detector, but is to be protected by simulating its temperature conditions in an image, the measurement voltage supplying the image must be corrected as soon as the phase failure detector responds in order to to take into account the changed warming conditions. Correction of the measurement voltage is hardly possible in the current acquisition itself, since either the modulation range would have to be reduced in order to gain scope for the correction, or a separate branch would have to be provided for the auxiliary elements (zero-current detector, etc.). The least effort is possible if the integration resistance of the voltage-frequency converter is reduced in the event of a phase failure. An embodiment of the circuit for measuring voltage correction is shown in FIG. 9. The field effect transistor T7 is normally blocked. If the phase failure detector responds, T7 is opened via the ris-Ct delay network. The parallel connection of r17 to the integration resistance ris leads to the desired reduction in the resistance.

Das Verzögerungsnetzwerk kann bei Bedarf auch den Auslöser ansteuern. Der Vorwiderstand ri? im Gatekreis von T7 begrenzt den Gatestrom. Der Kondensator Cs dient zur Unterdrückung von eventuellen Störungen im hochohmigen Gatekreis. The delay network can also control the trigger if necessary. The series resistor ri? in the gate circuit of T7 limits the gate current. The capacitor Cs is used to suppress any interference in the high-resistance gate circuit.

4 4th

j j

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

g G

4 Blatt Zeichnungen 4 sheets of drawings

Claims

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1.Electrical circuit for simulating the thermal behavior of an electrical device or machine, in which its heating is simulated by charging at least one capacitor controlled by the current consumption of the device or machine, characterized by a plurality of current supply circuits for supplying charging currents, a first of which Circuit supplies a capacitor charging current as soon as the device or machine draws current, while at least a second circuit supplies such a current only in a sub-range of the possible values of the current consumption by the device or machine.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the output of the first circuit is connected to a first capacitor (Ci) simulating the copper masses of the device or machine.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Circuit according to claim 2, characterized in that the output of the second circuit is connected to the first capacitor (Ci).

4. Circuit according to claim 2, characterized in that the output of the second circuit is connected to a second capacitor (C2) which simulates the iron masses of the device or machine.

5. A circuit according to claim 1, characterized by control means of the second circuit which is dependent on the current consumption, in such a way that it does not supply a current consumption up to a certain threshold value, and above it delivers a capacitor charging current which increases monotonically with the latter.

6. Circuit according to claim 5, characterized in that above the threshold value, the capacitor charging current supplied by the second circuit increases in proportion to the absolute value of the difference between the threshold value and current consumption.

7. Circuit according to claim 5, characterized in that above the threshold value, the capacitor charging current supplied by the second circuit increases in proportion to the square of the difference between the threshold value and current consumption.

8. The circuit according to claim 5, characterized in that above the threshold value, the capacitor charging current supplied by the second circuit increases in proportion to the current consumption.

9. Circuit according to claim 5, characterized in that above the threshold value, the capacitor charging current supplied by the second circuit is a function of the second degree of current consumption.

10. The circuit according to claim 5, characterized in that above the threshold value, the capacitor charging current supplied by the second circuit is a function of the first degree in the difference between the threshold value and current consumption, and the second degree in the current consumption itself.

11. Circuit according to one of claims 5-10, characterized in that the second circuit above the threshold value delivers a capacitor charging current which is clocked as a function of the current consumption.