DE1265275B - Frequenzrelais - Google Patents

Frequenzrelais

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DE1265275B
DE1265275B DE1962S0081399 DES0081399A DE1265275B DE 1265275 B DE1265275 B DE 1265275B DE 1962S0081399 DE1962S0081399 DE 1962S0081399 DE S0081399 A DES0081399 A DE S0081399A DE 1265275 B DE1265275 B DE 1265275B
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frequency
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DE1962S0081399
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Inventor
Dipl-Ing Gerhard Fiedler
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/46Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to frequency deviations

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)

Description

  • Frequenzrelais Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Frequenzrelais, das insbesondere im Rahmen der Frequenzüberwachung, die zur Überwachung der Leistungsverhältnisse in einem Netz, einer elektrischen Anlage od. dgl. dient, Anwendung finden soll.
  • Das Verfahren der Frequenzüberwachung macht bekanntlich von der Tatsache Gebrauch, daß eine Änderung der im Netz transportierten Leistung, wie sie im großen Maße beispielsweise infolge eines Kurzschlusses auftritt, eine Änderung der Frequenz der Netzspannung zur Folge hat. So sinkt beispielsweise im Falle eines Kurzschlusses im Netz die Netzfrequenz ab, während bei einer zu großen in das Netz eingespeisten Leistung die Netzfrequenz ansteigt. Man verwendet daher die Netzfrequenz als Meßgröße für die Überwachung der Leistungsverhältnisse in einem Netz, und zwar beispielsweise in der Weise, daß ein Signal oder ein Auslösebefehl gegeben wird, sobald die Frequenz einen vorbestimmten Wert unter- oder überschreitet. Demgemäß unterscheidet man Frequenzrückgangsrelais und Frequenzsteigerungsrelais.
  • Es sind Frequenzrelais bekanntgeworden, die einen frequenzabhängigen Schaltungsteil, beispielsweise einen Schwingkreis, enthalten und die den von der Frequenz der diesem zugeführten Netzspannung abhängigen Phasenwinkel zwischen der Spannung an dem frequenzabhängigen Schaltungsteil und dem Strom in dem frequenzabhängigen Schaltungsteil zur Erzeugung eines Auslösekriteriums bzw. einer Signalgabe ausnutzen. Hierzu enthalten die bekannten Frequenzrelais Anordnungen nach Art von Frequenzdiskriminatorschaltungen, die den durch die jeweils vorliegende Abweichung der Netzfrequenz von ihrem Sollwert bestimmten Phasenwinkel in eine entsprechende Amplitude ihrer Ausgangsspannung umsetzen, die dann Drehspulrelais mit definierter Ansprechspannung zugeführt wird. Sobald die Diskriminatorschaltung eine Ausgangsspannung erzeugt, deren Amplitude einer vorbestimmten Frequenzabweichung zugeordnet ist, spricht das Drehspulrelais an bzw. fällt es im Falle eines Frequenzrückgangsrelais ab und bewirkt dadurch die Befehls- oder Signalgabe.
  • Man hat durch Verwendung eines Frequenzsteigerungs- und eines Frequenzrückgangsrelais auch bereits eine Frequenzüberwachung geschaffen, die anzeigt, ob die zu überwachende Frequenz, d. h. im Falle der Leistungsüberwachung die Leistung, innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt oder nicht.
  • Die Genauigkeit dieser bekannten Anordnung hängt einerseits von der Steilheit der Diskriminatorkennlinie, d. h. von der Änderung der Ausgangsspannung des Diskriminators in Abhängigkeit von der von dem frequenzabhängigen Schaltungsteil in Abhängigkeit von der Frequenz hervorgerufenen Änderung des Phasenwinkels zwischen Spannung und Strom, und andererseits von der Genauigkeit und Konstanz des Ansprechwertes des Drehspulrelais ab. Da die Diskriminatorkennlinie, falls man nicht großen technischen Aufwand treibt, relativ flach verläuft und da außerdem bekanntlich der Ansprechwert von Relais zahlreichen Einflüssen unterworfen ist, sind diese bekannten Frequenzrelais mit einer gewissen Ungenauigkeit behaftet.
  • Die Erfindung geht von einem Frequenzrelais der beschriebenen Art aus, d. h. einem solchen, dessen Eingangsspannung einem frequenzabhängigen Schaltungsteil zur Erzielung eines von der zu überwachenden Frequenz der Eingangsspannung abhängigen Phasenwinkels zwischen Spannung und Strom zugeführt ist und das Mittel enthält, die beim Auftreten einer eine vorbestimmte Abweichung von der Sollfrequenz kennzeichnenden, zu überwachenden Frequenz eine Befehls- und/oder Signalgabe bewirken. Die bei dem bekannten Frequenzrelais infolge der Umsetzung der jeweiligen Frequenzänderung in eine ihr zugeordnete Amplitudenänderung auftretenden Schwierigkeiten und Nachteile werden dadurch vermieden, daß erfindungsgemäß die Resonanzfrequenz des frequenzabhängigen Schaltungsteiles gleich der die vorbestimmte Abweichung von der Sollfrequenz kennzeichnenden Frequenz der Eingangspannung gewählt ist und daß die Mittel den beim Über- oder Unterschreiten dieser Frequenz auftretenden Vorzeichenwechsel des Phasenwinkels zwischen Spannung und Strom ohne Herausziehung der Beträge dieser Größen als Kriterium für die Befehls- und/ oder Signalgabe auswerten.
  • Die Erfindung macht also von der Tatsache Gebrauch, daß, wie F i g. 1 erkennen läßt, beispielsweise bei einem aus der Induktivität L, dem Verlustwiderstand R und der Kapazität C bestehenden Serienschwingkreis der Phasenwinkel (p von kapazitiven Werten (pkap ausgehend mit steigender Frequenz bei Erreichen der Resonanzfrequenz f 1 das Vorzeichen wechselt und induktive Werte Cpind annimmt. In dem in F i g.1 schematisch wiedergegebenen Diagramm, in dem der Verlauf des Phasenwinkels q9 in Abhängigkeit von der Frequenz f der Spannung an dem Schwingkreis wiedergegeben ist, bedeutet dies, daß bei Erreichen der Resonaüzfrequenz f 1 ein in seiner Steilheit von der Güte des Schwingkreises abhängender Vorzeichensprung auftritt.
  • Praktisch dasselbe Diagramm erhält man, wenn als frequenzabhängiger Schaltungsteil statt eines Schwingkreises eine Quarzschaltung Verwendung findet.
  • Der bei dem erfindungsgemäßen Frequenzrelais vorgesehene frequenzabhängige Schaltungsteil soll so abgestimmt sein, daß seine Resonanzfrequenz gleich der Frequenz der Eingangsspannung bei der vorbestimmten Frequenzabweichung gewählt ist. Ein Blick auf F i g.1 zeigt, daß bei dieser Abstimmung des frequenzabhängigen Schaltungsteiles der Vorzeichenwechsel des Phasenwinkels 99 in der Weise als Kriterium für die Befehls- oder Signalgabe ausgewertet werden kann, daß die hierzu vorgesehenen Mittel entweder nur bei kapazitiven Phasenwinkeln oder nur bei induktiven Phasenwinkeln die Befehls- oder Signalgabe bewirken. Im ersten Fall erhält man ein Frequenzrückgangsrelais, im zweiten Fall ein Frequenzsteigerungsrelais. Verständlicherweise kann bei einem Frequenzrückgangsrelais auch das Unterschreiten der Frequenz f 1 durch Ausbleiben des dann nur bei induktivem Phasenwinkel gegebenen Signals gekennzeichnet werden; das Entsprechende läßt sich für ein Frequenzsteigerungsrelais angeben.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Frequenzrelais soll im folgenden an Hand des unteren Teiles der F i g. 2 zusammen mit den Diagrammen in F i g. 3 beschrieben werden. Wie F i g. 2 erkennen läßt, wird die Netzspannung UN, deren Frequenz zu überwachen ist, über den Transformator Tr sowohl dem aus der Drossel D 1 und dem Kondensator C 1 bestehenden, auf die Frequenz f 1 abgestimmten Serienschwingkreis als auch dem Widerstand R 3 zugeführt. Der obere Teil der in F i g. 2 wiedergegebenen Schaltung interessiert im Augenblick nicht. An dem Widerstand R 1 wird eine dem Strom in dem vorgeschalteten Schwingkreis proportionale und mit ihm in Phase liegende Spannung U 1 abgegriffen und dem Impulsformer J 1 zugeführt. Der Strom wird aus dem Schwingkreis mittels des Stromwandlers W 1 ausgekoppelt. Der Impulsformer J 1 dient dazu, die sinusförmige Spannung U 1 in eine Rechteckspannung umzuwandeln, die am Ausgang c des Impulsformers J1 abgegriffen und der Torschaltung T1 als Steuerspannung zugeführt wird.
  • Während die Spannung U1 phasengleich mit dem Strom in dem vorgeschalteten Schwingkreis ist, also eine von der jeweiligen Netzfrequenz abhängige Phase gegenüber der Netzspannung UN aufweist, ist die an dem Widerstand R 3 abgegriffene Spannung U3 bei jeder Netzfrequenz in Phase mit der Netzspannung UN. Die Spannung U3 stellt die Eingangsspannung für den Impulsformer J 3 dar, der eine der Spannung U3 phasengleiche Rechteckspannung an den Eingang a der Schaltung D 1, die Schaltungsmittel mit differenzierender Wirkung enthält und daher im folgenden Differenzierschaltung genannt wird, liefert. Statt einer Differenzierschaltung könnte auch eine Schaltung zur Impulsverkürzung vorgesehen sein. Am Ausgang b der Differenzierschaltung D 1 erscheint demgemäß eine Spannung, die sich aus kurzen Impulsen zusammensetzt, die zeitlich mit den Nulldurchgängen der vom Impulsformer J 3 abgegebenen Rechteckspannung und damit der Netzspannung UN zusammenfallen.
  • Die Diagramme in F i g. 3 stellen den zeitlichen Verlauf der verschiedenen Spannungen an den einzelnen Punkten des Prinzipschaltbildes nach F i g. 2 dar. Man erkennt, daß im Falle des Auftretens einer solchen Netzfrequenz, bei der der Phasenwinkel(' zwischen Spannung und Strom des aus der Drossel Drl und dem Kondensator C1 gebildeten Serienschwingkreises kapazitiv ist, auch die von dem Impulsformer J1 über seinen Ausgang c der Torschaltung T1 zugeführte Steuerspannung der durch die Kurve a wiedergegebenen Spannung am Eingang der Differenzierschaltung D 1 um 90° voreilt (Kurve c 1), während beim Auftreten einer Netzfrequenz, die einen induktiven Phasenwinkel 99 zur Folge hat, die Phase der Steuerspannung für die Torschaltung T1 ebenfalls der Spannung a um 90° nacheilt (Kurve 2 c). Dies hat, wie die Kurven d erkennen lassen, zur Folge, daß im Falle eines kapazitiven Phasenwinkels nur die positiven Impulse und im Falle eines induktiven Phasenwinkels nur die negativen Impulse von der Torschaltung T1 durchgelassen werden, wenn diese so ausgelegt ist, daß sie nur während der positiven Halbwellen der vom Impulsformer J1 abgegebenen Steuerspannung für die in der Differenzierschaltung D 1 erzeugten Impulse durchlässig ist.
  • Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in F i g. 3 alle sich auf kapazitive Phasenwinkel beziehenden Kurven ausgezogen, die sich auf induktive Phasenwinkel beziehenden Kurven dagegen gestrichelt wiedergegeben.
  • Da die Torschaltung T1 in Abhängigkeit von dem jeweiligen Vorzeichen des Phasenwinkels für die Impulse nur jeweils einer Polarität durchlässig ist, kann an ihren Ausgang d eine schalterartige Einrichtung angeschlossen werden, die auf Impulse einer Polarität anspricht. In dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 ist in Abweichung hiervon an den Ausgang d der Torschaltung T1 die Gleichrichteranordnung G1 angeschaltet, die die von der Torschaltung durchgelassenen Impulse nur dann in die nachgeschaltete Befehls- oder Signaleinrichtung B 1 gelangen läßt, wenn die Impulse die der vorbestimmten Frequenzabweichung, bei der ein Befehl erzeugt werden soll, zugeordnete Polarität besitzen. In diesem Falle gelangen, wie F i g. 3 zeigt, an den Ausgang e der Gleichrichteranordnung G1 nur positive Impulse, und zwar nur dann, wenn der Phasenwinkel kapazitiv ist, d. h., wenn die Frequenz unterhalb der Frequenz f 1 bei der vorbestimmten Frequenzabweichung liegt (Kurve e 1). Im Falle eines induktiven Phasenwinkels treten am Punkt e, wie die Kurve e2 erkennen läßt, keine Impulse auf. Die Befehls- oder Signaleinrichtung B 1 kann beispielsweise einen monostabilen Multivibrator enthalten, der durch die positiven Impulse angestoßen wird.
  • Die Tatsache, daß bei diesem Frequenzrelais nur das jeweilige Vorzeichen des Phasenwinkels, nicht aber eine Amplitudenbedingung zur Auslösung herangezogen wird, macht die Anordnung in vorteilhafter Weise unanfällig gegen Schwankungen der verschiedenen Spannungen. Das erfindungsgemäße Frequenzrelais läßt sich daher in einem großen Bereich ohne Änderungen an Netzspannungen unterschiedlicher Amplitude anlegen. Dies ist insbesondere deshalb von Bedeutung, weil im Falle eines Kurzschlusses im allgemeinen ein größerer Spannungsrückgang auftritt und das Frequenzrelais gerade dann genau anzeigen soll.
  • Das erfindungsgemäße, vorzugsweise mit elekronischen Mitteln aufgebaute Frequenzrelais kann in einfacher Weise so erweitert werden, daß es zur Überwachung eines bestimmten Frequenzbereiches Anwendung finden kann. Hierzu ist, wie F i g. 4 zeigt, im Prinzip ein Frequenzrelais geeignet, daß zwei frequenzabhängige Schaltungsteile enthält, von denen der eine auf die obere Grenzfrequenz f 1 des Frequenzbereiches und der andere auf die untere Grenzfrequenz f 2 des Frequenzbereiches abgestimmt ist. Dabei brauchen die beiden Grenzfrequenzen selbstverständlich nicht symmetrisch zur Sollfrequenz fs der Netzfrequenz zu liegen, wie dies in F i g. 4 angenommen ist. Man erkennt, daß ein derartiges Frequenzrelais, bei dem außer dem frequenzabhängigen Schaltungsteil mit der gleich der Frequenz f 1 der Eingangsspannung UN bei der vorbestimmten Frequenzabweichung gewählten Resonanzfrequenz ein weiterer frequenzabhängiger Schaltungsteil an der Eingangsspannung UN liegt und bei dem die Resonanzfrequenz dieses weiteren frequenzabhängigen Schaltungsteiles gleich der anderen Grenzfrequenz f 2 des zu überwachenden Frequenzbereiches gewählt ist, drei verschiedene Auslösekriterien bietet. In dem Bereich I unterhalb der Frequenz f 2, die sich beim Auftreten der weiteren vorbestimmten Frequenzabweichung einstellt, sind die Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung sowohl an dem auf f 1 abgestimmten frequenzabhängigen Schaltungsteil als auch an dem auf die Frequenz f 2 abgestimmten weiteren frequenzabhängigen Schaltungsteil kapazitiv, während oberhalb der Frequenz f 1, d. h. im Bereich 11l, beide Phasenwinkel induktiv sind. Der zu überwachende Frequenzbereich II wird in dem Frequenzrelais dadurch charakterisiert, daß der frequenzabhängige Schaltungsteil einen kapazitiven Phasenwinkel und der weitere frequenzabhängige Schaltungsteil einen induktiven Phasenwinkel aufweist.
  • Eine zweckmäßige Ausführungsform für das nach diesem Prinzip arbeitende erfindungsgemäße Frequenzrelais enthält demgemäß dem weiteren frequenzabhängigen Schaltungsteil zugeordnete weitere Mittel zur Befehls- oder Signalgabe, die den bei Gleichheit von zu überwachender Frequenz und Frequenz f 2 bei der vorbestimmten Frequenzabweichung auftretenden Vorzeichenwechsel des Phasenwinkels zwischen Spannung und Strom des weiteren frequenzabhängigen Schaltungsteiles ohne Heranziehung der Beträge dieser Größen als Kriterium für die Befehls-oder Signalgabe auswerten; weiterhin ist ein Schalter vorgesehen, dessen Eingänge mit den oben beschriebenen Mitteln und den weiteren Mitteln zur Befehls-oder Signalgabe verbunden sind und der eine Befehls-oder Signalgabe bewirkt, wenn der Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom des frequenzabhängigen Schaltungsteiles und der Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom des weiteren frequenzabhängigen Schaltungsteiles entgegengesetzte Vorzeichen haben. In diesem Falle erfolgt die Befehls-und Signalgabe dann, wenn die zu überwachende Frequenz innerhalb des durch die Frequenzen f 1 und f 2 begrenzten Frequenzbereiches liegt. Verständlicherweise kann das im Bereich II gewonnene Kriterium auch dazu dienen, die Befehls- oder Signalgabe nur dann zuzulassen oder vorzunehmen, wenn die Netzfrequenz in einem der Bereiche 1 oder III liegt.
  • An Hand des in F i g. 2. dargestellten Schaltungsbeispiels soll im folgenden ein Frequenzrelais zur Überwachung eines Frequenzbereiches beschrieben werden. Wie geschildert, läuft die Überwachung eines Frequenzbereiches auf die Überwachung der Grenzfrequenzen f 1 und f 2 dieses Bereiches hinaus. Zur Überwachung der Frequenz f 1 dient der bereits beschriebene Teil; für die Erzeugung eines Befehls oder Signals in dem Fall, daß die Netzfrequenz den Wert f 2 annimmt, ist die im oberen Teil der F i g. 2 wiedergegebene, bisher nicht berücksichtigte Anordnung, die weitgehend mit der vorher beschriebenen Anordnung im unteren Teil der Figur übereinstimmt, vorgesehen. Die hinsichtlich ihrer Frequenz zu überwachende Netzspannung UN wird dem durch die Drossel Dr2 und den Kondensator C2 gebildeten Serienschwingkreis als weiterem frequenzabhängigem Schaltungsteil zugeführt, dessen Strom mittels des Stromwandlers W 2 ausgekoppelt und zwecks Erzeugung der stromproportionalen und mit dem Strom gleichphasigen Spannung U 2 dem Widerstand R 2 zugeführt wird. Die Spannung U 2 wird in bereits bekannter Weise in dem Impulsformer J2 in eine Rechteckspannung umgeformt, die der Torschaltung T2 als Steuerspannung zugeführt wird. Die Torschaltung T2 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ebenso wie die Torschaltung T 1 so ausgelegt, daß sie die in der Differenzierschaltung D 2 aus der Rechteckspannung am Ausgang des Impulsformers J3 erzeugten Impulse nur während der positiven Halbwellen der steuernden Rechteckspannung durchläßt.
  • Abweichend von der Anordnung im unteren Teil der F i g. 2 gelangt die Rechteckspannung nach Verlassen des Impulsformers J 3 nicht direkt, sondern über die zwischengeschaltete Phasenumkehrstufe P in die Differenzierschaltung D 2, so daß die von dieser an den Eingang der Torschaltung T2 abgegebenen Impulse gegenphasig zu den Impulsen am Eingang der Torschaltung T1 liegen. Dies veranschaulichen die entsprechenden Diagramme der F i g. 3. Am Eingang ä der Differenzierschaltung D 2 liegt die durch die Kurve a' der F i g. 3 wiedergegebene Rechteckspannung, die gegenphasig zu der Rechteckspannung a (oberste Kurve in F i g. 3) ist, so daß auch die Impulse b' am Ausgang der Differenzierschaltung D 2 gegenphasig zu den in der Kurve b der F i g. 3 dargestellten Impulsen am Ausgang der Differenzierschaltung D 1 sind.
  • Die von der Differenzierschaltung D 2 abgegebenen Impulse werden von der Torschaltung T2 in der Weise durchgelassen, daß bei einem kapazitiven Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom an dem durch die Drossel D 2 und den Kondensator C 2 gebildeten Serienschwingkreis (Kurve c'1 in F i g. 3) nur die negativen Impulse an den Ausgang d' der Torschaltung T2 gelangen (Kurve d'1), während bei einem induktiven Phasenwinkel, d. h. wenn die Netzfrequenz oberhalb der unteren Grenzfrequenz f 2 des zu überwachenden Frequenzbereiches liegt, gemäß Kurve d'2 nur die positiven Impulse von der Torschaltung T2 durchgelassen werden.
  • Die Gleichrichteranordnung G2, die in derselben Richtung wie die Gleichrichteranordnung G1 gepolt ist, läßt nur diejenigen Impulse zum Punkt e' gelangen, die positive Polarität haben, d. h., an den in diesem Ausführungsbeispiel als bistabile Kippstufe ausgebildeten Schalter K gelangen von beiden Torschaltungen her nur Impulse mit positiver Polarität, die aber infolge der durch die Phasenumkehrstufe P vorgenommenen Phasenverschiebung zeitlich um 180° versetzt sind. Dadurch wird die Kippstufe K abwechselnd von ihren beiden Eingängen her mit Impulsen gleicher Polarität angestoßen, so daß, falls die vorgesehene Auslösebedingung erfüllt ist, d. h. die Frequenz innerhalb des zu überwachenden Bereiches 1I liegt, am Ausgang g der Kippstufe K eine Rechteckspannung auftritt, deren Frequenz gleich der jeweiligen Netzfrequenz ist. Diese Rechteckspannung kann in einer zusätzlichen, in F i g. 2 mit Gl bezeichneten Gleichrichteranordnung gleichgerichtet und der eigentlichen Auslösestufe A; beispielsweise einem Relais oder einer astabilen Kippstufe, zwecks Befehls-und/oder Signalgabe zugeführt werden.
  • Außer dieser gemeinsamen, dem Frequenzbereich II zugeordneten Auslösestufe können aber in bereits beschriebener Weise auch getrennte Befehls- oder Signaleinrichtungen B 1 und B 2 entweder unmittelbar oder über die Gleichrichteranordnungen G 1 und G 2 an die Torschaltung T 1 und T 2 angeschlossen sein, so daß jederzeit festgestellt werden kann, in welchem der drei Bereiche I, 1I, III die Netzfrequenz gerade liegt. Die Einrichtungen B 1 und B 2 können, zweckmäßigerweise unter Zwischenschaltung von Tiefpässen mit im Hinblick auf die Kippfrequenz der Kippstufe K gewählter Grenzfrequenz, auch an die Kippstufe angeschaltet sein.
  • Wie die Kurven in F i g. 3 erkennen lassen, erscheint bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Frequenzrelais am Ausgang g der bistabilen Kippstufe K nur dann ein Signal in Form einer Rechteckspannung, wenn die zu überwachende Netzfrequenz innerhalb des durch die Frequenzen f 1 und f 2 gebildeten Frequenzbereiches II liegt. Bei Frequenzen außerhalb des Bereiches II, also im Bereich I oder im Bereich III, kann mittels der Impulse e 1 und e'2 über die Befehlseinrichtungen B 1 und B 2 eine zusätzliche Information darüber gewonnen werden, in welchem dieser beiden Bereiche die Frequenz gerade liegt.
  • In F i g. 5 ist ein Schaltungsbeispiel für das in F i g. 2 im Blockschaltbild wiedergegebene Frequenzrelais dargestellt. Dabei sind für identische Teile dieselben Bezugszeichen verwendet worden. Man erkennt, daß das Frequenzrelais nach F i g. 5 keine zusätzliche Spannungsversorgung benötigt, da die erforderlichen Gleichspannungen über die Gleichrichteranordnungen GR 1, GR 2 und GR 3 direkt im Frequenzrelais aus der Netzspannung UN gewonnen werden. Der Transformator Tr besitzt entsprechend den auftretendenden Netzspannungen verschiedene Anzapfungen. Auch die Drosseln Drl und Dr2 haben Anzapfungen, durch die verschiedene Resonanzfrequenzen f 1 und f 2 eingestellt werden können. Statt dessen oder gleichzeitig können auch die Kondensatoren C 1 und C 2 veränderbar ausgeführt sein. Vor die Widerstände R 1 und R 2 sind in diesem Ausführungsbeispiel aus Dioden gebildete Spannungsbegrenzer S1 und S2 geschaltet.
  • Die Impulsformer J 1, J 2 und J 3 sind in diesem Ausführungsbeispiel mit Transistoren bestückte Schmitt-Trigger, deren Aufbau und Wirkungsweise bekannt sind, so daß an dieser Stelle darauf nicht eingegangen zu werden braucht.
  • Auch die Phasenumkehrstufe P ist mit einem Transistor bestückt. Die zur Differentiation der im Impulsformer J3 gewonnenen Rechteckspannung dienenden Differenzierschaltungen sind aus der Kapazität CD 1 und dem Widerstand RD 1 bzw. der Kapazität CD 2 und dem Widerstand RD 2 aufgebaut. Die so gewonnenen Impulse werden den aus Transistoren aufgebauten Torschaltungen T1 und T2 zugeführt und gelangen über die in diesem Ausführungsbeispiel nur die negativen Impulse durchlassenden Gleichrichter G 1 und G 2 an die beiden Eingänge der bistabilen Kippstufe K. Diese erzeugt gemäß den Kurven in F i g. 3 bei einer Netzfrequenz innerhalb des Frequenzbereiches 1I eine Rechteckspatinung, die mittels des Isoliertransformators JT symmettiert und nach Gleichrichtung in der Gleichrichteranordnung GI der Auslösestufe A zugeführt wird. In diesem Ausführungsbeispiel enthält die Auslösestufe als schaltendes Organ das Relais R mit Kontakten t; gegebenenfalls könnte auch ein mit Röhren oder Transistoren bestückter Schalter Verwendung finden.
  • Man erkennt, daß dem Relais R Zeitkonstantenglieder mit Kondensatoren C vorgeschaltet sind, die dafür sorgen sollen, daß beim plötzlichen Einschalten bzw. Abschalten des Frequenzrelais keine fälschliche Befehls- oder Signalgabe erfolgt.
  • Die Erfindung ist nicht auf das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So können beispielsweise statt der Serienschwingkreise auch Parallelschwingkreise oder Quarzschaltungen als frequenzabhängige Schaltungsteile Verwendung finden. Statt eines bistabilen Multivibrators als gemeinsamer Schalter kann eine gemeinsame Relaisschaltung vorgesehen sein. Gegebenenfalls erübrigen sich die Impulsformer. Die Spannung U 3 braucht nicht unbedingt gleichphasig mit der Netzspannung UN zu sein, wenn geeignete Phasenverschiebungen auch bei den Spannungen UI und U2 vorgenommen werden. Wichtig ist aber, daß die Spannung U3 bezüglich der Netzspannung UN eine definierte Phasenlage hat. Weiterhin können die Torschaltungen so ausgelegt sein, daß sie nur während der negativen oder nur entgegengesetzten Halbwellen ihrer Steuerspannungen durchlässig sind, wobei gegebenenfalls die Gleichrichteranordnung G 1 und/oder G 2 umgepolt und die durch die Phasenumkehrstufe P erzielte Phasenverschiebung geändert werden muß. Auch können die von beiden Torschaltungen durchgelassenen Impulse bei geeigneter Wahl der Polarität auf denselben Eingang der Kippstufe K gegeben werden.
  • Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Frequenzrelais, dessen Anwendung nicht auf die Frequenz- oder Leistungsüberwachung in. Netzen beschränkt ist, liegt außer in seiner großen Genauigkeit darin, daß, ausgehend von dem eingangs beschriebenen Aufbau für die Überwachung nur einer vorbestimmten Frequenzabweichung, in einfacher Weise nach dem Baukastenprinzip eine Erweiterung zur Überwachung eines durch zwei Frequenzen begrenzten vorbestimmten Frequenzbereiches möglich ist. Insbesondere bei Verwendung von mit Anzapfungen versehenen Drosseln für die Schwingkreise können dabei identische Schaltungsgruppen Verwendung finden.

Claims (10)

  1. Patentansprüche: 1. Frequenzrelais, dessen Eingangsspannung einem frequenzabhängigen Schaltungsteil zur Erzielung eines von der zu überwachenden Frequenz der Eingangsspannung abhängigen Phasenwinkels zwischen Spannung und Strom zugeführt ist und das Mittel enthält, die beim Auftreten einer eine vorbestimmte Abweichung von der Sollfrequenz kennzeichnenden, zu überwachenden Frequenz eine Befehls- und/oder Signalgabe bewirken, insbesondere zur der Überwachung der Leistungsverhältnisse in einem elektrischen Netz dienenden Frequenzüberwachung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Resonanzfrequenz des frequenzabhängigen Schaltungsteils gleich der die vorbestimmte Abweichung von der Sollfrequenz kennzeichnenden Frequenz der Eingangsspannung gewählt ist und daß die Mittel den beim Über- oder Unterschreiten dieser Frequenz auftretenden Vorzeichenwechsel des Phasenwechsel zwischen Spannung und Strom ohne Heranziehung der Beträge dieser Größen als Kriterium für die Befehls- und/oder Signalgabe auswerten.
  2. 2. Frequenzrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Befehls- oder Signalgabe bewirkenden Mittel eine Torschaltung für insbesondere durch Schaltungsmittel mit differenzierender Wirkung aus der Eingangsspannung gewonnene kurze Impulse enthalten, daß der Torschaltung als Steuerspannung eine an dem frequenzabhängigen Schaltungsteil, zweckmäßigerweise unter Zwischenschaltung eines Impulsformers zwecks Umformung in eine phasengleiche Rechteckspannung, abgegriffene Spannung mit einem Phasenwinkel zugeführt ist, dessen Vorzeichen durch die jeweilige Frequenz der Eingangsspannung bestimmt ist, und daß die Torschaltung in Abhängigkeit von dem jeweiligen Vorzeichen des Phasenwinkels für die Impulse nur jeweils einer Polarität durchlässig ist.
  3. 3. Frequenzrelais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang der Torschaltung eine Gleichrichteranordnung angeschaltet ist, die die von der Torschaltung durchgelassenen Impulse nur dann in eine nachgeschaltete Befehls- oder Signaleinrichtung gelangen läßt, wenn sie die dem Auftreten der vorbestimmten Frequenzabweichung zugeordnete Polarität besitzen.
  4. 4. Frequenzrelais nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befehls- oder Signaleinrichtung einen monostabilen Multivibrator enthält.
  5. 5. Frequenzrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Befehls- oder Signalgabe in dem Falle, in dem die Frequenz der Eingangsspannung in einem durch die vorbestimmte Frequenzabweichung und eine weitere vorbestimmte Frequenzabweichung begrenzten Frequenzbereich liegt, außer dem frequenzabhängigen Schaltungsteil mit der gleich der Frequenz der Eingangsspannung bei der vorbestimmten Frequenzabweichung gewählten Resonanzfrequenz und Mitteln zur Befehls- oder Signalgabe ein weiterer frequenzabhängiger Schaltungsteil an der Eingangsspannung liegt, dessen Resonanzfrequenz gleich der Frequenz der Eingangsspannung bei der weiteren vorbestimmten Frequenzabweichung gewählt ist, und dem weitere Mittel zur Befehls- oder Signalgabe zugeordnet sind, die den bei Gleichheit von zu überwachender Frequenz und Resonanzfrequenz bei der vorbestimmten Frequenzabweichung auftretenden Vorzeichenwechsel des Phasenwinkels zwischen Spannung und Strom des weiteren frequenzabhängigen Schaltungsteiles ohne Heranziehung der Beträge dieser Größen als Kriterium für die Befehls- oder Signalgabe auswerten, und daß ein Schalter vorgesehen ist, dessen Eingänge mit den Mitteln und den weiteren Mitteln zur Befehls- oder Signalgabe verbunden sind und der eine Befehls- oder Signalgabe bewirkt, wenn der Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom des frequenzabhängigen Schaltungsteiles und der Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom des weiteren freqenzabhängigen Schaltungsteiles entgegengesetzte Vorzeichen haben.
  6. 6. Frequenzrelais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein bistabiler Multivibrator ist.
  7. 7. Frequenzrelais nach den Ansprüchen 2, 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren eine Befehls- oder Signalgabe bewirkenden Mittel eine weitere Torschaltung für insbesondere durch Schaltungsmittel mit differenzierender Wirkung aus der Eingangsspannung gewonnene kurze Impulse enthalten, daß der weiteren Torschaltung als Steuerspannung über eine Phasenumkehrstufe eine an dem weiteren frequenzabhängigen Schaltungsteil, zweckmäßigerweise unter Zwischenschaltung eines weiteren Impulsformers zwecks Umformung in eine Rechteckspannung, abgegriffene Spannung mit einem Phasenwinkel zugeführt ist, dessen Vorzeichen durch die jeweilige Frequenz der Eingangsspannung bestimmt ist, daß ferner die weitere Torschaltung in Abhängigkeit von dem jeweiligen Vorzeichen dieses Phasenwinkels für die Impulse nur jeweils einer Polarität durchlässig ist und daß eine weitere Gleichrichteranordnung an die weitere Torschaltung angeschaltet ist, die die von der weiteren Torschaltung durchgelassenen Impulse nur dann an den nachgeschalteten Schalter gelangen läßt, wenn sie infolge ihrer Polarität im entgegengesetzten Sinne wie die von der Torschaltung an den Schalter gelangenden Impulse auf diesen wirken. B.
  8. Frequenzrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der frequenzabhängige Schaltungsteil und/oder der weitere frequenzabhängige Schaltungsteil einen Schwingkreis, vorzugsweise einen Serienschwingkreis, enthält.
  9. 9. Frequenzrelais nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität des Schwingkreises- beispielsweise mittels Anzapfungen veränderbar ist.
  10. 10. Frequenzrelais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der frequenzabhängige Schaltungsteil und/oder der weitere frequenzabhängige Schaltungsteil eine Quarzschaltung ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 827220, 871031, 963 354, 959 745; deutsche Auslegeschrift Nr. 1049 964; österreichische Patentschrift Nr. 187 592; britische Patentschrift Nr. 583 794.
DE1962S0081399 1962-09-07 1962-09-07 Frequenzrelais Pending DE1265275B (de)

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