DE2924390A1 - NETWORK MONITORING CIRCUIT - Google Patents
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Description
BROWN , BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT Mannheim 15. Juni 1979BROWN, BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT Mannheim June 15, 1979
Mp.-Nr. 5 79/79 ZFE/P3-Pn/drMp.no. 5 79/79 ZFE / P3-Pn / dr
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Wechsel- bzw. Drehspannungsnetzes auf Unter- und Überspannung sowie Phasenausfall.The invention relates to a circuit arrangement for monitoring an alternating or three-phase voltage network Undervoltage and overvoltage as well as phase failure.
Die Erfindung kann beispielsweise bei der Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors Anwendung finden. Dort dient vielfach ein im Schaltbetrieb arbeitender, getakteter Leistungstransistor als Gleichstromsteller für einen Gleichstrommotor und somit zur Drehzahlregelung. In W. Bitterlich, "Einführung in die Elektronik", Springer-Verlag, Wien - New York, 1967, Seiten 390 bis 396 ist ein derartiger Einsatz eines Transistors als Schalter beschrieben.The invention can be used, for example, in speed control of a DC motor are used. A clocked power transistor operating in switching mode is often used there as a DC chopper for a DC motor and thus for speed control. In W. Bitterlich, "Introduction in die Elektronik ", Springer-Verlag, Vienna - New York, 1967, pages 390 to 396 is such a use of a transistor described as a switch.
Erfolgt die Gleichstromversorgung des Motors über ein Drahspannungsnetz und einen vorgeschalteten Bruckengleichricnter,The motor is supplied with direct current via a wire voltage network and an upstream bridge equalizer,
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so haben Spannungsschwankungen des versorgenden Drehspannungsnetzes oder auch Phasenausfälle einen großen Einfluß auf die Ansteuerung des Leistungstransistors. Bei Ausfall einer Phase beispielsweise wird der Transistor mit einem zu geringen Steuerstrom versorgt, was eine Erhöhung desso have voltage fluctuations in the supplying three-phase voltage network or phase failures have a major influence on the control of the power transistor. In the event of failure one phase, for example, the transistor is supplied with a control current that is too low, which increases the
Durchlaßwiderstandes des Transistors im leitenden Zustand zur Folge hat. Daraus resultieren hohe Verlustspitzen, die zum Defekt des Transistors führen können. Die Funktion des Drehzahlregelgerätes ist also z.B. bei Ausfall einer Phase ^O nicht mehr gewährleistet, d.h. das Drehzahlregelgerät mu.3 vom Netz genommen werden.Forward resistance of the transistor in the conductive state has the consequence. This results in high loss peaks which can lead to a defect in the transistor. The function of the Speed controller is no longer guaranteed, e.g. if a phase ^ O fails, i.e. the speed controller must be 3 taken from the network.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Wechsel- bzw. Drehspannungsnetzes auf Überspannung, Unterspannung und Phasenausfall zu entwickeln, die in genügend schneller Weise gegen Netzspannungsänderungen empfindliche Verbraucher schützt und gegebenenfalls vom Netz trennt.The invention is based on the object of a circuit arrangement for monitoring an alternating or three-phase voltage network for overvoltage, undervoltage and phase failure develop that in a sufficiently fast manner against changes in mains voltage protects sensitive consumers and, if necessary, disconnects them from the network.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Phase (n) des zu überwachenden Spannungssystems über einen Brückengleichrichter mit dem negativen bzw. dem positiven Eingang zweier Komparatoren verbunden ist (sind), wobei die jeweils weiteren Eingänge der Komparatoren mit Referenzspannungen beaufschlagt sind und die miteinander verbundenen Ausgänge der Komparatoren einerseits an einer Spannungsquelle liegen, andererseits über eine Dioden-Widerstand-Serienschaltung mit einem Kondensator sowie mit einem von einer Spannungsquelle beaufschlagten Widerstand verbunden sind.This object is achieved in that the Phase (s) of the voltage system to be monitored via a Bridge rectifier is (are) connected to the negative or positive input of two comparators, the Reference voltages are applied to further inputs of the comparators and the interconnected outputs of the comparators are on the one hand connected to a voltage source, on the other hand via a diode-resistor series circuit are connected to a capacitor and to a resistor acted upon by a voltage source.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin, daß die Netzüberwachung sehr schnell die sich ergebenden Netzstörungen erfaßt, was wichtig bei gegen Netzspannungsänderungen empfindlichen Verbrauchern ist. Die Schaltungsanordnung ist im Aufbau unkompliziert, wirtsehaft-The advantages that can be achieved with the invention are in particular in that the network monitoring system detects the resulting network disturbances very quickly, which is important when it comes to counteracting changes in the network voltage sensitive consumers. The circuit arrangement is uncomplicated in structure, economically
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lieh herstellbar und funktionssicher bzw. wenig störanfällig im Einsatz.Can be lent to be produced and functionally reliable or less prone to failure in action.
Eine Weiterbildung der Erfindung ist durch eine derartige Dimensionierung der Widerstände und des Kondensators gekennzeichnet, daß die sich bei einer Entladung des Kondensators über die Dioden-Widerstand-Serienschaltung ergebende Zeitkonstante klein im Verhältnis zu der sich bei einer Ladung des Kondensators über den weiteren Widerstand ergebenden Zeitkonstante ist. Hierdurch ergibt sich insbesondere eine sichere Erfassungs- und Auswertemöglichkeit bei Ausfall einer Phase der zu überwachenden Netzspannung.A further development of the invention is characterized by such a dimensioning of the resistors and the capacitor, that the result of a discharge of the capacitor via the diode resistor series circuit Time constant small in relation to that resulting from charging the capacitor via the additional resistor Time constant is. In particular, this results in a reliable detection and evaluation option in the event of a failure one phase of the line voltage to be monitored.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die miteinander verbundenen Ausgänge der Komparatoren mit einem Logikteil verbunden. Dieses Logikteil dient vorteilhafterweise zur Auswertung bzw. Speicherung von auftretenden Netzstörungen.In a further embodiment of the invention, the interconnected outputs of the comparators are provided with a logic part tied together. This logic part is used advantageously for the evaluation or storage of occurring network disturbances.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert.An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung zur Netzüberwachung;Fig. 1 is a schematic diagram of the circuit arrangement for Network monitoring;
Fig. 2 die zeitlichen Verläufe der Spannungen eines gleichgerichteten Drehspannungsnetzes bei Unterspannung, normaler Betriebsspannung, Überspannung und Phasenausfall.2 shows the time curves of the voltages of a rectified three-phase voltage network in the event of undervoltage, normal operating voltage, overvoltage and phase failure.
In Fig. 1 ist ein Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung zur Netzüberwachung dargestellt. Ein zu überwachendes Drehspannungsnetz mit den Phasen R, S, T ist über Schutz- bzw.1 shows a basic circuit diagram of the circuit arrangement for network monitoring. A three-phase network to be monitored with the phases R, S, T is via protective resp.
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Vorwiderstände 1, 2, 3 mit einem Drehstrom-Brückengleichrichter( bestehend aus Dioden 4, 5, 6, 7, 8, 9 verbunden. Der Drehstrom-Brückengleichrichter ist gleichstromseitig über Widerstände 10 und 11 verbundenr wobei dem Widerstand 11 eine Zenerdiode 12 parallel liegt.Series resistors 1, 2, 3 connected to a three-phase bridge rectifier (consisting of diodes 4, 5, 6, 7, 8,. 9, the three-phase bridge rectifier is r DC side connected through resistors 10 and 11 with the resistor 11, a Zener diode 12 is parallel .
Die Anode der Zenerdiode 12 ist dabei mit dem das Bezugspotential "Masse" aufweisenden Gleichstromausgang des Brückengleichrichters verbunden, während die Kathode der Zenerdiode 12 an der gemeinsamen Verbindung der einen Spannungsteiler bildenden Widerstände 10 und 11 liegt. An letzterer Verbindung sind desweiteren ein Komparator 13 mit seinem negativen Eingang und ein Komparator 14 mit seinem positiven Eingang angeschlossen.The anode of the Zener diode 12 is connected to the direct current output of the having the reference potential "ground" Bridge rectifier connected, while the cathode of the Zener diode 12 at the common connection of a voltage divider forming resistors 10 and 11 lies. At the latter connection are also a comparator 13 with his negative input and a comparator 14 connected to its positive input.
Die zusammengeschalteten Ausgänge der beiden Komparatoren 13 und 14 liegen an einem Vorwiderstand 15 sowie an der Kathode einer Diode 16. Der Vorwiderstand 15 liegt mit seinem weiteren Anschluß an einer Spannungsguelle mit der Spannung U,.The interconnected outputs of the two comparators 13 and 14 are connected to a series resistor 15 and to the cathode of a diode 16. The series resistor 15 is connected to its other Connection to a voltage source with the voltage U ,.
Die Anode der Diode 16 ist an einen Widerstand 17 angeschlossen, der über seinen weiteren Anschluß einerseits mit einem Widerstand 18, andererseits mit einem auf Massepotential liegenden Kondensator 19 verbunden ist. Der Widerstand 18 ist an eine Spannungsquelle mit der Spannung U„ angeschlossen. The anode of the diode 16 is connected to a resistor 17, which on the one hand with its further connection a resistor 18, on the other hand, is connected to a capacitor 19 which is at ground potential. The resistance 18 is connected to a voltage source with the voltage U ".
Der positive Eingang des Komparators 13 liegt am gemeinsamen Verbindungspunkt zweier Widerstände 20 und 21, wobei Widerstand 20 von einer Spannungsquelle mit der Spannung U_ beaufschlagt wird und Widerstand 21 auf Massepotential liegt. Der negative Eingang des Komparators 14 liegt am gemeinsamen Verbindungspunkt zweier Widerstände 22 und 23, wobei der Widerstand 22 von einer Spannungsquelle mit der Spannung U. versorgt wird und Widerstand 23 auf Massepotential liegt.The positive input of the comparator 13 is common Connection point of two resistors 20 and 21, where resistor 20 has a voltage U_ applied to it by a voltage source and resistor 21 is at ground potential. The negative input of the comparator 14 is common Connection point of two resistors 22 and 23, the resistor 22 from a voltage source with the voltage U. is supplied and resistor 23 is at ground potential.
Die Komparatoren 13 bzw. 14 werden also über ihren positivenThe comparators 13 and 14 are so above their positive
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bzw. negativen Eingang mit Referenzspannung beaufschlagt,
wobei die Referenzspannungen je nach gewähltem Spannungswert U, bzw. U. und gewählten Widerstandswerten der Widerstände
20 ... 23 einstellbar sind.
5or negative input is applied with reference voltage, the reference voltages being adjustable depending on the selected voltage value U or U. and the selected resistance values of the resistors 20 ... 23.
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Der Versorgungseingang des Komparators 13 ist mit einer Spannungs LL· beaufschlagt, während der Versorgungseingang des Komparators 14 auf Massepotential liegt. Die zusammengeschalteten Ausgänge der Komparatoren 13, 14 sind einem Logikteil 24 zugeleitet.The supply input of the comparator 13 is with a Voltage LL · applied while the supply input of the comparator 14 is at ground potential. The interconnected outputs of the comparators 13, 14 are one Logic part 24 forwarded.
Im folgenden wird die Funktionsweise der Schaltungsanordnung zur Netzüberwachung beschrieben. Hierzu sind in Fig. 2 die zeitlichen Verläufe der Spannungen eines gleichgerichteten Drehspannungsnetzes dargestellt, wobei im Bereich I der Fall "Unterspannung", im Bereich II der Fall "normale Betriebsgleichspannung", im Bereich III der Fall "Überspannung" und im Bereich IV der Fall "Ausfall einer Drehstromphase" gezeigt ist.The mode of operation of the circuit arrangement for network monitoring is described below. For this, FIG. 2 the time curves of the voltages of a rectified three-phase voltage network are shown, with area I the case "undervoltage", in area II the case "normal DC operating voltage", in area III the case "overvoltage" and in area IV the case "failure of a three-phase phase" is shown.
Der Fall "Unterspannung des speisenden Drehspannungsnetzes" liegt definitionsgemäß immer dann vor, wenn die Minimalwerte (=Spannungseinbrüche) der aus der gleichgerichteten Drehspannung resultierenden welligen Gleichspannung eine vorgegebene Spannungsschwelle U gerade erreichen bzw. unterschreiten (Bereich I). Der Fall "Überspannung des speisenden Drehspannungsnetzes" liegt definitionsgemäß dann vor, wenn die Scheitelwerte der welligen Gleichspannung eine vorgegebenen Spannungsschwelle U.. gerade erreichen bzw. überschreiten (Bereich III). The case of "undervoltage of the feeding three-phase voltage network" by definition is always present when the minimum values (= voltage dips) result from the rectified three-phase voltage resulting ripple DC voltage just reach or fall below a specified voltage threshold U (range I). The case "overvoltage of the feeding three-phase voltage network" is, by definition, present when the peak values of the ripple DC voltage just reach or exceed a predetermined voltage threshold U .. (area III).
Der Fall "normale Betriebsspannung des speisenden Drehspannungsnetzes" ist definitionsgemäß immer dann gegeben, wenn sowohl die Minimalwerte als auch die Scheitelwerte der welligen Gleichspannung innerhalb des durch die vorgegebenen Spannungsschwellen U und Ur abgegrenzten Spannungsbandes liegen (Bereich II).The case of "normal operating voltage of the feeding three-phase voltage network" is always given by definition when both the minimum values and the peak values of the undulating DC voltage are within the voltage range delimited by the specified voltage thresholds U and U r (area II).
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Beim Fall des Bereichs IV "Ausfall einer Drehstromphase" liegen zwar die Scheitelwerte der Halbwellen innerhalb des Spannungsbandes, die Minimalwerte der welligen Gleichspannung unterschreiten jedoch die Spannungsschwelle U , so daß im Bereich IV ebenfalls eine Unterspannung vorliegt.In the case of area IV "failure of a three-phase phase" Although the peak values of the half-waves lie within the voltage band, the minimum values of the wavy DC voltage however, fall below the voltage threshold U, so that there is also an undervoltage in area IV.
Die Schaltungsanordnung zur Netzüberwachung spricht sowohl auf den Fall "Überspannung", als auch auf den Fall "Unterspannung" bzw. "Phasenausfall" an. Die Einstellung der Spannungsschwellen U.. bzw. U erfolgt dabei mittels der Spannungen U_ bzw. U. über die entsprechenden Widerstände 20/21 bzw. 22/23. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel überwacht also der Komparator 13 das Netz auf Überspannung sowie der Komparator 14 das Netz auf Unterspannung und Phasenausfall.The circuit arrangement for network monitoring speaks both on the case of "overvoltage" as well as on the case of "undervoltage" or "phase failure". The setting of the voltage thresholds U .. or U takes place by means of the voltages U_ and U. via the corresponding resistors 20/21 or 22/23. In the present embodiment, the comparator 13 monitors the network for overvoltage and the Comparator 14 the network for undervoltage and phase failure.
Die Widerstände 1, 2, 3 dienen zur Herabsetzung der zu überwachenden Drehspannungen. Die nach dem Drehstrom-Brückengleichrichter (4, 5, 6, 7, 8, 9) anstehende Gleichspannung wird durch den Spannungsteiler 10/11 herabgeteilt und den Komparatoren 13, 14 zugeführt, wobei die Zenerdiode 12 die Komparatoren 13, 14 gegen zu hohe Spannungsspitzen schützt.The resistors 1, 2, 3 are used to reduce the amount to be monitored Torsional stresses. The DC voltage applied after the three-phase bridge rectifier (4, 5, 6, 7, 8, 9) is divided down by the voltage divider 10/11 and fed to the comparators 13, 14, the Zener diode 12 the Comparators 13, 14 protects against excessive voltage peaks.
Die Spannungen U1 und U„ sowie die Widerstände 15, 17 und sind so ausgewählt, daß bei Vorliegen normaler Betriebsspannung im Drehspannungsnetz (d.h. die Komparatoren 13 und 14 haben nicht angesprochen und befinden sich im Sperrzustand) kein Stromfluß über die Diode 16 auftritt (d.h. Diode 16 sperrt ebenfalls). Im Falle des Eintretens einer Netzstörung d.h. Überspannung bzw. Unterspannung oder Phasenausfall, schaltet der entsprechende Komparator 13 bzw, 14 durch. Erreicht bzw. überschreitet die wellige Gleichspannung die Spannungsschwelle U.., so schaltet Komparator 13 durch, erreicht bzw. unterschreitet die wellige Gleichspannung die Spannungsschwelle U , so schaltet Komparator 14 durch. In beiden Fällen entlädt sich der von der Spannungsquelle U„ über den Widerstand 18 aufgeladene Kondensator 19 über den Widerstand 17The voltages U 1 and U "as well as the resistors 15, 17 and are selected so that when normal operating voltage is present in the three-phase network (ie the comparators 13 and 14 have not responded and are in the blocking state) no current flow occurs through the diode 16 (ie Diode 16 also blocks). In the event of a network fault, ie overvoltage or undervoltage or phase failure, the corresponding comparator 13 or 14 switches through. If the ripple DC voltage reaches or exceeds the voltage threshold U .., comparator 13 switches through, and if the ripple DC voltage reaches or falls below the voltage threshold U, comparator 14 switches through. In both cases, the capacitor 19 charged by the voltage source U ″ via the resistor 18 discharges via the resistor 17
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und die durchgeschaltete Diode 16 in den entsprechenden Ausgang des durchgeschalteten Komparators 13 bzw. 14, und zwar mit einer Zeitkonstanten T, = C,„ . R17, wobei C,q der Kapazität des Kondensators 19 und R, - dom Widerstandswert des Widerstandes 17 entsprechen.and the switched-through diode 16 into the corresponding output of the switched-through comparator 13 or 14, specifically with a time constant T, = C, ". R 17 , where C, q correspond to the capacitance of the capacitor 19 and R, - the resistance value of the resistor 17.
In den Fällen "Überspannung" oder "Unterspannung" schaltet der entsprechende Komparator 13 oder 14 jeweils dann durch, wenn der maximale bzw. minimale Augenblickswert der gleichgerichteten Netzspannung die jeweiligen Grenzwerte U.. oder U gerade erreichen. Die dabei entstehende periodische Meldung wird durch die Bauelemente 17, 18, 16 und 19 zu einer konstanten Meldung umgeformt.In the cases of "overvoltage" or "undervoltage", the corresponding comparator 13 or 14 then switches through, if the maximum or minimum instantaneous value of the rectified mains voltage exceeds the respective limit values U .. or U just reach. The resulting periodic message is made constant by the components 17, 18, 16 and 19 Message transformed.
Im Fall "Phasenausfall" schwankt der Wert der welligen Gleichspannung im Takt der Netzperiode ständig zwischen einem Scheitelwert, der im normalen Betriebsspannungsband liegt, und einem Minimalwert, der unterhalb der Schwellspannung U Liegt. Der Komparator 14 schaltet in diesem Fall im Takt der Netzperiode ständig vom Sperrzustand in den leitenden Zustand um und umgekehrt. Während der Leitdauer des Komparators 14 wird der Kondensator 19 über den Widerstand 17 entladen, wie oereits beschrieben. Während der Dauer des Sperrzustandes des Komparators 14 wird der Kondensator 19 über den Widerstand 18 wieder nachgeladen. Der Widerstandswert R0 des Widerstandes 18 istIn the case of "phase failure", the value of the ripple direct voltage fluctuates constantly between a peak value, which is in the normal operating voltage range, and a minimum value, which is below the threshold voltage U, in the cycle of the network period. In this case, the comparator 14 constantly switches from the blocked state to the conductive state and vice versa in the cycle of the network period. During the conduction period of the comparator 14, the capacitor 19 is discharged via the resistor 17, as already described. During the duration of the blocking state of the comparator 14, the capacitor 19 is recharged again via the resistor 18. The resistance value R 0 of the resistor 18 is
dabei so groß zu wählen, daß die Zeitkonstante T des Ladevorganges T„ = C n . R0 groß im Verhältnis zur Zeitkonstan:en /. iy ίοto be chosen so large that the time constant T of the charging process T "= C n . R 0 large in relation to the time constant: en /. iy ίο
T, des Entladevorganges ist, d. h. T muß größer als eine Periodendauer des Drehspannungssystems sein. Damit wird erreicht, daß eine Alarmmeldung "Phasenausfall" ständig erhalten bleibt und nicht im Periodentakt des Drehspannungsnetzes ansteh-: und verlöscht.T, of the discharge process, d. H. T must be greater than one Be the period of the three-phase voltage system. This achieves that an alarm message "phase failure" is constantly retained and not pending in the cycle of the three-phase voltage network: and extinguished.
Die Alarmmeldungen "Phasenausfall" wie auch "Unterspannung" oder "Überspannung" werden mittels des Logikteils 24 erfaßt und ausgewertet. Das Logikteil 24 wertet die an den miteman-The alarm messages "phase failure" as well as "undervoltage" or "overvoltage" are detected and evaluated by means of the logic part 24. The logic part 24 evaluates the
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der verbundenen Ausgängen der Komparatoren 13 bzw. 14 anstehenden Spannungspegel aus, d.h. im einfachsten Fall kann das Logikteil 24 die sich bei durchgeschaltetem Komparator 13 bzw. 14 ergebende Spannung von der sich bei gesperrten Komparatoren 13 und 14 einstellenden Spannung unterscheiden und entsprechende Ausgangs impulse abgeben. Das Logikteil 24 trennt bei Eintritt einer Netzstörung den gegen Netzspannungsänderunqen empfindlichen Verbraucher vom Netz. Gleichzeitig speichert es den Netzstörungs-Vorfall und zeigt ihn an.the connected outputs of the comparators 13 and 14 are pending Voltage level off, i.e. in the simplest case, the logic part 24 can reduce the voltage level when the comparator 13 or 14 resulting voltage differ from the voltage established when comparators 13 and 14 are blocked, and emit appropriate output impulses. The logic part 24 separates in the event of a grid failure, the against grid voltage changes sensitive consumers from the network. At the same time, it saves the network failure incident and displays it.
Nach Beendigung der Netzstörung ist keine automatische Zuschaltung des abgetrennten Verbrauchers vorgesehen. Ein erneutes Zuschalten des Netzes ist nur durch manuelle Betätigung eines Tasters möglich (nicht dargestellt). Damit wird sichergestellt, daß eine Störung des speisenden Netzes dem Bedienungspersonal mitgeteilt wird. Selbstverständlich ist jedoch bedarfsweise auch eine automatische Zuschaltung des abgetrennten Verbrauchers nach abgeklungener Netzstörung möglich.There is no automatic connection after the grid failure has ended of the separated consumer provided. The network can only be switched on again by manual actuation a button possible (not shown). This ensures that a fault in the feeding network is not available to the operating personnel is communicated. It goes without saying, however, that the separated one can also be switched on automatically if necessary Consumer after the mains failure has subsided.
Ü 300 51 /0554O 300 51/0554
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