DE19726639A1

DE19726639A1 - Electronic over-current release for power switch

Info

Publication number: DE19726639A1
Application number: DE1997126639
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Roehl; Ulrich Baumgaertl; Holger Dipl Ing Hochgraef
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-06-18
Filing date: 1997-06-18
Publication date: 1998-12-24

Abstract

The over-current release includes a microprocessor circuit (M) for the control of a release element (A) of a power switch (LS) due to an evaluation of measured currents and fixed parameters. A clock generator (TI) includes a crystal oscillator (Q) controlling the operation of the microprocessor circuit. The clock generator contains in addition to the crystal oscillator a free-running oscillating oscillator (F), whereby the crystal oscillator or the free- running oscillating oscillator of the clock generator are selectively supplied to the microprocessor circuit through a switching arrangement (U) controlled preferably by an amplitude comparator (K).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Überstromauslöser für einen Leistungsschalter, mit einer Mikroprozessor schaltung zur Steuerung eines Auslöserorgans des Leistungs schalters aufgrund einer Bewertung gemessener Ströme und vorgegebener Parameter sowie mit einem den Betrieb der Mikroprozessorschaltung steuernden, einen Quarzoszillator aufweisenden Taktgenerator.The invention relates to an electronic overcurrent release for a circuit breaker, with a microprocessor circuit for controlling a trigger element of the power switch based on an assessment of measured currents and specified parameters and with a the operation of the Microprocessor circuit controlling a crystal oscillator having clock generator.

Überstromauslöser der genannten Art sind in zahlreichen Ausführungen bekannt. Lediglich als Beispiele werden die WO 97/08725, DE 35 05 818 A1 sowie US 5 331 500 A genannt. Hierbei ist der Quarzoszillator ein Hauptbestandteil eines Taktgenerators, der den Betrieb des Mikroprozessors steuert. Je nach der Art des benutzten Mikroprozessors liegt dabei die Taktfrequenz im Bereich einiger Megahertz oder einiger 10 Megahertz.Overcurrent releases of the type mentioned are numerous Executions known. They are used only as examples WO 97/08725, DE 35 05 818 A1 and US 5 331 500 A mentioned. Here, the quartz oscillator is a main component of a Clock generator that controls the operation of the microprocessor. Depending on the type of microprocessor used, the Clock frequency in the range of a few megahertz or a few 10 Megahertz.

Die Energie zum Betrieb eines elektronischen Überstromaus lösers wird in der Regel mit Hilfe der Stromwandler gewonnen, die zur Bereitstellung von Meßsignalen entsprechend den zu überwachenden Phasenströmen vorgesehen sind. Fließen keine Ströme in den Phasenleitern, wie dies im Ausschaltzustand eines Leistungsschalters der Fall ist, so ist der Über stromauslöser nicht aktiv. Sobald der Leistungsschalter eingeschaltet wird und ein wenn auch geringer Laststrom fließt, steht eine Hilfsenergie zum Betrieb des Überstrom auslösers zur Verfügung. Dieser übernimmt dann die Über wachung der Ströme. Allerdings ist die Mikroprozessor schaltung erst mit einer gewissen Verzögerung nach dem Anlegen der Hilfsenergie arbeitsbereit. Dies hängt insbesondere mit der Bereitstellung der für den Betrieb des Mikroprozessors benötigten Taktfrequenz zusammen, die von dem Quarzoszillator des Taktgenerators erzeugt wird. Erfahrungs gemäß benötigt der Taktgenerator einer Mikroprozessor schaltung etwa 10 bis 30 ms, um aus dem Ruhezustand hochzulaufen und eine konstante Taktfrequenz zum Betrieb des Mikroprozessors bereitzustellen.The energy to operate an electronic overcurrent solver is usually obtained with the help of current transformers, to provide measurement signals according to the monitoring phase currents are provided. No flow Currents in the phase conductors, like this when switched off of a circuit breaker is the case current release not active. Once the circuit breaker is switched on and a load current, albeit low flows, there is an auxiliary energy to operate the overcurrent trigger available. This then takes over watch over the currents. However, the microprocessor is switching only after a certain delay after Application of auxiliary energy ready for work. This depends especially with the provision of for the operation of the Microprocessor required clock frequency together, by that Quartz oscillator of the clock generator is generated. Experience the clock generator requires a microprocessor circuit about 10 to 30 ms to get out of hibernation run up and a constant clock frequency to operate the To provide microprocessor.

Der genannte Zeitraum von etwa 10 bis 30 ms kann sich störend auf die Schutzwirkung des Überstromauslösers auswirken, wenn ein Leistungsschalter mit nicht aktivem Überstromauslöser auf einen Kurzschluß eingeschaltet wird. In diesem Fall ist eine sofortige Auslösung erwünscht, die mit einer lediglich durch die mechanische Eigenzeit des Leistungsschalters bedingten Verzögerung von wenigen ms erfolgen soll. Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, die erläuterte Verzögerung durch das Hochlaufen des Taktgenerators für die Mikroprozessorschaltung zu vermeiden.The mentioned period of about 10 to 30 ms can be disruptive affect the protective effect of the overcurrent release if a circuit breaker with an inactive overcurrent release a short circuit is turned on. In this case it is Immediate triggering is desired, with only one the mechanical intrinsic time of the circuit breaker Delay of a few ms. The invention lies on this basis, the task explained Delay due to the start-up of the clock generator for the Avoid microprocessor circuit.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zusätzlich zu dem Quarzoszillator ein freischwingender Oszillator vorgesehen ist.According to the invention, this object is achieved in that in addition to the quartz oscillator a free-swinging Oscillator is provided.

Ein solcher freischwingender Oszillator ist mit verhältnis mäßig geringen Aufwand, d. h. mit wenigen zusätzlichen Bauelementen, zu verwirklichen. Obwohl ein solcher einfacher Oszillator eine wesentlich geringere Stabilität und Genauig keit der Taktfrequenz als ein Quarzoszillator aufweist, erweist es sich, daß die auf diese Weise erzeugten relativ ungenauen Taktsignale dennoch ausreichen, den Mikroprozessor in sofortige Betriebsbereitschaft zu versetzen und im Bedarfsfall die erwünschte unverzögerte Auslösung des Leistungsschalters zu bewirken.Such a free-swinging oscillator is with proportion moderately low effort, d. H. with few additional Components to realize. Although such an easier one Oscillator a much lower stability and accuracy speed of the clock frequency as a crystal oscillator, it turns out that the so produced relative imprecise clock signals are still sufficient, the microprocessor to put it into operational readiness immediately and in If necessary, the desired instantaneous triggering of the Circuit breaker.

Der zusätzliche freischwingende Oszillator ist daher bei der Einschaltung des Leistungsschalters unmittelbar wirksam. Die erwünschte anschließende Überleitung des Mikroprozessors in einen stabilen Dauerbetrieb mit konstanter Taktfrequenz kann nach einer Ausgestaltung einer Erfindung dadurch geschehen, daß der Quarzoszillator oder der freischwingende Oszillator mittels einer durch einen Amplitudenkomparator gesteuerten Umschalteinrichtung an den Mikroprozessor anlegbar sind. Der Amplitudenkomparator erkennt den Zeitpunkt, zu dem der Quarzoszillator hochgelaufen ist und sich in konstantem Betrieb befindet. Durch die Umschalteinrichtung wird dann der Takteingang des Mikroprozessors von dem frei schwingenden Oszillator getrennt und statt dessen mit dem Quarzoszillator verbunden.The additional free-swinging oscillator is therefore part of the The circuit breaker is activated immediately. The desired subsequent transfer of the microprocessor to stable continuous operation with constant clock frequency according to an embodiment of an invention, that the quartz oscillator or the free-running oscillator by means of a controlled by an amplitude comparator Switching device can be applied to the microprocessor. Of the Amplitude comparator recognizes the point in time at which the Quartz oscillator has started up and is in constant Operation. The switching device then the Clock input of the microprocessor from the freely vibrating Separate oscillator and instead with the quartz oscillator connected.

Die Benutzung einer gesonderten Umschalteinrichtung kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch vermieden werden, daß zwischen den Quarzoszillator und die Mikro prozessorschaltung eine Reihenschaltung aus einer Kapazität und einem Schmitt-Trigger geschaltet ist und daß vom Ausgang des Schmitt-Triggers zu dessen Eingang ein Widerstand als Rückkopplung geschaltet ist. Hierbei wird der freischwingende Oszillator durch den Schmitt-Trigger in Verbindung mit dem Rückkopplungswiderstand gebildet. Ist der Quarzoszillator hochgelaufen, wird die durch den Schmitt-Trigger und den Rückkopplungswiderstand gebildete Hilfsoszillator unwirksam und der Mikroprozessor erhält die von dem Quarzoszillator bereitgestellten Taktsignale.The use of a separate switchover device can avoided a further embodiment of the invention be that between the crystal oscillator and the micro processor circuit a series connection of a capacitance and a Schmitt trigger is switched and that from the output of the Schmitt trigger to its input a resistance as Feedback is switched. This is the free-swinging Oscillator through the Schmitt trigger in conjunction with the Feedback resistor formed. Is the quartz oscillator is ramped up by the Schmitt trigger and the Feedback resistor formed auxiliary oscillator ineffective and the microprocessor receives that from the crystal oscillator provided clock signals.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is described below with reference to the figures illustrated embodiments explained in more detail.

Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Leistungs schalters mit einem elektronischen Überstromauslöser. Fig. 1 shows a block diagram of a power switch with an electronic overcurrent release.

Die Fig. 2 zeigt gleichfalls als Blockschaltbild ein erstes Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines zusätzlichen Oszillators und einer Umschalteinrichtung. FIG. 2 also shows a first exemplary embodiment as a block diagram using an additional oscillator and a switching device.

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein Quarzoszillator nach seinem Hochlaufen selbsttätig wirksam wird. FIG. 3 shows a further exemplary embodiment in which a quartz oscillator becomes active automatically after it has started up.

In dem Blockschaltbild gemäß der Fig. 1 sind den Phasenleitern L1, L2 und L3 eines Leistungsschalters LS Stromwandler W1, W2 und W3 zugeordnet. In jedem der Phasenleiter L1, L2 und L3 befindet sich eine Schaltkontakt anordnung S1, S2 und S3. Eine durch die Stromwandler W1, W2 und W3 gespeiste Versorgungsschaltung V stellt eine Hilfsenergie zum Betrieb einer Mikroprozessorschaltung M und eines die Mikroprozessorschaltung M steuernden Taktgenerators T bereit. Auch werden der Mikroprozessorschaltung M durch die Versorgungsschaltung V Stromsignale zur Verfügung gestellt, die mit vorgegebenen Parametern verglichen werden, um beim Überschreiten von Grenzwerten ein Auslöseorgan A zu betätigen, welches die Schaltkontakte S1, S2 und S3 des Leistungsschalters LS aus ihrer Einschaltstellung in die Ausschaltstellung überführt. Einzelheiten einer ersten Ausführungsform eines Taktgenerators T werden nun anhand der Fig. 2 erläutert.In the block diagram according to FIG. 1, the phase conductors L1, L2 and L3 of a circuit breaker LS are assigned current transformers W1, W2 and W3. In each of the phase conductors L1, L2 and L3 there is a switch contact arrangement S1, S2 and S3. A supply circuit V fed by the current transformers W1, W2 and W3 provides auxiliary energy for operating a microprocessor circuit M and a clock generator T controlling the microprocessor circuit M. The microprocessor circuit M is also provided with current signals by the supply circuit V, which are compared with predetermined parameters in order to actuate a triggering element A when limit values are exceeded, which transfers the switching contacts S1, S2 and S3 of the circuit breaker LS from their switched-on position to the switched-off position . Details of a first embodiment of a clock generator T will now be explained with reference to FIG. 2.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, enthält der Taktgenerator T außer einem Quarzoszillator Q einen frei schwingenden Oszillator F. Die Oszillatoren Q und F sind mit einer Um schalteinrichtung U verbunden, die durch einen Amplituden komparator K gesteuert ist.As can be seen in FIG. 2, the clock generator T contains, in addition to a quartz oscillator Q, a freely oscillating oscillator F. The oscillators Q and F are connected to a switching device U, which is controlled by an amplitude comparator K.

Im Anfangszustand wird die Mikroprozessorschaltung M mit der Taktfrequenz versorgt, die von dem freischwingenden Oszillator F praktisch unverzögert bereitgestellt wird. Damit ist die Mikroprozessorschaltung M betriebsbereit. Zugleich beginnt der Hochlauf des Quarzoszillators Q. Sobald der Amplitudenkomparator K erkennt, daß der Quarzoszillator Q seinen stabilen Betriebszustand erreicht hat, betätigt er die Umschalteinrichtung U, so daß nun die von dem Quarzoszillator Q erzeugten Taktsignale der Mikroprozessorschaltung zugeführt werden.In the initial state, the microprocessor circuit M with the Clock frequency supplied by the free-swinging Oscillator F is provided practically instantaneously. In order to the microprocessor circuit M is ready for operation. At the same time starts the quartz oscillator Q. As soon as the Amplitude comparator K recognizes that the crystal oscillator Q has reached its stable operating state, it operates the Switching device U, so that now from the quartz oscillator Q generated clock signals supplied to the microprocessor circuit will.

Gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 3 wird eine gesondere Umschalteinrichtung nicht benötigt. Hierzu ist zwischen den Quarzoszillator Q und den entsprechenden Eingang der Mikroprozessorschaltung M eine Reihenschaltung einer Kapazität C und eines Schmitt-Triggers S geschaltet. Ferner ist der Schmitt-Trigger S mit einem Rückkopplungswiderstand R versehen. According to the further exemplary embodiment according to FIG. 3, a special switching device is not required. For this purpose, a series connection of a capacitance C and a Schmitt trigger S is connected between the quartz oscillator Q and the corresponding input of the microprocessor circuit M. Furthermore, the Schmitt trigger S is provided with a feedback resistor R.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Fig. 3 wirkt in der Weise, daß der Schmitt-Trigger S zusammen mit der Kapazität C und dem Rückkopplungswiderstand R einen selbst schwingenden Oszillator bildet, der so lange wirksam ist, wie am Schaltungspunkt E zwischen dem Quarzoszillator Q und der Kapazität C kein Taktsignal anliegt. Sobald der Quarz oszillator Q hochgelaufen ist, verliert die Oszillator schaltung aus S, C und R ihre Wirkung und das Taktsignal des Quarzoszillators Q gelangt über C und S zu der Mikroprozessorschaltung M.The circuit arrangement according to the Fig. 3 acts in such a way that the Schmitt trigger S forms a self-oscillating oscillator together with the capacitance C and the feedback resistor R, which is in effect as long as at node E between the quartz oscillator Q and the capacitance C there is no clock signal. As soon as the quartz oscillator Q has run up, the oscillator circuit from S, C and R loses its effect and the clock signal of the quartz oscillator Q passes via C and S to the microprocessor circuit M.

Claims

1. Electronic overcurrent release for a circuit breaker (LS), with a microprocessor circuit (M) for controlling a triggering element (A) of the circuit breaker (LS) on the basis of an evaluation of measured currents and predetermined parameters and with a control of the operation of the microprocessor circuit (M) a clock generator (T) having a quartz oscillator (Q), characterized in that the clock generator (T) contains, in addition to the quartz oscillator (Q), a freely oscillating oscillator (F; S, C, R).

2. Overcurrent release according to claim 1, characterized in that the quartz oscillator (Q) or the free-running oscillator (F) of the clock generator (T) by means of a Amplitude comparator (K) controlled switching device (U) can be applied to the microprocessor circuit (M).

3. Overcurrent release according to claim 1, characterized in that between the crystal oscillator (Q) and the microprocessor circuit (M) a series connection of a capacitance (C) and a Schmitt trigger (T) is switched and that from the output of the Schmitt trigger (T) to the input of which a resistor (R) is switched as feedback.