DE2317990C3

DE2317990C3 - Vorrichtung zum Erfassen einer Phasenunterbrechung in einem mehrphasigen System

Info

Publication number: DE2317990C3
Application number: DE19732317990
Authority: DE
Inventors: Jean-Francois Saint-Quentin Aisne Droux
Original assignee: Hazemeyer Sa Saint-Quentin Aisne Fr
Current assignee: Hazemeyer Sa Saint-Quentin Aisne Fr
Priority date: 1972-04-28
Filing date: 1973-04-10
Publication date: 1982-02-11
Also published as: DE2317990B2; FR2186766A1; FR2186766B1; BE798801A; LU67503A1; NL7305588A; IT981793B; DE2317990A1; ES414190A1; GB1420026A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erfassen einer Phasenunterbrechung in einem mehrphasigen System, mit Meßfühlern und diesen nachgeordneten Gleichrichtern, die jeweils den verschiedenen Phasen des Systems zugeordnet sind und die ein das Vorhandensein der betreffenden Phase bezeugendes Signal abgeben und die einen gemeinsamen, an den Eingang einer bei Ausfall einer Phase ansprechenden Kippschaltung angeschlossenen Ausgang haben, welche Kippschaltung mit einer durch deren Schaltzustände gesteuerten Signaleinrichtung verbunden ist

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise durch die DE-OS 19 05 075 bekannt geworden. Die Vorrichtung nach der DE-OS 19 05 075 weist einen Dreiphasengleichrichter 1 in einem Ä-S-T-Dreiphasensvstem auf, wobei der Ausgang des Gleichrichters mit einer Signaleinrichtung über eine Schwellenschaltung verbunden ist. Der Grenzwertmelder weist eine bistabile Kippschaltung auf, deren Steuereingang mit dem Ausgang des Dreiphasengleichrichters über einen Entladekreis eines Kondensators verbunden ist, welcher parallel über den Steuereingang und in Reihe zu einem Lastwiderstand an einer Spannungsquelle angeschlossen ist. Bei einer Phasenunterbrechung entlädt sich der Kondensator, sobald die gleichgerichtete Spannung unter einen Schwellwert zum Zeitpunkt f 1 abfällt und beginnt sich wieder aufzuladen, wenn die gleichgerichtete Spannung Null ist und dann wieder ansteigt, während jedoch die Entladegeschwindigkeit des Kondensators nicht ausreicht, um ein Zurückkippen der Kippstufe vor einem Zeitpunkt ti + T/2 herbeizuführen, selbst wenn die Signaleinrichtung 3 ununterbrochen betätigt wird, solange eine der drei Phasen R-S-T unterbrochen ist. Wenn die Amplitude der Dreiphasennetzspannung Ä-S-Tunter den Schwellwert absinkt, so erfolgt eine Auslösung der Signaleinrichtung, auch wenn keine der drei Phasen unterbrochen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche gegenüber Änderungen, insbesondere Verringerungen der mehrphasigen Spannung des Systems unempfindlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen jedem Meßfühler des Systems und dem zugeordneten Gleichrichter Schaltkreise zur Erzeugung eines kurzen Impulses bei jeder Halbwelle der entsprechenden Phase des Systems mit vorgegebener Polarität vorgesehen sind, und daß die Kippschaltung eine monostabile Kippstufe ist, deren Kippbewegung über jeden der Impulse steuerbar ist und deren Kippdauer mindestens gleich der normalen Phasenverschiebung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Phasen des Systems ist.

Bei anfänglicher Ruhestellung der Kippstufe bewirkt der erste entsprechende Impuls, z. B. während der ersten positiven Halbwelle der ersten Phase des mehrphasigen Systems, das Umkippen der Kippstufe. Nach Ende der Kippdauer, also zu einem Zeitpunkt, da bereits der erste Impuls der ersten positiven Halbwelle der zweiten Phase entsteht, würde sie wieder in ihre Ausgangslage zurückkehren. Der neue Impuls erhält die

Kippstufe jedoch in gekipptem Zustand, usw. Während der positiven (oder negativen) Halbwellen der π Phasen bleibt die Kippstufe also in gekipptem Zustand, wenn die Phasen normal verlaufen. Wenn tine der Phasen unterbrochen ist, kehrt die Kippstufe während einer dieser Phase entsprechenden Zeitdauer in ihre anfängliche Lage zurück. Das Ausgangssignal der Kippstufe zeigt also den Zustand der verschiedenen Phasen an: wenn es sich beim Ausgangssignal der Kippstufe um einen praktisch ununterbrochenen Rechteckimpuls handelt, funktioniert das mehrphasige Stromsystem mit π Phasen normal; wenn dieses Ausgangssignal hingegen Einbrüche aufweist, bedeutet dies, daß eine der Phasen unterbrochen ist

Der Schaltkreis zum Erzeugen der kurzen Impulse ist zweckmäßig ein Differenzierglied.

Im Falle eines Drehstromsystems erfolgen die

Impulse normalerweise in Zeitabständen von —, wobei

T die Periodendauer des Systems ist. Sobald eine Phasenunterbrechung aufgrund einer Schleifenbildung durch die von dem System gespeiste Last auftritt, wird das System zweiphasig, und die Impulse erfolgen im

Abstand von —. Die Kippdauer der monostabilen

Kippstufe liegt daher zweckmäßig zwischen einem Drittel und der Hälfte der Periodendauer der betreffenden Ströme. Damit we^rden die Veränderungen der Impulsfrequenz sicher erfaßt.

Beim Anlaufen des mehrphasigen Systems können Stabilitätsschwankungen auftreten, welche genügend große Phasenverschiebungen verursachen, damit die erfindungsgemäße Vorrichtung sie als Phasenunterbrechung registriert Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Gatter vorgesehen, dem einerseits das von der monostabilen Kippstufe kommende Signal zugeführt ist, und dem andererseits ein von jedem Meßfühler geliefertes Signal zugeführt ist, dessen Amplitude eine Funktion der Phasenzahl des Stroms ist, und daß das Gatter nur dann ein Ausgangssignal ergibt, wenn ein Phasenausfall vorliegt

Vorteilhaft ist die Vorrichtung derart aufgebaut, daß hinter jedem Meßfühler und dem zugeordneten Gleichrichter ein Steuerblock angeschlossen ist, wobei alle Ausgänge der Steuerblöcke mit Hilfe von Dioden mit einem ersten gemeinsamen Punkt verbunden sind, während alle Ausgänge der nicht an einen Steuerblock angeschlossenen Gleichrichter mit einem zweiten gemeinsamen Punkt verbunden sind, und da3 das Differenzierglied mit Widerstand und Kondensator jedem Meßfühler zugeordnet und zwischen dem dem Meßfühler und dem betreffenden Gleichrichter gemeinsamen Punkt und dem zweiten gemeinsamen Punkt angeordnet ist, wobei die von den Differenziergliedern kommenden Signale über Dioden an eine gemeinsame Klemme geführt sind.

Es ist bekannt, daß monostabil Kippstufen aufgrund ihres Aufbaus Rechteckimpulse liefern, deren Abfallzeit umso größer ist, je größer die Kippdauer der Kippstufe ist. Die Hinterflanke der Rechteckimpulse dieser Kippvorrichtungen ist nicht abrupt, sondern im wesentlichen exponentiell. Das kann für die Systemsteuerung des Alarmsystems oder Schutzsystems für den von der Kippstufe kommenden Strom von Nachteil sein.

LJm diesen Nachteil zu beseitigen, wird die monostabile Kippstufe zweckmäßig von zwei monostabilen

Kippstufen gebildet, die so in Kaskadenschaltung angeordnet sind, daß diejenige, die die von den Meßfühlern gelieferten Signale empfängt und die den anderen steuert eine größere Kippdauer aufweist als letztere.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2a bis 2h ein Funktionsschema der Vorrichtung von F ig. 1,

F i g. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels,

F i g. 4 eine schematische Darstellung eines Teils der Vorrichtungen der F i g. 1 und 3,

F i g. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Kippvorrichtung, bestehend aus zwei in Kaskadenschaltung angeordneten monostabilen Multivibratoren,

F i g. 6 ein Funktionsschema der Kippvorrichtung von Fig. 5.

Die in F i g. 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Steuerung eines Drehstromnetzes der Periode T (siehe F i g. 2a). Zu diesem Zweck weist sie drei ringförmige Meßfühler C1, Cl und C3 auf, die den entsprechenden Phasen Pl, PI und PZ zugeordnet sind.

Die Ausgänge der Meßfühler C1, C2 und C3 sind mit den Eingängen einer Einrichtung zum Formen der Signale verbunden, die aus einem Differenzierglied D besteht, dessen Ausgang mit einem Gleichrichter R verbunden ist. Der Ausgang des Gleichrichters R steht mit dem Eingang E einer monostabilen Kippstufe B in Verbindung, an dessen Ausgang 5 man ein Ausgangssignal erhält.

Die Meßfühler Ci, C2 und C3 liefern pro Halbwelle der ihnen zugeordneten Phasen Pi, P2 und P3 einen Impuls, während die Kippdauer θ der monostabilen

Kippstufe B zwischen — und — liegt.

Der Meßfühler Ci liefert einerseits zu den Zeitpunkten t\, ti+ T, t\+2T, etc. positive Impulse, die im wesentlichen den Maximalwerten der positiven Halbwellen der Phase Pi entsprechen, und andererseits negative Impulse zu den Zeitpunkten

etc..

-,ο welche im wesentlichen den Maximalwerten der negativen Halbwellen der Phase Pl entsprechen (siehe Fig.2b). Ebenso liefert der Meßfühler Cl einerseits positive Impulse zu den Zeitpunkten

AL
3

etc..

die im wesentlichen den Maximalwerten der positiven Halbwelle der Phase P2 entSDrechen und andererseits ^hl) negative Impulse zu den Zeitpunkten

ST 6

h + ■

11 7"

etc..

die im wesentlichen den Maximalwerten der negativen Halbwelle der Phase P2 entsprechen (siehe F i g. 2c). Schließlich liefert der Meßfühler C3 einerseits positive

Impulse zu den Zeitpunkten
5 T

IT

h +■

etc..

die im wesentlichen den Maximalwerten der positiven Halbwellen der Phase P3 entsprechen und andererseits negative Impulse zu den Zeitpunkten

IT 6

die im wesentlichen den Maximalwerten der negativen Halbwellen der Phase P3 entsprechen (siehe F i g. 2d).

Demnach ergeben sich positive Impulse zu den r, Zeitpunkten ii,

Ί +γ· Ί

- eic..

und negative Impulse zu den Zeitpunkten

20

Ί+Τ-

5 T

—Γ-·

IT

,etc.

Nach dem Gleichrichten und Formen des Stroms durch die Vorrichtungen D und R erscheint am Eingang E eine Folge schwacher, z. B. positiver Impulse der

Periodendauer—(siehe F i g. 2e).

3 J(I

Zum Zeitpunkt fi kippt der erste, am Eingang E erscheinende und die Phase P1 darstellende Impulse die monostabile Kippstufe B, die an ihrem Ausgang Seinen Rcchteckimpuis K der Amplitude U liefert (siehe F i g. 2f). Zum Zeitpunkt t\ + θ müßte die Amplitude des j-, Rechteckimpulses auf 0 gefallen sein. Zum Zeitpunkt

ist jedoch ein der Phase Pl zugeordneter Impuls aufgetreten, der die Kippvorrichtung in gekipptem Zustand erhält Der Rechteckimpuls K wird also nicht unterbrochen. Dasselbe geschieht bei der Ankunft des folgenden Impulses, welcher der Phase P3 zugeordnet ist. Demzufolge ist, wenn alle Phasen vertreten sind, das Ausgangssignal der Kippvorrichtung ein kontinuierlicher Rechteckimpuls K.

Wenn eine Phase unterbrochen ist, wird das System zweiphasig. Das hat zur Folge (siehe F i g. 2g), daß bei E eine Impulsfolge erscheint, die eine Periodendauer von

— aufweist. Danach kehrt zum Zeitpunkt

2 5d

die Kippvorrichtung B zur Ausgangsstellung zurück, um zum Zeitpunkt fH beim Erscheinen des nächsten

Impulses (siehe F i g. 2h) wieder umzukippen. Dieselbe Erscheinung tritt ein zwischen den Zeitpunkten

und t\ + T. Beim Ausscheiden einer Phase weist der Rechteckimpuls K Einbrüche M der Dauer ( Θ) auf.

65 Die F i g. 3 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels der Fig. 1. Sie setzt sich zusammen aus den in F i g. 1 dargestellten Bestandteilen sowie einem zusätzlichen Regelsystem eines Relais Rl, das zur Steuerung eines Alarm- oder Schutzsystems dient. Darüber hinaus hat die Vorrichtung in F i g. 2 die Aufgabe, die elektronischen Schaltkreise des Regelsystems des Relais Rl zu speisen und die notwendige Energie zur Aufrechterhaltung des Kippzustandes des Relais zu liefern.

Der Ausgang S der monostabilen Kippstufe ßist mit dem Eingang eines Gatters L1 verbunden, welches nur dann einen Befehl ordnungsgemäß überträgt, wenn am Ausgang S Einbrüche M auftreten. Dieser Befehl wird dann an ein Gatter L 2 übertragen, das die Aufgabe hat, sicherzustellen, daß die Einbrüche M nicht auf eine vorübergehende Zufallserscheinung, sondern tatsächlich auf eine Phasenunterbrechung zurückzuführen sind.

Zu diesem Zweck wird an das Gatter L 2 außerdem eine von einer Vorrichtung Vr gelieferte Referenzspannung angelegt. Diese Referenzspannung besteht nur, wenn ein Stromversorgungsgerät Al eine Spannung liefert, welche ein ordnungsgemäßes Funktionieren aller Phasen Pl,P2,P3 anzeigt.

Wenn nun z. B. beim Anlaufen das mehrphasige Stromsystem noch nicht stabilisiert ist, wäre es möglich, daß eine Phasenverschiebung zwischen zwei Phasen ausreichen würde, um Einbrüche M hervorzurufen, selbst wenn keine Phase unterbrochen ist. Das Gatter L 2 überträgt einen Steuerbefehl nur dann, wenn die Einbrüche vom Referenzsignal begleitet sind.

Das Referenzsignal wird vom Stromversorgungsgerät A 1 geliefert, dessen Eingänge mit den Meßfühlern CX, C2 und C3 verbunden sind. Durch das Stromversorgungsgerät A 1 werden die monostabile Kippstufe B, die Vorrichtung Vr, das Gatter L 2 und L 3 sowie weitere Bausteine L4 und LS gespeist Im Gatter L2 wird das logische Produkt zwischen dem von Gatter L 1 herrührenden Signal und einer auf einen gewünschten Wert festgelegten Speisespannung gebildet.

Der vom Gatter L 2 kommende Impuls wird an ein Gatter L 3 geführt, welches einen Integrator L 4 steuert, der seinerseits eine das Relais R1 betätigende Kippvorrichtung L 5 speist.

Die Fig.4 zeigt einen Schaltkreis, in dem die Vorrichtungen A 1, R und D der Fig. 1 und 3 zusammengefaßt sind. In dieser Figur gehen durch die ringförmigen Meßfühler C1, C2 und C3 die Drähte der Phasen Pi, P2 und P3.

Die in den auf den ringförmigen Meßfühlern angebrachten Sekundärwicklungen induzierten Spannungen werden an die Gleichrichter Sl. 52 oder S3 herangeführt und dann auf Steuerblocks Rg 1, Ag· 2 bzw. Rg 3 stabilisiert Diese Steuerblocks können nach herkömmlicher Art eine Zenerdiode enthalten, die in Reihe mit einem Widerstand geschaltet ist, wobei ein Kondensator mit der Zenerdiode parallel geschaltet ist

Die Ausgänge der Steuerblocks RgX, Rg2 und Rg3 werden über Dioden DX, D 2 bzw. D 3 an eine Klemme P angeschlossen. Die negativen Klemmen der Gleich richter Sl, S 2, S3 sind untereinander verbunden und geerdet, und an eine Klemme N angeschlossen. Die Gesamtheit der Gleichrichter Sl, S2, S3 und der Steuerblocks RgX, RgI, Rg3 bildet den Stromversorgungsblock A1 der Fig.3, wobei die Speisespannung zwischen den Klemmen Fund ^geliefert wird.

Jedem der ringförmigen Meßfühler CX, C2 und C3 ist ein kapazitiver Abzweigestromkreis mit Kondensa-

tor und Widerstand (C 4, R4)-(C5, R5) oder (C6, R6) beigeordnet und so angeschlossen, daß eines seiner Enden direkt mit dem Ende der entsprechenden Sekundärwicklung verbunden ist, während das andere Ende des Abzweigestromkreises dem entsprechenden Gleichrichter (S 1 bis 53) nachgeschaltet ist. Die Dioden D 4 bis D 6 ermöglichen es, an die Klemme des Eingangs E Impulse der gewünschten Polarität heranzuführen. Die Abzweigestromkreise C4, R 4 - C5, R 5 und Cb, R6 bilden das Differenzierglied D der Fig. 1 und 3, während die Dioden D 4 bis £>6 den Gleichrichter R in denselben Figuren bilden.

Die F i g. 5 zeigt daß die monostabile Kippstufe B aus zwei monostabilen, in Kaskade geschalteten Multivibratoren Mi und Ml zusammengesetzt ist. Der erste Multivibrator M \ erhall über die Klemme des Eingangs Edie von den Meßfühlern Ct, C2 und C3 kommenden Impulse und steuert den zweilen Multivibrator M2. Die entsprechenden Ausgänge steuern das Gatter L 1. Der Multivibrator M I hai eine große Kippdauer Ti. Folglich ist die Abfallzeit TZ entlang seiner Hinterflanke relativ groß (siehe F i g. 6). Demgegen-

über ist die Kippdauer T2 des zweiten Multivibrators M2 relativ klein, und entsprechend auch seine Abfallzeit T4. Aufgrund der Vereinigung der zwei Multivibraloren M\ und M 2 erhält man einen zusammengesetzten Rechteckimpuls K mit einer steilen Hinterflankc durch Überlagerung des Rechleckimpulses des Multivibrators M2 am Ende des Rechleckimpulses von Multivibralor M 1. Die Summe Ti + Tl muß dabei der Beziehung

γ < Π +TK--

genügen.

Bei sorgfältiger Wahl der Komponenten der Vorrichtung können die niedrigste und die höchste überwachbare Nennstromstärke im Verhältnis 1 zu 100 liegen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders geeignet für den Schutz von Hebevorrichtungen, Fördereinrichturgen etc., bei denen eine Stabilitätsschwankung der Phase das Drehmoment des Hebemotors unter das Widerstandsdrehmoment bei Belastung fallen lassen kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Erfassen einer Phasenunterbrechung in einem mehrphasigen System, mit Meßfühlern und diesen nachgeordneten Gleichrichtern, die jeweils den verschiedenen Phasen des Systems zugeordnet sind und die ein das Vorhandensein der betreffenden Phase bezeugendes Signal abgeben und die einen gemeinsamen, an den ι ο Eingang einer bei Ausfall einer Phase ansprechenden Kippschaltung angeschlossenen Ausgang haben, welche Kippschaltung mit einer durch deren Schaltiustände gesteuerten Signaleinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Meßfühler (Cl, C2, C3) des Systems und dem zugeordneten Gleichrichter (R) Schaltkreise zur Erzeugung eines kurzen Impulses bei jeder Halbwelle der entsprechenden Phase des Systems mit vorgegebener Polarität vorgesehen w sind, und daß die Kippschaltung eine monostabile Kippstufe (B) ist, deren Kippbewegung über jeden der Impulse steuerbar ist und deren Kippdauer (d) mindestens gleich der normalen Phasenverschiebung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Phasen 2> des Systems ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis zum Erzeugen der kurzen Impulse ein Differenzierglied (D)\st.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Überwachung m eines Drehstromsystems, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippdauer (B) der monostabilen Kippstufe (B) zwischen einem Drittel und der Hälfte der Periodendauer der betreffenden Ströme liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Ji zeichnet, daß ein Gatter (L2) vorgesehen ist, dem einerseits das von der monostabilen Kippstufe (B) kommende Signal zugeführt ist, und dem andererseits ein von jedem Meßfühler (Cl, C2, C3) geliefertes Signal zugeführt ist, dessen Amplitude eine Funktion der Phasenzahl des Stroms ist, und daß das Gatter (L 2) nur dann ein Ausgangssignal ergibt, wenn ein Phasenausfall vorliegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß hinter jedem Meßfühler (Ci, C2, C3) 4> und dem zugeordneten Gleichrichter (R bzw. Si, 52, S3) ein Steuerblock (RgI, Rg2, Rg3) angeschlossen ist, wobei alle Ausgänge der Steuerblöcke (Rg 1, Rg2, Rg3) mit Hilfe von Dioden (D 1, D 2, D 3) mit einem ersten gemeinsamen Punkt (P) verbunden sind, während alle Ausgänge der nicht an einen Steuerblock angeschlossenen Gleichrichter mit einem zweiten gemeinsamen Punkt (N) verbunden sind, und daß das Differenzierglied (D) mit Widerstand (R 4, R 5, R 6) und Kondensator (C4, >^r> C5, C6) jedem Meßfühler (Cl, C2, C3) zugeordnet und zwischen dem dem Meßfühler und dem betreffenden Gleichrichter gemeinsamen Punkt und dem zweiten gemeinsamen Punkt (A^ angeordnet ist, wobei die von den Differenziergliedern (D) korn- fe« menden Signale über Dioden (DA, D5, D6) an eine gemeinsame Klemme (Eingang E) geführt sind (F ig. 4).

6. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die monostabile Kippstufe (B) von b5 zwei monostabilen Kippstufen (Ml, M2) gebildet wird, die so in Kaskadenschaltung angeordnet sind, daß diejenige, die die von den Meßfühlern (Cl, C2, C3) gelieferten Signale empfängt und die den anderen steuert, eine größere Kippdauer aufweist als letztere.