DE2539721B2 - Schaltungseinrichtung zur Überwachung einer Wechselspannung, insbesondere einer dreiphasigen Wechselspannung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungseinrichtung zur Überwachung einen· Wechselspannung, insbesondere einer dreiphasigen Wechselspannung auf Abweichungen vom Toleranzbereich der Amplitude, mit einer Schaltung zur Erzeugung einer Gleichspannung, mit der die sechspulsige gleichgerichtete dreiphasige Wechselspannung zu vergleichen ist (Vergleichsspannung).

Es sind derartige Einrichtungen, bei welchen eine als Vergleichsspannung dienende Gleichspannung erzeugt so wird, zur Spannungsregelung von sinusförmigen oder ungeradzahlige Oberschwingungen enthaltenden Wechselspannungeri, z. B. bei Wechselrichtern, geschaffen worden und als solche auch bekannt, beispielsweise durch die US-Patentschrift 32 25 282. Bei diesen Einrichtungen wird gewöhnlich durch Gleichrichtung einer Wechselspannung und durch Glättung der gleichgerichteten Wechselspannung oder durch Stabilisierung einer Hilfsgleichspannung eine konstante Gleichspannung erzeugt, die als Vergleichsspannung für eine entsprechende Gleichspannung dient und als Sollspannung der konstant zu regelnden Wechselspannung, die ebenfalls durch Gleichrichtung und Glättung der konstant zu regelnden Wechselrichterspannung erzeugt wird, verwendet ist

Einrichtungen dieser Art sind auch zur Überwachung von Wechselspannungen mit der eingangs angegebenen Zweckbestimmung geeignet und auch gebräuchlich, wobei eine Gleichspannung als Vergleichsspannung erzeugt wird, deren Höhe etwa in der Mitte des Toleranzbereiches der Amplitude der überwachten Wechselspannung liegt

Es hat sich gezeigt, daß zur Spannungsüberwachung, insbesondere von bei einer kurzzeitigen Veränderung von einem vorgegebenen Toleranzbereich abweichenden Wechselspannungen die Verwendung einer konstanten Vergleichsspannung unzureichend ist, da derartige Veränderungen hierdurch nicht verzögerungsfrei erfaßbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungseinrichtung der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, mit welcher Abweichungen vom Toleranzbereich der Amplitude einer überwachten Wechselspannung auch bei kurzzeitigen Veränderungen verzögerungsfrei zu erfassen sind.

Es wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Lösungsmerkmale, nämlich daß eine im Toleranzbereich des Scheitelwerts der sechspulsigen, gleichgerichteten Wechselspannung liegende und im Kurvenverlauf sowie im Scheitelwert hinreichend nachgebildete pulsierende Gleichspannung als Vergleichsspannung dient, weiche mittels der Erzeugerschaltung aus einer konstanten Gleichspannung und einer überlagerten trapezförmigen, pulsierenden Gleichspannung gebildet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachstehend beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild einer Überwachungseinrichtung für die drei Phasenspannungen eines Drehstromnetzes und dem Schaltbild der zugehörigen Erzeugerschaltung,

Fig.2 ein Spannungsdiagramm einer überwachten Wechselspannung mit einer im Toleranzbereich ihrer Amplitude liegenden Vergleichsspannung,

Fig.3 ein Diagramm zur Darstellung einer Vergleichsspannung.

Wie die F i g. 1 zeigt, wird ein Verbraucher 1 an einem Drehstromnetz RSTbetrieben, an welchem er durch ein Betriebsschütz Γ angeschlossen ist Mit Hilfe der Überwachungseinrichtung 2 soll die Dreiphasenspannung Uph des Netzes daraufhin überwacht werden, ob sie bei einem Spannungseinbruch unter einen bei etwa 82% des Nennwertes vorgegebenen Toleranzbereich der Amplitude absinkt, der beispielsweise ±2% breit sein soll. Diese Spannungsüberwachung soll besonders auf die Umgebung der Amplitude der Dreiphasenspannung gerichtet sein, damit eine Abweichung der Dreiphasenspannung vom Toleranzbereich möglichst verzögerungsfrei erfaßt werden kann. Um dies zu erreichen, ist ein mit den drei Netzphasen R, S, T über einen Drehstromtransformator oder auch ohne einen solchen verbundener Dreiphasengleichsrichter 2i in Brückenschaltung vorgesehen, mittels welchem die Dreiphasenspannung Up/, in eine sechspulsige Gleichspannung U_ph umgeformt wird, die a!s »Istgröße« der zu überwachenden Dreiphasenspannung dient Ferner ist de£ Überwachungseinrichtung 2 eine Schaltung 3 zur Erzeugung einer dem Spannungsverlauf der mittels des Gleichrichters 21 dargestellten sechspulsigen Gleichspannung hinreichend nachgebildeten pulsierenden Gleichspannung Ug vorgesehen.

Die pulsierende Gleichspannung ist im Spannungsverlauf und in der Pulszahl der mittels des Gleichrichters 21 dargestellten sechspulsigen Gleichspannung ange-

Die Schaltung 3 enthält drei den Spannungsphasen R, S, T der dreiphasigen Wechselspannung u_Ph zugeordnete Emphasen-Transformatoren 31/2,315,31 Tsowie drei diesen Transformatoren getrennt nachgeordnete Graetzbrückengleichrichter 32R, 32S, 32'Γmit je einem Widerstand 33, welcher in der den Gleichrichterausgang bildenden Brückendiagonale liegt Die Pluspole der Gleichrichterausgänge sind über je eine der Gleichrichterausgangsspannung entgegengepolte Diode 34 in Stern geschaltet während die Minuspole der Gleichrichterausgänge gemeinsam über eine Gegengleichspannung U\ eines Spannungsbegrenzers mit einer Zenerdiode 35, die über einen Widerstand 36 an der Konstant-GIeichspaimung U\ liegt mit dem gebildeten Sternpunkt Si verbunden sind.

Eine weitere Gleichspannung ist zwischen der Anode der Zenerdiode und dem Bezugspotential O der Einrichtung 2 eingeprägt Die Gleichspannungen U\ und U₂ sind durch eine geteilte Konstantspannungsquelle (U\ + U₂) darstellbar. Bezüglich der Ausgänge der Gleichrichter 32/7 bis 32Γ ist U\ gegegepolt Das Bezugspotential ist negativ in Bezug auf die Nullinie der Dreiphasenspannung u_Ph.

Zwischen dem Sternpunkt und den Minuspolen der 2s Gleichrichterausgänge besteht eine sechspulsige Gleichspannung Ui mit angenähert Dreieckform, aus welcher über der Zenerdiode 35 die trapezförmige Gleichspannung lh gebildet wird. Die Entstehung der dreieckförmigen pulsierenden Gleichspannung Ui kann anhand der Fig.3 erläutert werden. Wenn immer der Momentanwert einer von den drei Phasenspannungen Ur, Us, Ut des Netzes unterhalb des Ablösewertes der sechspulsigen gleichgerichteten Dreiphasenspannung Uph liegt wird der Pluspol des betreffenden phasenzugeordneten Gleichrichters 32/?, 325 oder 32 Γ negativer als die gemeinsamen Minuspole der Gleichrichter, so daß die zugeordnete Diode 34 in Durchlaßrichtung gepolt ist Es tritt dann zwischen dem Sternpunkt und dem gemeinsamen Minuspol jeweils eine nahezu linear bis zur Nullinie abnehmende Phasenspannung und anschließend die ebenfalls linear bis zum Ablösewert der bei 50,0% der Wechselspannungsamplitude liegt wieder zunehmende Phasenspannung der vorangehenden Phase auf. Durch die « Zenerdiode 35 wird diese dreieckförmige pulsierende Gleichspannung Ui in eine trapezförmige Ut umgeformt bei der die Trapezhöhe gleich der Zenerspannung Uz ist Mit Uz wird das Niveau der Mitte des Toleranzbereichs Ades Scheitelwerts der sechspulsigen, gleichgerichteten Dreiphasenspannung U_ph festgelegt Die trapezförmige pulsierende Gleichspannung Ut ist der Konstant-Gleichspannung U₂ überlagert und die durch die Überlagerung entstehende sechspulsige Gleichspannung Ui + Tr mit dem Bezugspotential O dient als Vergleichsspannung U_g für die sechspulsige gleichgerichtete Dreiphasenspannung U_Ph- Die Anordnung t/i,35,36i ist als Spannungsbegrenzer ausgebildet

Wie Fig.2 zeigt, ist U₂ mit 71% und U₂ mit etwa gleich 11% der Amplitude der überwachten Dreiphasenspannung Up/, so gewählt, daß der Scheitelwert von Ug bei 82% der Amlpitude von U_ph liegt In dem hier gezeigten Beispiel liegt die Mitte des Toleranzbereichs B in dem Niveau von 0,82 uph.

Der Veriauf der sechspulsigen Gleichspannung U_g ist dem Verlauf einer sechspulsigen Gleichspannung mit der Amplitude von 82% des Nennwertes im ganzen optimal nachgebildet Die Schnittpunkte benachbarter Trapeze von Ut fallen zeitlich mit den Nullpunkten der sechspulsigen, gleichgerichteten Dreiphasenspannung Uph zusammen. Uph wird nach F i g. 1 mittels eines !Comparators 37 mit der sechspulsigen Vergleichsspannung Ug verglichen. Der Komparator kann beispielsweise als Differenzverstärker ausgeführt sein. Das Ausgangssignal des !Comparators kann entsprechend der vorgesehenen Spannungsüberwachung verarbeitet werden, beispielsweise so, daß ein Betätigungssignal zum öffnen des Betriebsschützes 1' erzeugt wird, wenn die Gleichspannung U_Ph bei einem Absinken der Dreiphasenspannung u_Ph des Netzes den Toleranzbereich B unterläuft Das Betätigungssignal entsteht praktisch ohne Verzögerung, wenn die absinkende Dreiphasenspannung in ihrem zeitlichen Veriauf die untere Bereichsgrenze erstmals unterschreitet, vom Toleranzbereich B also abweicht

Das vorangehend beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt, daß die beschriebene Schaltungseinrichtung und Erzeugerschaltung zur Überwachung auch einer Mehrphasenwechselspannung ausgeführt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungseinrichtung zur Überwachung einer Wechselspannung, insbesondere einer dreiphasigen Wechselspannung auf Abweichungen vom Toleranzbereich der Amplitude, mit einer Schaltung zur Erzeugung einer Gleichspannung, mit der die sechspulsige, gleichgerichtete dreiphasige Wechselspannung zu vergleichen ist (Vergleichsspannung), dadurch gekennzeichnet, daß eine im Toleranzbereich (B) des Scheitelwerts, der sechspulsigen, gleichgerichteten Wechselspannung (U_Ph) liegende und im Kurvenverlauf sowie im Scheitelwert hinreichend nachgebildete pulsierende deich- spannung (U_g) als Vergleichsspannung dient, welche mittels der Erzeugerschaltung (3) aus einer konstanten Gleichspannung (Ui) und einer überlagerten trapezförmigen, pulsierenden Gleichspannung (Ui) gebildet ist

2. Schaltungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Erzeugerschaltung (3) mit drei den Spannungsphasen (R, S, T) der dreiphasigen Wechselspannung (u_ph) zugeordneten Einphasen-Trannformatoren {31R, 3iS, 31 T) sowie drei diesen Transformatoren getrennt nachgeordneten Graetzbrückengleichrichtern (31R, 32S, 32T) mit je einem niedeirohmigen Widerstand (33) in der Brückendiagonale, welche den Gleichrichterausgang bildet, enthält, wobei die gleichnamigen Pole dieser Ausgänge über je eine gegengepolte Diode (34) in Sternschaltung zusammengeführt und die gleichnamigen Gegenpole gemeinsam über einen Spannungsbegrenzer (35) mit einer Gegengleichspannung (U\) mit dem Sternpunkt (St) verbunden sind und diese Gegengleichspannung ein Teil einer konstanten Gleichspannung (U\ + U₂) mit einem Bezugspotential (Q) ist