DE2751973A1

DE2751973A1 - Schaltungsanordnung fuer die ueberwachung von stromversorgungsnetzen auf stoerungen

Info

Publication number: DE2751973A1
Application number: DE19772751973
Authority: DE
Inventors: Roy Kenneth Griess
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-12-17
Filing date: 1977-11-21
Publication date: 1978-06-22
Also published as: FR2374689B1; US4156280A; JPS6132894B2; IT1115543B; GB1588757A; JPS5376335A; FR2374689A1

Description

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504 heb/sue

Schaltungsanordnung für die Uberv/achung von Stromversorgungsnetzen auf Störungen

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für die Feststellung und Speicherung von Störungen in Stromversorgungsnetzen und insbesondere eine überwachungsschaltung mit eingebautem Toleranzbereich zwischen der Einschaltung der Uberspannungsschutzschaltung und deren Rückstellung bzw. der Einstellung der Unterspannungsschutzschaltung und deren Rückstellung mit einem Speicher» in dem eine ausgewählte Anzahl von Zyklen der eingangsseitig zugeführten sinusförmigen Spannung vor und nach der festgestellten Störung der Stromversorgungsleitung abgespeichert v/erden kann.

Datenverarbeitungsanlagen müssen oft wegen auftretender Schwierigkeiten überprüft werden. Sehr oft kann jedoch kein Grund für die Schwierigkeiten festgestellt werden und der Wartungstechniker vermerkt, daß er keine Störung feststellen konnte. In vielen Fällen ist das Stromversorgungsnetz verdächtigt worden. Demgemäß können unter Umständen bei der Datenverarbeitungsanlage auftretende Schwierigkeiten dadurch festgestellt werden, daß man plötzliche Spannungsabfälle !oder Überspannungen feststellt und die vor und nach dem Auftreten dieser Netzstörungen vorhandenen Spannungsverläufe j abspeichert und damit wertvolle diagnostische Information !erhält.

Eine Schwierigkeit bei sehr hoch verstärkenden Abfühlelementen, wie sie bei Netzüberwachungsgeräten benutzt werden, besteht darin, daß sie in unvorhersehbarer Weise auf solche Spannungsschwankungen ansprechen, die in der Nähe des Schwellwert-Schaltpunktes abgefühlt werden. Dies ist als ^{po 976} °¹⁹ 8098 2 5/065 5

Abschaltunsicherheit bekannt geworden. Diese Schwierigkeit hat man bei bisher bekannten Uberwachungsschaltungen dadurch zu lösen versucht, daß man bei dem Operationsverstärker, der für einen Vergleich zwischen der überwachten Spannung und dem Schwellwert benutzt wurde, bei Einfügung einer Spannungsdifferenz zwischen dem Einstellschwellwert und dem Rückstellschwellwert eine positive Rückkopplung verwendet hat. Diese Spannungsdifferenz zwischen dem Einstellschwellwert und dem Rückstellschwellwert, die auch als Schalthysterese bezeichnet wird, ist nur für relativ kleine Spannungsdifferenzen brauchbar und ist immer dann nicht geeignet, wenn es sich um eine hohe Spannungsdifferenz und um eine variable Bezugsspannung handelt.

Wenn Uberwachungsschaltungen für die Überwachung von Spannungen stark unterschiedlicher Spannungswerte eingesetzt werden sollen, dann muß jedesmal auch die Einstellung des Schwellwertes verändert werden. Dies hat man bisher dadurch erreicht, daß man einen Drehschalter benutzt hat, mit dessen Hilfe man eine Anzahl von Schwellwertspannungen beim Betrieb der überwachungsschaltung zur Anpassung an bestimmte Eingangsspannungen selektiv einstellen konnte. Eine große Anzahl von Schwellwertspannungswerten erfordert eine gleich große Anzahl von Schaltpositionen des Drehschalters.

Bisher bekannte Netzspannungsüberwachungsschaltungen haben in manchen Fällen eine Unterbrechung nur mit Hilfe eines Zählers überwacht und anschließend die Auftrittszeit der Netzstörung mit der Auftrittszeit der Maschinenstörung verglichen, um festzustellen, ob es sich dabei um eine Netzstörung oder tatsächlich um einen Maschinenfehler handelt. Wenn man jedoch mehr tun will, als nur die Netzunterbrechungen innerhalb eines Zählers abzuspeichern, hat man Anzeigevorrichtungen wie z. B. Kathodenstrahlröhren eingesetzt, wobei man dann von dem Spannungsverlauf auf dem Bildschirm vor und nach der Unterbrechung Aufnahmen ge-

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macht hat. Selbstverständlich hat man auch Aufzeichnungen auf Magnetbändern hergestellt, um den Verlauf der Spannungsschwankung vor und nach der Unterbrechung festzuhalten. Diese Anordnungen sind alle sehr aufwendig und eignen sich nicht für eine in eine Datenverarbeitungsanlage eingebaute Netzüberwachungsschaltung.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der Erfindung wird eine IJetzspannungsüberwachungsschaltung für die Feststellung und Abspeicherung von Netzleitungsstörungen einer Ein- oder Mehrphasennetzleitung geschaffen. Die sinusförmigen Netzspannungen werden über einen Transformator in die überwachungsschaltung eingekoppelt. Ein Taktgenerator erzeugt Taktimpulse, die zum Abtasten der eingangsseitig zugeführten sinusförmigen Spannungen bei ihren Spitzenamplituden benutzt werden. Ein Überspannungs-Spitzenspannungsdetektor erzeugt ein Unterbrechungs-Ausgangssignal zum Zeitpunkt eines Taktimpulses dann, wenn ein Spannungsanstieg über einen vorgegebenen Schwellwert erfolgt. Das Unterbrechungssignal fällt dann ab, wenn die Spitzenspannung um einen vorbestimmten Betrag unter die voreingestellte Schwellwertspannung abfällt. In gleicher Weise ist ein Unterspannungs-Spitzenspannungs-Detektor vorgesehen, die dann ein Unterbrechungssignal zum Zeitpunkt des Abtastimpulses liefert, wenn ein Spannungsabfall unter einen vorgegebenen Schwellwert erfolgt und beendet das Unterbrechungssignal dann, wenn die Spitzenspannung erneut um einen vorbestimmten Betrag über den voreingestellten Schwellwert ansteigt. Eine vorausgewählte Anzahl von Spannungszyklen der eingangsseitig zugeführten sinusförmigen Welle werden vor und nach der Unterbrechung abgespeichert.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung eines Digital-Analogwandlers für die Einstellung der

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Schwellwertbezugsspannung. Damit kann man die Bezugsspannung ferngesteuert leicht und praktisch auf jeden beliebigen Viert einstellen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt

Fig.1 schematisch ein Blockschaltbild einer

Phase einer mehrphasigen Netzüberwachungsschaltung,

Fig. 2a und 2b schematisch ein Blockschaltbild der in

Fig. 1 gezeigten Netzüberwachungsschaltung im einzelnen,

;Fig. 3 schematisch die bei überspannung

am Spitzenspannungsdetektor auftretenden Spannungen und Impulse und

Fig. 4 schematisch die bei einer Unterspannung

am Spitzenspannungsdetektor auftretenden Spannungsverläufe und Impulse.

Einzelbeschreibung der bevorzugten Aus führungsform

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Netzüberwachungsschaltung für eine Phase eines Metzleitungseingangs darge stellt. Dies· Anordnung, die eine Feststellung und Speicherung einer überspannung oder einer Unterspannung ermöglicht, wird für jede Phase einer mehrphasigen Eingangsleitung vor gesehen« wHhrend die Digital/Analogwandler 16, 26 und die Torsohaltungen 20, 22 und 3O für alle Phasen gemeinsam vorgesehen sind. Die Netsspannung wird über einen Abwärtstrans- ^{976 01}* 809825/0S56

forma tor und eine Gleichrichterschaltung 10 in die lietzübervrachungsschaltung eingekoppelt. Die sinusförmigen Spannungen werden einem Taktirapulsgenerator 12 zugeleitet, der immer dann einen liulldurchgangsimpuls erzeugt, v/erin die Spannung durch die Nullachse geht, sowie einen Taktimpuls 90° nach dem Nulldurchgang für die Abtastung der Spitzenspannung in den Spitzenspannungsdetektoren 14 und 24. Die gleichgerichtete Eingangsspannung wird den Spitzenspannungsdetektoren 14 und 24 zugeleitet, wo die Spitzenspannung über den gegen den Nulldurchgang um verschobenen Äbtastimpuls abgetastet wird. Ein Digital/Analogwandler 16 wandelt die digitalisierte Überspannungs-Bezugsspannung in einen Analogwert um, der in dem Spitzenspannungsdetektor 14 mit der gleichgerichteten Spannung verglichen wird. Liegt die Spannung über dem voreingestellten Schwellwert oder der Bezugsspannung, dann wird die Verriegelungsschaltung 18 eingestellt, die ein Uberspannungs-Unterbrechungssignal erzeugt, das über Torschaltungen und 22 weitergeleitet wird. Es sei darauf hingewiesen, daß die Torschaltung 20 ebenfalls die Unterbrechuigs-Ausgangssignale der Verriegelungsschaltungen der Phasen 2 und 3 der Netzüberwachungsschaltung weiterleitet. Line Unterspannungs-Unterbrechung wird in etwa der gleichen Weise erreicht. Der vom Taktimpulsgenerator 12 kommende Abtastimpuls bewirkt einen Vergleich der vom Netz Über den Transformator und Gleichrichter kommenden gleichgerichteten Eingangsspannung mit der über den Digital/Analogwandler 26 eingestellten Bezugsspannung. Wenn die Spitzenamplitude der Eingangsspannung unter diesen Bezugswert oder diese Bezugsspannung abfällt, dann wird eine Verriegelungsschaltung 28 eingestellt und gibt ein Unterspannungs-Unterbrechungssignal ab, das die Torschaltungen 30 und 22 durchläuft. In gleicher Weise werden die von den entsprechenden Verriegelungsschaltungen der Phasen 2 und der Netzüberwachungsschaltung kommenden Unterspannungs-

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signale durch die Torschaltung 30 als Unterspannungs-Unterbrechungssignal weitergeleitet. Die Torschaltung 22 läßt diese Uberspannungs- und Unterspannungs-Unterbrechungssignale von jeder Phase des mehrphasigen Eingangs durch. Jedes Phasenunterbrechungssignal gelangt von der Torschaltung 22 nach einer Zähl- und Steuerschaltung 42, wobei jedes Unterbrechungssignal einen Zähler betätigt, der bis 14 zählt. In der in Fig. 1 dargestellten Schaltung für die Phase 1 werden die vom Taktimpulsgenerator 12 kommenden, Nulldurchgänge der Netzspannung anzeigenden Nulldurchgangsimpulse einer bistabilen Kippschaltung 32 zugeleitet, die ein der Netzfrequenz entsprechendes Rechtecksignal erzeugt. Ein als phasenstarre Schleife aufgebauter spannungsgesteuerter Oszillator 34 erzeugt ein Rechtecksignal, dessen Frequenz exakt zwölf mal so hoch ist, wie die des Ausgangssignals der bistabilen Kippschaltung 32. Dies dient der Taktgabe und steuert einen Achtbit Analog-Digitalwandler 38, der die Leitung zwölfmal in jedem Zyklus abtastet. Die analoge Sinuswelle wird vom Transformator 10 abgenommen und der Abtast- und Halteschaltung 36 zugeführt. Der Achtbit Analog/Digitalwandler 38 tastet damit die Sinulwelle alle 30°, d. h. zwölfmal je Zyklus ab. Dieses aus acht Bit bestehende Digitalwort wird als Eingangssignal einem Schieberegister 40 mit 144 Stufen zugeführt, so daß dann, wenn das Schieberegister voll ist und das 145. Eingangssignal auftritt, dieses bewirkt, daß das erste Eingangssignal herausgeschoben v/ird. j Der 7-ZykluBzähler der Zähl- und Steuerschaltung 42 wird j durch die Aufnahme eines Unterbrechungssignals betätigt. Nach sieben Zyklen sperrt der Zähler die Schieberegistertaktimpulse und schaltet das Schieberegister in Umlaufschaltung, so daß man vor der Unterbrechung fünf Zyklen und sieben nach der Unterbrechung erhält. Auf diese Weise wird wertvolle Diagnoseinformation in dem Schieberegister abgespeichert.

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Von besonderer Bedeutung ist ferner, wie die Spitzenspannungsdetektoren 14 und 24 arbeiten und insbesondere, wie dabei die Unsicherheit beim Schalten um den Schwellwert herum beseitigt wird. Außerdem werden noch Einzelheiten in der Kombination aus Digital/Analogwandler und Spitzenspannungsdetektoren 14 und 24 für die Einstellung einer neuen Bezugsspannung gegeben, für den Fall, daß eine neue Spannung oder eine andere Bezugsspannung als Schwellwert erforderlich ist. Ferner werden noch Einzelheiten der Zähl- und Steuerschaltung 42 sowie weitere Einzelheiten der Speicherung in der nachfolgenden Beschreibung der dafür erforderlichen Schaltungen gegeben.

In Fig. 2a ist die Phase 1 eines Dreiphasennetzes eingangsseitig an einem Eingangstransformator T1 angeschlossen. Der Transformator T1 transformiert die Spannung auf eine niedrigere" Spannung, die anschließend durch die Dioden 50 und 52 gleichgerichtet wird. Der Taktimpulsgenerator 12 enthält einen | Nulldurchgangsimpulsgenerator 54, der auf der Ausgangsleitung CC und der Ausgangsleitung 56 jedesmal dann einen Ausgangsimpuls erzeugt, wenn die Sinuswelle durch Null geht. Der Nulldurchgangs-Impulsgenerator besteht aus zwei hoch-Iverstärkenden Vergleichsstufen 55 und 57 mit je einem inver- ;tierenden (-) und einem nicht invertierenden (+) Eingang.

ι Die Vergleichsstufen 55 und 57 leiten beide ihre nicht invertierenden Eingangssignale (+) von der mittelangezapften Sekundärwicklung des Transformators T1 ab. Der Transformator T1 stellt dabei eine Phase eines Dreiphasentransformator dar. Die den invertierenden Eingängen (-) zugeführten Signale sind durch eine kleine negative Spannung gegen 0 V vorgespannt welche aus der Einstellung eines Regelwiderstandes 33 gewonnen wird. Die Einstellung dieses Regelwiderstandes 33 bestimmt auch die Impulsbreite der Nulldurchgangsimpulse. Mit zunehmender negativer, durch den Regelwiderstand 33 eingestellter Spannung nimmt auch die Impulsbreite zu. Diese

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kleine negative Spannung stellt die Bezugsspannung V für die beiden Vergleichsstufen 55 und 57 dar. Die Widerstände 35, 37, 39, 41 und Dioden 43, 45, 47 und 49 dienen der Spannungsteilung und halten die Transformatorspannung auf verträglichem Pegel. Im Betrieb sind die Ausgangssignale der Vergleichsstufen 55 und 57 in Phase mit ihren positiven Eingangssignalen. Wenn daher die den Vergleichsstufen 55 und 57 zugeführten Eingangssignale {+) positiver als die negative Bezugsspannung V_n sind, dann liegen die Ausgangssignale auf hohem Potential (+5V), und wenn die (+) Eingangssignale negativer sind als die Bezugsspannung V_R, dann liegen die Ausgangssignale auf niedrigem Potential (OV). Es sei I darauf hingewiesen, daß wegen der Transformatorwirkung die ι den Vergleichsstufen zugeführten Eingangssignale gegeneinander um 180° in der Phase verschoben sind. Die AusgangsSignaIe der Vergleichsstufen 55 und 57 werden über Leitung 44 zu- ;sammengeführt. Die hier verwendeten Vergleichsstufen arbeiten mit einem Transistor mit offenem Kollektor für die Ausgangs-

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signale, was zur Folge hat, daß die Vergleichstufe mit einem bei niedrigem Potential liegenden Ausgangssignal dominiert. Daher ist das auf Leitung 56 auftretende Ausgangs- ί signal immer auf niedrigem Potential, mit Ausnahme des Null- ι durchgangspunktes, wenn beide den Vergleichsstufen züge- , führten Eingangssignale positiver, als V_n sind. Zu diesem Zeitpunkt wird ein positiver Impuls erzeugt, dessen Impulsbreite durch die Einstellung des RegelwiderStandes 33 zu V_R bestimmt ist.

Der von den Vergleichsstufen 55 und 57 des Nulldurchgangs-Impulsgeneratore 54 erzeugte Nulldurchgangsirapuls wird nacheinander einer monostabilen Kippschaltung 58 und einer monostabilen Kippschaltung 60 zugeleitet. Die monostabile Kippschaltung 58 liefert «inen verzögerten Kippimpuls an die monostabil« Kippschaltung 60. Die Verzögerung 1st dabei so gawlhlt, dafl am Ausgang der monostabilen Kippschaltung 6O ein Abtastimpuls abgegeben wird, der gegenüber dem Nulldurch-

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gangsimpuls um 90° phasenverschoben ist. Der Abtastimpuls sollte beim Spitzenwert der sinusförmigen Eingangsspannung auftreten.

Der Uberspannungs-Spitzenspannungsdetektor 14 weist zwei Vergleichsstufen 62 und 68 mit je einem invertierenden (-) und einem nicht invertierenden (+) Eingang auf. Im Betrieb erzeugen diese Vergleichsstufen ausgangsseitig ein Ausgangssignal mit niedrigem Potential, solange das am nicht invertierenden Eingang liegende Signal negativer ist, als das am invertierenden Eingang liegende Signal. Sobald der nicht invertierende Eingang positiver wird, als der invertierende Eingang, wird ein Ausgangssignal mit hohem Potential erzeugt.

Man kann die Arbeitsweise dieser beiden Vergleichsstufen auch von der Ausgangsseite her betrachten, d. h., daß ein Ausgangssignal hohen Potentials immer dann erzeugt wird, wenn die bei der Vergleichsstufe angedeutete Polarität auftritt. Die Uberspannungs-Bezugsspannung liegt dabei am negativen oder invertierenden Eingang der Vergleichsstufe 62 des Spitzenspannungsdetektor 14. Diese Uberspannungs-Bezugsspannung wird |

von einem Digital/Analogwandler 63 abgenommen, dem von außen ein digitales Eingangssignal zugeführt wird, das dort in eine Analogspannung umgewandelt wird und als Schwellwertspannung für den Uberspannungs-Spitzenspannungsdetektor dient. Das andere Eingangssignal der Vergleichsstufe 62 wird von dem Abwärt« transformator T1 abgeleitet und wird nach Gleichrichtung in den Dioden 50 und 52 und nach Spannungsteilung in den Widerständen 64, 65 dem nicht invertierenden Eingang (+) der Vergleichsstufe 62 zugeleitet. Der Spannungspegel des Signals wird dabei durch das Präzisions-Spannungsteiler-Netzwerk 64, 65 bestimmt.

Kondensatoren 64a und 69a dienen zum Aussieben hochfrequenter Störungen.

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In gleicher V/eise wird der Vergleichsstufe 68 eine Uberspannungsbezugsspannung vom Digital/Analogwandler 63 als Eingangssignal zugeleitet, jedoch am nicht invertierenden Eingang (+). Die zu überwachende Eingangsspannung wird nach Gleichrichtung durch die Dioden 50 und 52 und nach Spannungsteilung durch die Widerstände 66 und 69 der negativen Klemme der Vergleichsstufe 68 zugeleitet. Es sei darauf verwiesen, daß der Widerstand 66 einen kleineren Widerstandswert hat als der Widerstand 65. Somit ist die der negativen Klemme der Vergleichsstufe 68 zugeführte Spannung kleiner, als die der positiven Klemme der Vergleichestufe 62 zugeführten Spannung, wobei der Unterschied durch den Unterschied der Widerstandswerte der Widerstände bestimmt ist. Diesen Unterschied erkennt man am besten aus den Spannungsverläufen A und B in Fig. 3. Die Bezugsspannung V_n ist die gleiche für beide Spannungsverläufe, und den Unterschied in der Spannungsamplitude der zu überwachenden Spannung erkennt man aus der höheren Spannung V^ des Spannungsverlaufs B gegenüber der Spannung V. des Spannungsverlaufs A. Hier ist es besonders wichtig, festzustellen, daß der Spannungsverlauf Ά die Bezugsspannung V_R im dritten und vierten Zyklus überschreitet, d. h., daß die an der Vergleichsstufe 62 gezeigte Polarität dann erhalten wird, wenn im dritten und vierten Zyklus der j überwachten Spannung diese die Bezügespannung V_ überschrei-'tet, so daß die Vergleichestufe zwei zu diesen beiden Zeiten ; ein bei C dargestelltes Ausgangssignal erzeugt. Das zuvor abgeleitete, um 90° phasenverschobene Abtastsignal wird einem

j Eingang der beiden NAND-Glieder 70 und 71 zugeleitet. Ist das I von der Vergleichestufe 62 kommende Signal auf hohem Potential was anzeigt, daß die Spannung V_A oberhalb der Schwellwertspannung V_R liegt, dann werden bei Anwesenheit des Abtastimpulees die bei B in Fig. 3 gezeigten Impulse erzeugt. Diese Impulse bewirken die Einstellung der Verriegelungsschaltung 18 für die Unterbrechung. Diese Verriegelungsschaltung wird durch das gleichzeitige Auftreten eines von der Vergleichsstufe 68 könnenden Ausgangssignals mit hohem Potential und

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eines Abtastimpulses zurückstellt. Wie man aus den Zeilen B und E in Fig. 3 erkennt, wir dabei die für die Vergleichsstufe 8 gezeigte Polarität erzielt, und wird in Fig. 3E durch ein positives Potential dargestellt. Wenn sich die Polarität ändert, d. h., wenn die Spannung V auf Zeile B in Fig. 3 die Bezugsspannung V übersteigt, dann v/ird für die Zyklen 3, 4 und 5 in Fig. 3E ein niedriges Potential erhalten. Das NAND-Glied 71 liefert jedesmal dann einen Ausgangsimpuls (Fig. 3F) , v/enn gleichzeitig mit einem Ausgangssignal hohen Potentials von der Vergleichsstufe 68 ein Abtastimpuls aufgenommen wird. Diese Impulse werden der Rückstellklemme der Verriegelungsschaltung 18 zugeleitet, können jedoch nur dann v/irksam werden, wenn die Verriegelungsschaltung 18 bereits eingestellt ist. Die unterschiedlichen Spannungspegel bei Λ und B in Fig. 3 bestimmen einen unterschiedlichen Schwellwert für die Rückstellung. Beispielsweise ist der fünfte Zyklus bei A unter die Bezugsspannung V_n für die Uberspannung abgefallen, und würde gemäß dem Stand der Technik eine Rückstellung der Unterbrechungs-Verriegelungsschaltung bewirken. Mit der zuvor beschriebenen Anordnung von zwei Vergleichsstufen jedoch liegt die Spannung V„ im fünften Zyklus auf Zeile B in Fig. 3 immer noch oberhalb der Bezugsspannung j V₀ und bewirkt daher keine Rückstellung, bis sich die Uberspannung um einen durch den Spannungsunterschied zwischen ι den beiden Lingangssignalen an den beiden Vergleichsstufen j bestimmten Betrag verbessert hat. Somit erfolgt die Rückstellung im Zeitpunkt des nächsten Abtastimpulses, der mit einö|r Spannungsspitze V„ zusammenfällt, die unterhalb der Bezugsspannung V_n liegt. Dies wäre in Zeile B in Fig. 3 der sechste Zyklus. Diese eingebaute Spannungsdifferenz für die Rückstellung oder Rückstellungshysterese verhindert ein unbestimmtes Verhalten der Schaltung um den Schwellwert herum, wie dies der Fall wäre, wenn die Rückstellung und die Einstellung beim gleichen Schwellwert erfolgen würden. Das die Überspannung darstellende Ausgangssignal der Verriegelungsschaltung 18 wird dem NAND-Glied 20 zugeführt. Die

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Überspannungen anzeigenden, von gleichartig aufgebauten Detektoren für Phase zwei und drei von entsprechenden Verriegelungsschaltungen kommenden Ausgangssignale werden zusammen mit dem von Verriegelungsschaltung 18 kommenden Ausgangssignal durch das NAND-Glied 2O hindurch gelassen. Das am Ausgang des NAND-Gliedes 20 auftretende, eine überspannung einer oder mehrerer der 3-Phasen anzeigende Ausgangssignal wird einem NOR-Glied 22 zugeführt.

Der Spitzenspannungsdetektor 24 für Unterspannung arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie der Spitzenspannungsdetektor 14 für die überspannung. Die zu überwachende Sinusspannung wird durch die Dioden 50 und 52 einer Vollweg-Gleichrichtung unterzogen. An den Widerständen 76 und 81 erfolgt eine Spannungsteilung und dieses Signal wird der invertierenden (-) Klemme der Vergleichsstufe 78 zugeführt. Die gleichgerichtete sinusförmige Spannung liegt nach Spannungsteilung ,durch die Präzisionswiderstände 80 und 83 an der positiven !Eingangsklemme der Vergleichsstufe 79. Die Kondensatoren 76A und 8OA dienen zum Aussieben hochfrequenter Störungen. Die Spannungsdifferenz oder Hysterese wird von den verschiedenen Widerstandswerten der Widerstände in dem Spannungsteiler-Netzwerk in den Eingangsleitungen der Vergleichsstufen abgeleitet. Beispielsweise beträgt der Widerstand des in der Eingangsleitung nach Minuseingangsklemme der Vergleichsstufe 78 liegenden Widerstandes 10,2 Kiloohm, während der VJi der st and des in der nach der positiven Eingangsklemme der Vergleichsstufe 79 führenden Eingangsleitung liegenden Widerstandes 10,7 Kiloohm beträgt. Der kleinere Widerstand hat eine größere Spannung zur Folge, wie man dies aus dem Vergleich der Zeilen A und B in Fig. 4 erkennen kann. Die Unterspannungs-Bezugsspannung wird von einem Digital/Analogwandler 82 abgeleitet, der eingangseeitig mit einem Unterspannungs-Bezugswert in digitaler Form angesteuert wird und ausgangsseitig eine entsprechende analoge Bezugsspannung abgibt. Diese Bezugsspannung wird der Pluseingangsklemme der Vergleichsstufe

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78 und der Minuseingangskleinme der Vergleichsstufe 79 zugeführt. Wenn man die bereits beschriebenen Betriebseigenschaften der Vergleichsstufen berücksichtigt, dann v/ird ein hohes Potential oder ein positives Ausgangssignal von einer Vergleichsstufe dann abgegeben v/ird, wenn die tatsächlichen Spannungsverhältnisse an Eingang den in der Zeichnung angegebenen Polaritäten entsprechen. Die Vergleichsstufe 78 liefert also dann ausgangsseitig ein hohes Potential, wenn die überwachte Spannung unter die Bezugsspannung abfällt. vJenn die überwachte Spannung die Bezugs spannung übersteigt, dann erzeugt die Vergleichsstufe 79 ein hohes Ausgangspotential.

Fig. 4 zeigt die für ein Verständnis der Arbeitsweise dieser beiden Vergleichsstufen dienenden Spannungsverläufe und Impulse. Der Cchwellwert V_R wird durch die Unterspannung-Bezugsspannung festgelegt, und die Vergleichsstufe 78 erzeugt demgemäß ein positives Ausgangssignal gemäß Zeile C solange, wie die überwachte Spannung V₂. unterhalb der Bezugsspannung V_D liegt, d. h., V. < V_n ist. Sobald sich die Polarität ändert, d. h., wenn V_A größer wird als V_R, dann wird ein negatives Ausgangssignal erzeugt. Wenn also V. unter V_R abfällt, v/ie man dies im dritten und vierten Zyklus sehen kann, dann sollte das auf Zeile C angegebene Ausgangssignal ein positives Potential aufweisen. Zum Zeitpunkt des Abtastimpulses und des am Ausgang der Vergleichsstufe 78 auftre- ;tenden hohen Potentials tritt wegen der im NAND-Glied 84 er- ^! folgten Inversion, wie auf Zeile F in Fig. 4 zu sehen ist,

ein negativer Impuls auf. Diese Ausgangsimpulse dienen der Einstellung der Verriegelungsschaltung 28. Die zum Rückstellen benutzte Vergleichsstufe 79 erhält eingangsseitig die zu überwachende Spannung an ihrer positiven Eingangsklemme, während die Bezugsspannung für die Unterspannung an der negativen Eingangsklemme liegt. Solange V„ kleiner ist als die Bezugsspannung V_R, liegt am Ausgang der Vergleichsstufe, wie dies auf Zeile D in Fig. 4 zu sehen ist, ein niedriges

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Potential. Ist die Spannung V_Q jedoch höher als die Lezugsspannung V-, dann tritt ein positives Ausgangssignal auf. Die auf Zeile D in Fig. 4 dargestellten positiven Impulse entsprechen den Spannungsspitzen, die über der Bezugsspannung V liegen. Das Zusammentreffen des 90°-Abtastimpulses und positiver von der Vergleichsstufe 69 kommende Ausgangsimpulse werden im NAl¹ID-GIied 86 einer UND-Verknüpfung unterzogen, wodurch ausgangsseitig ein invertiertes, bei G dargestelltes Ausgangssignal erzeugt wird. Diese Impulse dienen der Rückstellung der Verriegelungsschaltung 28. Ist die Verriegelungsschaltung jedoch bereits zurückgestellt, dann haben diese Impulse keine Wirkung. In den in Fig. 4 durch die Impulszüge dargestellten Beispielen wird die Verriegelungsschaltung durch den ersten negativen Impuls auf Zeile F eingestellt und wird erst beim letzten negativen Impuls von Zeile G zurückgestellt. Das Ausgangssignal der eingestellten Verriegelungsschaltung mit niedrigem Potential ist auf Zeile L in Fig. 4 gezeigt. Dieses Ausgangssignal wird dem NAND-Glied 30 zugeleitet, das wegen seiner invertierenden Eigenschaften ein positives Verriegelungssignal an das IJOR-Glied 22 abgibt, das ebenfalls ein invertiertes Ausgangssignal liefert, d. h., ein niedriges Ausgangssignal, das eine Unterbrechung darstellt. Die Phasen zwei und drei sind mit ihren Eingangssignalen ebenfalls am NAND-Glied 30 angeschlossen. Nenn eine der drei Phasen bei Unterspannung arbeitet, dann wird ein Unterspannungs-Unterbrechungssignal erzeugt.

Zwölf Zyklen der sinusförmigen Information v/erden in dem 144 Bit umfassenden Schieberegister 40 in digitaler Form ,abgespeichert. Diese digitale Information wird durch einen Achtbit Analog/Digitalwandler, der die Sinuswelle alle 30° überwacht und das überwachungsergebnis in ein aus acht Bit bestehendes Digitalwort umwandelt, in dem Schieberegister 40 eingespeichert. Alle 30° wird ein neues acht Bit langes Wort in das Schieberegister 40 eingegeben, und demgemäß tritt ausgangsseitig ein solches Wort auf. Das heißt, die am Schiebe-

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register 40 ausgangsseitlg abgegebene Information ist jeweils zwölf Zyklen alt oder um die Zeit verzögert, die benötigt wird, um die Daten durch die 144 Stufen des Schieberegisters hindurch zu verschieben. Nach jeder Umwandlung im Analog/Digitalwandler 38 wird auf der Ausgangsleitung 100 ein das Ende der Umwandlung anzeigendes Signal erzeugt. Die negativ gerichtete Hinterkante dieses Ausgangssignals steuert die monostabile Kippschaltung 102 an, die den Taktimpuls für das Schieberegister 40 bildet. Die Ausgangsleitung 100 liefert außerdem die Steuersignale für die Abtast- und Halteschaltung 36. Die analoge Sinuswelle wird vom Transformator T1 in Fig. 2 abgenommen. Dieses Eingangssignal ist in Fig. 2D mit Q-B bezeichnet. Die analoge Sinusspannung gelangt an die Abtast- und Halteschaltung 36. Die Abtastspannungen werden dem Achtbit Analog/Digitalwandler 38 zugeführt, dort in digitale Information umgewandelt und dann dem Schieberegister 40 zugeleitet. Vienn das in Fig. 2B mit A-A bezeichnete Unterbrechungssignal vom Ausgang des NOR-Gliedes 22 ankommt, dann wird die bistabile Kippschaltung 88 eingestellt, die die aus den Nulldurchgängen abgeleiteten Taktimpulse nach dem Zähler 89 weiterleitet. Die aus den Nulldurchgängen abgeleiteten Impulse, die in Fig. 2C mit C-C bezeichnet sind, werden über die monostabile Kippschaltung 96 und die Leitung 85 dem UND-Glied 91 zugeleitet. Das Ausgangssignal hohen Potentials der bistabilen Kippschaltung 88 wird im UND-Glied i 90 mit dem normalerweise auf hohem Potential liegenden Ausgangssignal des Zählers 89 einer UND-Verknüpfung unterzogen, deren Ausgangssignal dem zweiten Eingang des UND-Gliedes 91 ί zugeführt wird, und bei gleichzeitigem Auftreten der positiven I Nulldurchgangsimpulse das UND-Glied 91 entsperrt, und den j Zähler 89 weiterschaltet. Der Zähler wird dabei zweimal je j Zyklus impulsmäßig angesteuert und erreicht seinen Endzählerstand sieben Zyklen später. Nach Erreichen des Endzustandes ι des Zählers geht das Ausgangssignal des Zählers 89 auf niedriges Potential. Die Ausgangssignale der UND-Glieder 90 und 91 schalten auf niedriges Potential um und sperren damit

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die an den Zähler 89 abgegebenen Taktimpulse. Das niedrige Ausgangssignal des Zählers 89 sperrt das UlID-G Iied 92 und sperrt damit die Abgabe von Taktiinpulsen an das ODER-Glied 95 und das Schieberegister 40. Gleichzeitig damit schaltet dieses beim Erreichen des Endezählerstandes des Zählers 89 erzeugte Ausgangssignal das Schieberegister über Leitung 93 als Umlaufregister. Während dieses Betriebszustandes des Schieberegisters als umlaufregister v/erden die Taktimpulse von einer äußeren Taktimpulsquelle dem UND-Glied 94 zugeführt. Diese werden über das invertierte Zählerausgangssignal durchgeschaltet und dem Schieberegister 40 über das ODER-Glied 95 zugeleitet, und bewirken den entsprechenden für die ständige Wiederholung der im Schieberegister 4O eingespeicherten Information der zwölf Zyklen erforderlichen Schiebevorgang. Diese gespeicherte Information enthält dabei fünf Zyklen normaler Hetzspannungsinformation und außerdem Information über sieben auf die Unterbrechung folgende Zyklen. Ein der bistabilen Kippschaltung 88 zugeführtes Rückstellsignal stellt den Zähler 89 zurück, wodurch das Schieberegister wieder in seinen normalen Betriebszustand überführt wird, d. h., daß damit das Schieberegister, gesteuert durch den Achtbit Analog/Digitalwandler 38 und die monostabile Kippschaltung 102 über ODER-Glied 95, ständig durch Taktimpulse angesteuert wird.

Die in Flg. 2B mit C-C bezeichneten HuIldurchgangsimpulse werden einer »onostabilen Kippschaltung 96 zugeführt, die als Impulsfornstufe arbeitet und die Impulse für die Steuerung des Zahlers 89 liefert. Diese Nulldurchgangsimpulse steuern außerdem die bistabile Kippschaltung 92 an, deren Ausgangssignal «in Rechtecksignal mit Netzfrequenz ist, das dem Phasendetektor 97 in der phasenstarren Schleife zugeführt wird. Der Phasendetektor 97 vergleicht die Phase des von der bistabilen Kippschaltung 92 kommenden Eingangssignals alt den über Leitung 1O3 vom Ausgang eines spannungsgesteuerten Oszillators oder HuItivibrators kommenden Signals.

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In den Rückkopplungskanal ist ein durch zwölf teilender Zähler 99 angeordnet. Das aus dem Phasenvergleich zwischen den Ausgangssignal der bistabilen Kippschaltung 92 und dem Ausgangssignal des Zählers 99 im Phasendetektor 97 erzeugte Ausgangssignal wird in eine die Phasendifferenz darstellende Fehlerspannung umgesetzt und verriegelt damit den Oszillator

98 auf einer Frequenz, die das zwölffache der lletzfrequenz ist. Die Frequenz des vom spannungsgesteuerten Oszillator oder Multivibrator 98 kommenden Signals ist dabei genau zwoIf mal so hoch wie die Frequenz des von der bistabilen Kippschaltung 92 kommenden Rechtecksignals. Das Ausgangssignal des Multivibrators 98 gelangt über den Zähler 99 als ein Eingangssignal an den Phasendetektor 9 7. Der Zähler

99 liefert für jeden zwölften Eingangsimpuls einen Ausgangsimpuls, d. h., der Zähler 99 teilt durch zwölf. Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Multivibrators 98 kippt die monostabile Kippschaltung 101, die einen Entsperrimpuls an den Achtbit Analog/Digitalwandler 38 abgibt und diesen entsperrt, so daß damit das Eingangssignal alle 30° oder zwölfmal je Zyklus abgetastet wird. Bei Erzeugung einer überspannungs- oder Unterspannungsunterbrechung in Phase A der Netzeingangsleitung wird die diese Störung darstellende digitale Information derart im Schieberegister 40 eingespeichert, daß Information für fünf Zyklen vor der Unterbrechung und sieben Zyklen nach der Unterbrechung abgespeichert wird. Diese Information ist für die Diagnose wertvoll, insbesondere dann, wenn die eingangsseitig zugeführte

Spannung für die Stromversorgung von Datenverarbeitungsanlagen dient. Dabei gibt es für jede Phase des Netzanschlußgerätes ein Schieberegister und eine dazugehörige Steuerschaltung. Mit anderen V7orten Fig. 2D ist für jede Phase einmal vorhanden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Netzüberwachungsschaltung zur Feststellung von Netzstörungen in einer transformatorisch eingekoppelten sinusförmigen Netzspannung, gekennzeichnet durch einen Taktgenerator (12) zur Erzeugung von Nulldurchgangsisgmlsen und Abtastimpulsen für die Taktgabe bzw. die Abtastung der eingangsseitig zugeführten sinusförmigen Spannung, ferner durch einen Uberspannungs-Spitzenspannungsdetektor (14) und einen Unterspannungs-Spitzenspannungsdetektor (24) zur Erzeugung von Unterbrechungsimpulsen jedesmal dann, wenn zum Zeitpunkt eines Abtastimpulses die Spannung über einen vorbestimmten ersten Uberspannungsschwellwert hinaus angestiegen bzw. unter einen ersten vorbestimmten Unterspannungs-Schwellwert abgefallen ist, sowie zur Beendigung der Unterbrechungsimpulse dann, wenn zum Zeitpunkt eines Abtastimpulses die Spannung unter den vorbestimmten Uberspannungsschwellwert abfällt bzw. über den vorbestimmten Unterspannungsschwellwert ansteigt, sowie durch einen Speicher (40) zum Einspeichern einer vorbestimmten Anzahl von vor der Unterbrechung ι liegenden und einer vorbestimmten Anzahl nach der Unterbrechung liegender Zyklen der sinusförmigen Eingangsspannung .

Netzüberwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für ein mehrphasiges Netz für jede Phase eine Schaltung zur Erzeugung eines Unterbrechungssignals und für jede Phase jeweils ein Speicher (4O) zum Einspeichern einer vorgegegebenen Anzahl von Zyklen vor und nach dem Unterbrechungssignal vorgesehen ist.

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ORfGINAL INSPECTED

3. Netzüberv/achungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktimpulsgenerator (12) einen Nulldurchgangsimpulsgenerator (54, 55, 57), der jedesmal dann, wenn die eingangsseitig eingekoppelte sinusförmige Spannung durch Null geht, einen Impuls erzeugt, und einen Abtastimpulsgenerator (58, 60) enthält, der zur Erzeugung von Abtastimpulsen die Nulldurchgangsimpulse um 90° in ihrer Phase verzögert.

4. Netzüberwachungsschaltung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überspannungs-Spitzenspannungsdetektor (14) eine erste und eine zweite Vergleichsstufe (62, 68) enthält, denen beiden die gleiche Bezugsspannung an einem Eingang zugeleitet wird, daß ferner für jede Vergleichsstufe (62, 68) je ein Spannungsteiler (64, 65; 66, 69) vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von der sinusförmigen Eingangsspannung unterschiedliche Eingangsspannungen an die zweiten Eingänge der Vergleichsstufen (62, 68) abgibt, daß dabei am zweiten Eingang (+) der ersten Vergleichsstufe (62) von dem ersten Spannungsteiler (64, 65) eine kleinere Spannung anliegt, so daß ein Ausgangssignal nur dann entsteht, wenn der Spannungsanstieg diese Bezugsspannung übersteigt, daß am zweiten Eingang(-) der zweiten Vergleichsstufe von dem zweiten Spannungsteiler (66, 69) eine höhere Spannung anliegt, so daß ein Ausgangssignal nur dann entsteht, wenn die höhere Spannung unter die Bezugsspannung abfällt und daß damit eine Rückstellung des Unterbrechungssignals bei einer um die Differenz der Eingangsspannungen der beiden Vergleichen | stufen kleineren Schwellwertspannung erfolgt. |

5. Netzüberv/achungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch ! gekennzeichnet, daß ein Digital/Analogwandler (63) J

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für die Umwandlung der Uberspannungs-Bezugsspannung fUr die beiden Uberspannungs-Vergleichsstufen (6 2, C8) vorgesehen ist.

6. Netzüberwachungsschaltung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterspannungs-Spitzenspannungsdetektor (24) eine dritte und eine vierte Vergleichsstufe (78, 79) enthält, denen beiden die gleiche Bezugsspannung am Eingang (+ bzw. -) zugeführt v/ird, daß ferner für jede Vergleichsstufe (78, 79) je ein Spannungsteiler (76, 81 bzw. 80, 83) vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von der sinusförmigen Eingangsspannung eine unterschiedliche Eingangsspannung an den jeweiligen zweiten Eingang (- bzw. +) abgibt, daß dabei am zweiten Lingang (-) der dritten Vergleichsstufe (78) von dem Spannungsteiler eine höhere Spannung anliegt, so daß nur dann ein Ausgangssignal entsteht, wenn der Spannungsabfall diese Bezugsspannung überschreitet, daß am zweiten Eingang (+) der vierten Vergleichsstufe (79) von dem Spannungsteiler (80, 83) eine kleinere Spannung anliegt, so daß dann ein Ausgangssignal entsteht, wenn die kleinere Spannung die Uezugsspannung übersteigt, und daß damit eine Rückstellung des Unterbrechungssignals bei einer um die Differenz der Eingangsspannungen der Vergleichsstufen (78, 79) kleineren Schwellwertspannung erfolgt.

7. Netzüberwachungeschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Digital/Analogwandler (82) für die Umwandlung eines digitalen Eingangssignals in die Unterspannungsbezugsspannung für die Vergleichsstufen (78, 79) vorgesehen ist.

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8. Netzüberwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur ALspeicherung einer vorgegebenen Anzahl von Zyklen der sinusförmigen Einyangsspannung vor und nach der Unterbrechung ein vielstufiges (144) Schieberegister (40) vorgesehen ist.

9. Netzüberwachungsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die sinusförmige Eingangsspannung in einer Abtast- und Halteschaltung (36) abgetastet und gehalten und dann in einem Analog-Digitalwandler (38) bei jeder einer vorbestimmten Anzahl von Phasenwinkeln eines Zyklus (einer Schwingung) in ein digitales Wort umgewandelt und digital in dem Schieberegister (40) abgespeichert v/ird.

10. Netzüberwachungsschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Frequenz der Nulldurchgangsimpulse auf die zur Steuerung des Digital/Analogwandlers und des Schieberegisters erforderliche höhere Impulsfrequenz und für eine Synchronisierung der höheren Frequenz mit der Netzfrequenz eine phasenstarre Schleife (34) mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (98) vorgesehen ist.

11. Netzüberwachungsschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zähler (89) mit einem raaxi-

! malen Zählerstand vorgesehen ist, der kleiner ist als

die Anzahl der in dem Schieberegister (40) eingespeicherten Zyklen, daß dabei der Zähler (89) bei Aufnähme eines von dem Uberspannungsdetektor oder dem ; Unterspannungsdetektor kommenden Unterbrechungs-

signals anschaltbar ist, und bei Erreichen des maximalen Zählerstandes die Schieberegieter-Taktimpulse sperrt (92) und das Schieberegister als umlaufendes

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Schieberegister schaltet und damit digitalisierte Information über die eingangsseitig zugefUhrte sinusförmige Spannung vor und nach der Unterbrechung zur Verfügung stellt.

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