DE2035628C3

DE2035628C3 - Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Wechselspannungsnetzes

Info

Publication number: DE2035628C3
Application number: DE2035628A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Hino Tokio Tochitani (Japan)
Original assignee: Yokogawa Electric Works Ltd
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1970-07-09
Filing date: 1970-07-17
Publication date: 1974-03-21
Also published as: DE2035628A1; US3611162A; GB1254975A; DE2035628B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsan-Ordnung zur Überwachung eines Wechselspannungsnetzes, mit einem an das Wechselspannungsnetz angcschlossenen Gleichrichter, mit einem ersten an den Gleichrichter angeschlossenen Schmitt-Triggir, durch den ein Impuls erzeugbar ist, wenn die Halbwellenspannung am Ausgang des Gleichrichters einen voroeßebenen ersten Wert erreicht, mit einem zweiten an den Gleichrichter angeschlossenen Schmitt-Trigger durch den ein ein ODER-Gatter beaufschlagende Impuls erzeugbar ist, wenn die HalbwellenspannwiiR einen vorgegebenen zweiten Wert erreicht, der kleiiur als der erste ist, und mit einem bistabilen K-ippglied, dessen Setzeingang mit dem Ausgang des ersten Schmitt-Triggers verbunden ist, dessen Rüeksetzemgang von dem zweiten Schmitt-Trigger steuerbar ist und dessen Ausgang mit dem ODER-Gatter verbunden ist, an dessen Ausgang im Fehlerfall ein Signal abnehmbar ist.

Es ist eine Schaltungsanordnung dieser Art bekannt, die zur Überwachung von Maximal- oder Minimal-Werten einer Wechse'stromgröße, vorzugsweise für eigensichere Anlagen, ausgebildet ist (deutsche Auslegeschrift I 170 052). Als bistabiles Kippglied dient hier ein dominierend löschender Speicher. Das Ausgangssignal des ersten Triggers liegt am Setzeingang des dominierend löschenden Speichers, während das Ausgangssignal des anderen Triggers über ein richtungsabhängiges Differenzierglied auf den Löscheingang des dominierend löschenden Speichers geschaltet ist. Diese bekannte Schaltungsanordnung erfaßt nur Spannungsabweicininger. und arbeitet im übrigen frequenzunabhär.gig. Außerdem ist, wenn ein Netzausfall bei bestimmten Zuständen auftritt, die Anzeigezeit verhältnismäßig lang.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsan-Ordnung zur Überwachung von Wechselspannungsnetzen zu schaffen, mit der sowohl Spannungs- als auch Frequenzabweichungen innerhalb äußerst kurzer Zeit erfaßt werden können.

Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs gcnannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen dem zweiten Schmitt-Trigger und dem Rücksetzeingang des bistabilen Kippgliedes ein erstes monostabiles Kippglied geschaltet ist, das in Abhängigkeit von der Abstiegsflanke des Impulses des zweiten Schmitt-Triggers einen Impuls : on konstanter NullSpannungsimpulsbreite (Abstand zwischen der Absticgsflanke eines Impulses und der Anstiegsflanke des nächsten Impulses) erzeugt, der bei normaler Netzfrequenz breiter ist als die Nullspannungsimpulsbreite des zweiten Schmitt-Triggers und dessen Absticgsflanke das bistabile Kippglied zurücksetzt, daß zwischen dem zweiten Schmitt-Trigger und dem ODER-Gatter ein zweites monostabiles Kippglied geschaltet ist, das in Abhängigkeit von der Anstiegsflanke des Impulses des zweiten Schmitt-Triggers Impulse konstanter Breite erzeugt, die bei normaler Netzfrequenz größer ist als die Nullspannungsimpulsbreite des bistabilen Kippgliedes, und daß der Impuls des zweiten monostabilen Kippgliedes Null ist, wenn der Impuls des zweiten Schmitt-Triggers Null ist. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können sowohl Spannungs- als auch Frequenzabweichungen in einem Wechselspannungsnetz innerhalb äußerst kurzer Zeit erfaßt werden. Es können z. B. Abweichungen innerhalb einem Zehntel einer Periode erlaßt werden. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist insbesondere zur Überwachung von Wechselspannungsnetzen geeignet, die zur Speisung von Hechenanlagen dienen. Innerhalb kürzester Zeit kann bei einer unerwünschten Änderung im Wechselspannungsversorgungsnetz ein Notstromaggregat in Betrieb gesetzt werden, um die gewünschte Versorgung sicherzustellen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist

darin zu sehen, daß ein dritter mit dem Gleichrichter OPER-Guiters G eingespeist werden. Die Schaltungs-

verbundener Schmitt-Trigger vorgesehen ist, der einen anordnung ist so ausgelegt, daß die Nullspannungs-

Impuls erzeugt, wenn die Halbwellenspannung einen impulsbreite 7^. der Ausgangsimpulse des ersten mono-

dritten Wert erreicht, der höher liegt als der erste stabilen Kippgliedes MM₁ (Fig. 2d) größer ist als die

Wert, und daß der dritte Schmitt-Trigger mit dem 5 Nullspannungsimpulsbreite T₁ des zweiten Schrnut-

Rücksetzeingang des bistabilen Kippgliedes verbunden Triggers ST, (Fig. 2c) bei normaler Netzfrequenz. Das

ist, Ausgangssignal des zweiten Schmitt-Triggers ST« ge-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nach- langt auch auf das zweite monostabile Kippglied AZAZ₂,

folgend an Hand der Zeichnung näher erläutert, das Impulse mit konstanter Breite T₃ (Fig. 2e) erzeug-,

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des Ausführungs- io die als zweites Eingangssignal dem ODER-Gatter zu-

beispiels; geführt werden. Die Breite 7₃ der Ausgangsimpulse

Fig. 2 zeigt verschiedene Kurvendiagramme zur des zweiten monostabilen Kippgliedes MM₁ ist so

Darstellung der Wirkungsweise der Schaltungsanord- gewählt, daß sie bei normaler Netzfrequenz größer ist

nung nach Fig. 1. als der Abstand der Impulse, wie in den Fig. 2e und 2f

In Fig. 1 ist ein Wcchselspannungsnetz £ üblicher 15 gezeigt. Im fehlerfreien Zustand hat das Ausgangssignal Frequenz gezeigt, das eine Last, z. B. einen elektro- des ODER-Gatters Geinen konstanten Pegel (Fig. 2g). nischen Rechner (nicht gezeigt), versorgt. Die Netz- Es sei angenommen, daß ein Netzausfall zum Zeitspannung liegt über einen Transformator an einem punkt I₁ auftritt, dann wird das Ausgangssignal des Zweiweggleichrichter R, dessen gleichgerichtete Aus- zweiten Schmitt-Triggers ST₂ zu Null (Fig. 2c), so daß gangsspannung den Eingängen eines ersten Schmitt- 20 auch das Ausgangssignal des zweiten monostabilen Triggers ST₁ und eines zweiten Schmitt-Triggers S7'₂ Kippgliedes MM₂ TsIuIl wirci <^cig. 2e). Da bereits das zugeführt wird. Das Ausgangssignal des ersten Schmitt- bistabile Kippglied FF zurückgesetzt und am Ausgang Triggers Sr₁ gelangt an den Setzeingar.g eines bista- Null anliegt (Fig. 2f), liegen jetzt beide Eingänge des bilen Kippglieds FF. Das Ausgangssignal des bistabilen ODER-Gaiiers G ebenfalls auf Null, wodurch dessen Kippgliedes FF wird an ein ODER-Gatter G als Ein- 25 Ausgangssignal zu Null wird, was den Ausfall der gangssignal m>t dem Pegel 1 angelegt. Das Aus- Netzspannung anzeigt (Fig. 2g).
gangssignal des zweiten Schmitt-Triggers ST., wird an Fällt die Netzspannung zum Zeitpunkt I₂ nach ein erstes monostabiles Kippglied AZA-Z₁ gelegt, dessen Erreichen des höchsten Netzspannungswertes aus. Ausgangssignal auf den Rücksetzeingang des bistabilen wird das Ausgangssignal des zweiten Schmitt-Triggers Kippglieds FF gegeben wird. Das Ausgangssignal des 30 ST₂ zu diesem Zeitpunkt zu Null (Fig. 2c). Der Auszweitcn Schmitt-Triggers ST₂ gelangt auch an Ein- gang des zweiten monostabilen Kippgliedes AZAZ₂ begangsklemmen 1 und 2 eines zweiten monostabilen trägt bereits Null (Fig. 2e). Da jedoch das bistabile Kippgliedes /VZAZ₂, dessen Ausgang mit einer anderen Kippglied FF durch das Ausgangssignal des ersten Eingangsklemme des ODER-Tores G verbunden ist. Schmitt-Triggers ST₁ zur Erzeugung eines Ausgangs-Das zweite monostabile Kippglied MM₂ ist so ge- 35 signals gesetzt wurde, gibt das ODER-Gatter G zuschaltet, daß es ein Nullspannungssignal erzeugt, wenn nächst kein den Ausfall anzeigendes Überwachungsdas Ausgangssignal des zweiten Schmitt-Triggers S7"₂ signal ab. Wenn der Ausgang des zweiten Schmitt-Null wird. Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Triggers ST₂ Null wird, so erzeugt das erste mono-Schaltur.^steile werden durch eine nicht gezeigte Gleich- stabile Kippglied AZAZ₁ einen Impuls mit der Nullspannungsquelle mit einer vorbestimmten Zeitkon- 10 Spannungsimpulsbreite T₂ in Abhängigkeit von der stante versorgt. Abstiegsflanke des Ausgangsimpulses des zweiten

Fig. 2 zeigt die Arbeitsweise der Schaltungsanord- Schmitt-Triggers ST₂ (Fig. 2d). Mit der Abstiegsflanke nung nach Fig. 1 an Hand des Verlaufs der Ausgangs- des Ausgangsimpulses des ersten monostabilen Kippsignale der einzelnen Schaltelemente. Die voll gleich- glicdcs MM₁ wird das bistabile Glied FF zurückgegerichte'.e Spannung vom Gleichrichter nach Fig. 2a 45 setzt, und an seinem Ausgang liegt Null (Fig. 2f). Da gelangt zum ersten und zweiten Schmitt-Trigger Sr₁ das ODER-Gatter G kein Ausgangssignal abgibt, und ST₂. Der erste Schmitt-Trigger SF₁ erzeugt in wenn beide Eingänge Null sind, wird der Ausgang des Abhängigkeit von dieser-Spannung einen Impuls, wenn ODER-Gatters Null, wodurch wiederum der Ausfall die Halbwellenspam ung einen ersten Wert erreicht, der Netzspannung angezeigt wird (Fig. 2g). Wenn wie in Fig. 2b gezeigt, und setzt das bistabile Kipp- 50 also ein Ausfall der Netzspannung nach dem Scheitelglied FF(FIg. 2f) mit der Anstiegsflanke des Impulses, wert der Spannung auftritt, wird er auf diese Weise während der zweite Schmitt-Trigger ST₂ einen Null· etwas später erkannt als die Zeitdauer, die der Nullspannungsimpuls erzeugt, wenn die Halbwcllcnspan- Spannungsimpulsbreite T₂ der Impulse des ersten nung einen zweiten niedrigeren Wert erreicht, wie in monostabilen Kippglieds /VZAZ₁ entspricht. Diese Im-Fig. 2c gezeigt. Die Nullspannungsimpulsbreite des 55 pulsbreite T₂ ist etwa 0.1 der Periode der Netzspannung, zweiten Schmitt-Triggers ST₂, d. h. der Abstand zwi- Da dieses Zeitintervall erheblich kleiner ist als die sehen der absteigenden Flanke eines Impulses und der Zeitkonsta .te, mit welcher die GleichspannurgsqueUe Anstiegsflanke des nächsten Impulses, ist durch T₁ die verschiedenen Schaltelemente beaufschlagt, können dargestellt. Nach Fig. 2d erzeugt das erste mono- diese während dieses Intervalls stetig arbeiten,
stabile Kippglied AZAZ₁ einen Nullspannungsimpuls 60 Fällt die Netzspnanung unter den Wert V₁, so ermit konstanter Breite T₂ in Abhängigkeit von der zeugt der erste Schmitt-Trigger ST₁ keinen Ausgangs-Abstiegsflanke des Impulses des zweiten Schmitt- impuls, so daß das bistabile Glied FF nicht gesetzt und Triggers ST₂, so daß das Kippglied FF mit der Ab- sein dem ODER-Gatter Geingespeistes Ausgangssignal Stiegsflanke des Impulses des ersten monostabilen auf Null bleiben wird. Wenn der Ausgangsimpuls des Kippgliedes AZAf₁ ?urückgesetzt wird. Da, wie vor- 65 zweiten monostabilen Gliedes AZAZ₂ Null wird, wird stehend beschrieben, das bislabile Kippglied FF durch auch das Ausgangssignal des ODER-Gatters Null, die in Fig. 2b beze'pten Impulse gesetzt wird, erzeugt Man kann die zulässige untere Grenze der Netzes Impulse gemäß Fig. 2f, die in einen Eingang des spannung durch Einstellung der Ansprechschwelle V_x

des ersten Schmitt-Triggers ST_{ einstellen. Wenn ein dritter Schmitt-Trigger ST₃ mit einer höheren Ansprechschwelle als K₁ des ersten Schmitt-Triggers .ST₁ zum Zurücksetzen des bistabilen Kippgliedcs FF hinzukommt, läßt sich ein Überwachungssignal auch für den anormalen Zustand erzeugen, in dem die Netzspannung überdurchschnittlich erhöht eine zulässige Obergrenze überschreitet.

Bei einer Frequenzverringerung der Netzspannung wird die Nullspannungsimpulsbreitc T₁ der Ausgangsimpulse des zweiten Schmitt-Triggers ST₂ größer als die konstante Nullspannungsimpulsbreitc T₂ der Ausgangsimpulse des ersten monostabilen Kippglieds MM₁, so daß die beiden Eingangssignale des ODER-Gutters G gleichzeitig und auch dessen Ausgangssignal Null werden Der Abstand zwischen den Ausgangsimpulsen des ersten Schmitt-Triggers ST₁ ist vergrößert, und das bistabile Kippglied FF wird später beaufschlagt als die Abstiegsflanke des Ausgangsimpulses des zweiten monostabilen Kippgliedcs MM₂ auftritt, wodurch die beiden an den Eingängen des ODER-Gatters C anliegenden Signale Null werden. Die zulässige Untergrenze der Frequenz kann durch ίο das erste und zweite monostabil Kippglied MM₁ bzw. MM₂ vorgegeben werden.

Obwohl im vorstehenden Beispiel eine Zweigwcgglcichrichtung vorgenommen wird, kann auch ein Einweggleichrichtcr verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1, Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Wechselspannungsnetzes, mit einem an das Wechselspannungsnetz angeschlossenen Gleichrichter, mit einem ersten an den Gleichrichter angeschlossencn Schmitt-Trigger, durch den ein Impuls erzeugbar ist, wenn die Halbwellenspannung am Ausgang des Gleichrichters einen vorgegebenen ersten Wert erreicht, mit einem zweiten an den Gleichrichter angeschlossenen Schmitt-Trigger, durch den ein ein ODER-Gatter beaufschlagender Impuls erzeugbar ist, wenn die Halbwellenspannung einen vorgegebenen zweiten Wert erreicht, der kleiner als der erste ist, und mit einem bistabilen Kippglied, dessen Setzeingang mit dem Ausgang des ersten Schmitt-Triggers verbunden ist, dessen Rücksetzeingang von dem zweiten Schmitt-Trigger steuerbar ist und dessen Ausgang mit dem ODER-Gatter verbunden ist, an dessen Ausgang im Fehlerfall ein Signal abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten Schmitt-Trigger (ST₂) und dem Rücksetzeingang des bistabilen Kippgliedes (FF) ein erstes monostabiles Kippglied (MM₁) geschaltet ist, das in Abhängig kcit von der Abstiegsflanke des Impulses des zweiten Schmitt-Triggers (STo) einen Impuls von konstanter Nullspannungsinipulsbreite (Abstand zwischen der Abstiegsflanke eines Impulses und der Ansuegsflanke des nächsten Impulses = T₂) erzeugt, der bei normaler Netzfrequcnz breiter ist als die Nullspannungsimpulsbreite (T₁) des zweiten Schmitt-Triggers ST₂) und dessen Abstiegsflanke das bistabile Kippglied (FF) zurücksetzt, daß zwischen dem zweiten Schmitt-Trigger (ST₂) und dem ODER-Gatter (G) ein zweites monostabiles Kippglied (MM₂) geschaltet ist, das in Abhängigkeit von der Anstiegsflanke des Impulses des zweiten Schmitt-Triggers (ST₂) Impulse konstanter Breite (T₃) erzeugt, die bei normaler Netzfrequenz größer ist als die Nullspannungsimpulsbreite dc> bistabilen Kippgliedes (FF), und daß der Impuls des zweiten monostabilen Kippgliedes (MM₂) Null ist, wenn der Impuls des zweiten Schmitt-Triggers (ST„) Null ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter mit dem Gleichrichter (R) verbundener Schmitt-Trigger (ST₃) vorgesehen ist, durch den ein Impuls erzeugbar ist, wenn die Halbwellenspannung einen dritten Wert erreicht, der höher liegt als der erste Wert, und daß der dritte Schmitt-Trigger (ST₃) mit dem Rücksetzeingang des bistabilen Kippgliedes (FF) verbunden ist.