DD146658A1

DD146658A1 - Mess-und ueberwachungsschaltung fuer dynamische elektrische kenngroessen

Info

Publication number: DD146658A1
Application number: DD21608179A
Authority: DD
Inventors: Gerd Niemand; Rainer Sandau
Original assignee: Gerd Niemand; Rainer Sandau
Priority date: 1979-10-08
Filing date: 1979-10-08
Publication date: 1981-02-18

Abstract

Mesz- und Ueberwachungsschaltung fuer dynamische elektrische Kenngroessen, insbesondere der Stromanstiegs- bzw. Abfallsteilheit, vorzugsweise bei stromrichtergespeisten Motorantrieben. Es wird die von einem Meszwertgeber abgegebene Spannung zwei Bezugsgroeszen gegenuebergestellt und mittels Komparatoren, Tiggern und einer Integratorschaaltung verarbeitet. Die Erfindung ist insbesondere fuer mesztechnische Untersuchungen in der Antriebstechnik, Nachrichten- und Hochspannungstechnik und in der Leistungselektronik vorgesehen.

Description

Titel der Erfindung '

Meß- und Überwachungsschaltung für dynamische elektrische Kenngrößen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Meß- und Überwachungsschaltung für dynamische elektrische Kenngrößen, insbesondere zur Messung, Erfassung und Überwachung d.er Stromanstiegs- bzw· Abfallsteilheit vorzugsweise des Motorstromes bei stromrichtergespeisten Motorenantrieben im dynamischen Betrieb·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei der meßtechnischen Erfassung motorspezifischer Kenngrößen wie z.B. Ankerstrom, Wendepolfluß, Stromanstieg usw· ist es bekannt, mit Hilfe von Hallsonden das Übergangsverhalten der Matoren im Hinblick auf diese spezifischen Kenngrößen auf einem Oszillografenschirm darzustellen und auszuwerten. Die oszillografische Auswertung· der Kenngrößen hat jedoch erhebliche Nachteile, die insbesondere in einer großen Ungenauigkeit und Subjektivität sowie in einem unvertretbar hohen Zeitaufwand bei der Auswertung des Oszillografenbildes· liegen. Durch eine nicht eindeutige und einheitliche Definition der -

Begrenzungsparameter sowie des Begriffes "Steilheit des Stromes" ist es dem Auswertenden freigestellt, an welchen Punkten des Kurvenverlaufes die Tangenten zur Bestimmung der Kenngrößen angelegt werden. Durch die endliche Leitdauer der Stromrichterventile tritt ein Überschwingen bzw· ein teilweise rückläufiger Stromverlauf auf, der die Möglichkeiten der Tangentenauswahl beträchtlich erhöht und damit die Objektivität des Meßergebnisses stark mindert· Ein weiterer erheblicher Nachteil dieser Meßmethode besteht darin, daß der Aufbau des Meßplatzes große Gefahren birgt, indem die Möglichkeit eines elektrischen Schlages bei Berührung potentialbehafteter Berührungsflächen gegeben ist.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der Nachteile der in der Beschreibung des Stand.es der Technik genannten Meßmethode im Hinblick auf eine Objektivierung des Meß~ ergebnisses, einer Verkürzung der Meßzeit sowie auf eine Vermeidung von Gefahren bei der Messung und zielt auf die Schaffung einer Meß- und überwachungsschaltung hin, die dynamische Prozesse oder Kenngrößen, insbesondere unter Verwendung digitalisierter Signale und direktanzeigender Meßwerke erfaßt und überwacht.

Darlegung dea Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung 'gelöst wird

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Meß- und Überwachungsschaltung für dynamische elektrische Kenngrößen, insbesondere zur Messung, Erfassung und Überwachung der Stromanstiegs- bzw. Abfallsteilheit

-3 - 21

vorzugsweise des Motorstromes bei atromriciatergespeisten Motorantrieben unter "Vermeidung einer Barstellung und Auswertung des oszillografierten Kurvenverlaufes zu schaffen·

Merkmale der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe in der Weise gelöst, daß der Ausgang eines Meßwertgebers auf die Eingänge zweier-Komparator en, geschaltet ist, deren Ausgänge mit zwei Triggern verbunden sind und daß der Ausgang des ersten Triggers mit dem Steuereingang eines ersten Schalters, dessen Ausgang insbesondere über einen oder mehrere Widerstände auf den Eingang einer Integratorschaltung geschaltet ist, verbunden ist, während der Ausgang des zweiten Triggers auf den St euer ein'gang eines zweiten Schalters,der parallel zur Integratorschaltung angeordnet ist,geführt ist· Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung sind die beiden Trigger je mit einem negierten und einem nichtnegierten Ausgang versehen· Zur Messung, Erfassung und Überwachung der Anatiegsflanke der vom Meßwertgeber gelieferten Spannung ist der Ausgang des ersten Komparators auf den Rücksetzeingang d^:es ersten Triggers geschaltet und der Ausgang des zweiten Komparators mit den Takteingängen der beiden Trigger verbunden· Zur Messung, Erfassung und Überwachung der Abfallflanke der vom Meßwertgeber gelieferten Spannung ist der Ausgang des ersten Kamparatora auf die Takteingänge der beiden Trigger geschaltet und der Ausgang des zweiten Komparators' mit dem Rücksetzeingang des ersten Triggers verbunden. Die Ausgänge der Komparatoren sind mittels eines zwei-poligen Umschalters mit den Eingängen der beiden Trigger wechselseitig umschaltbar verbunden· Zur Gewährleistung

der Punktionen "Anfangswert einstellen", "Integrieren" und "Speichern" ist die Integratorschaltung aus einem über zwei Widerstände angesteuerten und mittels einer Parallelschaltung, bestehend aus Integrationskondensator und Schalter überbrückten Operationsverstärker gebildet, wobei der Verbindungspunkt der beiden Widerstände mittels des ersten Schalters in Abhängigkeit von der vom Meßwertgeber abgegebenen Spannung; mit EuIlpotential verbunden ist· Als Schalter sind insbesondere Feldeffekttransistoren, (im folgenden als MOSPET bezeichnet), zu deren Ansteuerung Transistoren bzw» MOSPET, welche von den Ausgangsgrößen der negierten bzw. nichtnegierten Ausgänge der beiden Trigger beaufschlagt sind, verwendet werden, vorgesehen· Zur Potentialanpassung der MOSPET-s an die Ausgänge der Trigger sind Transistoren vorgesehen· Zur Vermeidung eines durch den endlichen Widerstand des als ersten Schalter eingesetzten MOSPET-a hervorgerufenen Spannungsabfalls und einer dadurch bedingten verfälschten Speicherfunktion der Integratorschaltung ist ein Kontakt, insbesondere Relaiskontakt, vor dem Eingang der Integratorschaltung angeordnet« Zur Betätigung des Kontaktes ist ein Relais vorgesehen, welches von einem vom Schaltzustand der beiden Trigger abhängigen Transistor, der insbesondere über eine Oder-Schaltung mit den Ausgängen der Trigger verbunden ist, angesteuert wird· Zur Anateuerung des als zweiten Schalter vorgesehenen MOSPETs ist ein weiterer MOSPET, der von einem, vom Schaltzustand des zweiten Triggers abhängigen Transistor beaufschlagt ist, angeordnet· Zur direkten Anzeige der Stromanstiegs- bzw· Abfallgeschwindigkeit ist ein Meßwerk, insbesondere Quotientenmeßwerk vorgesehen· Vorzugsweise sind die Trigger als IK-Trigger ausgebildet.

Ausführungsbeispiel .

Die Erfindung iat in einem Ausführungsbeispiel an Hand der Pig· 1: .und 2. bei der Messung der Anstiegssteilheit des, Stromes bei Motorantrieben näher erläuterte

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Lösung;

Fig, ?. zeigt eine Meßschaltung zur Stromanstiegserfassung.

Der Meßablauf ist durch die Zustände "Rücksetzen" bzw» "Anfangswert einstellen", "Integrieren" und "Speichern" der Integratorschaltung V, (Fig»1) die insbesondere durch einen als Integrator geschalteten Operationsverstärker 0V5 (Fig„2) gebildet ist, charakterisiert. Zur Erreichung des Zustandea "Rücksetzen" bzw· "Anfangswert einstellen" wird am Rücksetζeingang R des JK-Triggers 1.2, insbesondere mittels einer Rücksetztaste RT, L-3ignal (Low-Signal) angelegt· Dieses L-Signal erzwingt am Ausgang des JK-Triggers T2 H-Signal (High-Signal)ο Durch diesea Signal wird der Translator Tr2. gesperrt und der MOSFET Tr4 wird hochohmig, so daß der parallel zu dem als Integratorschaltung V wirkenden Operationsverstärker 0V5 angeordnete MOSFET Tr6 (Schalter 82) niederohmig wird. Damit iat der Ausgang"der Integratorschaltuns V bzw· der Ausgang d'ea als Integrator geschalteten Operationsverstärker 0V5 auf Null gesetzt· Gleichzeitig wird über den negierten Ausgang dea JK-Triggers T2 der Transistor Tr3 durchgesteuert und daa in seinem Kallektorkreia angeordnete Relais KR1 erregt, dessen Kontakt kr1 schließt· Die Arbeitsbereitschaft der. Integrator schaltung Y ist damit hergestellt· .

Wird nun der Antrieb eingeschaltet und überschreitet die vom Meßwertgeber MG gelieferte positive Spannung Ü_e

Τθ -

j- das ist die dem Motorstrom proportionale Spannung - die an dem Potentiometer PI eingestellte Spannung/U / - das ist die dem Minimalwert des Stromes, proportionale Spannung -, so wird mit der Abfallflanke dea Ausgangssignals des !Comparators K2 in den Ausgang des JK-Triggers T1 Η-Signal und in den Ausgang des JK-Triggers T2 ebenfalls Η-Signal eingetragen. Der Transistor Tr2 wird durchgesteuert und schaltet den MOSPET Tr4 niederohmig. Damit ist nun die Spannung +U, an das Gate des MOSPET¹a Tr6 gelegt, wodurch die Drain-Source-Strecke dieses. MOSPET's Tr6 hochohmig wird. Am negierten Ausgang des JK-Triggers· T2 erscheint L-Signal, das jedoch das Relais KR1 nicht zum Abfallen bringen kann_¥ da über die Oder-Verknüpfung D3; B4 das H-Signal am Ausgang des JK-Triggers T1 dieses Relais im erregten Zustand hält, sein Kontakt kr1 geschlossen und damit das Integrationsverhalten der Schaltung ermöglicht bleibt· Über den negierten Ausgang des JK-Triggers T1 viird die Sperrung des Transistors Tr1 aufgehoben und damit der MOSPET Tr5 hochohmig· Die Integratorschaltung V kann nun die an dem Potentiometer P3 eingestellte konstante Spannung Uj integrieren· Um nicht über die Anzugsverzögerung von Relais KR1 den Beginn der Integration zu verzögern und somit das Meßergebnis zu verfälschen wird das Relais KR1 bereits mit dem Signal "Rücksetzen" erregt· Überschreitet die vom Meßwertgeber MG gelieferte und dem Motorstrom proportionale Spannung U die am Potentiometer P2 eingestellte Spannung / Δ. U /, d«h, die dem oberen Begrenzungswert des Stromes Δ I proportionale Spannung bzw.. den oberen Schwellwert des Komparators K1, so wird über den .Rücksetzeingang R des ersten JK-Triggers Tl dessen Ausgang auf L-Signal gesetzt und der MOSPET Tr5 (Schalter 1) ist somit niederohmig. Der erste JK~Trigger T1 verharrt in diesem Zustand, auch wenn der Begrenzungswert des Stromes ^ J₉

bzw*.die diesem Wert proportionale Spannung / Z^ U/ gegenüber der vom Meßwertgeber MG gelieferten Spannung U. wieder unterschritten wird· Der Transistor Tr1 G;perrt und der MOSPET Tr5 schaltet das am Potentiometer P3 eingestellte Integrationssignal in Form der Spannung U^ gegen Masse. Der nun noch auflaufende Integralanteil ist nur von der über den endlichen Widerstand der Drain-Source-Strecke des MOSFET-s Tr5 (Schalter Sl) abfallenden, sehr geringen Spannung abhängig» Dieser Fehleranteil kann jedoch vernachlässigt vaerden, weil bereits kurze Zeit nach der Rücksetzung (ca· 1 ms) des ersten JK-Triggers Tl über das Relais KRl und dessen Kontakt krl der Eingang der Integratorschaltune; V von der übrigen Schaltung getrennt wurde. Die nun am Ausgang der Integratorschaltung V anliegende Spannung wird gespeichert. Ihr Wert beträgt:

U ^UI .At

^a ReC (Integrationskonden-

* · sator)

R= R22 + R23 C = IK

und ist somit der Zeit ^ t proportional, die die vom Meßwertgeber MG gelieferte Spannung U₀ benötigt, um vom Anfangswert /U /.auf den Endwert /zCU/ zu gelangen, d.h. sie ist ein Maß für-die Zeit, die für das Durchfahren der vorgegebenen Stromdifferenz Δ. Ι benötigt wurde. Bei entsprechender Wahl der ΔΙ und /^t repräsentierenden Spannungen und einer entsprechenden Skalierung kann die Stromanstiegs- bzw. Abfallgeschwindigkeit (nach Betätigung eines zweipoligen Umschalters) vorzugsweise mit Hilfe eines Quotientenmeßwerkes MW, welches insbesondere mittels, der Operationsverstärker 0V4 und 0V5 angesteuert wird, direkt angezeigt werden· Bei entsprechender Wahl des unteren Schwellwertes I_Q mittels des Potentiometers Pl bzw. einer diesem Wert

proportionalen Spannung, des oberen Schwellwertes £±Ί mittels des Potentiometers P£ bzw. einer diesem Wert proportionalen Spannung und der zu integrierenden konstanten Spannung üj mittels des= Potentiometers P3 wird ein Maß für die maximale Stromateilheit gewonnen. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltung sind insbesondere in einer zuverlässigen und schnellen Erfassung und Überwachung der Stromanstiegs- bzw. Abfallwerte insbesondere bei Motorenantrieben zu sehen, wodurch die dynamischen Grenzwerte der Motoren sicher ermittelt und Funktionsstörungen der Motoren vermieden werden können. Das Messen der dynamischen Kenngrößen geschieht unter Vermeidung der aufwendigen Herstellung und Auewertung von Oszillogrammen in einer rationellen Weise und es wird eine einheitliche Grundlage der meßtechnischen Überprüfung der Stromanstiegsbzw· Abfallwerte bzw. der Stromsteilheitswerte geschaffen. Außerdem werden Anzeigetoleranzen·stark eingeschränkt und die Ablesegenauigkeit erhöht. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltung ist für meßtechnische Untersuchungen dvnamischer elektrischer Kenngrößen, insbesondere zur Messung, Erfassung und Überwachung der Stromanstiegs- bzw. Abfallsteilheit des Motorstromes bei stromrichtergespeisten Motorantrieben vorgesehen. Weitere Anwendungsgebiete sind bei der .Auswertung von impulsform!gen Spannungen oder Strömen in der Hochspannungstechnik, Nachrichtentechnik und in der Leistungselektronik gegeben.

Claims

Erfindungsanspruch

1· Meß— und Überwachungsschaltung für dynamische elektrische Kenngrößen, insbesondere zur Messung, Erfassung und Überwachung der Stromanstiegs- bzw. Abfallsteilheit vorzugsweise bei stromrichtergespeisten Motorantrieben, gekennzeichnet dadurch, daß der Ausgang eines Meßwertgebera (MG) auf die Eingänge zweier Komparatoren (Kt; K2), geschaltet ist, deren Ausgänge mit zwei Triggern (T1; T2) verbunden sind und daß der Ausgang des ersten Triggers (T1) mit dem Steuereingang eines ersten Schalters (S1), dessen Ausgang insbesondere über einen oder mehrere Widerstände auf den Eingang einer Integratorschaltung (V) geschaltet ist, verbunden ist, während der Ausgang des zweiten Triggers (T2) auf den Steuereingang (St) eines zweiten Schalters (S2), der parallel zur Integratorschaltung (Y) angeordnet ist, geführt ist.
2. Schaltung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, diaß die beiden Trigger (T1; T2) je mit einem negierten und einem nichtne gier ten Aixsgang versehen sind.
3. Schaltung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Ausgang des ersten Komparators (K1) zum Zwecke der Messung, Erfassung und Überwachung der Anstiegsflanke der vom Meßwertgeber (MG) gelieferten Spannung (U₀) auf den Rücksetzein-

gang (R) des ersten Triggers (T1) geschaltet ist und der Ausgang des zweiten Komparators (K2) mit den Takteingängen (G) der beiden Trigger "(T1; T2) verbunden ist» " .

Schaltung nach Punkt 1 bis 3» gekennzeichnet da~. durch, daß der Ausgang des ersten Komparators (K1) zum Zwecke der Messung, Erfassung und Überwachung der Abfallflanke der vorn Meßwertgeber (MG) gelieferten Spannung (U: ) auf die Takteingänge (C) der beiden Trigger (Tl ; T2) geschaltet ist und"der Ausgang des zweiten Komparators (K2) mit dem Rücksetzeingang (R) des ersten Triggers (TI) verbunden ist·

5e'Schaltung nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Ausgänge der beiden Komparatoren (K1; K2) mittels eines zweipoligen Umschalters mit den Eingängen der beiden Trigger (Tl; T2) wechselseitig umschaltbar verbunden sind·

6· Schaltung nach Punkt 1 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daß die Integra tor schal tuns' (V) aus einem über zwei Widerstände (R22; R23) angesteuerten und mittels einer Parallelschaltuns, bestehend aus. Integrationskondensator (IK) und zweitem Schalter (S2) überbrückten Operationsverstärker (0V5) gebildet ist, wobei der Verbindungspunkt der beiden Widerstände (R22; R23) mittels des ersten Schalters (Sl) in Abhängigkeit von der vom Meßwertgeber (MG) abgegebenen Spannung (U_e) mit Nullpotential verbunden ist·
7. Schaltung nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß als Schalter (Sl; S?.) Feldeffekttransistoren (MOSEET) (Tr5; Tr6) vorgesehen sind, zu

deren Ansteuerung Transistoren (Tr1; Tr2) bzw· MOSi¹ET CTr4), welche von den Ausgangsgrößen der negierten bzw. nichtnegierten Ausgänge der beiden Trigger (T1; T2) beaufschlagt werden, vorgesehen sind·

8· Schaltung nach Punkt 1 bis; 7, gekennzeichnet dadurch, daß zur Potentialanpassung der MOSJ¹ET (Tr4; Tr5; Tr6) an die Ausgänge der beiden Trigger (Tl; T2) Transistoren (Tr1; Tr2) vorgesehen sind,

9· Schaltung nach Punkt 1 bis R, gekennzeichnet dadurch, daß ein Kontakt (kr1), insbesondere Relaiskontakt vor dem Eingang'der Integratorschaltung (V) angeordnet ist.
10. Schaltung nach Punkt 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß zur Betätigung des Kontaktes (kr1) ein Relais (KR1), welches von einem vom Schaltzustand. der beiden Trigger (T1; T2) abhängigen Transistor (Tr3) angesteuert wird, vorgesehen ist.

11· Schaltung nach Punkt 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß der Transistor (Tr3) über eine Oder-Schaltung (D3; D4) mit dem negierten und nichtnegierten Ausgängen der beiden Trigger (T1; T2) verbunden ist,

1i2· Schaltung nach Punkt 1 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß zur direkten Anzeige der Stromanstiegsgeschwihdigkeit ein Meßwerk (MW), insbesondere Quotientenmeßwerk vorgesehen'ist·

13* Schaltung nach Punkt 1 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß als Trigger (T1; T2) JK-Trigger vorgesehen sind.