CH623432A5

CH623432A5 - Electronic protection relay having electronic heat modelling of the electrical apparatus or machine which is to be protected

Info

Publication number: CH623432A5
Application number: CH183878A
Authority: CH
Inventors: Michael Dr Ing Hentschel
Original assignee: Sprecher & Schuh Ag
Priority date: 1978-02-21
Filing date: 1978-02-21
Publication date: 1981-05-29
Also published as: DE2847222A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Schutzrelais zur Schutzabschaltung eines elektrischen Gerätes oder einer Maschine, sobald dieses Gerät bzw. die Maschine eine vorgegebene Erwärmung erreicht, enthaltend eine Stromquelle, einen Taktgenerator, dem eine dem vom Gerät bzw. von der Maschine aufgenommenen Strom proportionale Messspannung zugeleitet wird und der eine Taktfolge mit einer der Messspannung proportionalen Taktperiode erzeugt, eine elektronische Geräte- bzw. Maschinennachbildung zum Simulieren des Wärmeverhaltens des Gerätes bzw. der Maschine, einen Schwellwertauslöser zum Auslösen eines in der Stromzuleitung für das Gerät bzw. die Maschine vorgesehenen Schaltrelais und eine Peripherieschaltung, die die Stromquelle über einen vom Taktgenerator gesteuerten Schalter mit dem Eingang der Geräte- bzw. Maschinennachbildung und diesen Eingang mit dem Eingang des Schwellwertauslösers verbindet. The present invention relates to an electronic protective relay for the protective shutdown of an electrical device or a machine as soon as this device or the machine reaches a predetermined temperature, comprising a current source, a clock generator, to which a measuring voltage proportional to the current consumed by the device or the machine is fed and which generates a cycle sequence with a cycle period proportional to the measuring voltage, an electronic device or machine simulation for simulating the thermal behavior of the device or the machine, a threshold value trigger for triggering a switching relay provided in the power supply line for the device or the machine and a Peripheral circuit that connects the current source via a switch controlled by the clock generator to the input of the device or machine replica and this input to the input of the threshold trigger.

Beim Betrieb elektrischer Geräte oder Maschinen, wie beispielsweise Motoren oder Transformatoren, wird ein Teil der aufgenommenen elektrischen Energie in Wärme umgewandelt. Diese Wärme entsteht hauptsächlich in der Wicklung, von wo sie über den Ständer zu einem Kühlmittel und einfacherweise an die Umgebung abgeführt wird. Bei lange andauerndem, möglichst gleichmässigem Betrieb stellt sich dann ein statisches Gleichgewicht ein, bei dem die entstehende Wärme gleich der abgeführten Wärme ist. Moderne elektrische Geräte bzw. Maschinen sind derart konstruiert, dass dieses statische Gleichgewicht bei einer Temperatur der Wicklung erreicht wird, die nahe der maximal zulässigen Temperatur liegt. When operating electrical devices or machines, such as motors or transformers, part of the electrical energy consumed is converted into heat. This heat is mainly generated in the winding, from where it is dissipated via the stator to a coolant and simply to the environment. In the case of long-lasting operation that is as uniform as possible, a static equilibrium is established in which the heat generated is equal to the heat dissipated. Modern electrical devices or machines are designed in such a way that this static equilibrium is achieved at a temperature of the winding which is close to the maximum permissible temperature.

Beim praktischen Betrieb insbesondere von Motoren ist die aufgenommene elektrische Energie und damit auch die erzeugte Wärme oft grossen Schwankungen unterworfen. Das gilt vorrangig für intermittierenden Betrieb und für das Anlaufen von Motoren oder bei kontinuierlichem Betrieb mit Lastän2 In practical operation, especially of motors, the electrical energy absorbed and thus also the heat generated is often subject to large fluctuations. This applies primarily to intermittent operation and for starting motors or with continuous operation with load

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

10 10th

35 35

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derungen. Dabei kann die maximal zulässige Temperatur überschritten und der Motor beschädigt werden. changes. This can exceed the maximum permissible temperature and damage the motor.

Es sind darum schon Schutzrelais entwickelt worden, welche den von einem Gerät oder einer Maschine aufgenommenen Strom abschalten, wenn die Temperatur bzw. Erwärmung des Geräts bzw. der Maschine die zulässigen Maximalwerte übersteigt. Ein bekanntes Schutzrelais dieser Art, das vorzugsweise für den Schutz von Elektromotoren vorgesehen ist, ist in der CH-PS 534 444 beschrieben, auf die hier ausdrücklich hingewiesen wird. Dieses Schutzrelais enthält eine das Wärmeverhalten des Geräts bzw. der Maschine simulierende, elektronische Geräte- bzw. Maschinennachbildung mit mindestens zwei kapazitiven Speichern, die den Wärmekapazitäten einer Wicklung und eines Ständers entsprechen, sowie mindestens zwei Widerstände, die der Wärmeleitung von der Wicklung zum Ständer und vom Ständer zur Umgebung entsprechen. Weil die in einem Gerät bzw. einer Maschine entsprechende Wärme mehrheitlich dem Quadrat des vom Gerät bzw. der Maschine aufgenommenen Stroms proportional ist, wird auch in die elektronische Nachbildung ein Ladestrom eingeleitet, der dem Quadrat des aufgenommenen Stroms proportional ist. Die Ladespannung am erstgenannten kapazitiven Speicher der Nachbildung gibt dann ein Mass für die Erwärmung der Wicklung und wird darum als Steuersignal für einen Schwellwertauslöser verwendet. Protection relays have therefore already been developed which switch off the current drawn by a device or a machine when the temperature or heating of the device or the machine exceeds the permissible maximum values. A known protective relay of this type, which is preferably provided for the protection of electric motors, is described in CH-PS 534 444, to which express reference is made here. This protection relay contains an electronic device or machine simulation simulating the thermal behavior of the device or the machine with at least two capacitive memories that correspond to the thermal capacities of a winding and a stator, as well as at least two resistors that conduct heat from the winding to the stator and from the stand to the environment. Because the heat in a device or machine is mostly proportional to the square of the current consumed by the device or machine, a charging current is also introduced into the electronic replica, which is proportional to the square of the current consumed. The charging voltage at the first-mentioned capacitive memory of the simulation then gives a measure of the heating of the winding and is therefore used as a control signal for a threshold trigger.

Die Erwärmungszeit eines elektrischen Gerätes oder einer solchen Maschine bis zum Erreichen des stationären Endzustandes geht im allgemeinen in den Bereich von Stunden. Zum Simulieren einer solchen langsamen Erwärmung muss die Nachbildung eine entsprechend grosse Zeitkonstante aufweisen, was durch die Verwendung extrem hochohmiger Widerstände und hochwertiger Kondensatoren erreicht werden kann. Um die Schwierigkeiten bei der Verwendung extrem hochohmiger Widerstände zu beherrschen, ist in der oben genannten Patentschrift eine Ladestromquelle beschrieben, die einen getakteten Ladestrom erzeugt, dessen Effektivwert dem Quadrat des Motorstroms proportional ist. Dazu werden eine in Abhängigkeit vom Motorstrom steuerbare Stromquelle und ein von einem Taktgenerator angesteuerter und zwischen der Stromquelle und der Nachbildung angeordneter elektronischer Schalter verwendet. Bei einer ersten für Motoren mit geringer Stromänderung vorgesehenen Ausführungsform liefert die Stromquelle einen dem Quadrat des Motorstroms proportionalen Ladestrom, und der Taktgenerator öffnet bzw. schliesst den elektronischen Schalter entsprechend einer fest vorgegebenen Taktfolge. Bei einer zweiten für Motoren mit grosser Stromänderung vorgesehenen Ausführungsform liefert die Stromquelle einen dem Motorstrom direkt proportionalen Ladestrom, und der Schalter wird von einer Taktfolge gesteuert, deren Taktzeit dem Motorstrom proportional ist und deren einzelne Takte eine konstante Taktimpulsbreite aufweisen. Bei beiden Ausführungsformen ist der Effektivwert des in die Nachbildung ein-fliessenden Ladestroms dem Quadrat des Motorstroms proportional. The warming-up time of an electrical device or such a machine until the stationary final state is reached is generally in the range of hours. To simulate such slow heating, the simulation must have a correspondingly large time constant, which can be achieved by using extremely high-resistance resistors and high-quality capacitors. In order to master the difficulties in using extremely high-impedance resistors, a charging current source is described in the above-mentioned patent which generates a clocked charging current, the effective value of which is proportional to the square of the motor current. For this purpose, a current source that can be controlled as a function of the motor current and an electronic switch controlled by a clock generator and arranged between the current source and the simulation are used. In a first embodiment provided for motors with a small change in current, the current source supplies a charging current proportional to the square of the motor current, and the clock generator opens or closes the electronic switch in accordance with a predefined clock sequence. In a second embodiment, which is provided for motors with a large change in current, the current source supplies a charging current which is directly proportional to the motor current, and the switch is controlled by a clock sequence, the cycle time of which is proportional to the motor current and the individual cycles of which have a constant clock pulse width. In both embodiments, the effective value of the charging current flowing into the simulation is proportional to the square of the motor current.

Während sich beide Ausführungsformen dieses Schutzrelais in der Praxis gut bewährt haben, wurde der erforderliche schaltungstechnische Aufwand und insbesondere die Notwendigkeit einer steuerbaren Stromquelle als nachteilig angesehen. Der vorliegenden Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, ein Schutzrelais der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das einfacher als die bisher bekannten Relais dieser Art aufgebaut ist und insbesondere keine steuerbare Stromquelle erfordert. While both embodiments of this protective relay have proven themselves in practice, the necessary circuitry outlay and in particular the need for a controllable current source were regarded as disadvantageous. The present invention is therefore based on the object of providing a protective relay of the type described at the outset, which is of simpler construction than the previously known relays of this type and in particular does not require a controllable current source.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst mit einem elektronischen Schutzrelais, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Stromquelle einen konstanten Strom abgibt, und zum Erzeugen eines effektiven Ladestroms für die Geräte- bzw. Maschinennachbildung, der dem Quadrat des von dem Gerät This object is achieved according to the invention with an electronic protective relay, which is characterized in that the current source emits a constant current, and for generating an effective charging current for the device or machine replica, which is the square of that of the device

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bzw. der Maschine aufgenommenen Stroms proportional ist, der Taktgenerator eine Taktfolge erzeugt, deren Taktimpulsbreite der Messspannung ebenfalls proportional ist. or the current consumed by the machine is proportional, the clock generator generates a clock sequence whose clock pulse width is also proportional to the measuring voltage.

Das neue Schutzrelais hat den Vorteil, dass der Ladestrom einfacherweise von einer stabilisierten Spannungsquelle abgenommen werden kann, ohne dass der Aufwand für den Taktgenerator wesentlich erhöht werden muss. Weiter ermöglicht das neue Schutzrelais, die geforderte Beziehung zwischen dem von einem Gerät oder einer Maschine aufgenommenen Strom und dem Ladestrom für die Nachbildung noch besser einzuhalten, weil diese Beziehung nur noch von einer Baugruppe, nämlich dem Taktgenerator, bestimmt wird. Schliesslich ermöglicht das Takten des Ladestroms mit einer Taktfolge, die eine veränderbare Taktperiode und eine veränderbare Taktimpulsbreite aufweist, den Ladestrom in einem so grossen Bereich zu steuern, dass das neue Schutzrelais sowohl für Geräte bzw. Maschinen mit nur geringer, als auch für solche mit grosser Stromänderung verwendet werden kann. The new protection relay has the advantage that the charging current can easily be drawn from a stabilized voltage source without the clock generator having to be significantly increased. Furthermore, the new protection relay enables the required relationship between the current consumed by a device or a machine and the charging current for the simulation to be maintained even better, because this relationship is only determined by one module, namely the clock generator. Finally, the clocking of the charging current with a clock sequence that has a changeable clock period and a changeable clock pulse width enables the charging current to be controlled in such a large range that the new protective relay for devices or machines with only a small number and for those with a large number Current change can be used.

Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform des neuen Schutzrelais weist die Peripherieschaltung einen Schaltkreis auf, der den Fusspunkt der Nachbildung zum Vermeiden der Einleitung von Störsignalen während der Zeit zwischen den Taktimpulsen anhebt und dadurch eine in der Eingangsleitung der Nachbildung angeordnete Diode sperrt. Damit kann wirkungsvoll verhindert werden, dass die in industriellen Steuerungen unvermeidlichen Störsignale die Nachbildung beeinflussen, und es kann eine preisgünstige Diode als Schaltelement zwischen Stromquelle und Nachbildung verwendet werden. In a first preferred embodiment of the new protective relay, the peripheral circuit has a circuit which raises the base point of the replica to avoid the introduction of interference signals during the time between the clock pulses and thereby blocks a diode arranged in the input line of the replica. This can effectively prevent the interference signals that are unavoidable in industrial control systems from influencing the simulation, and an inexpensive diode can be used as a switching element between the current source and the simulation.

Die Peripherieschaltung weist vorzugsweise eine Speichereinrichtung auf, die die am Ende jedes Taktimpulses am Eingang der Nachbildung erreichte Spannung während der Zeit bis zum Beginn des folgenden Taktimpulses speichert und sie weiteren Baugruppen damit kontinuierlich zur Verfügung stellt. The peripheral circuit preferably has a memory device which stores the voltage reached at the end of each clock pulse at the input of the simulation during the time up to the beginning of the following clock pulse and thus makes it continuously available to further modules.

Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren an einem zum Schutz eines Motors vorgesehenen Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigen: The invention is described below with the aid of the figures, using an exemplary embodiment provided for protecting an engine. Show it:

Fig. 1 das Blockschema eines Schutzrelais und dessen Anschlüsse an die Stromzuleitung für einen Motor, 1 shows the block diagram of a protective relay and its connections to the power supply line for a motor,

Fig. 2 das Prinzipschaltbild eines Taktgenerators zum Erzeugen einer Taktfolge, deren Taktimpulsbreite und Taktfolge in Abhängigkeit von einer Messspannung steuerbar ist, 2 shows the basic circuit diagram of a clock generator for generating a clock sequence whose clock pulse width and clock sequence can be controlled as a function of a measurement voltage,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung des im Taktgenerator gemäss Fig. 2 enthaltenen Sägezahngenerators und die daraus abgeleitete Taktfolge, wobei die Form des Sägezahns und der Taktfolge für eine möglichst klare Darstellung gewählt sind, ohne den tatsächlichen Zeitspannen und Signalamplituden zu entsprechen, 3 shows the time course of the output voltage of the sawtooth generator contained in the clock generator according to FIG. 2 and the clock sequence derived therefrom, the shape of the sawtooth and the clock sequence being chosen for the clearest possible representation without corresponding to the actual time periods and signal amplitudes,

Fig. 4 das Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des neuen Taktgenerators und Fig. 4 shows the circuit diagram of a preferred embodiment of the new clock generator and

Fig. 5 das Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der neuen Peripherieschaltung. Fig. 5 shows the circuit diagram of a preferred embodiment of the new peripheral circuit.

In dem Blockschema gemäss Fig. 1 sind ein Motor 10 und ein Schutzrelais 11 gezeigt. An die Stromzuleitung für den Motor ist über einen Stromwandler 12' ein Strom/Spannungswandler 12 angeschlossen, der eine dem Motorstrom direkt proportionale Spannung UM erzeugt, die dem nachgeschalteten Taktgenerator 16 zugeleitet wird. Der Ausgang des Schutzrelais wird von einem Schaltrelais 13 gebildet, dessen Schaltkontakte die Stromleitung für den Motor schliessen bzw. unterbrechen. 1, a motor 10 and a protective relay 11 are shown. A current / voltage converter 12 is connected to the current supply line for the motor via a current converter 12 ', which generates a voltage UM which is directly proportional to the motor current and which is supplied to the clock generator 16 connected downstream. The output of the protective relay is formed by a switching relay 13, the switching contacts of which close or interrupt the power line for the motor.

Das Schutzrelais 11 enthält eine Stromquelle 15 und einen Taktgenerator 16, deren Ausgänge mit entsprechenden Eingängen einer Peripherieschaltung 17 verbunden sind, die ihrerseits mit einer Motornachbildung 18 und einem Schwellwert-auslöser 19 verbunden ist. Die Arbeitsweise des Schutzrelais wird im folgenden noch detailliert beschrieben. The protective relay 11 contains a current source 15 and a clock generator 16, the outputs of which are connected to corresponding inputs of a peripheral circuit 17, which in turn is connected to a motor simulation 18 and a threshold trigger 19. The operation of the protection relay is described in detail below.

Der in Fig. 2 im Prinzipschaltbild gezeigte Taktgenerator weist zwei Eingangsklemmen 20,21 auf. Die Klemme 21 ist zum The clock generator shown in the basic circuit diagram in FIG. 2 has two input terminals 20, 21. The terminal 21 is for

3 3rd

i0 i0

15 15

20 20th

25 25th

Ì0 Ì0

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

623 432 4 623 432 4

Anlegen einer konstanten Referenzspannung UR vorgesehen wodurch der Kondensator 29 aufgeladen wird und die Span- Application of a constant reference voltage UR is provided, whereby the capacitor 29 is charged and the voltage

und mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsver- nung UIA am Ausgang des Integrators einen zeitlinear steigen- and with the non-inverting input of an operational connection UIA at the output of the integrator,

stärkers 22 verbunden. Die Klemme 20 ist zum Anlegen der als den Verlauf annimmt. Um den Zeitpunkt t4 ist die Spannung am stronger 22 connected. The clamp 20 is for the application which assumes the course. At time t4, the voltage is at

Steuerspannung verwendeten Messspannung UM vorgesehen Integratorausgang und am invertierenden Eingang des ersten und über einen Widerstand 23 mit dem invertierenden Eingang j Komparators 25 wieder auf den Wert Uia — UR + Um angestie- Control voltage used measuring voltage UM provided integrator output and at the inverting input of the first and via a resistor 23 with the inverting input j comparator 25 again increased to the value Uia - UR + Um

des Operationsverstärkers und über einen Widerstand 24 mit gen und steigt weiter. Damit springt die Spannung am Kompa- of the operational amplifier and via a resistor 24 with gene and continues to rise. The voltage on the compa

dem nichtinvertierenden Eingang eines Komparators 25 ver- ratorausgang von einem positiven auf einen negativen Wert, the non-inverting input of a comparator 25 verator output from a positive to a negative value,

bunden. Vom invertierenden Eingang des Operationsverstär- Dieser Spannungssprung wird von der Steuerlogik 34 verarbei- bound. From the inverting input of the operational amplifier. This voltage jump is processed by the control logic 34.

kers 22 führt eine Leitung über einen Widerstand 27 zu einem tet, und es erscheint am Ausgang 36 eine abfallende und am kers 22 leads a line through a resistor 27 to a tet, and it appears at the output 36 a falling and on

Schalter 28, der im geschlossenen Zustand (Stellung b) eine o Ausgang 37 eine ansteigende rückwärtige Flanke eines Taktim- Switch 28, which in the closed state (position b) has an o output 37 a rising rear edge of a clock pulse.

Verbindung zur Masse herstellt. An den invertierenden Ein- puises. Connects to the crowd. On the inverting onesuis.

gang und den Ausgang des Operationsverstärkers 22 ist ein Die Spannung am Ausgang des Integrators steigt weiter, bis Kondensator 29 angeschlossen mit dem zusammen er einen sie um den Zeitpunkt ts den Wert UIA = UR + AU erreicht. Integrator bildet. Vom Ausgang des Integrators führen Leitun- Dann sind die Spannungen an den beiden Eingängen des zweigen zum invertierenden Eingang des ersten Komparators 25 15 ten Komparators 31 praktisch gleich, und die Spannung am und zum invertierenden Eingang eines zweiten Komparators Ausgang des Komparators springt von einem positiven auf 31. Der nichtinvertierende Eingang dieses zweiten Kompara- einen negativen Wert. Dieser Spannungssprung wird von der tors ist mit einem Umschalter 32 verbunden, der in seiner einen Steuerlogik zu Schaltsignalen für die beiden Schalter 28,32 Verstellung (a) den Eingang mit der Referenzspannungsklemme 21 arbeitet, die in die Stellung (a) zurückgeschaltet werden. Bei und in seiner anderen Stellung (b) mit einer auf diese Referenz- 20 dieser Schalterstellung wird der Kondensator 29 erneut von Spannung abgestützten Spannungsquelle 33, die eine Hilfsspan- dem von der Klemme 20 über den Widerstand 23 fliessenden nung AU liefert, verbindet. Die Ausgänge der beiden Kompara- Strom io aufgeladen, so dass die Spannung am Ausgang des toren 25,31 sind mit Eingängen einer Steuerlogik 34 verbun- Integrators absinkt bis zum Zeitpunkt t?, der dem Zeitpunkt t3 den, welche die Schaltsignale für die beiden Schalter 28,32 entspricht, wo die Ausgangsspannung am Integrator wieder erzeugt und an deren Signalausgängen 36,37 ein Taktsignal T ?5 praktisch gleich gross ist wie die Referenzspannung. gang and the output of the operational amplifier 22 is on. The voltage at the output of the integrator continues to rise until capacitor 29 is connected to which together it reaches the value UIA = UR + AU at time ts. Integrator forms. The voltages at the two inputs of the second to the inverting input of the first comparator 25 15 th comparator 31 are practically the same, and the voltage at and to the inverting input of a second comparator output of the comparator jumps up from a positive 31. The non-inverting input of this second comparative- a negative value. This voltage jump is connected by the tors to a changeover switch 32, which operates in its one control logic for switching signals for the two switches 28, 32 adjustment (a) the input with the reference voltage terminal 21, which are switched back to position (a). In and in its other position (b) with a reference position 20 to this switch position, the capacitor 29 is again connected by voltage-supported voltage source 33, which supplies an auxiliary voltage from the terminal 20 via the resistor 23 flowing voltage AU. The outputs of the two Kompara currents io are charged so that the voltage at the output of the gates 25, 31 are connected to the inputs of a control logic 34 integrator until the time t 1, which is the time t 3, which is the switching signals for the two switches 28, 32 corresponds to where the output voltage is generated again at the integrator and at whose signal outputs 36, 37 a clock signal T? 5 is practically the same size as the reference voltage.

bzw. das invertierte Taktsignal T erscheinen. Der Integrator 22,29, der zweite Komparator 31 und die Zur Beschreibung der Arbeitsweise dieses Taktgenerators Steuerlogik bilden zusammen mit den Schaltern 28,32 einen wird angenommen, dass an der Eingangsklemme 21 eine kon- Sägezahngenerator. Die Steilheit der zwischen den Zeitpunkstante Referenzspannung UR und an der Eingangsklemme 20 ten t3 und ts ansteigenden Flanke des Sägezahns ist hauptsäch-eine veränderliche Messspannung UM anliegen. Die Messspan- 30 lieh vom Ladestrom iR des Kondensators 29 bestimmt (da iR > nung ist dem Momentanwert des Motorstroms proportional. io) und darum ebenso wie die entsprechende Zeitspanne tR = Weiter wird angenommen, dass zu einem Zeitpunkt T1 (Fig. 3) ts-t3 praktisch konstant. Die Steilheit der zwischen den Zeit-die beiden Schalter 28,32 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung (a) punkten ts bis t7 abfallenden Flanke des Sägezahns ist durch geschaltet sind. Dann fliesst über den Widerstand 23 in den Ein- den von der Messspannung UM bestimmten Entladestrom des gang des Integrators 22,29 der Strom 10, der den Kondensator r> Kondensators 29 bestimmt, d. h. sie ist um so steiler und darum entlädt und damit eine zeitlinear absinkende Spannung U]A am die Zeitspanne to = t?-ts um so kürzer, je grösser die Messspan-Ausgang des Operationsverstärkers 22 hervorruft. Um den nung ist und umgekehrt. Weil die Messspannung Um auch als Zeitpunkt u sinkt die Spannung am Integratorausgang unter Vergleichsspannung für den ersten Komparator 25 verwendet die Spannung am invertierenden Eingang des ersten Kompara- wird, bewirkt eine Änderung der Messspannung eine Verschie-tors 25, und das Ausgangssignal am ersten Komparator 25 40 bung der Vergleichsspannung am Komparator (entsprechend springt von einem negativen auf einen positiven Wert. Diese einer vertikalen Verschiebung der Linie UR + Um in Fig. 3) und Signaländerung wird von der Steuerlogik 34 nicht verarbeitet. dadurch eine Verschiebung des Zeitpunkts t4, zu dem die Span-Um den folgenden Zeitpunkt t3, wenn die Spannung am Inte- nung an den beiden Komparatoreingängen praktisch gleich ist gratorausgang UiA gleich der Referenzspannung ist und damit und die Spannung am Komparatorausgang umspringt, die Spannungen an den beiden Eingängen des zweiten Kompa- 45 Die an den Ausgängen der Steuerlogik 34 erscheinende rators 31 gleich sind, springt die Spannung am Ausgang dieses Taktfolge hat darum Taktimpulse, deren Breite dem Zeitinter-zweiten Komparators von einem negativen auf einen positiven vali zwischen den Zeitpunkten u-t3 entspricht, d. h. der Mess-Wert. Die Steuerlogik 34 verarbeitet diesen Spannungssprung Spannung proportional ist. Wegen der praktischen Konstanz und leitet Steuersignale an die beiden Schalter 28,32, die aus der Zeitspanne tR und der Messspannungsabhängigkeit der der Stellung (a) in die Stellung (b) umgeschaltet werden. Aus- >0 Zeitspanne to entspricht die gesamte Taktzeit den Zeitspannen serdem erscheinen am Ausgang 36 die ansteigende Vorder- tR + to und ist ebenfalls der Messspannung proportional. or the inverted clock signal T appear. The integrator 22, 29, the second comparator 31 and the control logic for describing the operation of this clock generator form, together with the switches 28, 32, it is assumed that a constant sawtooth generator at the input terminal 21. The steepness of the rising edge of the sawtooth between the instantaneous reference voltage UR and at the input terminal 20 ten t3 and ts is mainly due to a variable measuring voltage UM. The measuring voltage 30 was determined by the charging current iR of the capacitor 29 (since iR> voltage is proportional to the instantaneous value of the motor current. Io) and therefore, like the corresponding time period tR = Further, it is assumed that at a time T1 (FIG. 3) ts -t3 practically constant. The slope of the flank of the sawtooth falling between the times — the two switches 28, 32 in the position (a) shown in FIG. 2 points ts to t7 is switched through. The current 10, which determines the capacitor r> capacitor 29, then flows through the resistor 23 in the discharge current of the integrator 22, 29 determined by the measurement voltage UM. H. it is the steeper and therefore discharged and thus the time-linearly decreasing voltage U] A on the time span to = t? -ts, the shorter the larger the span output of the operational amplifier 22 causes. It's all about and vice versa. Because the measurement voltage Um also decreases as the time u, the voltage at the integrator output below the reference voltage for the first comparator 25 uses the voltage at the inverting input of the first comparator, a change in the measurement voltage causes a varistor 25 and the output signal at the first comparator 25 40 Exercise of the comparison voltage at the comparator (correspondingly jumps from a negative to a positive value. This corresponds to a vertical shift of the line UR + Um in FIG. 3) and signal change is not processed by the control logic 34. this causes a shift in the point in time t4 at which the Span-Um the following point in time t3, when the voltage at the intent at the two comparator inputs is practically the same, and the grator output UiA is equal to the reference voltage and thus and the voltage at the comparator output changes, the voltages the two inputs of the second comparator 45. The rators 31 appearing at the outputs of the control logic 34 are the same, the voltage at the output of this clock sequence jumps therefore has clock pulses, the width of the time-second comparator from a negative to a positive vali between the times and -t3 corresponds to d. H. the measurement value. The control logic 34 processes this voltage step voltage is proportional. Because of the practical constancy and leads control signals to the two switches 28,32, which are switched from the time period tR and the measurement voltage dependence of the position (a) to position (b). From> 0 time period to the total cycle time corresponds to the time periods, the increasing front tR + to appears at output 36 and is also proportional to the measuring voltage.

flanke 38 und am Ausgang 37 die abfallende Vorderflanke 39 Diese Eigenschaften der beschriebenen Prinzipschaltung eines Taktimpulses. Durch das Umschalten der beiden Schalter lassen sich durch eine einfache Rechnung nachweisen. Gesucht flank 38 and the falling leading edge 39 at output 37 These properties of the described basic circuit of a clock pulse. By switching the two switches, it can be verified with a simple calculation. Searched

28,32 in die Stellung (b) wird der invertierende Eingang des ist die relative 28.32 in position (b) is the inverting input which is the relative

Operationsverstärkers 22 über den Widerstand 27 mit der Mas- 55 Operational amplifier 22 via resistor 27 with the mass 55

seleitung verbunden und der nichtinvertierende Eingang des Einschaltdauer T = Taktdauer (t"-*3) = KUm)- line connected and the non-inverting input of the duty cycle T = cycle time (t "- * 3) = KUm) -

zweiten Komparators 31 mit der Spannungsquelle 33, so dass Taktperiode t7-t3) second comparator 31 with the voltage source 33, so that clock period t7-t3)

an diesem Komparatoreingang die Spannung UR + AU anliegt. the voltage UR + AU is present at this comparator input.

Durch das Schliessen des Schalters 28 ändert sich der in den Mit den aus den Fig. 2 und 3 ableitbaren Beziehungen: By closing the switch 28, the relationships that can be derived from FIGS. 2 and 3 change:

Kondensator 29 fliessende Integrationsstrom von io auf (io-iR), «> (t7-t3) = (t7-ts) + (ts-t3) und Capacitor 29 integrating current flowing from io to (io-iR), «> (t7-t3) = (t7-ts) + (ts-t3) and

_ 4- ^ - C • AU #J. t _ C • (4ü . . C " ÜM _ 4- ^ - C • AU #J. t _ C • (4ü.. C "ÜM

7 S> - ±0 . ' ^ - iR - V (t4 " 3 = V1Ç 7 S> - ± 0. '^ - iR - V (t4 "3 = V1Ç

ergibt sich:. surrendered:.

5 5

623432 623432

U U

M M

T = T =

R - ( A U C R - (A U C

A. U A. U

XR " XR "

und durch einfaches Umformen and by simply reshaping

1 T 1 part

AU UM AU UM

R R

1+1 1 + 1

oder T = or T =

AU i AU i

R R

und weiter mit i = —— • i = —S 0 R23' R R27 and continue with i = —— • i = —S 0 R23 'R R27

U' U '

ergibt sich T = results in T =

M M

R R

27 27th

AU R23 ' UR AU R23 'UR

Weil A U; UR; R27 und R23 konstant sind, gilt T- U2M und weil Um proportional iMot ist, folgt schliesslich T— i2Mot- Because A U; UR; R27 and R23 are constant, T- U2M applies and because Um is proportional iMot, T— i2Mot- follows

Das bedeutet, dass die oben definierte relative Einschaltdauer T der Messspannung bzw. dem vom zugeordneten elek- 35 trischen Gerät oder der Maschine aufgenommenen Strom quadratisch proportional ist. This means that the above-defined relative duty cycle T of the measuring voltage or the current consumed by the assigned electrical device or the machine is quadratic proportional.

Die vorstehende quantitative Betrachtung zeigt, dass die Beziehung zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangssignal 40 des Taktgenerators nur durch Spannungen und Widerstände bestimmt ist. Es ist also zu erwarten, dass der Taktgenerator ein gutes thermisches Verhalten aufweist, weil die Temperaturkoeffizienten der genauigkeitsbestimmenden Parameter klein gehalten werden können. 4 5 The quantitative observation above shows that the relationship between the input and output signals 40 of the clock generator is determined only by voltages and resistances. It is therefore to be expected that the clock generator has good thermal behavior because the temperature coefficients of the parameters determining the accuracy can be kept low. 4 5

In Fig. 4 ist das Schaltbild einer praktisch erprobten Ausführungsform des neuen Taktgenerators gezeigt. Um Wiederholungen zu vermeiden, sind in Fig. 4 diejenigen Bauelemente, die bereits in Fig. 2 gezeigt und im dazugehörigen Text beschrieben sind, in der Fig. 4 mit den gleichen Bezugszeichen wie in 50 der Fig. 2 versehen und werden nicht nochmals beschrieben. FIG. 4 shows the circuit diagram of a practically proven embodiment of the new clock generator. In order to avoid repetitions, those components in FIG. 4 which have already been shown in FIG. 2 and are described in the associated text are given the same reference numerals in FIG. 4 as in 50 of FIG. 2 and are not described again.

Die gezeigte Ausführungsform enthält anstelle des Widerstands 24 in der Leitung zwischen der Klemme 20 für die Messspannung und dem nicht invertierenden Eingang des ersten Komparators 25 einen Tief pass 40, der die Welligkeit der Messspannung kleinhalten soll. Weiter sind in die Verbindungsleitung zwischen der Referenzspannung und den nichtinvertierenden Eingängen des Operationsverstärkers 22 und des zweiten Komparators 31 sowie dem Ausgang des Integrators und dem invertierenden Eingang des ersten Komparators 25 Widerstände 41,42 bzw. 43 vorgesehen. Als Schalter zum Umschalten der Integrationsrichtung wird ein Transistor 28 und als Schalter zum Umschalten der Sägezahneckspannungs-werte ein Inverter 32 verwendet, die beide über Seriewiderstände 44,45 und 46 vom Ausgangssignal des zweiten Komparators 31 gesteuert werden. Weil der Transistor 28 einen nicht vernachlässigbaren Leckstrom aufweist, ist dessen Kollektor über einen Widerstand 47 mit der Referenzspannung verbunden. Der Ausgang des Integrators ist über einen Widerstand 48 mit dem invertierenden Eingang des zweiten Komparators 31 und dieser Eingang über einen Widerstand 49 mit dem Ausgang des Inverters 32 verbunden, so dass das Signal am Ausgang des Integrators zwischen der unteren Eckspannung UR und der oberen Eckspannung The embodiment shown contains instead of the resistor 24 in the line between the terminal 20 for the measuring voltage and the non-inverting input of the first comparator 25 a low pass 40, which is intended to keep the ripple of the measuring voltage low. Furthermore, resistors 41, 42 and 43 are provided in the connecting line between the reference voltage and the non-inverting inputs of the operational amplifier 22 and the second comparator 31 and the output of the integrator and the inverting input of the first comparator 25. A transistor 28 is used as a switch for switching the direction of integration and an inverter 32 is used as a switch for switching over the sawtooth residual voltage values, both of which are controlled by the output signal of the second comparator 31 via series resistors 44, 45 and 46. Because transistor 28 has a non-negligible leakage current, its collector is connected to the reference voltage via a resistor 47. The output of the integrator is connected via a resistor 48 to the inverting input of the second comparator 31 and this input is connected via a resistor 49 to the output of the inverter 32, so that the signal at the output of the integrator between the lower corner voltage UR and the upper corner voltage

R R

U U

R R

1 + 1 +

R R

48 48

49 49

schwankt. fluctuates.

R R

Damit wird So that will

Aü = ü. Aü = ü.

R R R R

48 48

49 49

undT = andT =

U U

M M

R R

Vfe, d. h. T - U2 23 48 M Vfe, d. H. T - U2 23 48 M

623 432 623 432

Das Ausgangssignal wird von einem NAND-Tor erzeugt, dessen einer Eingang zwischen den Widerständen 44,45 an der Ausgangsleitung des zweiten Komparators 31 und dessen anderer Eingang zwischen zwei Widerständen 52,53 in der Ausgangsleitung des ersten Komparators 25 angeschlossen ist. Wie sich mit Hilfe der Fig. 3 und einer einfachen Wahrheitstafel zeigen lässt, werden der Transistor 28 und der Inverter 32 zum Zeitpunkt t3 in den leitfähigen bzw. tiefen Ausgangsschalt-zustand und zum Zeitpunkt ts in den gesperrten Zustand bzw. hohen Ausgangsschaltzustand geschaltet, und der Ausgang des NAND-Tors 51 ist vom Zeitpunkt t3 bis t4 tief und vom Zeitpunkt t4 bis t? hoch. Am Ausgang des NAND-Tors 51 erscheint darum die in Fig. 3 gezeigte Taktfolge T. Es ist aber auch ein Inverter 54 vorgesehen, dessen Eingang mit dem Ausgang des NAND-Tors verbunden ist und an dessen Ausgang die zur Taktfolge T invertierte Taktfolge T erscheint. The output signal is generated by a NAND gate, one input of which is connected between the resistors 44, 45 on the output line of the second comparator 31 and the other input of which is connected between two resistors 52, 53 in the output line of the first comparator 25. As can be shown with the aid of FIG. 3 and a simple truth table, the transistor 28 and the inverter 32 are switched to the conductive or low output switching state at the time t3 and to the blocked state or the high output switching state at the time ts, and the output of NAND gate 51 is low from time t3 to t4 and from time t4 to t? high. The clock sequence T shown in FIG. 3 therefore appears at the output of the NAND gate 51. However, an inverter 54 is also provided, the input of which is connected to the output of the NAND gate and the clock sequence T inverted to the clock sequence T appears at the output .

Die gezeigte Ausführungsform des Taktgenerators enthält zwei zusätzliche Eingangsklemmen 55,56. Diese zusätzlichen Eingänge sind für die Zuleitung von Hilfsspannungen bzw. -strömen vorgesehen, mit denen die Schaltschwellen und Integrationssteilheiten und damit die Taktfolge bzw. die Taktbreite beeinflusst werden können. Weiter ermöglichen diese Eingänge, den Taktgenerator auch dann zum Erzeugen einer vorgegebenen Taktfolge zu betreiben, wenn an der Eingangsklemme 20 keine Spannung UM anliegt, d. h. wenn das zu überwachende Gerät bzw. die Maschine keinen Strom aufnimmt. The shown embodiment of the clock generator contains two additional input terminals 55, 56. These additional inputs are provided for the supply of auxiliary voltages or currents with which the switching thresholds and integration gradients and thus the cycle sequence or cycle width can be influenced. These inputs also make it possible to operate the clock generator to generate a predetermined clock sequence even when there is no voltage UM at the input terminal 20, i. H. if the device to be monitored or the machine does not draw any electricity.

In Fig. 5 ist die Peripherieschaltung für eine das Wärmeverhalten eines elektrischen Geräts oder einer Maschine simulierende elektrische Nachbildung gezeigt. Diese Peripherieschaltung ermöglicht, einen Ladestrom in die Nachbildung zu leiten, der in Übereinstimmung mit der vom Taktgenerator erzeugten Taktfolge getastet ist, eine der Erwärmung des Geräts oder der Maschine entsprechende Spannung jederzeit abzurufen und das Einfliessen von Störsignalen in die Nachbildung zu verhindern. 5 shows the peripheral circuit for an electrical simulation that simulates the thermal behavior of an electrical device or a machine. This peripheral circuit makes it possible to feed a charging current into the simulation, which is keyed in accordance with the clock sequence generated by the clock generator, to call up a voltage corresponding to the heating of the device or the machine at any time and to prevent interference signals from flowing into the simulation.

Die gezeigte Peripherieschaltung weist drei Eingangsklemmen auf. Eine erste Klemme 60 ist für die Referenzspannung vorgesehen, die hier als Ladestromquelle verwendet wird. Eine zweite und dritte Klemme 61,62 sind mit den Ausgängen 36 bzw. 37 des Taktgenerators verbunden und zum Einleiten der positiven bzw. der invertierten Taktfolge in die Schaltung vorgesehen. Die Klemme 60 ist über zwei parallel geschaltete Widerstände 63,64 mit einem Ladekondensator 66 und über einen Transistor 67 mit der Masseleitung verbunden. Die Steuerelektrode dieses Transistors 67 ist über einen Widerstand 68 ebenfalls mit der Masse und über einen Kopplungskondensator 69 mit der Eingangsklemme 62 für die invertierende Taktfolge verbunden. Von der Gegenelektrode des Ladekondensators 66 führt eine Leitung über eine Diode 71 in die Nachbildung 18. Der Fusspunkt der Nachbildung ist einerseits über einen Widerstand 73 mit der Eingangsklemme 60 für die Ladespannung und über einen Widerstand 74 mit der Masse verbunden und anderseits über einen Widerstand 75 und einen Inverter 76 mit der Eingangsklemme 61 für die Taktfolge T. The peripheral circuit shown has three input terminals. A first terminal 60 is provided for the reference voltage, which is used here as a charging current source. A second and third terminal 61, 62 are connected to the outputs 36 and 37 of the clock generator and are provided for introducing the positive and the inverted clock sequence into the circuit. The terminal 60 is connected to a charging capacitor 66 via two resistors 63, 64 connected in parallel and to the ground line via a transistor 67. The control electrode of this transistor 67 is also connected to ground via a resistor 68 and to the input terminal 62 for the inverting clock sequence via a coupling capacitor 69. A line leads from the counter electrode of the charging capacitor 66 into the replica 18 via a diode 71. The base point of the replica is connected on the one hand to the input terminal 60 for the charging voltage via a resistor 73 and to the ground via a resistor 74 and on the other hand via a resistor 75 and an inverter 76 with the input terminal 61 for the clock sequence T.

In der Leitung zwischen der Klemme 60 für die Ladespannung und dem einen der beiden Parallelwiderstände (64) ist noch ein Schalter 78 vorgesehen. Dieser Schalter ist geschlossen, wenn das Gerät oder die Maschine und beispielsweise der zu schützende Motor Strom aufnimmt. Wenn das Gerät oder die Maschine abgeschaltet wird und mit Hilfe der Nachbildung die Abkühlung simuliert werden soll, wird der Schalter 78 geöffnet, so dass über den anderen der beiden Parallelwiderstände (63) nur soviel Strom fliesst, wie zum Ausgleich insbesondere der Leckströme erforderlich ist. Es versteht sich, dass bei abgeschaltetem Gerät oder abgeschalteter Maschine keine Spannung UM an der Klemme 20 des Taktgenerators liegt und letzterer keine Taktfolge erzeugt. Damit der dem Leckstrom entsprechende Ladestrom trotzdem in die Nachbildung geleitet A switch 78 is also provided in the line between the terminal 60 for the charging voltage and the one of the two parallel resistors (64). This switch is closed when the device or the machine and, for example, the motor to be protected draws current. If the device or the machine is switched off and the cooling is to be simulated with the aid of the simulation, the switch 78 is opened so that only as much current flows through the other of the two parallel resistors (63) as is necessary to compensate in particular for the leakage currents. It goes without saying that when the device or machine is switched off there is no voltage UM at the terminal 20 of the clock generator and the latter does not generate a clock sequence. So that the charging current corresponding to the leakage current is nevertheless conducted into the replica

40 40

werden kann, müssen entsprechende Hilfsspannungen über die Eingänge 55 oder 56 an den Taktgenerator angelegt werden, was bereits weiter oben erwähnt wurde. corresponding auxiliary voltages must be applied to the clock generator via the inputs 55 or 56, which has already been mentioned above.

In derZeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Taktimpulsen ist der Transistor 67 im leitfähigen Zustand, und der Strom von der Klemme 60 und durch die Widerstände 63,64 wird an Masse abgeleitet. Weiter ist der Ausgang des Inverters 76 und darum auch der Fusspunkt der Nachbildung 18 positiv gegen Masse. Bei jedem Taktimpuls erscheint am Ausgang des Inverters eine Spannung Null, so dass der Fusspunkt der Nachbildung tiefer liegt. Gleichzeitig wird der Transistor 67 in den Sperrzustand geschaltet, so dass der Strom von der Klemme 60 durch die Widerstände 63,64 über den während der Taktpause via Sample- und Hold-Schaltung auf die Spannung der Nachbildung aufgeladenen Kondensator 66 und durch die Diode 71 in die Nachbildung einfliesst. In the period between two successive clock pulses, transistor 67 is in the conductive state and the current from terminal 60 and through resistors 63, 64 is dissipated to ground. Furthermore, the output of the inverter 76 and therefore also the base point of the replica 18 is positive against ground. With every clock pulse, a voltage of zero appears at the output of the inverter, so that the base point of the simulation is lower. At the same time, the transistor 67 is switched into the blocking state, so that the current from the terminal 60 through the resistors 63, 64 via the capacitor 66, which is charged to the voltage of the simulation during the pause via the sample and hold circuit, and through the diode 71 in the replica is incorporated.

Nach jedem Taktimpuls wird durch das Umschalten des Transistors 67 in den leitfähigen Zustand der Ladestrom wieder an Masse abgeleitet und durch das Anheben der Spannung am Ausgang des Inverters 76 der Fusspunkt und damit natürlich auch die Spannung am Eingang der Nachbildung 18 angehoben. Durch diese letztere Massnahme kann wirkungsvoll verhindert werden, dass unbeabsichtigte Störimpulse in die Nachbildung einfliessen und die kapazitiven Speicher aufladen, da dann die Diode 71 sperrt, da ihre Anode vonseiten der Sample-und Hold-Schaltung auf der Spannung der Nachbildung (UNb) gehalten wird. After each clock pulse, switching the transistor 67 to the conductive state leads the charge current back to ground and, by increasing the voltage at the output of the inverter 76, the base point and, of course, the voltage at the input of the simulation 18 is raised. This latter measure can effectively prevent unintentional interference pulses from flowing into the simulation and charging the capacitive memories, since diode 71 then blocks because its anode is kept at the voltage of the simulation (UNb) by the sample and hold circuit .

Während der Dauer eines Taktimpulses entspricht die Spannung an der Gegenelektrode des Kondensators 66 (unter Vernachlässigung des Spannungsabfalls in der Diode 71) praktisch der Spannung am ersten kapazitiven Speicher in der Nachbildung 18. Wie einleitend ausführlich beschrieben wurde, ist diese Spannung ein Mass für die Erwärmung der Wicklung des Geräts oder der Maschine und wird darum über einen ersten Verstärker 80 zu einer Ausgangsklemme 82 geleitet, die mit der Steuerleitung des in Fig. 1 gezeigten Schwellwertauslösers 19 verbunden ist. Der Ausgang des ersten Verstärkers ist weiter über einen Transistor 83 und einen Widerstand 84 mit einem Kondensator 85 und dem Eingang eines zweiten Verstärkers 86 verbunden. Die Steuerelektrode des Transistors 83 ist über einen Widerstand 88 an den Ausgang des ersten Verstärkers 80 und über einen weiteren Widerstand 89 und einen Kondensator 90 an die Eingangsklemme 61 für die positive Taktfolge angeschlossen. Der Ausgang des zweiten Verstärkers 86 ist über einen weiteren Transistor 92, vorzugsweise einen MOS-P-Kanal-Enhancement-Transistor mit der Gegenelektrode des Kondensators 66 und dem Eingang des ersten Verstärkers 80 verbunden. Die Steuerelektrode dieses Transistors ist über einen Widerstand 93 und einen Kondensator 94 ebenfalls an die Eingangsklemme 61 für die positive Impulsfolge geführt. During the duration of a clock pulse, the voltage on the counter electrode of capacitor 66 (neglecting the voltage drop in diode 71) practically corresponds to the voltage on the first capacitive memory in simulation 18. As was described in detail in the introduction, this voltage is a measure of the heating of the winding of the device or the machine and is therefore passed via a first amplifier 80 to an output terminal 82 which is connected to the control line of the threshold trigger 19 shown in FIG. 1. The output of the first amplifier is further connected via a transistor 83 and a resistor 84 to a capacitor 85 and the input of a second amplifier 86. The control electrode of transistor 83 is connected via a resistor 88 to the output of the first amplifier 80 and via a further resistor 89 and a capacitor 90 to the input terminal 61 for the positive clock sequence. The output of the second amplifier 86 is connected via a further transistor 92, preferably a MOS P-channel enhancement transistor, to the counter electrode of the capacitor 66 and the input of the first amplifier 80. The control electrode of this transistor is also led via a resistor 93 and a capacitor 94 to the input terminal 61 for the positive pulse train.

Solange ein positiver Impuls an der Eingangsklemme 61 liegt, ist der Transistor 83 in den leitfähigen Zustand geschaltet, und die Spannung am Ausgang des ersten Verstärkers 80 wird an den Kondensator 85 und den Eingang des zweiten Verstärkers 86 geleitet. Weil die Steuerelektrode und die mit dem Verstärkerausgang verbundene Elektrode des Transistors 92 über eine Diode 96 und einen dazu parallelgeschalteten Widerstand 97 verbunden sind, ist dieser Transistor während der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Taktimpulsen und während jedes Taktimpulses im nichtleitenden Zustand, wird aber von der rückwärtigen Flanke jedes positiven Taktimpulses kurzzeitig in den leitfähigen Zustand geschaltet. Mit dem Unterbrechen der Verbindung zwischen der Gegenelektrode des Ladekondensators 66 und dem Eingang des zweiten Verstärkers 86 am Ende eines Taktimpulses und dem kurzzeitigen Umschalten des Transistors 92 in den leitfähigen Zustand wird erreicht, dass die Spannung an der Gegenelektrode des Ladekondensators As long as there is a positive pulse at the input terminal 61, the transistor 83 is switched to the conductive state and the voltage at the output of the first amplifier 80 is passed to the capacitor 85 and the input of the second amplifier 86. Because the control electrode and the electrode of transistor 92 connected to the amplifier output are connected via a diode 96 and a resistor 97 connected in parallel therewith, this transistor is in the non-conductive state during the time between two successive clock pulses and during each clock pulse, but is from the rear flank every positive clock pulse briefly switched to the conductive state. By breaking the connection between the counter electrode of the charging capacitor 66 and the input of the second amplifier 86 at the end of a clock pulse and briefly switching the transistor 92 into the conductive state, the voltage at the counter electrode of the charging capacitor is achieved

7 623432 7 623432

66, die am Ende jedes Taktimpulses beim Umschalten des Tran- Bauelemente die Kennwerte des Schutzrelais an spezifische sistors 67 gemäss der Umladung während des positiven Taktes Forderungen anzupassen. Es ist auch möglich, anstelle des und der gleichzeitigen Umladung der Nachbildung absinkt, wie- beschriebenen, als Sägezahngenerator ausgebildeten Takt- 66, which at the end of each clock pulse when switching the Tran- components adapt the characteristic values of the protective relay to specific sistors 67 according to the recharge during the positive clock requirements. It is also possible, instead of the simultaneous transfer of the replica to decrease, as described, as a sawtooth generator clock cycle

der auf den gleichen Wert angehoben wird, den sie während generators irgendeinen anderen Taktgenerator zu verwenden, which is raised to the same value that you would use any other clock generator during generators,

des vorhergehenden Taktimpulses angenommen hatte. Auf s der eine Taktfolge erzeugt, deren Taktimpulsbreite und Takt- of the previous clock pulse. On s which generates a clock sequence, the clock pulse width and clock

diese Weise wird sichergestellt, dass die der Ladespannung am folge proportional zu einer Signalspannung veränderlich sind, in this way it is ensured that the charge voltage is consequently variable in proportion to a signal voltage,

ersten Kondensator in der Nachbildung entsprechende Span- Auch die Peripherieschaltung kann anders ausgebildet sein als nung am Ausgang des ersten Verstärkers 80 und an der Aus- die oben beispielsweise beschriebene Ausführungsform, gangsklemme 82 auch während der Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Taktimpulsen verfügbar ist. io Ein weiterer Vorteil der Diode71 ist, dass die Nachbildung Corresponding first capacitor in the simulation. Also the peripheral circuit can be designed differently than voltage at the output of the first amplifier 80 and at the output, the embodiment described above, for example, is also available during the period between successive clock pulses. io Another advantage of Diode71 is that the replica

Das neue Schutzrelais kann mit handelsüblichen Bauele- sich in spannungslosem Zustand der ganzen Schaltanordnung menten aufgebaut werden. Dabei liegt es im Bereich fachmän- nicht über Teile der Schaltanordnung entladen kann. So wird nischen Könnens, durch geeignete Auswahl der verschiedenen die Abkühlung des Motors getreu nachgebildet. The new protective relay can be assembled with commercially available components in a de-energized state of the entire switching arrangement. It is in the area of experts not being able to discharge parts of the switching arrangement. In this way, niche skills can be faithfully simulated by cooling the motor by selecting the various ones.

G G

2 Blatl Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

623432

PATENT CLAIMS

1.Electronic protective relay for the protective shutdown of an electrical device or a machine as soon as this device or the machine reaches a predetermined temperature, containing a current source, a clock generator, to which a measuring voltage proportional to the current consumed by the device or the machine is fed, and the generates a cycle sequence with a cycle period proportional to the measuring voltage, an electronic device or machine replica for simulating the thermal behavior of the device or the machine, a threshold trigger for triggering a switching relay provided in the power line for the device or the machine and a peripheral circuit that connects the current source via a switch controlled by the clock generator to the input of the simulation and this input to the input of the threshold trigger, characterized in that the current source (15) outputs a constant current and for generating an effective charging current for the Ge device or machine replica (18), which is proportional to the square of the current consumed by the device or machine (10), the clock generator (16) generates a clock sequence, the clock pulse width of which is also proportional to the measurement voltage.

2. Protection relay according to claim 1, characterized in that the peripheral circuit (17) has a circuit (73, 74, 75, 76) which raises the base of the replica (18) to avoid the introduction of interference signals during the time between the clock pulses and thereby blocks a diode (71) arranged in the input line of the simulation (FIG. 5).

3. Protection relay according to claim 1, characterized in that the peripheral circuit (17) has a memory device (66, 80,83,84,85,86,92) which the voltage reached at the end of each clock pulse at the input of the simulation (18) stores during the time up to the beginning of the following clock pulse.

4. Protection relay according to claim 1, characterized in that the clock generator contains a sawtooth generator (22,29,31,28, 32) which generates an output voltage, with a first shorter edge, the duration of which (tR) is practically constant, and a second longer flank, the duration (to) of which is proportional to the measurement voltage, and a comparator (25) which compares the output voltage of the sawtooth generator with the measurement voltage, and a switching logic (34) which occurs from the time (t3) of the transition the output voltage of the sawtooth generator from the second to the first edge up to the point in time (u) at which the voltage of the first edge is equal to the sum of a reference voltage and the measurement voltage, generates a clock pulse (FIG. 3.4).

5. Protection relay according to claim 4, characterized in that the sawtooth generator contains an operational amplifier (22) to which a capacitor (29) is connected in parallel and a comparator (31) is connected, as well as a transistor (28) and an inverter (32), whose control electrode or input are connected to the output of the comparator, which transistor controls the charging and discharging of the capacitor and which inverter controls the voltage at the inverting input of the comparator.

6. Protection relay according to claim 2, characterized in that the circuit contains a voltage divider (73, 74), the tap of which is connected to the base of the replica (18) and the output of an inverter (76), which inverter is controlled by the clock pulses .

7. Protection relay according to claim 3, characterized in that the storage device has a storage capacitor (66) which is connected via an amplifier (80) to the output terminal (82) and that this terminal to compensate for voltage changes at the end of each clock pulse

via a first transistor (83) with an auxiliary capacitor (85) and a further amplifier (86) and a second transistor (92) with the storage capacitor, which first transistor during the duration of each clock pulse and which second transistor only during the trailing edge each clock pulse is switched to the conductive state.

8. Protection relay according to claim 1, characterized in that the capacitor (66) for the replica (18) via at least one resistor (63) is connected to a reference voltage (60) and a transistor (67) is provided which is used to interrupt the Charging current is switched into the conductive state during the pause between successive clock pulses and connects the capacitor to the ground line.

9. Protection relay according to claim 8, characterized in that the at least one resistor (63) in the connecting line between the reference voltage (60) and the capacitor (66), a second resistor (64) and a switch (78) are connected in parallel, which The switch is closed during the current consumption of the device or machine (10) and is opened after switching off the device or machine to supply the replica (18) with a charging current intended only to compensate for losses.

10. Protection relay according to claim 4, characterized in that the clock generator has at least two additional input terminals (55, 56) for introducing auxiliary voltages or currents in order to generate a clock sequence even at a measurement voltage of zero and / or the switching thresholds and integration steepness control (Fig. 4).