-
Elektronischer Maximumwächter Die Erfindung betrifft einen elektronischen
Maximumwächter mit fortlaufendem Arbeitsvergleich über konstante Meßperioden, der
die innerhalb einer jeden Meßperiode verbrauchte elektrische Arbeit mit einer vorgebbaren
Sollarbeit laufend vergleicht und der bei Uberschreitang dieser Sollarbeit eine
Abschaltung und bei nachfolgender Unterschreitung dieser Sollarbeit wieder eine
Zuschaltung von zumindest Teillasten vorzugsweise selbsttätig einleitet.
-
Durch die OS 2 239 268 ist eine Vorrichtung zur Überwachung der von
einer Energiequelle abgegebenen elektrischen Energie bekannt geworden, bei der im
Gerät selbst auf analoge Weise die Produktbildung aus Strom und Spannung gebildet
wird, um ein Maß für die Leistung zu erhalten. Eine dieser momentanen Leistung proportionale
Größe wird in einer Addierschaltung mit einer entsprechenden Bezugsgröße durch eine
Subtraktion verglichen. Die von der Bezugsquelle gelieferte Große stellt die mittlere
Größe der maximalen Leistung dar, die der Energieverbrauch nicht überschreiten darf.
Das Ausgangssignal der Addierschaltung wird einem Integrator zugeführt, der das
Ausgangssignal über eine bestimmte Zeitperiode integriert.
-
Das Ausgangs signal der Integrierschaltung wird wiederum mit einer
Bezugsgröße verglichen. Überschreitet der Verbrauch innerhalb einer Meßperiode den
durch die Bezugsgröße vorgegebenen Verbrauch, so wird ein Signal für eine Warnung
und/ oder eine Abschaltung von Verbrauchern ausgelöst. Nachteilig bei dieser bekannten
Vorrichtung ist, daß alle Größen analog
gebildet werden, so daß
sie meist nicht die hohe Genauigkeit aufweist, die an solche Geräte an sich gestellt
werden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Maximumwächter
der eingangs beschriebenen Art derart auszubilden, daß er nicht nur mit hoher Genauigkeit
zu arbeiten imstande ist, sondern auch in der Lage ist, fortlaufend zu ermitteln,
mit welcher mittleren Leistung bis zum Ende der Meßperiode gefahren werden kann,
ohne ein vereinbartes i,iaximum zu gefährden. Der elektronische Maximumwächter gemäß
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine aem zu überwachenden Verbrauch
proportionale Impulsfolge und eine der vorgegebenen Sollarbeit proportionale konstante
Impulsfolge vorzugsweise über je eine elektronische Impulsanpassung je einen setzbaren
Binärzähler zugeführt werden, welche zu Beginn einer jeden Meßperiode auf voreinstellbare
Anfangswerte rücksetzbar sind, und daß aus den Ausgangswerten der beider Binärzähler
fortlaufend ein Leistungsmittelwert gebildet wird, der über mindestens einen Komparator
mit einem vorzugsweise in Prozent der maximalen Leistung vorgebbaren Leistungssollwert
verglichen wird, der bei Überschreitung dieses vorgegebenen Leistungssollwertes
ein Signal und/oder eine entsprechende Lastabschaltung auslöst und vorzugsweise
bei nachfolgender Unterschreitung um einen bestimmten Betrag dieses vorgegebenen
Leistungssollwertes eine Wiedereinschaltung der abgeschalteten Lasten veranlaßt.
Vorzugsweise ist zur laufenden Bildung des Leistungsmittelwertes ein digitaler Dividierer
verwendet. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Maximumwächters ist im wesen-licher
darin zu sehen, daß er rein digital arbeitet,so daß eine hohe Genauigkeit gewährleistet
ist. Da der erfindungsgemäße l!aximumwächter impulsgesteuert ist, ist er besonders
geeignet tür die Pernzählung, wo ja im wesentlichen Kontaktgeberzähler eingesetzt
werden, die entsprechend dem Verbrauch proportionale Impulsfolgen abgeben.
-
iMnhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel schematisch
dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert.
-
Es zeigen: Figur .1 eine impulsgesteuerte elektronische Maximum-Überwachungseinrichtung
und Figur 2 ein Prinzipschaltbild eines Dividierers.
-
Mit 1 ist der elektronische Maximumwächter bezeichnet, der an einem
Eingang 2 eine dem Verbrauch proportionale Impulsfolge erhält, die beispielsweise
von einem Kontaktgeberzähler 3 oder einem Zähler 4 mit einer optoelektrischen Läuferabtasteinrichtung
5 abgegeben werden. Dem Eingang 2 können sowohl Wischimpulse als auch Doppelstromimpulse
zugeführt werden. Mit 6 ist eine Schaltungsanordnung angedeutet, die im wesentlichen
zur Potentialtrennung dient. Beispielsweise läßt sich die Potentialtrennung durch
eine opto-elektronische Kopplung bewirken. Wesentlich hierbei ist nur, daß zwischen
dem Gerät 1 und dem Eingang 2 keine galvanische Verbindung besteht.
-
Die dem Verbrauch proportionale Impulsfolge wird über einen Impuls
teiler 7 auf ein Register 8 gegeben. Der Impulsteiler 7 ist vorzugsweise als elektronischer
Impuls teiler ausgebildet, und paßt die Impulszahl der Kapazität nl des Registers
8 an. Das Register 8 ist ein setzbarer Rückwärtszähler, wie durch eine Eingabe 9
angedeutet ist. Sie dient zum Setzen des Registers 8 auf eine bestimmte Impulszahl.
-
Zu Beginn einer jeden Meßperiode wird das Register 8 auf den eingestellten
Anfangswert nl gesetzt, wobei die Impulszahl ni der in der Meßperiode maximal zulässigen
elektronischen Arbeit Wm proportional ist.
-
Die Impulse des Kontaktgeberzählers 3 bzw. die über die Abtasteinrichtung
5 des Zählers 4 abgegebenen Impulse sind proportional der verbrauchten elektrischen
Arbeit W und vermindern den Inhalt des Registers 8, so daß der Registerinhalt der
Differenz Wm - W entspricht, wobei W die bis zur Zeit t gelieferte elektrische Arbeit
ist.
-
In gleicher Weise arbeitet ein Register 10, das über eine Eingabe
11 auf einen bestimmten Anfangswert n2 gesetzt
werden kann. In das
Register 10 werden Impulse mit konstanter frequenz eingezählt. Diese Impulse werden
vorzugsweise von der Netzfrequenz abgeleitet, was durch einen Zeitgeber 12 angedeutet
ist, der seine Impulse über einen elektronischen Impulsteiler 13 in das Register
10 überführt. Der Zeitgeber 12 wird über einen Stromversorgungsteil 14 vom Netz
über Eingangsklemmen 15 mit Spannung versorgt.
-
Die Eingangsimpulse für das Register 10 sind proportional der Meßzeit
t. Der elektronische Teiler 15 paßt diese Zeitimpulse der Kapazität n2 des Registers
10 an. Auch das Register 10 ist ein setzbarer Rückwärtszähler.
-
Zu Beginn einer jeden Meßperiode wird das Register 10 auf den Anfangswert
n2 gesetzt, wobei n2 proportional tm ist, also proportional der Meßperiodendauer.
-
Die Zeitimpulse vermindern den Inhalt des Registers 10, so daß der
Registerinhalt stets der Differenz tm - t entspricht, wobei t ein beliebiger Zeitpunkt
in der Meßperiode ist. An dem Ausgang 16 des Registers 8 steht also der Wert Wm
-und am Ausgang 17 des Registers 10 die Differenz tm - t an.
-
Für die zulässige mittlere Leistung Pz zum Zeitpun t t wis zum Ende
einer Meßperiode ergibt sich für z = K. t t -t wobei die Konstante K schaltungsbedingte
Umrechnungsfaktoren und Teilverhältnisse enthält.
-
Um die zulässige mittlere Leistung z zu erhalten, sind die Ausgänge
16 und 17 der beiden Register 8 und 10 mit einem Dividierer 18 verbunden, der den
Quotienten aus (Wm - W) und (tm - t) errechnet. Am Ausgang 19 des Dividierers entsteht
dann eine der zulässigen mittleren Leistung Pz proportionale Größe. Da die Ausgangswerte
der Register 8 und 10 digitale Werte sind, wird vorzugsweise als Dividierer ein
digitaler Dividierer verwendet. Vorzugsweise wird als Dividierer der Rechenchip
eines elektronischen Taschenrechners verwendet; diese Bausteine werden in rel. großen
Stückzahlen gefertigt und sind daher preisgünstig.
-
Das Ergebnis der Division ist der Leistungsmittelwert Pz.
-
Durch geeignete Wahl der Anfangswerte n1 und n2 der Register 8 und
10 sowie der Konstante K kann man erreichen, daß Pz in Prozent von Pm errechnet
wird. Diese Werte werden über Komparatoren 20 bis 20n mit in Prozent der maximalen
Leistung vorgegebenen Leistungssollwerten verglichen. Beispielsweise ist der Komparator
20 auf 80 % Pm und der Komparator 20n auf 150 %0 Pm eingestellt. Bei Erreichen der
vorgegebenen Werte werden über Relais 21 bis 21n Kontakte 22 bis 22n betätigt, wobei
Leitungen 23 bis 25n zu Schützen für das Ein- oder Ausschalten von Verbrauchergruppen
führen.
-
Für den Leistungsmittelwert z ist eine Ziffernanzeige 25 vorgesehen.
-
Im folgenden wir erläutert, wie man durch eine geeignete Wahl der
Anfangswert n1 und n2 der Register 8 und 10 sowie der Konstante K man erreichen
kann, daß Pz in Prozent von Pm errechnet wird: Wählt man z.B. für n1 = n2 = 900
Impulse una für K = 100; W -W dann ist Pz = 100 .
-
m 1. Fall: Die Verbraucherleistung P entspricht dem Maximum Pm; es
ist VW = P o t = P . t und Wm = Pm . tm tm - t daraus folgt: Pz = 100 . Pm . # 100
% Pm; tm - t dieses Ergebnis bedeutet, daß für den Rest der Meßperiode mit P = 100
% Pm gearbeitet werden kann.
-
dies deckt sich mit der Voraussetzung, daß die Verbraucherleistung
P = Pm angenommen wurde.
-
2. Falls die Verbraucherleistung ist in der 1. Hälfte der Meß periode
um 10 % größer als das Maximum Pm; also: W = P.t = 1,1.Pm.0,5.tm = 0,55 Wm Wm -
0,55 . Wm damit:Pz = 100. = 90 . Pm # 90 % . Pm; 0,5 . tm
d.h.,
in der 2. Hälfte der Meßperiode ist nur noch eine Leistung P = 90 Pn zulässig.
-
3. Fall: die Verbraucherleistung während 2/3 Meßperiode ist nur 75
% des Maximums also: W = P.t = 0,75 Pm . 0,67 tm = 0,5 Wm Wm - 0,5 . Wm damit:Pz
= 100 . 0,33 tm m 150 ?m = 150 VO.Pm; d.h., im letzten Drittel der Meßperiode kann
mit 150 % Pm gearbeitet werden.
-
Anhand der Figur 2 wird ein Ausführungsbeispiel einer Dividierschaltung
mit einzelnen integrierten Schaltkreisen aufgezeigt. Wirkungsmäßig gleiche Teile
sind mit gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 versehen. Die dem Verbrauch proportionalen
Impulse werden über eine Leitung 26 an den Rückwärtseingang R des Registers 8 eingegeben.
Über eine Leitung 27 erfolgt das Setzen des Registers 8 auf den Ausgangswert nl.
-
In entsprechender Weise werden über eine Leitung 28 die der Leistung
proportionalen Zeitimpulse auf dem Rückwärts eingang R des Registers 10 gegeben.
Eine Leitung 29 dient zum Setzen des Registers 10 auf den Wert n2. Der Dividierer
ist allgemein mit 18 bezeichnet. Die Inhalte der Register 8 und 10 werden zu Beginn
jeder Division mit einem über eine Leitung 30 anstehenden Übernahmebefehl in Zwischenspeicher
31 und 32 übernommen. An die Zwischenspeicher sind Hilfszähler 33 und 34 angeschlossen.
Die Kapazität des Hilfsspeichers 93 wird durch zwei zusätzliche Dekaden erweitert,
in welche die Information "0" übernommen wird. Dies entspricht einer Multiplikation
des Registerinhaltes von dem Register 8 mit 100 entsprechend einer Konstanten K
= 100. Der Hilfszähler 33 ist ein setzbarer Rückwärtszähler mit 5 Dekaden Der Zustand
"0" des Zählers wird über ein Gatter 35 ausgewertet. Der Hilfszähler 34 ist ein
programmierbarer Vorwärtzählermit drei Dekaden. Dieser Zähler gibt einen Ausgangsimpuls
ab, wenn die vorprogrammierte Impulszahl erreicht ist. Die Programmierung des Hilfszählers
34 erfolgt durch den im
Hilfsspeicher 52 abgespeicherten Registerinhalt
von dem Register 10. Mit 36 ist ein Oszillator bezeichnet, der über ein UND-Gatter
37 einerseits über eine Leitung 38 auf den Rückwärtseingang des Hilfszählers 33
und andererseits über eine Leitung 39 auf den Vorwärts eingang V ctes Zählers 34
Impulse sendet. Mit 40 ist ein Ergebnisregister bezeichnet, das am Ausgang die Größe
Pz darstellt.
-
Die Impulse des Oszillators 36 laufen über Gatter 37 gleichzeitig
in beide Hilfszähler 33 und 34. Der Inhalt des Hilfszählers 33 wird laufend vermindert.
Der Hilfszähler 34 zählt von 0 ausgehend aufwärts und gibt jeweils dann einen Ausgangsimpuls
ab, wenn die eingestellte Impulszahl erreicht ist. Anschließend wird der Zähler
34. wieder auf 0 gesetzt.
-
Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis der Inhalt des Hilfszählers
33 Null ist, d.h. alle Dekaden am Ausgang eine Null führen, so daß über das Gatter
35 das Gatter 37 den Zähltakt sperrt. Damit ist die Division beendet. Durch einen
erneuten Übernahmebefehl wird die nächste Rechen operation ausgeführt. Durch eine
hohe Oszillatorfrequenz kann die Divisionszeit klein gehalten werden.
-
Die Ausgangsimpulse des Hilfszählers 54 laufen in das ErgebniE-register
40, wobei dessen Inhalt den zu errechnenden Leistungsmittelwert P darstellt.
-
Die vom Dividierer 18 errechneten Leistungsmittelwerte Pz werden über
die Digitalkomparatoren 20 bis 20n mit den vorgegebenen Leistungswerten P1 bis Pn
verglichen. Diese Werte Pl bis Pn können mittels Zahlensteller im Bereich von 10
bis 199 % Pm eingestellt werden.
-
Entspricht der errechnete inert Pz einem der Vorgabewerte 1n, so wird
einer der Relaiskontakte 22 bis 22n geschaltet. Damit kann ein Signal ausgelöst
und/oder die betreffende Verbrauchergruppe zu- oder abgeschaltet werden. Damit zu
Beginn einer Meßperiode keine unnötige Abschaltung von Teillasten erfolgt,
ist
es zweckmäßig, daß die Komparatoren erst nach einer gewissen Zeit z.B. nach 5 Minuten
freigegeben werden. Diese Funktion übernimmt das Register 10, wie durch Leitung
41 und 42 in Pigur 1 angedeutet ist.
-
Die Anzahl der Komparatoren ist vom Prinzip her nicht beschränkt,
so daß eine feinstufige Lastüberwachung möglich ist.
-
9 Patentansprüche 2 Figuren