DE3012726A1

DE3012726A1 - Anzeigeeinrichtung insbesondere zur verwendung bei flugplatzbeleuchtungsanlagen

Info

Publication number: DE3012726A1
Application number: DE19803012726
Authority: DE
Inventors: Leif Vendelbo Jacobsen
Original assignee: GIOERTZ LEIF HEEGAARD; GUNDORF ALBERTUS C
Current assignee: GIOERTZ LEIF HEEGAARD; GUNDORF ALBERTUS C
Priority date: 1979-04-04
Filing date: 1980-04-01
Publication date: 1980-10-16
Also published as: US4323841A; SE440582B; DK146840C; FI801028A; FI69521B; FI69521C; GB2050726A; GB2050726B; BE882616A; SE8002547L; DK146840B; DE3012726C2; DK138279A

Description

Anzeigeeinrichtung insbesondere zur Verwendung bei Flugplatzbeleuchtungs anlagen

Die Erfindung befaßt sich mit einer Anzeigeeinrichtung zur Verwendung bei einer Anlage zur von einer Wechselstromquelle ausgehenden Stromversorgung eines Leitungskreises, der über in Reihe angeschlossene Primärkreise einer Anzahl η von Stromtransformatoren verfügt. Die Aufgabe der Anzeigeeinrichtung besteht darin, die Anzahl m < η derjenigen Transformatoren anzuzeigen, deren Sekundärkreise zu einem gegebenen Augenblick unbe]astet sind; der eigentliche Anzeiger der Anzeigeeinrichtung wird durch ein elektrisches Signal betätigt, das in Abhängigkeit von dem Strom i des Leitungskreises und der Versorgungsspannung u des Leitungskreises an den Anschlüssen der Wechselstromquelle in einer elektronischen Schaltung erzeugt wird.

Ohne die Erfindung hierauf zu beschränken befaßt sich die Erfindung insbesondere mit einer Anzeigeeinrichtung zur Verwendung bei einer Anlage, in der der Sekundärkreis jedes Transformators mit einer elektrischen Glühlampe belastet ist.

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Insbesondere können diese Lampen bei Flugplatzbeleuchtungsanlagen zur Beleuchtung der Startbahn, Rampen etc. dienen.

Andere Beispiele von Anlagen, bei denen die erfindungsgemäße Einrichtung vorteilhaft zur Anwendung kommen kann, sind Straßenbeleuchtungsanlagen und Anlagen, die verhindern sollen, daß Eisenbahnweichen durch Schnee blockiert v/erden, und zwar indem der Schnee geschmolzen wird. In diesem letztgenannten Fall ist eine Anzahl von Schienenweichen je mit einer elektrischen Heizeinheit ausgestattet, die je von dem Sekundärkreis ihres eigenen Transformators aus versorgt ist.

Jedoch wird im folgenden nur auf die bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung Bezug genommen, nämlich auf ihre Verwendung in Verbindung mit Flugplatzbeleuchtungsanlagen.

Wenn bei einer solchen Anlage zu einem gegebenen Augenblick nicht alle η Lampen, sondern m < η Lampen brennen, bedeutet dies, daß eine Unterbrechung irgendwo im Sekunaärkreis des bzw. der zugehörigen Transformatoren vorliegen muß, d. h. diese sind unbelastet, in den meisten Fällen, weil die Lampe(n) ausgebrannt ist bzw. sind.

Bei den bevorzugten Flugplatzbeleuchtungsanlagen sind die Lampen in Reihe geschaltet, jedoch über einzelne Transformatoren. Dies bedeutet, daß trotz der Reihenschaltung nur die defekten Lampen nicht brennen.

Es ist jedoch klar, daß es unangenehm ist, wenn bei einer Flugplatzbeleuchtungsanlage Lampen nicht brennen. Selbstverständlich ist die Situation nicht so schlecht, wenn nur ein kleiner Prozentsatz der Lampen ausgefallen ist, während bei einem Ausfall von vielleicht 10 % der Lampen eine lästige Situation besteht und bei einem Ausfall von vielleicht 20 % die Situation katastrophal ist, v/eil dann für die.Piloten Schwierigkeiten bei

+) nicht 030042/0802

der Orientierung entstehen können, insbesondere während des Landevorgangs unter schlechten Sichtbedingungen.

Es ist daher für zweckmäßig gehalten worden, die Anzahl der ausgefallenen Lampen bei diesen Anlagen mittels einer hierzu entwickelten, geeigneten Anzeigeeinrichtung zu beobachten. Diese Einrichtung sollte vorzugsweise zur Fernüberwachung des Betriebszustandes der Lampen entwickelt sein und könnte vorteilhaft in Verbindung mit dem Wartungspersonal des Flugplatzes installiert sein, das die ausgebrannten Lampen rechtzeitig zn ersetzen hat.

Eine solche Anzeigeeinrichtung ist auch tatsächlich entwickelt worden. Die bekannte Einrichtung arbeitet in Abhängigkeit von der Phasendifferenz zwischen dem Strom des Leitungskreises und der Versorgungsspannung desselben. Jedoch ist das bei der bekannten Einrichtung bewirkte Ausgangssignal eine echte Anzeige der Anzahl m der unbelasteten Transformatoren lediglich so lange, wie sich die Kurvenform der Versorgungsspannung u des Leitungskreises nicht ändert und wie der Strom i des Leitungskreises konstant gehalten ist.

Diese Umstände machen die bekannte Anzeigeeinrichtung weniger brauchbar für die Verwendung in Verbindung mit Anlagen, die mit einer Wechselstromquelle ausgestattet sind, die einen Strom mit einer Kurvenform liefert, der sich von derjenigen unterscheidet, für die die Anzeigeeinrichtung entworfen worden ist, und auch weniger brauchbar zur Verwendung in Verbindung mit Anlagen, die mit einer Wechselstromquelle ausgestattet sind, die über bekannte erste Mittel zur automatischen Konstanthaltung des gelieferten Stroms bei einem festgesetzten Wert und unabhängig von der augenblicklichen Anzahl der unbelasteten Transformatoren und über zweite Mittel zur manuellen Veränderung des festgesetzten Werts für den konstanten Strom des Leitungskreises verfügt. Diese Veränderung ist erforderlich, wenn die Wetterbedingungen es in Hinblick auf—■· Veränderungen der Sichtverhältnisse angezeigt erscheinen lassen,

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die Beleuchtungsintensität der Lampen entsprechend der manuellen Vergrößerung oder Verkleinerung des festgesetzten konstanten Werts des Stroms zu verändern, was der Fall sein kann.

Bei der bekannten Anzeigeeinrichtung führt die Veränderung der Kurvenform und/oder des festgesetzten Wertes des konstanten Stroms des Leitungskreises zu einer Veränderung des Proportionalitätsfaktors, der zum Ausdruck bringt, wie sich die Phasendifferenz zwischen dem Strom des Leitungskreises und der Versorgungsspannung desselben mit Veränderung der Anzahl der unbelasteten Transformatoren verändert; hierdurch ist die Zuverlässigkeit der bekannten Anzeigeeinrichtung reduziert.

Diese eben angegebenen Nachteile sind durch die erfindungsgemäße Anzeigeeinrichtung überwunden, und das von ihr bewirkte Ausgangssignal ist nicht durch die Phasendifferenz zwischen dem Strom i des Leitungskreises und der Versorgungsspannung u desselben bestimmt.

Im Gegensatz hierzu ist die erfindungsgemäße Anzeigeeinrichtung dadurch gekennzeichnet, daß ihr elektronischer Schaltkreis verfügt über Mittel, die in der Lage sind, das elektrische Signal proportional zum Spannungs integral I₊-U^t der Versorgungsspannung u des Leitungskreises zu machen, und zwar ausgehend von der Zeit ^₃, wenn der Strom i des Leitungskreises in jeder Halbperiode den Nullwert annimmt, und bis zur Zeit T, wenn der Strom i des Leitungskreises einen Wert erreicht, der dem Sättigungsstrom i der Transformatoren entspricht, und überMittel zur Schaffung und Subtraktion einer konstanten Kompensationsspannung von dem elektrischen Signal, wobei diese Spannung den Wert des Spannungsintegrals für den Fall darstellt, daß kein Sekundärkreis der Transformatoren unbelastet ist, um so ein endgültiges Spannungssignal zu erreichen, das an den eigentlichen Anzeiger weitergegeben wird.

In der Praxis wird die Kompensationsspannung ein für allemal so eingestellt, daß der Zeiger des eigentlichen Anzeigers .

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gerade ruhig auf Null steht, wenn dafür Vorsorge getroffen ist, daß kein Transformator unbelastet ist.

Im folgenden wird eine beispielhaft zu verstehende Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung bei Verwendung bei einer Flugplatzbeleuchtungsanlage sowie der theoretische Hintergrund dieser Einrichtung weiter ins einzelne gehend und unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; in den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Flugplatzbeleuchtungsanlage unter Einschluß einer erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung und

Figur 2 vier charakteristische periodische Kurven a, b, c und d zur Darstellung der Veränderung der Versorgungsspannung u des Leitungskreises und des Stroms i desselben über der Zeit t bei unterschiedlichen Begleitumständen.

In dem einen Schaltplan darstellenden Teil der Figur 1 sind vier Lampen 1 bis 4 dargestellt, die über Transformatoren I¹ bis 4¹ an einen Leitungskreis 5 angeschlossen sind, der auch eine Wechselstromquelle 6 in der Form eines Transformators zur Stromversorgung von η Lampen über η identische Transformatoren umfaßt,wobei von den η Lampen nur die oben angegebenen Lampen 1 bis 4 dargestellt sind. Diejenigen Teile des Leitungskreises 5, in denen die (n-4) Lampen über entsprechende Transformatoren eingesetzt sind, sind in gestrichelten Linien dargestellt und mit 5¹ und 5" gekennzeichnet.

Die Wechselstromquelle 6 besitzt Ausgangsanschlüsse 9 und 10, an denen der Leitungskreis 5, 5¹, 5" angeschlossen ist und an denen die Spannung u des Leitungskreises anliegt, und Eingangsanschlüsse 7 und 8 zum Anschluß an das Versorgungsnetz über bekannte, nicht dargestellte Mittel zur automatischen Konstanthaltung des Stroms i des Leitungskreises auf einem festgesetzten

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Wert unabhängig von den Veränderungen der Impedanz im Leitungskreis .

Zwischen dem Versorgungsnetz und den Anschlüssen 7 und 8 sind, ebenfalls nicht dargestellte bekannte Mittel vorgesehen, um eine schrittweise Veränderung des festgesetzten Werts des Stroms manuell auszuführen, und zwar in Hinblick auf die Veränderung der Beleuchtungsintensität der Lampen in Übereinstimmung mit Veränderungen der Sichtbedingungen oder auf Anforderung der Piloten.

Aus Figur 1 ist des weiteren zu ersehen, daß ein Spannungstransformator 11 (Meßwandler) zwischen den Anschlüssen 9 und vorgesehen ist. Seine Sekundärspannung ist proportional der Spannung an den Ausgangsanschlussen 9 und 10 der Wechselstromquelle 6 und leistet einen Beitrag zur Gewinnung des Spannungs-

Γτ

integrals .udt in der elektronischen Schaltung. Jt₀

Darüber hinaus ist ein weiterer Transformator 12 (Meßwandler) vorgesehen. Der Primärkreis desselben ist in den Leitungskreis 5, 5¹, 5" eingesetzt und so in Reihe zu den Primärkreisen der η Lampentransformatoren geschaltet. Wenn ein geeigneter Ohmscher Widerstand den Sekundärkreis des Transformators 12 überbrückt, ist die Spannung über diesen Widerstand proportional dem Strom i, der in dem Leitungskreis 5, 5¹, 5" fließt. Auch diese Spannung leistet einen Beitrag zur Gewinnung des Spannungsintegrals

ll^uat·

Die Kurven a bis d der Figur 2 sind je in ihrem eigenen Koordinatensystem dargestellt worden, wobei die Abszisse in allen vier Fällen den Ablauf der Zeit t berechnet von einem gemeinsamen Nullpunkt aus darstellt.

Für die Kurve a stelLt^lie Ordinate die Versorgungsspannung u des Leitungskreises gemessen in Volt und für die Kurven b bis d stellt die Ordinate den Strom i des Leitungskreises gemessen in Ampere unter den nachfolgend angegebenen Betriebsbedingungen

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— Q _

die Kurve b zeigt, wie sich der Strom des Leitungskreises verändert, wenn alle Lampen brennen,

die Kurve c gilt für den Fall, wenn eine bestimmte Anzahl von Lampen nicht brennt,

und die Kurve d gilt für den Fall, wenn die in Hinblick auf die Kurve c doppelte Anzahl von Lampen nicht brennt.

Die Kurve a ist eine graphische Darstellung der Ausgangsleistung des Transformators 11, während die Kurven b bis d je eine graphische Darstellung der Ausgangsleistung des Transformators 12 sind.

Im folgenden wird der theoretische Hintergrund für die Entwicklung der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung angegeben.

Der augenblickliche Wert der Spannung u kann aus der nachfolgen den Differentialgleichung erhalten werden:

C idt (1)

wobei i der augenblickliche Strom des Leitungskreises, t die Zeit, L die gesamte augenblickliche Induktanz und R der gesamte Ohmsche Widerstand des Leitungskreises (der Ohmsche Widerstand der Lampe wird an den Primärkreis der Transformatoren, d. h. den Leitungskreis, übergeführt) und C die Gesamtkapazität zwischen den Anschlüssen 9 und 10 ist.

In der oben angegebenen Differentialgleichung sind das zweite und das dritte Glied (Ri und ic idt) vernachlässigbar im Vergleich zu dem ersten Glied (- L-rr ) ι weil C klein ist und auch der größte Wert von i, der im örtlichen Zusammenhang in Betracht kommt, klein ist (er variiert zwischen Null und i„, wobei der letztgenannte Wert bereits klein ist). —.

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Daher kann die Gleichung vereinfacht geschrieben werden als:

^U " *"^L dt oder, (2)

udt » -L di oder, ■ (3)

Judt - - J L di (4)

Wenn L₁, L₀, L.. L die jeweilige Selbstinduktion der η

Δ. £ι ό Ii

Transformatoren ist, kann die Gleichung (4) auch geschrieben werden als:

/udt - - Jl₁Hi - jL₂di - jL₃di -Jl₁₁₁

di (5)

Wenn angenommen wird, daß alle η Transformatoren in dem Leitungskreis identisch sind, und wenn ihre Primärkreise in Reihe im Leitungskreis angeschlossen sind, ist der durch den Primärkreis jedes der Transformatoren fließende Strom zu jeder Zeit identisch.

Wenn eine Lampe defekt wird (ausbrennt), wodurch der zugehörige Transformator unbelastet wird, wächst die Selbstinduktion (Induktanz) des Transformators erheblich über diejenige eines mit einer brennenden Lampe belasteten Transformators an. Bei Transformatoren der für den hier in Frage kommenden Zweck verwendbaren Art wächst die Selbstinduktion um einen Faktor in der Größenordnung von etwa 50 bis 100. Jedoch wächst die Selbstinduktion nur in bestimmten Zeitintervallen innerhalb einer halben Periode des Wechselstroms i, der durch den Primärkreis des unbelasteten Transformators (und diejenigen der mit einer Lampe belasteten Transformatoren) fließt. Die genannten Zeitintervalle sind also diejenigen beiden, innerhalb der der Strom i von Null auf i = ±_M ansteigt und von i auf NuIi ab-

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fällt {vgl. Kurven c und d der Figur 2). Der Wert i , der sogenannte Sättigungsstrom des Transformators, ist ein charakteristisches Merkmal für jeden einzelnen Transformator, aber selbstverständlich für identische Transformatoren gleich und ist der Strom, der ausreicht, den Eisenkern des Transformators magnetisch zu sättigen.

In dem Zeitintervall zwischen den beiden oben angegebenen Intervallen steigt der Wert des Stroms i von i = i auf i = i , und fällt der Wert i auf i = i_M ab. In diesem Zwischenintervall ist der Eisenkern des unbelasteten Transformators magnetisch gesättigt mit der Folge, daß die Selbstinduktion des betroffenen Transformators in diesem Zeitintervall nicht länger das 50 bis 100-fache des Normalwertes beträgt, sondern fast Null. Dies bedeutet, daß in dem Zwischenintervall der unbelastete Transformator nur einen Ohmschen, aber praktisch keinen induktiven Widerstand für den Strom i darstellt, der durch den Leitungskreis 5, 5", 5" fließt, der seinerseits die Primärkreise sowohl des unbelasteten Transformators als auch der normalerweise belasteten Transformatoren umfa£⁽..

Der in Figur 2 dargestellte Vergleich zwischen den Kurven a bis d läßt erkennen, daß der Auftritt des Ausfalls einer oder mehrerer Lampen (mit den hieraus folgenden drastischen Induktanzanderungen für kleine Werte des Stroms i wie angegeben) zu einer Veränderung der Kurvenform der Kurven c und d führt im Vergleich zur Kurve b. Der Vergleich zeigt des weiteren, daß der Ausfall einer oder mehrerer Lampen einen weiteren Effekt zur Folge hat, nämlich eine Verschiebung nach rechts zwischen der Spannungskurve a einerseits und den Stromkurven b bis d andererseits.

Anders oder genauer ausgedrückt kann festgestellt werden, daß mit zunehmender Anzahl der ausgefallenen Lampen (d. h. der unbelasteten Transformatoren) die Stromkurven flacher werden nahe an dem Punkt, wo der Strom i gleich Null ist, und die erwähnte Verschiebung um so größer ist.

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Die Gleichung (5) wird jetzt modifiziert, um den vorstehenden Erläuterungen Rechnung zu tragen. Die Integration, der die Glieder zu beiden Seiten des Gleichheitszeichens unterzogen werden, wird jetzt ausgeführt zwischen festgesetzten Werten für t und i, nämlich zwischen t = t₀ entsprechend i = Null und t = T entsprechend i = i_M, d. h. dem weiter oben erwähnten Sättigungsstrom. Im Stromintervall i = Null bis i = i ist der Kern keiner der Transformatoren gesättigt. Wenn m Lampen von η Lampen ausgefallen sind, lautet die modifizierte Gleichung:

^Tudt - -mKdi - (n-m) Γ^M L_Ndi (6)

J ^x JO ^1N

wobei L die Selbstinduktion eines Transformators mit unbelastetem Sekundärkreis und L die Selbstinduktion eines Transformators ist, dessen Sekundärkreis mit einer Lampe belastet ist.

Wird jetzt berücksichtigt, daß L und L von i unabhängig sind, was möglich ist so lange, wie i im Intervall von i = Null bis i = i„ variiert, so lautet die Gleichung:

udt

₍₇₎

Aufgelöst nach m ergibt sich die Gleichung dann zu:

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Durch Einfügung von ^

5 ^a A, und

^LM ^{n 1}M ^{β B}'

wird der nachfolgende bedeutsame Ausdruck erreicht:

ro « A( udt + B)

■M) ο

Diese Gleichung sagt aus, daß ausgehend von einem konstanten Zusatz B die Anzahl m der ausgefallenen Lampen jederzeit proportional dem Integral der Versorgungsspannung u des Leitungskreises in dem gegebenen Intervall (von t₀ bis T) ist. Es sollte beachtet werden, daß die angegebene Gleichung gute Gültigkeit hat für irgendwelche zwei Angaben der Zeit t_o und T, wenn nur die entsprechenden festgesetzten Vierte von i die Bedingung 0 = i < i = i erfüllen, wobei sich jedoch die Werte

t₀ 1 M

von A und B mit der Wahl von i und i_ verändern. Wenn bzw. da i -- Null und i = i leicht und einfach reproduzierbar sind, wird jedoch in bevorzugter Weise t_o als die Zeit gewählt, zu der i von Null ansteigt, und T als die Zeit gewählt, zu der i den

Wert i_. annimmt. M

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, wie die Aussage gemäß Gleichung (9) in der Praxis auf der Basis von Signalen dargestellt wird, die von dem Spannungstransformator 11 und dem Transformator 12 empfangen werden, und wie die elektronische Schaltung, die durch die mit den Bezugsziffern 13 bis 23 in Figur 1 bezeichneten Teile identifiziert ist, erfindungsgemäß gestaltet ist.

Mit 13 ist ein Ohmscher Widerstand bezeichnet, nämlich der vorstehend angesprochene Widerstand, der die Sekundäranschlüsse des Stromtransformators 12 überbrückt und der dazu dient, den Sekundärstrom des Transformators zu einer Spannung proportional dem Strom und dem Strom i in dem Leitungskreis 5, 5', 5" um-

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zuformen.

14 und 15 sind Tiefpaßfilter, die dazu dienen, unerwünschte "Fremd"-Frequenzen, "Geräusche", aus der Spannungskurve zu beseitigen, die die Spannung an den Sekundäranschlüssen des Spannungstransformators 11 und des Stromtransformators 12 darstellt.

16 und 17 sind Gleichrichter, und 18 ist eine logische Schaltung zur Steuerung eines Integrators 19. Die Funktion der Elemente 18 und 19 wird weiter unten noch weiter ins Detail gehend beschrieben werden.

20 ist eine Subtraktionsschaltung, der eine Spannung von einem Potentiometer 21 aus zugeführt wird. 22 ist ein Anzeiger, ein Zeigerinstrument, zur Anzeige, wieviele, nämlich m, von η Lampen zu einem gegebenen Augenblick nicht brennen. Seine Skala kann so kalibriert sein, daß der Zeiger direkt die Anzahl m oder den Prozentsatz m/n * 100 ausgefallene Lampen anzeigt. 23 stellt Anschlüsse dar, an denen modifizierte Anzeiger angeschlossen werden können, beispielsweise ein Alarmgeber für ein sichtbares Signal (rote Lampe) oder ein hörbares Signal (Glocke), wenn der Prozentsatz der nicht brennenden Lampen den Wert von etwa 10 überschreitet, und der auch ein Signal liefern kann, wenn der Prozentsatz den Wert von etwa 20 überschreitet.

Die aus den Elementen 13 bis 21 bestehende elektronische Schaltung arbeitet beim Ausfall von m Lampen von insgesamt η Lampen wie folgt.

Der Spannungstransformator 11 liefert ein Wechselstromspannungssignal, das jederzeit proportional dem augenblicklichen Wert der Spannung u an den Anschlüssen 9 und 10 ist. Nach seiner Filterung in 14 und Gleichrichtung in 16 wird das Spannungssignal dem ersten Eingang des Integrators 19 zugeführt.

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In gleicher Weise liefert der Stromtransformator 12 ein Wechselstrom-Stromsignal, das jederzeit proportional dem augenblicklichen Wert des Stroms i ist, der in dem Leitungskreis 5, 5¹, 5" fließt. Infolge des Ohmschen Brückenwiderstands 13 wird das Wechselstrom-Stromsignal in ein Wechselstrom-Spannungssignal proportional zu diesem und (zu dem Strom i des Leitungskreises) zu dem Strom i des Leitungskreises umgesetzt. Das von dem Stromtransformator 12 kommende Spannungssignal wird anschließend in 15 gefiltert und in 17 gleichgerichtet und anschließend der logischen Schaltung 18 zugeführt.

Diese logische Schaltung 18 verfügt über ein übliches Einstell/ Rückstell-Plipflop, das durch zwei Vergleicher I und II betätigt wird, und mit zugehörigen Potentiometern I¹ und II¹.

Jeder Vergleicher besitzt zwei Eingänge und einen Ausgang. Das Flipflop besitzt einen Ausgang und zwei Eingänge, d. h. einen "Einstell"-Eingang und einen "Rückstell"-Eingang. Der "Einstell"-Eingang ist an den Ausgang des Vergleichers I angeschlossen. Der "Ruckste11"-Eingang ist an den Ausgang des Vergleichers II angeschlossen. Der Ausgang des Flipflop ist an einen zweiten Eingang des Integrators 19 angeschlossen, der insgesamt zwei Eingänge und einen Ausgang besitzt.

Das Ausgangssignal des Gleichrichters 17 wird im logischen Schaltkreis 18 sowohl einem Eingang des Vergleichers I als auch dem entsprechenden Eingang des Vergleichers II zugeführt. Jedes der beiden Potentiometer I¹ und II¹ ist in der Lage, eine Spannung zu liefern, die für das Potentiometer I¹ einen Wert entsprechend i = Null und für das Potentiometer II¹ einen Wert entsprechend i = i_M besitzt. Die Spannung des Potentiometers wird dem verfügbaren Eingang des Vergleichers I zugeführt, und d.ie Spannung des Potentiometers II¹ wird dem verfügbaren Eingang des Vergleichers II zugeführt.

In der logischen Schaltung 18, die beispielsweise in der oben beschriebenen Weise gestaltet sein kann, läuft innerhalb einer

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Halbperiode von i und innerhalb der anschließenden Halbperioden folgender Vorgang ab.

Wenn der Strom i in dem Leiterkreis 5, 5¹, 5" (zur Zeit t_o) den Wert Null erreicht, wird der Vergleicher I betätigt, um so das Flipflop einzustellen und festzuhalten, bis der Strom i (zur Zeit T) den Wert i erreicht. Sobald dies geschieht, wird der Vergleicher II betätigt, der seinerseits das Flipflop zurückstellt und festhält, während i von i auf i anwächst und wieder von i über i auf i = Null abfällt, wenn eine neue Halbperiode beginnt und das Flipflop wieder eingestellt wird, usw. Mit anderen Worten ist das Flipflop erregt (oder auf "logisch 1" geschaltet) im ersten Teil der Halbperiode von t = t_o bis t = T und "abgefallen" (oder auf "logisch O" geschaltet) im übrigen Teil, d. h. der Ausgang der logischen Schaltung 38 liefert einen Spannungsimpuls während der Zeitspanne von t = t_a bis t = T in jeder Halbperiode und keinen Impuls im übrigen Teil der Halbperiode.

Der genannte Impuls ist oben bereits angesprochen worden als derjenige, der dem zweiten Eingang des Integrators 19 zugeführt wird, in dem er zur Betätigung eines Analogschalters verwendet wird, der es der logischen Schaltung 18 möglich macht, die Ausgangsspannung des Gleichrichters 16 zwischen den Grenzen t₀ und T zu integrieren und den Mittelwert desselben zu errechnen, der dann als Ausgangssignal des Integrators 19 in Erscheinung tritt. Dieses Ausgangssignal ist das, was im Anspruch als das elektrische Signal bezeichnet wird, das in der elektronischen Schaltung bewirkt wird, und zwar als proportional

ίτ

zum Spannungsintegral j.udt, wobei aus dem Vorstehenden zu ersehen ist, daß es sich tatsächlich so verhält.

An dieser Stelle der Beschreibung ist es zweckmäßig, einen weiteren Blick auf Figur 2 zu werfen, da diese in graphischer Darstellung zeigt, was in der elektronischen Schaltung, insbesondere in den Zeilen 18 und 19 derselben, vorgeht.

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In dem-Koordinatensystem sind zwei die Stromkurve b betreffende charakteristische Ordinaten gezeichnet und nach oben bis zum Schnitt mit der Spannungskurve a verlängert. Eine dieser beiden Ordinaten geht durch den Punkt, in dem die Stromkurve b die
Abszisse bzw. Zeitachse t schneidet. Dieser Punkt stellt die Zeit t₀ dar, zu der i gleich Null ist. Die andere Ordinate geht durch den Punkt, in dem die Kurve b eine Linie parallel und in einem Abstand von i = i._ oberhalb der Zeitachse

schneidet. Dieser Punkt stellt die Zeit T dar, zu der i = i_M ist.

Die beiden somit ein Paar bildenden Ordinaten sind in einem
Abstand voneinander dargestellt, der in Figur 2 mit 24 bezeichnet ist und der ein Zeitintervall gleich T - t_o darstellt.

Die Spannungskurve a umschließt zusammen mit den beiden
Ordinaten und der Zeitachse für die Kurve a einen Bereich,
der in Figur 2 nicht schraffiert ist.

Entsprechende Paare von Ordinaten sind hinsichtlich der Stromkurven c und d dargestellt, wodurch zwei weitere Bereiche in Erscheinung treten ,deren einer auf den Ordinaten der Stromkurve c basiert und nach "unten rechts" schraffiert ist und
deren anderer auf den Ordinaten der Stromkurve d basiert und nach "oben rechts" schraffiert ist. Der Abstand zwischen den Ordinaten der genannten Paare ist für die beiden letztgenannten Fälle mit 25 und 26 bezeichnet.

ίτ

Jeder der drei Bereiche ist proportional zu Ludt, und zwar
gleichgültig ob auf der Grundlage der Kurve a, b, c und d,
jedoch sind die Werte von t_o und T in den drei Fällen unterschiedlich, nämlich wie folgt:
Kurve b: t_d ist die Zeit, wenn i = Null ist, und T ist die Zeit,

wenn i = i.. ist, wobei die i-Werte aus der Kurve b entnommen M

sind, die die Situation darstellt, wenn alle Lampen brennen; nicht schraffierter Bereich.

Kurve c; hier sind die i-Werte aus der Kurve c entnommen, die

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die Situation darstellt, wenn eine bestimmte Anzahl der Lampen nicht brennt; "nach unten rechts" schraffierter Bereich. Kurve d; Die i-Werte sind aus der Kurve d entnommen, die die Situation darstellt, wenn die in Hinblick auf die Kurve c doppelte Anzahl von Lampen nicht brennt; "nach oben rechts" schraffierter Bereich.

Aus den vorstehenden Ausführungen ist zu ersehen, wie das

IT

Sp annungs integral Ludt graphisch dargestellt wird als ein "·..-.-reich und daß dieser Bereich proportional dem Ausgangssignal des Integrators 19 ist, der in oben angegebener Weise gesteuert ist.

Das Ausgangssignal des Integrators 19, das das in der elektrischen Schaltung bewirkte elektrische Signal ist, ist die konstante, einfache arithmetische mittlere Spannung als Ergebnis der in dem Integrator 19 durchgeführten "Glättung" für einen gegebenen Wert der Anzahl m der ausgefallenen Lampen.

Diese Anzahl ist zwar nicht proportional dem genannten "elektrischen Signal", jedoch kann die Beziehung durch die nachfolgende Gleichung beschrieben werden:

m = A( *udt +B) (9)

wobei A und B konstant sind, und zwar so lange, wie t₀ und T konstant gehalten sind und 0 = i = i ist.

Wenn m = Null ist, d. h. wenn alle Lampen brennen, soll das endgültige Ausgangssignal, das dem eigentlichen Anzeiger zugeführt wird, Null sein. Aus der Gleichung (9) ist zu ersehen,

Tt

daß in diesem Fall B gleich sein muß - udt .

Wenn m = m > Null ist, kann die Gleichung (9) neu geschrieben werden wie folgt, und zwar durch Einfügung des Wertes für B, wie eben angegeben:

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wobei das erste Integral sich mit m verändert, während das letztgenannte Integral konstant ist und m = Null entspricht. Dies bedeutet, daß eine festgesetzte Spannung, die Kompensationsspannung, subtrahiert werden muß in der Substraktionsschaltung

20 von iudt ,
J °m=m

um den eigentlichen Anzeiger 22 so abzustimmen, daß er die echte Anzahl m der defekten Lampen anzeigt.

B=-j^udt wird dargestellt durch den nicht schraffierten,

oben in Verbindung mit der Kurve a der Figur 2 erwähnten Bereich, und sein Erscheinen in den Gleichungen (9) und (1O) beruht auf der Tatsache, daß sogar dann, wenn alle Lampen brennen (m = Null), eine Induktanz in dem Leitungskreis 5, 5¹, 5" zu beobachten sein würde, die Veranlassung zu einer bestimmten Ablenkung des Zeigers des eigentlichen Anzeigers 22 geben würde, wenn dieser direkt an den Integrator 19 angeschlossen wäre. Wenn m Lampen defekt sind, würde die genannte bestimmte Ablenkung zusätzlich zu der Ablenkung hinzukommen, die auf den m defekten Lampen beruht. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit zur Subtraktion einer Kompensationsspannung von dem elektrischen Ausgangssignal des Integrators 19, wobei die Kompensations-

(Vp

spannung gleich ist l^udt , wobei diese Subtraktion in der

Subtraktionsschaltung 20 durchgeführt wird.

Zu diesem Zweck ist ein Potentiometer 21 vorgesehen, von dem aus eine Gleichstrom-Kompensationsspannung der Subtraktionsschaltung 20 zugeführt wird, in der diese von dem Ausgangssignal subtrahiert wird, so daß eine Spannung gleich

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ORIGINAL INSPECTED

-A(I. udt - . udt) am Ausgang der Subtraktionsschaltung 20 ' ^lo m=m J ° m=0

zur Verfügung steht.

Der eigentliche Wert der Spannung, der von dem Potentiometer

geliefert werden muß, kann aus der Gleichung B = - Frudt

J^o _m=o

errechnet werden, aber es ist einfacher und leichter und genauer, das Potentiometer experimentell einzustellen, wenn die gesamte Anlage betriebsbereit installiert ist, nämlich wie folgt:

Der eigentliche Anzeiger 22 wird elektrisch an die Ausgangsanschlüsse der Subtraktionsschaltung 20 angeschlossen, und es wird sichergestellt, daß alle η Lampen brennen, d. h. m = Null. Unter diesen Bedingungen sollte der Zeiger des Anzeigers 22 auf Null stehen, er wird jedoch ohne Zweifel abgelenkt sein, da das Potentiometer 21 zufällig eingestellt ist. Der Knopf 21 wird dann gedreht oder langsam verschoben in der Richtung, daß die Ablenkung des Zeigers kleiner wird. Die Bewegung des Knopfs 21 wird so lange fortgesetzt, bis der Zeiger die Null genau erreicht. Die entsprechende Einstellung des Knopfs 21 ist die eigentlich richtige, d. h. die richtige Spannung wird dann in der Subtraktionsschaltung 20 subtrahiert.

Im übrigen wird die Kalibrierung der äquidistanten Skala auf dem eigentlichen Anzeiger in einer entsprechenden Weise nach Einstellung des Potentiometers 21 ein für allemal eingestellt, v/obei eine Lampe entfernt wird, damit der Zeiger zu einem bestimmten Punkt auf der Skala ausschlägt. Dieser Punkt wird mit 1 markiert. Dann wird eine weitere Lampe entfernt, damit der Zeiger einen zusätzlichen Ausschlag ausführt. Der so erreichte Punkt wird mit 2 markiert, usw.

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DIPL.-ING. (1934-1974) DIPL.-CHEM. DIPL.-ING.

₁ /fc

8000 MÖNCHEN 80 LUCILE-GRAHN-STRASSE 22

TELEFON: (089)47 29 47 TELEX: 524624 LEDER D TELEGR.: LEDERERPATENT

28. März 19 80 M/Tr

Christian Gundorf Albertus, Kirkeasen 41, 2850 Närum, Dänemark Erik Steinmann Hansen, Xildebakkegards Alle 111 C, 2860 Söborg,

Dänemark Leif Heegaard Giörtz, Sankt Thomas Alle 3, 1824 Kopenhagen V,

Dänemark Leif Vendelbo Jacobsen, Slettevej 17, 2860 Söborg, Dänemark

P atentanspruch

Anlage zur von einer Wechselstromquelle ausgehenden Stromversorgung eines Leitungskreises, der über in Reihe angeschlossene Primärkreise einer Anzahl η von Stromtransformatoren verfügt, mit einer Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Anzahl m <. η derjenigen Transformatoren, deren Sekundärkreise zu einem gegebenen Augenblick unbelastet sind, wobei der eigentliche Anzeiger der Anzeigeeinrichtung durch ein elektrisches Signal betätigbar ist, das in Abhängigkeit von dem Strom i des Leitungskreises und der Versorgungsspannung u des Leitungskreises an den Anschlüssen der Wechselstromquelle in einem elektronischen Schaltkreis erzeugt wird^d^a^ijrch gekennzeichnet, daß-.

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der elektronische Schaltkreis verfügt über Mittel, die in der Lage sind, das elektrische Signal proportional zum Spannungs-

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udt der Versorgungsspannung u des Leitungskreises ^o
vj, -j , j ) zu machen, und zwar ausgehend von der Zeit t_Q , wenn der Strom i des Leitungskreises in jeder Halbperiode den Nullwert annimmt, bis zur Zeit T, wenn der Strom i des Leitungskreises einen Wert erreicht, der den Sättigungsstrom i der Transformatoren (I" bis 4¹) entspricht, und über Mittel zur Schaffung und Subtraktion einer konstanten Kompensationsspannung von dem elektrischen Signal, wobei diese Spannung den Wert des Spannungsxntegrals für den Fall darstellt, daß kein Sekundärkreis der Transformatoren unbelastet ist, um so ein endgültiges Spannungssignal zu erreichen, das an den eigentlichen Anzeiger (2 2) weitergegeben wird.

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