DE2239654B2

DE2239654B2 - Einrichtung zur erfassung von unterspannungen in mehrphasensystemen

Info

Publication number: DE2239654B2
Application number: DE19722239654
Authority: DE
Inventors: Richard E Wapakoneta Ohio Luebrecht (V.StA.)
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-08-19
Filing date: 1972-08-11
Publication date: 1978-02-02
Also published as: JPS4839949A; FR2149551A1; DE2239654A1; US3749944A; DE2239654C3; CA965480A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ei fassung von Unterspannungen in Mehrphasensystemen, bei welcher jede Phasenleitung über eine Diode und einen Widerstand mit dem Nullpunkt (Mittelpol) und einer Auswerteschaltung verbunden ist.

Eine solche Einrichtung findet Anwendung bei der Netzüberwachung und ist beispielsweise aus der US-Patentschrift 3001100 bekannt. Ein Nachteil dieser bekannten Schaltung ist darin zu sehen, daß in Mehrphasensystemen eine bei allen drei Phasen auftretende Unterspannung zu einem schnelleren Ansprechen der Auswerteschaltung führt als eine Unterspannung nur in einer einzelnen Phase.

Zur Vermeidung dieses Effektes werden bei einer anderen, aus der US-Patentschrift 3383522 bekannten Anordnung die Dioden an ein mit den dreiphasigen Phasenleitungen verbundenes Widerstandsnetzwerk in Sterndreieck- oder Dreieckschaltung angeschlossen. Zwar kann damit der Unterschied zwischen dem Ansprechen der Auswerteschaltung bei einphasigem und bei dreiphasigem Auftreten von Unter-

spannung verringert werden, diese bekannte Netzüberwachungseinrichtung weist jedoch eine große Anzahl von Bauelementen auf. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier eine wirkungsmäßig, zumindest gleichwertige Überwachungseinrichtung bei wesentlich weniger Aufwand zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dioden einseitig miteinander verbunden und über einen gemeinsamen Widerstand an den Nullpunkt angeschlossen sind, daß zumindest einem Teil des gemeinsamen Widerstandes die Reihenschaltung einer ersten Zenerdiode mit der Steuerstrecke eines steuerbaren Ventils parallelgeschaltet ist, welches einen über einen ersten Ladewiderstand an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen ersten Kondensator überbrückt, und daß parallel zum ersten Kondensator die Reihenschaltung einer aweiten Zenerdiode mit der Steuerstrecke eines weiteren steuerbaren Ventils liegt, welches einen über einen zweiten Ladewiderstand an die Gleichspannungsquelle angeschlossenen zweiten Kondensator überbrückt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die Ladezeitkonstante des ersten Kondensators kleiner und die Ladezeitkonstante des zweiten Kondensators etwa eine Größenordnung größer als die Periodendauer einer Phasenspannung zu wählen. Damit kann ein Ansprechen der Überwachungsschaltung innerhalb der Dauer einer Periode erzielt werden und gleichzeitig eine Beruhigung des Ausgangssignals bei einphasigem Auftreten von Unterspannung.

Wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung die Durchbruchsspannung der ersten Zenerdiode bei einem Wert erreicht wird, der zwischen dem Scheitelwert und dem dem Schnittpunkt der Phasenspannungen entsprechenden Spannungswert bei Nennbetrieb entspricht, dann wird die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung nicht nur beim Auftreten einer Unterspannung, sondern auch beim Unterschreiten einer vorbestimmten Frequenz ansprechen.

Die Erfindung sei im folgenden beispielhaft an Hand der Figuren näher erläutert.

InFig. 1 ist ein dreiphasiges Netz R, S, Tdargestellt mit den Phasenleitungen 11,12 und 13. Gleichgepolte Dioden 14, 15 und 16 sind an die Phasenleitungen 11,12 und 13 angeschlossen und in einem gemeinsamen Punkt 17 miteinander verbunden. Ein ohmscher Spannungsteiler besteht aus einem Widerstand 18 und einem veränderlichen Widerstand 19 und ist zwischen den Verbindungspunkt 17 und die Leitung 20 geschaltet, welche mit dem Nullpunkt bzw. dem Mittelpol MP des Netzes verbunden ist. Der Punkt 21 zwischen den Widerständen 18 und 19 ist mit einer in Sperrichtung gepolten Zenerdiode 22 verbunden, deren Anode an den Nullpunkt MP über einen Widerstand 23 und an die Basis eines npn-Transistors 24 angeschlossen ist.

Der Kollektor des Transistors 24 ist über einen Widerstand 25 an eine stabilisierte, mit + U bezeichnete Gleichspannung angeschlossen. Der Emitter des Transistors 24 liegt am Nullpunkt des Systems. Der Kollektor des Transistors 24 ist ebenfalls mit dem Nullpunkt über einen Kondensator 26 verbunden und außerdem mit der Kathode einer weiteren Zenerdiode 27, deren Anode über einen Widerstand 28 an den Nullpunkt angeschlossen ist. Die Anode der Zenerdiode 27 ist außerdem an die Basis eines Transistors

29 angeschlossen, welcher beim dargestellten Beispiel ebenfalls vom npn-Typ ist. Der Emitter des Transistors 29 ist mit dem Nullpunkt, sein Kollektor mit der Gleichspannung + U über einen Widerstand 30 verbunden und außerdem an die Ausgan^sklemme 32 angeschlossen. Zwischen der Ausgangsklemme 32 und der Leitung 20 liegt ein Kondensator 31.

Die Schaltung wird an Hand eines dreiphasigen Ausführungsbeispieles beschrieben, obgleich das dargestellte Beispiel ohne weiteres abwandelbar ist für ein System mit beliebiger Phasenzahl, also auch zum Beispiel für ein einphasiges System.

Die drei auf den Leitungen 11,12 und 13 auftretenden Phasenspannungen werden von den Dioden 14, 15 und 16 gleichgerichtet. Mit dem aus den Widerständen 18 und 19 bestehende Spannungsteiler wird das Betriebsspannungsniveau der Schaltung festgelegt. Am Punkt 21 erscheint eine Spannung, welche der Größe der einzelnen Phasenspannungen entspricht. Bei Nennbetrieb des Netzes weiden auf den Leitungen 11,12 und 13 die Scheitelwerte der gleichgerichteten Halbwellenspannungen groß genug sein, um während eines Teiles jeder Phasenspannungshalbwelle einen Strom durch die Zenerdiode 22 fließen zu lassen, womit der Transistor 24 durchlässig gesteuert wird und für eine schlagartige Entladung des seiner Kollektor-Emitter-Strecke parallelgeschalteten Kondensators sorgt. Falls der Transistor 24 nicht durchlässig gesteuert ist, was im Nennbetrieb während eines anderen Teiles jeder Phasenspannungshalbwelle passiert, ergibt sich eine Aufladung des Kondensators 26 aus der Gleichspannungsquelle über den Ladewiderstand 25. Die Spannung, auf welche der Kondensator 26 jedesmal periodisch aufgeladen wird, übersteigt beim Normal- oder Nennwert der Phasenspannungen nicht die Durchbruchspannung der Zenerdiode 27. Wenn jedoch in irgendeiner Phase die Spannung unterhalb eines vorbestimmten Niveaus sinkt, bleibt der Transistor 24 fiiv eine längere Zeitdauer nichtleitend und verursacht damit eine größere Spannung am Kondensator 26, welche dann schließlich die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 27 übersteigt. Sobald dies eintritt, fließt Strom durch die Zenerdiode 27 in die Basis des Transistors 29 und steuert diesen durchlässig, woraufhin der zuvor über den Widerstand 30 von der Gleichspannung + U aufgeladene Kondensator 31 schlagartig entladen wird. Die Ladezeitkonstante des Kondensators 31 ist gegenüber der Periodendauer der Phasenspannungen so groß bemessen, daß bei gesperrtem Transistor 29 für die Dauer einer Periode keine nennenswerte Aufladung desselben stattfindet. An der Ausgangsklemme 32 wird daher auch beim Auftreten von Unterspannung in nur einer Phase ein auf diesen Zustand hindeutendes Nnllsignal als Dauersignal erscheinen.

Sinkt in allen drei Netzphasen die Spannung so weit ab, daß zu keinem Zeitpunkt der Wert der Durchbruchsspannung der Zenerdiode 22 an deren Kathode erreicht wird, dann bleibt der Transistor 24 dauernd gesperrt, und der Kondensator 26 lädt sich auf eine verhältnismäßig hohe Spannung auf. Der Transistor

29 wird dadurch dauernd durchlässig, schließt den Kondensator 31 kurz und verursacht so ein Nnllsignal an der Ausgangsklemme 32.

Im Teil A der Fig. 2 ist der Verlauf der am Punkt 17 auftretenden Spannung gezeigt, weiche sich aus den Kuppen der Phasenspannungen R, S und T zusammensetzt. Der Wert dieser Spannung schwankt bei Nennbetrieb periodisch zwischen einem mit SP bezeichneten Wert, welcher dem Schnittpunkt der Phasenspannungen entspricht und dem mit P bezeichneten Scheitelwert. Die Überwachungsschaltung soll nun so dimensioniert sein, daß sie anspricht, sobald die Amplitude mindestens einer Phasenspannung unter einen vorbestimmten, mit G bezeichneten Grenzwert absinkt. Es sei angenommen, daß dies bei der Phasenspannung S der Fall ist. Im Teil B der Fig. 2 ist mit £>27 ein Spannungsniveau bezeichnet, bei welchem die Zenerdiode 27 leitend wird, und es ist weiterhin der Spannungsverlauf am Kondensator 26 dargestellt. Solange sich die Spannung am Punkt 17 unterhalb des Grenzwertes G bewegt, welcher der Durchbruchsspannung der Zenerdiode 22 entspricht, ist der Transistor 24 gesperrt und der Kondensator 26 wird aufgeladen, wohingegen der Kondensator entladen bleibt, solange der Grenzwert G von den Phasenspannungen überschritten wird. Man sieht, daß sich die Ladespannung des Kondensators 26 während der Zeiten I_n in den Halbwellen mit normaler Amplitude deutlich unterhalb der Durchbruchsspannung D27 der Zenerdiode 27 bewegt, der Kondensator 26 sich dagegen während der Zeiten t_u, zu denen die die Unterspannung aufweisende Phase T wirksam ist, auf eine Spannung auflädt, welche oberhalb der Durchbruchsspannung der Zenerdiode 27 liegt.

Teil C der Fig. 2 zeigt die Spannung am Kondensator 31 bzw. an der Ausgangsklemme 32 der Uberwachungseinrichtu.ig. Das Auftreten von Unterspannung auch nur bei einer einzigen Phasenspannung im dargestellten Beispiel die Phasenspannung T - resultiert in einem deutlichen Absinken der Ausgangsspannung, welche auf diesem niedrigen Niveau verbleibt, obgleich die beiden übrigen Phasenspannungen R und S ihren Nennwert aufweisen. Dies kommt, wie schon angedeutet, dadurch zustande, daß die Ladezeitkonstante des Kondensators 31 groß gegenüber der Periodendauer der Phasenspannungen gewählt wird.

Wird wie in Fig. 2, Teil A, dargestellt, der Grenzwert G so gewählt, daß er sich zwischen den Werten P und SP, beide bezogen auf Nennbetrieb, befindet, dann wird deutlich, daß sich der Effekt der über das Niveau der Durchbruchsspannung der Zenerdiode 27 steigenden Ladespannung des Kondensators 26 nicht nur bei Unterspannung, sondern auch bei Unterfrequenz ergibt. Diese Frequenzempfindlichkeit - welche auch beim Amplitudennennwert der Phasenspannungen gegeben ist - ist von vorteilhafter Bedeutung beispielsweise, wenn die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung bei Bordversorgungsnetzen von Flugzeugen eingesetzt wird, da hier auch mit einem Absinken der Frequenz gerechnet werden muß.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Erfassung von Unterspannungen in Mehrphasensystemen, bei welcher jede Phasenleitung über eine Diode und einen Widerstand mit dem Nullpunkt (Mittelpol) und einer Auswerteschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (14, 15,16) einseitig miteinander verbunden und über einen gemeinsamen Widerstand (18,19) an den Nullpunkt (MP) angeschlossen sind, daß zumindest einem Teil des gemeinsamen Widerstandes die Reihenschaltung einer ersten Zenerdiode (22) mit der Steuerstrecke eines steuerbaren Ventils (24) parallelgeschaltet ist, welches einen über einen ersten Ladewiderstand (25) an eins Gleichspannungsquelle (+U) angeschlossenen ersten Kondensator (26) überbrückt, und daß parallel zum ersten Kondensator (26) die Reihenschaltung einer zweiten Zenerdiode (27) mit der Steuerstrecke eines weiteren steuerbaren Ventils (29) liegt, welches einen über einen zweiten Ladewiderstand (30) an die Gleichspannungsquelle (+ U) angeschlossenen zweiten Kondensator (31) überbrückt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladezeitkonstante des ersten Kondensators (26) kleiner und die Ladezeitkonstante des zweiten Kondensators (31) etwa eine Größenordnung größer als die Periodendauer einer Phasenspannung ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbruchsspannung der ersten Zenerdiode (22) bei einem Amplitudenwert (G) der Phasenspannungen erreicht wird, der zwischen dem Scheitelwert (P) und dem dem Schnittpunkt der Phasenspannungen entsprechenden Spannungswert (SP) bei Nennbetrieb liegt.