DE2808618C2 - Überwachungsschaltung für Stromversorgungsgeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungsschaltung für steuerbare Halbleiter-Gleichrichter eines Stromversorgungsgerätes unter Verwendung von optoelektronischen Schaltmitteln als Koppelglied zwischen einer Aufbereitungsstufe und einer Auswerteschaltung.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits ;:ur Verwendung als Stromnullpunktsfühler aus der DE-OS 556 bekannt. In dieser Anordnung ist es erforderlich, daß jedes Halbleiterelement z. B. eimer Drehstrombrückenschaltung mit einem optoelektronischen Koppler und einer zugehörigen Aufbereitungsstufe versehen werden muß. Der damit verbundime Aufwand an Überwachungselementen vergrößert die Störanfälligkeit der Überwachungsschaltung. Mit kunehmender Anzahl der zu überwachenden Halbleiterelemente wird auch die Auswertung der Meßergebnisse in der Transistorstufe schwieriger.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einer Überwachungsschaltung der eingangs genannten Art die Überwachung der Stromföhrungszeiten der Halbleitergleichrichter zu vereinfachen und störungssicher zu machen und bei unsymmetrischem Arbeiten bzw. bei Totalausfall eine Fehleranzeige auszulösen.

Eine Möglichkeit diese Aufgabe zu lösen kam z, B, darin bestehen, daß die am Ausgang der Gleichrichterschallung anstehende Mischspannung auf ihre Frequenzanteile hin untersucht wird. Bei Betrieb einer Gleichrichterschaltung an einem 50-Hz-Drehstromnetz würde im normalen abgeglichenen Zustand an dieser Stelle neben der Gleichspannung eine Wechselspannungskomponente mit 300 Hz vorherrschen, während 100-Hz- oder 150-Hz-Anteile vernachlässigbar klein wären. Ein Fehler in der Gleichrichterschaltung könnte ohne weiteres an der Umkehrung der Verhältnisse der Frequenzanteile ermittelt werden. Wegen des kleinen Abstandes der auswählbaren Frequenzen wären dafür jedoch aufwendige Filterschaltungen erforderlich.

Gemäß der Erfindung wird eine einfache und betriebssichere Überwachungsschaltung dadurch erhalten, daß der Wechselspannungsanteil (Oberwellenspannung) der ungesiebten Ausgangsspannung der zu einer Brückenschaltung zusammengefügten Halbleitergleichrichter über einen Hochpaß (Oberwellenfilter) den Diodeneingang des Opto-Kopplers mit dem als Schalter arbeitenden Ausgangstransistor steuert und daß die Ausgangssignale des Opto-Kopplers über eine Impulsformerstufe an den Eingang eines monostabilen Multivibrators geführt sind, dessen Impulsfolge in einem Pulsintegrator überwacht und in Verbindung mit der Transistor-Auswerteschaltung im Störungsfall eine Störungsanzeige auslöst

Mit dieser Schaltung kann in einfacher Weise der gesamte Oberwellenanteil bzw. dessen zeitlich auftretende Änderungen an einer Schwelle überwacht werden. Die Oberwellenanteile, weiche die Schwelle überschreiten, werden zur Triggerung eines monostabilen Multivibrators herangezogen, derart, daß der Multivibrator im ungestörten Betrieb der Gleichrichterschaltung an seinem Ausgang eine Impulsfolge konstanter Periode liefert Die sich infolge einer Störung der Gleichrichterschaltung stark ändernde zeitliche Folge der Impulse des Multivibrators kann in einer einfachen integrierenden Schaltung erfaßt und für eine Störungsanzeige ausgewertet v/erden.

Gemäß einer vorteilhaften Weilerbildung der Erfindung liefert der monostabile Multivibrator Impulse konstanter Breite, die so bemessen sind, daß unerwünschte Schaltflanken am Eingang des monostabilen Multivibrators, hervorgerufen durch Kommutierungsspannungsspitzen und durch Funk-Entstörschaltungen am Eingang der Gleichrichterschaltung, unterdrückt werden. Durch die geeignete Bemessung der Impulsbreite kann auf einfache Weise erreicht werden, daß Oberwellenspannungen, die die Schwelle überschreiten, im ungestörten Betrieb nicht zu einer Störungsanzeige führen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Fig.! bis 4 näher erläutert.

In Fig. 1 ist das Prinzipschaltbild einer Drehstrombrückenschaltung mit gesteuerten Thyristoren dargestellt.

Die F i g. 2 zeigt eine Überwachungsschaltung für die Gleichrichterschaltung.

Die Fig.3 und 4 zeigen je ein Oszillogramm der Ausgangsspannung der Gleichrichtersohaltung in Verbindung mit den in der Überwachungsschaltung gebildeten Impulsfolgen bei ungestörtem Betrieb der Gleichrichterschaltung und im Störungsfall,

Die zu überwachende Drebstrombröckenschaltung (Fig. loderen Eingang an die Phasen R, Sund Teines Drehstromnetzes angeschlossen ist, besteht aus den Thyristoren GX bis G 6. Der Ausgang der Bröckenschaltung ist an eine Siebschaltung mit der Drossel DX \a und einem Kondensator Ci angeschlossen. Eine Schaltungsanordnung zur Steuerung oder Regelung der Ausgangsgleichspannung Ua, welche die Ansteuerimpulse für die Thyristoren GX bis G 6 liefert, ist nicht dargestellt Eine solche Steuer- oder Regelschaltung is kann in bekannter Weise ausgeführt werden.

Um das Betriebsverhalten der Drehstrombrückenschaltung als Teil eines Stromversorgungsgerätes überwachen zu können, wird gemäß der Erfindung die an den Anschlußklemmen a und b zwischen dem Ausgang der Drehstrombrückenschallung und der Siebschaltung anstehende Mischspannung in einer in Fig.2 dargestellten Überwachungsschaltung ausgewertet

Der Eingang der erfindungsgemäßen Überwachungsschaltung besteht aus einem an die Anschlußklemmen a und b der Drehstrombrückenschaltung in F i g. 1 angeschlossenen Meßzweig, der ein Oberwellenfilter F und die Lumineszenzdiode LD im Eingang eines Opto-Kopplers O enthält Den Ausgang des Opto-Kopplers bildet ein als Schalter arbeitender Fototransistor PTs, dessen Kollektorelektrode mit einer Betriebsspannungsquelle + Kund dem Eingang einer Impulsformerstufe /verbunden ist Die Impulsformerstufe besteht vorzugsweise aus zwei Inverterstiifen, die das Ausgangssignal des Opto-Kopplers versteuern und im Signal-Zustand »L« Rechteckimpulse Mi liefert, die einen monostabil Multivibrator MVtriggern. Die am Ausgang des monostabilen Multivibrators erhaltenen Impulse A/2 werden an einen Pulsintegrierer mit Schwellenwertschalter PI geführt. In dieser Stufe wird das im Meßzweig am Eingang der Überwachungsschaltung aus der Mischspannung der Drehstrombrückenschaltung gewonnene Meßkriterium ausgewertet, wobei im Störungsfalle ein Ausgangssignal ein Relais R zum Ansprechen bringt, das ζ. Β eine optische Störungsanzeige in Form einer Lampe La auslöst. Der Pulsintegrierer Pl besteht eingangsseitig aus einem ÄC-Integrierglied R, Ci, dessen Kondensator Ci am Eingang eines Schalttransistors Ts liegt, im Eingangskreis dieses Transistors liegt außer dem Kondensator Ci eine Zenerdiode Z, deren Zenerspannung im Hinblick auf die Funktion des Schalttransistors als Schwellenwertschalter dimensioniert ist. Dem Relais R, das bei Überschreiten der Schwelle erregt wird, weist einen Selbsthaltestromkreis auf, der mit einem Arbeitskontakt rdes Relais gebildet wird. Die Störungsmeldung erfolgt über einen weiteren Arbeitskontakt rl des Relais R, der eine Signallampe La einschaltet. Die Störungsanzeige kann nur von Hand durch kurzzeitiges öffnen der Taste Tgelöscht Werden.

Die Wirkungsweise der Überwachungsschaltung wird in Verbindung mit den F i g. 3 und 4 näher erläutert. Am Ausgang einer gesteuerten Drehstrombrückenschaltung Gl ... G6 (Klemmen a, b Fig. I) entsteht eine f>5 oberwellenreiche Spannung, wie sie in F i g. 3 als Oszillogramm bei ungestörtem Betrieb dargestellt ist. Bei Überschreiten eines bestimmten Wertes der durch das Oberwellenfilter F ausgesiebten Oberwellenspannung wird der als Schalttransistor arbeitende Fototransistor PTs dos Opto-Kopplers O mederobmig, Die erste ausreichend große Spannungsänderung der Oberwellen am Ausgang der Drehstrombrflckenschaltung löst einen Impuls aus, der in den nachfolgenden beiden Invertern der Impulsformerstufe / versteuert wird. Bei ungestörtem Betrieb der Drehstrombrückenschaltung ergibt sich daraus eine Impulsfolge M1 mit konstanter Periode, die in F i g. 3 unterhalb der Ausgangsspannung der Drehstrombrückenschaltung dargestellt ist Diese Impulsfolge stellt Triggerimpulse für den nachgeschalteten monostabilen Multivibrator MV dar, der an seinem Ausgang eine synchrone Impulsfolge M2 abgibt, deren Impulsbreite durch eine ÄC-Beschaltung des Multivibrators AfVbestimmt ist Die Pulsfolge M 2 ist ebenfalls in Fig.3 dargestellt Das besondere Merkmal dieser Impulsfolge ist, daß auch seine Periode im ungestörten Betrieb konstant ist (Ti = T2). Die Impulsfolge Ai2 wird im nachgeschalteten Pulsintegrierer Pl an das Integrationsglied Ri, Cigeführt Am Kondensator Cides Integrationsgliedes, der über einen Ladew;Jerstand RL aus der Spannungsquelle + Vaufgeladen wird, stellt sich eine mittlere Spannung ein, die im ungestörten Betrieb unterhalb der Zenerspannung der Zenerdiode Z liegt Die als Schwellenwertschalter arbeitende Transistorstufe mit dem Schalttransistor Ts bleibt demzufolge gesperrt, solange der Spannungsmittelwert am Kondensator Ci unverändert bleibt Das Relais R im Ausgangskreis der Transistorstufe bleibt unerregt und die Störungsanzeige La liefert kein Störsignal.

Im Falle einer Störung der Drehstrombrückenschaltung ergeben sich völlig veränderte Verhältnisse bezüglich des Oberwellenanteils und der Periodizität in der Hüllkurve der Ausgangsspannung am Gleichrichter. Diese Spannung ist in Fig.4 oben dargestellt Die Darstellung der Ausgangssignale MX' der Impulsformerstufe /in Fi g.4 zeigt deutlich die völlig veränderte Folge der Triggerimpulse, die den monostabilen Multivibrator MV steuern. Wie die in Fig.4 unten dargestellte Impulsfolge Af 2' am Ausgang des monostabilen Multivibrators erkennen läßt, ist die Pulsfolge (Periode) gegenüber derjenigen (M2, Fig.3) im ungestörten Zustand der Drehstrombrücfce völlig unregelmäßig. Die Periode Tl' ist um ein vielfaches länger als die Periode T2'. Die Fig.4 macht auch deutlich, daß nicht jeder Triggerimpuls M1' am Eingang des monostabilen Multivibrators einen Impuls konstanter Breite auslösen kann. Die durch eine ÄC-Beschaltung des monostabilen Multivibrators A/K vorgegebene feste Impulsbreite bewirkt, daß die durch Kommutierungsspannungsspitzen und durch die starken Spannungsoberwellen, beding; durch die vorgeschaltete Funke.lisiörschaltung, am Ausgang des Opto-Kopplers O bzw. der Impulsformerstufen / entstehenden unerwünschten zusätzlichen Schaltflanken wirksam unterdrückt werden.

Sehr kurze Abstandsänderungen, die durch Laststöße am Ausgang der Drehstrombrücke entstehen können, werden durch die integrierende Wirkung des Pulsintegrierers unterdrückt. Erst wenn die unterschiedlichen zeitlichen Abstände der Impulse (TX' + T2') länger werden, ändert sich der Ausgang am Schwellenwertschalter, da die mittlere Spannung am Kondensator Ci die Zenerspannung der Zenerdiode Züberschreitet. Das Relais R wird erregt, wodurch die beiden Arbeitskontakte rund rl schließen. Der Kontakt r schließt den Selbsthaltekreis des Relais R, so daß dieses erregt bleibt.

Der Arbeitskontakt r\ schaltet die Lampe La als Störungsanzeige ein. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung ist nicht auf Drehstrombrückenschaltungen und auch nicht auf die Verwendung von Thyristoren beschränkt. Alle Teile der Überwachungsschaltung, insbesondere der Pulsintegrierer Pl und die anschließende Auswerteschaltung können auch mit integrierten Bauelementen realisiert werden.

Zusammenfassung
Überwachungsschaltung für Stromversorgungsgeräte

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungsschaitung für Stromversorgungsgeräte mit mehreren in Brückenschaltung angeordneten, gesteuerten Halbleitergleichrichtern. Um Störungen in der Stromversorgung möglichst schnell erkennen und lokalisieren zu können, soll die Funktion einer gesteuerten Gleichrichterrückenschaltung überwacht werden. Bei unsym metrischen Arbeiten bzw. Totalausfall eines Brücken zweiges muß eine Fehleranzeige erfolgen. Gemäß det Erfindung wird hierzu der Oberwellenanteil dei ungesieblen Ausgangsspannung der Gleichrichterschal tung überwacht. Die Überwachungsschaltung besteh im wesentlichen aus einem Opto-Koppler, desser Eingang über ein Oberwellenfilter mit dem Ausgang det Gleichrichterschaltung verbunden ist und der einer Schaltimpuls zur Triggerung eines monostabilen Multivibrators mit konstanter Impuslbreite liefert, sobald di« Oberwellenspannung am Eingang des Opto-Koppler einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Dk Impulsfolge wird in einer Intcgratorschaltung über wacht. Mittels eines vom Ausgang der Integratorschal tung gesteuerten Schwellwertschalter wird im Stö rungsfall eine Störungsanzeige, τ. B. mittels einet Lampe, ausgelöst.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Überwachungsschaltung far steuerbare Halbleiter-Gleichrichter eines Stromversorgungsgerltes unter Verwendung von optoelektronischen Schaltmjtteln als Koppelglied zwischen einer Aufbereitungsstufe und einer Auswertescbaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselspannungsanteil (Oberwellenspannung) der ungesiebten Ausgangsspannung der zu einer Brückenschaltung zusammengefügten Halbleitergleichrichter (G I bis G 6) über einen Hochpaß (F) (Oberwellenfilter) den Diodeneingang des Opto-Kopplers (O) mit dein als Schalter arbeitenden Ausgangstransistor (PTs) steuert und daß die Ausgangssignale des Opto-Kopplers (O) über eine Impulsformerstufe (I) an den Eingang eines monostabilen Multivibrators (MV) geführt sind, dessen Impulsfolge (M2, MI') in einem Pulsintegrator (PI) überwacht und in Verbindung mit der Transistpe-Auswerteschaltung im Störungsfall eine Störungsanzeige (La) auslöst

2. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Opto- Koppler (O) über eine Reihenschaltung von zwei Invertersttifen mit dem monostabilen Multivibrator (MV) verbunden ist

3. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der monostabile Multivibrator (MV) Impulse konstanter Impulsbreite liefert, die so bemessen sind, daß unerwünschte Schaltflanken am Eingang des monostabilen Multivibrators (MV), hervorgehen du>- ,h Kommutierungsspannungsspitzen und durch Funk-Entstörschaltungen am Eingang der Gleichrichte- »haltung (G 11 bis G 6), unterdrückt werden.

4. Überwachungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Pulsintegrators (Pl) mit Schwellwertschalter ein Relais (R) mit Selbsthaltekreis steuert.

5. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Pulsintegrators (Pl) ein D-Flip-Flop in integrierter Schaltung angeschlossen ist «

6. Überwachungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Störungsanzeige optisch und/oder akustisch erfolgt

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