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Einrichtung zur Uberwachung der Erwärmung eines stromdurch-
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flossenen elektrischen Gerätes Die Erfindung bezieht sich auf eine
Einrichtung zur Uberwachung der Erwärmung eines stromdurchflossenen elektrischen
Gerätes, bei der mittels eines Analog-Digital-Wandlers ein stromproportionaler Digitalwert
gebildet und zur Bestimmung der Erwärmung von einem dem Quadrat des in dem Gerät
fließenden Stromes proportionalen Wert ausgegangen ist.
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Eine solche Einrichtung ist durch die DT-OS 23 25 767 bekannt.
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Mit dieser bekannten Einrichtung kann unabhängig von der jeweiligen
Belastung stets die richtige Ubertemperatur der zu schützenden Einrichtung erfaßt
werden. Hierzu werden bei der bekannten Einrichtung allerdings spezielle Bau ele
benötigt, was zu einer Verteuerung der Einrichtung führt, Vom wirtschaftlichen Standpunkt
aus ist die bekannte Einrichung daher nur ftlr hochwertige elektrische Geräte vertretbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Überwachung
der Erwärmung eines stromdurchflossenen elektrischen Gerätes zu schaffen, die weniger
Aufwand erfordert.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch,
daß der dem Quadrat proportionale Wert in einen Speicher eingegeben ist, deF mit
einem durch ein Schrittschaltwerk zyklisch gesteuerten Rechner verbunden ist, daß
durch einen ersten Steuerbefehl des Schrittschaltwerkes eine konstante Größe in
den Rechner eingegeben und von diesem mit dem im
Speicher vorhandenen
Wert multipliziert und durch einen zweiten Steuerbefehl des Schrittschaltwerkes
der dem Quadrat des in dem Gerät fließenden Stromes proportionale Wert addiert und
das Schrittschaltwerk nach dem zweiten Steuerbefehl auf seinen Anfang zurückgeschaltçt
ist, daß ferner an den Ausgang des Rechners eine Grenzwertstufe angeschlossen ist.
Die beschriebene Einrichtung kann aus handelsUblichen Taschenrechnern, Schieberegistern
oder Ringzählern als Schrittschaltwerke und Analog-Digital-Wandlern aufgebaut werden.
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Nach einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist der
Speicher in den Rechner integriert und der dem Quadrat des im Gerät fließenden Stromes
proportionale Wert im Rechner gebildet. Hierdurch ergibt sich eine Einrichtung,
die nur wenige Bauelemente aufweist und daher auch nur einen geringen Montageaufwand
erfordert.
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Steht nicht die Anzahl der Baulemente im Vordergrund sondern deren
einfache Beschaffenheit, so ist es vorteilhaft, daß dem Rechner eine mit dem Analog-Digital-Wandler
hintereinanderliegende Quadrierstufe vorgeschaltet ist. Durch das Vorschalten einer
Quadrierstufe braucht der Rechner nur noch Additionen und Multiplikationen durchzuführen.
Dies bedeutet, daß ein nur die Grundrechnungsarten beherrschender, einfacher Rechner
verwendet werden kann. Die Einrichtung kann entsprechend er Jeweiligen Erwärmungszeitkonstante
des zu überwachenden Gerätes in einfacher Weise dadurch eingestellt werden, daß
die konstante Größe oder die Schrittfrequenz des Schrittschaltwerkes verstellbar
ist.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispieles
wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher beschrieben.
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Als elektrisches Gerät ist im Ausführungsbeispiel ein Motor 1 dargestellt,
der über einen Leistungsschalter 2 an ein Netz 3 anschaltbar ist. Dem Leistungsschalter
2 ist eine elektromagnetische Auslöseeinrichtung 4 zugeordnet. In der Motorzuleitung
ist ein Stromwandler 5 zur Erfassung des in dem Motor fließenden Stromes vorgesehen.
An die Sekundärwicklung des Stromwand-
lers 5 ist eine Quadrierstufe
6 angeschlossen. Der Ausgang der Quadrierstufe 6 ist mit einem Analog-Digital-Wandler
7 verbunden, dessen Ausgang auf den Eingang eines Rechners 8 geführt ist. Am Ausgang
des Rechners liegt eine Grenzwertstufe 9, über deren Ausgang die elektromagnetische
Auslösevorrichtung 4 gesteuert wird. Ferner ist ein Schrittschaltwerk 10 vorgesehen,
welches außer dem Rechner 8 noch einen weiteren Analog-Digital-Wandler 11 steuert,
über den eine konstante Größe in den Rechner 8 eingegeben wird. Die konstante Größe
wird dem weiteren Analog-Digital-Wandler 11 über einen einstellberen Widerstand
12, der an eine Spannungsquelle 13 angeschlossen ist, zugeführt.
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Durch den einstellbaren Widerstand 12 kann die konstante Größe verstellt
werden. Es sei noch erwähnt, daß des Schrittschaltwerk 10 eine Schrittfrequenz über
einen Taktgenerator 14 erhält.
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Vorteilhaft ist es, einen Taktgenerator zu verenden, dessen Taktfrequenz
verstellbar ist.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet wie folgt: Mittels der Quadrierstufe
6 wird das Quadrat des in dem Notor 1 flie-Senden Stromes gebildet. Der von der
Quadrierstufe 6 gelieferte quadratische Wert wird durch den Analog-Digital-Wandler
7 in eine entsprechende digitale Größe umgesetzt. Der am Analog-Digital-Wandler
7 anstehende Wert wird von dem Rechner 8 übernommen. Dies kann beispielsweise auf
einen entsprechenden Zwischenbefehl des Schrittschaltwerkes 10 geschehen. Nachdem
dieser Wert in den Rechner übernommen ist, wird durch einen ersten Steuerbefehl
des Schrittschaltwerkes 10 an den weiteren Analog-Digital-Wandler 11 die konstante
Größe in den Rechner 8 eingegeben. Im Rechner 8 werden nunmehr die über den Analog-Digital-Wandler
7 eingegebene Größe und die über den weiteren Analog-Digital-Wandler 11 eingegeben
konstante Größe miteinander multipliziert. Der Multiplikationsvorgang kann in dem
Rechner 8 ebenfalls auf einen weiteren Zwischenbefehl des Schrittschaltwerkes 10
hin ausgeführt werden.
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Nach der Multiplikation der beiden Größen wird wiederum über den Analog-Digital-Wandler
7 ein dem Quadrat des jeweils in dem Motor 1 fließenden Stromes proportionaler Wert
in den
Rechner 3 eingegeben und auf einen zweiten Steuerbefehl des
Schrittschaltwerkes 10 hin zu dem gebildeten Produkt addiert.
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Danach wird das Schrittschaltwerk 10 wieder auf seinen Anfang zurückgeschaltet,
so daß wiederum durch den ersten Steuerbefehl des Schrittschaltwerkes 1Q die konstante
Größe in den Rechner eingegeben und mit dem im Rechner 8 vorhandenen Wert multipliziert
wird. Nach der Multiplikation wird wiederum der dem Quadrat des Stromes proportionale
Wert in den Rechner eingegeben.
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Während der einzelnen Rechenvorgänge steigt der Wert am Ausgang.
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des Rechners 8 angenähert an eine e-Funktion an. Die Grenzwertstufe
9 ist so eingestellt, daß sie bei einem bestimmten Wert am Rechnerausgang anspricht
und einen Auslösebefehl an die Auslösevorrichtung 4 gibt.
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Die beschriebene Einrichtung ist in der Lage, den Erwärmungsverlauf
in dem zu überwachenden Motor mit einfachen Mitteln relativ genau nachzubilden.
Dadurch, daß während der einzelnen Berechnungsphasen stets der Wert des gerade in
dem Motor 1 fließenden Stromes eingegeben wird, werden Stromänderungen bei der Überwachung
sofort erfaßt und mit berUcksichtigt. Die Einrichtung liefert somit ein genaues
thermisches Abbild von dem zu überwachenden Motor 1. Steigt beispielsweise der Strom
in dem Motor 1 plötzlich an, so wird am Rechnerausgang 8 der an der Grenzwertstufe
9 eingestellte Wert schneller ereicht und der Motor abgeschaltet. Sinkt hingegen
der von dem Motor 1 aufgenommene Strom, so steigt der Wert am Ausgang des Rechners
8 langsamer an, was einer langsameren Erwärmung des Motors gleichkommt. Der Wert,
bei dem die Grenzwertstufe 9 anspricht, wird so eingestellt, daß er der Nennerwärmung
des angeschlossenen Gerätes entspricht.
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Mit der beschriebenen Einrichtung kann auch die genaue Erwärmung eines
im Lastspiel betriebenen Motors erfaßt werden. Während der Motor im Betrieb ist,
steigt der Wert am Ausgang des Rechners 8 auf einen bestimmten Wert an. Wird der
Motor entsprechend dem Lastspiel nach einer Weile abgeschaltet und die Einrichtung
eingeschaltet gelassen, so sinkt der Wert am
Ausgang des Rechners
8 allmählich ab. Besitzt der Motor 1 eine unterschiedlich Erwärmungs- und Abkühlzeitkonstante,
so muß lediglich die dem Rechner 8 zugeführte konstante Größe umgeschaltet werden,
was einer Änderung der Zeitkonstanten gleichkommt. Auf diese Weise wird auch bei
einem Lastspiel die Erwärmung des Motors genau nachgebildet. Die Anpassung der beschriebenen
Einrichtung an die verschiedenen Zeitkonstanten der zu überwachenden Geräte erfolgt
zweckmäßigerweise durch ein Verstellen der über den verstellbaren Widerstand 12
zugeführten analogen Größe. Es kann aber auch die von dem Taktgenerator 14 abgegebene
Taktfrequenz geändert werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, sowohl die konstante
Größe als auch die Taktfrequenz gleichzeitig zu ändern.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurde davon ausgegandaß
daß dem Rechner ein Quadrierstufe 6 vorgeschaltet ist.
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Auf eine solche Quadrierstufe 6 kann verzichtet werden, wenn ein Rechner
verwendet wird, der selbst das Quadrat des von dem Analog-Digital-Wandler 7 gelieferten
Digitalwertes bilden kann.
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In einem solchen Fall übernimmt der Rechner 8 von dem Analog-Digital-Wandler
7 einen dem in des zu überwachenden Gerät fließenden Strom direkt proportionalen
Wert. Auf einen ensprechenden Zwischenbefehl des Schrittschaltwerkes 10 hin bildet
der Rechner das Quadrat des von dem Analog-Digital-Wandlers 7 gelieferten Wertes
Der von dem Rechner gebildete Quadrert wird sodann, wie bereits beschrieben, mit
der konstanten Größe multipliziert. Zu dem Produkt wird anschließend wiederum der
von dem Rechner erneut gebildete Qaudratwert addiert. Dieser Rechenvorgang wird
danach fortlaufend wiederholt.
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5 Patentansprüche 1 Figur