CH632108A5 - Electrical circuit for simulating the thermal behaviour of a three-phase electrical apparatus or machine - Google Patents

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CH632108A5
CH632108A5 CH767278A CH767278A CH632108A5 CH 632108 A5 CH632108 A5 CH 632108A5 CH 767278 A CH767278 A CH 767278A CH 767278 A CH767278 A CH 767278A CH 632108 A5 CH632108 A5 CH 632108A5
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Michael Hentschel
Heinz Unterweger
Gabriel Muller
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Sprecher & Schuh Ag
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Description

632108 632108

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS

1. Elektrische Schaltung zur Simulierung des thermischen Verhaltens eines dreiphasigen elektrischen Gerätes oder Maschine, dessen Erwärmung in der Schaltung durch eine von der Stromaufnahme des Gerätes bzw. Maschine gesteuerten Aufladung mindestens eines Kondensators simuliert wird, gekennzeichnet durch mindestens einen Stromeinspeisekreis zur Erzeugung eines Kondensator-Aufladestromes, dessen Anstieg sowohl eine Funktion der gegenläufigen Komponente als auch eine Funktion der mitläufigen Komponente der Stromaufnahme ist. 1.Electrical circuit for simulating the thermal behavior of a three-phase electrical device or machine, the heating of which is simulated in the circuit by charging at least one capacitor controlled by the current consumption of the device or machine, characterized by at least one current feed circuit for generating a capacitor charging current whose rise is both a function of the opposing component and a function of the co-operating component of the current consumption.

2. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromeinspeisekreis einen ersten Teil zur Bildung einer ersten Signalspannung, welche im wesentlichen dem Absolutwert der grössten zwischen zwei Phasen der Stromaufnahme des Gerätes bzw. Maschine auftretenden Amplitudendifferenz proportional ist, aufweist, um angenähert eine zur gegenläufigen Komponente des Aufnahmestromes proportionale Grösse zu erhalten. 2. Electrical circuit according to claim 1, characterized in that the current feed circuit has a first part to form a first signal voltage, which is substantially proportional to the absolute value of the largest amplitude difference occurring between two phases of the current consumption of the device or machine, by approximately one to obtain a size proportional to the opposite component of the absorption current.

3. Elektrische Schaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen mit dem Ausgang des ersten Teils verbundenen zweiten Teil zur Bildung von Rechteck-Impulsen, deren Breite proportional zum Verhältnis der ersten Signalspannung zu einer im wesentlichen zur mitlaufenden Komponente der Stromaufnahme proportionalen zweiten Signalspannung ist. 3. Electrical circuit according to claim 2, characterized by a connected to the output of the first part of the second part to form rectangular pulses, the width of which is proportional to the ratio of the first signal voltage to a substantially proportional to the moving component of the current consumption second signal voltage.

4. Elektrische Schaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen am Eingang des Gerätes bzw. Maschine anschliess-baren Messwandler und einem an den Ausgang des Wandlers angeschlossenen Kreis zur Bildung der zweiten Signalspannung. 4. Electrical circuit according to claim 3, characterized by a connectable at the input of the device or machine transducer and a circuit connected to the output of the transducer to form the second signal voltage.

5. Elektrische Schaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen von den Ausgangssignalen der ersten und zweiten Teile gesteuerten Impuls-Amplitude-Modulierkreis, welcher ein im wesentlichen zum Quadrat der gegenlaufenden Komponente proportionales und zur mitlaufenden Komponente umgekehrt proportionales Ausgangssignal erzeugt. 5. Electrical circuit according to claim 3, characterized by a pulse-amplitude modulation circuit controlled by the output signals of the first and second parts, which generates an output signal which is essentially proportional to the square of the opposing component and inversely proportional to the idling component.

6. Elektrische Schaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator-Aufladestrom eine Funktion zweiten Grades beider Komponenten ist. 6. Electrical circuit according to claim I, characterized in that the capacitor charging current is a function of the second degree of both components.

7. Elektrische Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion keine in den Komponenten lineare Glieder aufweist. 7. Electrical circuit according to claim 6, characterized in that the function has no linear elements in the components.

8. Elektrische Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Impuls-Amplitude-Modulierkreis einen Feldeffekt-Transistor aufweist. 8. Electrical circuit according to claim 5, characterized in that the pulse amplitude modulation circuit has a field effect transistor.

9. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator-Aufladestrom aus der Überlagerung mehrerer Ströme besteht, von denen einer im wesentlichen proportional zum Quadrat der gegenläufigen Komponente der Stromaufnahme ist. 9. Electrical circuit according to claim 1, characterized in that the capacitor charging current consists of the superposition of several currents, one of which is substantially proportional to the square of the opposite component of the current consumption.

10. Elektrische Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teil ein, aus für jede Phase gleichen Teilschaltungen aufgebautes Dioden-Entkoppelungsnetz-werk ist. 10. Electrical circuit according to claim 2, characterized in that the first part is a diode decoupling network constructed from the same sub-circuits for each phase.

Es sind - meist als thermische Abbildungen bezeichnete -Schaltungen bekannt, welche vor allem als Steuerorgane für Schutzeinrichtungen von dreiphasigen elektrischen Geräten oder Maschinen (welche im Folgenden kurz als «Betriebsmittel» bezeichnet werden sollen,) wie insbesondere Motoren und auch Transformatoren oder Kabeln verwendet werden. Dabei weist das Abbild Kondensatoren auf, die mit Ladeströmen geladen werden, deren Stärke eine Funktion der Betriebsmittelverluste sind, und über Widerstände entladen, welche die entsprechenden Wärmewiderstände des Betriebsmittels nachbilden. Der technisch wichtigste und vielfach einzige vorgesehene Ladestrom ist im allgemeinen proportional zum Quadarat 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 diejenigen des zweiten die Eisen-Wärmekapazität des Betriebsmittels nachbildet, kann dessen thermisches Verhalten für viele Betriebsbedingungen genau genug simuliert werden, um die Auslösung eines nachgeschalteten Schutzrelais' zuverlässig zu steuern. Solch eine Schaltung ist insbesondere im Schweizer Patent Nr. 623 431 vom 3.2.1978 beschrieben. There are circuits known, mostly referred to as thermal images, which are used above all as control devices for protective devices of three-phase electrical devices or machines (which will be referred to in the following as “operating means”), such as in particular motors and also transformers or cables. The image shows capacitors that are charged with charging currents, the strength of which is a function of the loss of operating fluid, and discharged via resistors that simulate the corresponding thermal resistance of the operating fluid. The technically most important and often only provided charging current is generally proportional to the square of the operating current. When using two RC elements (e.g. to protect rotating machines or transformers), the capacity of the first simulating the copper heat capacity and that of the second simulating the iron heat capacity of the equipment, its thermal behavior can be accurate for many operating conditions enough to be simulated to reliably control the triggering of a downstream protection relay. Such a circuit is described in particular in Swiss Patent No. 623,431 dated February 3, 1978.

Es gibt aber Fälle, in denen - beispielsweise infolge unsymmetrischer Belastung des Netzes oder gar völligem Ausfall einer Phase bei Drehstrom - die einzelnen Betriebsströme ungleich und ihre gegenseitigen Phasenverschiebungen verschieden gross werden. Dies hat z. B. bei einer Drehstrommaschine zur Folge, dass kein Kreisdrehfeld, sondern ein elliptisches Drehfeld erzeugt wird. Dieses entspricht zwei entgegengesetzt umlaufenden Drehfeldern, welchen je ein symmetrischer Drehstrom zugeordnet werden kann, ein Vorgehen, das als Zerlegung eines asymmetrischen Drehstromsystems in seine symmetrische Komponenten bezeichnet wird. Diese werden als mitläufige, beziehungsweise gegenläufige Komponenten bezeichnet, wobei letztere offensichtlich zusätzliche Verluste und Drehmomente erzeugt, was zu vermehrter Erwärmung der Maschine führt. Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Speiseschaltung für das thermische Abbild vorzuschlagen, welche, bei vertretbarem Schaltungsaufwand, einen Kondensator-Ladestrom liefert, der auch die durch Asymmetrie in der Stromaufnahme des Betriebsmittels bewirkte Wärmeentwicklung in ■ demselben berücksichtigt However, there are cases in which - for example as a result of asymmetrical loading of the network or even complete failure of a phase with three-phase current - the individual operating currents become unequal and their mutual phase shifts differ in size. This has e.g. B. in a three-phase machine that no circular rotating field, but an elliptical rotating field is generated. This corresponds to two rotating fields rotating in opposite directions, each of which can be assigned a symmetrical three-phase current, a procedure which is referred to as the decomposition of an asymmetrical three-phase system into its symmetrical components. These are referred to as co-rotating or counter-rotating components, the latter obviously generating additional losses and torques, which leads to increased heating of the machine. It is an object of the invention to propose a supply circuit for the thermal image which, with a reasonable circuit outlay, delivers a capacitor charging current which also takes into account the heat development therein caused by asymmetry in the current consumption of the equipment

Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemässe elektrische Schaltung zur Simulierung des thermischen Verhaltens eines dreiphasigen elektrischen Gerätes oder Maschine, dessen Erwärmung in der Schaltung durch eine von der Stromaufnahme des Gerätes bzw. Maschine gesteuerten Aufladung mindestens eines Kondensators simuliert wird, gekennzeichnet durch mindestens einen Stromeinspeisekreis zur Erzeugung eines Kondensator-Aufladestromes, dessen Anstieg sowohl eine Funktion der gegenläufigen Komponente als auch eine Funktion der mitläufigen Komponente der Stromaufnahme ist. For this purpose, the electrical circuit according to the invention for simulating the thermal behavior of a three-phase electrical device or machine, the heating of which in the circuit is simulated by charging at least one capacitor controlled by the current consumption of the device or machine, is characterized by at least one current feed circuit for generation a capacitor charging current, the increase of which is both a function of the opposing component and a function of the co-operating component of the current consumption.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt: The invention will be explained in more detail below with the aid of preferred exemplary embodiments and the drawing. It shows:

Fig. 1 eine Schaltung zur Erfassung der Stromaufnahme eines Motors, 1 is a circuit for detecting the current consumption of a motor,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemässen Asymmetrieerfassungsschaltung, 2 shows a first embodiment of the asymmetry detection circuit according to the invention,

Fig. 3 eine Darstellung eines asymmetrischen Drehfeldes, Fig. 4 f (Ig/Im) für verschiedene Werte des Parameters cp Fig. 5 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Asymmetrieerfassungsschaltung, Fig. 6 a ein teilweise Schaltbild derselben, 3 shows a representation of an asymmetrical rotating field, FIG. 4 f (Ig / Im) for different values of the parameter cp. FIG. 5 shows a block diagram of a second embodiment of the asymmetry detection circuit according to the invention,

Fig. 6 b einen Ausschnitt aus einer möglichen Variante des Schaltbildes der Fig. 6a, 6 b shows a detail from a possible variant of the circuit diagram of FIG. 6 a,

Fig. 7 ein Zeitdiagramm der Signale im Teil W der Fig. 6a, Fig. 8 den Zusammenhang zwischen Asymmetrie der Stromaufnahme und Impulsbreite T am Ausgang von W. 7 shows a time diagram of the signals in part W of FIG. 6a, FIG. 8 shows the relationship between asymmetry of the current consumption and pulse width T at the output of W.

Es seien mit Ii, L, h, die Phasenströme des asymmetrischen Drehstromsystems, und mit IM, Ig. Io dessen symmetrische Komponenten bezeichnet, wobei IM das Mitsystem, IG das Gegensystem, I0 das Nullsystem bezeichnen. Dann gilt die Beziehung: Let Ii, L, h be the phase currents of the asymmetrical three-phase system, and IM, Ig. Io denotes its symmetrical components, where IM denotes the co-system, IG the opposite system, I0 the zero system. Then the relationship applies:

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

632108 632108

M M

1 3 1 3

1 a a' 1 a a '

1 a a 1 a a

111 111

tung der Figur 2 geführt, welche an ihrem Ausgang P5 ein die Asymmetrie kennzeichnendes Signal liefert. device of Figure 2 performed, which delivers a signal characterizing the asymmetry at its output P5.

Eine bevorzugte, nachstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung stützt sich ausschliesslich auf der aus den 5 Amplituden der Stromaufnahme am Eingang des Betriebsmittels gewinnbaren Information, um ein den Asymmetriegrad kennzeichnendes Signal zu erzeugen. A preferred embodiment of the invention, described below, is based exclusively on the information which can be obtained from the 5 amplitudes of the current consumption at the input of the equipment in order to generate a signal which characterizes the degree of asymmetry.

(1) (1)

Mit: a = eJ 2 7t/3 gilt: With: a = eJ 2 7t / 3:

to mit: a = ei 2 ti/3 to with: a = ei 2 ti / 3

Bei den folgenden Betrachtungen soll zur Vereinfachung angenommen werden, dass kein stromführender Nullleiter vorliegt, d.h. dass: To simplify the following considerations, it should be assumed that there is no current-carrying neutral conductor, i.e. that:

Ii + I2 + I3 = 0+ Ii + I2 + I3 = 0+

20 20th

-» — - »-

. .

111 111

S1 S1

M 1 M 1

2 2nd

aal eel

^6 ^ 6

2 , 2,

aal eel

I I.

0 0

■» « ■ »«

(2) (2)

M M

+ a + a

Grundsätzlich kann der zur Berücksichtigung der Asymmetrie notwendige Betrag von IG aus den Werten der Phasenverschiebungen und der Amplituden berechnet, und daher auch aufgrund dieser Grössen mit einer Analogschaltung simuliert wer- Wegen I0 = 0 folgt: In principle, the amount of IG required to take the asymmetry into account can be calculated from the values of the phase shifts and the amplitudes, and can therefore also be simulated on the basis of these variables using an analog circuit. Because I0 = 0, the following follows:

den. the.

Eine sehr wirtschaftliche Lösung mit für die gegebene I ^ = A very economical solution with for the given I ^ =

Anwendung ausreichender Genauigkeit ergibt sich, wenn zur — Adequate accuracy is obtained if -

Bestimmung der Grösse des Gegensystems entweder nur die 30 Winkelabweichungen oder nur die Amplitudenabweichungen herangezogen werden. Determination of the size of the opposing system either only the 30 angular deviations or only the amplitude deviations are used.

Bei Benutzung der Winkelabweichung kann mittels einer PLL ein Referenzsignal dreifacher Betriebsfrequenz erzeugt werden, dass die Soll-Lage der Nulldurchgänge angibt. Durch 35 Auswertung der Impulse am Phasenkomparator-Ausgang kann ein dem Gegensystem mît für die gegebene Anwendung genügender Genauigkeit proportionales Signal gewonnen werden. When using the angular deviation, a reference signal with three times the operating frequency can be generated by means of a PLL, which indicates the desired position of the zero crossings. By evaluating the pulses at the phase comparator output, a signal proportional to the opposite system with sufficient accuracy for the given application can be obtained.

Fig. 1 zeigt eine Form der Abnahme der die Simulier-Schal-tung steuernden Messströme am Eingang eines Drehstrommo- 40 und, wenn man den Winkel zwischen dem Mitsystem und dem tors. Diese Ströme werden an die Klemmen 1,2,3 der Schal- Gegensystem mit <p bezeichnet (Fig. 3, rechts): Fig. 1 shows a form of decrease in the measuring currents controlling the simulating circuit at the input of a three-phase motor and, if one considers the angle between the co-system and the gate. These currents are referred to at terminals 1, 2, 3 of the switching counter system with <p (Fig. 3, right):

*2 + 3 * 2 + 3

I3 = a ïM + a' I3 = a ïM + a '

(3) (3)

(4) (4)

(5) (5)

^i^M - + (vm + 2 (v1*)cos ^ ^ i ^ M - + (vm + 2 (v1 *) cos ^

(6) (6)

V1*! = V1 *! =

i1 + (v1*)2 + 2 (V1«)cos tf+i2°>' i1 + (v1 *) 2 + 2 (V1 «) cos tf + i2 °> '

(7) (7)

VXM = VXM =

\jl + (IG/IM)2 + 2 (VIM) 003 CM20)' \ jl + (IG / IM) 2 + 2 (VIM) 003 CM20) '

(8) (8th)

Unter Verwendung der normierten Stromwerte (Ii/Im)» (WIm). (VIm), ist es möglich, ein nur von den Stromamplituden abhängiges Mass des Asymmetriegrades aufzustellen, welches insbe- 60 sondere bei kleinen Werten weitgehend linear mit dem Asymmetrie-Faktor (Ig/Im) verläuft. Dieses Mass ist folgendermassen definiert: Using the standardized current values (Ii / Im) »(WIm). (VIm), it is possible to set up a measure of the degree of asymmetry which is dependent only on the current amplitudes and which, in particular with small values, runs largely linearly with the asymmetry factor (Ig / Im). This measure is defined as follows:

f - f -

max die)-min (IK) max die) -min (IK)

mittel medium

K = 1,2,3 K = 1,2,3

65 65

wobei der Wert von Imittei aus dem gefilterten Signal eines where the value of Imittei from the filtered signal is one

3-phasen Gleichrichters gewonnen wird, unter der Annahme, es sei für kleine Asymmetrien etwa gleich IM. Figur 4 illustriert den Zusammenhang zwischen f und der effektiven Asymmetrie für verschiedene Werte von <p. Die Linearität zwischen f und Ig/Im ist offensichtlich sehr zufriedenstellend. 3-phase rectifier is obtained on the assumption that it is approximately equal to IM for small asymmetries. Figure 4 illustrates the relationship between f and the effective asymmetry for different values of <p. The linearity between f and Ig / Im is obviously very satisfactory.

Figur 5 zeigt ein Blockdiagramm und Figur 6a das Schaltschema einer auf der Bestimmung von f als Mass der Asymmc trie beruhenden Schaltung. Es bezeichnen Uv und -Uv durch wegs die positive, beziehungsweise negative Speisespannung der Verstärker. Eingangsseitig werden zur Bestimmung der Amplitudenwerte der einzelnen Phasen, anstelle spezieller und FIG. 5 shows a block diagram and FIG. 6a shows the circuit diagram of a circuit based on the determination of f as a measure of the asymmetry. Uv and -Uv denote by way of the positive and negative supply voltage of the amplifier. On the input side, to determine the amplitude values of the individual phases, instead of special and

632108 632108

aufwendiger Spitzenwert-Detektoren, die Tiefpass-Filter TF verwendet. Deren Kapazitäten laden sich auf ein Potential auf, das dem Maximalwert der einweggleichgerichteten Schwingung der jeweiligen Phase proportional ist. Mit den nachgeschalteten Dioden des Schaltungsteils Q werden die gesuchten Extremwerte der Amplituden (maximum und minimum) bestimmt, welche durch den Differenzverstärker OP4 subtrahiert werden. Die Empfindlichkeit der Schaltung wird durch die Trimm-Potentiometer Pi, P2, P3 bestimmt, deren grösstmög-liche Widerstandswerte im wesentlichen durch die eingangssei-tigen Stromwandler bestimmt sind. Am Ausgang des Differenzverstärkers OP4 ist ein Trimmer P4 zur Nullpunktseinstellung und Kompensation der Flussspannungen der Dioden des vorgeschalteten Schaltungsteiles Q vorgesehen, während der Transistor T2 zusammen mit einem - nicht gezeigten - Nullstrom-Detektor die Aufgabe hat, bei abgeschaltetem Motor Ug=Ur zu sichern und damit in diesem Betriebszustand den Ausgang zu blockieren. Die dem Differenzverstärker nachgeschaltete Signalverarbeitungseinheit W, mit den Verstärkern OP5, OP6 und OP7, bildet einen Spannungs-Impulsbreite-Wandler, an dessen Ausgang e Impulse mit einer im wesentlichen zum Asymmetrie-Faktor Ig/Im proportionalen Breite erhalten werden. Die Funktionsweise dieses Wandlers geht aus dem Zeitdiagramm der Fig. 7 hervor, während Fig. 8 die Impulsbreite in Funktion des Asymmetriegrades der Stromaufnahme durch den Motor veranschaulicht. elaborate peak value detectors, the low-pass filter TF used. Their capacities charge up to a potential that is proportional to the maximum value of the one-way rectified vibration of the respective phase. The extreme values of the amplitudes (maximum and minimum) sought, which are subtracted by the differential amplifier OP4, are determined with the downstream diodes of the circuit part Q. The sensitivity of the circuit is determined by the trim potentiometers Pi, P2, P3, the greatest possible resistance values of which are essentially determined by the current transformers on the input side. At the output of the differential amplifier OP4, a trimmer P4 for zero point adjustment and compensation of the forward voltages of the diodes of the upstream circuit part Q is provided, while the transistor T2 together with a zero current detector (not shown) has the task of securing Ug = Ur when the motor is switched off and to block the output in this operating state. The signal processing unit W connected downstream of the differential amplifier, with the amplifiers OP5, OP6 and OP7, forms a voltage-pulse width converter, at the output of which pulses with a width proportional to the asymmetry factor Ig / Im are obtained. The mode of operation of this converter can be seen from the time diagram of FIG. 7, while FIG. 8 illustrates the pulse width as a function of the degree of asymmetry of the current consumption by the motor.

In Figur 7 ist der zeitliche Verlauf der Signale in den Punkten a, ß, y, 8 und e des Wandlers W des Schaltbildes der Fig. 6a durch gleichnamige Kurven veranschaulicht. Anhand dieses Schaltbildes soll das Zustandekommen der Signale nunmehr erläutert werden. In FIG. 7, the time course of the signals at points a, β, y, 8 and e of converter W of the circuit diagram of FIG. 6a is illustrated by curves of the same name. The formation of the signals will now be explained on the basis of this circuit diagram.

Am nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP5 liegt eine, von einem 3-phasigen Wandleranschluss gelieferte, zum gesamten Motorstrom proportionale Gleichspannung Um, während das am Ausgang des Wandlers W auftretende Rechtecksignal e die Rückkoppelung des Operationsverstärkers OP5 steuert. Durch die über einen Widerstand am invertierenden Eingang von OP5 liegende Referenzspannung UR wird die Basis des Sägezahn-Signals ß am Ausgang von OP5 festgelegt, während der durch die Dimensionierung des Rück-koppelungskreises bestimmte Anstieg des Sägezahnes proportional zu UM, und in Fig. 7 als KUm bezeichnet ist. Das Sägezahnsignal wird dem nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OP6 zugeführt, an dessen invertierendem Eingang eine mit a bezeichnete, zur gegenläufigen Komponente proportionale Spannung UG anliegt. Bei Überschneidung der Signale a und ß tritt am Ausgang von OP6 ein periodisches Rechtecksignal der Höhe UH auf, dessen Breite linear von UG-UR abhängt (siehe Figur 7). Dadurch wird der Kondensator At the non-inverting input of the operational amplifier OP5 there is a DC voltage Um, supplied by a 3-phase converter connection, which is proportional to the total motor current, while the square-wave signal e occurring at the output of the converter W controls the feedback of the operational amplifier OP5. The reference voltage UR via a resistor at the inverting input of OP5 defines the basis of the sawtooth signal β at the output of OP5, while the increase in the sawtooth determined by the dimensioning of the feedback circuit is proportional to UM, and in FIG. 7 as KUm is designated. The sawtooth signal is fed to the non-inverting input of an operational amplifier OP6, at the inverting input of which a voltage UG, designated with a and proportional to the opposite component, is present. If signals a and ß overlap, a periodic square wave signal of height UH appears at the output of OP6, the width of which depends linearly on UG-UR (see FIG. 7). This will make the capacitor

Cw aufgeladen, dessen eine Klemme auf einer um einen festen Wert, beispielsweise 15V, unterhalb der Referenzspannung UR liegenden Spannung -Uv gehalten wird. Cw charged, one terminal of which is held at a voltage -Uv which is below the reference voltage UR by a fixed value, for example 15V.

Dieser Kondensator Cw wird also während des Rechteck-Impulses von y schnell aufgeladen und in der übrigen Zeit entladen, so dass an seiner anderen Klemme das Signal 5 der Figur 7 auftritt. Dieses wird dem invertierenden Eingang eines - als Komparator mit Hysterese geschalteten - Operationsverstärkers OP7 zugeführt, dèssen nicht-invertierender Eingang daher an einem zwischen seinem Ausgang und der Referenzspannung UR liegenden Spannungsteiler angeschlossen ist. Zur Vereinfachung der Darstellung sei angenommen, dass dieser 1:1 teile. Dann erhält man am Ausgang des Wandlers W das mit e bezeichnete, periodische Rechtecksignal der Figur 7, welches wie gewünscht während einer zu UG/UM proportionalen Zeit auf der höheren seiner beiden Spannungen steht und mit welchem der Transistor S gesteuert wird. Ausserdem wird die Periodizität dieses Signal wie erwähnt durch Rückkoppelung zum Takten des ganzen Wandlers verwendet. This capacitor Cw is thus quickly charged by y during the rectangular pulse and discharged in the remaining time, so that the signal 5 of FIG. 7 occurs at its other terminal. This is fed to the inverting input of an operational amplifier OP7, which is connected as a comparator with hysteresis, and its non-inverting input is therefore connected to a voltage divider located between its output and the reference voltage UR. To simplify the illustration, assume that it shares 1: 1. Then, at the output of the converter W, the periodic square wave signal of FIG. 7, designated e, is obtained, which, as desired, is at a higher of its two voltages during a time proportional to UG / UM and with which the transistor S is controlled. In addition, as mentioned, the periodicity of this signal is used by feedback for clocking the entire converter.

Fig. 6b zeigt eine zur schnellen Aufladung des Kondensators Cw der Fig. 6a geeignete Variante des die Verstärker OP6 und OP7 umfassenden Schaltungsteils. FIG. 6b shows a variant of the circuit part comprising the amplifiers OP6 and OP7 suitable for fast charging of the capacitor Cw of FIG. 6a.

Zur Simulierung der durch die Asymmetrie am meisten be-einflussten Wärmequellen im Motor, ist vorzugsweise die Bildung eines Kondensator-Aufladestromes I der Form To simulate the heat sources most influenced by the asymmetry in the engine, the formation of a capacitor charging current I is preferably of the form

I = Kt IG2 + K2IM2 (9) I = Kt IG2 + K2IM2 (9)

erwünscht, wobei K] und K2 wählbare Konstanten sind. Um zur Erzeugung des durch Formel (9) definierten Stromverlaufes schon existierende Standard-Schaltungen verwenden zu können, wird mit dem als Impuls-Amplitude-Modulator wirkenden FET-Transistor S (Fig. 6a) zunächst ein zu Ki • IG2/IM proportionales Signal gebildet, wobei der als Spannungsfolger wirkende Verstärker OP8 der Unterdrückung von Drift und Welligkeit dient. desired, where K] and K2 are selectable constants. In order to be able to use existing standard circuits to generate the current profile defined by formula (9), a signal proportional to Ki • IG2 / IM is first formed with the FET transistor S (FIG. 6a) acting as a pulse amplitude modulator , the amplifier OP8 acting as a voltage follower serving to suppress drift and ripple.

Auf dem Blockdiagramm der Fig. 5 ist schliesslich noch angedeutet, wie das am Ausgang Z der Fig. 6a erhaltene Signal einem Eingang einer bekannten thermischen Simulierschaltung (wie etwa der im erwähnten Schweizer Patent Nr. 623 431 beschriebenen) zugeführt werden kann, um dort mit einem zu IM proportionalen Strom addiert zu werden, wonach aus dieser Summe - unter Verwendung des in der Simulierschaltung ein-gangsseitig vorhandenen, aus Spannungs-Strom-Wandler und Integrator bestehenden Mulitplikators M - ein Kondensatorladestrom der in Gleichung (9) festgelegten Form erzeugt wird. Dieser Strom kann beispielsweise in den die Kupfer-Erwär-mung des Motors simulierenden Kondensator des in der Simulierschaltung vorhandenen Abbildes L eingespiesen werden. Finally, the block diagram of FIG. 5 indicates how the signal obtained at the output Z of FIG. 6a can be supplied to an input of a known thermal simulation circuit (such as that described in the aforementioned Swiss Patent No. 623 431) in order to use it to be added to a current proportional to IM, according to which a capacitor charging current of the form defined in equation (9) is generated from this sum - using the multiplier M consisting of a voltage-current converter and integrator on the input side in the simulation circuit. This current can, for example, be fed into the capacitor simulating the copper heating of the motor of the image L present in the simulating circuit.

4 4th

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

g G

7 Blatt Zeichnungen 7 sheets of drawings

CH767278A 1978-07-14 1978-07-14 Electrical circuit for simulating the thermal behaviour of a three-phase electrical apparatus or machine CH632108A5 (en)

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