DE2624508A1

DE2624508A1 - DEVICE FOR SENSING PHASE SHIFTS

Info

Publication number: DE2624508A1
Application number: DE19762624508
Authority: DE
Inventors: Anders Comstaedt
Original assignee: Scaniainventor AB
Current assignee: Scaniainventor AB
Priority date: 1975-06-06
Filing date: 1976-06-01
Publication date: 1976-12-23
Also published as: SE7506483L; GB1524475A; DK139407C; DK249976A; PL108023B1; NO761921L; NO138921B; FI761595A; DK139407B; SE390589B; NO138921C

Description

AB Scaniaiüventor, Box 110 70, 250 11 HELSING30RG 11, Schweden AB Scaniaiüventor, Box 110 70, 250 11 HELSING30RG 11, Swede n

Device for sampling phase shifts

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtasten von Phasenverschiebungen und genauer genommen eine Vorrichtung zum Abtasten der Phasenverschiebung zwischen der Spannung über und dem Strom zu einer von einer Wechselstromquelle versorgten Last, vorzugsweise zum Steuern des Betriebs eines Wechselstrommotors oder eines damit zusammenhängenden Verlaufs in Abhängigkeit von der Motorbelastung, wobei die Vorrichtung Schaltmittel zur Erzeugung einer ersten Wechselspannung von konstanter Amplitude und fester Phasenlage im Verhältnis zum Strom sowie einer zweiten Wechselspannung von konstanter Amplitude und fester Phasenlage im Verhältnis zur Spannung, ein Phasendetektorglied, das eine Gleichspannung von einem Wert erzeugt, v/elcher lediglich in Abhängigkeit von Änderungen in der Phasenverschiebung zwischen der ersten und der zweiten Wechselspannung variiert, und Ausnutzungsmittel umfasst, die die Gleichspannung oder ein daraus agbeleitetes Signal zwecks Anzeige oder anderer Ausnutzung empfangen.The invention relates to a device for scanning phase shifts and, more precisely, to a device for Sampling the phase shift between the voltage across and the current to a load supplied by an AC power source, preferably for controlling the operation of an alternating current motor or a course associated therewith as a function of the motor load, the device having switching means for generating a first alternating voltage of constant amplitude and fixed phase position in relation to the current and a second alternating voltage of constant amplitude and fixed Phase position in relation to the voltage, a phase detector element that generates a DC voltage of a value only v / elcher varies as a function of changes in the phase shift between the first and the second alternating voltage, and utilization means, which the DC voltage or a signal derived therefrom for the purpose of display or other utilization receive.

Diese bekannte Vorrichtung nützt einen ersten Transformator, welcher auf der Primärseite mit dem Motorstrom versorgt wird, damit eine erste Wechselspannung von fester Phasenlage im Verhältnis zum Motorstrom erzeugt wird, sowie einen zweiten Transformator aus, dem auf der Primärseite die Motorspannung aufgedrückt wird, damit eine zweite Wechselspannung von fester Phasenlage im Verhältnis zur Motorspannung erzeugt wird. Mittels Amplitudenbegrenzer wird der ersten und der zweiten Wechselspannung eine konstante Amplitude verliehen.This known device uses a first transformer, which is supplied with the motor current on the primary side, so that a first alternating voltage with a fixed phase position in relation to the motor current is generated, as well as a second transformer from which the motor voltage is pressed on the primary side, so that a second alternating voltage with a fixed phase position in the Relationship to the motor voltage is generated. By means of an amplitude limiter the first and second AC voltages are given a constant amplitude.

Die bekannte Vorrichtung ist mit den Nachteilen behaftet, dass die Transformatoren nicht unwesentliche Kosten bedingen und eine von der Last abhängige Phasenverschiebung einführen.The known device has the disadvantages that the transformers are not insignificant costs and introduce a phase shift dependent on the load.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der oben erwähnten Art zu schaffen, die die oben angegebenen Nachteile beseitigt. Diese Vorrichtung soll weiterhin im Falle einer schnell pulsierenden Belastungsvariation, die sich in einer entsprechenden PhasenverschiebungsvariationThe invention is therefore based on the object to provide a device of the type mentioned above, which the above specified disadvantages eliminated. This device is intended to continue in the event of a rapidly pulsating load variation that in a corresponding phase shift variation

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bemerkbar macht, eine Abschaltung der Last von der Wechselstromquelle gestatten. Eine solche Vorrichtung würde beispielsweise in einem gebläsebetriebenen - Ventilationssystem von ausserordentlicher Bedeutung sein, in elchem bei Änderung der Gestaltung des Systems Pumpenwirkungen entstehen können, die nicht von der herkömmlichen Steuerung der Gebläsemotoren abgetastet werden können. Wenn das Gebläse in einen Zustand gelangt, wo es in und ausser Stillstand geht, werden die dynamischen Beanspruchungen zu einer Ermüdung der Gebläseflügel und einer allmählichen Vernichtung derselben führen.noticeable, a disconnection of the load from the AC power source allow. Such a device would be exceptional in a fan-operated ventilation system, for example Be significant in which when the design of the system is changed, the pump effects can arise cannot be scanned by the conventional control of the fan motors. When the blower is in a state reaches where it goes in and out of standstill, the dynamic stresses lead to fatigue of the fan blades and lead to a gradual annihilation of the same.

Diese Aufgabe wird erfindungsmässig dadurch gelöst, dass die Schaltmittel zur Erzeugung der ersten und der zweiten Wechselspannung ein erstes Diodenorgan, das aus zumindest zwei antiparallelgeschalteten Dioden besteht und in einer Speiseleitung zwischen der Wechselstromquelle und der Last reihengeschaltet ist, sowie ein zweites Diodenorgan umfassen, welches aus zumindest zwei antiparallelgeschalteten Dioden besteht und zwischen zwei Speiseleitungen zwischen der Wechselstromquelle und der Last oder zwischen einer solchen Speiseleitung und einem Referenzpotential geschaltet ist.According to the invention, this object is achieved in that the switching means for generating the first and the second alternating voltage a first diode element, which consists of at least two There is anti-parallel connected diodes and in a feed line is connected in series between the alternating current source and the load, as well as a second diode element, which consists of at least two anti-parallel connected diodes and between two feed lines between the alternating current source and the load or is connected between such a feed line and a reference potential.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigenThe invention is illustrated in the drawing and is described in more detail below. Show it

Fig. 1 einen Schaltplan für eine Ausführungsform der Erfindung, undFig. 1 is a circuit diagram for an embodiment of the Invention, and

Fig. 2 ein Diagram, das Beispiele von Wellenformen der im Stromkreis gemäss Fig. 1 auftretenden Signale darstellt.FIG. 2 is a diagram showing examples of waveforms of the signals appearing in the circuit shown in FIG.

In Fig. 1 ist eine Last 1, z.B. ein Wechselstrommotor, gezeigt, welcher über Speiseleitungen 3, 4 und 5 an eine Dreiphasen-Wechselstromquelle angeschlossen ist. In der Phasenleitung 3 sind zwei Dioden Dl und D2 in antiparalleler Weise in Reihe mit der Last eingeschaltet. Die Dioden Dl und D2 sind ferner über die Eingänge eines ersten Differentialverstärkers Fl unter Vermittlung zweier Widerstände Rl und R2 angeschlossen. Drei Widerstände R3, R4 und R5 sind in Y-Schaltung an die drei Speiseleitungen 3-5 angeschlossen, wobei zwei Dioden D3 und D4 in antiparalleler Weise mit dem Widerstand R3 reihengeschaltet sind. Ueber zwei Widerstände R6 und R7 ist einerseits die Speiseleitung 3 und andererseits die Verbindungsstelle zwischen denIn Fig. 1 there is shown a load 1, e.g. connected. In the phase line 3 there are two diodes D1 and D2 in an anti-parallel manner switched on in series with the load. The diodes Dl and D2 are also connected to the inputs of a first differential amplifier Fl connected through the intermediary of two resistors R1 and R2. Three resistors R3, R4 and R5 are Y-connected to the three Feed lines 3-5 connected, two diodes D3 and D4 connected in series with resistor R3 in anti-parallel fashion are. Via two resistors R6 and R7, on the one hand, the feed line 3 and, on the other hand, the connection point between the

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Dioden D3/ D4 und dem Widerstand R3 an die Eingänge eines zweiten Differentialverstärkers F2 angeschlossen.Diodes D3 / D4 and the resistor R3 to the inputs of one second differential amplifier F2 connected.

Die Ausgänge der Differentialverstärker Fl und F2 sind an den Eingang eines exklusiven ODER-Tores G angeschlossen, dessen Ausgang an ein erstes Tiefpassfilter angeschlossen ist, welches aus zwsi nacheinandergeschalteten, Widerstände R8 und R9 umfassenden RC-Gliedern und Kondensatoren Cl und C2 besteht. Ein anderes aus einem Widerstand RIO und einem Kondensator C3 bestehendes Tiefpassfilter ist dem ersten Tiefpassfilter nachgeschaltet und hat eine Zeitkonstante, die um eine oder mehrere Grössenordnungen grosser ist als die Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters. Die Ausgänge des ersten und des zv/eiten Tiefpassfilters sind über je einen Widerstand RlI bzw. R12 an einen dritten Differentialverstärker F3 angeschlossen, der eine von einem Widerstand R13 gebildete Rückkopplungsschleife hat. Der Ausgang des Differentialverstärkers F3 ist über einen Kondensator C4 und eine Diode D5 an einen Kondensator C5 angeschlossen, wobei eine Diode D6 mit der Reihenschaltung der Diode D5 und des Kondensators C5 parallelgeschaltet ist.The outputs of the differential amplifiers Fl and F2 are connected to the input of an exclusive OR gate G, whose output is connected to a first low-pass filter, which consists of two consecutive resistors R8 and R9 comprehensive RC elements and capacitors Cl and C2. Another one made up of a resistor RIO and a capacitor C3 existing low-pass filter is connected downstream of the first low-pass filter and has a time constant that is around one or is several orders of magnitude larger than the time constant of the first low-pass filter. The outputs of the first and the second low-pass filter are each connected via a resistor RlI and R12 a third differential amplifier F3 is connected which has a feedback loop formed by a resistor R13. The output of the differential amplifier F3 is connected to a capacitor C5 via a capacitor C4 and a diode D5, wherein a diode D6 is connected in parallel with the series connection of the diode D5 and the capacitor C5.

Die Verbindungsstelle zwischen der Diode D5 und dem Kondensator C5 ist über einen Widerstand R14 an den einen Eingang eines vierten Differentialverstärkers F4 angeschlossen, dessen anderer Eingang über einen Widerstand R15 an den beweglichen Kontakt eines Potentiometers P angeschlossen ist. Dem Potentiometer P wird Spannung von einer gesteuerten Spannungsquelle S aufgedrückt, welche ihrerseits von den Speiseleitungen 3 und 4 über einen Transformator T und einen Gleichrichter L angetrieben wird. Von dem Gleichrichter L wird auch einer mit der Spule eines Relais RL und einem Transistor TR reihengeschalteten Leuchtdiode LD Spannung zugeführt. Die Basis des Transistors TR ist über einen Widerstand R16 an den Ausgang des Differentialverstärkers F4 angeschlossen, welcher ähnlich wie der Differentialverstärker F3 eine von einem Widerstand R17 gebildete Rückkopplungsschleife aufweist.The junction between the diode D5 and the capacitor C5 is connected to one input via a resistor R14 of a fourth differential amplifier F4, the other input of which is connected to the movable via a resistor R15 Contact of a potentiometer P is connected. The potentiometer P receives voltage from a controlled voltage source S pressed, which in turn from the feed lines 3 and 4 via a transformer T and a rectifier L. is driven. The rectifier L is also connected in series with the coil of a relay RL and a transistor TR LED LD voltage supplied. The base of the transistor TR is connected to the output of the differential amplifier via a resistor R16 F4 connected, which, like the differential amplifier F3, is one formed by a resistor R17 Has feedback loop.

Sämtliche Differentialverstärker F1-F4 sind als Komparatoren arbeitende Operationsverstärker, weshalb ihre Ausgargssignale in Abhängigkeit von dem Grössenverhältnis zwischen den Eingangssignalen einen zweier getrennter Pegel haben. All differential amplifiers F1-F4 are operational amplifiers working as comparators, which is why their output signals depending on the size ratio between the input signals have one of two separate levels.

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Die Arbeitsweise der oben beschriebenen Ausführungsforin der erfindungsmässigen Vorrichtung soll im folgenden unter besonderem Hinveis auf Fig. 2 erklärt werden, wo die Wellenformen a-f Signale an den mit entsprechenden Bezugszeichen angegebenen Punkten der Au-3 führungs form gemäss Fig. 1 betreffen.The operation of the embodiment described above the device according to the invention is intended below with particular reference to Figure 2, where the waveforms are explained a-f relate to signals at the points of the Au-3 embodiment according to FIG. 1 indicated by corresponding reference symbols.

Beim Ausnutzen der Dioden Dl und D2 erhält man in einer einfachen und billigen Weise ein Eingangssignal zum Differentialverstärker Fl, welches Eingangssignal im Verhältnis zu dem durch die Speiseleitung 3 zugeführten Strom eine feste Phasenlage hat. In ähnlicher Weise wird dem Differentialverstärker F2 ein Eingangssignal mit fester Phasenlage im Verhältnis zu der über die Speiseleitung 3 der Last 1 aufgedrückten Spannung zugeführt. Die Widerstände R3-R5 erzeugen dabei ein Referenzpotential für diese Spannung.When the diodes D1 and D2 are used, an input signal to the differential amplifier is obtained in a simple and inexpensive manner Fl, which input signal has a fixed phase position in relation to the current fed through the feed line 3. Similarly, the differential amplifier F2 becomes an input signal with a fixed phase position in relation to the voltage applied to the load 1 via the feed line 3. the Resistors R3-R5 generate a reference potential for this voltage.

Es leuchtet ein, dass das Ausgangssignal des Tores G null ist, wenn die Phasenverschiebung zwischen den Eingangssignalen zu den Differentialverstärkern Fl und F2 0 ist, und dass das besagte Ausgangssignal eine konstante Gleichspannung von vorausbestimmtem Wert ist, wenn die Phasenverschiebung zwischen den genannten Eingangssignalen 180° ist. Für Phasenverschiebungen zwischen diesen Werten ist ferner das Ausgangssignal des Tores G eine Impulsfolge von der doppelten Frequenz des Eingangssignals und von einer Impulsbreite, die zu der Phasenverschiebung direkt proportional ist.It stands to reason that the output signal of gate G is zero when the phase shift between the input signals to the differential amplifiers F1 and F2 is 0, and that said output signal is a constant DC voltage of predetermined The value is when the phase shift between the input signals mentioned is 180 °. For phase shifts between these values, the output signal of the gate G is also a pulse train of twice the frequency of the input signal and of a pulse width that is directly proportional to the phase shift.

Das erste Tiefpassfilter bildet den Mittelwert für die Ausgangsimpulse von dem Tor G, d.h. die Ausgangsspannung dieses Filters ist eine Gleichspannung von einem Wert, der gleichfalls zu der genannten Phasenverschiebung direkt proportional ist. Die Zeitkonstante des ersten Filters ist deshalb derart gewählt, das die Ausgangsspannung des Filters erwarteten Phasenverschiebungsänderungen folgen kann. Die Ausgangsspannung des ersten Filters wird dem zweiten Filter zugeführt, dessen Ausgangsspannung somit zu der Ausgangsspannung des ersten Filters proportional ist, so lange sich die Phasenverschiebung nicht ändert. Die Widerstände RIO—R12 sind dabei so bemessen, dass der Differentialverstärker F3 eine Ausgangsspannung von 0 V gibt.The first low-pass filter averages the output pulses from gate G, i.e. the output voltage of this Filters is a DC voltage with a value that is also directly proportional to the phase shift mentioned. the The time constant of the first filter is therefore selected in such a way that the output voltage of the filter anticipates changes in phase shift can follow. The output voltage of the first filter is fed to the second filter, its output voltage is thus proportional to the output voltage of the first filter, as long as the phase shift does not change. The resistors RIO-R12 are dimensioned so that the differential amplifier F3 gives an output voltage of 0 V.

Bei Änderungen der Phasenverschiebung folgt die Ausgangsspannung der ersten Filters schnell diesen Änderungen, während die Ausgangsspannung des zweiten Filters eine ausgeglichene VersionWhen the phase shift changes, the output voltage of the first filter quickly follows these changes, while the output voltage of the second filter is a balanced version

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der Änderungen ist, was auch aus den Wellenformen a und b in Fig. 2 ersichtlich ist. Hierbei wechselt die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers F3 ihren Pegel im Takt mit den Abweichungen zwischen den Ausgangsspannungen der Filter und gibt entsprechende Impulse ab (siehe Wellenform c in Fig. 2), welche über den Kondensator C4 und die Diode D5 in dem Kondensator C5 gelagert werden, der eine verhältnismässig grosse Entladungszeitkonstante hat. Die sich ergebende Spannung über den Kondensator C5 geht aus der Wellenform d in Fig. 2 hervor. Die Linie e in Fig. 2 repräsentiert die von dem Potentiometer P abgegriffene Spannung.the changes is what is also evident from waveforms a and b in Fig. 2 can be seen. Here, the output voltage of the differential amplifier F3 changes its level in time with the Deviations between the output voltages of the filter and emits corresponding pulses (see waveform c in Fig. 2), which be stored via the capacitor C4 and the diode D5 in the capacitor C5, which has a relatively large discharge time constant Has. The resulting voltage across capacitor C5 is shown in waveform d in FIG. The line e in Fig. 2 represents the tapped off by the potentiometer P voltage.

Falls die Phasenverschiebung somit hinreichend schnell pulsiert, wird die Spannung über den Kondensator C5 die durch den Potentiometer Peingestellte Spannung überschreiten, wobei der Differentialverstärker F4 ein von der Wellenform f in Fig. exemplifiziertes Ausgangssignal an die Basis des Transistors TR abgeben . wird, welcher somit leitend gemacht wird und die Wicklung des Relais RL mit Strom versorgt, so dass das Relais anspricht. Die Kontakte des Relais RL können beispielsweise dazu ausgenutzt werden, die Stromversorgung der Last 1 zu unterbrechen. If the phase shift thus pulsates sufficiently quickly, the voltage across the capacitor C5 will through the potentiometer Pe to exceed the set voltage, whereby the differential amplifier F4 provides an output signal exemplified by the waveform f in FIG. 1 to the base of the transistor TR hand over . which is thus made conductive and the winding of the relay RL is supplied with current, so that the relay appeals to. The contacts of the relay RL can be used, for example, to interrupt the power supply to the load 1.

Durch die mittels des Widerstandes R17 eingeführte Hysterese wird die Ausgangsspannung des Differentialverkstärkers F4 bei einem niedrigeren Wert der vom Kondensator C5 abgegebenen Eingangsspannung als dem mittels des Potentiometers P eingestellten Wert zum Pegel 0 V zurückkehren. Das Relais RL hat somit eine gewisse vorausbestimmbare Abfallverzögerung, was ein wiederholtes Ansprechen und Abfallen zu Beginn einer schnellen Phasenverschiebungspulsation verhindert. Der Widerstand R13 hat eine entsprechende Aufgabe an dem Differentialverstärker F3, und zwar kleine Veränderungen in der Belastung zu unterdrücken.Due to the hysteresis introduced by means of the resistor R17, the output voltage of the differential amplifier F4 at a lower value of the input voltage output by the capacitor C5 than that set by means of the potentiometer P. Return value to level 0 V. The relay RL thus has a certain predeterminable dropout delay, which is a repeated Pickup and dropout at the beginning of a rapid phase shift pulsation prevented. The resistor R13 has a corresponding role in the differential amplifier F3, namely suppress small changes in stress.

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Claims

II PATENT BOOK

1.! Device for scanning the phase shift between the voltage across and the current to one. "from an AC power source supplied load, preferably to control the operation an AC motor or a related course depending on the engine load, with switching means for generating a first alternating voltage of constant amplitude and a fixed phase position in relation to the current and a second alternating voltage of constant amplitude and fixed phase position in relation to the voltage, a phase detector element, the one DC voltage generated by a value which is only dependent on changes in the phase shift between of the first and second alternating voltages varies, and utilization means. - that receive the DC voltage or a signal derived from it for the purpose of display or other use, characterized in that the switching means (D1-D4, F1-F2) for generating the first and the second alternating voltage have a first Diode organ (Dl, D2), which consists of at least two anti-parallel connected diodes and in a feed line (3) is connected in series between the alternating current source (2) and the load (1), as well as a second diode element (D3, D4), which consists of at least two anti-parallel connected diodes and between two feed lines between the alternating current source and the load or is connected between such a feed line and a reference potential.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the first diode element (Dl, D2) via the inputs of a first differential amplifier (Fl) is connected and that the second diode element (D3, D4) via the inputs of a second Differential amplifier (F2) is connected.

3. Apparatus according to claim 2, wherein the phase detector element a gate (G) connected to the outputs of the first and second differential amplifiers and a gate connected to the output of the Tores connected first low-pass filter (R8, R9, Cl, C2), characterized by a second to the first low-pass filter (R8, R9, Cl, C2) connected low-pass filter (RIO, C3) which has a larger time constant than the first low-pass filter, and a comparator circuit (F3) for comparing the output

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voltages from the low-pass filters.

4. Apparatus according to claim 3, characterized by a between the output of the comparator circuit (F3) and the utilization In (RL, F4) connected storage circuit (C4, D5, C5), which of the pulses received from the comparator circuit charged and discharged at a predetermined slow rate will.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the utilization means. (RL, F4) for a predetermined Value of the voltage of the storage circuit (C4, D5, C5) generate a signal characterizing this fact.

6. Device according to one of claims 3, 4 and 5, characterized in that the comparator circuit (F3) has a Differential amplifier with a feedback loop (R13) to produce a hysteresis in the comparison of the output voltages the low-pass filter (R8, R9, Cl, C2; RIO, C3) comprises.

7. Apparatus according to claim 5, characterized in that the utilization means (RL, F4) have a differential amplifier which includes the voltage of the storage circuit (C4, D5, C5), with the predetermined value and has a feedback loop (R17) to effect hysteresis in comparison .

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