DE2700755A1 - Elektrische regeleinrichtung - Google Patents

Description

MANITZ, FI N STE RWA LD & GRÄM KOW

München, den 10.1.1977 p/ri - M 3167

The Marconi Company Limited Marconi House, New Street, Chelmsford, Essex, England

Elektrische Regeleinrichtung

Diese Erfindung betrifft eine elektrische Regeleinrichtung und insbesondere einen Spannungsregler.

Ein Ziel der Erfindung ist es, einen Spannungsregler zu schaffen, der in bezug auf Grad und Geschwindigkeit der Regulierung gleichermaßen zufriedenstellend arbeitet.

Mit der Erfindung wird eine elektrische Regeleinrichtung geschaffen, die zwischen ihrem Eingang und Ausgang einen Transformator mit vielfachen Anzapfstellen und Vorrichtungen besitzt, die auf Änderungen in der Eingangsspannung oder im Eingangsstrom der Regeleinrichtung ansprechen, was mit dem Ziel verbunden ist, mit der Auswahl einer passenden Anzapf-

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111, C. MANITZ ■ DIPL.-INC. M. FINSTFRWAUl DIPL ING. W. ORAMKOW ZENIRALKASSE BAYEH. VOLKSBANKEN

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stelle des Transformators die Ausgangsspannung oder den Ausgangsstrom an den gewünschten Wert wieder anzugleichen.

Vorzugsweise ist die elektrische Regeleinrichtung ein Spannungsregler und die auf Änderungen ansprechenden Vorrichtungen sind allein auf Änderungen in der Eingangsspannung der Regeleinrichtung empfindlich. Vorzugsweise ist der vielfach angezapfte Transformator ein Auto-Transformator.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die vielfachen Anzapfstellen des Transformators ausschließlich an der Eingangsseite des Transformators vorgesehen. Es ist jedoch möglich, die vielfachen Anzapfstellen ausschließlich auf der Ausgangsseite oder Anzapfstellen sowohl an der Eingangs- wie auch an der Ausgangsseite des Transformators vorzusehen.

Vorzugsweise enthalten die auf Spannungsänderungen ansprechenden Vorrichtungen einen Spitze-Spitze-Eingangsspanrungs-Detektor und -Speicher, der angeschlossen ist, um ein auf die Spitze-Spitze-Eingangsspannung des Detektors bezogenes Analog-Signal für einen Analog-Digital-Wandler vorzusehen, dessen Ausgang an einen semi-permanenten Speicher angeschlossen ist; weiter enthalten sie eine Dekodierschaltung für die Aufgabe, den Speicherinhalt des semipermanenten Speichers zu dekodieren und in Abhängigkeit davon die Auswahl einer passenden Anzapfstelle des Transformators zu steuern.

Vorzugsweise ist dieser semi-permanente Speicher eine Halteschaltung; Vorrichtungen sind vorhanden, um eine Änderung der darin gespeicherten Zahl zu verhindern, außer wenn die Eingangsspannung und bis daß die Eingangsspannung der Regeleinrichtung sich um einen vorbestimmten Wert ändert.

Die zuletzt erwähnten Vorrichtungen enthalten vorzugsweise eine Komparatorschaltung, die angeschlossen ist, um das Aus-

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gangssignal des Analog-Digital-Wandlers mit dem Ausgangssignal der Halteschaltung zu vergleichen; der zuletzt erwähnte Wert ist dem Intervall der Transformatoranzapfungsstellen äquivalent.

Vorzugsweise ist beim Eingang der Regeleinrichtung ein durch Überstrom ausgelöster Leistungsschalter der Ausführungsform vorgesehen, die vor der Stromunterbrechung einer kurzen Verzögerungszeit unterworfen ist, welche sich mit dem Anwachsen des Uberstroms verkleinert.

Vorzugsweise liegt wiederum zwischen dem Eingang der Regeleinrichtung und des Transformators eine Unterbrecherschaltung, mit der Aufgabe, die Regeleinrichtung vor Eingangsüberspannungen zu schützen, wobei die Unterbrecherschaltung ebenfalls so ausgebildet ist, daß sie als Reaktion auf einen übermäßigen Temperaturanstieg im Transformator durch eine temperaturempfind liche Vorrichtung ausgelöst werden kann.

Vorzugsweise liegt wiederum zwischen dem Eingang der Regeleinrichtung und des Transformators ein weiteres Relais, das von einem Spannungssensor gesteuert wird, wobei dieser eingebaut ist, um die Spannung der Niederspannungs-Leistungsversorgung für die digitalen logischen Schaltungen zu überwachen, wobei dieses weitere Relais geöffnet wird, wenn die zuletzt erwähnte Spannung unter den für einwandfreies Funktionieren notwendigen Minimalwert absinkt.

Vorzugsweise ist wiederum dieses v.eitere Relais so ausgebildet, daß es nach "switsch-on" bzw. dem Einschalten der Regeleinrichtung vor deai Schließen des Relais einer Zeitverzögerung unterworfen ist, um den logischen Schaltung für die Stabilisierung Zeit zu geben.

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Vorzugsweise ist wiederum zwischen dem Transformator und dem Ausgang der Regeleinrichtung eine Unterbrecherschutzschaltung vorgesehen.

Die Erfindung wird in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und im weiteren nach dieser Zeichnung beschrieben, die ein schematisches Blockschaltdiagramm eines Spannungsreglers nach der Erfindung ist.

Nach der Zeichnung sind zwei Eingangsanschlüsse 1 und 2 vorgesehen, um die Stromkurve eines Wechseltroms zu empfangen, dessen Spannung vor dem Anlegen an die Ausgangsanschlüsse 3 und 4 reguliert werden soll.

Der Eingangsanschluß 1 ist an einen Leistungsschalter 5 kleiner Zeitverzögerung vom Typ eines Überstromauslösers angeschlossen. In diesem besonderen Beispiel wird ein Airpax 209-2-1-61F-3-9-30 benützt, der imstande ist, 3^ Ampere Dauereffektivstrom durchzulassen, der aber nach kurzer zeitlicher Verzögerung unterbricht, wenn dieser Nennwert überschritten wird. In der Weise, wie der Überstrom ansteigt, nimmt die Auslöseverzögerung ab.

Der Ausgang des Leistungsschalters 5 ist sowohl an die Primärwicklung eines Transformators 6 als auch an eine Unterbrecherschaltung 7 vom Typ eines Doppelweg-Thyristors angeschlossen, der zum Schutz der Regeleinrichtung vor Spannungen, die 150% der Eingangsspannung übersteigen, vorgesehen ist. Die Doppelweg-Thyristor-Unterbrecherschaltung arbeitet mit einer Verzögerung in der Größenordnung von Mikrosekunden und springt beim Nulldurchgang der Eingangsstromkurve wieder in den vorherigen Zustand zurück. Ein (nicht gezeigter) Spannungsbegrenzer, wie zum Beispiel ein Metalloxid-Varistor, ist in der Praxis zum Schutz gegen extrem kurze Überspannungen vorgesehen.

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Der Ausgang der Eingangsunterbrecherschaltung 7 ist an den Eingang eines Festkörper-Relais 8 (vom standardisierten logischen Typ D 2240) angeschlossen, der nach "switch-on" bzw. dem Einschalten der Regeleinrichtung einer kurzen Verzögerungszeit unterworfen ist, um es den logischen Steuerschaltungen (die später beschrieben werden sollen) zu ermöglichen, zur Ruhe zu kommen und sich zu stabilisieren. Danach wird das Relais 8 durch einen Niederspannungssensor gesteuert, der für die Aufgabe vorgesehen ist, die Spannung der mit Block 10 dargestellen Niederspannungsleistungsversorgung für die logische Schaltungen zu überwachen. Wenn der Sensor 9 registriert, daß die Spannung der Niederspannungslei stungsVersorgung unter dem Minimalwert liegt, der für einwandfreies Funktionieren erforderlich ist, wird das Relais 8 beim nächsten Nulldurchgang geöffnet (nicht-leitend gemacht), um falsche logische Zustände zu vermeiden.

Der Ausgang des Relais 8 ist parallel an zehn Relais 11 bis 20 angeschlossen, deren Ausgänge mit verschiedenen Anzapfstellen am Auto-Transformator 21 verbunden sind. In diesem besonderen Beispiel sind die Anzapfstellen in 6,25%-Intervallen angeordnet. So wird die Ausgangsspannung, die an der Ausgangsverbindungsleitung 22 des Auto-Transformators 21 erscheint, davon abhängen, welches der Relais 11 bis 20 geschlossen (d.h. leitend) ist.

Eine weitere Unterbrecher-Schutzschaltung 23 ist zwischen der Ausgangsverbindungsleitung 22 und dem Ausgangsanschluß 3 als zusätzliche Schutzeinrichtung vorgesehen. Sowohl der Eingangsanochluß 2 als auch der Ausgangsanschluß 3 ist mit der Erdleitung verbunden.

Ein als Block 24 dargestellter Temperaturmeßfühler ist innerhalb der Wicklung des Auto-Trnnsformators 21 eingebaut:, um

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übermäßige Temperaturanstiege aufzuspüren. Der Temperaturmeßfühler 24 ist an die Eingangsunterbrecherschaltung 7 angeschlossen, um diesen Unterbrecher nach Aufspüren eines solch übermäßigen Temperaturanstiegs auszulösen.

Insoweit ist der Stromversorgungs bzw. -zuführungsteil des Spannungsreglers beschrieben worden. Der logische Steuerteil, d.h. der Teil der Regeleinrichtung, der die Relais Y· bis 20 und somit die Regulierung der Ausgangsspannung steuert, wird nun beschrieben.

Der Ausgang des Leistungsschalters 5 ist, wie bereits erwähnt, an die Primärwicklung eines Transformators 6 angeschlossen. Die Sekundärwicklung des Transformators 6 ist mit einem Spitze-Spitze-Eingangsspannungsdetektor und -speicher verbunden, der im gestrichelten Block 25 gezeigt wird.

Der Speicher 25 ist von bekannter Ausführungsform und besteht aus zwei in Reihe geschalteten Gleichrichtern 26 und 27 und zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren 28 und 29. Die Sekundärwicklung des Transformators 6 liegt zwischen der Verbindungsleitung der Gleichrichter 26 und 27 und der Verbindungsleitung der Kondensatoren 28 und 29. Die freienEnden von Gleichrichter 26 und Kondensator 28 sind über einen Widerstand 30 miteinander verbunden, während die freien Enden von Gleichrichter 27 und Kondensator 29 über einen ähnlichen Widerstand 31 miteinander verbunden sind. Die Verbindungsleitung von Kondensator 29 und Widerstand 31 ist an die Erdleitung angeschlossen, während die Verbindungsleitung von Kondensator 28 und Widerstand 30 einen Ausgang für eine Pufferschaltung 32 vorsehen. Die Spitze-Spitze-Eingangsspannung wird durch den Speicher 25 über eine jede Schwingungsperiode gleichgerichtet, gespeichert und so als Referenzsignal der Pufferschaltung 32 zugeführt, bis das Referenzsignal bei der nächsten Schwingungsperiode erneuert wird.

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Der Ausgang der Pufferschaltung ist an eine Potentiometerkette aus den Widerständen 33, 34 und 35 angelegt, von denen der mittlere Widerstand 3^ für einen Eingang in einenAcht-Bit-Analog-Digitalwandler 36 einstellbar abgegriffen werden kann. Der regelbare Abgriff am Widerstand 34 ist so eingestellt, daß für eine gegebene Versorgungsspannung (zum Beispiel 115 Volt) am Ausgang des Leistungsschalters 5 eine gegebene Eingangsspannung (zum Beispiel 5 Volt) dem Analog-Digitalwandler zugeführt werden kann.

Der Analog-Digitalwandler 36 ist eine standardisierte logische Schaltung vom Typ ADC 590-8, die bei 5 Volt Eingangsspannung ein digitales Signal 10000000 liefert.

Der Ausgang des Analog-Digitalwandlers 36 ist an den Eingang einer Acht-Bit-Halteschaltung 37 (standardisierte logische Schaltung Typ SN 74100) angeschlossen, deren Ausgang mit einer Dekodierschaltung 38 verbunden ist. Die Dekodierschaltung 38 dient dazu, ein passendes der Relais 11 bis 20 in Abhängigkeit von der in der Halteschaltung 37 gespeicherten digitalen Zahl zu öffnen. Für die gespeicherte Zahl 10000000 wird in diesem besonderen Beispiel das Relais 16 geöffnet.

Eine Komparatorschaltung 39 liegt zwischen Eingang und Ausgang der Halteschaltung 37, um das Ausgangssignal der Analog-Digitalschaltung 36 mit dem Ausgangssignal der Halteschaltung 37 zu vergleichen. Die Komparatorschaltung 37 ist eingebaut, um eine Änderung der in der Halteschaltung 37 gespeicherten Zahl zu verhindern, außer wenn ein Spannungsdifferenzwert größer 6,25% entsprechend den Anzapfintervallen am Auto-Transformator auftritt; dies ist äquivalent einer Digitaldifferenz von 00001000. Wenn sich die Spitze-Spitze-Spannung an den Anschlüssen 1 und 2 um mehr als 6,25% ändert, wird so durch das Öffnen eines anderen der Relais 11 bis 20 die Anzapfstelle am Auto-Trans-

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formatοr 21 geändert, mit dem Ziel, die Ausgangsspannung an der Ausgangsverbindungsleitung 22 an die geforderte Spannung wieder anzugleichen.

-Patentansprüche-

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Claims (13)

■latent a η r> ρ r1 ü ehe

1. Elektrische Regeleinrichtung gekennzeich- -— neb durch einen Transformator (21) mit vielfachen Anzapfstellen zwischen ihrem Eingang(i,2) und Ausgang (3,4) und Vorrichtungen (6, 25, 32, 36-39, 11 - 20), die auf Änderungen in der Eingangsspannung oder im Eingangsstrom ansprechen, mit der Aufgabe, für die Wiederangleichung der Eingangsspannung oder des Eingangsstroms an den geforderten Wert eine passende Anzapfung am Transformator (21) auszuwählen.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t , daß sie einen Spannungsregler bildet, und daß sie auf Änderungen ansprechenden Vorrichtungen ausschließlich auf Änderungen in der Eingangsspannung der Regeleinrichtung empfindlich sind.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die vielfachen Anzapfstellen des Transformators (21) ausschließlich an der Eingangsseite des Transformators vorgesehen sind.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die vielfachen Anzapfstellen des Transformators (21) ausschließlich an der Ausgangsseite des Transformators vorgesehen sind.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die vielfachen Anzapf-

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stellen des Transformators (21) sovrohl an der ^ingangsals auch an der Ausgangsseite des Transformators vorgesehen sind.

6. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die auf Änderungen ansprechenden Vorrichtungen einen Spitze-Spitze Eingangsspannungsdetektor und -speicher (25) enthalten, der angeschlossen ist, um ein auf die Spitze-Spitze-Eingangsspannung des Detektors bezogenes Analog-Signal einem Analog-Digitalwandler (36) zuzuführen, dessen Ausgang an einen semi-pennanenten Speicher (37) angeschlossen ist, und daß die auf Änderungen ansprechenden Vorrichtungen eine Dekodierschaltung (?8Ί enthalten, die für die Aufgabe vorgesehen ist, den Inhalt des semi-permanenten Speichers (37) zn dekodieren und in Abhängigkeit davon die Auswahl der passenden Anzapfstelle des Transformators (21) zu steuern.

7. Regeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der semi-permanente Speicher (37) eine Halteschaltung ist, und daß Vorrichtungen (39) vorgesehen sind, um eine Änderung in der darin gespeicherten digitalen Zahl zu verhindern, außer wenn die Eingangsspannung und bis daß die Eingangsspannung der Regeleinrichtung sich um einen vorbestimmten Wert ändert.

8. Regeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zuletzt erwähnten Vorrichtungen (39) eine Komparatorschaltung (39) enthalten, die für die Aufgabe °.nge sch lossen ist, das Ausgangs signal des Arialop;-Digitalwandlers (36) mit dem Ausgangssignal der Halteschaltung (37) zu vergleichen, und daß der zuletzt

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erwähnte vorbestimmte Wert dem Intervall der Anzapfstellen des Transformators (21) äquivalent ist.

9. Regeleinrichtung nach irgendeinem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß am Eingang der Regeleinrichtung ein durch Überstrom ausgelöster Leistungsschalter (5) der Ausführungsform vorgesehen ist, die vor dem Unterbrechen einer kurzen Zeitverzögerung unterworfen ist, welche sich beim Anwachsen des Überstroms verkleinert.

10. Regeleinrichtung nach irgendeinem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Eingang der Regeleinrichtung und des Transformators (21) eine Unterbrecherschaltung (7) zum Schutz der Regeleinrichtung vor überhohen Eingangsspannungen vorgesehen ist, und daß die Unterbrecherschaltung für die zusätzliche Aufgabe ausgebildet ist, daß sie durch eine temperaturempfindliche Vorrichtung (24) als Reaktion aus übermäßige Temperaturanstiege im Transformator (21) ausgelöst wird.

11. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Eingang der Regeleinrichtung und des Transformators ein weiteres Relais (8) vorgesehen ist, das durch einen Spannungssensor (9) gesteuert wird, der für die Aufgabe eingebaut ist, die Spannung der Niederspannung-Leistungsversorgung bzw. -zuführung (10) für die digitalen logischen Schaltungen der Regeleinrichtung zu überwachen, wobei dieses weitere Relais geöffnet wird, wenn die zuletzt erwähnte Spannung unter den für einwandfreies Funktionieren notwendigen Minimalwert abfällt.

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12. Regeleinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das weitere Relais (8) so ausgebildet ist, daß es nach "switch-on" bzw. nach dem Einschalten der Regeleinrichtung vor dem Schließen des Relais einer Zeitverzögerung unterworfen ist, um den digitalen logischen Schaltungen Zeit zu geben, sich zu stabilisieren.

13. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Transformator und dem Ausgang der Regeleinrichtung eine Unterbrecher-Schutzschaltung (23) vorgesehen ist.

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