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ANORDNUNG ZUR UBERWACHUNG EINER ELEKTRISCHEN SPANNUNG Die Erfindung
betrifft eine Anordnung zur Uberwachung einer elektrischen Spannung auf langsames
Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes oder plötzlIchen Zusammenbruch.
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Logische Schaltungen verlangen oft von den sie speisenden Stromversorgungsgeräten,
daß im Fall eines Netzspannungsausfalles oder bei Unterschreiten eines bestimmten
vorgegebenen Wertes eine Benachrichtigung erfolgt. Dieses Signal ermöglicht das
Anlaufen eines Rettungsprogrammes, welches eine Abspeicherung aller wichtigen Informationen
vornimmt, mit denen gerade gearbeitet wird. Diese Daten stehen dann wieder zur Verfugung,
wenn die Primärspannung des Stromversorgungsgerätes wieder allen Anforderungen genügt.
Nach Ausfall der Primärspannung des Stromversorgungsgerätes müssen die meist sehr
eng tolerierten Loglkspannungen solange über Puffer-Kondensatoren und Regler im
vorgegebenen Toleranzfeld bleiben, bis die Informationen abgespeichert sind. Ist
die Erkennungszelt für einen Spannungszusammenbruch oder ein Unterschreiten eines
bestimmten Sollwertes groß, so muß das Stromversorgungsgerät mit einer entsprechend
großen Pufferkapazität ausgerüstet sein.
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Es sind Uberwachungsschaltungen bekannt, die die Wechselspannung integrieren
mit einer möglichst kurzen Zeitkonstanten, so daß eine Störung schnel Istmöglich
erkannt wird. Systembedingt ist die Fehlererkennungszeit bei diesen Ausführungen
aber nicht unter lo msek zu erreichen. Die notwendigen Pufferkondensatoren und Regler
erfordern hohe Kosten und großen Raumbedarf.
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Weiter ist eine Lösung bekannt, bei der eine gleichgerichtete Wechselspannung
von Schwellwertschaltern in mehrere Rechtecksignale geformt wird, wobei die positiven
und die negativen Flanken dieser Signale zur Trlggerung von monostabi len Schaltstufen
verwendet werden, deren Ausgangsimpulse als
Speicherimpulse dienen.
Hierbei wird eine Überspannungskontrolle ebenfalls an der gleichgerichteten Wechselspannung
vorgenommen, was für die meisten logischen Schaltungen nicht von Vorteil ist. Dieser
bekannten Schaltung liegt bei größerem materiellen Aufwand eine um den Faktor 2
größere maximale Fehlererkennungszeit zugrunde, als bei der erfindungsgemäßen Anordnung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Fehlererkennungszelt mit möglichst
geringem materiellen Aufwand wesentlich zu verringern, wodurch bei der Pufferung
Kapazitätseinsparungen von mehr als 70 % möglich sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöste daß die zu Überwachende
Spannung entstört, doppelweggleichgerichtet und schrittweise an vorbestimmten Meßstellen
belieblger-Anzahl gemessen und mit vorgesgebenen Sollwerten verglichen wird, ohne
notwendige Ausklammerung der Scheitelpunktsmessung und wobei von den Spannungsnulldurchgängen
getriggerte Zeitglieder mit differenzierter Rückflanke mit den Soli-Istwert-Vergleichen
in UND und deren Ausgänge hernach auf ein ODER (22) geschaltet sind.
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Einzelheiten der Erflndung werden anhand der Figuren eines Ausführungsbeispleles
erläutert.
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In der Zeichnung zeigen: FIG 1 ein Blockschaltblld eines Ausführungsbeispieles
gemäß der Erfindung.
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FIG 2 eine Halbwelle der gleichgerichteten Wechselspannung mit Meßstellen.
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FIG 3 eine Aufstellung der Triggerzeitpunkte der Zeitglieder.
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FIG 4 ein Beispiel eines Zusammenbruchs der Versorgungsspannung.
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FIG 5 ein weiteres Beispiel eines Zusammenbruchs der Versorgungsspannung.
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FIG 6 Realisierung einer Schaltung entsprechend dem Blockschaltbild
in FIG 1.
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In FIG 1 ist ein Transformator 1 mit den Klemmen 1 a und 1 b an die
Primärseite des Transformators oder des magnetischen Spannungskonstanthalters einer
Stromversorgungsanlage geschaltet. Die Sekundärwicklung 1 c kann auch eine Sekundärwicklung
des Transformators oder des magnetischen Spannungskonstanthalters sein. Widerstand
2 und Kondensator S dienen als Siebglied, so daß eine störungsfreie Wechselspannung
zur Verfügung steht Der Doppelweggleichrichter 4 stellt der Impulsformerschaltung
5 und den Soll-Istwert-Vergleichern 13, 14, 15, 16 eine gleichgerichtete Wechselspannung
zur Verfügung Der Impuisformer 5 triggert mit jedem Nulldurchgang der Wechselspannung
oder einem
Spannungszusammenbruch, bedingt durch Störungen, die
Zeitglieder 6, 8, lo, die definierte Laufzeiten haben. Mit den Differenziergliedern
7, 9, 11 erfolgt eine in der Laufzeit gleiche Impulsgebung zum Zeitpunkt der Rückflanke
der entsprechend vorgeschalteten Zeitglieder.
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Die Impulse der Zeitglieder 7, 9, 11 geben die UND - Schaltungen 18,
19, 20, 21 und damit die entsprechenden Vergleichersignale frei. Mittels der Sperrung
17 wird ermöglicht, daß das Zeitglied 7 den beiden Vergleichern 14, 15 zugeordnet
werden kann.
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Die Uberspannungskontrolle 12 wird direkt auf das ODER - Gatter geschaltet.
lontrolilert wird Uber den Anschluß 12 a, der an eine gepufferte Sekundärspannung
angeschlossen Ist. Uberstelgt diese Gleichspannung einen vorbestimmten Wert, so
wird eine Meldung direkt an das ODER - Gatter 22 weitergegeben.
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Eine Fehlermeldung erfolgt durch die ODER - Schaltung 22 am Ausgang
FM.
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Reicht die zur Verfügung stehende Impulsgrdße an FM nicht aus, so
wird ein monostabiler oder bistabiler Multivibrator nachgeschaltet, wobei deren
Ausgänge A bei Anlegen der Spetsespannung definiert gesetzt werden.
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In FIG 2 Ist eine Halbwelle der gleichgerichteten Wechselspannung
am Ausgang des Gleichrichters 4 mit Meßpunkten gezelgt. Messung 500 dient zur Scheitelwertmessung.
Die übrigen lteßpunkte liegen symmetrisch zur Scheitelwertmessung mlt untereinander
gleich großen zeitlichen Intervallen.
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In FIG 3 Ist die Zuordnung Meßpunkt-Zeitglled gezeigt, ebenso sind
die Triggerpunkte der Zeitglleder ersichtlich. Das Zeitglied MF 6 hat eine Messung
an Punkt 125 und 375 zur Folge, die unterschiedlich großen Spannungswerten zugeordnet
sind. Die richtige Zuordnung erfolgt durch die Sperrung 17 (FIG 1).
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In FIG 4 tst ein Versorgungsspannungszusammenbruch Z 1 gezeigt, der
von der Messung 500 als Fehler erkannt und gemeldet wird. Das Zeitgiled 500 wurde
mit'dem Nulldurchgang der Wechselspannung getriggert.
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In FIG 5 ist ein Versorgungsspannungszusammenbruch Z 2 gezeigt, der
eine Triggerung derZeltglieder MF 6, 8, lo zur Folge hat. Das Zeitglied MF 6 hat
die kürzeste Laufzeit, nach deren Beendigung die Vergleicherschaltung 14 abgefragt
wird, welche eine Fehlermeldung FM zur Folge hat.
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In FIG 6 ist elne Schaltungsreailsierung entsprechend dem Blockschaltbild
in FIG 1 darnestellt, Der Transformator 1 wird mit den Kleinen 1 a und 1 b
an
die Primärseite des Transformators oder des magnetischen Spannungskonstanthalters
einer Stromversorgungsanlage geschaltet. Die Sekundärwicklung 1 c kann auch eine
Sekundärwicklung des Transformators oder des magnetischen Spannungskonstanthalters
sein. Widerstand 2 und Kondensator 3 dienen als Siebglled, so daß eine störungsfreie
Wechsel spannung zur Verfügung steht.
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Der Doppelwegglelchrlchter 4 liefert eine gleichgerichtete Wechselspannung.
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Die Impulsformerschaltung 5 Ist aus den Widerständen 5 b, c, d und
dem Trans stor 5 a aufgebaut. Am Kollektor dieses Transistors steht ein positives
Signal an, wenn ein Spannungszusammenbruch am Eingang des Transformators 1 oder
der Nulldurchgang der Primärspannung erfolgt. Dieses positive Signal wird auf den
Eingang des Zeitglledes 6 geschaltet. Das Zeitglied 6 besteht aus dem NOR-Gatter
6 a, dem Kondensator 6 b, dem Widerstand 6 c und dem Inverter 6 d. Wird das Zeitglied
6 angeworfen, so steht am Ausgang des Inverters Silber eine vorgegebene Zeit ein
positives Signal an. Die Rückflanke dieses Signals wird mit dem Differenzierglied
7, bestehend aus dem Kondensator 7 a und dem Widerstand 7 b, differenziert.
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Die Zeitglleder 8, 9 und lo, 11 arbeiten wie die Zeitglleder 6, 7.
Die Inverter 9 a, 11 a dienen lediglich zur Slgnalumkehrung und das Potentlometer
1o a zur zeitlichen Elnstellung der Scheitelwertmessung 5eo.
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Der Ausgang des Gatters 11 a ist auf Je einen Eingang der Eingangs-Gatter
von 6 und 8 geschaltet. Der Ausgang des Gatters 9 a ist auf einen Eingang des Gatters
6 a geschaltet.
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Der 501 l-lstwert-Vergleicher 13 besteht aus dem Potentiometer 13
a, den Widerständen 13 b, d und der Zenerdiode 13 c. An der Anode der Zenerdiode
13 c steht ein positives Signal an, wenn der lstwert der Spannung auf der Leitung
4 a größer ist als der vorgegebene Sollwert. Die Funktion der Vergleicher 14, 15,
16 und 12 ist gleich, wobei die Schaltungen 15 und 16 einfacher sein können.
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Der Sol Illstwert-Verg leicher 12 dient der Uberspannungskontrol le,
wie es bei FIG 1 b s hrieben wurde.
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Die Sperrung j7 besteht aus den NOR-Gattern 17 a, b, c, d, wobei die
Gatter 17 c und 17 d als Flip-Flop geschaltet sind. Die Sperrung 17 verhindert,
daß bei Messung 125 Uber däs Gatter 20 ein Pseudo-Fehler gemeldet wird.
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Ober die Leitung 17 e wird mit Jedem positiven Signal des lmpulsformers
5 der Ausgang des Gatters 17 d auf Null-Signal gesetzt. Ebenso geschieht dies, wenn
auf den Leitungen 17 g und 17 f Nullsignale anstehen. Umgesetzt werden die' Flip-Flop-Ausgänge
von 17 c und 17 d, wenn auf den Leitungen 17 h und 17 g Null-Signale anstehen. Dlese
Schaltung'ermöglicht die wechselseitige Sperrung und Freigabe des Gatters 90.
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Das ODER-Gatter 22 hat am Ausgang FM dann eine Fehlermeldung mit positivem
Signal anstehen, wenn eines der NOR-Gatter 18, 19, 20 oder 21 alle Eingänge mit
Null-Signal belegt hat.
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Die Leitungen Usp sind an eine geglättete und gepufferte positive
Ausgangsspannung des Stromversorgungsgerätes angeschlossen, an dessen Eingang der
Transformator 1 geschaltet ist.
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Im Fehlerfail nach FIG 4 liefert die Vergleicherschaltung 16 an das
NOR-Gatter 21 ein Null-Signal. Der zweite Eingang des Gatters 21 wird zum Zeitpunkt
500 ebenfalls mit Null-Signal beaufschlagt, und diese Fehlermeldung an das ODER-Gatter
22 und damit an den Ausgang FM weitergegeben.
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Die Fehlererkennungszeit (Fehiereintritt bis Meldung) beträgt bei
dem Ausführungsbelspiel maximal 1,25 msek bei einer zu überwachenden Wechselspannung
mit der Frequenz f = 50 sei 1.
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6 PatentansprUche 6 Figuren