DE2228715C2 - Schutzschaltungsanordnung für ein elektrisches System - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltungsanordnung für ein elektrisches System gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Schutzschaltungsanordnung ist aus der Druckschrift »Elin-Zeitschrift«, Jahrgang 17 (1965), Seiten 9 bis 17, bekannt. Die dort beschriebene Schutzschaltungsanordnung erfaßt den an sich von einer Regeleinrichtung geregelten Strom und löscht beim Auftreten eines Uberstroms mit Hilfe einer besonderen Tyristorlöscheinrichtung alle den Motor speisenden Thyristoren. Gleichzeitig wird der Zündsteuersatz blockiert, so daß ein erneutes Zünden der den Motor speisenden Thyristoren unmöglich ist.

Beim Betrieb eines elektrischen Systems gibt es aber auch zahlreiche Anwendungsfälle, bei denen ein überwachter Betriebsparameter seinen Grenzwert überschreitet, ohne daß es sofort erforderlich ist, die gesamte Anlage abzuschalten. Andererseits muß jedoch die Anlage geschützt werden.

So ist es beispielsweise in elektrischen Antriebssystemen mit einstellbarer Drehzahl, wie sie in den als Offenlegungsschriften 21 51 588 und 21 51 589 veröffentlichten Patentanmeldungen beschrieben sind, erforderlich, verschiedene Systemkomponenten einschließlich der Motoren gegen zerstörerische Überstromzustände während der Motor- und Generatorbetriebsarten zu schützen. Dieser Schutz gegenüber einem möglicherweise auftretenden Überstrom sollte aber unabhängig von irgendwelchen anderen Eingangssignalen einschließlich gegebenenfalls vorhandenen Sollwertsignalen erfolgen. Beispielsweise kann bei normalen Betriebsbedingungen ein Sollwertsignal, das von einer Be-

dienungsperson oder einer anderen Befehlsquelle zugeführt wird. Änderungen in der Frequenz und Spannung hervorrufen, die üblicherweise zu einer Erhöhung im Laststrom führen würden. Wird jedoch der Laststrom zu groß, sollte das eingestellte Sollwertsignal von der Antriebsregelung ignoriert und automatisch geeignete Änderungen herbeigeführt werden, um den Strom auf einen annehmbaren Wert herabzusetzen. Auf ähnliche Weise sollten auch andere Betriebsparameter, beispielsweise die Spannung und Motordrehzahl, ebenfalls innerhalb annehmbarer Betriebsbereiche gehalten werden. Überschreiten überwachte Betriebsparameter vorbestimmte Grenzwerte, sollten sie unabhängig von der Polarität und Größo von irgendwelchen anderen, möglicherweise vorhandenen Eingangssignalen korrigiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltungsanordnung der gattungsge-näßen Art so weiterzubilden, daß bei der Überschreitung eines vorbestimmten Grenzwertes durch einen Betriebsparameter auf einfache und schnelle Weise dieser Betriebsparameter auf einen sicheren Wert abgesenkt wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst Gemäß dieser Lösung kommt es bei einer Grenzwertüberschreitung durch einen. Betriebsparameter nicht zu einer Abschaltung des gesamten Systems, sondern es kommt zu einer Übersteuerung aller übrigen Eingangssignale einschließlich von Sollwertsignalen durch das erzeugte Grenzwert-Überschreitungssignal. Obgleich das Grei awert-Überschreitungsstgnal selbst sprungartig auftritt, erfolgt der Eingriff in das elektrische System allmählich, so daß abrupt verlaufende Übergangsvorgänge im System vermieden werden. Sobald der überwachte Betriebsparameter unter seinen vorbestimmten Grenzwert herabgedrückt ist, setzt wieder die normale Regelung oder Steuerung des elektrischen Systems ein. Erwähnt sei an dieser Stelle noch, daß der auf einen überhöhten Wert hin überwachte Betriebsparameter nicht diejenige Größe zu sein braucht, die geregelt - der gesteuert wird.

Die Erfindung findet vorzugsweise Anwendung zur Begrenzung des Motorstroms bei einem drehzahlgeregelten Wechselstrommotor. In Abhängigkeit von einem Überstromsignal der einen Polarität erzeugt der Steuersignalgenerator ein Steuersignal zur Verkleinerung der Frequenz und Spannung der dem Motor zugeführten Wechselstromleistung. Gleichermaßen erzeugt der Steuersignalgenerator in Abhängigkeit von einem Überstromsignal der anderen Polarität ein Steuersignal zur Vergrößerung der Frequenz und Spannung der dem Motor zugeführten Wechselstromleistung.

Bevorzugte Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles der Erfindung näher erläutert.

F i g. 1 ist ein Blockdiagramm eines Wechselstrom-Antriebssystemes, das eine die Erfindung verkörpernde Strombegrenzungseinrichtung aufweist,

F i g. 2 ist ein Schaltbild von einem Überstromsignalgenerator und dem Steuersignalgenerator gemäß Fig. 1.

In F i g. 1 ist ein Wechselstrem-Antriebssystem der in den vorstehend erwähnten Patentanmeldungen beschriebenen Art in Blockform dargestellt. Das dargestellte Antriebssystem enthält insbesondere einen dreiphasigen Wechselstrom-lnduktionsmotor 10. der mit einer elektrischen Leistung variabler Frequenz und Spannung von einer Leistungswandlei einrichtung 12 über Phasenleiter A, B und C gespeist wird Die Leistungswandlereinrichtung 12 enthält vorzugsweise eine Inverterschaltung zur Transformierung einer elektrischen Oleichstromleistung von einer Gleichstromquelle 14 in eine mehrphasige Wechselstromleistung variabler Frequenz und variabler Spannung. Wie in den oben erwähnten Patentanmeldungen angegeben ist, enthält die Inverterschaltung der Leistungswandlereinrichtung 12 torgesteuerte Gleichrichter, wie z. B. steuerbare Siliziumgleichrichter oder Gasthyratrons, die in einer vorbestimmten Folge und für Zeitperioden leitfähig sind, die durch Zündimpulse bestimmt werden, welche den steuerbaren Gleichrichtern von einer Steuereinrichtung 16 zugeführt werden. Ein vollständiges Verständnis der grundlegenden Betriebsprinzipien der Inverterschaltung und ihrer Steuereinrichtung 16 kann aus den angegebenen Patentanmeldungen erhalten werden. Bevor jedoch eine detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung gegeben wird, sei bemerkt, daß Überstromzustände unter vielen Umständen und in vielen Systemen auftreten können. Demzufolge ist bei der weiteren Beschreibung zu berücksichtigen, daß die Strombegrenzungseinrichtung einen viel breiteren Anwendungsbereich besitzt als die spezifische Wechselstromantriebs-Applikation, wie sie in F i g. 1 dargestellt ist. Darüber hinaus kann die Erfindung auch bei anderen Betriebsparametern, wie z. B. Spannung und Motordrehzahl, Anwendung finden, um ein Überschreiten vorbestimmter Grenzwerte zu verhindern.

Es wird nun wieder auf das dargestellte Wechselstrorn-Antriebssystem gemäß F i g. 1 Bezug genommen. Die Steuereinrichtung 16 erzeugt Zündimpulse in der vorbeschriebenen Folge mit einer Geschwindigkeit, die von der Größe und Polarität eines Steuersignale·, bestimmt wird, das diesem von einem Steuersignalgenerator 18 zugeführt wird. Der Steuersignalgenerator 18 erzeugt das Steuersignal auf verschiedene Eingangssignale hin, zu denen ein Bezugssignal von einer Quelle 20, das einen gewünschten Wert des Motorbetriebes anzeigt, und ein Überstromsignal von einem Überstromsignalgenerator 22 gehören, wenn der dem Motor 10 zugeführte Strom einen gewissen zulässigen Wert von beispielsweise 150% des Nennstromes überschreitet. In der Praxis kann der Steuersignalgenerator 18 von einem oder mehreren Rückkopplungssignalen, wie z. B. einem Drehzahlsignal 24, gespeist werden, das von einem motorgetriebenen Tachometer 25 zugeführt wird. Dem Steuersignalgenerator 18 können auch verschiedene andere Betriebsparameter anzeigende Signale zugeführt werden. Unter der Annahme, daß von dem Überstrorngenerator kein Überstromsignal zugeführt wird, besteht die Funktion des Steuersignalgenerators 18 darin, in Abhängigkeit von dem Bezugssignal von der Quelle 20 und irgendwelchen Rückkopplungssignalen 24 ein Steuersignal zu erzeugen, das die Steuereinrichtung 16 dazu bringt, die Frequenz und Spannung der Ausgangsleistung von der Leistungswandlereinrichtung 12 derart einzustellen, daß sich die tatsächliche Ausgangsgröße auf dj-n von dem Bezugssignal geforderten Wert befindet. Wenn jedoch ein Überstromsignal zugeführt wird, besteht die Funktion des Steuersignalgenerators 18 darin, ein Steuersignal zu erzeugen, das dazu führt, daß die Frequenz und Spannung der Ausgangsleistung derart eingestellt wird, daß der Strom auf einen zulässigen

Wert zurückkehrt.

Mit anderen Worten arbeitet der Steuersignalgenerator in der Weise, daß ein Überstromsignal irgendein und alle anderen Eingangssignale übersteuert. Die Art und Weise, in der dies herbeigeführt wird, wird anhand der folgenden Beschreibung deutlich gemacht.

Der Überstromsignalgenerator 22 wird vorzugsweise kontinuierlich während des Motorbetriebes mit einem Signal, das den gleichphasigen Strom darstellt, von einem Detektor 26 für phasengleichen Strom gespeist. Der Überstromsignalgenerator 22 erzeugt ein Überstromsignal der einen Polarität, wenn der gleichphasige Strom während des Motorbetriebes zu groß wird, und ein Übersiromsigna! der entgegengesetzten Polarität, wenn der 180° phasenverschobene Strom während des Generatorbetriebes zu groß wird. Die Art und Weise, in der die Überstromsignale erzeugt werden, wird ebenfalls aus der folgenden Beschreibung deutlich.

Bevor auf den Überstromsignalgenerator 22 und den Steuersignalgenerator 18 sowie deren Aufbau und Arbeitsweise gemäß der vorliegenden Erfindung eingegangen wird, sei bemerkt, daß die Grundfunktion des Überstromsignalgenerators 22 darin besteht, ein Überstromsignal in Abhängigkeit von einem Eingangssignal zu erzeugen, das eine Anzeige eines einen bestimmten Wert überschreitenden Stromes ist. Aus den oben erläuterten Gründen ist es zwar wünschenswert, daß der gleichphasige Strom abgetastet wird, für den Fachmann ist jedoch klar, daß es unter gewissen Umständen akzeptabel sein könnte, einfach den tatsächlichen Strom zu überwachen. Für ein umfassenderes Verständnis eines bevorzugten Alisführungsbeispieles des Detektors 26 für einen gleichphasigen Strom wird auf die deutsche Patentanmeldung P 22 25 509.3 verwiesen. Wie dort auführlich erläutert ist, wird der Detektor 26 für den gleichphasigen Strom von der Steuereinrichtung 16 mit Signalen, die mit den Motorphasenspannungen gleichphasig sind, und von den Stromtransformatoren 28,30 und 32 mit Signalen gespeist, die den tatsächlichen Phasenströmen proportional und mit diesen in Phase sind. Der Detektor 26 spricht auf diese Eingangssignale an, am ein zusammengesetztes Ausgangssignal zu erzeugen, das der Summe der gleichphasigen Stromkomponenten proportional ist. In Wechselstrom-Antriebssystemen ist es insbesondere wünschenswert, die gleichphasigen Komponenten abzutasten, da die gleichphasigen Komponenten während des Motorbetriebes die eine Polarität und während des Generatorbetriebes die entgegengesetzte Polarität besitzen.

Es werden nun snhsnd von F i^σ. 2 der Steuersi^nalgenerator 18 und der Überstromsignalgenerator 22 im einzelnen beschrieben. Der Steuersignalgenerator 18 enthält eine erste Verstärkerstufe mit einem invertierenden Operationsverstärker 40 und eine zweite Verstärkungs- und Integrationsstufe mit einem invertierenden Operationsverstärker 42. Der Eingang 43 des Verstärkers 40 ist mit der Bezugsquelle 20 über einen Eingangswi ierstand 44 und mit einer Rückkopplungsquelle, wie z. B. einem Tachometer 25, über einen Eingangswiderstand 46 verbunden. Der Ausgang 48 des Verstärkers 40 ist mit einer Quelle festen positiven Potentials bei 50 über ein Paar Widerstände 52 und 54 und einer Quelle festen negativen Potentials bei 56 über ein Paar Widerstände 58 und 60 verbunden. Die Widerstände 52 und 58 sind mit dem Ausgang 48 des Verstärkers 40 verbunden. Eine Diode 62 ist zwischen den Eingang 43 des Verstärkers 40 und die Verbindungsstelle 64 zwischen den Widerständen 52 und 54 geschaltet Die Anode der Diode 62 steht mit dem Eingang 43 in Verbindung. Eine entgegengesetzt gepolte Diode 66 ist zwischen den Eingang 43 und die Verbindungsstelle 68 zwischen den Widerständen 58 und 60 geschaltet. Der Ausgang 48 des Verstärkers 40 ist auch über einen Eingangswiderstand 70 mil dem Eingang 72 so geschaltet, daß er Überstromsignale von dem Überstromsignalgenerator 22 über einen Widerstand 74 aufnimmt. Eine Stabilisierungsschaltung mit einem in Reihe geschalteten Kondensator 76 und einem Widerstand 78 ist zwischen den Eingang 72 und den Ausgang 80 des Verstärkers 42 geschaltet. Der Ausgang 80 ist auch mit der Steuereinrichtung 16 gekoppelt, um dieser ein Steuersi-

Der Überstromsignalgenerator 22 erhält auf dem Leiter 34 ein Signal, das eine Anzeige für die Größe und Polarität des Motorstromes ist. Vorzugsweise ist dieses Signal ein zusammengesetztes Signal, das in oben beschriebener Weise ein Maß für die gleichphasigen Stromkomponenten ist Das Signal auf dem Leiter 34 wird über einen Eingangswiderstand 84 und Dioden 86 und 88 den Basen von Transistoren 90 bzw. 92 zugeführt. Genauer gesagt, ist der Transistor 90 ein npn-Transistor und seine Basis ist mit der Anode der Diode 86 verbunden, während der Transistor 92 ein pnp-Transistor ist, dessen Basis mit der Diode 88 in Verbindung steht. Der Kollektor des Transistors 90 ist über eine Diode 94 und einen Widerstand 96 mit dem invertierenden Eingang 98 eines Verstärkers 100 verbunden. Die Anode der Diode 94 ist mit dem Transistor 90 verbunden. Auf ähnliche Weise ist der Kollektor des Transistors 92 über eine Diode 102 und einen Widerstand 104 mit dem invertierenden Eingang 98 verbunden. Die Kathode der Diode 102 steht mit dem Transistor 92 in Verbindung. Ein die Verstärkung einstellender Widerstand 106, der vorzugsweise in der Größe den Widerständen 96 und 104 gleich ist, ist zwischen den Eingang 98 und den Ausgang 108 des Verstärkers 100 geschaltet Die Ausgangsklemme 108 des Verstärkers 100 ist nvt dem Widerstand 74 des Steuersignalgenerators 18, um diesem Überstromsignale zuzuführen, und mit Ausgangs-Rückkopplungswiderständen 110 und 112 verbunden. Der Widerstand 110 ist mit der Basis des Transistors 90 und über die Dioden 114 und 116 mit Erde oder einem gemeinsamen Leiter verbunden, wobei der Emitter des Transistors 90 mit der Anode der Diode 114 und der Kathode der Diode 116 in Verbindung steht. Die Anode der Diode 116 ist mit Masse bzw. Erde verbunden. Der Widerstand 112 ist mit der Basis des Transistors 92 und über Dioden 118 «nd 120 mit Erde oder einem gemeinsamen Leiter verbunden. Der Emitter des Transistors 92 ist mit der Kathode der Diode 118 und der Anode der Diode 120 verbunden, wobei die Kathode der Diode 120 mit Erde in Verbindung steht Ein Basis-Vorspannwiderstand 122 ist zwischen die Basis des Transistors 90 und eine Quelle 124 festen positiven Potentials geschaltet, und ein Basis-Vorspannwiderstand 126 ist zwischen die Basis des Transistors 92 und eine Quelle 128 festen negativen Potentials geschaltet Zwischen die positive Spannungsquelle 124 bzw. den Kollektor des Transistors 90 und den Emitter des Transistors 92 sind Strombegrenzungswiderstände 130 und 132 geschaltet Auf ähnliche Weise sind Strombegrenzungswiderstände 134 und 136 zwischen die negative Spannungsquelle 128 bzw. den Emitter des Transistors 90 und den Kollektor des Transistors 92 geschaltet. Der Verstärker 100 steht über einem Widerstand 138 mit einem gemeinsamen Leiter oder Erde in Verbindung.

Es wird nun die Arbeitsweise des Überstromsignalgenerators 22 beschrieben. Seine Funktion besteht darin, immer dann ein Überstromsignal fester negativer Größe an der Ausgangsklemme 108 des Verstärkers 100 zu erzeugen, wenn am Eingang 34 ein negatives Signal mit einer vorbestimmten oder darüber hinausgehenden Größe anliegt, und immer dann ein Überstromsignal fester positiver Größe an der Ausgangsklemme 108 zu erzeugen, wenn am Eingang 34 ein positives Signal mit vorbestimmter oder darüber hinausgehender Größe anliegt. Immer wenn das Signal am Eingang 34 in dem Bereich zwischen den vorbestimmten positiven und negativen Werten liegt, besteht an der Ausgangsklemme 108 ein Nullsignal. Wenn somit ein Signal mit der vorbestimmten positiven oder darüber hinausgehenden Größe am Eingang 34 während des Motorbetriebes einen Überstromzustand darstellt und wenn ein Signal mit der vorbestimmten negativen oder darüber hinausgehenden Größe am Eingang 34 während des Generatorbetriebes einen Überstromzustand widerspiegelt, wird deutlich, daß der Generator 22 eine Schaltvorrichtung mit Rastwirkung bildet, die immer dann ein festes Ausj>angssignal entsprechender Größe erzeugt, wenn ein Überstromzustand auftritt, der aber zu allen Zeiten, in denen der Motorstrom innerhalb zulässiger Grenzwerte liegt, kein derartiges Ausgangssignal erzeugt.

Es sei nun angenommen, daß der Motor 10 nicht arbeitet und deshalb am Eingang 54 ein Nullsignal anliegt. Dann ist der Transistor 90 durch die Quelle 124 und den Widerstand 122 in Durchlaßrichtung vorgespannt Auch der Transistor 92 ist durch die Quelle 128 und den Widerstand 126 in Durchlaßrichtung vorgespannt. Unter diesen Bedingungen und durch richtige Auswahl der Werte der Widerstände 130,132,134 und 136 wird der Kollektor des Transistors 90 auf einem negativen Wert gehalten, und der Kollektor des Transistors 92 wird auf einem positiven Wert gehalten. Infolge der Polung der Dioden 94 und 102 ist ein Stromfluß von den Kollektoren der Transistoren 90 und 92 zum Eingang des Verstärkers 100 gesperrt und deshalb besteht am Ausgang 108 kein Ausgangssignal.

Unter der Annahme, daß der Motor im Motorbetrieb arbeitet, hat das Signal am Eingang 34 eine positive Größe und wirkt deshalb der Vorspannung entgegen, die von der Quelle 128 und dem Widerstand 126 an die Basis des Transistors 92 gelegt ist Diese Elemente sind derart ausgewählt, daß der Transistor 92 leitend bleibt, bis das Signal am Eingang 34 den vorgewählten Überstromwert erreicht Wenn dies geschehen ist, wird die Vorspannung durch das positive Eingangssignal am Eingang 34 überwunden, um so den Transistor 92 zu sperren. Wenn dies auftritt, fällt die Spannung am Kollektor des Transistors 92 auf einen negativen Wert und verbleibt auf diesem festen Wert, bis der Transistor 92 wieder leitend wird. Aufgrund der negativen Spannung am Kollektor des Transistors 92 und der Polarität der Diode 102 wird am invertierenden Eingang 98 des Verstärkers 100 ein negativer Strom aufgedrückt. Infolgedessen wird ein positives Überstromsignal an der Ausgangsklemme 108 erzeugt und dem Steuersignalgenerator 18 als ein Überstromsignal zugeführt Dieses positive Signal am Ausgang 108 wird auch über den Widerstand 112 eingespeist, um das positive Sperrsignal an der Basis des Transistors 92 weiter zu vergrößern. Demzufolge schaltet der Transistor 92 nicht wieder ein, bis das tatsächliche Stromsignal am Eingang 34 auf einen Wert abfällt, der etwas unterhalb des vorgewählten Überstromwertes liegt Diese Rückkopplung über den Widerstand 112 liefert somit einen Hystere-Effekt.

Während des Generatorbetriebes des Motors 10 hat das Stromsignal am Eingang 34 eine negative Größe, die der positiven Vorspannung an der Basis des Transistors 90 entgegenwirkt. Bei einem vorbestimmten Generator-Überstromwert wird das negative Eingangssignal am Eingang 34 ausreichend sein, um die positive Basisvorspannung zu überwinden und dadurch den Transistor 90 zu sperren. Wenn dies auftritt, wird die Spannung am Kollektor des Transistors auf einen festen positiven Wert ansteigen und somit am Eingang 98 des Verstärkers 100 eine positive Spannung aufdrücken, infolgedessen wird am Verstärkerausgang 108 ein negatives Überstromsignal mit einer festen Größe erzeugt und dem Steuersignalgenerator 18 zugeführt Eine Rückkopplungsschaltung mit einem Widerstand 110 zwischen dem Verstärkerausgang 108 und der Basis des Transistors 90 stellt sicher, daß der Generatorstrom wesentlich abfallen wird, bevor der Transistor 90 wieder eingeschaltet wird.

Indem somit beschrieben wurde, daß der Überstromsignalgenerator 22 immer dann ein positives Überstromsignal fester Größe erzeugt, wenn der Motorstrom (oder ein zusammengesetztes Signal, das eine Anzeige für die gleichphasigen Komponenten des Stromes ist) einen vorbestimmten Wert überschreitet, ein negatives Überstromsignal fester Größe erzeugt, wenn der Generatorstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet, und kein Signal oder praktisch ein Nullsignal erzeugt, wenn der Motorstrom innerhalb zulässiger Grenzwerte liegt, wird die Arbeitsweise des Steuersignalgenerators 18 klar. Während des Motorbetriebes werden das Bezugssignal von der Bezugsquelle 20 und das Rückkopplungssignal bei 24 über die Eingangswiderstände 44 bzw. 46 dem Eingang 43 des Verstärkers 40 zugeführt, der an seinem Ausgang 48 ein vorläufiges Steuersignal erzeugt, das zum Widerstand 70 geleitet wird. Blockierschaltungen mit den Dioden 62 und 66 und Widerständen 52, 54, 58 und 60 begrenzen mit den Gleichstromquellen 50 und 56 die Größe der positiven und negativen Signale, die von der ersten Verstärkerstufe erzeugt werden. Während des Motorbetriebes innerhalb zulässiger Stromgrenzen ist das über den Widerstand 70 dem Eingang 72 des Verstärkers 42 zugeführte vorläufige Steuersignal die einzige Größe, die der zweiten Vertärkerstufe zugeführt wird, da der Überstromsignalgenerator 22 kein Überstromsignal erzeugt. Unter diesen Umständen wird das durch die erste Verstärkerstufe zugeführte Signal von der zweiten Verstärkerstufe verstärkt und der Steuereinrichtung 16 als ein variables Steuersigna! zugeführt

Jedoch sind die maximalen positiven und negativen Signalwerte am Ausgang 48 des Verstärkers 40 und die festen positiven und negativen Signalwerte am Ausgang 108 des Verstärkers 100 und die Werte der Widerstände 70 und 74 so gewählt, daß ein Überstromsignal, das dem Verstärkereingang 72 über den Widerstand 74 zugeführt wird, immer ausreichend ist, um das maximale Signal zu überwinden, das über den Widerstand 70 von dem Verstärker 40 zugeführt wird. Wenn somit ein vorläufiges Steuersignal, das eine erhöhte Motordrehzahl und einen größeren Strom fordert, von der ersten Verstärkerstufe bei der maximal möglichen negativen Spannung am Ausgang 48 erzeugt wird, hat ein positives

Überstromsignal am Ausgang 108 des Verstärkers 100 eine ausweichende Größe, um das negative vorläufige Steuersignal von dem Verstärker 40 zu überwinden, um am Ausgang 80 des Verstärkers 42 ein Steuersignal zu

erzeugen, das eine Verkleinerung der Drehzahl und des Stromes fordert. In ähnlicher Weise führt ein negatives Überstromsignal am Ausgang 108 zu einer Verkleinerung des Generatorstromes, indem das durch den Verstärker 40 zugefiihrte positive Steuersignal überwunden wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß der Überstromsignalgenerator 22 kein Signal an seinem Ausgang 108 erzeugt, solange der Motorstrom, wie er durch seine gleichphasigen Komponenten angezeigt wird, innerhalb zulässiger Grenzen liegt. Wenn der Strom jedoch einen vorbestimmten Wert erreicht, arbeitet der Generator 22 als eine Vorrichtung mit Rastwirkung, indem das Signal am Ausgang 108 von dem Nuiiwert entweder auf den festen positiven Wert oder den festen negativen Wert springt, was von der Polarität des auf dem Leiter 34 zugeführten Stromsignales abhängt. Die Verstärkungs- und Integrationsstufe des Steuersignalgenerators, zu der der invertierende Operationsverstärker 42 sowie der Kondensator 76 und der Widerstand 78 gehören, spricht auf die dem Eingang 72 zugeführte stufenförmige Veränderung an, um das Steuersignal am Ausgang 80 in derjenigen Richtung zu verändern, in der der Überstromzustand zurückgeführt wird. Die verschiedenen Schaltungselemente sind so ausgewählt, daß eine stufenförmige Änderung im Signal am Punkt 72, die aus dem Anlegen oder Beseitigen eines Überstromsignales oder einer schnellen Änderung in der Ausgangsgröße der ersten Verstärkerstufe resultiert, zu einer schnellen, aber geregelten Geschwindigkeit der Änderung im Steuersignal führt, das am Verstärkerausgang 80 erzeugt wird. Genauer gesagt, sind die verschiedenen Schaltungselemente so ausgewählt, daß weder die maximalen Steuersignalwerte am Ausgang 80 noch seine Änderungsgeschwindigkeit als Reaktion auf schnelle Änderungen im Signalwert am Eingang 72 die Ansprech- und Kapazitätseigenschaften der Leistungswandlereinrichtung 12 und der Last 10 überschreitet.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird dem Fachmann klar, daß die Werte der verschiedenen in F i g. 2 gezeigten Schaltung enthaltene Elemente richtig ausgewählt werden müssen, um für die oben beschriebene Arbeitsweise zu sorgen. Ein geeignetes Ausführungsbeispiel der Erfindung würde eine Leistungseinspeisung aufweisen, die an den Elementen 50 und 124 +20 Volt und an den Klemmen 56 und 128 —20 Volt liefert. Die übrigen Elemente würden die folgenden Eigenschaften oder die Identifizierungen aufweisen: Verstärker 40,42 und 100 - Typ 741; Transistor 90 — JEDEC Nr. 2 N 4424; Transistor 92 - JEDEC Nr. 2 N 5366; Dioden 62, 66, 86, 88, 94, 102, 114, 116, 118 und 120 JEDEC Nr. 1 N 4148; Widerstände 54, 60 - 15 kOhm; Widerstände 52, 58, 130, 136, 96, 104, 106 - 10 kOhm; Widerstand 70 - 470kOhm; Widerstand 74 150kOhm; Widerstände 122 und 126 - 22kOhm; Widerstände 132 und 134 - 33 kOhm; Widerstände 78, 138 - 4,7 kOhm; Widerstände 84 - 1 kOhm; Widerstände 110 und 112 — 470 kOhm; Kondensator 76 — 2, 0 μF. Falls eine andere Leistungseinspeisung verwendet wird oder wenn es wünschenswert ist, daß unterschiedliche Betriebswerte oder Änderungsgeschwindigkeiten verwendet werden, könnten entsprechende Änderungen in den Elementen vorgenommen werden.

Für den Motor- und Generatorbetrieb sind verschiedene Signalpolaritäten angenommen worden. Diese könnten auf Wunsch auch reversiert werden. Auch wenn ferner der Überstromsignalgenerator 22 vorzugsweise eine eine Rastwirkung ausübende Schaltvorrichtung ist, wie es hier beschrieben wurde, so ist für den Fachmann klar, daß, wo eine weniger präzise Regelung erforderlich ist, diese modifiziert werden könnte, um für eine sägezahnartige Wirkung zu sorgen, wenn der Strom einen Überstromzustand erreicht.

Weiterhin ist die Erfindung zwar in Verbindung mit einer Überstrombegrenzungseinrichtung in einem Wechselstrom-Antriebssystem beschrieben worden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindung vorteilhafterweise auch in der Regelung anderer Betriebsparameter nicht nur in Wechselstrom-Antriebssystemen sondern auch in Gleichstrom-Antriebssystemen und anderen elektrischen Systemen Anwendung finden kann. Beispielsweise könnte ein Motordrehzahlsignal einem Überdrehzahlsignalgenerator zugeführt werden, der in Auslegung und Funktion dem Überstromsignalgenerator 22 ähnlich ist, so daß immer dann ein Überdrehzahlsignal erzeugt wird, wenn die Motordrehzahl einen vorbestimmten Wert überschreitet

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Schutzschaltungsanordnung für ein elektrisches System, mit einem Leistungsumformer (12) zur Versorgung einer elektrischen Last (10), mit einem Steuersignalgenerator (18), dessen Eingangssignale auch ein Sollwertsignal enthalten und dessen am Ausgang auftretendes Steuersignal über eine Stelleinrichtung (16) dem Leistungsumformer (12) zugeführt wird, mit einer Signalerzeugungseinrichtung (22), die beim Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes durch einen überwachten Betriebsparameter ein Grenzwert-Überschreitungssignal erzeugt, das unabhängig von dem Sollwertsignal in einem das elektrische System schützenden Sinn auf den Leistungsumformer einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß während der Betriebsparameter den Grenzwert überschreitet, das Grenzwert-Überschreitungssignal in Abhängigkeit von der Polarität des Betriebsparameters entweder einen festen positiven oder negativen Wert annimmt und dem Steuersignalgenerator (18) zugeführt wird und dort während der Dauer seines Vorhandenseins alle anderen dem Steuersignalgenerator (18) zugeführten Eingangssignale einschließlich des Sollwertsignals so übersteuert, daß das am Ausgang des Steuersignalgenerators (18) auftretende und der Stelleinrichtung (16) zugeführte Steuersignal in einen rampenartigen Verlauf mit einer Änderungsrichtung übergeht, die im Sinne einer Verminderung des Wertes des Betriebsparameters wirkt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersignalgenerator (18) eine auf alle anderen ihm zugeführten Eingangssignale einschließlich des Sollwertsignals ansprechende erste Schaltung (40,44 bis 68) zur Erzeugung eines korrigierten Sollwertsignals aufweist und eine auf das korrigierte Sollwertsignal und das Grenzwert-Überschreitungssignal ansprechende zweite Schaltung (42, 70 bis 80) zur Erzeugung des der Stelleinrichtung (16) zugeführten Steuersignals aufweist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung (40, 44 bis 68) des Steuersignalgenerators (18) eine Begrenzungseinrichtung (50 bis 68) enthält, die das korrigierte Sollwertsignal auf einen vorbestimmten Maximalwert begrenzt, der zum Zwecke der Übersteuerung durch das Grenzwert-Überschreitungssignal beträchtlich kleiner als der feste Wert des Grenzwert-Überschreitungssignals ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (42, 70 bis 80) des Steuersignalgenerators (18) eine Integrationseinrichtung (42,46,78) aufweist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungseinrichtung (22) wenigstens eine Schalteinrichtung (90, 92) aufweist, die zur Erzeugung des Grenzwert-Überschreitungssignals in einen ihrer beiden Leitfähigkeitszustände umschaltet, wenn das Spannungspotential an einem vorbestimmten Schaltungspunkt der Signalerzeugungseinrichtung einen Wert überschreitet, der dem Grenzwert des überwachten Betriebsparameters entspricht.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (90,

92) ein Transistor ist, dessen Basis mit dem vorbestimmten Schaltungspunkt verbunden ist

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dem überwachten Betriebsparameter zugeordnete Signaleingang (34) der Signalerzeugungseinrichtung (22) über eine erste Widerstandsschaltung (84, 88, 126) mit einem negativen Bezugsspannungspotential (bei 128) und über eine zweite Widerstandsschaltung (84, 86,122) mit einem positiven Bezugsspannungspotential (bei 124) verbunden ist, daß eine erste Schalteinrichtung (92) mit einem vorbestimmten Schaitpunkt in der ersten Widerstandsschaltung und eine zweite Schalteinrichtung (90) mit einem vorbestimmten Schaltpunkt in der zweiten Widerstandsschaltung verbunden ist, und daß die Ausgänge der beiden Schalteinrichtungen über entsprechend zugeordnete Entkopplungsglieder (94,96,102,104) zur Bereitstellung des Grenzwert-Überschreitungssignals miteinander verbunden sind, wobei die erste bzw. zweite Schalteinrichtung in einen ihrer beiden Leitfähigkeitszustände umgeschaltet wird, wenn das negative bzw. positive Spannungspotential an den vorbestimmten Schaltpunkten in der ersten bzw. zweiten V/iderstandsschaltung einen dem negativen bzw. positiven Grenzwert des überwachten Betriebsparameters entsprechenden Wert überschreitet.

8. Verwendung der Schutzschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Überwachung des Motorstroms bei einem mehrphasigen Wechselstrommotor (10).