DE2950031A1 - Ueberwachungsgeraet - Google Patents
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- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
- H02H3/093—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current with timing means
- H02H3/0935—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current with timing means the timing being determined by numerical means
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Description
New York 12305 (USA)
überwachungsgerät
Die Erfindung betrifft ein überwachungsgerät zur Erzeugung
eines Ausgangssignales in Abhängigkeit von dem überschreiten eines vorgegebenen Auslösewertes
durch die Amplitude eines Eingangssignales mit einer ersten Frequenz, wobei die Zeit für das Auftreten
des Ausgangssignales relativ zu dem Zeitpunkt des Überschreitens des Auslösewertes durch das Eingangssignal
in einer reziproken Beziehung zu einem Mittelwert des Eingangssignales steht.
Gegenwärtig sind unterschiedliche elektromedhanische
Geräte in Verwendung, um überströme in einer Wechselstromleitung zu messen und für die Unterbrechung
des Stromes in den Stromversorgungsleitungen nach einer vorbestimmten Dauer des Überstromes Auslösesignale
zu liefern. Derartige Geräte sind als zeitabhängige überstromrelais bezeichnet. Ein derartiges
Gerät enthält eine Induktionsscheibe, die auf einer einen Kontakt tragenden Welle gehaltert
ist. Der periphere Bereich der Scheibe ist so gestaltet, daß er sich in einem geblechten U-Magnet
bewegt, auf dem eine Spule angeordnet ist, der ein dem Strom auf der Stromversorgungsleitung pro-
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portionaler Arbeitsstrom zugeführt wird. Die Welle ist in ihrer Bewegung durch eine Feder gehindert,
die den als Auslösewert bezeichneten Strom in der Spule einstellt oder festlegt, zu dem die Scheibe
sich zu bewegen beginnt. In einer gewissen Entfernung von dem beweglichen Kontakt befindet sich ein
feststehender Kontakt. Die Zeit, die die Scheibe zum Drehen und zum Schließen des Kontaktes benötigt,
ist eine Funktion des in der Spule fließenden Stromes. Wenn sich der bewegliche Kontakt an den feststehenden
Kontakt anlegt, wird eine Auslöseschaltung geschlossen und ein Auslösesignal erzeugt.
Wenn der Spulenstrom unterhalb des Auslösewertes ist, hält die Feder die Bewegung der Scheibe auf, so daß
diese in Ruhe bleibt. Wenn jedoch der Strom in der Arbeitsspule über den Auslösewert ansteigt und eine
Bewegung der Scheibe bewirkt, dann aber unter den Auslösewert fällt, ehe sich die Scheibe weit genug
bewegt hat, um den feststehenden Kontakt zu berühren und den Auslösestromkreis zu schließen, dreht
die Feder die Scheibe in ihre Anfangsstellung zurück. Wenn der durch die Arbeitsspule fließende Strom über
den Auslösewert ansteigt und dann darüber verweilt, bewegt sich die Scheibe und nach einer vorbestimmten
Zeit trifft der bewegliche Kontakt auf den feststehenden Kontakt auf, um den Auslösestromkreis zu schließen.
Das Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Strom über den Auslösewert ansteigt und dem
Zeitpunkt, zu dem der Auslöseschaltstromkreis geschlossen wird, ist eine Funktion des in der Arbeitsspule fließenden Stromes. Somit ist die Ansprechzeit
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des Relais aufgetragen über den Strom, der in Vielfachen
des Auslösewertes gemessen ist, durch eine Kurve darzustellen, in der sich die Auslösezeit in
einernimgekehrten Beziehung zu dem Strom verändert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein überwachungsgerät für den Strom in einer Stromversorgungsleifcüng zu
schaffen, das auf elektronische Weise die Funktion eines elektromechanischen zeitabhängigen überstromrelais
nachbildet und bei verringerter Größe eine höhere Leistungsfähigkeit und größere Flexibilität
aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungßgemäße
überwachungsgerät durch die Merkmale des Hauptanspruches gekennzeichnet.
Weiterbildungen des Überwachungsgerätes gemäß der Erfindung
sind Gegenstand von Unteransprüchenι
Bei einem Ausführungsbeispiel gibt das überwachungsgerät
in Abhängigkeit von einem Eingangssignal mit einer ersten Frequenz ein Ausgangssignal abι wenn
das Eingangssignal einen vorbestimmten Auslösewert übersteigt, wobei der Zeitpunkt für das Auftreffen
des Ausgangssignales im Verhältnis zu dem Zeitpunkt, zu dem das Eingangssignal den Auslösewert übersteigt,
sich umgekehrt zu einem Mittelwert des Eingangssignales verändert. In dem überwachungsgerät sind
Schaltbaugruppen vorgesehen, um periodisch das Eingangssignal mit einer zweiten Frequenz abzutasten,
die größer als die erste Frequenz ist, um somit eine
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erste Folge von Abtastwerten des Eingangssignales zu erzeugen. Ferner weist das überwachungsgerät
einen Wandler auf, der den Absolutwert jedes Abtastwertes in eine entsprechende, eine erste Folge von
Binärzahlen bildende Binärzahl konvertiert. Außerdem ist ein Wandler vorgesehen, der jede Binärzahl
der ersten Folge in eine zugehörige abgeleitete Binärzahl umwandlet, die zusammen mit anderen auf die
gleiche Weise erzeugten Binärzahlen eine zweite Folge von Binärzahlen bildet. Die zweite Folge der Binärzahlen
sind die Funktionswerte einer empirischen Funktion G(I.) der ersten Folge von Binärzahlen,
so daß die Gleichung
G(I.) = a constant
für alle Wertepaare aus Mittelwert des Eingangssignales und Zeit bis zum Auftreten des Ausgangssignales
des Überwachungsgerätes erfüllt ist, wobei N gleich der Anzahl der Abtastwerte des Eingangssignales
zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das Eingangssignal den Auslösewert übersteigt und dem Zeitpunkt
der Abgabe des Ausgangssignales ist. Weiterhin ist eine Summationsschaltung vorhanden, die aufeinanderfolgend
die Binärzahlen der zweiten Folge aufaddiert, die zusammen eine dritte Folge von Binärzahlen darstellen.
Ergänzend sind mit einer zweiten Frequenz ständig getaktete Zähler enthalten, die beim Erreichen
eines vorbestimmten Zählerstandes ein Ausgangs-
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signal abgeben, wobei der Zählerstand größer als die Anzahl der Abtastungen in einer Periode des Eingangssignales
ist. Um die Summationsschaltung zurückzusetzen, ist eine in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Zähler arbeitende Schaltungsbaugruppe
vorgesehen. Schließlich arbeitet ein Modul des Überwachungsgerätes in Abhängigkeit von einer Binärzahl,
die zu einem über dem Auslösewert liegenden Abtastwert gehört, um den Zähler zurückzusetzen, so daß,
wenn das Eingangssignal den Auslösewert übersteigt und über dem Auslösewert verweilt, die Zähler periodisch
innerhalb eines Zählerstandes zurückgesetzt werden, der unter dem vorbestimmten Zählerstand
liegt, während für den Fall, daß das Eingangssignal für eine dem vorbestimmten Zählerstand entsprechende
Zeit unter den Auslösewert fällt, ein Ausgangssignal erzeugt wird, das die Summationsschaltung zurücksetzt.
In einem Register wird eine einen Grenzwert repräsentierende Binärzahl gespeichert. In einem
Komparator werden schließlich nacheinander jede Binärzahl der dritten Folge der Summationsschaltung
mit dem Grenzwert verglichen, wobei der Komparator ein Ausgangssignal abgibt, wenn eine Binärzahl der
dritten Folge den Grenzwert übersteigt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 das stromabhängige Zeitverhalten eines zeitabhängigen
Oberstromrelais ausgedrückt in Vielfachen des Auslösestromes,
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Fig. 2 die Quantisierung des Eingangssignales zur Verarbeitung in dem überwachungsgerät gemäß
der Erfindung,
Fig. 3 das Blockdiagramm eines Überwachungsgerätes gemäß der Erfindung,
Fig.4A Signalverläufe in dem überwachungsgerät
s gemäß der Erfindung nach Fig. 3,
Fig. 5 das Diagramm von drei Phasenspannungen, die die Ströme in einem Dreiphasennetz repräsentieren,
wie sie in das überwachungsgerät nach Fig. 3 eingespeist werden und
Fig. 6 die Beziehung zwischen Eingangssignal und Auslösewert.
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Fig. 1 enthält eine Kurve 10 für einen zeitlichen Uberstromverlauf eines bekannten elektromechanischen
überstromrelais, das durch die erfindungsgemäße
Einrichtung nachgebildet ist. Entlang der Ordinate ist in einem logarithmischen Maßstab die
Zeit in Sekunden aufgetragen, während der Effektivwert des Stromes in Vielfachen des Auslösestromes
auf der Abszisse ebenfalls in einem logarithmischen Maßstab dargestellt ist. Die Ordinate 11 veranschaulicht
den Auslösestram. Ein Punkt 12 auf der Kurve 10 entspricht dem doppelten Strom des Auslösestromes.
Bei diesem Wert würde das Relais 1,15 see zum Trennen benötigen. Bei einem 60 Hz Wechselstrom
würde somit das Relais nach 69 Perioden auslösen. Ein weiterer Punkt 13 der Kurve 10 entspricht dem
vierfachen Auslösestrom. Bei diesem Strom würde das Relais etwa 0,8 see oder 48 Zyklen zum Auslösen benötigen.
Wenn der Strom alle 4 oder neunmal pro Periode abgetastet wird, ist bei jedem der obigen Fälle die
Summe der Stromabtastwert für die gesamte Anzahl von Zyklen durch die folgende Gleichung gegeben:
(I1) = L ; (1)
hierbei bedeutet I. die i-te Stromabtastung, N die Gesamtanzahl von Abtastwerten vor der Beendigung der
Trennschaltung und L eine Zahl gleich der Summe von N Abtastwerten. Für den ersten Fall, d.h. für Punkt
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12 auf der Kurve 10 ist N gleich 6.210 und L eine Zahl entsprechend der Summe von 6.210 Abtastwerten. Für
den zweiten Fall, d.h. für Punkt 13 auf der Kurve 10 beträgt N 4.320 und L ist eine andere Zahl entsprechend
der Summe von 4.320 Abtastwerten. Die Summe der durch L dargestellten Abtastwerte unterscheidet sich für
beide Fälle und würde auch für andere Punkte auf der Kurve 10-abweichen.
Die Nachbildung einer in Fig. 1 gezeigten überstromzeitcharakteristik
durch digitale Mittel würde sich vereinfachen, wenn die Summe der Stromabtastwerte
für alle Punkte der Kurve 10 innerhalb einer brauchbaren Fehlergrenze gleich demselben Grenzwert ist.
Um diese Forderung zu erfüllen, wird gemäß der Erfindung eine Abbildungs- oder Näherungsfunktion G(I1) verwendet,
derart, daß die Summe der Werte der Näherungsfunktion für alle Stromabtastwerte und alle Stellen einer
speziellen Kurve 10 durch die folgende Gleichung wiedergegeben wird:
G(I1) = L1 , (2)
bei der G(I,*) eine empirische Funktion der Amplitude
der Stromabtastwerte I., L1 eine Konstante für eine
spezielle Kurve und N die Gesamtanzahl der Abtastwerte ist, die innerhalb der durch die Ordinate eines
Punktes auf der Kurve festgelegten Zeit auftreten,wobei N zusätz
lich die Zeit wiedergibt, die benötigt wird, um den Grenzwert L1 zu erreichen. Durch Vergleich der Summe
der Werte der Näherungsfunktion G(I1) für die Ab-
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tastwerte mit dem Grenzwert L- und der Erzeugung
eines Auslösesignales beim überschreiten des Grenzwertes wird das gewünschte Ergebnis erreicht. Die
Art und Weise, in der die Näherungsfunktion G(I1) für eine spezielle Kurve empirisch hergeleitet werden
kann, ist unten, anhand der Fig. 2 beschrieben.
Fig. 2, die zur Beschreibung der Art und Weise, in der die Werte für die ,Näherungsfunktion G(I1) für
die Stromabtastwerte I1 errechnet werden, verwendet
wird, stellt eine Kurve 15 einer halben Periode eines Eingangsroder Stromsignales mit dem doppelten
Auslösewert sowie eine weitere Kurve 16 einer Halbschwingung eines Eingangssignales mit dem vierfachen
Auslösewert dar. Entlang der Ordinate sind Amplitudenwerte 1 bis 8 aufgetragen. Die verschiedenen Amplitudenbändar
zwischen aufeinanderfolgenden Amplitudenwerten sind durch die speziellen Werte G. bzw. G„
der Näherungsfunktion G(I.) bezeichnet und rechts von den Kurven gezeigt. Signale mit einer
Amplitude zwischen dem Wert 1 und dem Wert 2 haben einen Naherungsfunktionswert G.. Signalabtastwerte
mit einer Amplitude, die in das Band zwischen den Werten 1 und 2 fällt, haben einen Naherungsfunktionswert
G_ usw. bis G„. Es sei nunmehr der Punkt 12 der Kurve nach Fig. 1 betrachtet, der dem doppelten
Stromauslösewert entspricht. Nach Fig. 2 erfordert die Amplitude eines Stromes mit Schwingungen mit den
doppelten Auslösewert (Kurve 15) zwischen den Werten 0 und 5 die Berücksichtigung der vier Näherungsfunktionswerte
G. bis G_. Unter Verwendung von Gleichung 2 werden die Näherungsfunktionswerte der Abtastwerte
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über 69 Perioden aufsummiert, die während der 1,15
see auftreten und gemäß der nach der Kurve aus Fig. 1 ermittelten Zeit erforderlich sind, womit ein
Grenzwert L1 erhalten ist. Nunmehr sei der Punkt
betrachtet, der einem Strom mit dem vierfachen Auslösewert entspricht. Für diesen Stromwert beträgt
die nach Kurve 10 erhaltene Zeit 0,8 see, was 48 Perioden entspricht. Wiederum eingesetzt in Gleichung
2 muß die Summation der Näherungsfunktionswerte für die Abtastwerte dieses Stromwertes gleich
der Konstanten L1 sein, die für den vorhergehenden
Fall hergeleitet ist. Die speziellen Funktionswerte der Näherungsfunktion für die Niveaus zwischen dem
Niveau 0 und dem Niveau 4, nämlich GA bis G-, sind
durch das Erreichen des Funktionswertes L1 der Konstanten
für die charakteristische Kurve 10 festgelegt. Die einzelnen Funktionswerte der Näherungsfunktion für die Werte von 4 bis 8 sind noch nicht
festgelegt. Diese spziellen Werte der Näherungsfunktion
sind empirisch so bestimmt, daß die Summe der Näherungsfunktionswerte von Abtastwerten gleich der
Konstanten L1 sind, die für den Punkt 12 hergeleitet
ist und dem doppelten Auslösestrom entspricht. Die Funktionswerte der Näherungsfunktion sind für größere
Vielfache in ähnlicher Weise bestimmt. Da alle Amplitudenwerte einer Sinusschwingung während einer
halben Periode auftreten, gilt das oben Beschriebene für jede Anzahl von Halbschwingungen.
Im folgenden ist nunmehr die Art und Weise der Benutzung der Gleichung 2 zusammen mit einer (nicht
dargestellten) Tabelle spezieller Funktionswerte für
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die Näherungsfunktion G(I.) für die Amplitudenbänder beschrieben. Es ist angenommen, daß das einem Strom
auf einer Stromversorgungsleitung entsprechende Eingangssignal oberhalb des Auslösewertes liegt und einem
Abszissenwert eines Punktes auf der Kurve 10 entspricht. Das Signal wird mit einer relativ zu seiner
Frequenz hohen Abtastrate abgetastet. Die abgetasteten Werte werden vorzugsweise auf einer logarithmischen
Basis unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandler s in Binärzahlen konvertiert. Die Funktionswerte der Näherungsfunktion G(I.) für die Amplitudenbänder
sind, wie oben erläutert, empirisch bestimmt und in einem ROM (Read Only Memory) gespeichert.
Jeder von dem Analog-Digital-Wandler erhaltene Binärwert der Abtastungen steuert den ROM an,
der an seinem Ausgang eine entsprechende Zahl liefert, die den spezifischen Funktionswert der Näherungsfunktion
repräsentiert. Die Näherungsfunktionswerte werden nacheinander addiert und die akkumulierte
Summe in einem Akkumulator gespeichert. Der L1
nach Gleichung 2 entsprechende Grenzwert liegt für einen speziellen Zeit-über-Stromverlauf fest und
kann nach Ausführung der Summation gemäß Gleichung 2 für einen Punkt auf der Kurve bestimmt werden.
Der Grenzwert L1 ist in einem Grenzwertregister gespeichert.
Nachdem der Akkumulatorinhalt durch die Näherungsfunktionswerte lnkrementiert ist, wird die
in dem Akkumulator gespeicherte Zahl in einem Komparator Bit für Bit mit dem Grenzwert L1 vergleichen,
wobei mit dem niedrigstwertigen Bit begonnen wird. Wenn die Zahl in dem Akkumulator größer als die Zahl
in dem Grenzwertregister ist, liefert der Komparator
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ein Ausgangssignal. Der Zeitpunkt des Auftretens dieses Ausgangssignales repräsentiert den Ordinatenwert
des Punktes auf der Kurve 10, der mit dem Eingangssignal korrespondiert. Das Ausgangssignal
des !Comparators kann dann dazu verwendet werden, eine Auslöseschaltung zu betätigen und den Strom
in der überwachten Stromleitung zu unterbrechen. Um die Akkumulierung einer Summe in dem Akkumulator zu
verhindern, wenn die Stromwerte unterhalb des Auslösewertes liegen, werden Zähler verwendet, die in Abhängigkeit
von unterhalb des Auslösewertes liegenden Stromamplituden arbeiten und ein Ausgangssignal abgeben,
das den Akkumulator kontinuierlich zurücksetzt. Ferner sind Baugruppen vorgesehen, um die Zähler
zu sperren, wenn der Strom den Auslösewert übersteigt, um somit die Ausführung der Summation freizugeben
.
Die Implementiertung der anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Grundlagen ist nunmehr zusammen mit den
Fig. 3 und 4 erläutert. Bei 30 ist eine dem Strom auf einer Stromversorgungsleitung entsprechende Wechselspannungssignalquelle
dargestellt. Die Signalquelle 30 kann ein an die Stromversorgungsleitung angeschlossener
Stromwandler sein und ist aus Einfachheitsgründen als Dreiphasenquelle mit einer Frequenz
von 60 Hz veranschaulicht. Die drei Phasensignale sind in einen Widerstände enthaltenden Dreiphasengleichrichter
32 eingespeist, um drei, den gleichgerichteten Strömen proportionale Phasenspannungen zu
erzeugen. Die Proportionalitätskonstante ist für jede der drei Phasen veränderlich, um, wie unten ausge-
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führt, einen flexiblen Betrieb des Gerätes zu ermöglichen. Beispielsweise kann es zweckmäßig sein, für
jede der drei Phasen einen unterschiedlichen Auslösewert einzustellen, obwohl für jede der drei Phasen
der gleiche Grenzwert verwendet wird. Die Veränderbarkeit der Proportionalitätskonstanten ist durch
einstellbare, zu den Phasen A, B und C des Ausgangs des Gleichrichters 32 gehörende Widerstände 32A, 32B
und 32C angedeutet. Die drei Phasenspannungen sind in Fig. 5 als durchgezogene Linien veranschaulicht
und mit A, B und C bezeichnet. Die gleichgerichteten Anteile der drei Phasenspannungen sind hingegen mit
gestrichelten Linien dargestellt. Die drei Phasensignale werden ständig mit einer Folgefrequenz, die
größer als die Frequenz der drei Phasensignale ist, abgetastet und ergeben somit eine Folge von Abtastwerten,
wobei nur Abtastwerte 21 bis 26 gezeigt sind. Die Folge kann in aufeinanderfolgende Sätze von Abtastwerten
aufgeteilt werden, wobei die Abtastwerte 21, 22 und 23 einen Satz und die Abtastwerte 24,
25 und 26 einen nachfolgenden Satz bilden. Entsprechende Abtastwerte aufeinanderfolgender Sätze bilden
eine Unterfolge. Somit sind die Abtastwerte 21 und 24 ein Teil der Unterfolge des A-Phaseneingangssignales,
die Abtastwerte 22 und 25 ein Teil der Unterfolge des B-Phaseneingangssignales, während die
Abtastwerte 23 und 26 ein Teil der Unterfolge des C-Phaseneingangssignales sind. Jede der drei Unterfolgen,
hat eine Periodendauer, die gleich der Periodendauer der Folge der Abtastwerte multipliziert mit
3 ist, nämlich der Zahl der Eingangssignale. Aus Einfachheitsgründen werden die drei Eingangssignale
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etwa einmal pro 4° einer Periode, d.h. etwa 9o mal pro Periode abgetastet. Der zeitliche Abstand zwischen
aufeinanderfolgenden Abtastwerten in einer Folge beträgt 64 u>sec und das Intervall zwischen
aufeinanderfolgenden Abtastwerten in einer Unterfolge 192 usec.
Ein zentraler Takt 36 erzeugt den Grundtakt für das Gerät nach Fig. 3. Die Frequenz des Taktes 36 ist
einfachheitshalber auf 1 MHz eingestellt und erzeugt, wie in Fig. 4A veranschaulicht, Taktimpulse 37 mit
dieser Frequenz. Die Taktimpulse 37 werden zum Betrieb eines Analog-Digital-Wandlers 38 verwendet.
Vorzugsweise ist der Analog-Digital-Wandler 38 ein logarithmischer Analog-Digital-Wandler, um einen großen
Dynamikumfang zu erhalten. Ein derartiger Analog-Digital-Wandler ist in der US-Patentanmeldung S.N.
971 188 beschrieben. Der Taktimpuls 37 wird außerdem in einen Vierphasentakterzeuger 39 eingespeist,
der vier Taktimpulsketten jeweils mit einer Frequenz von 500 kHz erzeugt, wobei jede der aufeinanderfolgenden Impulsketten
in der Phase um eine Viertel Periodendauer gegenüber der vorhergehenden Impulskette versetzt
ist. Der Vierphasentakt 39 wird dazu verwendet, einen Hauptzähler und Decoder 40 anzusteuern, der die
in den Fig. 4D bis 4J gezeigten Steuersignale zum Betrieb des Gerätes abgibt, wie dies nachstehend beschrieben
ist. Fig. 4B zeigt den Abtastimpuls 41 des mit P bezeichneten Signales zum Abtasten des A-Phaseneingangssignales.
Jeder Impulse 41 weist eine Dauer von etwa 16 μsee und eine Periodendauer von
192 usec auf, d.h. er erscheint, wie oben erlävtert,
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einmal pro 4°. Die Fig. 4C und 4D veranschaulichen Abtastimpulse 42 und 43 der mit P_ und P_ bezeichneten
Signale zum Abtasten des C- bzw. B-Phaseneingangssignales. Die Impulse 41, 42 bzw. 43 werden
den Gates von Transistorschaltern 44, 45 bzw. 46 zugeführt, um die Folge der Abtastwerte zu erzeugen,
die zur Umwandlung in Binärzählen dem Analog-Digital-Wandler 38 zugeführt werden. Die Fig.
4E stellt den Startimpuls 47 des Signales P_ dar, der zur Initialisierung des Analog-Digital-Wandlerbetriebes
zur Umwandlung des Amplitudenabsatzwertes in eine Binärzahl verwendet wird. Die Dauer
des Startimpulses 47 beträgt 64 msec. Die Fig. 4f, 4G und 4H veranschaulichen Torimpulse 51, 52 und
53 der mit 0., 0_ und 0_ bezeichneten Signale, die in den verschiedenen Baugruppen des Gerätes nach
Fig. 3 zum Multiplexen und Demultiplexen der abgetasteten Daten, die zu den drei Phaseneingangssignalen
gehören, verwendet werden. Fig. 41 zeigt den Strobimpuls 54 des Signales S, der jeweils 64 usec
dauert. Der Strobimpuls 54 tritt jedesmal, nachdem der Analog-Digital-Wandler 38 einen Analog-Wert in
eine Binärzahl umgewandelt hat, auf und dient zum Lösen einer mit dem Wandler verbundenen Sperre
48 , damit die Binärzahl einem ROM-Decoder 49 zum Ansteuern eines ROM 50 zugeführt wird, in dem
die zu den Werten der Stromabtastwerte gehörenden Funktionswerte der Näherungsfunktion G(I.) gespeichert
sind, wie dies zusammen mit Fig. 2 beschrie-Ist. Die Fig. 4J zeigt einen Strobimpuls 55 des
Signales D, der ebenfalls jeweils 64 usec dauert. Der Strobimpuls 55 hat im Zusammenhang mit der Verarbeitung
der Daten des Dreiphaseneingangssignales
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eine Indizierfunktion, wie dies im folgenden beschrieben
wird.
Wie oben ausgeführt, werden zur Erzeugung der drei Unterfolgen von Abtastwerten von den A, B und C-Phasensignalen
Abtastwerte genommen, die zu einer resultierenden Folge von Abtastwerten gemultiplext und
in den Analog-Digital-Wandler 38 eingespeist werden, der die Abtastwerte in der Amplitude der Analog-Werte
entsprechende Binärzahlen umwandelt. Die aufeinanderfolgenden Abtastwerte einer Unterfolge erscheinen
alle 192 μββσ. Aufeinanderfolgende Abtastwerte einer
Folge erscheinen hingegen alle 64 μββσ. Das Zeitintervall
zwischen der Vorderflanke eines A-Phasenabtastimpulses 41 und der Vorderflanke des nächsten
folgenden B-Phasenabtastimpulses 42 wird als A-Phasenintervall bezeichnet. Die Zeit zwischen der Vorderflanke
eines B-Phasenabtastimpulses 42 und der Vorderflanke des nächsten folgenden C-Phasenabtastimpulses
wird hingegen als B-Phasenintervall bezeichnet. Schließlich wird die Zeit zwischen der Vorderflanke
eines C-Phasenabtastimpulses 4 3 und der Vorderflanke des darauffolgenden nächsten A-Phasenabtastimpulses
41 mit der Bezeichnung C-Phasenintervall versehen. Während des letzten Abschnittes des Intervalles
für die jeweilige Phase ist an dem Ausgang des Analog-Digital-Wandlers und der Sperre 38 eine dem
Abtastwert dieser Phase entsprechende Binärzahl verfügbar. Somit ist eine Binärzahl, die dem A-Phasenabtastwert
entspricht, während des letzten Abschnittes des A-Phasenintervalles/eine Binärzahl, die einem B-Phasenabtastwert entspricht, währenddem letzten
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Teil des B-Phasenintervalles, und schließlich eine Binärzahl, die einem C-Phasenabtastwert entspricht,
während dem letzten Abschnitt des C-Phasenintervalles verfügbar. Der Strobimpuls 54 von Signal S nach
Fig. 41 steuert die Sperre 48 während jedes Phasenintervalles an, nachdem die dem Abtastwert entsprechende
Binärzahl an der Sperre 48 ansteht und legt somit die Binärzahl an den ROM-Decoder 49. Der
ROM-Decoder 49 adressiert eine Speicherzelle in dem ROM 50, in der die speziellen Funktionswerte der
Näherungsfunktion G(I.) für die Amplitudenbänder gespeichert sind, wie es bereits mit Fig. 2 ausgeführt
ist. Die speziellen Funktionswerte der Näherungsfunktion für die Abtastwerte werden nacheinander so
wie sie erhalten werden, nämlich eine Binärzahl pro Zeit, in ein Schieberegister 57 geschoben. Somit werden
die in Abhängigkeit von der Dreiphasenabtäsfeüng der drei gleichgerichteten Phasensignale erhaltenen
Signalabtastwerte in Binärzahlen konvertiert, die
wiederum in Hilfsfunktionswerte umgewandelt werden, die daraufhin zur Vorbereitung der Summationsaüsführung
nach Gleichung 2 nacheinander in das ROM-Schieberegister 57 eingeschoben werden. Die Summation
nach Gleichung 2 wird von einer Summierschaltung 60 ausgeführt, die ein 96 Bit Schieberegister
61 und einen Addierer 62 enthält. Das Ausgangssignal des ROM Schieberegisters 57 liegt mit dem niedrigstwertigen
Bit voraus an einem Eingang des Addierers 62. Das Ausgangssignal des 96 Bit Schieberegisters
61 liegt ebenfalls mit dem niedrigstwertigen Bit voraus an einem weiteren Eingang des Addierers 62<
Das Ausgangssignal des Addierers 62 wird in den Eingang
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eines UND-Gatters 63 eingespeist, dessen Ausgang mit dem Eingang des 96-Bit-6chieberegisters 61 verbunden ist.
Der andere Eingang des UND-Gatters 63 ist an den Ausgangsanschluß eines getakteten Flipflops 64 angeschlossen,
das ohne Eingangssignal ein hochpegeliges Ausgangssignal abgibt und auf diese Weise die übertragung
des Ausgangssignales des Addierers 62 in den Eingang des Schieberegisters 61 freigibt. Wenn
in den Eingang des Flipflos 64 ein Rücksetzsignal von einer Summationsrücksetζschaltung 70 eingespeist
wird, wechselt das Ausgangssignal des Flipflops 64 auf einen niedrigen Pegel und bewirkt, daß das UND-Gatter
63 eine logische Null an seinem Ausgang abgibt.
Der Wechsel auf ein niedriges Potential wird durch den Strobimpuls 55 von Signal D nach Fig. 4J nach
dem jeweils 32.Bit initialisiert, wobei der Änderungszustand für die Dauer von jeweils 32 Bit aufrechterhalten
bleibt. Das getaktete Flipflop 64 ist als D Flipflop dargestellt, wobei das Ausgangssignal
von dem Q Anschluß abgenommen wird und der Strobimpuls 55 zu dem jeweils 32.Bit an dem Takteingang
C liegt, während der Ausgang der Summationsrücksetzschaltung 70 an dem D-Eingang angeschlossen ist.
Das ROM-Schieberegister 57,der Addierer 62 sowie das Längsschieberegister 61 sind alle mit 500 kHz
getaktet, wobei in dem Längsschieberegister 61 96 Bit enthalten sind, um, wie oben ausgeführt, die Summen
der drei aufeinanderfolgenden Zahlen zu speichern, wofür jeder der drei aufeinanderfolgenden Zahlen jeweils
32 Bit zugewiesen sind. Die der Akkumulation der Summen der binären Funktionswerte jeder Unterfol-
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ge von Abtastwerten zugeordneten drei Blöcke Von jeweils 32 Bit sind durch den Strobimpuls 55 2um jeweils
32. Bit von Signal D nach Fig. 4J indiziert bzw. synchronisiert. Die Impulse 55 werden lh den
Rücksetzfreigabeanschluß des ROM-Schieberegisters 57 eingespeist, um das Austakten der Bits, die die
Binärzahlen repräsentieren und in dem Schieberegister 57 gespeichert sind, zur richtigen Zeit in den Addierer
62 zu initialisieren. Während der Strobimpuls für ein A-Phasenintervall in dem hinteren Abschnitt
des A-Phasenintervalles auftritt, erscheint der zu diesem Abtastwert gehörende Näherungsfunktionswert in
dem Schieberegister 57 zu einer späteren Zeit und ist zur Verarbeitung in der Summationsschaltung 60
nicht vor dem Auftreten des B-Phasenintervalles verfügbar. Somit tritt der Strobimpuls 55 zur Initialisierung
der Übertragung der Binärzahl , die zu einem A-Phasenabtastwert gehört, in den Addierer 62
erst in dem B-Phasenintervall auf. Der während des B-Phasenintervalles auftretende Strobimpuls 55 entspricht
dem 32. Bit des Bitblocks, der der Akkumulation der Summe der C-Phasenabtastwerte zugeordnet
ist. Das 32 Bit des aus 32 Bit bestehenden Blockes zur Akkumulation der A-Phasenabtastwerte wüfde durch
den nächsten Strobimpuls 55,der in dem B-Phasenintervall auftritt, dargestellt werden. Der nachfolgende
Strobimpuls 55 repräsentiert das 32 Bit des 32 Bitblocks des B-Phasenintervalles. Somit steuert das
Auftreten des Strobimpulses 55 beim 32 Bit die Folge der Näherungsfunktionswerte der drei Phasensignalabtastungen,
die sequentiell dem Schieberegister 57 zugeführt werden, wobei der Strobimpuls 55 außerdem
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deren sequentielle Addition mit den in den drei Bitblöcken gespeicherten Zahlen zeitlich steuert.
Vor der Summation wird die Summationsschaltung 60 durch den Summationsrücksetzschaltkreis zurückgesetzt,
der periodisch für die Summationsschaltung 60 ein Rücksetzsignal erzeugt, wenn die Signale in
jeder der drei Phasenschaltungen unterhalb des Auslösewertes liegen. Das Intervall dieser Rücksetzsignale
kann auf jeden Wert eingestellt sein, wird jedoch zweckmäßigerweise auf einen Wert größer als
der Periodendauer des Eingangssignales aber kleiner als zweimal die Periodendauer eingestellt, wie dies
unten ausgeführt ist. Wenn die Eingangssignale über dem Auslösewert liegen, erfolgt kein Rücksetzen und
die zu den Abtastwerten gehörenden Näherungsfunktionswerte werden in der Summationsschaltung aufaddiert.
Vor der Beschreibung, in welcher Weise das Rücksetzsignal durch die Summationsrücksetzschaltung 70 erzeugt
wird, seien zunächst die Bedingungen erläutert, unter denen ein Rücksetzen erwünscht ist. Das Rücksetzen
der Summationsschaltung 60 ist erwünscht, wenn jedes der drei Eingangssignale unterhalb des
Auslösewertes liegt. Ebenfalls ist ein Rücksetzen erwünscht, wenn eines der Eingangssignale für eine
gewisse Zeit oberhalb des Auslösewertes liegt und danach wiederum unter den Auslösewert fällt, ehe der
Grenzwert erreicht ist. Wenn jedoch eines der Eingangssignale über den Auslösewert ansteigt und über
dem Auslösewert bleibt, soll kein Rücksetzen erfolgen. Gemäß der Erfindung ist deshalb für jedes der drei
Eingangssignale ein Abtastwertzähler vorgesehen, der
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zusammen mit einer logischen Schaltung verwendet wird, um diese Funktionen zu erbringen. Der Abtastwertzähler
ist so gestaltet, daß er dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Anzahl der zu den Abtastwerten gehörenden
Impulse, die ihm zugeführt werden, gleich einem vorbestimmten Wert ist, der größer als die
Anzahl der Abtastwerte innerhalb einer Periode iöti Beispielsweise ist es bei etwa 90 Abtastungen innerhalb
einer Periode zweckmäßig, einen 128 Bitzähler zu verwenden, d.h. einen Zähler, der ein Ausgangssignal
abgibt, nach dem 128 Impulse in seinen Eingang eingespeist worden sind. Ein solchermaßen
ständig arbeitender Zähler würde ein Ausgangssignal erzeugen, das ständig die Summationsschaltung 60
zurücksetzen würde. Wenn in einen derartigen Zähler ein von dem Auftreten eines oberhalb des AuslÖöewertes
liegenden Abtastwertes abhängiges Rflcksetzsignal eingespeist wird, wird das Ausgangseignai
des Zählers gesperrt, vorausgesetzt, daß das Signal oberhalb des Auslösewertes bleibt. Wenn das Signal
dann unter den Auslösewert fällt und dort für eine vorbestimmte Zeit verweilt, die durch den vorbestimmten
Zählwert repräsentiert ist, wird ein Rücksetzsignal erzeugt und die Summationsschaltung 60
zurückgesetzt. Diese Überlegungen sind in Fig. 6 veranschaulicht, die drei Halbschwingungen eines
Eingangssignales mit oberhalb des Auslösewertes 73 liegender Amplitude zeigt. Der Abtastwert 74a erscheint,
wenn das Eingangssignal den Auslösewert 73 übersteigt und es wird dann ein Rücksetzsignal in
den Rücksetzanschluß des Abtastwertzählers eingespeist. Für jeden über dem Auslösewert 73 liegeh-
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den Abtastwert erfolgt ein Rücksetzen des Abtastwertzählers,
das solange anhält, bis ein unter dem Auslösewert 73 liegender Abtastwert 74b auftritt. Während
der nächsten Halbschwingung übersteigt das Signal wiederum den Auslösewert und, angenommen, daß
die beiden Halbschwingungen symmetrisch sind, erfolgt dies bei einem Abtastwert 75a, der 45 Abtastwerte
später liegt als der Abtastwert 74a, jedoch weniger als 45 Abtastwerte von dem Abtastwert 74b
entfernt ist. Während der dritten Halbschwingung übersteigt das Signal erneut den Auslösewert 73 bei
einem Abtastwert 96a, der 90 Abtastwerte nach dem Abtastwert 74a, jedoch weniger als 90 Abtastwerte
von dem Abtastwert 74b entfernt liegt. Somit wird der Abtastwertzähler nach weniger als jedem 45. Abtastwert
zurückgesetzt, was sich solange wiederholt, wie das Signal den Auslösewert 73 übersteigt. Sobald
das Signal unter den Auslösewert 73 fällt und dort für eine bestimmte, durch den vorgegebenen
Zählerstand des Abtastwertzählers gegebene Anzahl von Abtastungen bleibt, wird ein Ausgangssignal erzeugt,
das die Summationsschaltung 60 zurücksetzt. Folglich erfüllt ein derartig funktionierender Abtastwertzähler
die drei obengenannten Bedingungen.
Um festzustellen, wann ein Abtastwert einen vorbestimmten Auslösewert 73 übersteigt, wird ein Logiksignal
verwendet. Zu diesem Zweck ist ein Auslösewertdecoder 77 vorgesehen. Von der Sperre 48 kommende
Bitleitungen sind mit dem Auslösewertdecoder 77 verbunden, der jedesmal, wenn der Wert eines Abtastwertes
den Auslösewert 73 übersteigt, ein Ausgangssignal erzeugt. Dieses Ausgangssignal wird einem
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Eingang der Suiranationsrücksetzschaltung 70 Über eine
Leitung 78 zugeführt. Da bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 drei Eingangssignale verwendet sind/
sind auch drei Abtastwertzähler 81, 82 und 83 vorgesehen ,und zwar einer für jede Phase A, B bzw* C. Der
Einfachheit halber werden Abtastwertzähler mit 128 Zuständen verwendet, da 128 die nächste Zweierpotenz
von Bits ist, die über 90, der Anzahl der Abtastwerte innerhalb einer Periode des Eingangssignales liegt,
wie oben beschrieben. Jeder der Zähler weist einen Takteingang C, einen Ausgang Q und einen invertierten
Ausgang Q nicht sowie einen Rücksetzeingang R
auf. Für den Zähler 81, 82 bzw. 83 ist ein UND-Gatter 81a, 82a bzw. 83a vorgesehen. Die Startimpulse
47 des Signales P_ nach Fig. 4E werden als Taktimpulse verwendet und in einen Eingang jedes der UND-Gatter
81a, 82a und 83a eingespeist. Der Ausgang jedes UND-Gatters 81a, 82a und 83a ist an den Takteingang
C eines der zugehörigen Abtastwertzähler 81, 81 bzw. 83 angeschlossen. Der andere Eingang jedes
der UND-Gatter 81a, 82a und 83a ist mit dem Q- Ausgang von einem der jeweils zugehörigen Zähler 81,
und 83 verbunden. Nach dem Auftreten von 128 Abtastwerten erzeugt jeder Abtastwertzähler 81, 82 t 83 unabhängig
davon, ob er durch ein in den Rücksetzeingang R eingespeistes Signal zurückgesetzt worden ist,
ein Ausgangssignal. Da die Signale des Auslösewertdecoders 77 zum Auslösen des Rücksetzens jeder der
Abtastwertzähler 81, 82, 83 gemultiplext sind, muß jedes der Signale des Auslösewertdecoders 77 vor dem
Einspeisen in den zugehörigen Abtastwertzähler 81, 82, 83 demultiplext werden. Zusätzlich sind auch die
Ausgangssignale jedes der Abtastwertzähler 81, 82 und
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83 gemultiplext und dann in einem ODER-Gatter 90 zusammengefaßt, ehe sie dem Flipflop 64 zugeführt werden,
dessen Ausgangssignal an dem UND-Gatter 63 liegt. Das Demultiplexen wird durch UND-Gatter 84,
85 und 86 für die Phasen A, B bzw. C erbracht. Das Startimpulssignal P- liegt an einem zweiten Eingang
jedes der UND-Gatter 84, 85 und 86. Die von dem Auslösewertdecoder
77 kommende Leitung 78 ist an einen dritten Eingang jedes der UND-Gatter 84, 85 und 86
angeschlossen. Das Ausgangssignal jedes der UND-Gatter 84, 85, 86 liegt an dem Rücksetzeingang R des
jeweils zugehörigen Abtastwertzählers 81, 82 und Das Multiplexen der Ausgangssignale der Abtastwertzähler
81, 82 und 83 wird mit UND-Gattern 87, 88 und 89 für die Phasen A, B bzw. C durchgeführt. Die
Signale 0_, 0r und 0Ä werden jeweils in einen ersten
Eingang der UND-Gatter 87, 88 bzw. 89 eingespeist. Die Q-Ausgänge jedes Abtastwertzählers 81, 82 und
liegen jeweils an einem zweiten Eingang eines zugehörigen UND-Gatters 87, 88 und 89. Die Ausgangssignale
jedes der UND-Gatter 87, 88 und 89 werden in einen zugehörigen Eingangsanschluß des ODER-Gatters
90 eingespeist, dessen Ausgang mit dem Eingangsanschluß D des Flipflops 64 verbunden ist. Das Signal
D liegt an dem Takteingang C des Flipflops 64. Wenn somit eines der drei Phaseneingangssignale
für 128 Abtastwerte unter dem Auslösewert liegt oder zunächst über den Auslösewert angestiegen und
dann unter den Auslösewert abgefallen ist und dort 128 Abtastwerte lang geblieben ist, wird von dem
zu der Phase dieses Eingangssignales gehörenden Abtastwertzähler ein Ausgangssignal erhalten. Dieses
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Ausgangssignal aktiviert das Flipflop 64, das seinerseits daraufhin ein Ausgangssignal erzeugt, das die
in dem in der Summationsschaltung umlaufenden 32 Bitblock akkumulierte Summe auslöscht, die zu der Phase
dieses Eingangssignales gehört. Immer wenn eines der Eingangssignale über den Auslösewert ansteigt, und
dann darüber verweilt, wird der zu der Phase dieses Signales gehörende Abtastwertaähler zurückgesetzt,
ehe der volle Zählerstand von 128 Abtastwerten erreicht ist, so daß kein Ausgangssignal auftritt,
das die Summationsschaltung 60 für diese Phase zurücksetzt. Somit wird die Summation für diese Phase
fortgeführt, bis der Grenzwert erreicht ist, wie dies unten im einzelnen erläutert ist.
Einfachheitshalber ist die an dem Ausgang des Analog-Digital-Wandlers
38 abgegebene Zahl eine 8 bit Binärzahl. Diese Zahl adressiert eine Näherungifünktionszahl
in dem ROM 50, der eine größere Anzahl von Bits enthalten kann. Für jede der Phasen kann si^h die
Summe der Näherungsfunktionswerte auf eine in 32 Bit darstellbare Binärzahl belaufen. Der Grenzwert nach
Gleichung 2, der eine spezielle Kurve, beispielsweise die Kurve 10 nach Fig. 1 repräsentiert, ist mit
einer 9 Bit langen Zahl ausdrückbar, die in ein Grenzwertschieberegister 95 durch eine Grenzwertsteuerung
96 eingetragen ist. Die in dem 96 Bit langen Schieberegister 61 aufsummierten oder akkumulierten
Zahlen werden in dem Komparator 98 mit dem niedrigstwertigen Bit voraus mit der in dem Schieberegister
95 gespeicherten Zahl Bit für Bit verglichen. Hierzu ist der Eingang des Schieberegisters 61 mit einem
Eingang des Komparators 98 verbunden. Der andere Eingang des Komparators 98 liegt an dem Ausgang
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des Grenzwertschieberegisters 95. Das Schieberegister 95 wird mit 5CXDkHz getaktet derselben Frequenz, die
für das 96 Bit Schieberegister verwendet ist. Durch den Strobimpuls 46 beim 32 Bit nach Signal D wird
das Grenzwertschieberegister 95 freigegeben. Die Freigabe des Schieberegisters 95 erfolgt mit einer
Verzögerung, so daß das niedrigstwertige Bit des Grenzwertes in dem Schieberegister 95 mit dem 23.
Bit eines Summenwertes in dem 32 Bit Block verglichen wird, der in dem Schieberegister 61 umläuft.
Das nächst höherwertige Bit des Grenzwertes wird mit dem 24 Bit des Summenwertes vergleichen
usw. Wenn ein Bit des Summenwertes größer als ein Bit des Grenzwertes ist, erfolgt an dem Ausgang
des Komparators 98 ein Potentialwechsel in einer Richtung und wenn das nächste Bit in dem Summenwert kleiner ist als das nächste Bit des Grenzwertes,
wechselt das Potential an dem Ausgang des Komparators 98 in die andere Richtung. Nachdem der Summenwert und der Grenzwert Bit für Bit miteinander verglichen
sind, erscheint an dem Ausgang des Komparators 98, wenn der Summenwert größer als der Grenzwert
ist, eine Änderung des Potentials in die eine Richtung. Dieses Ausgangssignal des Komparators
wird zur Erzeugung eines Ausgangssignales zur Beendigung einer Auslöseschaltung verwendet, um die
das Signal erzeugende Phase der Stromversorgungsleitung zu unterbrechen. Da die zu vergleichenden
Zahlen gemultiplext sind, sind auch die an dem Ausgang des Komparators 98 erscheinenden Ausgangswerte
gemultiplext. Demzufolge ist es für die Erzeugung der richtigen Anzeige für jede Phase not-
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wendig, die Ausgangssignale zu demultiplexers. Das Demultiplexen der Ausgangssignale des Komparators
98 erfolgt durch UND-Gatter 101, 102 und 103 für die Phasen A, B bzw. C. Die Signale 0C, 0A und 0ß
werden in einen ersten Eingang der UND-Gatter 101, 102 und 103 eingespeist. In einen zweiten Eingarig
jedes der UND-Gatter 101, 102 und 103 wird das Signal D eingespeist. Das Ausgangssignal des Komparators
98 liegt schließlich an einem dritten Eingang jedes der UND-Gatter 101, 102 und 103. Die
Torimpulse der Phase C von Signal 0C werden an dem
Eingang des UND-Gatters 101 für die Phase A verwendet, da die Abtastwerte der Phase A infolge der
Verarbeitung der Information von Phase A in der Reihenfolge später auftreten, so daß in der Zeit,
in der der zu der Phase A gehörende Summenwert mit einem Grenzwert verglichen wird, während deö
C-Phasenintervalles erscheint. Der Strobimpüls 55 von Signal D beim 32. Bit wird ebenfalls jedem der
UND-Gatter 101, 102 und 103 zugeführt, da der Vergleich eines Summenwertes nicht beendet ist,
ehe das 32. Bit eines Blocks aus 32 Bits erreicht ist. Folglich ergibt ein hohes Potential, das an
dem Ausgang des Komparators 98 für einen Summenwert der Phase A erscheint und angibt, daß der
Summenwert für die Phase A größer als der Grenzwert ist, eine Änderung von einem niedrigen Potential
auf ein hohes Potential an dem Ausgang des UND-Gatters. Dieses Ausgangssignal bildet das Auslösesignal
für die Leitung der Phase A. Die Signale 0 und 0„ werden an den Eingängen der UND-Gatter
102 bzw. 103 aus demselben Grund verwendet, wie er oben für das UND-Gatter 101 erläutert ist. Auch
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werden die Auslösesignale für die Phase B und die Phase C in der gleichen Weise an dem Ausgang des
UND-Gatters 102 bzw. 103 erhalten.
Während die Abtastwertzähler 81, 82 und 83 so eingestellt sind, daß sie ein Ausgangssignal nach dem
Zählen von 128 Abtastwerten abgeben, die zu einem Zeitintervall gehören, das größer als eine Periodendauer,
jedoch kleiner als zwei Periodendauern des Eingangssignales ist, können auch Zähler verwendet
werden, die bei einer kleineren Anzahl von Abtastwerten ein Ausgangssignal erzeugen. Vorteilhafterweise
können Abtastwertzähler verwendet werden, die nach dem Zählen von zu dem Zeitintervall einer Halbschwingung
des Eingangssignales gehörenden Anzahl von Abtastwerten ein Ausgangssignal erzeugen.
Obwohl das Gerät nach Fig. 3 für einen Betrieb beschrieben ist, bei dem der Auslösewert 11 nach Fig.
1 für jeden der drei Phasen der gleiche ist, kann der relative Auslösewert der drei Phasen durch Änderung
der relativen Größen der Eingangssignale durch die Verwendung der Steuerungen 32a, 32b und 32c,
die zu den drei Phasengleichrichtern 32 gehören, verändert werden.
Obzwar für jede der drei Phasen derselbe Grenzwert verwendet ist, kann die Grenzwertsteuerung 96 auch
programmiert sein, um für das Schieberegister 95 unterschiedliche Grenzwer.te bereitzustellen, so daß
unterschiedliche Grenzwerte für jede Phase vorgegeben sind.
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Im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 ist zur Festlegung
der Kurve 10 ein bestimmter Grenzwert L. verwendet und es sind zur Verwendung im Zusammenhang mit
der Kurve 10 spezifische Funktionswerte für die Näherungsfunktion G(I.) entwickelt. Die Vorgabe eines
größeren Grenzwertes, d.h. der in dem Grenzwertschieberegister 95 gespeicherten Zahl und die Verwendung
derselben spezifischen Funktionswerte der Näherungsfunktion, die in dem ROM 50 gespeichert
sind, bewirken eine Verschiebung der Kurve 10 nach oben, in die Ordinatenrichtung. In ähnlicher Weise
bewirkt die Vorgabe eines kleineren Grenzwertes die Verschiebung der Kurve 10 nach unten, in Ordinatenrichtung.
Auf diese Weise kann einfach durch Änderung der Grenzwerte eine Schar von Kurven,
die ähnlich der Kurve 10 sind, erzeugt werden.
Obwohl auch das Gerät nach Fig. 3 in Verbindung mit speziellen in dem ROM 50 gespeicherten Funktionswerten der Näherungsfunktion G(I.) beschrieben ist,
die zu einer Zeit-über-Strom-Kurve, wie nach Fig. 1
gehören, ist ersichtlich, daß andere Kurven mit anderen inversen Formen erzeugt und die zugehörigen
Näherungsfunktionswerte hierfür abgeleitet werden
können.
Es ist ersichtlich, daß der Apparat, obwohl er für die überwachung eines Dreiphasensystemes beschrieben
ist, ebensogut zur Überwachung eines Zweiphasen- und Massesystemes eingesetzt werden kann.
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Claims (11)
1. !Überwachungsgerät zur Erzeugung eines Ausgangs-
v—' signales in Abhängigkeit von dem überschreiten
eines vorgegebenen Auslösewertes durch die Amplitude eines Eingangssignales mit einer ersten Frequenz,
wobei die Zeit für das Auftreten des Ausgangssignales relativ zu dem Zeitpunkt des Überschreitens
des Auslösewertes durch das Eingangssignal in einer reziproken Beziehung zu einein
Mittelwert des Eingangssignales steht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtastschaltung (44/45,
46) vorgesehen ist, die das Eingangssignal (A, B, C) mit einer zweiten,über der Eingangssignalfrequenz
liegenden Frequenz f periodisch eine
erste Folge von Abtastwerten bildend abtastet und deren Abtastwerte in einen Wandler (38) eingespeist
werden, der den Absolutwert jedes Abtastwertes in eine entsprechende Binärzahl konvertiert,
die gemeinsam mit weiteren auf dieselbe Weise erstellten Binärzahlen eine erste
Folge von Binärzahlen bildet und in einem Funktionsgenerator (4 9, 50) in eine hergeleitete
zugehörige weitere Binärzahl umgewandelt wird, die zusammen mit weiteren auf dieselbe Weise
umgewandelten Binärzahlen eine zweite Folge ab-
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geleiteter Binärzahlen bildet, wobei die zweite Folge der Binärzahlen, eine dritte Folge von Binärzahlen
bildend,in einer Summationsschaltung
(60) aufaddiert wird, daß ein mit einer dritten Frequenz ständig getakteter Zähler (81, 82, 83)
beim Erreichen eines vorbestimmten Zählerstandes ein die Summationsschaltung (60) zurücksetzendes
Ausgangssignal abgibt und der Zählerstand erst nach einer Zeit erreichbar ist, die länger
als die Dauer einer Halbschwingung des Eingangssignales (A, B, C) ist, daß eine in Abhängigkeit
von einer zu einem über dem Auslösewert (73) liegenden Abtastwert (74a, 75a, 76a) gehörende
Binärzahl arbeitende Schaltungsbaugruppe (77) vorhanden ist, durch die beim übersteigen
des Auslösewertes (73) durch das Eingangssignal (A, B, C) und beim Verweilen oberhalb des
Auslösewertes (73) der Zähler (81, 82, 83) periodisch, bei einem unterhalb des vorbestimmten Zählerstandes
liegenden Zählerstand derart zurücksetzbar ist, daß beim Fallen des Eingangssignales
(A, B, C) unter den Auslösewert (73) für eine zu dem vorbestimmten Zählerstand gehörenden
Zeit ein Ausgangssignal zu erhalten ist, das die Summationsschaltung (60) zurücksetzt, daß eine
einen Auslösewert (73) enthaltende Grenzwertbaugruppe (95, 96) vorgesehen ist, an die ein Komparator
(98) angeschlossen ist, der ständig jede der Binärzahlen aus der dritten Folge mit dem
Auslösewert (72) vergleicht und ein Ausgangssignal erzeugt, sobald eine Binärzahl der dritten Folge
den Auslösewert (73) übersteigt.
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2. überwachungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Binärzahl der zweiten Gruppe die Funktionswerte einer empirischen Funktion
G(I.) sind, deren Argumente die Größen der Abtastwerte der ersten Folge bilden, derart, daß
die Gleichung
G(I.) = constant
für alle Paare, gebildet aus einem Mittelwert des Eingangssignales (A, B, C) und der Zeit bis zum
Auftreten des Ausgangssignales des überwachungsgerätes,erfüllt ist, wobei N gleich der Anzahl
der Abtastwerte des Eingangssignales (A, B, C) zwischen dem Zeitpunkt, an dem das Eingangssignal
(A, B, C) den Auslösewert übersteigt und dem Zeitpunkt der Abgabe des Ausgangssignale· ist.
3. überwachungsgerät nach Anspruch 1 zur Erzeugung von mehreren Ausgangssignalen jeweils in Abhängigkeit
von dem überschreiten eines zugehörigen Auslösewertes durch die Amplitude des entsprechenden
Eingangssignales aus einer Vielzahl gleichzeitig vorliegender Eingangssignale mit einer
ersten Frequenz, wobei die Zeit für das Auftreten des jeweiligen Ausgangssignales relativ zum
Zeitpunkt des Überschreitens des zugehörigen Auslösewertes durch das jeweilige Eingangssignal
in einer reziproken Beziehung zu einem Mittelwert des jeweiligen Eingangssignales steht,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastschaltung (44, 45, 46) die Vielzahl von Eingangssignalen
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(A, Β, C) nacheinander mit der zweiten Frequenz
abtastet und eine erste Folge von Abtastwerten der Eingangssignale (A, B, C) erzeugt, die sich
aus aufeinanderfolgenden Sätzen von Abtastwerten zusammengesetzt, und gleich indizierte Abtastwerte
aufeinanderfolgender Sätze jeweils eine Unterfolge bilden, zu der die Abtastwerte eines jeweiligen
Eingangssignales (A, B, C) gehören, wobei jede Unterfolge eine Periodendauer aufweist,
die gleich der Periodendauer der ersten Folge multipliziert mit der Anzahl der Eingangssignale
(A, B, C) ist, daß die zweite Folge von Binärzahlen von aufeinanderfolgenden Sätzen gebildet
ist und gleich indizierte Binärzahlen der aufeinanderfolgenden Sätze mehrere Unterfolgen
bilden, bei denen die Periodendauer zwischen den Binärzahlen gleich der Periodendauer der
ersten Folge von Abtastwerten multipliziert mit der Anzahl der Eingangssignale (A, B, C) ist,
daß die Summationsschaltung (60) aufeinanderfolgend die Binärzahlen innerhalb jeder Unterfolge
der zweiten Folge die dritte Folge von Binärzahlen erzeugend aufsummiert, die aus
aufeinanderfolgenden Sätzen von Binärzahlen besteht, wobei zusammengehörende Binärzahlen der
Sätze mehrere Unterfolgen bilden, bei denen die Periodendauer zwischen den Binärzahlen jeder Unterfolge
gleich der Perdiodendauer der ersten Folge von Abtastwerten multipliziert mit der
Anzahl der Eingangssignale ist, daß mehrere zusätzlich zu dem vorhandenen Zähler (81, 82, 83),
weitere ständig mit der dritten Frequenz getak-
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tete Zähler (81, 82, 83) vorgesehen sind, die jeweils
beim Erreichen des vorbestimmten Zählerstandes ein zugehöriges Ausgangssignal erzeugen,
durch das eine zugehörige Binärzahl der dritten Folge in der Summationsschaltung (60) zurücksetzbar
ist, daß eine in Abhängigkeit von einer zu einem über dem Auslösewert (73) liegenden Abtastwert
gehörenden Binärzahl arbeitende Schaltungsbaugruppe (77) vorhanden ist, durch die beim
übersteigen des Auslösewertes (73) von einem der Eingangssignale (A, B, C) und beim Verweilen dieses
Eingangssignales (A, B, C) oberhalb des Auslösewertes (73) der diesem Eingangssignal (A, B, C)
zugeordnete Zähler (81, 82, 83) periodisch bei einem unterhalb des vorbestimmten Zählerstandes
liegenden Zählerstand derart zurücksetzbar ist, daß beim Fallen dieses Eingangssignales (A, B/ C)
unter den Auslösewert (73) für eine zu de» vorbestimmten Zählerstand gehörende Zeit ein Ausgangssignal
zu erhalten ist, das die zugehörige Binärzahl der dritten Folge in der Summationsschaltung
(60) entsprechend zurücksetzt, daß die Grenzwertbaugruppe (95, 96) mehrere Binärzahlen enthält,
die jeweils einen von mehreren Auslösewerten (73) darstellen und daß der Komparator (98) ständig
jede ünterfolge von Binärzahlen der dritten Folge in der Summationsschaltung (60) mit dem jeweils
zugehörigen Auslösewert vergleicht und beim überschreiten dieses zugehörigen Auslösewertes durch
die Binärzahl ein Ausgangssignal abgibt.
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4. Überwachungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Summationsschaltung (60) ein Längsschieberegister (61) zum gleichzeitigen Speichern
eines Satzes von Binärzahlen der dritten Folge aufweist, dessen Ausgang mit dem niedrigstwertigen
Bit voraus an einen Eingang eines Addierers (62) angeschlossen ist, in dessen anderen
Eingang jede der Binärzahlen der zweiten Folge mit dem niedrigstwertigen Bit voraus eingespeist
wird und dessen Ausgangssignal in den Eingang des Schieberegisters (61) zurückgeführt ist,und daß
durch eine Synchronisierung die Zufuhr der Binärzahlen der zweiten Folge in den einen Eingang des
Addierers (62) mit der Zufuhr der Binärzahlen der dritten Folge in den zweiten Eingang des Addierers
(62) derart synchronisiert ist, daß jede der Binärzahlen einer Unterfolge der zweiten Folge
mit den entsprechenden Zahlen einer zugehörigen Unterfolge der dritten Folge addiert werden.
5. Überwachungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Binärzahl der Unterfolgen der zweiten
Gruppe die Funktionswerte einer empirischen Funktion G(I.) sind, deren Argumente durch die Größen
der Abtastwerte der entsprechenden Unterfolge der ersten Folge gebildet sind, derart, daß die
Gleichung
IN
= a constant
für alle Paare aus Mittelwerten des zugehörigen Eingangssignales (A, B, C) und Zeit bis zum Auftreten
des zugehörigen Ausgangssignales des über-
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wachungsgerätes erfüllt ist, wobei N gleich der
Anzahl der Abtastwerte des jeweiligen Eingangssignales (A, B, C) zwischen dem Zeitpunkt, an
dem das Eingangssignal (A, B, C) den Auslösewert (73) übersteigt und dem Zeitpunkt der Abgabe des
zugehörigen Ausgangssignales ist.
6. überwachungsgerät nach Anspruch 1 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die dritte Frequenz zum Takten des oder der Zähler (81, 82, 83) gleich der
zweiten Frequenz ist und der vorbestimmte Zählerstand über der Anzahl der Abtastwerte in einer
Halbschwingung des Eingangssignales (A, B, C) liegt.
7. überwachungsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der vorbestimmte Zählerstand größer als die Anzahl der Abtastwerte in einer Periode
des Eingangssignales (A, B, C) ist.
8. überwachungsgerät nach Anspruch 1 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Mittelwert des Eingangssignales der Effektivwert dieses Eingangssignales
(A, B, C) ist.
9. überwachungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die mehreren gleichzeitig auftretenden Eingangssignale (A, B, C) ein Dreiphasensignal
bilden.
10. überwachungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die mehreren gleichzeitig auftretenden Eingangssignale (A, B, C) zwei Phasensignale
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gegen Masse bilden.
11. überwachungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die einzelnen Auslösewerte (73) untereinander gleich sind.
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Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
US05/971,313 US4219860A (en) | 1978-12-20 | 1978-12-20 | Overcurrent relay apparatus |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |