DE1638582C3 - Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Signales bei zwischen zwei Wechselspannungen auftretenden Frequenz unterschieden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Signals bei zwischen zwei Wechselspanniingen auftretenden Frequenzunterschieden durch Bilden der Schwebungsspannuiig, bei welcher für jede Wechselspannung eine Impulsformerstufe vorgesehen ist, die die Wechselspannung in eine unipolare Impulsfolge umformt, deren Impulsperiode der Periode der ursprünglichen Wechselspannung entspricht, bei welcher ferner die Impulsfolgen der Impulsformerstufen mittels einer Logikschaltung, zusammengefaßt sind und der Ausgang dieser Logikschaltung mit einem Glättungsglied

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verbunden ist, das eine im wesentlichen dreieeklör- «kitt ei ie zuerst ein Signal abgebende Auswerieschal-

mige Sdiwebungsspannung abgibt, und hei welcher lung die Abgabe eines Signals der anderen Auswerte -

ferner eine Auswerteschaltuiig vorgesehen ist. die ein schaltung sperrt.

Signa! abgibt, wenn die Schwebungsspannung einen Ein Ausführungsbeispiei der Erfindung wird an bestimmten Wert unterschreitet. ;, Hand der F i g. 1 bis 5 näher erläutert. In der F ■· g. 1 In der Technik tritt häufig das Problem auf. die ist ein Blockschaltbild der gesamten Schaltungs-Frequenz und Phasenlage zweier periodischer W'ech- anordnung »ezeigt. Der gestrichelt umrandete Teil selgrößen miteinander zu vergleichen. Ein Beispiel begrenzt die Anordnung zur Erzeugung der Schwedafiir ist das Synchronisieren der Wechselspannungen hunusspanniing. Dies^ bestellt im wesentlichen aus beim Parallelschalten zweier Drehstromgeneratoren io den beiden Inipulsformen 1 und 2. dem UND- oder beim Zuschalten eines Generators auf ein Gatter 3. das als Koinzidenzgatter dient, und dem Wechseispaniiungsnctz. Die Drehzahl eines der Glättunesulied 6. Den Eingängen der beiden Impulsbeiden Generatoren bzw. des Generators nuiti vor former werden die zu vergleichenden Wechsclspandem Zuschalten so eingestellt werden, daß der Sv n- nungen Ul und U2 zugeführt. Die Ausgänge /11 chron'smus zwischen beiden Wechselspannunaen e'r- i* und Al der Impulsformer I und 2 sind mit dem füllt ist. Dazu wird in erster Linie eine Schaltung*- UND-Gatter 3 verbunden, dessen Ausgang über das anordnung verwendet, die zwischen den beiden Span- (M)KR-GaUCr 5 mit dem Glättungsglied 6 verbunden nungen \orhandene Frequenz- und Phasenuniei- ist. Die Impulsforme: 1 und _ sind so aufgebaut, daß schiede erfaßt. Das obenerwähnte Problem ti in aber jode Wechselspannunu in eine unipolare Impulsfolge auch bei der Gleichlaufregelung zweier Wellen. /. B. 20 umgeformt wird. In Fig. 2 sind in den Zeilen α und in einem Walzwerk oder einer Rotationsdruck- h die Impulsfolgen an den Ausgangen .11 und Al maschine, auf. Dazu wird meist auf jede der auge- o'er Impulsformer gezeigt. Diese beiden Impulsfolgen iriebenen Wellen ein Generator gesetzt, und die Fre-' harten — wie die beiden Wechselspannungen — quenzen und Phasenlagen der abgegebenen Spannun- unterschiedliche Frequenz und Phasenlage. Sie wergen werden verglichen. 25 cL-n auf die beiden Eingänge des koinzidenzgatter·- 3 Zur Erfassung des Phasenunterschiedes zwischen üesie'ien. Die Ausiuinüsimpulse dieses Gatters werden ilen beiden Wechselspannungen wird im allgemeinen in dem Glätlungsglied 6 zweimal geglättet. Damit erdie Größe der Schwebungsspannung zwischen beiden scheint am Ausgang C des Glättungsgliedes eine Wechselspannungcn gemessen, während der Fre- Schwebungsspannung mit dreieckförmigem zeitlichen quenzunterschied aus der Periodendauer der Schwe- 30 Verlauf. Diese Schwehungsspannimg wird zur Mesbimgsspannung abgelesen werden kann. Geht die sung der Ditferenzlrequenz verwendet. Schwebungsspannung auf Null, so bedeutet das den Damit für die Mittelwertbildung in den Glättungs-Gleichlauf beider Wechselgroßen. Übersteigt jedoch uliedern eine möglichst izroße Spannungs-Zeulluche die Schwebungsspannung einen bestimmten Wert. zur Verfügung steht, haben die Impulsformer weitere wird ein Signal abgegeben, das anz.eigt. daß die 35 Ausgänge A~ 1 und /Γ2, an denen Impulsfolgen mit PhasendifTerenz beider Größen zu groß ist. einem inversen Verhältnis von Impuls zu Impuls-Beispielsweiseaus der »Siemens-Zeitschrift«. 1965. pausen auftreten. Diese Impulsfolgen werden über S. 1053 bis 1057, ist eine Schaltungsanordnung der ein weiteres UND-Gatter 4 zusammengefaßt, dessen eingangs genannten Art bekannt, mit der eine Er- Ausgang mit dem zweiten Eingang des ODER-zeugung von Signalen bei zwischen zwei Wechsel- 40 Gatters 5 verbunden ist. Die am Ausgang der UND-spannungen auftretenden Frequenzunterschieden Gatter 3 und 4 auftretenden Impulsfolgen werden in möglich ist, wobei diese Signalerzeugung von der dem ODER-Gatter 5 addiert. Die an seinem Au.-.-Kurvenform und der Amplitude beider Wechselspan- gang auftretende Impulsfolge ist in Fig. 2. Zeile c, nungen unabhängig ist und die Genauigkeit der Aus- gezeigt. Diese Impulsfolge wird dann auf das Glätwertung der Schwebungsspannung erhöht ist. Es ist 45 tungsglied 6 gegeben. Die Höhe der am Ausgang C jedoch mit der bekannten Schaltungsanordnung nur des Glättungsgliedes 6 anliegenden Schwebungseine FrequenzdirTerenz feststellbar. spannung gibt die Phasendifferenz der beiden zu ver-Es besteht die Aufgabe, eine Schaltungsanordnimg gleichenden Wechselspannungen an. Die am Ausgang der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß -.ies Glättungsgliedes auftretende Schvvebungsspanfeststellbar ist, welche der beiden Wcchsclspannun- s>-- nung ist von der Kurvenform und der Amplitude der gen der anderen voreilt. zu vergleichenden Wechselspannungen unabhängig. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch Sie wird daher direkt einer Auswerteschaitung gelöst, daß als Logikschaltung ein UND-Gatter angc- zugeführt, die am Ausgang Y ein Signal abgibt, wenn ordnet ist, daß die Auswerteschalumg ein Signal ab- die Schwebungsspannung einen Grenzwert übergibt, wenn die Schwebungsspannung einen bestimm- 55 schreitet. Dies geschieht bei jedem Durchlauf der ten Wert überschreitet, daß zwei weitere Impuls- Schwebungskurve. Die Häufigkeit der Signale ist former vorgesehen sind, wobei dem einen Impuls- daher ein Maß für die DiiTerenzfrequeriZ. former eine der Wechselspannungen und dem ande- In den meisten Fällen kommt es nun darauf an. ren eine gegenüber der anderen Wechselspannung nicht nur festzustellen, daß eine FrequcnzdifTcrcn/ um einen konstanten Winkel phasenverschobene 60 vorhanden is*, sondern auch, welche Richtung diese Wechselspannung zugeführt ist, daß ein weiteres Differenz hat. Zu diesem Zweck sind zwei weitere UND-Gatter vorge-shen ist, das die Impulsfolgen der Impulsformer 7, 8 vorgesehen, wobei dem einen weiteren Impulsformer zusammenfaßt und an ein Impulsformer die Spannung UX und dem zweiten weiteres Glättungsglied liefert, daß eine weitere Aus- Impulsformer eine um einer, konstanten Phascnwerteschaltung vorzusehen ist, die ein Signal abgibt, 65 winkel gegenüber der Spannung U2 verschobene wenn die Schwebungsspannung den obengenannten Spannung Vl + <p zugeführt wird. Die Schwcbungsbestimmten Wert überschreitet, und die mit der spannung wird mit Hilfe von UND-Gattern 9 und K), ersten Auswerteschaitung so zusammengeschaltet ist, eines ODER-Gatters 11. und eines Glättungsgliedes

12 gebildet. Die dreieckförmige Sehwcbungsspannung tritt am Ausgang I) des GlätUingsgliedes 12 auf und wird einer zweiten AuswertesehalUing 14 zugeführt. Die eine der beiden Schwebungsspannungen hat somit bei jeder Frequeiizdilferenz eine Phasenverschiebung gegenüber der anderen Schwebungsspannung. die durch ihre Richtung anzeigt, ob die Frequenz der Spannung Ui größer ist als die Frequenz der Spannung Ul oder kleiner.

stieg der Schwebungsspannungen über die Schwelle S der Transistor ρ 1 während der Zeit Tl und der Tiansistor ρ 3 während der Zeit Tl leitend ist. Während dieses Zeitraums kann der Kondensator K1 nicht aufgeladen werden. Dies wird erst dann möglich, wen;' beide Schwebungsspannungen unter den Schwellwerl S fallen. Dies ist während der Zeit 71 der Fall. Dann sind die Doppelbasisdiode ρ2 und ρ4 nicht leitend, so daß ein Strom von der Spannungs-

Um festzustellen, welche der beiden Schwebungs- 10 quelle ¹U über den Widerstand r3 und den Widerspannungen jeweils der anderen voreilt, sind die stand rl Hießt, wodurch sich der Kondensator K 1 beiden Auswerteschallungen 13 und 14 zu einer Aus- auf eine durch den Spannungsabfall am Widcrwahlschaltung verbunden. Beide Auswerteschaltun- stand rl bestimmte Spannung auflädt, gen sind in Fig. 3 gezeigt. Die Auswertcschaltung \γ_κ an den Ausgängen X und Y der Auswahlfür die vom Ausgang C gelieferte Schwebungsspan- i₅ schaltung 15 auftretenden Signale zeigen an, ob die ining besteht aus dem Transistor ρ 1 und der Doppcl- Frequenz der zu schaltenden Spannung höher oder basisdiode ρ2. Die eine Emitter-Basis-Strecke der
Doppelbasisdiode ρ 2 ist über die Diode /i 1 und den
Widerstand r<i einem Kondensator K\ parallel geschaltet. Der Kondensator K 1 wird von der Spannung t U über den Widerstand r3 auf eine Spannung aufgeladen, die durch den Spannungsabfall am
Widerstand rl bestimmt ist. Dieser Widerstand ist so
bemessen, daß die Doppelbasisdiode nicht durch die

Kondensatorspaniuing gezündet wird. An die Basis _{a5 c}j„_er bistabilen Kippstufe Ϊ7 verbunden. Gleichzeitig des Transistors ρ 1 ist die Schwebungsspannung ge- werden die an den Ausgängen X und Y auftretenden legt und steuert diesen beim Erreichen einer vorbe- signale dem Auslösecingang einer monostabilen stimmten Grenze bis zu einem Punkt auf. an dem d.e Kippstufe 18 zugeführt, deren Ausgang mit dem Doppelnasisüiode ρ 2 /.uiidet. Damit w.rd der Kon- Rücksctzcingr.ng der bistabilen K.Whifc-n verbunden

30 niedriger als die der Bezugsspannung ist. Diese Signale können dazu dienen, beispielsweise die Drehzahl des auf das Netz zu schaltenden Generators zu erhöhen oder zu erniedrigen oder eine sonstige Schaltmaßnahmc zu veranlassen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Ausgang Λ" mit dem Setzeingang einer bistabilen Kippstufe K) und der Ausgang Y mit dem Setzeingang

densator KI über die EmiUcr-ßasis-Slreckc der Doppelbasisdiode ρ 2 entladen. Der am Widerstand r4 auftretende Spannungsabfall steht am Ausgang X als Signal für das Vorhandensein einer Frequenzdilferenz zwischen den beiden zu vergleichenden Wechselspannungen an. Auf gleiche Weise steuert die Schwebungsspannung vom Ausgang D des Glättungsgliedes 12 den 'Transistor ρ 3 der anderen Auswertcschaltung an. Erreicht diese Schwebungsspannung einen Wert, der durch den Vorstrom über den Widerstand rl zur Basis des Transistors ρ3 bestimmt wird, so zündet die Doppelbasisdiode ρ4 und kann ihrerseits den Kondensator K1 entladen, vorausgesetzt, daß die Doppelbasisdiode ρ 2 nicht vorher gezündet wurde. Dann tritt am Ausgang Y ein Signal auf. Wird nun aber die Doppelbasisdiode ρ 2 zuerst gezündet, so ist der Kondensator K 1 bereits entladen, wenn die durch die Schwebungsspannung vom Glättungsglied 12 angesteuerte Doppelbasisdiode ρ 4 zündet. Somit kann dann am Ausgang Y kein Signal mehr auftreten. Damit wird erreicht, daß entsprechend der Richtung der Phasenverschiebung nur an einem der beiden Ausgänge X oder Y ein Signal auftreten kann. Entsteht also am Ausgang X ein Signal (und daher am Ausgang Y kein Signal), so bedeutet dies, daß die vom Glättungsglied 6 stammende Schwebungsspannung der vom Glättungsglied 12 stammenden Schwebungsspannung voreilt. Im umgekehrten Fall entlädt sich der Kondensator K1 über die Doppelbasisdiode ρ 4 und den Widerstand rS, so daß am Ausgang Y ein Signal auftritt. Der Ausgang X bleibt dann bei einer Zündung der Doppelbasisdiode ρ 2 spannungslos. Die Ansprechschwellen der beiden Auswerteschaltungen, die zusammen die Auswahlschaltung bilden, werden über die beiden an der Spannungsquelle U liegenden Widerstände rl und rl eingestellt.

Der Funktionsablauf in der Auswahlschaltung ist in F i g. 4 gezeigt.

Aus der ersten Zeile ist ersichtlich, daß beim Anist. Damit werden bei jedem Ausgangssignal sowohl die monostabile Kippstufe als auch die bistabilen Kippstufen gesetzt. Beim Zurückkippen der monostabilen Kippstufe werden die bistabilen Kippstufen zurückgesetzt und ein Impuls konstanter Länge erzeugt, der zur Steuerung eines die Drehzahl des Generators steuernden Stellgliedes ausreicht. Das hat gegenüber der Verwendung zweier monostabiler Kippstufen den Vorteil, daß die Verweilzeil dieser monostabilcn Kippstufen nicht aufeinander abgestimmt zu werden brauchen und nur eine Einstellvorrichtung benötigt wird. Solche Impulse folgen mit wachsender Schwebungsfrequenz immer häufiger aufeinander, so daß das die Drehzahl des Generators verändernde Stellglied bei wachsendem Frequenzunterschied Stcllbefehle in immer dichterer Folge erhält. Damit wird die Drehzahl des Generators sehr schnell verstellt.

Besonders vorteilhaft ist es, für diesen Zweck eine monostabile Kippstufe zu verwenden, die dann, wenn die Frequenz der Eingangsimpulse eine bestimmte Höhe überschreitet, dauernd im gekippten Zustand verbleibt. Damit liegt in diesem Fall entweder an einem Relais 19 oder an einem Relais 20 ein Dauersignal an. Mit geringer werdender Schwebungsfrequenz geht das Dauersignal wieder in Impulse über, deren Folgefrequenz mit abnehmender Schwebungsfrequenz immer geringer wird. Die Drehzahl des Generators ändert sich nur noch langsam.

Für manche Anwendungszwecke ist es erwünscht, daß nur dann ein Signal erzeugt wird, wenn die Schwebungsfrequenz einen zulässigen Mindestbetrag überschreitet. Auf die Auswahlschaltung in Fig. angewandt, bedeutet das, daß der Kondensator Kl entladen werden muß, obwohl die Aufladezeit Tl noch nicht verstrichen ist. Dies wird im wesentlichen durch ein weiteres /?C-Glied mit einem Kondensator Kl und einem Widerstand r6 sowie einer weiteren Doppelbasisdiode p5 erreicht (Fig. 5). Das i?C-Glied

aus dem Kondensator Kl und dem Widerstand r6 ist über die Dioden η S und /16 mit dem Kollektor des Transistors pl bzw. pl verbunden und wird von der Kollektorspcisespannung dieser Transistoren aufgelt"' en. Der Emitter der Doppelbasisdiode ρ 5 ist über die Diode η 7 mit einem Belag des Kondensators Kl verbunden. Dieser Kondensator wird ebenso wie der Kondensator Kl während der Zeit Tl aufgc-

laden. Fällt die Schwebungsfrequenz unter eine bestimmte Grenze, so wird, da die Zeit Tl sehr lang wird, der Kondensator K 2 so weit aufgeladen, daß die Doppelbasisdiode ρ 5 zündet. Damit wird sowohl der Kondensator Kl als auch der Kondensator Kl über die Diode «7 entladen, so daß weder am Ausgang X noch am Ausgang Y der Auswahlschaltung ein Signal auftritt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche-

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Signals bei zwischen zwei Wechselspannungen j auftretenden Frequenzunterschieden durch Bilden der Schwebungsspannuiig. hei welcher für jede Wechselspannung eine Impiilsformerstufe vorgesehen ist. die die Wechselspannung in eine unipolare Impulsfolge umformt, deren Impulsperiode der Periode der ursprünglichen Wechselspannung entspricht, bei welcher ferner die Impulsfolgen der Impulsformerstufen mitteis einer Logikschaliung zusammengefaßt sind und der Ausgang dieser Logikschaltung mit einem Glättungsglied verbunden ist. das eine im wesentlichen clreieckförmige > :hwehungsspannung abgibt, und bei welcher ferner eine Auswerteschaltung vorgesehen ist. clic ein Signal abgibt, wenn die Schwebungsspannuiig einen bestimmten Wert durchschreitet. dadurch gekennzeichnet, daß als I.ogikschaltuiii; ein UND-Gatter (3) angeordnet ist. daß die Auswerieschaltung(I3) ein Signal abgibt, wenn die Schwebungsspannung einen bestimmten Wen überschreitet, daß zwei weitere Impulsformer (7. 8) vorgesehen sind, wobei dem einen Impulsformer ein·: der Wechselspannungen (i/l) und dem anderen eine gegenüber tier anderen Wechselspannung um einen konstanten Winkel phasenverschobene Wechselspannung ((J2 ■ ι/) zügeführt ist. daß ein weiteres LND-Gatter (9) vorgesehen ist. das die Impulsfolgen der weiteren Impulsformer zusammenfaßt und an ein weiteres Glättungsglied (12) liefert, daß eine weitere Auswerteschaltung (14) vorgesehen ist. die ein Signal abgibt, wenn die Schwebungsspannung den obengenannten bestimmten Wert überschreitet, und die mit der ersten Auswerteschaltung (13) so ..uisamniengeschaliet ist. daß die zuerst ein Signal abgebende Auswerteschaltung die Abgabe eines 4" Signals der anderen Auswerteschaltung sperrt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die impulsformerstufen einen weiteren Ausgang (Al, A2: Al. AH) haben, an denen ?ti den Signalen der ersten Ausgiinge (/11. /12: Al. Aft) inverse Signale auftreten, daß für die ersten und die weiteren Impulsiornier je ein weiteres UND-Gatter (4. 10) vorgesehen ist. das die inverscn Signale zusammenfaßt, daß die Ausgänge der zu den ersten und den weiteren Impulsformen gehörenden UND-Gatter (3. 4; 9, 10) mit je einem ODER-Gatter (5; 11) verbunden sind und daß der Ausgang jedes ODER-Gatters mit dem zugehörigen Glättungsglied (6: 12) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Auswerteschaltung einen über eine Spannungsquclle (-- U) und einen Widerstand (rl, rl) in Spcrrichtung vorgespannten Transistor (pl, ρ 3) enthält, an dessen Steuerstrecke eine der Schwebungsspannungen anliegt, daß der Transistor parallel zu der Basis-Basis-Strecke einer Doppelbasisdiode (p2, ρ4) liegt, deren Schwelle so eingestellt ist, daß sie bei durchgesteuertem Transistor zündet und einen über einen Ladewiderstand (r3) von einer konstanten Spannung (U+) aufgeladenen Kondensator (ΑΊ) entlädt, daß in der im Entladungsweg liegenden Basisleiiung ein Widerstand (r4. r5) vorgesehen ist und daß der an diesem Widerstand auftretende Spannungsahfall als Signal für eine Frequcnzditferenz einem Ausgang (A', K) zugeführt ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Basisanschlüsse der Doppelbasisdioden (pl. ρ4) beider Auswerteschaltungen über je eine in Flußrichtuhg gepoltc Diode (h1, /i2) gemeinsam zwischen Ladewiderstand (r3) und Kondensator (Kl) gelegt sind, daß die Kollektoren der Transistoren (pl. ρ3) über je eine weitere, in Flußrichtung gepolte Diode (/(3. /i4) gemeinsam an der den Kondensator aufladenden Spannungsquclle ν ^: U) liegen.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgange der Auswahlschaltung (.V. Y) mit dem Setzeingang je einer bistabilen Kippstufe (In. 17) und mit dem AiHöseeingang einer monostabilen Kippstufe (18) \erbunden sind und daß der Rücksetzeingahg der bistabilen Kippstufen mit dem Ausgang der nionostabilen Kippstufe verbunden ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die monostabile Kipp stufe (18) so ausgelegt ist. daß ihr Ausgangssignal in ein Dauersignal übergeht, wenn die Impulspausen der Eingangssignal kleiner als die Vcrweil/eit der monostabilen Kippstufe sind.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder (\ dadurch gekennzeichnet, daß mit jedem Ausgang der bislabilen Kippslufen (16. 17) ein Relais (20. 19) verbunden ist. das eine Anzeigevorrichtung und oder eine Steuereinrichtung zur Verstellung der Frequenz d.vr Wechselspannung steuert.

S. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet daß ein /?C-Glied vorgesehen ist. dessen Kondensator (K2) gleichzeitig mit dem Kondensator (A.' 1) der Auswahlschaltung aufgeladen wird, daß die Kondensatorspannung an eine Basis-Emitter-Strecke einer weiteren Doppelbasisdiode (/;5) gelegt ist, daß die Doppelbasisdiode so mit dem Kondensator (Kl) der Auswahlschaltung verbunden ist. daß sie diesen bei Leitendwerden entlädt, und daß die Zeitkonstante des /fC-Gliedes (A'2, r6) so bemessen lsi. daß die Kondensatorspannung zur Zündung der Doppelbasisdiode dann ausreicht, wenn eine bestimmte Schwebungsfrequcnz unterschritten wiid.