DE1960662C3

DE1960662C3 - Anordnung zur Erfassung des Kurzschlusses eines an eine Stromversorgungsanlage angeschlossenen Verbrauchers

Info

Publication number: DE1960662C3
Application number: DE19691960662
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 1000 Berlin Reichelt
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1969-11-29
Filing date: 1969-11-29
Publication date: 1982-02-04
Also published as: NL7016773A; DE1960662B2; FR2072547A5; BE759097A; ES385988A1; DE1960662A1; GB1325369A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Anordnung ist in der deutschen Patentanmeldung S 3242 Kl. 21c, 68/50, bekanntgemacht am 23.10.1952, beschrieben. Anstelle der üblichen Erfassung der Höhe des Stromes bzw. der Steilheit der Stromänderung als Kriterium für einen Kurzschluß am Verbraucher (siehe z. B. DE-OS 38 416) wird dort günstigerweise die Spannungsänderung als Störungsmerkmal herangezogen. Zur Erfassung der Störung wird über ein Differenzierglied der Differentialquotient der Spannung gebildet. Als Differenzierglied kommt dabei ein Wandler ;cum Einsatz, dessen Induktivität die Einsatzmöglichkeit bei der Kurzschlußerfassung prägt. Diese Induktivität ist nur schwer genau zu bestimmen. Außerdem hängt sie bei der Verwendung eines Eisenkerns von der Hohe des Stromes ab. Bei einem kernlosen Wandler ist die Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung schlecht, und das Übersetzungsverhältnis wird von der Streuung beeinflußt. Der Ansprechwert beim Einsatz der bekannten Anordnung ist demnach nur schwierig und ungenau einstellbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einstellbarkeit der eingangs angegebenen Anordnung zur Erfassung des Kurzschlusses eines an eine Stromversorgungsanlage angeschlossenen Verbrauchers zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Bei dieser Schaltungsanordnung ist über den Ladestrom des Kondensators die zulässige Steilheit bei Spannungsänderungen und damit die Ansprechgrenze für den Kurzschlußfall genau und einfach einstellbar.

Die Schaltungsanordnung kommt vorzugsweise in Elektrolyse- und Elektrophorese-Anlagen zur Anwendung, weil hier neben einer schnellen Kurzschlußerfassung auch die genaue, leichte Einstellbarkeit der Ansprechgrenze von besonderer Bedeutung ist. Auch ist der Einsatz der Schaltungsanordnung günstig bei 2"· Geräten zur Flachauftragung von Metallschichten oder beim Formen durch Abtragen oder Entgraten, beispielsweise von Turbinenschaufeln, bzw. beim elektrolytischen Senken oder Formen von Aussparungen mit komplizierten Konturen aus beliebigen metallischen Werkstücken. Bei diesen zum sogenannten Elysieren benutzten Geräten herrscht nur ein geringer Abstand von etwa 0,3 mm zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug, so daß Berührungen und elektrische Überschläge leicht vorkommen können. Damit das Werkzeug, das meist sehr kostbar ist, nicht zerstört wird, muß die Anlage demzufolge bei einer genau definierten Ansprechgrenze sofort abgeschaltet werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung im folgenden erläutert werden.

F i g. 1 zeigt in schematischer und

F i g. 2 in detaillierter Form ein Ausführungsbeispiel Ί5 der Schaltungsanordnung nach der Erfindung.

Die am elektrischen Verbraucher liegende Spannung üc bzw. eine Spannung, die der Verbraucherspannung proportional ist, wird einer Schaltungsanordnung 1 zugeführt. Die Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung U₄ dieser Anordnung 1 ist einstellbar begrenzt. Im Summierungspunkt 2 wird die am elektrischen Verbraucher liegende Spannung u_e mit dieser Ausgangsspannung ua, deren Polarität umgekehrt wurde, verglichen. Weicht die Summe u_c— u_A von Null ab, das ist dann der Fall, wenn sich die Eingangsspannung u_e schneller ändert als sich die Ausgangsspannung Ua ändern kann, so erscheint am Ausgang des Schaltgliedes 3 ein Signal 11$ das z. B. zur Warnung oder zur Ausschaltung der Anlage verwendet werden kann.

F i g. 2 zeigt ein detailliertes Ausführungsbeispiel der auf diesem Prinzip beruhenden Schaltungsanordnung, die im wesentlichen aus mehreren an die Potentialschicnen — £/& 0 und + (Jb angeschlossenen Transistorstufen besteht. Die Spannung des elektrischen Verbrauchers u_e wird zur Leistungsverstärkung einem als Impedanzwandler wirkenden Transistor p\ zugeführt. An dessen Emitter liegt dann die Spannung Ue negativ gegenüber

dem Nullpotential am Eingang einer die Änderungsgeschwindigkeit begrenzenden (steilheitsbegrenzenden) Schaltung. Diese enthält einen Kondensator ku eine Diodenanordnung ra» und einen Stromkonstanthalter, der aus einem Transistor pi, einer Zenerdjode /33 und den Widerständen n, rg, no und r>i besteht. Der Stromkonstanthalter treibt über die Diodensr.ordnung /74 einen Vorstrom, der mit dem Widerstand Γ21 leicht eingestellt werden kann. Der Kondensator k\ kann daher in positiver Richtung nur mit einem Strom geladen werden, UtT kleiner als dieser Vorstrom oder höchstens diesem gleich groß ist Die Änderungsgeschwindigkeit der am Kondensator k\ liegenden Spannung du*/d t ist so in positiver Richtung durch den beschränkten Ladestrom begrenzt. Wird der Absolutbetrag der Spannung Ue also mit einer Geschwindigkeit kleiner, die größer ist als es dieser Grenze entspricht, so wird der Absolutbetrag der am Kondensator h liegenden Spannung größer als der Absolutbetrag der Spannung Ue- Wird der Absolutbetrag der Spannung u_E jedoch mit einer Geschwindigkeit kleiner, die kleiner ist als es dieser Grenze entspricht, so bleibt der Absolutbetrag der Spannung am Kondensator i, genauso groß wie der Absolutbetrag der Spannung ue- Der der steilheitsbegrenzenden Schaltung 1 nachgeschaltete Transistor pi bewirkt eine Leistungsverstärkung der Kondensatorspannung u*. Durch die aus dem Transistor p₄ und den Widerständen r_n und r_x2 gebildete Verstärkerstufe, in der die Diode /I5 zur Schwellwertkompensation dient, wird das Vorzeigen der Spannung umgekehrt, so daß die Spannung u_A=-u_k ist. Über die Widerstände r_!3 uv.d r,₄ werden die Spannungen Ue und u_A in die ihnen proportionalen Ströme fe und i_A umgewandelt. Das Schaltglied 3 besteht aus einer Transistorkippstufe, die im wesentlichen aus den beiden Transistoren p$ und pt, sowie aus dem Kondensator fc und den beiden Widerständen η s, ne besteht An der Basis des Transistors p$ werden die Ströme /f, Ia und der Vorstrom iv, der durch den Widerstand r₎₉ festgelegt wird, summiert. Der Transistor ps bleibt gesperrt, solange der Strom i_A kleiner ist als die Summe der Ströme /fund iv- Die Signalspannung üsam Ausgang des Schaltgliedes 3 ist dann Null. Wird der Strom i_A jedoch größer als die Summe der Ströme ie und /V — das ist dann der Fall, wenn sich die Eingangsspannung ue schneller ändert als sich die Ausgangsspannung u_A ändern kann — kippt die aus den Transistoren ps und pt gebildete Kippstufe um, und die Signalspannung Us am Ausgang des Schaltgüedes 3 springt auf einen Wert, der wesentlich größer als Null ist.

Die vorstehend beschriebene Anordnung ist zur Überwachung der Änderungsgeschwindigkeit bei kleiner werdender Verbraucherspannung, wie beim Auftreten eines Kurzschlusses, geeignet. In einfacher Weise läßt sich aber statt der Abfall- auch die Anstieggeschwindigkeit überwachen, wenn die Richtung der Diodenanordnung /74 und entsprechend die des Vorstromes umgekehrt wird. Auf diese Weise kann auch die Polarität der Eingangsspannung u_c geändert werden. Die Änderungsgeschwindigkeit läßt sich auch in beiden Richtungen überwachen, wenn anstelle einer einfachen Diode O₄ eine aus vier Dioden bestehende Diodenbrükke eingesetzt wird. Für die beiden letzten Fälle muß die Einrichtung für die Erfassung der Summe der Ströme /> und /Ά entsprechend angepaßt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erfassung des Kurzschlusses eines an einer Versorgungsspannung liegenden elektrischen Verbrauchers mit einer Einrichtung, die einen sprungartigen Einbruch einer der Verbraucherspannung proportionalen Meßspannung erfaßt und die daraus ein den Verbraucher abschaltendes Signal ableitet und einem Schaltglied zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß

— die Einrichtung einen Kondensator (k\) enthält, der über eine in Sperrichtung gepclte Diode (ru) an die Meßspannung angeschlossen und von dieser aufladbar ist,

— die Diode (m) aus einem Stromkonstanthalter (P2, 113, n, r% Γ21) mit einem einstellbaren konstanten Vorstrom in Durchlaßrichtung beaufschlagt ist, welcher Vorstrom derart bemessen ist, daß bei einer Änderung der Meßspannung über die Diode (n*) höchstens ein in Höhe des Vorstromes begrenzter Ladestrom, entsprechend einer betriebsmäßigen möglichen Änderung der Versorgungsspannung in den Kondensator (k\) fließt und

— eine Vergleichseinrichtung (^₃, γμ, Αθ) vorhanden ist, die die Spannung am Kondensator (k\) mit der Versorgungsspannung vergleicht, und die bei auftretender Differenz das Schaltglied (3) ansteuert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (k\) jeweils über einen als Impedanzwandler wirkenden Transistor (p\, pi) mit der am elektrischen Verbraucher liegenden Spannung (u_e) bzw. mit der die Polarität umkehrenden Transistorstufe (p<) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltglied (3) eine Transistorkippstufe (p$, pt) vorgesehen ist, deren Eingang über ohmsche Widerstände (n₃, γη) sowohl mit der am elektrischen Verbraucher liegenden Spannung (u_e) als auch mit der in der Polarität umgekehrten Kondensatorspannung (uii) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als vorgestromte Diodenanordnung eine aus vier Dioden bestehende Diodenbrücke vorgesehen ist.