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Stand der Technik ist ein Verfahren zum Betrieb eines Lichtbogemians,
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dessen Leistungsaufnahme regelbar ist, z. E. mittels eires l,a; ìr.;
ors mit Stufenschalter-Steuerung, sobei die auftretenden Flicken $@ein@@ch mit Hilfe
eines Flickermeßgerätes ständig erfaßt werden, die Meßergebnisse einem Soll-Ist-Vergleich
unterzogen werden und bei Öberschreiten eines oberen Sollwertes bzw. Unterschreiten
eines unteren Sollwertes während eines vorgegebenen Zeitabschnittes die Leistunoseinjri
ngung erniedrigt bzw.
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erhöht wird, z. B. dadurch, daß der Transformator auf eine niedrigere
DZ höhere Sekundärspannung umgeschaltet wird, bei dem in einem ersten Kanal innerhalb
gleichlanger Zeitabschnitte die relative Häufigkeit der Pegel überschreitung seit
dem Ende des vorhergenenden Zeitabschnittes (Bildung des Quotienten aus der Pagelüberschreitungsdauer
und der Dauer des Zeitabschnittes ermittelt wird, in mindestens einem zweiten-(Intervall-)
Kanal die relative Häufigkeit der Pegel überschreitung seit Beginn eines laufenden,
sich über mehrere Zeitabschnitte erstreckenden Meßi@@ervalls (Bildung des Quotienten
aus Gesamt-Öberschreitungsdauer und der Dauer des laufenden Meßintervalls) ermittelt
wird, sowie die ermittelten relativen Häufigkeiten der Pegel überschreitung in der
Weise zur Erteilung eines Stellbefehls an das Stellglied für die Leistung, z. B.
eines Schaltbefenls an die Stufenschalter-Steuerung des Transformators, verwertet
werden, die Freigabe zur Umstellung auf niedrigere Leistung erfolgt, z. B. die U,-schaltung
auf eine niedrigere Schaltstufe, wenn in beiden Kanäler oder dem zweiten Kanal der
Sollwert überschritten wird, die Freigabe zur Ums@ellung auf eine höhere Leistung
erfolgt, wenn der Sollwert in beiden Kenälen unterschritten wird, und keine Ändeung
erfolgt, wenn der Sollwer im ersten Kanal unter-, im zweiten Kanal jecoch überschritten
wird.
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Die vorliegende Erfindung betrifft derpegenöber ein VErfahren zum
Messen und Regeln der auf ein vorgegebenes eoer festgelegtes Meßintervall bezogenen
relativen Oberschreituncsdauer eines festgelecten oder ereinJar9en Pegels durch
eine stochastische Größe, z. B. der Dauer eines über der Reizschwelle liegenden
Flickereffektes, wobei die stechastische Größe durch einen Meßwertgeber erfaßt und
ein Kennwert ihres statistisch enmittelten zeitlichen Verlaufs zur Beeinflussung
inrer zukünftigen Werte mittels Stellorgan und Regler benutzt wird.
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Die Erfintung stellt sich die Aufgebe, zweckraßige Verfahren für die
quesi @@@@@@@liche Durchfährung des @@ß- und Regelvorganges vorzuschlagen, die,
s@fens ein @@@@eter Keßwertumfoirmer verwsndet wird, auch niche @@cktrische stechastische
Srö@en ver@beiten konaen.
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Die geren@t Auf@@@@e @irdde dadurch gelost. da der Mo@entamert der
stachastischen Grdie els binare Aussage "festgelegter POegel überschritten" bzw.
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"festgele@ter P@@@ nicht überzenritten" auf einen Speicharglatz g@@@ben
zird. der d@@@@@@p@@@zch@@@@unkt zugeordmet ist.
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In der folgenden Erläuterung werden als Beispiel fär eine stechastische
Gr@e die Flickererscheinungen zugrunde gelegt, die sich beim Betrieb von Verbrauchern
elektrischer @nergie mit sch@ellwechselnaer Last als Rück@irkung im Vorsergungen@tz
ergoben. Es wird @@@ ousdröcklich derauf @@@@@@-sen, daß das erfindungsgemsße Verfchren
nicht auf die als @eispiel beschriotune Anwerdung beschränkt ist, schdant allgemein
zur @berwackung der Gre@zwerte regelles schwankender (stochestischer) Gräßen geeignet
ist.
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@egelles schwankende physikalische Größen mässen in technischen Anlagen
beinche auspa@mslos in gewissen Grenzen gehalten werden. Bzbei wrid oft eine kerzzeitige
Gber- oder Untarschreitung eines bestimmten Pagels @@@@-det. Es ist sogar zweckmeßig.
zur Kontrolle des zeitlichen Verleufer, einen Grenzwert zu wahlen, der gelegentlich
doch nicht eingehalten wird. weil die Fuaktichst@chtigkeit der gesamten Öberwachungseinrichtung
auf dieser@@@@ indirekt ä@@@prüft wird. Eine Oberwachungseinrichtung för einen nie@als
überscinittenen Pegel müßte dagegen in bestimmten Zeitatstenden durch die künstliche
Nachahmung einer Pegelüberscheitung geprüft werden. damit men sich auf sie verlassen
kann.
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Im folgenden werden nur die Oberschreitungen eines oberen Pegels behandelt.
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Sinngem@@ das glciche gilt jedoch auch für die Unterschreitungen eines
unteren Pagels, sofern in einem besti@@ten Zusamenhang diese von Eseutung sind.
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Bei vielen Anwendungen kann die regellose Schwankung nicht @@@ einem
ergo dischen stochastischen Prozeß gleichgesetzt werden. Des nach@tehend be-Schriebene
Verfahren ist jedoch für alle regellose'Schwanku anwendbar Weil es aus dem VErweildauer
Klassierverfahren abgeleitet @@@@ Das einfachste Merkaml einer Kurzzeitigen Pegelüberschreitung
ist ihre Dau er. Das einfachste Merkmal mehrer Oberschreitngen des gleichen Pegles
ist der Quotient: gesamtde Oberschreitungsdauer/Beobachtungsdauer=relativ Pegelüberschreitungsdauer.
Weitere Merkmale der Pegelüberschreitungen sind dadurch gegeben, daß man ihre Einzel
werte als Elemente einer statistischer Gesamtheit betrachtet. Dann kann man den
Mittelwert, die Varianz und auch andere bekannte statistische Kenngrößen der Pegelüberschreitangen
in ein festgelegten Zeitintervall T berechnen. Bei nicht stationären stochastischen
Prozessen schwanken zumindest einige dieser statistischen Merkamle Laufe der Zeit.
Am Beispiel der relativen Pegelüberschreitungsiauer soll gezeigt werden, wie man
diese Schwankuncen erfassen und gegebenenfalls mit einem Registriergerät aufzeichnen
kann.
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Beim Regeln technischer Anlagen muß dafür gesorgt werden, daß die
relative Pegelüberschreitungsdauer einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
Das gilt auch für die oben erwähnten Flickererscheinungen. die sich dann ergeben,
wenn zwischen der aufgenommenen Leistung und der Netzkurzschlußleistung ein ungünstiges
Verhältnis besten. Verbraucher, die Flicker verursachen, sind insbesondere Elektro-Lichtbogenöfen,
Schweißmaschinen und dergleichen. -Aufgrund von Erfahrungen und Öbereinkunft wird
die Oberschreitung der mittleren, d. h. für die für eine "Normalserson" im Mittel
gültigen Reizschwelle der Flickererscheinung um das 2-facne innerhalb eines Kurzzeitintervalls
von 15 min oder um das 1,3-fache innerhalb eines Langzeitintervalls von 1 Woche
geduldet, sofern die Öberschreitungsdauer nicht mehr als 1 # der Dauer des Meßintervalls
beträgt.
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Das erfindungsge@@@ Verfahres ermöglicht es, die Einhaltung @feser
Festle-@ung in vielen sich @berlaggenden Kurzzeit-Intervallen und bei @@ispruchinder
Steuerung auch in läckenles aufeinenderfolgenden Kurzzeit Intervallen mit Hilfe
des so@enennten I-Kanals zu über@chen. Durch die Öberlappung @@r Intervalle kann,
Sei einer entsprechend feinen Stufung, der nginstigste, höchste Wert der relativen
Pegelüberschreitungsdauer gemessen wer@es und es kann ein quasi stetig verlaufender
Istwert aus dem an sich quantisierten Ausgangssignal des Pegelüberschreitungs-Wächters
gewonaen werden. Die Erfindung wird anhand von schematischen üarstellunges beschriober.
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In Fig. 1 speist der an dem mit Spannungsschwankungen bahafteten Metz
angeschlossene Flicker-Meßwertgeber 1 einen Pegelüberschreitngs-Wächter 2 und dieser
gibt ein quantisiertes Ausgangssingal, den Istwert de relativen Pegelüberschreitungsdauer
an ein Sichtgerat 3, z.B. Papierschrieber, Oszillograf, Bildschinn, oder an einen
Regler.
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Fig. 2 zeigt den Einfluß der FRestellung von Grenzpunkten G auf das
Ergetnis der Messung.
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Fig. 3 zeigt den Verlauf der Mefwertveraroeitung. Aus dem Ausgangssinal
des Flicker-Meßwertgebers PF schneidet ein Schmitt-Tnigger 12 die Zeitabschnitte
t1,t2 ... der Oberschzeitung des festgelegten Pegels PF heraus. Die Ausgangssigrale
L = PF überschritten" und 0 = "uicht L" des Schmitt-Triggers werden im Speicherwerk
13 eines Rechners an kesti@@ten Platzen abgelegt. Nach Ablauf des Kurziutervalls
TI wird die Sune der Oberschreitungsdauern getildet und durch TI dividert. Bar Quetiont
ist die relative Pogelöberschrietuegsdauer. Diese wird digital ausgegabes oder in
einen Analogwert ungweandelt, der ols quentisierte Größe mit einem Sichtgerät z.B.
mit dem Registrierger@t 15 in Fig. 3 dargestallt warden kann. Bei sehr kurzem Zeitabstand
(Be) kann dieser quantisierte Ish@rt der relativen Pegelüberschreitungsdauer als
quasi kontinuierlicher @art en eipen stetigen Reler gegeben Rerden.
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Es gibt drei Möglichkeiten zur Emittlung der reletiven Pagelöberschreitungsdnuer
in schr kurzen Zeitabständer, z.B. Dt = 0,1 s.
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a) Die bindre Aussage des Schmitt-Triggers wird in einem Schieberegister
@@@@@ichert. Ein Vemwerts-Rückwarts-Zahler föhrt noch Anlauf des Zeitrb-@@@@@@ (Bt)
felge@@@@@ Soperstionen @@@ch: A@@ierzs der nesastes Auss@@@.
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Subtrchieren der altesten Aussage, Ausgobe des nouen Zahlerstandes
@ls Istrert.
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@) @inn @@@@us@@@@@te Anahl von Speicherplatzen eines Digitei-Heschsers
wir@ aufeinanderfolgend mit der nauesten bineran Aussege des Schmitt-Triggers @@@@@.
Dei einer in Kreise @@@@faufenden Adressierung der @@@peich@@@@za wird @@@@@ch ein
Schiaber@@ister mit festen Sp@ich@@@@@@@ mid einer Schicheinr@@@se @@@@zt. Zur Vereinfaen@@@
der @@@@@ @@@@ Sun e der Spricherinhalte wird, sh@lich zu a) ein Sunnen speicher
mit @@ neu@sten und mit dem verfallenden altesten Wert kerrigiert.
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c) @ei dem Verfahren nach b) wird auch der festgelegte Pegel PF im
Sigitalrechner gespeichert und der Pegelvengleich wird auch mit dem Digitelrechner
derchgeführt. Der Schritt-Trigger wird durch die Amuerdung eines Ansleg/Digital-Wandlers
am Eingang das Digitalrschners ersetzt.
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För sehr lange Meßintervalle oder für schr vielo Abtasungen kanndie
D@@@r der Pegeliberscherictung z.B. t1, t2 ..... in Fig. 3 mit einer elktromwerden.
Auch Siese Zchlen werden in der Beiherfolge ihres Alters @@@paichert, Beräcksichtigt
und bei umlaafender Schicbeadresse, nach Verfall durch cinen nauen Ha@wert überschrieben
Für Segelungszweche wird zus@tzlich zu dem Kurrzeit-Intervall TI ein nach wesentlich
kürzeres @eßintervall TM eingeföhrt, um die Auswirkungen einer Stellmaßrahme möglichst
bald auszuwerten. Dazu werden z@ei Meßkanäle, ein I - und ein M-Kanal, benetigt.
Beide arbeiten nach den o. a. Verfahren.
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In einer Mehrkanal-Ausführung der Anordnung können zusatziich weitere
statistische Merkmale des Flickerverlaufs, z. B. Mittelwert und Streuung der Zeitabschnitte
registriert und digital erfaßt werden. Hierbei ist auch das Meßintervall unabhängig
von Kanal 1 einstellbar. Bevorzugt werden 1/3 oder 1/5 des für den Kanal 1 vorgeschriebenen
Meßintervalls von z. B. 15 Minuten. Die Registrierung zeigt dann die mittlere Oberschreitungsdauer
des gewählten Pegels und die Streuung der einzelnen Oberschrietungsdauer bei größtmöglicher
Zeitauflösung an. Der digitale Ausgang ermöglicht eine automatische Datenübertragung
zwecks Auswertung am Großrechner.
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Als Registrierzusatz können z. B gewöhnliche Papierschreiber mit etwa
60 mm/h Papiervorschub verwendet werden. Bei der Benutzung von mehrfarben-Punktschreibern
ist die erforderliche Punktzahl/Zeiteinheit von dem Meßintervall des Gerätes abhängig.
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Die durch die Anordnung ermöglichte besondere graphische Darstellung
der statistischen Merkmale gibt auch bei der Verwendung einfacher Bauteile einen
guten Oberbilck. Die periodisch ermittelten statistischen Hauptmerkmale, nämlich
der Mittelwert und/oder häufigste Wert, können auch als Stichproben eines kontinuierlich
veränderlichen Istwertes aufgefaßt werden, wo bei der Sollwert im Sinne der vorgenannten
Festlegung der zulässige 99% Wert ist. Auf dieser Basis kann bei Einsatz eines geeigneten
Stellgliedes auch eine selbsttätige Regelung des Flickerpegels vorgenommen werden.
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Durch Erfassung der Oberschreitungshäufigkeit vorgegebener Flickerpegel
in zwei Kanälen I und M durch Abwandlung er Meßwertverarbeitung ist eine stetige
Beeinflussung der Störquelle möglich. Allerdings sind die Meßgrößen unstetig, jedoch
werden sie regelmäßig in so kurzen Zeitabstanden aufeinanderfolgend an den Regler
gegeben, caß dieser, zumindest bei vorgeschaltetem Interpolationsfilter, als Analogregler
für stetige Größen in der herkömmlichen Bauweise ausgeführt sein kann. Der Anwendung
eines zeitdiskreten Digitalreglers steht jedoch auch nichts im Wege.
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Bei der Regelung können im Hinblick auf die Einbaltung von Grenzwerten
zwei verschictene Ziele verfolgt werden, die auch das angewandte Verfa@@en stewi
beeinflussen; a) Die Regelung hat das Ziel, die relative Pegelüberschreitungsdauer
in allen Zeitinvervallen der festgelegten Dauce TI, auch in sich teikaise überlappenden
Zeitintervallen auf (!ci Sollwert HI Soll zu t*lt.n.
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b) Die Pe lun liat das Ziel, die relative Pegelüberschreitungsdauer
in festgelegten Zeitintervallen TI auf der Sollwert H I Soll zu halten. Die lückenlos
aufeinanderfolgenden Zeitinter valle TI sind, gemäß Festlgeung, entweder mit der
Uhrzeit oder mit einem Vorgeng zu synchronisieren.
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Im Falle a) flenugt es, die relative Pegelüberschreitungsdauer in
einem Kanal in kleinen Zeitabständen Dt zu messen und mit dem konstanten Sollwert
HI Soll zu vergleichenl. Zur stufemeisen Regelung eines Stelltransformators genäßt
dann die Anwendung eines für die Regelung der Netzspannung in Stromversorgungsnetzen
gebräuchlichen Stufenschalter-Reglers. Zur stetigen Regelung kann die in schr feinen
Stufen quantisierte Meßgröße, eventuell durch Interpolationsfflter geglättet, auf
einen PID-Regler gegeben werden.
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Im Falle b) müssten innerhalb des Zeitintervalles TI die Regelungsvorgenge
so ablaufen. daß am Ende des Zeitintervalles TI die relatigve Pegelüberschreitungsdauer
mit dem Sollwert HI Soll äbereinstimmt.
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Diese Sollwertregelung ist auch bei Oberlappung der Intervalle amwenabar.
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Ihre Prinzipschaltung ist in Fig. 4 dargestellt.
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Fig. 5 zeigt übre Agwandung auf den Lichtboge@fen, den Lichtogen@ofen,
mit dem Elektroder-Lage-Regler als Stellorgan.
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Die gleiche Aufgabe kann bei dem hier vorgeschlagschlagenen Verfahren
der Intervell-@berlagg@@@@ auch dem Fall a) entspreckend @ch@@delt verten.
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Der Sollwzrt HI Soll wird in beiden Fallen mit einem Sicherhcits@@@@@
zum zulässigne Grenzwert HI Grenz festgelegt.
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@eiters Sicherheit zur Ein@altung des Grenzwertes wirdd dadurch gevor@es.
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daß in einem S-Kanal eine zusatzliche @assung das relativen Pegeläberschreitungsdauer
mit dem Ziel eines schnellen und stark raduzierenden St@@-ereingriffs mit Pricritat
bei überschreitungen des zulässigen Oranswertes H I Grenz erfolgt.
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Das oben beschriebene digitale Meßprinzip kann bei verhéltnism@@ig
@@@@@@ Aufwend mit dem Prinzip der Fortscholtung des Bezugsintervalls ko@@imiert
werden. In Gegensatz zu der @essung in lückenles oder sopar lückemhaft aufeinandurfolgendan
@@ßintervallen, wie sie z. B. mit Verweildauer-Klassiergeraten üblich ist, wird
bei dem @ier besent@@@@@@en Registrier@@f@@@@@@@ gleiche @eßintervall der Dauer
TI in sehr @licaen Zeitabständen @@@ @@@@-legt. Das Zeitfenster der Bauer TI wird
@@er alle M@@@urte in surr klainen Schritten fortgeschaltet (s. Fig. 6). Dadurch
kamm das ungänstige Zuss@@-treffen mehrerer Oberschreitngen im glcichen Intervall
erzwungun und die strengste Kontrolle der Einschaltung von zulässigen Werten erreicht
wirden.
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Eine - beebsichtigte oder zufällige - Verteilung der Pzgelüberschrei@@@@en
auf festgelegte aufeinanderfolgende Paßintervalle hat bei derartiger Forschaltung
des Bezugsintervalls keinen Einfluß auf das Gesastergebmis der @cssybg, Der in kleinen
Schritten mit Gberlappungen durchgeführten Fortschaltung des Meßintervalls ist es
zu verdanken, daß die relztive Pegelüberschreitungsdauer am Ausgang des Geratas
und am Registricrstreifen als eine quasi kontinuierliche Größe erscheint (s. Fig.
7). Im Geansatz zu Fig. 3 wer bei der Aufzeichnung von Fig. 7 die Intervalldaser
TI @anger als der genze Dildausschnitt.
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Die Summe der im Meßintervall registrierten Zeitabschnitte der Pegelüber--schreitung
wird als Treppenkurve aufgeschrieben. Die auch in Zeitprozenten ablesbare Höhe der
einzelnenen Treppenstufen wird mit dem zulässigen Wert grafisch verglichen (s. Fig.
7). Rechts von der strichpunktiert gezeichneten Grenzlinie ist der verbotene Bereich.
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Das beschriebene Registrierverfahren ist zur grafischen Darstellung
der statistischen Merkmale beliebiger, regel los schwankender Größen anwendbar.
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Die Grenzwert-Oberwachung statistischer Merkmale kann bei diesem Verfahren
durch einen Blick auf den Registrierstreifen erfolgen.
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Durch die endliche Geschwindigkeit und das endliche Fassungsvenrögen
der Datenverarbeitungsgeräte ist der Frequenzbereich der erfaßbaren Schwankungen
begrenzt. Die Grenzen des nutzbaren Frequenzbereiches werden von angewandten Gerätetyp
und von der Kompliziertheit der zu registrierenden statistischen Merkmale beeinflußt.
Andererseits müssen die Zeitauflösung und die Dauer des Meßintervalls TI dem rrequenzbereich
angepaßt werden, in dem die Schwankungen stattfinden.