DE2808085C2

DE2808085C2 - Schaltungsanordnung zur Überwachung der Phasenfolge in einem Drehstromnetz

Info

Publication number: DE2808085C2
Application number: DE2808085A
Authority: DE
Inventors: Josef 8031 Puchheim Immler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-02-24
Filing date: 1978-02-24
Publication date: 1982-09-09
Also published as: DE2808085A1; US4278937A

Description

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65 Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Phasenfolge in einem Drehstromnetz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Drehstromnetze werden in der Elektrotechnik sehr häufig angewendet Eine einwandfreie Funktion von an ein solches Drehstromnetz angeschlossenen Geräten ist aber nur dann möglich, wenn die einzelnen Phasen in der richtigen Reihenfolge auftreten. Aus diesem Grunde sind Schaltungen erforderlich, die feststellen können, ob die einzelnen Phasen des Drehstromnetzes in der richtigen Reihenfolge auftreten.

Eine solche Schaltung zur Überwachung der Phasenfolge in einem Drehstromnetz ist aus der Zeitschrift »Electronics«, 9. Juni 1977, Seite 247, bekanntgeworden. Die in dieser Literaturstelle gezeigte Schaltung ist jedoch sehr aufwendig.

Aus der DE-OS 25 38 244 ergibt sich eine elektronische Schaltung zur Überwachung der Phasenfolge eines DrehstromnetzeE Dazu wird mit Hilfe eines Widerstandes und eines Kondensators die Phasenlage einer Phasenspannung um 60° gedreht und damit zu einer anderen Phasenspannung eine Phasenverschiebung von 180° hergestellt Die beiden Spannungen werden einem Summierungspunkt zugeführt, an dem die Spannung null entsteht. Wird die Phasenfolge veitauscht, dann ist am Summierungspunkt die Spannung nicht mehr null; ein Transistor wird dadurch leitend gesteuert und damit ein Relais betätigt. Ein Nachteil der Schaltungsanord nung besteht darin, daß die eine Phasenspannung um 60° in ihrer Phasenlage verschoben werden muli.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Phasenfolge in einem DrehstroTinetz anzugeben, die mit wenig elektrischen Bauelementen auskommt und keine Phasenverschiebung von 60" bei einer Phasenspannung erforderlich macht. Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art gemäß dem Merkmal des Kennzeichens des Patentanspruches 1 gelöst.

Andere Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteramjprüchen.

Es ist sehr vorteilhaft, die erfindungsgemäöe Schaltungsanordnung innerhalb eines Gerätes einzusetzen, bei dem auch der Ausfall einer Phase festgestellt werden kann. Dann wird der Ausgang des Spannungskomparators mit einem Integrator verbunden, dessen Ausgang an einem Operationsverstärker anliegt. Der Ausgang dieses ersten Operationsverstärkers ist mit einem Ausgangskreis verbunden, in dem auch eine Anzeigeschaltung liegt, die z. B. eine Leuchtdiode enthält. Der Eingang des Integrators ist weiterhin mit dem Ausgang eines weiteren Operationsverstärkers verbunden, dessen erster Eingang an einem Knotenpunkt angeschlos* sen ist, der von dem Verbindungspunliit der ersten Und zweiten Diode und einer Anschlußklemme einer mit der ersten Und zweiten Diode gleichgepolten Diode gebildet wird, deren anderer Anschlußklemme die dritte Phase zugeführt wird. Der zweite Eingang des weiteren Operationsverstärkers Hegt zur Bildung einer Ver^

gleichsspannung an einem Spannungsteiler an, der ebenfalls mit dem Knotenpunkt verbunden ist und zu dem parallel ein Kondensator angeordnet ist.

Anhand von Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargestellt sind, wird die Erfindung weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die erfindungsgemäße Anordnung zur Oberwachung der Phasenfolge im Drehstromnetz,

Fig.2 die Phasenspannungen des Drehstromnetzes in richtiger Phasenfolge, to

Fig.3 den ^pannungsverlauf an den Eingängen und am Ausgang des Spannungskomparators,

Fig. 4 die Phasenspannungen bei vertauschter Phasenfolge,

Fig.5 den Spannungsverlauf an den Eingängen und t5 dem Ausgang des Spannungskomparators,

Fig.6 eine Schaltung zur Invertierung einer Phase des Drehstromnetzes,

F i g. 7 die Schaltung einer Überwachungsvorrichtung für die Phasenfolge und zusätzlich des Ausfalls einer Phase.

Die Anordnung nach F i g. 1. mit d^r die Phasenfolge eines Drehstromnetzes überwacht werden kann, enthält zunächst einen Spannungskomparator SK. An seinen ersten Eingang £1 wird eine Meß-Spannung UM angelegt, die aus gleichgepolten Halbwellen von zwei Phasen und von der invertierten Halbwelle der dritten Phase gebildet wird. Im Ausführungsbeispiel der Fi g. 1 werden die positiven Halbwellen der Phase R und 5und die positiven Halbwellen der invertierten Phase T zur Bildung der Meß-Spannung UM herangezogen. Dazu werden die Phasen R. S. Γ jeweils einer Diode DX, D 2, D 3 zugeführt, deren andere Anschlußklemme miteinander in einem Verbindungspunkt VP verbunden sind Der Verbindungspunkt VP ist an den ersten Eingang Ei des Spannungskomparators SK angeschlossen.

An einem zweiten Eingang £2 des Spannungskomparators SK liegt eine Referenzspannung UR an. Die Referenzspannung U wird mit Hilfe der einen Halbwelle P'ner nichtinvertierten Phase gewonnen, die auf ein /?C-GIied geleitet wird. Das RC-GWed besteht aus einem Widerstand R I und einem Kondensator Cl. Durch das RC-GWed Ri. Ci wird die anliegende Phase etwas verzögert, z.B. um ca. 30°. Die zwischen dem Widerstand R\ und dem Kondensator Cl liegende Diode D4· dient rur Spannungsbegrenzung während der negativen Halbwelle der Phase R. Die weiterhin vorgesehenen Widerstände dienen zur Einstellung des Arbeitspunktes des Spannungskomparators SK.

Die Betriebsweise de" Anordnung nach Fig. 1 wird mit HiKe der Spannungsdiagramme der Fig. 2 bis 5 erläutert. Hier sind jeweils Spannungen über der Zeit t aufgetragen.

Fig. 2 zeigt die Phasenspannungen der einzelnen Phasen R, S, Tm richtiger Reihenfolge. Die Phase R ist dabei ausgezogen, die Phase 5 gestrichelt, die Phase T gepunktet dargestellt. Werden diese Spannungen an die Gleichrichter-Schaltung nach Fig. 1 angelegt, dann ergeben sich Spannungsverläufe an den Eingängen El und /f 2 und am Ausgang A des Spannungskomparators, wie sie in Fig.3 dargestellt sind, Dabei ist die Meß-Spannung UM am Eingang £1 dick ausgezogen dargestellt, während die Referenzspannung UR am Eingang El des Spannungskomparators SK getrichelt dargestellt ist Die einzelnen Phasen R, S₁ T sind ebenfalls eingezeichnet.

Aus F i g. 3 ist zu sehen,,daß bei richtiger Phasenfolge die MeQ-Spannung UM immer oberhalb der Referenzspannung UR verläuft. Am Ausgang des Spannungskomparators SK wird dann eine Ausgangsspannung UA abgegeben, die immer den Wert What.

Anders sind die Verhältnisse, wenn die Phasen nicht mehr in richtiger Reihenfolge auftreten. Ein solcher Fall ist in Fi g. 4 dargestellt. Hier folgt auf die Phase R die Phase Tund anschließend die Phase S.

Die Spannungsverhältnisse nach der Phasenfolge gemäß Fig.4 am Eingang und am Ausgang des Spannungskomparators SK ergeben sich aus Fig.5. Hier ist wiederum die Meß-Spannung UR und der Verlauf der Phase S, der Phase R und der Phase 71 gezeigt. Aus F i g. 5 ist zu ersehen, daß nun in bestimmten Bereichen die Referenzspannung UR oberhalb der Meß-Spannung UM verläuft Damit wird die Referenzspannung am Eingang E2 des Spannungskomparators SK zeitweise positiver als die Meß-Spannung UM am Eingang Ei. Die Folge ist, daß die Ausgangsspannung UA am Ausgang A des Spannungskomparators SK zeitweise vom Potential H zum Potential L wechselt und erst dann ..eder zum Potential //zurückkehrt, wenn die Referenzspannung UR kleiner wird als die Meß-Spannung UM.

Der Fall, daß die Referenzspannung UR größer wird als die Meß-Spannung UM tritt aber nur dann auf, wenn die Reihenfolge der Phasen falsch ist. Die Anordnung gemäß F i g. 1 ist somit zur Überwachung der Phasenfolge geeignet.

Die Erzeugung der invertierten Phase T kann auf einfache Weise an den Sekundärwicklungen eines Strom- oder Spannungswandlers gewonnen werden. Ein Beispiel dafür ergibt sich aus Fig. 6. Es ist gezeigt, wie man mit Hilfe von Sekundärwicklungen die Phase R, S, und 7~erzeugen kann.

F i g. 7 zeigt nun den Aufbau eines Drehfeldprüfers, bei dem die Anordnung nach F i g. 1 verwendet wird und der zudem noch den Ausfall einer Phase feststellen kann.

Die Anordnung nach Fig. 1 ist etwas abgeändert worden, es werden nämlich alle Phasen R, S und 7"nicht invertiert zugeführt. Die Invertierung der Phase T enolgt mit Hilfe eines Inverters IV.

Die Phase R wird über eine Diode D10. die Phase 5 über eine Diode D 20 dem ersten Eingang £1 des Spannungskomparators SK zugeleitet. Die drit'e Phase 7 wird über eine Diode D40 an einen Eingang eines Inverters IV geschaltet. Die Diode D40 ist dabei entgegengesetzt gepolt wie die Diode DlO und D20. Damit werden von den Phasen R und S die positiven Halbwellen an den Spannungskomparator SK angelegt, während von der Phase 7"die negative Halbwelle an den Inverter /Vangelegt wird.

Der Inverter /Vinveriiert nun die negative Halbwelle, die a.i seinem Eingang anliegt und führt diese über eine Diode D 15 zum Eingang El des Spannungskomparators SK.

Die Referenzspannung UR am zweiten Eingang des Spannungskomparators SK wird wieder mit Hilfe eines /?C-Gliedes gebildet aus dem Widerstand R 10 und dem Kondensator ClO. aus den positive Halbwellen der Phase R hergeleitet. Dazu wird zwischen die Diode D10 lind den Widerstand R 10 eine Entkopplungsdiode D13 geschaltet. Die Dioden D12 und £?14 sind ebenfalls Entkopplungsdioden. Die Diode D16 ist eine Referenzdiode zum Schutz dts Inverters IV.

Die Wirkungsweise der bisher geschilderten Schaltungsanordnung entspricht der Fig. 1, der einzige

Unterschied zwischen beiden Schaltungen besteht darin, daß ein Inverter IV vorgesehen ist, durch den die negative Halbwelle der Phase T invertiert wird. Die Schaltungsanordnung gibt somit immer nur dann ein Signal ab, wenn die Phasenfolge des Drehfeldes nicht richtig ist.

Das Signal am Ausgang des Spannungskomparalors SK wird über eine Diode D 22 an den Eingang eines Integrators IG geschaltet. Der Integrator IC besieht aus einem Kondensator CI und einem Widerstand R 20. "Der Integrator ist an den einen Eingang eines Operationsverstärkers OP1 geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers OPl ist mit einem Ausgangskreis verbunden, in dem eine Leuchtdiode LD 2 angeordnet ist. Der andere Eingang des Operationsverstärkers OPl liegt zur Bildung einer Referenzspannung an einem Spannungsteiler.

Tritt am Ausgang des Spannungskomparators SK ein eine falsche Phasenfolge kennzeichnendes Fehlersignal auf, dann gibt auch der Operationsverstärker OPl ein Signal ab, das über eine Diode D 23 der Leuchtdiode LD 2 zugeführt wird. Diese leuchtet auf. Da aber bei falscher Phasenfolge die Fehlersignale immer nur periodisch vorliegen, und R20 und C2 entsprechend diomens'ioniert sind, wird die Leuchtdiode LD2 bei einem Phasenfolgefehler blinken.

Zur Feststellung des Ausfalls einzelner Phasen des Drehstramnetzes ist ein weiterer Operationsverstärker OP2 vorgesehen. Dessen Ausgang ist ebenfalls mit dem Integrator IG verbunden, wobei der Widerstand des Integrators jetzt von dem Widerstand /?21 gebildet wird. Der eine Eingang des Operationsverstärkers OPT. ist mit einem Knotenpunkt KP verbunden. Dieser Knotenpunkt KP ist der Zusammenschluß des Verbindungspunktes VP der Diode DlO, D 20 mit der AnschluDklemme einer Diode D30, die in Richtung der Dioden DlO. D20 gepolt ist und der die Phase T zugeführt wird. An dem einen Eingang des Operationsverstärkers OP2 liegen somit die positiven Halbwellen der Phasen R. S. Tan.

An den anderen Eingang des Operationsverstärkers OP2 wird eine Vergleichsspannung angelegt, die mit Hilfe eines Spannungsteilers bestehend aus dem Widerstand R 22 und den Zenerdioden ZDl, ZD2 gebildet wird. Parallel zu diesem Spannungsteiler ist ein Sieb-Kondensator C3 angeordnet. In dem Spannungsteiler kann weiterhin eine Leuchtdiode LD1 angeordnet werden, die nur dann aufleuchtet, wenn die Überwachungsvorrichtung an mindestens eine Phase und am ^//»angeschlossen ist.

Solange alle Phasen eines Drehfeldes vorhanden sind, ist der Kondensator C2 des Integrators IG aufgeladen. Fällt jedoch eine Phase aus, dann wird der Kondensator C2 über den Operationsverstärker OP2 entladen. Die Folge ist, daß in dem Ausgangszweig des Operationsverstärkers OPl ein Strom über die Diode 23 und die Leuchtdiode LD2 fließt, der die Leuchtdiode LD2 zum Leuchten bringt. Die Zeitkonstante des Integrators ist nun so gewählt, daß der Kondensator C2 durch die noch vorhandenen Phasen des Drehfeldes nicht mehr soweit aufgeladen werden kann, daß der Strom durch die Leuchtdiode LD 2 unterbrochen würde. Die Folge ist. daß bei Ausfall mindestens einer Phase des Drehfeldes ein Dauerslrom durch die Leuchtdiode LD 2 fließt und somit die Leuchtdiode ständig leuchtet.

Bei der Erläuterung der Fig.7 sind nur die Bauelemente bezeichnet worden, die zur Beschreibung der Funktion erforderlich sind. Die nicht benannten Dioden dienen zur Entkopplung, die nicht benannten Widerstände zur Einstellung der Arbeitspunkte des Spannungskomparators SK. des inverters IV und der Operationsverstärker OPl, OP 2 bzw. zur Strombegrenzung.

In Serie zu der Leuchtdiode OP2 kann ein Optokoppler KO angeordnet werden. An den Ausgang des Optokopplers kann dann eine Auswerteschaltung angeschlossen werden, in der das Signal im Ausgangskreis des Operationsverstärkers OPI weiter ausgewertet werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung der Phasenfolge in einem Drehstromnetz mit einer Einweg-Gleichrichterschaltung zur Ableitung einer pulsierenden Gleichspannung zus den drei Phasenspannungen als Meßspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspannung (UM) aus gleichgepolten Halbwellen der ersten und zweiten Phasenspannung (R, S) und einer der dritten to Phasenspannung (T) proportionalen, gegen diese jedoch um 180° phasenverschobenen Spannung gebildet ist, daß ein Spannungskomparator (SK) vorgesehen ist, an dessen einem Eingang die Meßspannung (UM) und an dessen anderem Eingang die durch ein Verzögerungsglied um maximal 120° der Periodenzeit verzögerte, aus der ersten Phasenspannung (R) abgeleitete Halbwelle als Referenzspannung (UR) anliegt, und der an seinem Ausgang (A) ein eine falsche Phasenfolge ^M kennzeichnendes Fehlersignal (UA)abgibt, wenn die Referenzspannung (UR) die Meßspannung (UM) übersteigt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsglied aus einem flC-Glied (RUCi) besteht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Phasenspannung (R, S) jeweils an gleichgepolte Anschlußklemmen einer ersten und zweiten Diode ^o (DlO. D 20) angeschlossen sind, deren andere Anschlußklemmen miteinander verbunden sind, daß der dabei gebildete Verbindungspunkt (VP) an den ersten Eingang (E I) des Spannungskomparators (SK) angeschlossen ibt, und daß die dritte Phasenspannung (T) über eine zu c .r ersten und zweiten Diode (DlO. D 20) gegenpolig geschaltete Diode (D40) an einen Inverter (IV) angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem ersten Eingang (El) des Spannungskomparators (SK,) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung zur Überwachung der Phasenfolge in einem Drehstromnetz nach Anspruch 3 und zur Überwachung des Drehstromnetzes auf Ausfall einer Phase, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Spannungskomparators (DK) mit einem Integrator (IC) verbunden ist, daß der Ausgang des Integrators an einem Operationsverstärker (OPI) anliegt, dessen Ausgang mit einem Ausgangskreis verbunden ist. in dem eine Anzeigeschaltung (LD 2) angeordnet ist, daß der Eingang des Integrators (IG) weiterhin mit dem Ausgang eines weiteren Operationsverstärkers (OPT) verbunden ist. daß ein erster Eingang des weiteren Operationsverstärkers (OP 2) an einen Knotenpunkt (KP) angeschlossen ist. der von dem Verbindungspunkt (VP)der ersten und zweiten Diode (D 10, D 20) und einer Anschlußklemme einer mit der ersten und der zweiten Diode (DlO. D 20) gleichgepolten Diode (O 30) gebildet ist, deren andere Anschlußklemme der dritten Phase zugeführt wird, und daß ein zweiter Eingang des weiteren Operationsverstärkers (OP2) zur Bildung einer Vergleichsspannung an einem Spannungsteiler (R 22, ZDi, ZDI) anliegt, der mit dem Knotenpunkt (KP) verbunden ist und parallel zu dem einen Kondensator (C3) liegt

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spannungsteilerzweig eine Leuchtdiode (LD 1) angeordnet ist. '

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgangskreis des ersten Operationsverstärkers (OP 1) ein Optokoppler (KO) angeordnet ist.