DE2532206A1

DE2532206A1 - Three phase unbalanced loading protection - involves making use of ripple components in rectified three phase current to produce unbalance current

Info

Publication number: DE2532206A1
Application number: DE19752532206
Authority: DE
Inventors: Hubert Roellecke
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1975-07-18
Filing date: 1975-07-18
Publication date: 1977-01-20
Also published as: SE7606108L

Abstract

The output of three current transformers, one in each phase feeding the load, is applied to a rectifier bridge whose output in turn energises the overload relay. The unbalanced load protection makes use of the voltage developed by this bridge across a loading resistor. The bridge voltage is applied via an integrator and potential divider to one input of an operational amplifier, whilst the other input is connected to the unsmoothed bridge voltage. The amplifier, which is connected in different mode, then gives an output dependant upon the a.c. component of the bridge voltage. In the case of unbalanced load the a.c. component will increase, and a level detector can be made to operate a trip when a predetermined level is reached.

Description

Schaltungsanordnung zur Abschaltung eines Drehstromverbrauchers bei unsymmetrischer Leistungsaufnahme Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Abschaltung eines Drehstromverbrauchers bei unsymmetrischer Leistungsaufnahme mit einem in jede Phase eingeschalteten Strom- oder Spannungswand er.Circuit arrangement for switching off a three-phase consumer asymmetrical power consumption The invention relates to a circuit arrangement for switching off a three-phase current consumer in the event of asymmetrical power consumption with a current or voltage wall switched on in each phase.

Als Eirrichtungen zum Schutz von Drehstromverbrauchern, lnsbesondere von Drehstrommotoren, gegen unzulässige Erwärmung infolge hcr Belastung kommen heute elektronische abhängige Oberstromzeitrelais zum Einsatz. Sie sind so aufgebaut, daß die Phasenströme über Stromwandler einer Gleichrichterschaltung zugeführt werden, deren Ausgangsstrom an nachgeschalteten Widerständen einen Spannungsabfall hervorruft. Beim Überschreiten eines Grenzwertes wira in Abhängigkeit von der Höhe dieser Spannung zeitverzögert eine Abschaltung des Drehstrommotors eingeleitet. Diese Uberstromzeitrelais sind auf einen Auslösestrom einstellbar, der oberhalb des Nennstromes des Drehstrommotcrs liegt.As equipment for the protection of three-phase consumers, in particular of three-phase motors, against impermissible heating as a result of high loads come today electronic dependent overcurrent time relays are used. They are built so that the phase currents are fed to a rectifier circuit via current transformers, whose output current causes a voltage drop at downstream resistors. When a limit value is exceeded, wira depends on the level of this voltage A switch-off of the three-phase motor initiated with a time delay. These overcurrent time relays can be set to a tripping current that is above the rated current of the three-phase motor lies.

Unzulässige Erwärmungen von Drehstrommotoren können auch durch eine unsymmetrische Leistungsaufnahme als Folge einer unzulässig großen Spannungsabsenkung in einer Phase hervorgerufen werden. Da diese Spannungsabsenkung, die gleichzeitig eine Stromänderung in der betroffenen Phase zur Folge hat, (z.B.: Phasenausfall, Überlastung einer Phase durch Wechselstromverbraucher) im ganzen Bereich zwischen Leerlauf und Vollast auftreten kann, ist durch den Einsatz eines Überstromzeitrelais noch kein sicherer Schutz gegeben. Aus diesem Grund wird oft neben dem Uberstromzeitrelais eine Schaltungsanordnung eingesetzt, die unsymmetrische Belastungsfälle erkennt und daraufhin den Drehstrommotor abschaltet.Inadmissible heating of three-phase motors can also be caused by a asymmetrical power consumption as a result of an impermissibly large voltage drop be evoked in one phase. Because this voltage drop that at the same time results in a current change in the affected phase (e.g .: phase failure, Overload of a phase by alternating current consumers) in the entire area between Idle and full load can occur is through the use of an overcurrent time relay no secure protection has yet been given. For this reason, in addition to the overcurrent time relay a circuit arrangement is used that detects asymmetrical load cases and then switches off the three-phase motor.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise aus der OS 2 315 122 bekanntgeworden.Such a circuit arrangement is from OS 2, for example 315 122 became known.

In der dort beschriebenen Schaltungsanordnung werden zunächst die drei Phasenströme eines Drehstromnetzes durch Stromwandler untersetzt und huber eine Diode gleichgerichtet. Jeder der so gewonnenen impulsförmigen Gleichströme lädt einen Kondensator, der die Steuerstrecke eines Transistors parallelgeschaltet ist. Die Schaltstrecken der drei Transistoren sind unter Zwischenschaltung der Kondensatoren hintereinandergeschaltet und mit den Spulenanschlüssen eines Relais verbunden.In the circuit arrangement described there, the first three phase currents of a three-phase network stepped down by current transformers and huber rectified a diode. Each of the pulsed direct currents obtained in this way charges a capacitor that connects the control path of a transistor in parallel is. The switching paths of the three transistors are with the interposition of the capacitors connected in series and connected to the coil connections of a relay.

Die Schaltungsanordnung ist so ausgelegt, daß bei einem Stromfluß durch drei Phasen alle Transistoren durchgesteuert und die Summe der Kondensatorspannungen an die Spulenanschlüsse des Relais gelegt sind. Sobald ein Phasenstrom stark abfällt, geht der entsprechende Transistor in den Sperrzustand über, unterbricht den Spulenstrom des Relais und führt so eine Auslösung des nachgeschalteten Netzschalters herbei.The circuit arrangement is designed so that when there is a current flow through three phases all transistors are turned on and the sum of the capacitor voltages to the coil connections of the Relays are placed. As soon as a phase current drops sharply, the corresponding transistor goes into the blocking state, interrupts the coil current of the relay and thus triggers the downstream power switch come here.

Bei der beschriebenen wie auch bei anderen bekannten Schaltungsanordnungen ist als nachteilig anzusehen, daß jeweils drei Strom- bzw. Spannungswandler erforderlich sind, die im wesentlichen die relativ hohen Herstellungskosten ausmachen.In the described as well as in other known circuit arrangements is to be regarded as disadvantageous that three current or voltage converters are required are, which essentially make up the relatively high manufacturing costs.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher vorzugsweise, eine Schaltungsanordnung der obigen Art zu schaffen, die mit geringen Kosten realisierbar ist.The object of the present invention is therefore preferably to provide a To create a circuit arrangement of the above type that can be implemented at low cost is.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Sekundärströme der Stromwandler bzw. angekoppelte Meßspannungen eine Gleichrichterschaltung speisen, deren Ausgangsspannung über ein Integrierglied und einen Spannungsteiler an einen Eingang eines Differenzverstärkers gelegt ist, daß der in dieser Spannung enthaltene Wechselspannungsanteil am anderen Eingang des Differenzverstärkers liegt und daß der Differenzverstärker bei zu großem Wechselspannungsanteil die Abschaltung des Verbrauchers auslöst.According to the invention this object is achieved in that the secondary currents the current transformer or coupled measuring voltages feed a rectifier circuit, their output voltage via an integrator and a voltage divider to a Input of a differential amplifier is placed that the contained in this voltage AC voltage component is at the other input of the differential amplifier and that the differential amplifier switches off the Consumer triggers.

Im folgenden sei die Erfindung anhand eines in den Fig. 1 bis 3 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.In the following the invention is based on one in Figs. 1 to 3 of Drawing illustrated embodiment explained in more detail.

Es zeigen: Fig. 1 einen Stromlaufplan und Fig. 2 und 3 Spannungsdiagramme bei symmetrischer und unsymmetrischer Netzbelastung.1 shows a circuit diagram and FIGS. 2 and 3 show voltage diagrams with symmetrical and asymmetrical network load.

Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols.

In Fig. 1 sind mit R, S, T die drei Phasen eines Drehstromnetzes, mit IR, IS, IT die einzelnen Phasenströme, mit T W ... W3 Stromwandler, mit D eine Gleichrichterschaltung und mit Is ein abhängiges Überstromzeitrelais bezeichnet.In Fig. 1, R, S, T are the three phases of a three-phase network, with IR, IS, IT the individual phase currents, with T W ... W3 current transformer, with D one Rectifier circuit and Is denotes a dependent overcurrent time relay.

Daneben enthält die Schaltungsanordnung mehrere Widerstände R1 ... R11, mehrere Kondensatoren C1 ... C5, zwei Differenzverstärker V1, V2, eine Diode D1 und ein Hilfsrelais H.In addition, the circuit arrangement contains several resistors R1 ... R11, several capacitors C1 ... C5, two differential amplifiers V1, V2, one diode D1 and an auxiliary relay H.

Die Anordnung der Stromwandler W1... W3 und der Gleichrichterschaltung D entspricht der gebräuchlichen Art zur Auswertung der Phasenströme IR, Is, IT mit nur einem gemeinsamen Meßglied in einem abhängigen Überstromzeitrelais I) . Zwischen der Kathode und der auf Nullpotential liegenden Anode der Gleichrichterschaltung D ist der Widerstand R1 angeschaltet, an dem eine Spannung U1 abfällt, die von den Phasenströmen IR, Is, 1T abhängig ist. Parallel zum Widerstand R1 liegt die Reihenschaltung eines Kondensators C1 und eines Widerstandes R2, an deren Verbindungsstelle ein aus dem Widerstand R3 und dem Kondensator C3 bestehendes Tiefpaßfilter angeschlossen ist.The arrangement of the current transformers W1 ... W3 and the rectifier circuit D corresponds to the usual way of evaluating the phase currents IR, Is, IT with only one common measuring element in a dependent overcurrent time relay I). Between the cathode and the anode of the rectifier circuit, which is at zero potential D the resistor R1 is switched on, at which a voltage U1 drops, which is of the Phase currents IR, Is, 1T is dependent. The series circuit is parallel to the resistor R1 a capacitor C1 and a resistor R2, at their junction from the resistor R3 and the Capacitor C3 existing low-pass filter connected.

Die Ausgangsspannung des Tiefpaßfilters R3, C3 ist an dem Kondensator C3 abgreifbar und wird dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers V1 zugeführt.The output voltage of the low-pass filter R3, C3 is across the capacitor C3 can be tapped and becomes the non-inverting input of the differential amplifier V1 supplied.

Ferner ist parallel zum Widerstand R1 ein Integrierglied bestehend aus dem Widerstand R4 und dem Kondensator C2 angeordnet. Zwischen R4, C2 ist der Widerstand R5 angeschlossen, der mit einem an einer Betriebsspannung UB liegenden Spannungsteiler aus den Widerständen R6, R7 zusammengeschaltet ist. R5 ist als Potentiometer ausgeführt, dessen Schleifkontakt mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers V1 in Verbindung steht.Furthermore, there is an integrating element in parallel with the resistor R1 arranged from the resistor R4 and the capacitor C2. Between R4, C2 is the Resistor R5 connected, which is connected to an operating voltage UB Voltage divider from resistors R6, R7 is connected together. R5 is used as a potentiometer executed, its sliding contact with the inverting input of the differential amplifier V1 is in communication.

Am Ausgang des Differenzverstärkers V1 liegt die Diode D1, deren Kathode über die Parallelschaltung aus einem Widerstand R8 und einem Kondensator C4 mit dem Nullpotential verbunden ist. Der Parallelschaltung R8, C4 ist ein Zeitverzögerungsglied Rg, C5 nachgeschaltet, dessen Ausgangsspannung dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers V2 zugefuhrt ist. Der nicht invertierende Eingang des Differenzverstärkers V2 liegt an einer durch den Spannungsteiler Rlo, R11 vorgegebenen Referenzspannung. Der Verstärkerausgang ist mit der Spule des Hilfsrelais H verbunden, dem nicht dargestellte, zur Abschaltung des Drehstromnetzes geeignete Schalteinrichtungen nachgeschaltet sind.At the output of the differential amplifier V1 is the diode D1, its cathode via the parallel connection of a resistor R8 and a capacitor C4 with connected to zero potential. The parallel connection R8, C4 is a time delay element Rg, C5 connected downstream, the output voltage of which is connected to the inverting input of the differential amplifier V2 is supplied. The non-inverting input of the differential amplifier V2 is at a reference voltage specified by the voltage divider Rlo, R11. The amplifier output is connected to the coil of the auxiliary relay H, the one not shown, for disconnection suitable switching devices are connected downstream of the three-phase network.

Bei der Beschreibung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung sei zunächst eine symmetrische Belastung der drei Phasen R, S, T des Drehstromnetzes angenommen. In diesem Fall liegt am Widerstand R1 eine Spannung U1 entsprechend Fig. 2, die sich aus einem Gleichspannungsanteil U1 und einem Wechselspannungsanteil U1N zusammensetzt. Der Wechselspannungsanteil U wird durch den Widerstand R2 und den Kondensator C1 aus der Spannung U1 herausgefiltert und über ein Tiefpaßfilter R3, C3 zur Unterdrückung der bei symmetrischen Verhältnissen vorliegenden Welligkeit dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers V1 zugeführt. Gleichzeitig wird durch den Widerstand R4 und den Kondensator C2 der Mittelwert der Spannung U1 gebildet und zu einem durch das Potentiometer R5 einstellbaren Anteil an den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers V1 gelegt.When describing the mode of operation of the circuit arrangement initially a symmetrical load on the three phases R, S, T of the three-phase network accepted. In this case, a voltage U1 is correspondingly applied to resistor R1 2, which is made up of a direct voltage component U1 and an alternating voltage component U1N composed. The AC voltage component U is through the resistor R2 and the capacitor C1 is filtered out of the voltage U1 and through a low-pass filter R3, C3 to suppress the ripple present in symmetrical conditions fed to the non-inverting input of the differential amplifier V1. Simultaneously the mean value of the voltage becomes through the resistor R4 and the capacitor C2 U1 formed and to an adjustable portion of the potentiometer R5 inverting input of the differential amplifier V1 placed.

Die Einstellung des Potentiometers R5 und die Auslegung der Widerstände R6, R7 sind so gewählt, daß die am Potentiometer R5 abgegriffene Spannung größer ist als die Amplitude des Wechselspannungsanteils U1~ . Solange die Eingänge des Differenzverstärkers V1 auf diese Weise mit Spannungen beaufschlagt sind, entsteht eine negative Ausgangsspannung, so daß die Diode D1 in Sperrichtung gepolt ist. Durch eine am Differenzverstärker V2 mit Hilfe von Rlo, R11 erzeugte Referenzspannung ist sichergestellt, daß das Hilfsrelais H währenddessen im unerregten Zustand verbleibt.The setting of the potentiometer R5 and the design of the resistors R6, R7 are selected so that the voltage tapped at potentiometer R5 is greater is than the amplitude of the AC voltage component U1 ~. As long as the inputs of the Differential amplifier V1 are applied in this way with voltages, arises a negative output voltage, so that the diode D1 is polarized in the reverse direction. By a reference voltage generated at the differential amplifier V2 with the help of Rlo, R11 it is ensured that the auxiliary relay H remains in the de-energized state during this time.

Eine steigende symmetrische Belastung in dem Dreiphasennetz R, S, T hat keinen Einfluß auf das Meßprinzip, da das Verhältnis der dem Differenzverstärker V1 zugeführten Eingangsspannungen unverändert bleibt.An increasing symmetrical load in the three-phase network R, S, T has no influence on the measuring principle, since the ratio of the differential amplifier V1 supplied input voltages remains unchanged.

Liegt nun in dem zu überwachenden Drehstromnetz ein unsymmetrischer Belastungsfall vor, so kann die Spannung U1 beispielsweise den in Fig. 3 dargestellten Verlauf aufweisen.If there is now an asymmetrical one in the three-phase network to be monitored If there is a load, the voltage U1 can, for example, be that shown in FIG. 3 Show course.

Der Vergleich der in Fig. 2 und 3 dargestellten Spannungsdiagramme macht deutlich, daß sich die Amplitude des Wechselspannungsanteils U1 bei unsymmetrischer Belastung vergrößert.The comparison of the voltage diagrams shown in FIGS makes it clear that the amplitude of the alternating voltage component U1 is unsymmetrical Load increased.

In entsprechender Weise ändert sich auch der am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers V1 anliegende Wechselspannungsanteil U1~ . Bei jeder Uberschreitung der am Potentiometer R5 eingestellten Referenzspannung gibt der Differenzverstärker V1 nun einen positiven Spannungsimpuls ab, der einen Strom über die nun in Durchlaßrichtung gepolte Diode D1 in den Kondensator C4 treibt. Der zu C4 parallelgeschaltete Widerstand R8 läßt nur eine relativ langsame Entladung des Kondensators C4 zu, so daß die dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers V2 zugeführte, durch das Zeitverzögerungsglied Rg, C5 zeitverzögerte Spannung langsam ansteigt. Übersteigt diese Spannung die durch den Spannungsteiler Rlo, R11 eingestellte, am nicht invertierenden Eingang liegende Referenzspannung, so erfolgt durch die nun negative Ausgangsspannung eine Anregung des Hilfsrelais H.The non-inverting one also changes in a corresponding manner AC voltage component U1 ~ present at the input of the differential amplifier V1. at each time the reference voltage set on potentiometer R5 is exceeded the differential amplifier V1 now emits a positive voltage pulse that carries a current Drives into the capacitor C4 via the diode D1, which is now polarized in the forward direction. The resistor R8 connected in parallel with C4 allows only a relatively slow discharge of capacitor C4, so that the inverting input of the differential amplifier Slowly the voltage supplied to V2 and delayed by the time delay element Rg, C5 increases. If this voltage exceeds the value set by the voltage divider Rlo, R11, The reference voltage at the non-inverting input takes place through the now negative output voltage an excitation of the auxiliary relay H.

Das Hilfsrelais H leitet nun seinerseits den Befehl zur Abschaltung des schadhaften Netzes an nachgeschaltete Schalteinrichtungen weiter.The auxiliary relay H now in turn conducts the shutdown command of the defective network to downstream switching devices.

In der beschriebenen Schaltungsanordnung kommt dem Zeitverzögerungsglied Rg, C5 die Bedeutung zu, kurzzeitige Unsymmetrien, wie sie beispielsweise beim Anlaufen von Drehstrommotoren auftreten, zu unterdrücken.In the circuit arrangement described comes the time delay element Rg, C5 mean short-term asymmetries, such as those when starting up of three-phase motors occur to be suppressed.

Die beschriebene Schaltungsanordnung läßt sich ebenfalls zur Überwachung der Phasenspannungen heranziehen. Hierzu wird an der Gleichrichterschaltung D eine den Phasenspannungen proportionale, z.B. durch Spannungswandler gewonnene Meßspannung angekoppelt. Die weitere Auswertung erfolgt in der zuvor beschriebenen Weise.The circuit arrangement described can also be used for monitoring the phase voltages. For this purpose, the rectifier circuit D is a The measured voltage proportional to the phase voltages, e.g. obtained by a voltage converter coupled. The further evaluation takes place in the manner described above.

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Claims

Claims a circuit arrangement for switching off a three-phase current consumer in the case of asymmetrical power consumption with a current switch switched on in each phase or voltage converter, characterized in that the secondary currents of the current converter (W1 ... W3) or coupled measuring voltages feed a rectifier circuit (D), their output voltage (U1) via an integrator (R4, C2) and a voltage divider (R5 'R6, R7) is applied to an input of a differential amplifier (V1) that the AC voltage component (U1) contained in this voltage (U,) at the other input of the differential amplifier <V,) if the AC voltage component (Ul ~) is too high, the switch-off of the consumer triggers.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the differential amplifier (V1) via a time delay element (Rg, C5) another Differential amplifier (V2) is connected downstream, at the output of which an auxiliary relay (H) connected.

L e r s e i t e