DE2815089B1

DE2815089B1 - Schaltungsanordnung zur UEberwachung des Quadrats eines Effektivwertes eines periodischen Signals

Info

Publication number: DE2815089B1
Application number: DE2815089A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl-Ing Glaser; Ludwig Schick
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-04-07
Filing date: 1978-04-07
Publication date: 1979-06-07
Also published as: BE875376A; IN149605B; NL7902716A; SE7903038L; DE2815089C2; ATA253179A; IT7921531A0; IT1112048B; CA1143443A; GB2018439A; GB2018439B; JPS5554459A; FR2422169A1; US4242638A; AT367212B; SE430830B

Description

a) das Integrierglied (2) wird durch um jeweils eine Periodendauer des periodischen Signals getrennte Synchronisierimpulse eines Zeitgliedes (3) in periodischen Zeitabständen auf Null zurückgesetzt,

b) dem Integrierglied (2) ist ein erster Grenzwertmelder (6) nachgeschaltet, der bei Überschreitung seines Grenzwertes (gi) durch das Ausgangssignal des Integriergliedes (2) einen Impuls (ρί, ρ 2, ρ 3) abgibt,

c) der Ausgang des ersten Grenzwertmelders (6) ist über ein erstes konjunktives Verknüpfungsglied (8) mit dem Zähleingang eines Zählers (9) verbunden, der bei Erreichen eines vorgegebenen Zählerstandes ein Dauersignal an eine

' dadurch aktivierbare Meldeeinheit (13) und an das erste konjunktive Verknüpfungsglied (8) abgibt,

d) dem Rücksetzeingang des Zählers (9) sind im Takt der Synchronisierimpulse des Zeitgliedes (3) Rücksetzimpulse über eine Torschaltung (5) zugeführt, die die Abgabe der Rücksetzimpulse blockiert, solange in jedem periodischen Zeitabstand der erste Grenzwertmelder (6) einen Impuls (pi, ρ2, ρ3) abgibt oder wenn der vorgegebene Zählerstand erreicht ist.

2. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1 für durch Phasenanschnitt einer Wechselspannung entstehende periodische Signale, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (3) bei jedem Nulldurchgang der Wechselspannung einen Synchronisierimpuls abgibt.

3. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Impuls (ρί, ρ 2, ρ 3) des ersten Grenzwertmelders (6) für die Dauer der Grenzwertüberschreitung (gi) angeht, daß die Torschaltung (5) ein /ÄT-Speicherglied (4) und ein zweites konjunktives Verknüpfungsglied (11) umfaßt, daß die Synchronisierimpulse des Zeitgliedes (3) am Takteingang (T) des //i-Speichergliedes (4) anstehen, daß das am Eingang des ersten konjunktiven Verknüpfungsgliedes (8) anstehende Signal des Grenzwertmelders (6) über ein Invertierglied (12) dem der Rücksetzseite des /AT-Speichergliedes (4) zugeordneten Vorbereitungseingang (K) und direkt dem der Setzseite des /A^-Speichergliedes (4) zugeordneten Vorbereitungseingang (J) zugeführt ist, daß der der Setzseite des /^-Speichergliedes (4) zugeordnete Ausgang (Q) mit einem invertierenden Eingang und der Takteingang (T) mit dem weiteren Eingang des zweiten konjunktiven Verknüpfungsgliedes (11) verbunden ist, dessen Ausgang den Ausgang der Torschaltung (5) bildet.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Quadriergliedes (1) mit einem zweiten Grenzwertmelder (14) verbunden ist, dessen Ausgang zusammen mit dem Ausgang des ersten Grenzwertmelders (6) einem disjunktiven Verknüpfungsglied (7) zugeführt ist, das ausgangsseitig mit dem ersten konjunktiven Verknüpfungsglied (8) verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang des Integriergliedes (2) ein dritter Grenzwertmelder (15) verbunden ist, dessen Grenzwert (g3) über dem (g 1) des ersten Grenzwertmelders (6) liegt und daß bei Ansprechen dieses dritten Grenzwertmelders (15) ein nachgeschalteter Impulsgenerator (10) angestoßen wird, dessen repetitive Ausgangssignale einem weiteren Eingang des ersten konjunktiven Verknüpfungsgliedes (8) zugeführt sind und eine erheblich höhere Frequenz als die Synchronisierimpulse aufweisen.

6. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (10) ein astabiler Multivibrator ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Integrierglied (2) ein Operationsverstärker (16) dient, dessen invertierender Eingang und dessen Ausgang durch einen Integrationskondensator (17) überbrückt sind und daß parallel zum Integrationskondensator (17) ein elektronischer Schalter (19) angeordnet ist, der durch die Synchronisierimpulse des Zeitgliedes (3) geschlossen wird.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Patentansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Serienschaltung des dritten Grenzwertgebers (15) mit dem Impulsgenerator (10) durch einen Operationsverstärker (37) realisiert ist, dessen Ausgang jeweils über die Serienschaltung aus einer Diode (38, 39) und einen Widerstand (40,41) auf beide Eingänge zurückgeführt ist, dessen invertierender Eingang über einen weiteren Widerstand (43) an den Ausgang des Integriergliedes (2) und über einen Kondensator (44) an Masse gelegt ist und dessen nichtinvertierender Eingang über einen Widerstand (42) mit einer negativen Referenzspannung (— Urü) verbunden ist, wobei die Widerstände (42, 43) so dimensioniert sind, daß am invertierenden Eingang nach Aufladung des Kondensators (44) eine positivere Spannung ansteht als am nichtinvertierenden Eingang.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung des Quadrats eines Effektivwertes eines periodischen Signals mit einem Quadrierglied und einem nachgeschalteten Integrierglied.

Die Definitionsgleichung für das Quadrat des Effektivwertes eines periodischen Signals u lautet

1
= γ jaitf dt;

OMMHH. INSPECTED

U_eff2

d. h. das Quadrat des Effektivwertes ist gleich dem Quotienten aus dem Integral des quadrierten periodischen Signals über eine Periode und der Periodendauer T.

Aus der DE-AS 19 35 544 ist eine Schaltungsanordnung zum Messen des Effektivwertes einer Wechselspannung bekannt, bei der diese Wechselspannung zur

Quadrierung an die beiden Multipliziereingänge eines Multipliziergliedes gelegt ist, an dessen Ausgang ein Integrierglied angeschlossen ist. Die dem Effektivwert entsprechende Ausgangsgröße des Integriergliedes ist über ein Koppelglied einem Dividiereingang des Multiplikators zugeführt. Eine derartige Schaltungsanordnung arbeitet vergleichsweise träge, so daß sie für eine schnelle Überwachung auf Grenzwertüberschreitungen des Effektivwertes in mit der Periodendauer des periodischen Signals vergleichbaren Zeitspannen ungeeignet ist.

Aus der DE-OS 23 14 870 ist eine Schaltungsanordnung zur Messung des Quadrats des Effektivwertes periodischer Spannungen oder Ströme bekannt, bei der das periodische Signal einem Quadrierglied zugeführt ist. Das Ausgangssignal des Quadriergliedes wird innerhalb einer Periodendauer in äquidistanten Zeitabständen abgetastet, wobei die im Augenblick der Abtastung anstehenden Momentanwerte über schnelle Spannungs-Frequenz-Wandler erfaßt und einem Zähler zugeführt sind. Somit erfolgt während jeder Periode eine Art numerischer Integration des Quadrats des periodischen Signals. Diese Schaltungsanordnung liefert am Ende jeder Periode ein dem Quadrat des Effektivwertes proportionales Signal und arbeitet somit sehr schnell. Sie erfordert jedoch einen nicht unerheblichen schaltungstechnischen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die bei einer vorgebbaren Anzahl von aufeinanderfolgenden Grenzwertüberschreitungen des Quadrats des Effektivwertes in aufeinanderfolgenden Perioden des periodischen Signals eine Meldung abgibt.

Die Aufgabe wird durch folgende Merkmale gelöst:

a) Das Integrierglied wird durch jeweils um eine ^3j Periodendauer des periodischen Signals getrennte Synchronisierimpulse eines Zeitgliedes in periodischen Zeitabständen auf Null zurückgesetzt,

b) dem Integrierglied ist ein erster Grenzwertmelder nachgeschaltet, der bei Überschreitung seines Grenzwertes durch das Ausgangssignal des Integriergliedes einen Impuls abgibt,

c) der Ausgang des ersten Grenzwertmelders ist über ein erstes konjunktives Verknüpfungsglied mit dem Zähleingang eines Zählers verbunden, der bei Erreichen eines vorgegebenen Zählerstandes ein Dauersignal an eine dadurch aktivierbare Meldeeinheit und an das erste konjunktive Verknüpfungsglied abgibt,

d) dem Rücksetzeingang des Zählers sind im Takt der Synchronisierimpulse des Zeitgliedes Rücksetzimpulse über eine Torschaltung zugeführt, die die Abgabe der Rücksetzimpulse blockiert, solange in jedem periodischen Zeitabstand der erste Grenzwertmelder einen Impuls abgibt oder wenn der vorgegebene Zählerstand erreicht ist.

Das Zeitglied gibt im Normalfall jeweils zu Beginn oder auch am Ende einer Periode des periodischen Signals, dessen quadratischer Effektivwert überwacht eo werden soll, einen Synchronisierimpuls ab, wodurch die dem quadratischen Effektivwert entsprechende Ausgangsspannung des Integriergliedes wieder auf den Wert Null zurückgesetzt wird. Damit ist das Integrierglied für den nächsten Meßzyklus bereit. Durch den Integrator erfolgt die Erfassung des quadratischen Strom- bzw. Spannungseffektivwertes unabhängig von der Kurvenform des periodischen Signals. Das Quadrat

55 des jeweils zwischen zwei Synchronisierimpulsen ermittelten Effektivwertes wird im nachgeschalteten ersten Grenzwertmelder auf seine Größe hin überwacht. Bei einer Grenzwertüberschreitung wird ein impulsförmiges Signal abgegeben, das im Zähler erfaßt wird. Tritt in jedem zwischen zwei Synchronisierimpulsen liegenden Überwachungszyklus eine Grenzwertüberschreitung auf, dann wird nach Erreichen eines vorgegebenen Zählerstandes durch den Zähler eine Meldeeinheit aktiviert. Mit dem Erreichen dieses Zählerinhaltes wird über ein vorgeschaltetes konjunktives Verknüpfungsglied der Zählereingang gesperrt. Tritt nach einer Folge von Grenzwertüberschreitungen, die jedoch kleiner als der vorgegebene Zählerinhalt ist, ein Überwachungszyklus ohne Grenzwertüberschreitung auf, erfolgt Zurücksetzen des Zählers auf Null durch einen an den Rücksetzeingang des Zählers gelangenden Rücksetzimpuls, der in diesem Fall von der dem Rücksetzeingang vorgeschalteten Torschaltung erzeugt wird. Als Torschaltung kann ein elektrischer Schalter eingesetzt sein, der dann geöffnet ist und damit den Durchgang der die in diesem Fall als Rücksetzimpuls dienenden Synchronisierimpulse sperrt, wenn in jedem periodischen Zeitabstand der erste Grenzwertmelder einen Impuls abgibt oder wenn der vorgegebene Zählerstand erreicht ist. Die Schaltungsanordnung läßt sich mit geringem Aufwand aus handelsüblichen Bauteilen erstellen. Diese Schaltungsanordnung liefert einerseits hinreichend schnell ein Meldesignal, wenn in einigen wenigen, aufeinanderfolgenden Perioden oder Halbperioden des periodischen Signals jeweils eine Grenzwertüberschreitung auftritt, andererseits läßt sich durch geeignete Wahl der Zahl der aufeinanderfolgenden Grenzwertüberschreitungen eine darunterliegende Anzahl von Grenzwertüberschreitungen, wie sie beispielsweise beim Einschalten eines Wechselstromstellers auftreten können, ausblenden.

Bei durch Phasenanschnitt einer Wechselspannung entstehenden periodischen Signalen kann das Zeitglied bei jedem Nulldurchgang der Wechselspannung einen Synchronisierimpuls abgeben. Wenn sich also beispielsweise der quadratische Verlauf des periodischen Signals bereits in jeder Halbperiode wiederholt, dann können die Synchronisierimpulse des Zeitgliedes bereits am Ende jeder Halbperiode auftreten. Damit steht bereits am Ende jeder Halbperiode unmittelbar vor dem Zurücksetzen am Ausgang des Integriergliedes das Quadrat des Effektivwertes zur Verfügung. Derartige Spannungs- und Stromverläufe treten beispielsweise bei Wechselstromstellern, die nach dem Phasenanschnittsprinzip arbeiten, auf. Dies ermöglicht eine schnellere Überwachung.

Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß jeder Impuls des ersten Grenzwertmelders für die Dauer der Grenzwertüberschreitung ansteht, daß die Torschaltung ein /AT-Speicherglied und ein zweites konjunktives Verknüpfungsglied umfaßt, daß die Synchronisierimpulse des Zeitgliedes am Takteingang des //C-Speinhergliedes anstehen, daß das am Eingang des ersten konjunktiven Verknüpfungsgliedes anstehende Signal des Grenzwertmelders über ein Invertierglied dem der Rücksetzseite des /K-Speichergliedes zugeordneten Vorbereitungseingang und direkt dem Setzeingang des /K-Speichergliedes zugeordneten Vorbereitungseingang zugeführt ist, daß der der Setzseite des /iC-Speichergliedes zugeordnete Ausgang mit einem invertierenden Eingang und der Takteingang mit dem weiteren Eingang des zweiten konjunktiven Verknüp-

fungsgliedes verbunden ist, dessen Ausgang den Ausgang der Torschaltung bildet. Die Torschaltung ist somit im wesentlichen durch ein logisches Verknüpfungsglied und ein Speicherglied herzustellen. Diese Torschaltung verhindert das Zurücksetzen des Zählers, solange in jedem, zwischen jeweils zwei Synchronisierimpulsen liegenden Überwachungszyklus eine Grenzwertüberschreitung des quadratischen Effektivwertes auftritt oder wenn der vorgegebene Zählerstand erreicht ist.

Es ist vorteilhaft, wenn der Ausgang des Quadriergliedes mit einem zweiten Grenzwertmelder verbunden ist, dessen Ausgang zusammen mit dem Ausgang des ersten Grenzwertmelders einem disjunktiven Verknüpfungsgliedes zugeführt ist, das ausgangsseitig mit dem ersten konjunktiven Verknüpfungsglied verbunden ist. Damit erfolgt eine Spitzenwertüberwachung des quadrierten periodischen Signals, so daß auch bei einer Aufeinanderfolge von bezüglich der Amplitude zu hohen Ausgangssignalen des Quadriergliedes, deren Integral wegen zu kurzer Dauer dieser Signale nicht zum Ansprechen des ersten Grenzwertmelders führen würde, der Zählerinhalt erhöht wird und bei Überschreiten des vorgegebenen Zählerinhaltes eine Anzeige erfolgt und Übersteuerungen der Quadrierglieder erkannt werden können.

Es ist vorteilhaft, wenn mit dem · Ausgang des Integriergliedes ein dritter Grenzwertmelder verbunden ist, dessen Schwellwert über dem des ersten Grenzwertmelders liegt und wenn bei Ansprechen dieses dritten Grenzwertmelders ein nachgeschalteter Impulsgenerator angestoßen wird, dessen repetitive Ausgangssignale einem weiteren Eingang des ersten konjunktiven Verknüpfungsgliedes zugeführt sind und eine erheblich höhere Frequenz als die Synchronisierimpulse aufweisen. Damit wird in einfacher Weise erreicht, daß bei Auftreten einer extremen Grenzwertüberschreitung durch den quadratischen Effektivwert dem Zähler in diesem Überwachungszyklus nicht lediglich ein Impuls, sondern eine Vielzahl von Impulsen zugeführt wird, so daß bereits innerhalb dieses Überwachungszyklusses der vorgegebene Zählerinhalt erreicht und die Meldeeinheit aktiviert werden kann.

In einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausführungsform ist der Impulsgenerator ein astabiler Multivibrator.

In einer bevorzugten Ausführungsform dient als Integrierglied ein Operationsverstärker, dessen invertierender Eingang und dessen Ausgang durch einen Integrationsintegrator überbrückt sind und ist parallel zum Integrationskondensator ein elektronischer Schalter angeordnet, der durch die Synchronisierimpulse des Zeitgliedes geschlossen wird. Der elektronische Schalter schließt für die Dauer eines Synchronisierimpulses den Integrationskondensator kurz, wobei dieser am Ende jedes Synchronisierimpulses vollständig entladen ist.

Es ist vorteilhaft, wenn die Serienschaltung des dritten Grenzwertmelders mit dem Impulsgenerator durch einen Operationsverstärker realisiert ist, dessen Ausgang jeweils über die Serienschaltung aus einer Diode und einem Widerstand auf beide Eingänge zurückgeführt ist, dessen invertierender Eingang über einen weiteren Widerstand an den Ausgang des Integriergliedes und über einen Kondensator an Masse gelegt ist und dessen nichtinvertierender Eingang über einen Widerstand mit einem negativen Referenzpotential verbunden ist, wobei die Widerstände so dimensioniert sind, daß am invertierenden Eingang nach Aufladung des Kondensators eine positivere Spannung ansteht als am nichtinvertierenden Eingang. Damit läßt sich mit wenigen Bauelementen die Funktion des dritten Grenzwertmelders mit der des nachgeschalteten, beim Ansprechen des dritten Grenzwertmelders ausgelösten astabilen Multivibrators realisieren.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in den F i g. 1 bis 3 näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung zur Überwachung des Quadrats eines Effektivwertes eines periodischen Signals,

F i g. 2 das zugehörige Impulsdiagramm und

F i g. 3 ein Prinzipschaltbild, das die schaltungstechnische Realisierung des in F i g. 1 dargestellten Blockdiagramms beinhaltet.

Im Ausführungsbeispiel dient als periodisches Signal die Ausgangsspannung u eines Wechselstromstellers, bei dem die Spannungssteuerung durch Phasenanschnitt erfolgt. Dieses periodische Signal u wird den beiden Eingängen eines Multipliziergliedes 1 zugeführt, das somit als Quadrierglied arbeitet. Die Eingangsspannung u sowie die Ausgangsspannung u² des Multipliziergliedes 1 ist in F i g. 2 unter a und b dargestellt. Nach F i g. 1 wird das Ausgangssignal ü¹ des Multipliziergliedes 1 dem Integrierglied 2 zugeführt. Gleichzeitig ist dem Rückstelleingang des Integriergliedes 2 das Ausgangssignal des Zeitgliedes 3 zugeführt. Das Zeitglied 3 liefert kurze Synchronisierimpulse jeweils am Anfang einer Halbperiode des periodischen Signals u. Weist das periodische Signal nicht wie im vorliegenden Fall nach jeder Halbperiode einen Nulldurchgang auf, dann ist ein Zeitglied 3 einzusetzen, dessen Impulse jeweils durch eine volle Periodendauer des periodischen Signals getrennt sind. Bei phasenanschnittgesteuerten Stromrichtern ist es im allgemeinen gar nicht erforderlich, ein eigenes Zeitglied, das Synchronisierimpulse aus den Nulldurchgängen der speisenden Wechselspannung herleitet, einzusetzen, da derartige Synchronisierimpulse bereits im Steuersatz des Stromrichters erzeugt werden. Die Synchronisierimpulse des Zeitgliedes 3 sind in F i g. 2 unter c dargestellt. Aus dem Vergleich der in F i g. 2 unter a und c dargestellten Kurven ergibt sich, daß die Synchronisierimpulse bei jedem Nulldurchgang der speisenden Wechselspannung abgegeben werden. Die Synchronisierimpulse des Zeitgliedes 3 sind auch dem Takteingang eines //C-Speichergliedes 4 zugeführt, das Bestandteil einer später zu erläuternden Torschaltung ist.

Die im Rahmen eines zwischen zwei aufeinanderfolgenden Synchronisierimpulsen liegende Überwachungszyklus entstehende Amplitude des Ausgangssignals des Integrators 2 ist proportional zu dem Quadrat des zu überwachenden Effektivwertes. Das Ausgangssignal des Integriergliedes 2 ist im Impulsdiagramm der F i g. 2 als d eingezeichnet. Das Ausgangssignal des Integriergliedes steht am Eingang eines Grenzwertgebers 6 an, der — wenn das Eingangssignal den in F i g. 2 mit g\ bezeichneten Grenzwert überschreitet — ausgangsseitig einen Impuls abgibt, dessen Dauer der Dauer der Grenzwertüberschreitung entspricht. Dies läßt sich in F i g. 2 durch den Vergleich der Impulsmuster c/und /erkennen, wobei unter /das Ausgangssignal des Grenzwertgebers 6 dargestellt ist. Dieses bei der Überschreitung des Grenzwertes g 1 auftretende Signal (pi in Fig.2) passiert anschließend ein disjunktives Verknüpfungsglied 7 und ein nachgeschaltetes erstes konjunktives Verknüpfungsglied 8 und gelangt schließ-

Hch als das in F i g. 2 unter A dargestellte Signal ρ 1 auf den Zähleingang eines Zählers 9, worauf der Inhalt des Zählers — es sei angenommen, daß der Zähler 9 vorher auf Null zurückgesetzt wurde — den Zählerinhalt 1 annimmt. Solange der Zählerinhalt unter einem vorgegebenen Zählerinhalt — im vorliegenden Beispiel dem Zählerinhalt 6 — bleibt, erscheint am Ausgang des Zählers Nullsignal. Der Zählerausgang ist auf einen invertierenden Eingang des ersten konjunktiven Verknüpfungsgliedes 8 geführt, so daß die vom Grenzwertgeber 6 stammenden Ausgangsimpulse solange das erste konjunktive Verknüpfungsglied passieren können, bis der vorgegebene Zählerstand erreicht ist. Einem weiteren invertierenden Eingang des ersten konjunktiven Verknüpfungsgliedes 8 steht im betrachteten Augenblick ebenfalls Nullsignal als Ausgangssignal eines Impulsgenerators 10 an, so daß die UND-Bedingung für das erste konjunktive Verknüpfungsglied 8 gegeben ist.

Es soll nun Arbeitsweise und Aufbau der Torschaltung 5 beschrieben werden. Die Synchronisierimpulse des Zeitgliedes 3 sind über ein zweites konjunktives Verknüpfungsglied 11 dem Rücksetzeingang des Zählers 9 zugeführt. Gleichzeitig liegen die Synchronisierimpulse am Takteingang des /K-Speichergliedes 4. Ferner ist der Ausgang des disjunktiven Verknüpfungsgliedes 7 über ein Invertierglied 12 mit dem der Rücksetzseite des /AT-Speichergliedes 4 zugeordneten Vorbereitungseingang K und direkt mit dem der Setzseite des /K-Speichergliedes zugeordneten Vorbereitungseingang / verbunden. Der der Setzseite des; /AT-Speichergliedes 4 zugeordnete Ausgang Q ist an einen invertierenden Eingang des zweiten konjunktiven Verknüpfungsgliedes 11 gelegt. Ferner ist der Ausgang des Zählers 9 mit dem Setzeingang S des //^-Speichergliedes 4 verbunden.

Mit dem Auftreten des ersten eine Grenzwertüberschreitung anzeigenden Signals ρ 1 des Grenzwertmelders 6 wird im Zeitpunkt des gleichzeitigen Einganges eines Synchronisierimpulses des Zeitgliedes 3 am Takteingang T des /AT-Speichergliedes 4 dieses Speicherglied in den Setzzustand überführt. Damit steht an dem der Setzseite zugeordneten Ausgang Q ein 1 -Signal an (Kurve /in Fig.2), so daß für die Dauer dieses Zustandes des /X-Speichergliedes 4 die Entstehung von Rücksetzimpulsen zum Rücksetzeingang des Zählers 9 durch das zweite konjunktive Verknüpfungsglied 11 unterbunden ist. Tritt im nächsten Überwachungszyklus keine Überschreitung des Grenzwertes des Grenzwertgebers 6 auf, wird das /K-Speicherglied 4 durch den nächsten Rücksetzimpuls zurückgesetzt. Damit ist die UND-Verknüpfung am zweiten konjunktiven Verknüpfungsglied 11 bei Eingang eines Synchronisierimpulses erfüllt, so daß der Zähler 9 auf den Wert Null zurückgesetzt wird.

Es soll jedoch davon abweichend davon ausgegangen werden, daß auch im anschließenden zweiten Überwachungszyklus eine Überschreitung des Grenzwertes g 1 des Grenzwertmelders 6 auftritt. In Fig.2 ist dieser zweite Impuls ρ 2 unter /dargestellt. Auch dieser Impuls passiert das disjunktive Verknüpfungsglied 7 sowie das erste konjunktive Verknüpfungsglied 7 sowie das erste konjunktive Verknüpfungsglied 8 und erhöht den Inhalt des Zählers 9 auf 2, da die Torschaltung 5 im vorliegenden Fall gesperrt blieb und damit ein Rücksetzen des Zählers 9 nicht erfolgen konnte. Tritt nun in jedem der vier nächstfolgenden Überwachungszyklen eine Überschreitung des Grenzwertes des Grenzwertgebers 6 auf, so wird der Inhalt des Zählers 9 den vorgegebenen Wert 6 annehmen, so daß am Ausgang des Zählers 9 1-Signal ansteht (unter 1 in F i g. 2 dargestellt). Durch dieses Signal wird einerseits eine Meldeeinheit 13 aktiviert, die im Ausführungsbeispiel der Einfachheit halber als Glühlampe dargestellt ist. Gleichzeitig wird durch dieses Ausgangssignal des Zählers 9 die bislang erfüllte UND-Bedingung des ersten konjunktiven Verknüpfungsgliedes 8 aufgehoben. Damit können keine weiteren Signale den Zähleingang des Zählers 9 erreichen, so daß dessen Zählerinhalt nicht weiter erhöht wird. Darüber hinaus wird durch das am Setzeingang 5 des /K-Speichergliedes 4 anstehende 1-Signal des Zählers 9 der gesetzte Zustand dieses Speichergliedes zum Dauerzustand. Damit blockiert das zweite konjunktive Verknüpfungsglied 11 in der Torschaltung 5 das Rücksetzen des Zählers 9.

Mit dem Ausgang des Quadriergliedes 1 ist ein zweiter Grenzwertmelder 14 verbunden, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des disjunktiven Verknüpfungsgliedes 7 verbunden ist. Dieser zweite Grenzwertmelder 14 überwacht die Amplitude des quadrierten Spannungssignals u auf Überschreitung eines zweiten Grenzwertes g2 (unter b in Fig.2 dargestellt). Dieser zweite Grenzwert g2 liegt knapp unter der Übersteuerungsgrenze des Quadriergliedes 1. Eine Überschreitung dieses Grenzwertes g2 bringt eine Erhöhung des Inhaltes des Zählers 9 um eine Einheit (unter e in Fig.2 dargestellt). Damit ist eine Amplitudenüberwachung des Eingangssignals u gegeben, so daß auch bei Auftreten einer pausenlosen Folge von Eingangssignalen u sehr hoher Amplitude aber so geringer Zeitdauer, daß das Integral dieser Spannungsspitzen den Grenzwert g 1 des Grenzwertgebers 6 nicht überschreitet, eine zuverlässige Meldung abgegeben wird. Dies ist in F i g. 2 anhand des am weitesten rechts liegenden Spannungssignals unter a, b, c, d und e dargestellt.

Mit dem Ausgang des Integriergliedes 2 ist ein dritter Grenzwertmelder 15 verbunden. Der Grenzwert g3 dieses Grenzwertmelders 15 liegt höher als der Grenzwert g 1 des parallelliegenden Grenzwertmelders 6. Übersteigt das Ausgangssignal des Integriergliedes 2 auch den Grenzwert dieses dritten Grenzwertmelders 15, wird durch dessen Ausgangssignal ein astabiler Multivibrator als Impulsgenerator 10 in Gang gesetzt, dessen in F i g. 2 unter g dargestelltes Ausgangssignal einem invertierenden Eingang des ersten konjunktiven Verknüpfungsgliedes 8 zugeführt ist.

Überschreitet während eines Überwachungszyklusses das Ausgangssignal des Integriergliedes 2 — wie unter din F i g. 2 dargestellt — nicht nur den Grenzwert g\ des ersten Grenzwertmelders 6, sondern auch den Grenzwert gZ des dritten Grenzwertmelders 15, dann wird zusätzlich zu dem vom ersten Grenzwertmelder 6 abgegebenen Signal ρ 3 mit Beginn der Überschreitung des Grenzwertes g3 durch den Impulsgenerator 10 ein im Vergleich zur Frequenz der Synchronisierimpulse hochfrequentes Impulsmuster abgegeben und über das erste konjunktive Verknüpfungsglied 8 dem Zähleingang des Zählers 9 zugeführt. Dies ist in F i g. 2 unter g und A dargestellt. Die Frequenz des Impulsgenerators 10 kann beispielsweise bei 3 kH liegen. Wie unter A in Fig.2 dargestellt, wird im Ausführungsbeispiel noch während der Dauer der Überschreitung des Grenzwertes g\ im Zähler 9 der vorgegebene Zählerstand von sechs Impulsen erreicht, so daß damit das Ausgangssi-

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gnal des Zählers 9 aktiv wird (7 in Fi g. 2) und eine Meldung durch die Meldeeinheit 13 erfolgt. Mit dem Aktivwerden des Ausgangssignals des Zählers 9 wird — wie bereits oben erläutert — ein Weiterzählen des Zählers 9 über die Sperre des ersten konjunktiven Verknüpfungsgliedes 8 und ein Rücksetzen des Zählers 9 durch die Blockierung der Torschaltung 5 ausgeschlossen. Der aus dem Grenzwertmelder 15 und dem Impulsgenerator 10 bestehende Überwachungszweig stellt sicher, daß bei einem extrem hohen Ausgangssignal des Integriergliedes 2, bei dem beide Grenzwerte g 1 und g 3 überschritten werden, sehr schnell im Zähler 9 der vorgegebene Zählerstand erreicht und damit eine Meldung abgegeben wird.

In Fig.3 ist die schaltungstechnische Realisierung des in F i g. 1 dargestellten Blockschaltbildes aufgezeigt. Dabei sind einander entsprechende elektronische Funktionselemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen belegt. Die in Fig.3 mit einem Querstrich versehenen Signalzüge c, d, /und e sind gegenüber den in Fig.2 dargestellten Signalzügen c, d, f und e invertiert.

Der in Fig.3 dargestellte Integrator 2 besteht in bekannter Weise aus einem Operationsverstärker 16, einem Integrationskondensator 17 als Rückführung sowie einem vorgeschalteten Widerstand 18, wobei dem Integrationskondensator 17 als elektronischer Schalter ein Transistor 19 parallel geschaltet ist, der für die Dauer der vom Zeitglied gelieferten Synchronisierimpulse den Integrationskondensator 17 kurzschließt und damit entlädt.

Das Zeitglied 3 besteht in dem in F i g. 3 dargestellten Fall aus zwei npn-Transistoren 20 und 21, die kollektorseitig über Widerstände 22 und 23 an der positiven Betriebsspannung + Ub und emitterseitig an Masse liegen. Der Kollektor des Transistors 20 ist über einen Widerstand 24 mit der Basis des Transistors 21 verbunden. Dem den Eingang des Zeitgliedes 3 bildenden Basiswiderstand 25 des Transistors 20 ist als Steuerspannung die vollweggleichgerichtete Netzwechselspannung Uuetz= einer geringfügigen negativen Gleichspannung überlagert zugeführt. Für die Zeitspannen, in denen negative Steuerspannung am Transistor 20 ansteht, d. h. in einer Halbperiode entsprechenden Zeitabständen, erscheinen am Kollektor des Transistors 20 kurze, rechteckige Synchronisierimpulse. Am Kollektor des Transistors 21 stehen die Synchronisierimpulse in invertierter Form zur Verfügung und werden über den Basiswiderstand 26 der Basis des pnp-Transistors 9 zugeführt, die zusätzlich über den Widerstand 27 mit der negativen Betriebsspannung — L/ßin Verbindung steht.

Als Grenzwertmelder 6 und 14 sind in Fig.3 Operationsverstärker 28 und 29 mit den zugeordneten Beschaltungswiderständen 30, 31 bzw. 32, 33 vorgesehen. Die Ausgänge der Operationsverstärker 28 und 29 sind über ein Diodengatter 34,35 miteinander verknüpft und über eine weitere Diode 36 an einen Eingang des als erstes konjunktives Verknüpfungsglied 8 eingesetzte NOR-Gatter geführt.

Der Zähler 9 sowie die Torschaltung 5 bedürfen eo keiner weiteren Erläuterung, da sie bereits im wesentlichen in F i g. 1 enthalten und im Zusammenhang mit dieser Figur beschrieben sind.

Für die in F i g. 1 dargestellten Serienschaltung des Grenzwertmelders 15 und des als Impulsgenerator 10 eingesetzten astabilen Multivibrators ist in F i g. 3 eine besonders einfache Realisierungsmöglichkeit unter Verwendung eines Operationsverstärkers 37 dargestellt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 37 ist mit den Anoden zweier Dioden 38 und 39 verbunden, deren Kathoden über Widerstände 40 und 41 an die beiden Eingänge des Operationsverstärkers gelegt sind. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 37 ist ferner über einen Widerstand 42 mit der negativen Bezugsspannung — LfR_ef verbunden, während der invertierende Eingang des Operationsverstärkers über den Widerstand 43 an den Ausgang des Integriergliedes 2 gelegt ist. Gleichzeitig liegt der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 37 über einen Kondensator an Masse.

Ist das Ausgangssignal des Integriergliedes 2 kleiner als die negative Referenzspannung — UR_e[, so ist der Ausgang des Operationsverstärkers 37 negativ, so daß wegen der Dioden 38 und 39 keine Gegen- und Mitkopplung über die Widerstände 40 und 41 stattfindet. Dies entspricht dem Fall, daß das Ausgangssignal des Integriergliedes 2 unter dem Grenzwert g3 liegt.

Wird jedoch das Ausgangssignal des Integriergliedes 2 größer als die negative Referenzspannung -LW, wird der Ausgang des Operationsverstärkers 37 positiv. Über den Widerstand 41 erfolgt eine sofortige Mitkopplung, über den Widerstand 40 Gegenkopplung, wobei der Kondensator 44 geladen werden muß. Der nichtinvertierende Eingang ist in diesem Fall positiver als der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 37. Die Widerstände 42 und 43 sind so ausgelegt, daß der invertierende Eingang positiver werden kann als der nichtinvertierende Eingang. Ist der Kondensator 44 geladen, ist der invertierende Eingang positiver als der nichtinvertierende. Erreicht die mit der Ladung des Kondensators 44 ansteigende Spannung am invertierenden Eingang die Größe der am nichtinvertierenden Eingang anstehenden, wird der Ausgang des Operationsverstärkers 37 negativ, wobei die Gegen- und Mitkopplung über die Dioden 38 und 39 ausgeschlossen ist. Der Kondensator 44 entlädt sich nunmehr über den Widerstand 43, wobei der invertierende Eingang wiederum negativer als der nichtinvertierende Eingang wird. Damit springt der Ausgang des Operationsverstärkers auf einen positiven Spannungswert. Am Ausgang des Operationsverstärkers 37 entsteht somit ein rechteckförmiges Spannungssignal, dessen Frequenz über die Dimensionierung des Kondensators 44 sowie die der Widerstände 40 und 43 bestimmt ist. Dieses relativ hochfrequente Ausgangssignal wird über eine Diode 45 an den bereits erwähnten Eingang des konjunktiven Verknüpfungsgliedes 8 gelegt. Überschreitet die Ausgangsspannung des Integriergliedes 2 also den Grenzwert g3, so wird durch die beschriebene Schaltung unter Verwendung des Operationsverstärkers 37 ein im Vergleich zur Frequenz der Synchronisierimpulse hochfrequentes Signal in den Zähler 9 eingespeist und der vorgegebene Zählerstand kurzfristig erreicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

20 25 30 Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung des Quadrats eines Effektivwertes eines periodischen Signals mit einem Quadrierglied und einem nachgeschalteten Integrierglied, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: