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Anordnung zur Erfassung und Aussteuerung von Unterspannungen in einem
Mehrphasennetz Beim Betrieb eines mehrphasigen elektrischen Wechselstromnetzes ist
es häufig erforderlich, die Netzspannung oder die Phasenspannung zu erfassen, um
so Signale für die Betätigung von Schutz- oder Steuereinrichtungen, wie z. B. Schutzrelais
oder Spannungsregeleinrichtungen, zu erhalten. Bei einigen Arten von Schutzeinrichtungen
ist es erforderlich, die niedrigste Phasenspannung zu erfassen, wobei die zu ihrer
Erfassung vorgesehenen Mittel von den übrigen Phasenspannungen nicht beeinflußt
werden dürfen. Man hat dies erreicht durch Verwendung besonderer elektromechanischer
Unterspannungsrelais für jede Phase, deren Kontakte, parallel geschaltet, über ein
Verzögerungsrelais eine Steuereinrichtung speisen, die auf die Spannungsunterschreitung
einer Phase reagiert. Bei einem Dreiphasennetz werden hierbei drei Unterspannungsrelais
und ein Verzögerungsrelais benötigt, Da es gewöhnlich notwendig oder zumindest erwünscht
ist, daß die Anzugs- und Abfallwerte der Relais eng beisammen liegen, wird bei solchen
Einrichtungen ein zusätzliches Relais für jede Phase oder eine besondere Verriegelungsschaltung
erforderlich. Eine so große Anzahl an Relais ist in vielen Fällen, beispielsweise
bei Flugzeugbordnetzen, aus leicht erklärlichen Gründen sehr unerwünscht, da sie
zusätzlich Raum erfordern und eine Verminderung der Tragfähigkeit bedeuten. Außerdem
sind solche Anordnungen mit einer Vielzahl von Relais für die Anwendung in Flugzeugen
nicht ausreichend zuverlässig, da die genaue Justierung und die hohe Empfindlichkeit
dieser Relais ihrer Verwendung entgegenstehen. Es ist zu bedenken, daß insbesondere
bei Flugzeugen sehr widrige Betriebsbedingungen, wie etwa hohe Beschleunigungskräfte,
starke Erschütterungen und der rasche Wechsel von extremen Umgebungstemperaturänderungen,
die Arbeit der Relais ungünstig beeinflussen.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile bei einer Anordnung zur Erfassung
und Aussteuerung von Unterspannungen in einem Mehrphasennetz, insbesondere einem
Flugzeugbordnetz, unter Einsatz kontaktloser Steuerelemente wird erfindungsgemäß
vorgeschlagen, daß jeder der Netzphasen Schaltmittel zugeordnet sind, durch die
die einzelnen Phasenspannungen in proportionale Gleichspannungen umgesetzt und über
spannungsabhängige Elemente gegen eine Konstantspannung sogeschaltet werden, daß
bei Unterschreiten einer vorgegebenen Mindestspannung in einer der Phasen ein allen
Phasen gemeinsamer, auf den Generatorregler wirkender, sogenännter Und-Kreis im
Sinne einer Spannungsnachsteuerung kontaktlos beaufschlagt wird, Diese Anordnung
hat nichts mit an sich bekanntgewordenen Transistorspannungsreglern zu tun, bei
denen aus den Phasenspannungen des Generators eine Summenspannung gebildet wird,
so daß Spannungsabweichungen oder Spannungseinbrüche in einer einzelnen Phase mit
diesen Geräten nicht erfaßbar sind. Auch hat die Erfindung nichts mit den bekannten
Anordnungen zur selbsttätigen Regelung einer Wechselspannung auf einen konstanten
Wert zu tun, bei denen Zusatztransformatoren im Zuge der Netzleitung angeordnet
sind, die durch Transduktoren beeinflußt werden. Auch andere bekannte magnetische
Netzspannungsregler mit Längs- und Querdrossel haben keine Berührung mit dem Gegenstand
der Erfindung.
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Weitere Einzelheiten sind nachfolgend an Hand der Zeichnung näher
erläutert.
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F i g. 1 stellt ein schematisches Schaltbild dar, das eine Ausbildungsform
der Erfindung zeigt; F i g. 2 ist ein ähnliches Schaltbild, das eine andere Ausbildung
der Erfindung zeigt.
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Die Erfindung, wie sie mit F i g. 1 dargestellt ist, ist eine Einrichtung
zur Erfassung von Unterspannungen, die so geschaltet ist, daß sie die Phasenspannungen
eines dreiphasigen Netzes 1 erfaßt. Der Fühlerkreis ist als direkt verbunden mit
den Leitungen 1 dargestellt, er kann selbstverständlich auch über Spannungswandler
angeschlossen werden. Der Fühlerkreis umfaßt spannungsempfindliche Elemente für
jede Phase, wobei die einzelnen Elemente identisch sind. Die Fühleinrichtung jeder
Phase schließt einen Spannungsteiler ein, der aus den in Reihe geschalteten
Widerständen
2 und 3 aufgebaut ist und der zwischen die Leitung 1 und Masse geschaltet
ist. Ein Gleichrichter 4, der eine Halbleiterdiode sein kann, ist zwischen den Spannungsteiler
und ein einstellbares Potentiometer 5 geschaltet, welches an den Widerstand 3 angeschlossen
ist. Die Diode 4 richtet das Wechselstromsignal gleich, das vom Spannungsteiler
geliefert wird, während das Potentiometer 5 ein Mittel zur Anpassung und Einstellung
der Schaltung ist. Das vom Potentiometer 5 gelieferte gleichgerichtete Ausgangssignal
ist proportional der Spannung zwischen Masse und der Phase, an welche das Potentiometer
angeschlossen ist. Ein Glättungskondensator 6 wird vorteilhaft am Pötentiometer
5 angeschlossen, um das Gleichstromausgangssignal zu glätten. Das Signal ist auf
den in Sperrichtung geschalteten Gleichrichter 7 gegeben, der vorzugsweise auch
eine Halbleiterdiode ist.
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Die drei Dioden 7 für die einzelnen Erfassungskreise der drei Phasen
sind an irgendeine passende, mit 8 angedeutete Gleichstromquelle über einen Strombegrenzungswiderstand
9 angeschlossen, so daß der Strom von der Quelle 8 nach Erde über eine oder mehrere
der Dioden 7 fließen kann, wenn kein in Sperrichtung wirkendes Signal genügender
Größe an den Dioden 7 liegt. Es ist ersichtlich, daß die Erfassungskreise und Dioden
7 einen Und-Kreis bilden, da beim Fehlen eines Eingangssignals von genügender Größe
an einer der Dioden die Gleichstromquelle 8 mit Erde verbunden ist, wenn aber alle
drei Dioden 7 in Sperrichtung mit einer höheren Spannung beaufschlagt werden, so
wird der Stromfluß durch die Dioden gesperrt, und an der Leitung 10 erscheint ein
Ausgangssignal.
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Die Leitung 10 ist mit der Basis eines Transistors
11
verbunden. Der Emitter des Transistors ist mit Masse und der Kollektor
ist über einen Strombegrenzungswiderstand 12 mit der Gleichstromquelle 8 verbunden.
Der Transistor 11 ist so geschaltet, daß er einen Nicht-Kreis bildet. Man erhält
damit ein Ausgangssignal am Kollektor, wenn auf der Leitung 10 kein Eingangssignal
vorhanden ist.
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In den meisten Fällen ist eine Zeitverzögerung erwünscht, um ein Arbeiten
der Steuereinrichtung bei kurzen Ausgleichsvorgängen zu verhindern. Das Ausgangssignal
des Transistors 11 wird deshalb vorzugsweise dazu verwendet, einen Verzögerungskreis
zu steuern, der aus einem an Emitter und Kollektor des Transistors angeschlossenen
Kondensator 13 und einer Zenerdiode 14 besteht, die so geschaltet ist, daß sie auf
die Spannung des Kondensators 13 anspricht. Der Ausgang des Zeitverzögerungskreises
ist so geschaltet, daß er eine Steuereinrichtung 15 betätigt, die in gewünschtem
Sinn auf die Unterspannung einer Phase des Netzes 1 reagiert. Die Steuervorrichtung
15 kann ein Relais 'sein, sie ist aber vorzugsweise ein ruhendes Gerät, wie etwa
eine Flip-Flop-Schaltung oder ein Verstärker, welcher das erforderliche Ausgangssignal
liefert.
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Beim Betrieb dieser Einrichtung unter normalen Verhältnissen - wenn
die Spannungen aller drei Phasen über dem gewünschten Mindestwert liegen -wird ein
Gleichstromsignal vom Fühlerkreis jeder Phase auf die zugehörige Diode 7 gegeben
und beeinflußt die Diode in Sperrichtung, so daß der Stromfluß durch die Diode gesperrt
ist. Unter diesen Bedingungen erscheint, da alle Dioden 7 gesperrt sind, auf der
Leitung 10 ein Ausgangssignal von der Gleichstromquelle B. Dieses Signal wird auf
die Basis des Transistors 11 gegeben und läßt den Transistor zwischen Kollektor
und Emitter leitend werden. Der Spannungsfall zwischen Kollektor und Emitter ist
unter diesen Bedingungen vemachlässigbar klein, so daß sich der Kollektor im wesentlichen
auf Massepotential befindet und am Kollektor kein Ausgangssignal erscheint. Der
Strom der Gleichspannungsquelle 8 fließt über den Transistor und einen Strombegrenzungswiderstand
12 direkt zur Masse.
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Wenn die Spannung einer Phase der Leitung 1 unter den vorgegebenen
Wert fällt, so fällt auch die auf die zugehörige Diode 7 gegebene proportionale
Spannung auf einen genügend kleinen Wert, um die Diode freizugeben, wodurch der
Strom von der Gleichstromquelle 8 über diese Diode 7 zur Masse fließen kann. Dadurch
verschwindet das Ausgangssignal von der Leitung 10, und das Signal für die Basis
des Transistors 11 ist abgeschaltet. Der Transistor ist dadurch nichtleitend geworden,
und am Kollektor erscheint eine Ausgangssignalspannung. Dieses Ausgangssignal wird
auf den Kondensator 13 gegeben, und der Kondensator lädt sich in Abhängigkeit von
der Größe des Widerstandes 12 und der Kapazität des Kondensators auf. Die Spannung
des Kondensators 13 wird auf die Zenerdiode 14 gegeben. Selbstverständlich wird
als Zenerdiode eine Halbleiterdiode, vorzugsweise aus Silizium, eingesetzt. Die
Zenerdiode hat die Eigenschaft, in der Sperrichtung beiüberschreiten einerbestimmtenDurchbruchsspannung
leitend zu werden. Wenn die Spannung diesen Wert erreicht, leitet die Diode den
Strom so lange, wie die Spannung über dem Durchbruchswert bleibt. Wenn die. Spannung
unter diesen Wert fällt, sperrt die Diode wieder. Die Ladekapazität des Kondensators
13 und der Durchbruchswert der Diode 14 bestimmen so die Zeitverzögerung, da kein
Strom zu der Steuereinrichtung 15 fließen kann, wenn die Spannung des Kondensators
13 nicht den Wert der Durchbruchspannung der Diode 14 erreicht. Tritt dies aber
ein, so wird ein Ausgangssignal auf die Steuereinrichtung 15 gegeben, welches diese
zum Ansprechen bringt, um die gewünschte Regelmaßnahme auf die Spannungsunterschreitung
einzuleiten.
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Es ist ersichtlich, daß so eine vollkommen aus unbewegten Teilen bestehende
Erfassungseinrichtung für Unterspannungen geschaffen ist, die auf die niedrigste
Phasenspannung eines dreiphasigen Netzes anspricht, um ein Ausgangssignal nach einer
Zeitverzögerung zu liefern, wenn die niedrigste Ausgangsphasenspannung unter einen
vorgegebenen Wert fällt. Wie im vorhergehenden gezeigt wurde, besteht die Schaltung
im wesentlichen aus Mitteln zur Erfassung der Spannung jeder Phase, die über eine
Und-Schaltung auf einen Transistor-Nicht-Kreis geschaltet ist, so daß man vom Transistor
ein Ausgangssignal erhält, wenn kein Signal aus dem Und-Kreis vorliegt. In den meisten
Fällen ist eine Zeitverzögerung erwünscht, aber falls sie in einem besonderen Fall
nicht erforderlich ist, könnte die Zeitverzögerungsschaltung 13,14 weggelassen und
das Ausgangssignal des Transistors direkt auf die Steuereinrichtung 15 gegeben werden.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung wird in F i g. 2 gezeigt.
In dieser Darstellung erfaßt die Fühlerschaltung für die Unterspannung die Phasenspannungen
eines dreiphasigenNetzes20. Wievorher, sind gleiche Einrichtungen für die Spannungserfassung
in
jeder Phase vorgesehen. Jede dieser Einrichtungen für die Spannungserfassung besteht
aus einem einstellbaren Potentiometer 21, das zwischen die zugehörige Phase des
Netzes 20 und Masse geschaltet ist. Ein Gleichrichter 22, vorzugsweise eine Halbleiterdiode,
ist an jedes Potentiometer angeschlossen. Ein Glättungskondensator 23 ist der Diode
nachgeschaltet. Es ist ersichtlich, daß auf diese Weise ein Gleichstromsignal erhalten
wird, welches der Spannung der zugehörigen Phase der Leitung 20 verhältnisgleich
ist. Diese Spannung wird auf eine Zenerdiode 24 gegeben, welche mit der Basis eines
Transistors 25 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 25 ist mit Masse verbunden,
und der Kollektor ist über einen Strombegrenzungswiderstand 27 an eine passende
Gleichstromquelle 26 angeschlossen. Der Kollektor jeder der Transistoren 25 ist
mit einer der Dioden 28 verbunden, die zusammen an eine Ausgangsleitung 29 angeschlossen
sind. Die Leitung 29 wird vorzugsweise mit einer Zeitverzögerungsschaltung verbunden,
die im wesentlichen aus einem zwischen die Leitung 29 und die Masse geschalteten
Kondensator 30 und einer Zenerdiode 31 besteht, die so geschaltet ist, daß sie auf
die Spannung des Kondensators 30 anspricht. Es empfiehlt sich, den Kondensator 30
durch einen Entladewiderstand 32 zu überbrücken. Der Ausgang der Zenerdiode 31 ist
an eine Steuereinrichtung 33 angeschlossen, die irgendein passender Typ sein kann,
wie er oben in Verbindung mit der Steuereinrichtung 15 beschrieben wurde.
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Beim Betrieb dieser Schaltung unter normalen Verhältnissen, wenn also
die Spannung jeder Phase über dem gewünschten Minimum liegt, liegt auch das Gleichstromsignal,
das jeder Zenerdiode 24 zugeführt wird, über der Durchbruchsspannung der Diode,
so daß die Diode leitet und ein Signal auf die Basis des zugehörigen Transistors
25 gegeben wird. Dadurch wird der Transistor 25 leitend, und sein Kollektor kommt
im wesentlichen auf Massepotential, so daß keine Ausgangsspannung am Kollektor auftritt
und der Strom von der Gleichstromquelle 26 über den Transistor nach Erde fließt.
Bei diesen Bedingungen auf allen drei Phasen wird kein Signal auf die Diode 28 gegeben,
und es erscheint kein Signal auf der Leitung 29.
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Sinkt jedoch eine Phasenspannung unter den gewünschten Wert ab, so
fällt das Gleichstromsignal, das auf die zugehörige Zenerdiode 24 gegeben wird,
unter die Abschaltspannung der Diode, und das Signal für den Transistor 25 wird
abgeschaltet. Der Transistor 25 wird dadurch nichtleitend, und am Kollektor erscheint-
ein Ausgangssignal. Dieses Signal wird über die zugehörige Diode 28 auf die Leitung
29 und damit auf die Zeitverzögerungsschaltung gegeben, die aus dem Kondensator
30 und der Zenerdiode 31 besteht. Die Zeitverzögerungsschaltung gibt nach einer
vorgegebenen Zeitverzögerung ein Signal auf die Steuereinrichtung 33.
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Es ist ersichtlich, daß die Schaltung der F i g. 2 im wesentlichen
aus drei Transistor-Nicht-Kreisen besteht, die so angeordnet sind, daß sie auf die
Phasenspannungen der Leitungen 20 ansprechen und die durch das Fehlen eines
Eingangssignals angezeigte Spannungsunterschreitung mit Ausgangssignalen beantworten.
Ferner ist ein Oder-Kreis vorhanden, welcher die Ausgangssignale der Transistoren
auf die Ausgangsleitung 29 gibt. Die Schaltung nach F i g. 2 ist ebenfalls eine
vollkommen aus unbewegten Teilen bestehende Schaltung, die Unterspannungen an irgendeiner
Phase der Leitung 20 mit der Lieferung eines Ausgangssignals beantwortet.
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Die Zenerdioden 24 in F i g. 2 sind dafür vorgesehen, die Spannungsempfindlichkeit
der Schaltung zu erhöhen, und werden nicht in allen Fällen erforderlich sein. Der
Entladewiderstand 32 ist in der Schaltung der F i g. 2 dafür vorgesehen, damit sich
der Kondensator 30, falls er nur teilweise geladen wurde, entladen kann, wie etwa
während vorübergehender kurzzeitiger Spannungsabsenkungen, die nicht während der
gesamten Zeitverzögerungsperiode andauern. Unter diesen Bedingungen wurde der Kondensator
30 teilweise geladen. In der Schaltung F i g. 1 ist ein solcher Widerstand nicht
erforderlich, da sich der Kondensator 13 unter normalen Bedingungen über den Transistor
11 entladen kann.
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Es wurde vorstehend eine vollkommen aus ruhenden Teilen bestehende
Einrichtung zur Erfassung von Unterspannungen angegeben, die in der Lage ist, auf
die niedrigste Phasenspannung einer mehrphasigen Schaltung anzusprechen und ein
Ausgangssignal zu liefern, wenn irgendeine der Phasenspannungen unter einen vorgegebenen
Wert fällt. Da die Schaltung ausschließlich aus kleinen robusten Bauteilen hoher
Verläßlichkeit besteht, kann sie sehr klein und kompakt gebaut werden und ist wegen
ihrer kleinen Abmessungen und hohen Verläßlichkeit für die Verwendung in Flugzeugen
in hohem Maße geeignet.