DE3214367C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Überwachung
des Stromausfalls in wenigstens einer Phase eines
Drehstromverbrauchers entsprechend dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
Eine gattungsgemäße Schaltung ist in der US-PS 34 07 338
beschrieben. Bei dieser Schaltung ist jeder zu überwachenden
Phase ein Trenntransformator zugeordnet, mit dem
die Phasenspannung galvanisch getrennt auf einen in der
nachfolgenden Schaltung verarbeitbaren Wert heruntertransformiert
wird. An die Sekundärwicklung des Transformators
ist jeweils ein Mittelpunktgleichrichter angeschlossen,
durch den die heruntertransformierte Wechselspannung
vollwellengleichgerichtet wird. Das so
erhaltene noch stark wellige Gleichspannungssignal
wird einem nachgeschalteten LC-Tiefpaß zum Zwecke des
Glättens zugeführt. Dieser LC-Tiefpaß ist ein Glättungsintegrator,
der in bekannter Weise mit einer Ladedrossel
und einem Siebkondensator arbeitet. Er ist so dimensioniert,
daß mit seiner Hilfe eine Gleichspannung erzeugt wird,
die frei von jeglicher Restwelligkeit ist und deren
Amplitude der Amplitude der überwachten Phasenspannung
proportional ist.
An die Glättungsintegratoren sind über Dioden entkoppelt
Schwellwertschalter angeschlossen, die ansprechen, wenn
die von dem jeweiligen Glättungsintegrator abgegebene
Gleichspannung einen vorgegebenen Grenzwert über- oder
unterschreitet. Das Unterschreiten soll hierbei das
Kriterium für den Ausfall einer Phase sein.
Wegen der starken Siebung hat das in einer Phase auftretende
Oberwellenspektrum praktisch keinen Einfluß auf
die Amplitude der am Ausgang des Glättungsintegrators
erhaltenen Gleichspannung.
Mit der bekannten Schaltung ist keine Phasenüberwachung
möglich, wenn der angeschlossene Drehstromverbraucher
nennenswerte EMK in die ausgefallene Phase zurückspeist.
Auch in diesem Falle wird an dem entsprechenden Phaseneingang
der bekannten Schaltung eine Spannung erzeugt,
die möglicherweise nur geringfügig unter der normalen
Phasenspannung liegt, womit der Schwellwertschalter
nicht ansprechen kann, um den Motor vom Netz abzuschalten.
Bei der bekannten Überwachungseinrichtung für Phasenspannungsänderungen
in Mehrphasennetzen nach der
DE-AS 11 67 426 sind wiederum ebenfalls drei Trenntransformatoren
vorgesehen, deren Primärwicklungen im Stern an
die Phasen des Drehstromnetzes angeschlossen sind. Der
Sternpunkt des Transformators bleibt dagegen vom Netz
getrennt. Die Sekundärwicklungen dieser drei Transformatoren
sind hintereinandergeschaltet und liegen als
Serienschaltung zu einem Kondensator parallel, der zusammen
mit den Sekundärwicklungen einen Parallelresonanzkreis
bildet, der auf die dreifache Netzfrequenz abgestimmt
ist. Die an dem Parallelresonanzkreis erhaltene
Resosnanzspannung steuert über einen Gleichrichter ein
Relais, mit dem ein zu überwachender Verbraucher gegebenenfalls
abgeschaltet wird.
Solange alle drei Phasen Spannung führen, tritt bei einem
50-Hz-Netz eine ausgeprägte 150-Hz-Frequenz auf, wobei
die Ausgangsspannung des Parallelschwingkreises gegen
Spannungsschwankungen am Eingang weitgehend unempfindlich
sein soll. Bei Ausfall einer Phase verschwindet die
150-Hz-Frequenz und der Parallelresonanzkreis kann keine
Spannung mehr abgeben, die ausreicht, um das Relais angezogen
zu halten.
Die bekannte Schaltung ist ebenfalls nicht in der Lage,
eine zuverlässige Phasenüberwachung zu ermöglichen, wenn
der angeschlossene Verbraucher in nennenswerter Weise
in die ausgefallene Phase zurückspeist und damit die als
Abschaltkriterium herangezogene 150-Hz-Frequenz aufrechterhält.
Schließlich ist es aus der DE-PS 8 81 824 bekannt, als
Abschaltkriterium bei Überlastzuständen und Kurzschlüssen
die Oberwellen der einzelnen Phasenspannungen als
Schaltkriterium zu verwenden. Diese Schaltung setzt
die Kenntnis der auftretenden Oberwellen der Phasenspannungen
voraus und arbeitet auch nur dann zufriedenstellend,
wenn sich das Oberwellenspektrum über den
Betriebszeitraum nicht verändert.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, die
gattungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung des Stromausfalls
in wenigstens einer Phase eines Drehstromverbrauchers
so weiterzubilden, daß sie unabhängig von der
Art des Drehstromverbrauchers auch dann zuverlässig
den Stromausfall erkennen kann, wenn der Drehstromverbraucher
in der stromlosen Phase eine EMK erzeugt, die
in der Größenordnung der Nennspannung liegt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches gelöst.
Dadurch, daß die Signalerzeugerschaltung eine Filtereinrichtung
enthält und die Frequenzspektren der Phasenspannungen
überwacht werden, können gleichermaßen rein
ohmsche Verbraucher, Drehstromtransformatoren und Drehstromasynchronmotoren
überwacht werden, weil in jedem
Fall mit dem Stromausfall in wenigstens einer Phase eine
Änderung des zugehörigen Frequenzspektrums einhergeht.
Da in der Vergleichsschaltung jeweils die Differenz
aus den den Frequenzspektren entsprechenden Meßsignalen
erzeugt wird, kommt es für den Einsatz der Vorrichtung
nicht darauf an, das genaue Frequenzspektrum des zu
überwachenden Drehstromverbrauchers zu kennen, da das
Abschaltkriterium nicht die absolute Größe des Meßsignals
ist, sondern die Differenz der aus den Phasen
abgeleiteten Meßsignale.
Eine relativ einfache Vorrichtung zur Überwachung
des Stromausfalls in wenigstens einer Phase eines
Drehstromverbrauchers wird erhalten, wenn die Signalerzeugerschaltung
für jede Phase einen Meßzweig
enthält, in dem ein der jeweiligen Phase zugeordnetes
Meßsignal erzeugt wird. Um hierbei Unsymmetrien
in den Meßzweigen auszuschließen, kann die Signalerzeugerschaltung
einen Multiplexer enthalten, durch
den die Filtereinrichtung zeitlich nacheinander in
die den Phasen zugeordneten Meßzweige eingeschaltet
wird. Der Multiplexer enthält dabei vorteilhafterweise
einen Taktgeber sowie eine erste und eine zweite,
von dem Taktgeber gesteuerte Schaltergruppe, von
denen die erste Schaltergruppe dem Eingang der Filtereinrichtung
vorgeschaltet und die zweite Schaltergruppe
dem Ausgang der Filtereinrichtung nachgeschaltet
ist.
Um zu vermeiden, daß die durch das Umschalten des
Multiplexers erforderlichen Einschwingvorgänge der
Filtereinrichtung die Meßsignale in unzulässiger
Weise verfälschen, kann der Taktgeber Verzögerungseinrichtungen
aufweisen, durch die die zweite Schaltergruppe
derart gesteuert wird, daß der Ausgang
der Filtereinrichtung mit dem jeweiligen Meßzweig
erst nach dem entsprechenden Einschwingen der Filtereinrichtung
verbunden wird. Auf diese Weise wird
erreicht, daß die Einschwingzeit der Filtereinrichtung
ausgeblendet wird.
Falls eine kontinuierliche Überwachung erforderlich
ist, um die Reaktionsgeschwindigkeit der Schaltung
entsprechend zu erhöhen, kann jeder Meßzweig eine
eigene Filtereinrichtung erhalten.
Gut weiterverarbeitbare Meßsignale werden erhalten,
wenn die Filtereinrichtung ein Filter enthält, dessen
obere Grenzfrequenz zwischen der Nennfrequenz
der Versorgungsspannung für den Drehstromverbraucher
und etwa der doppelten Nennfrequenz liegt. Dieses
Filter kann als Tiefpaß, vorzugsweise aber als Bandpaß
ausgebildet sein, wobei der Bandpaß von zwei
in Serie geschalteten aktiven Notchfiltern gebildet
wird, um hierdurch eine ausreichende Bandbreite
zu erhalten. Das so erhaltene Signal kann einer in
der Filtereinrichtung vorgesehenen Verknüpfungseinrichtung
mit zwei Eingängen und einem den Ausgang
der Filtereinrichtung bildenden Ausgang zugeführt
werden, wobei das aus dem vorgenannten Filter erhaltene
Signal in einen Eingang der Verknüpfungseinrichtung
eingespeist wird und dem Eingang ein weiteres,
aus der jeweiligen Phasenspannung abgeleitetes
Signal zugeführt wird.
Das dem zweiten Eingang der Verknüpfungseinrichtung
zugeführte Signal kann entweder der Phasenspannung
unmittelbar proportional sein, beispielsweise mit
Hilfe eines einfachen Spannungsteilers, dessen Ausgangsspannung
entsprechend eingestellt ist, oder
das in den zweiten Eingang der Verknüpfungseinrichtung
eingespeiste Signal kann lediglich Oberwellen
der jeweiligen Phasenspannung enthalten. Im letzteren
Falle ergibt sich der Vorteil, daß das Ausgangssignal
der Verknüpfungseinrichtung sich bei
dem Stromausfall in der Phase eines Drehstromverbrauchers
in der gleichen Weise ändert, und zwar unabhängig
davon, ob der Drehstromverbraucher eine
rein ohmsche Last ist oder Induktivitäten mit Eisenkernen
enthält.
Zum Aussieben der Oberwellen der jeweiligen Phasenspannung
enthält die Filtereinrichtung vorzugsweise
ein zweites, an den zweiten Eingang der Verknüpfungseinrichtung
angeschlossenes Filter, dessen untere
Grenzfrequenz oberhalb der Nennfrequenz der Phasenspannung
liegt. Das Filter kann hierbei als Hochpaß,
vorzugsweise aber als Bandpaß ausgebildet sein. Ein
einfacher Bandpaß mit hinreichender Bandbreite ergibt
sich, wenn das zweite Filter von zwei in Serie
geschalteten aktiven Notchfiltern gebildet ist, die
den Vorteil aufweisen, daß sie bei großer Flankensteilheit
ohne die Verwendung von Induktivitäten auskommen.
Um die Differenz der Filtersignale zu erzeugen, enthält
die Verknüpfungseinrichtung vorzugsweise in
ihrem ersten und ihrem zweiten Eingang je einen
Gleichrichter, wobei an wenigstens einen Gleichrichter
ein Integrator angeschlossen sein kann.
Wenn hingegen sichergestellt ist, daß die Versorgungsspannung
weitgehend sinusförmig ist, genügt es, wenn
in der Vergleichsschaltung das größte und das kleinste
Meßsignal mit einer Referenzspannung verglichen wird
und beim Über- oder Unterschreiten der Referenzspannung
durch eines der Meßsignale die Vergleichsschaltung
ein die Schaltstufe abschaltendes Signal abgibt.
Insbesondere bei der Verwendung von Multiplexern in
der Signalerzeugerschaltung ist es zweckmäßig, wenn
die Vergleichsschaltung für jedes der zugeführten
Meßsignale eine Speichereinrichtung aufweist. Es
ist jedoch auch möglich, in der Vergleichsschaltung
lediglich zwei Speichereinrichtungen vorzusehen, von
denen die eine dazu dient, das jeweils kleinste und
die andere dazu dient, das jeweils größte Meßsignal
zu speichern.
Ein sehr einfacher Aufbau zur Ermittlung der Differenz
aus dem jeweils größten und dem jeweils kleinsten Meßsignal
in der Vergleichsschaltung sieht einen Differenzverstärker
vor, an dessen ersten Eingang eine Maximalspannungsschaltung
angeschlossen ist, die das jeweils
größte Meßsignal zu dem Differenzverstärker durchschaltet und
an dessen zweiten Eingang eine Minimalspannungsschaltung
angeschlossen ist, die das jeweils kleinste Meßsignal
an den Differenzverstärker weiterleitet.
Eine einfache Maximalspannungsschaltung ist nach der
Art eines Dioden-UND-Gatters geschaltet und weist
für jedes der Meßsignale eine Diode auf, in deren
Anoden die Meßsignale eingespeist werden, während
die Dioden kathodenseitig miteinander verbunden, an
einen an einer festen positiven Spannung liegenden
Widerstand angeschlossen sind, wobei zusätzlich die
Durchlaßspannungen der Dioden durch eine weitere Diode
kompensiert sind. Die Minimalspannungsschaltung für
die Meßsignale ist hingegen nach Art eines ODER-Gatters
geschaltet, in der Weise, daß wiederum für jedes der
Meßsignale eine Diode vorgesehen ist, in deren Kathoden
die Meßsignale eingespeist werden und die anodenseitig
miteinander verbunden an einen an einer festen
negativen Spannung liegenden Widerstand angeschlossen
sind, wobei außerdem die Durchlaßspannungen der Dioden
durch eine weitere Diode kompensiert sind.
Um die auf diese Weise ermittelte Differenz zwischen
den Meßsignalen mit einer Referenzspannungsquelle zu
vergleichen, ist zweckmäßigerweise an den Ausgang
des Differenzverstärkers ein Komparator angeschlossen,
an dessen anderem Eingang eine Referenzspannungsquelle
liegt, wobei der Ausgang des zweiten
Komparators an den Eingang der gesteuerten Schaltstufe
angeschlossen ist.
Um zu verhindern, daß beim Einschalten der Überwachungsvorrichtung
wegen des unterschiedlichen Erscheinens
der Versorgungsspannungen Fehlschaltungen
auftreten, ist es zweckmäßig, zwischen den Ausgang
des Differenzverstärkers und den zugehörigen Eingang
des Komparators eine Verzögerungsschaltung
zu legen, die für eine vorbestimmte Zeit nach dem
Einschalten der Vorrichtung die Spannung an dem zugehörigen
Eingang des Komparators auf einem
Wert hält, derart, daß die Versorgungsspannung für
den Drehstromverbraucher eingeschaltet ist.
Um dafür zu sorgen, daß eventuelle kurze Stromausfälle
in einer der Phasen nicht zum Abschalten des Drehstromverbrauchers
führen, liegt vorzugsweise an dem
Eingang des Komparators ein Integrationsglied.
Wie ausgeführt, lassen sich mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sowohl Drehstromasynchronmotoren als auch
Drehstromtransformatoren als auch rein ohmsche Lasten
überwachen.
Falls das überwachte Gerät ein frequenzgeregelter Drehstromverbraucher
ist, ist zweckmäßigerweise wenigstens
die obere Grenzfrequenz des ersten Filters entsprechend
der Nennfrequenz der Versorgungsspannung nachregelbar.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes
der Erfindung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 die Vorrichtung zum Überwachen des Stromausfalls
in wenigstens einer Phase eines Drehstromverbrauchers
gemäß der Erfindung in einem Blockschaltbild,
Fig. 2 das Schaltbild der Eingangsstufe, der ersten
Schaltergruppe des Multiplexers und den Taktgeber
des Multiplexers für die Vorrichtung nach
Fig. 1,
Fig. 3 das Schaltbild der Filtereinrichtung mit zwei
Bandpaßfiltern sowie die daran angeschlossene
Verknüpfungseinrichtung und die zweite, an die
Filtereinrichtung angeschlossene Schaltergruppe
des Multiplexers,
Fig. 4 ein Teilschaltbild der Vergleichsschaltung mit
den Speichergliedern, der Maximal- sowie der
Minimalspannungsschaltung, des daran angeschlossenen
ersten Integrators sowie des an den ersten
Integrator angeschlossenen Verknüpfungsgliedes
für die Vorrichtung nach Fig. 1.
Fig. 5 das Schaltbild des Komparators und
der Schaltstufe der Vorrichtung nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Überwachung des
Stromausfalls in wenigstens einer der Phasen R, S, T
eines an ein Drehstromnetz 2 angeschlossenen Drehstromverbrauchers
3, beispielsweise eines Drehstromasynchronmotors,
veranschaulicht. Die Überwachungsvorrichtung 1
enthält eine aus den Spannungen der Phasen R, S, T
Meßsignale ableitende Signalerzeugerschaltung 4, an
die eine die Meßsignale mit einer Referenzspannung
vergleichende Vergleichsschaltung 5 angeschlossen ist,
mit der wiederum eine von der Vergleichsschaltung 5 gesteuerte
Schaltstufe 6 verbunden ist.
Die Signalerzeugerschaltung 4 enthält für jede der
Phasen R, S, T einen Meßzweig 7, 8, 9, der mit einer
an die jeweilige Phase R, S, T angeschlossenen
Eingangsstufe 10 bzw. 11 bzw. 12 beginnt. Die Ausgänge
der Eingangsstufen 10, 11 und 12 sind mit einer
ersten Schaltergruppe 13 eines Multiplexers 14
verbunden. Mit Hilfe der ersten Schaltergruppe 13
des Multiplexers 14 wird zeitlich nacheinander eine
Filtereinrichtung 15 mit den einzelnen Eingangsstufen
10, 11, 12 und damit mit den Phasen R, S, T verbunden.
Der Ausgang der Filtereinrichtung 15 liegt
an einer zweiten Schaltergruppe 16 des Multiplexers
14. Zur Steuerung der ersten und der zweiten Schaltergruppe
13, 16 weist der Multiplexer 14 einen
Taktgeber 17 auf, durch den zeitlich nacheinander
die einzelnen Schalter der ersten und der zweiten
Schaltergruppe 13, 16 geschlossen werden, so daß
die Filtereinrichtung 15 zeitlich nacheinander jedem
der Meßzweige 7, 8 und 9 zugeschaltet wird,
während die anderen Meßzweige unterbrochen sind.
Um die Einschwingzeit der Filtereinrichtung 15 auszublenden,
enthält der Taktgeber 17 eine Verzögerungseinrichtung
18 für die der zweiten Schaltergruppe 16
zugeführten Taktsignale derart, daß der dem jeweiligen
Meßzweig 7, 8 oder 9 zugeordnete Schalter der zweiten
Schaltergruppe 16 erst geschlossen wird, nachdem
die Filtereinrichtung 15 hinreichend eingeschwungen
ist.
Die Verwendung einer Filtereinrichtung 15 für alle
Meßzweige 7, 8 und 9 hat den Vorteil, daß bei der
Meßsignalerzeugung mit Hilfe der Filtereinrichtung 15
keine Unsymmetrien zwischen den einzelnen Meßzweigen
7, 8 und 9 auftreten können, weil ein und dieselbe
Filtereinrichtung 15 zeitlich nacheinander allen Meßzweigen
7, 8 und 9 zugeschaltet wird. Andererseits
ist es auch möglich, um die Einschwingvorgänge der
Filtereinrichtung 15 zu eliminieren und um den Multiplexer
14 einzusparen, jedem der Meßzweige 7, 8
und 9 eine eigene an die jeweilige Eingangsstufe 10,
11 und 12 angeschlossene Filtereinrichtung zuzuordnen.
Jeder Ausgang eines der Meßzweige 7, 8 und 9 bildet
einen der Ausgänge der Signalerzeugerschaltung 4,
nämlich die Ausgänge 20, 21 und 22, an denen die von
der Signalerzeugerschaltung 4 erzeugten und aus den
Spannungen der Phasen R, S, T abgeleiteten Meßsignale
anstehen, die den Frequenzspektren der Spannungen in
den Phasen R, S, T entsprechen.
Die drei Ausgänge 20, 21, 22 der Signalerzeugerschaltung
4 sind an entsprechende Eingänge 23, 24 und 25
der Vergleichsschaltung 5 angeschlossen, die an ihren
Eingängen 23, 24, 25 für jedes der Meßsignale
eine eigene Speichereinrichtung 26, 27 bzw. 28 enthält.
An jede der Speichereinrichtungen 26, 27 und
28 ist ein Eingang der zu der Vergleichsschaltung 5
gehörenden Maximalspannungsschaltung 29 und einer der
Eingänge der ebenfalls zu der Vergleichsschaltung 5
gehörenden Minimalspannungsschaltung 30 angeschlossen.
An den Ausgängen 31 und 32 der Maximal- bzw. der
Minimalspannungsschaltung 29 bzw. 30 steht jeweils die
größte bzw. die kleinste in den Speichereinrichtungen
26, 27 und 28 gespeicherte Meßspannung an, wobei der
Ausgang 32 der Minimalspannungsschaltung 30 mit dem
invertierenden Eingang und der Ausgang 31 der
Maximalspannungsschaltung 29 mit dem nicht invertierenden
Eingang eines nachgeschalteten Differenzverstärkers 33
verbunden ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers 33 liegt
an einer Verzögerungsschaltung 34, die das Ausgangssignal
des Differenzverstärkers 33 nach dem Einschalten der
Versorgungsspannung der Überwachungsvorrichtung 1
mit einer vorbestimmten Verzögerung an ein nachgeschaltetes
Integrationsglied 35 weiterleitet, um
so Fehlschaltungen der Überwachungsvorrichtung 1
beim Einschalten der Versorgungsspannung zu vermeiden.
Der Ausgang des Integrationsgliedes 35 liegt an dem
nicht invertierenden Eingang eines Komparators
36, dessen Ausgang den Ausgang der Vergleichsschaltung
5 bildet; dem invertierenden Eingang des
Komparators 36 wird eine Referenzspannung
37 zugeführt.
Wie Fig. 1 zeigt, ist an den Ausgang 38 der Vergleichsschaltung
5 die Schaltstufe 6 angeschlossen, die im
wesentlichen einen von dem an dem Ausgang 38 anstehenden
Signal gesteuerten NPN-Transistor und ein durch
den Transistor 39 geschaltetes Relais 40 enthält,
welches seinerseits die Stromversorgung für den Drehstromverbraucher
3 ein- bzw. ausschaltet.
Wenn bei der Überwachungsvorrichtung 1 für jeden der
Meßzweige 7, 8 und 9 jeweils eine eigene Filtereinrichtung
15 vorgesehen ist, kann auf die Speichereinrichtungen
26, 27 und 28 in der Vergleichsschaltung
1 verzichtet werden, oder es ist möglich, die
Speichereinrichtungen an den Ausgängen 31 und 32
der Maximal- bzw. der Minimalspannungsschaltung 29
oder 30 anzuschließen.
Die insoweit beschriebene Überwachungsvorrichtung 1
nach Fig. 1 arbeitet folgendermaßen: Aus dem Netz 2
wird der Drehstromverbraucher 3 mit mehr oder weniger
sinusförmigen Spannungen beaufschlagt, die in den einzelnen
Wicklungen des Drehstromverbrauchers 3 entsprechende
Ströme erzeugen. Die in den Phasen R, S,
T auftretenden Spannungen gelangen in die den jeweiligen
Meßzweigen 7, 8 und 9 zugehörigen Eingangsstufen 10, 11 und
12, in denen die in den Phasen R, S, T auftretenden
Spannungen heruntergeteilt werden und wo eine eventuell
notwendige Impedanztransformation durchgeführt wird.
Das aus den Eingangsstufen 10, 11 und 12 herauskommende
Signal ist den Spannungen in den Phasen R, S und
T zu jedem Zeitpunkt proportional und wird der ersten
Schaltergruppe 13 des Multiplexers 14 zugeführt.
Es sei angenommen, daß der Taktgeber 17 die
erste Schaltergruppe 13 so steuert, daß der Meßzweig
7 mit der Filtereinrichtung 15 verbunden ist, die an
ihrem Ausgang ein dem in der Phase R auftretenden
Frequenzspektrum entsprechendes Meßsignal erzeugt.
Nach dem Einschwingen der Filtereinrichtung 15 wird
von dem Taktgeber 17 über die Verzögerungseinrichtung
18 der dem Meßzweig 7 zugeordnete Schalter der
zweiten Schaltergruppe 16 des Multiplexers 14 geschlossen,
so daß das von der Filtereinrichtung 15 erzeugte
Meßsignal zu dem Ausgang 20 weitergeleitet wird, von
wo aus es zu dem Eingang 23 der Vergleichsschaltung 5
gelangt; dort wird es in der Speichereinrichtung 26
gespeichert. Nach einer vorbestimmten Zeit wird der
dem Meßzweig 7 zugeordnete Schalter der ersten Schaltergruppe
13 geöffnet und der dem Meßzweig 8 entsprechende
Schalter der ersten Schaltergruppe 13 geschlossen,
so daß die Filtereinrichtung 15 nunmehr
mit der Phase S verbunden ist und ein dem Frequenzspektrum
in der Phase S entsprechende Meßsignal erzeugt,
das wiederum nach dem Einschwingen der Filtereinrichtung
15 über den dem Meßzweig 8 zugeordneten
Schalter der zweiten Schaltergruppe 16 an den
Ausgang 21 der Signalerzeugerschaltung 4 geleitet
wird. Von hier aus gelangt das Meßsignal über den
Eingang 24 der Vergleichsschaltung 5 in die Speichereinrichtung
27. Nach einer weiteren vorbestimmten
Zeit wird die Filtereinrichtung 15 dem Meßzweig 9
zugeschaltet, in dem nun wiederum derselbe Vorgang
abläuft wie vorher bei den Meßzweigen 7 und 8, wobei
das erzeugte Meßsignal in die Speichereinrichtung
28 gelangt. Nach derselben vorbestimmten Zeit
beginnt der Multiplexer 14 wieder die Filtereinrichtung
15 nacheinander den Meßzweigen 7, 8 und
9 zuzuschalten.
Wenn in allen Phasen R, S und T des Drehstromverbrauchers
3 Ströme fließen, so sind die entstehenden
Frequenzspektren in den einzelnen Phasen R, S,
T untereinander gleich, was auch dazu führt, daß
die in den Speichereinrichtungen 26, 27 und 28
gespeicherten Meßsignale untereinander gleich sind,
womit die Maximal- und die Minimalspannungsschaltung
29 bzw. 30 das gleiche Ausgangssignal abgeben,
so daß die Spannungsdifferenz zwischen den
beiden Signalen null ist, was dazu führt, daß das
Ausgangssignal an dem Differenzverstärker 33 ebenfalls
null ist. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 33 gelangt
über die Verzögerungseinrichtung 34 und das
Integrationsglied 35 an den nicht invertierenden Eingang
des Komparators 36, der daraufhin, weil
das dem nicht invertierenden Eingang zugeführte Signal
kleiner ist als die Referenzspannung 37, den
Transistor 39 der Schaltstufe 6 durchsteuert.
Sobald in einer der Phasen R, S oder T der Strom ausfällt,
weicht in der zugehörigen Phase das Frequenzspektrum
von den Frequenzspektren der übrigen Phasen
ab. Wenn beispielsweise der Drehstromverbraucher 3
ein Drehstromasynchronmotor ist, wird in der an die
ausgefallene Phase angeschlossenen Wicklung eine
EMK erzeugt, die eine ausgeprägte fünfte Oberwelle
enthält, während die fünfte Oberwelle in den übrigen
Phasen praktisch nicht auftritt. Damit weicht das erzeugte
Meßsignal von den Meßsignalen der übrigen beiden
Phasen ab, so daß in der dieser Phase zugeordneten
Speichereinrichtung eine andere Spannung gespeichert
ist als in den übrigen Speichereinrichtungen.
Als Folge hiervon werden der invertierende und der
nicht invertierende Eingang des Komparators 33 mit
unterschiedlichen Spannungen beaufschlagt, so daß
dieser an seinem Ausgang eine von null verschiedene
Spannung abgibt, die in den nicht invertierenden Eingang
des Komparators 36 eingespeist wird. Da
diese in den nicht invertierenden Eingang des
Komparators 36 eingespeiste Spannung größer als
die Referenzspannung 37 ist, schaltet der Komparator
36 den Transistor 39 ab und damit auch das Relais 40,
womit insgesamt die Stromversorgung für den Drehstromverbraucher
3 abgeschaltet wird.
In ähnlicher Weise arbeitet die Schaltung, wenn der
Strom in zwei Phasen ausfällt, weil auch dann in den
Eingängen des Differenzverstärkers 33 unterschiedliche Spannungen
infolge der unterschiedlichen Frequenzspektren
auftreten.
Je nach Auslegung der Filtereinrichtung 15 ist es auch
möglich, induktive Drehstromverbraucher 3 zu überwachen,
da bei diesen beim Stromausfall in einer Phase
die Oberwelle K₃ auftritt und zu einer Veränderung
des Frequenzspektrums führt. Sogar eine rein ohmsche
Last als Drehstromverbraucher 3 führt zu einer Änderung
in dem Frequenzspektrum, insofern nämlich, als
in der ausgefallenen Phase überhaupt keine Spannung
mehr ansteht, so daß das Frequenzspektrum auch nicht
mehr die Grundfrequenz der Versorgungsspannung aufweist,
womit es wiederum von den Frequenzspektren
der übrigen beiden Phasen abweicht.
Die in Fig. 1 in einem Blockschaltbild veranschaulichte
Überwachungsvorrichtung 1 kann, wie in den Schaltbildern
der Fig. 2 bis 5 dargestellt ist, im einzelnen
ausgeführt werden. Die in Fig. 1 veranschaulichten
Funktionsblöcke sind in den Schaltbildern der Fig. 2
bis 5 gestrichelt dargestellt und mit denselben Bezugszeichen
versehen; die Versorgungsspannung für die
einzelnen verwendeten integrierten Schaltkreise ist
aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
Wie bereits ausgeführt, enthält jeder der Meßzweige 7,
8 und 9 eine Eingangsstufe 10, 11 und 12, die jeweils
aus Symmetriegründen untereinander gleich sind, weshalb
lediglich die Schaltstufe 10 des Meßzweiges 7
ausführlich dargestellt ist.
Die Schaltstufe 10 enthält einen an die Phase R angeschlossenen,
aus Widerständen 50 und 51 gebildeten
Spannungsteiler, dessen Fußpunkt mit Masse verbunden
ist. Durch die in Serie geschalteten Widerstände 50 und 51
wird die in der Phase R auftretende Nennspannung auf
einen in der Überwachungsvorrichtung 1 weiter verarbeitbaren
Wert heruntergeteilt und die an dem Widerstand
51 anstehende Spannung wird dem nicht invertierenden
Eingang eines Operationsverstärkers 52 zugeführt,
der von seinem Ausgang 53 unmittelbar zu
dem invertierenden Eingang gegengekoppelt ist, so daß
seine Verstärkung näherungsweise eins beträgt; der
Operationsverstärker 52 arbeitet damit im wesentlichen
als Elektrometerverstärker mit hohem Eingangswiderstand.
Um den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
52 gegen gefährliche Überspannungen
zu schützen, liegen zu dem Widerstand 51 parallel
zwei in Serie geschaltete Z-Dioden 54 und 55,
die derart miteinander verbunden sind, daß eine positive
Spannungsspitze durch die Z-Diode 54 und eine
negative Überspannungsspitze durch die Z-Diode 55
begrenzt wird.
Der Ausgang 53 des Operationsverstärkers 52 ist an
einen zugehörigen Eingang 54 der ersten Schaltergruppe
13 des Multiplexers 14 angeschlossen, während die
Ausgänge der Eingangsstufen 11 und 12 an die übrigen
Eingänge 55 und 56 der Schaltergruppe 13 angeschlossen
sind, die beispielsweise durch eine integrierte
Schaltung vom Typ CD 4066 gebildet ist, das mehrere
Analogsignal-übertragende-MOS-Schalter enthält. Die
Steuereingänge 57, 58 und 59 der ersten Schaltergruppe
13 werden von drei zeitlich gegeneinander
versetzten Schaltwellen aus dem Taktgeber 17 beaufschlagt.
Der Taktgeber 17 enthält einen mit Hilfe eines Operationsverstärkers
60 aufgebauten Oszillator 61, an
den ein 1-aus-3-Zähler angeschlossen ist. Damit
der Operationsverstärker 60 an seinem Ausgang Schwingungen
erzeugt, ist er von seinem Ausgang her über
den Widerstand 63 zu seinem invertierenden Eingang
und über den Widerstand 64 zu dem nicht invertierenden
Eingang zurückgekoppelt, wobei zur Verringerung
der an den nicht invertierenden Eingang zurückgeführten
Spannung an den nicht invertierenden Eingang
des Operationsverstärkers 60 ein weiterer mit
der Schaltungsmasse verbundener Fußpunktwiderstand
65 angeschlossen ist. Von dem invertierenden Eingang
des Operationsverstärkers 60 führt ein die Schwingfrequenz
im wesentlichen bestimmender Kondensator 66
zur Schaltungsmasse.
Die Funktionsweise eines solchen Oszillators 61 ist
bekannt und wird deshalb nicht näher beschrieben.
Das von dem Oszillator 61 erzeugte Signal gelangt
in den Demultiplexer 62, der für die Eingänge 57,
58 und 59 der Schaltergruppe 13 drei Schaltwellen
erzeugt, derart, daß zu jedem Zeitpunkt lediglich
einer der zu der Schaltergruppe 13 gehörenden Schalter
13 a, 13 b und 13 c eingeschaltet ist, während die
anderen ausgeschaltet sind. Die Schaltwellen für die
zweite Schaltergruppe 16 werden über die Verzögerungseinrichtung
18 zeitlich verzögert, so daß die oben
beschriebene Arbeitsweise zustandekommt. Zur Verzögerung
der Schaltwellen enthält die Verzögerungseinrichtung
18 für jede der drei Schaltwellen für
die zweite Schaltergruppe 16 ein als Tiefpaß geschaltetes
RC -Glied, jeweils bestehend aus einem an den
jeweiligen Ausgang des 1-aus-3-Zählers 62
angeschlossenen Widerstand 70 und einem von dem Widerstand
70 zu der negativen Versorgungsspannung
führenden Kondensator 71 , wobei an der Verbindungsstelle
zwischen dem Widerstand 70 und dem Kondensator
71 die Schaltwelle für den zugehörigen Schalter der
zweiten Schaltergruppe 16 abgegriffen wird. Damit aber
die Schaltwelle lediglich das Einschalten, jedoch
nicht das Ausschalten des entsprechenden Schalters
der zweiten Schaltergruppe 16 verzögert, ist jeder
der Widerstände 70 durch eine entsprechend gepolte
Diode 72 überbrückt.
Die durch die Verzögerungseinrichtung 18 lediglich in ihrer
Impulsvorderflanke verzögerten Schaltwellen gelangen
über Leitungen 73, 74 und 75 zu den entsprechenden Steuereingängen
77, 78 und 79 der zweiten Schaltergruppe 16.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel beträgt
die Frequenz des Oszillators 61 ca. 7,4 Hz, während
die Frequenz der Schaltwellen entsprechend der Teilung
durch drei bei ca. 2,46 Hz und die Schaltverzögerung
der Vorderflanke durch die Verzögerungseinrichtung
18 bei ca. 100 ms liegt.
Über eine Verbindungsleitung 81 ist die erste Schaltergruppe
13 mit dem Eingang 82 der Filtereinrichtung
15 verbunden, die zwei als Bandpässe geschaltete Filter
85 und 86 enthält, an deren Ausgänge 87 und 88
eine Verknüpfungseinrichtung 89 angeschlossen ist.
Beide Bandpässe 85 und 86 werden jeweils von zwei
hintereinandergeschalteten aktiven Notchfiltern 90,
91 bzw. 92, 93 gebildet, die jeweils gleich geschaltet,
jedoch unterschiedlich dimensioniert sind. Der grundsätzliche
Aufbau der Notchfilter ist im folgenden
anhand des Notchfilters 90 des Filters 85 beschrieben:
Das Notchfilter 90 enthält einen Operationsverstärker
100, der von seinem Ausgang über einen Widerstand 101
zu dem invertierenden Eingang gegengekoppelt ist. Der
nicht invertierende Eingang liegt über einen Widerstand
102 zum Unterdrücken von Drifterscheinungen an
der Schaltungsmasse. Der Widerstand 101 ist durch die
Serienschaltung, bestehend aus zwei Kondensatoren 103
und 104 überbrückt, wobei die Verbindungsstelle zwischen
den Kondensatoren 102 und 104 über einen Widerstand
105 mit der Schaltungsmasse verbunden ist; die
Verbindungsstelle aus den beiden Kondensatoren 103
und 104 bildet den Eingang 106 des Notchfilters 90,
in den die durch die zugehörige Eingangsstufe 10, 11
oder 12 heruntergeteilte Phasenspannung eingespeist
wird. Die Dimensionierung solcher Notchfilter ist bekannt
und beispielsweise in "Halbleiterschaltungstechnik"
von U. Tietze und Ch. Schenk, 3. Auflage,
Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg-New York, auf
Seite 341 beschrieben.
Im einzelnen sind die Notchfilter 90, 91, 92 und 93
so dimensioniert, daß das Filter 86 lediglich die
Grundfrequenz der Nennspannung für den Drehstromverbraucher
durchläßt, während das Filter 85 nur die
Oberwellen einschließlich K₃ zu seinem Ausgang 87
passieren läßt. Damit die Überwachungsvorrichtung 1
sowohl bei 50 als auch bei 60 Hz Nennfrequenz betrieben
werden kann, ist das Notchfilter 92 auf 50 Hz
und das Notchfilter 93 auf 60 Hz abgestimmt, womit
sich insgesamt eine Mittenfrequenz des Filters 86
von 55 Hz ergibt, während die untere Grenzfrequenz
des als Bandpaß geschalteten Filters 85 bei 150 Hz
und die obere Grenzfrequenz bei ca. 500 Hz liegen.
Ein weiteres, nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel
der Filtereinrichtung 15 sieht vor, daß das Filter
85 als Hochpaß und das Filter 86 als Tiefpaß ausgeführt
sind, wobei das Tiefpaßfilter lediglich die
Grundfrequenz und das Hochpaßfilter nur die Oberwellen
durchläßt.
Schließlich kann bei einem weiteren nicht dargestellten
Ausführungsbeispiel für die Filtereinrichtung 15
das Filter 85 durch einen einfachen Spannungsteiler
oder Verstärker ersetzt werden, der das gesamte Frequenzspektrum
zu dem Ausgang 87 passieren läßt.
An die Ausgänge 87 und 88 der Filter 85 und 86 ist
die als Differenzbildner ausgebildete Verknüpfungseinrichtung
89 angeschlossen, und zwar in der Weise,
daß das Ausgangssignal des Filters 85 über einen
Gleichrichter 110 dem invertierenden Eingang und
das Ausgangssignal des Filters 86 über einen Gleichrichter
111 dem nicht invertierenden Eingang eines
Differenzverstärkers 112 zugeführt wird. Jeder der
Gleichrichter 110, 111 wird von einem über einen
Widerstand 113 gegengekoppelten Operationsverstärker
114 gebildet, der entweder zusätzlich über eine entsprechende
Diode gegengekoppelt oder so an die Versorgungsspannung
angeschlossen ist, daß er von der
in seinen invertierenden Eingang eingespeisten Wechselspannung
lediglich die positiven Halbwellen verstärkt
und die negativen Halbwellen unterdrückt; damit
die Gegenkopplung über den Widerstand 113 wirksam
werden kann, ist der invertierende Eingang des
Operationsverstärkers 114 über einen Entkopplungswiderstand
115 an den jeweils zugehörigen Ausgang 87 bzw.
88 des entsprechenden zugehörigen Filters 85 bzw. 86
angeschlossen.
Das aus dem Gleichrichter 110 halbwellengleichgerichtete
Wechselspannungssignal gelangt über die Serienschaltung
von Widerständen 116, 117 in den invertierenden
Eingang des über einen Widerstand 118 gegengekoppelten
Operationsverstärkers 112, während das aus
dem Gleichrichter 111 erhaltene halbwellengleichgerichtete
Wechselspannungssignal über die Serienschaltung
aus Widerständen 119, 120 dem nicht invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers 112 zugeführt wird,
dessen nicht invertierender Eingang über einen Widerstand
121 mit der Schaltungsmasse verbunden ist. Um
eine ordnungsgemäße Differenzbildung der gleichgerichteten,
aus den Filtern 85 und 86 erhaltenen Signale
sicherzustellen, wird entweder lediglich eines der
halbwellengleichgerichteten Signale oder beide mit Hilfe
von Kondensatoren integriert, wozu an die Verbindungsstelle
zwischen dem Widerstand 116 und dem Widerstand
117 der Kondensator 122 und an die Verbindungsstelle
zwischen dem Widerstand 119 und dem Widerstand
120 der Kondensator 123 angeschlossen ist.
An dem Ausgang 124 der Filtereinrichtung 15 steht damit
ein Signal an, das im wesentlichen der Differenz
der aus den Filtern 85 und 86 erhaltenen Signale entspricht
und das weiterzuverarbeitende Meßsignal darstellt.
Im einzelnen arbeitet die Filtereinrichtung 15 in der
Weise, daß das Meßsignal einen hohen Wert aufweist,
wenn der Drehstromverbraucher 3 an ein Drehstromnetz
mit sinusförmigen Spannungen angeschlossen ist und
keine Phase ausgefallen ist, da dann praktisch keine
Oberwellen auftreten, womit das Ausgangssignal des
Filters 85 nahezu null ist. Fällt jedoch bei dem gewählten
Beispiel eine Phase aus, so treten in dieser
Phase Oberwellen auf, wenn der Drehstromverbraucher
ein Drehstromtransformator oder Asynchronmotor ist,
so daß sich an dem Ausgang 87 des Filters 85 ein von
null nennenswert verschiedenes Signal einstellt, das
in den Differenzbildner 89 das aus dem Filter 86 erhaltene
Signal verringert. Es wird also im Vergleich
zu dem Fall, bei dem in allen Phasen ein Strom fließt,
ein kleineres Meßsignal erzeugt.
Ist hingegen der Drehstromverbraucher eine rein ohmsche
Last, die keinerlei EMK erzeugt, so sind die Ausgangssignale
beider Filter 85 und 86 null und damit auch
das aus der Differenz beider Signale erhaltene Meßsignal.
Änderungen des Meßsignals ergeben sich auch, wenn das
Filter für die Oberwellen das Filter 85 durch einen
einfachen Spannungsteiler ersetzt wird.
Wenn die Filtereinrichtung 15 zur Überwachung von
frequenzgeregelten Asynchronmotoren verwendet wird,
müssen die Filter 85 und 86 entsprechend der
Nennfrequenzänderung für den Drehstrommotor nachgeregelt werden,
was beispielsweise durch Parallelschalten von
Kapazitätsdioden zu den frequenzbestimmenden Kondensatoren
erreicht werden kann.
Das in der beschriebenen Weise mit Hilfe der Filtereinrichtung
15 erhaltene Meßsignal gelangt von deren
Ausgang 124 in die zweite Schaltergruppe 16 des Multiplexers
14, von wo es entsprechend der Stellung der
Schalter dem zu dem jeweiligen Meßzweig 7, 8 oder 9
gehörigen Ausgang 20, 21 oder 22 der Signalerzeugerschaltung
4 zugeführt wird.
In den Fig. 4 und 5 ist das Schaltbild der Vergleichsschaltung
5 veranschaulicht, an deren Eingänge 23, 24,
25, wie bereits oben ausgeführt, Speicherglieder 26,
27, 28 in Form von an der Schaltungsmasse angeschlossenen
Kondensatoren 26, 27, 28 liegen. Zur Verbesserung
der Speicherwirkung bzw. zum Erzielen einer
Integrationswirkung ist jeder der Kondensatoren 26, 27,
28 über einen zugehörigen Widerstand 130, 131 und 132
mit dem jeweils zugehörigen Eingang 23, 24, 25 der
Vergleichsschaltung 5 verbunden. Die in den Kondensatoren
26, 27, 28 gespeicherten Meßsignale werden
über Leitungen 133, 134 und 135 der Minimalspannungsschaltung
30 zugeführt, und über Leitungen 136,
137, 138 werden die gespeicherten Meßsignale der
Minimalspannungsschaltung 29 zugeführt.
Die Minimalspannungsschaltung 30 ist nach Art eines
Dioden-UND-Gatters geschaltet, d. h. sie enthält für
jedes Meßsignal, das auf den Leitungen 133, 134, 135
zugeführt wird, jeweils eine Diode 140, 141, 142,
wobei das Meßsignal in die Kathode der Dioden
140 bis 142 eingespeist wird. Anodenseitig sind die
drei Dioden 140 bis 142 zusammengeschaltet und liegen
über einen Widerstand 143 an einer positiven Versorgungsspannung,
die größer ist als der zu erwartende
Maximalwert irgendeines der Meßsignale. Zur Kompensation
der Durchlaßspannung der Dioden 140 bis
142 ist mit deren Anoden eine weitere Diode 144 anodenseitig
verbunden, deren Kathode über einen Widerstand
145 an einer negativen Versorgungsspannung
liegt. Die Verbindungsstelle zwischen der Kathode
der Diode 144 und dem Widerstand 145 bildet den
Ausgang 32 der Minimalspannungsschaltung 30.
Die Minimalspannungsschaltung arbeitet in der Weise,
daß die Anoden der Dioden 140 bis 142 ein Potential
annehmen, das dem kleinsten in einem der Kondensatoren
26, 27, 28 gespeicherten Spannungswert zuzüglich
der Durchlaßspannung der Diode entspricht. Liegt
an einem der Kondensatoren 26, 27, 28 eine höhere
Spannung an, so ist die damit verbundene Diode der
Dioden 140 bis 142 in Sperrichtung gepolt, da ihre
Anode auf einem kleineren Potential als die Kathode
liegt.
Die Spannung an dem Ausgang 32 ist wegen der durch
den Widerstand 145 in jedem Falle in Durchlaßrichtung
gepolten Diode 144 gleich der an der Anode der
Diode 144 liegenden Spannung minus der Durchlaßspannung
dieser Diode, d. h. die an dem Ausgang 32 anstehende
Spannung ist, wenn die Dioden 140 bis 142
dieselbe Durchlaßspannung aufweisen wie die Diode
144, gleich der kleinsten an einem der drei Kondensatoren
26 bis 28 anliegenden Spannung.
Die Maximalspannungsschaltung 29 ist nach Art eines
Dioden-ODER-Gatters aufgebaut und enthält wiederum
insgesamt drei Dioden 150, 151 und 152, deren Anoden
die Eingänge der Maximalspannungsschaltung 29
bilden. Kathodenseitig sind die Dioden 150 bis 152
miteinander verbunden und liegen an einem mit einer
negativen Versorgungsspannung verbundenen Widerstand
153. Die Kathoden der Dioden 150 bis 152 sind mit
der Kathode einer weiteren Diode 154 zur Kompensation
der Durchlaßspannungen der Dioden 150 bis 152
verbunden. Die Diode 154 liegt mit ihrer Anode über
einen Widerstand 155 an einer positiven Versorgungsspannung,
die wiederum größer ist als der zu erwartende
Maximalwert der in den Kondensatoren 26 bis
28 gespeicherten Meßsignale. Die Anode der Diode
154 bildet den Ausgang 31 der Maximalspannungsschaltung.
Die Funktionsweise der Maximalspannungsschaltung 29
ist ähnlich der oben bereits beschriebenen Funktionsweise
der Minimalspannungsschaltung 30 mit dem Unterschied
lediglich, daß an den Kathoden der Dioden
150 bis 152 die größte an einem der Kondensatoren
26 bis 28 anliegenden Spannung zuzüglich der Durchlaßspannung
ansteht. Die übrigen Dioden sind entsprechend
in Sperrichtung gepolt, weil das an ihrer
Anode anliegende Potential kleiner ist als das Potential
der Kathode. Die Diode 154 dient wiederum der
Kompensation der Durchlaßspannungen 150 bis 152, wie
oben beschrieben.
An den Ausgang 31 der Maximalspannungsschaltung 29
und an den Ausgang 32 der Minimalspannungsschaltung
30 ist über Serienwiderstände 160, 161 der über einen
Widerstand 162 gegengekoppelte Differenzverstärker
33 derart angeschlossen, daß das jeweils kleinste
Meßsignal dem invertierenden und das jeweils größte
ermittelte Meßsignal dem nicht invertierenden Eingang
zugeführt wird, der zusätzlich über einen Ableitwiderstand
163 mit der Schaltungsmasse verbunden ist.
An dem Ausgang des Differenzverstärkers 33 steht
damit die verstärkte Differenz zwischen dem kleinsten
und dem größten ermittelten Meßsignal an, was, wie
beschrieben, das Kriterium für den Stromausfall in
wenigstens einer Phase des Drehstromverbrauchers 3
darstellt. Sind nämlich alle Phasen stromführend, so
sind die Frequenzspektren in allen Phasen gleich, womit
auch die Meßsignale in allen Meßzweigen 7, 8 und
9 gleich sind, was dazu führt, daß an den Speicherkondensatoren
26 bis 28 jeweils gleiche Spannungen
anliegen, so daß die Ausgangsspannung am Ausgang
des Differenzverstärkers 33 null ist. Ändert sich
jedoch das Frequenzspektrum in einer Phase gegenüber
den Frequenzspektren der anderen Phase, so erzeugt
der Differenzverstärker 33 an seinem Ausgang ein von
null verschiedenes Signal, das in die Verzögerungsschaltung
34 eingespeist wird.
Die Verzögerungsschaltung 34 enthält einen gesteuerten
Schalter 170, mit dem das an dem Ausgang des Differenzverstärkers
33 anstehende Signal zu der Integrationseinrichtung
35 durchgeschaltet werden kann. An den
Steuereingang 171 des Schalters 170 sind mit einer
negativen Versorgungsspannung verbundener Kondensator
172 sowie ein mit der positiven Versorgungsspannung
verbundener Widerstand 173 angeschlossen.
Der Widerstand 173 ist durch eine Diode 174 überbrückt,
die so geschaltet ist, daß ihre Anode an
dem Steuereingang 171 liegt.
Nach dem Einschalten der Versorgungsspannungen liegt
über den entladenen Kondensator 172 der Steuereingang
171 auf negativem Potential, was dazu führt,
daß der gesteuerte Schalter 170 geöffnet ist und
das Ausgangssignal von dem Differenzverstärker 32
nicht weiterleitet. Im Laufe der Zeit wird durch
die positive Versorgungsspannung und den Widerstand
173 der Kondensator 172 aufgeladen, so daß der gesteuerte
Schalter 170 in den leitenden Zustand überführt
wird, wenn das Potential an seinem Steuereingang
171 einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Sobald dieser Zustand erreicht ist, ist die Überwachungsvorrichtung
1 bereit und das in der Vergleichsschaltung
5 aus den Meßsignalen erzeugte
Signal an dem Ausgang des Differenzverstärkers 33
wird an das nachfolgende Integrationsglied 35 weitergeleitet.
Die Diode 174 sorgt für ein relativ
schnelles Entladen des Kondensators 172, wenn die
Versorgungsspannungen abgeschaltet werden, damit
die Verzögerungseinrichtung 34 nach dem erneuten
Einschalten der Versorgungsspannungen wieder in der
oben geschilderten Weise arbeiten kann.
Das der Verzögerungseinrichtung 34 nachgeschaltete
Integrationsglied 35 enthält, wie Fig. 5 zeigt,
einen mit der negativen Versorgungsspannung verbundenen
Intregrationskondensator 180, dem über einen
Widerstand 181 das Signal aus dem Differenzverstärker
33 zugeführt wird. An den Kondensator 180 ist die
Kathode einer mit der Schaltungsmasse verbundenen
Diode 182 angeschlossen, die dafür sorgt, daß der
Kondensator 180 bei kleiner werdendem Eingangssignal
verhältnismäßig rasch entladen wird, während die
Aufladezeit des Kondensators 180 aufgrund des Widerstandes
181 verhältnismäßig lang ist und im Bereich
von 1 Sekunde liegt. Das solchermaßen integrierte
Ausgangssignal des Differenzverstärkers 33 wird
dem nicht invertierenden Eingang des Komparators
36 zugeführt, an dessen invertierenden
Eingang die Referenzspannung 37 anliegt. Der
Komparator 36 steuert die Schaltstufe 6 durch, wenn
das seinem nicht invertierenden Eingang zugeführte
Signal kleiner ist als die Referenzspannung. Dieser
Betriebszustand entspricht dem ungestörten Fall, in
dem alle Phasen Strom führen, weil dann das Ausgangssignal
des Differenzverstärkers 33 sehr klein
ist, da alle erzeugten Meßsignale etwa gleich groß
sind.
Aus den Erläuterungen ist ohne weiteres ersichtlich,
daß anstatt die positiven Halbwellen an den Ausgängen
87 und 88 der Filter 85 und 86 zu verwenden,
auch die negativen Halbwellen ausgewertet werden können,
wenn entsprechend die Polarität der nachgeschalteten
Schaltung verändert wird.
Es ist außerdem zu erkennen, daß es zur Überwachung
von im Fehlerfall Oberwellen erzeugenden Drehstromverbrauchern,
die an einem rein sinusförmigen Drehstromnetz
betrieben werden, genügt, die Filtereinrichtung
15 lediglich mit einem Oberwellenfilter 85
zu versehen und das erhaltene gleichgerichtete Signal
ohne Differenzbildung und ohne Maximum-/Minimumsuche
unmittelbar mit einer Referenzspannung zu vergleichen.
In diesem Falle wäre nämlich, wenn alle
Phasen des Drehstromverbrauchers Strom führen, die
Ausgangsspannung des Oberwellenfilters 85 null,
während dessen Ausgangsspannung von null verschieden
ist, sobald in einer Phase der Strom ausfällt.
Dies würde als Kriterium zum Abschalten des Drehstromverbrauchers
3 ausreichen.
Claims (31)
1. Vorrichtung zur Überwachung des Stromausfalls in
wenigstens einer Phase eines Drehstromverbrauchers,
mit einer an die Phasen angeschlossenen und aus
den Phasenausgangsspannungen Meßsignale ableitenden
Signalerzeugerschaltung, die wenigstens eine
Filtereinrichtung enthält und an die eine die Meßsignale
mit einer Referenzspannung vergleichende
Vergleichsschaltung angeschlossen ist, sowie mit
einer von der Vergleichsschaltung gesteuerten Schaltstufe,
durch die beim Erkennen eines Stromausfalls
in einer Phase die Versorgungsspannung für den
Drehstromverbraucher abschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Filtereinrichtung (15) derart
aufgebaut ist, daß sie den Oberwellen der einzelnen
Phasenspannungen (R, S, T) entsprechende Meßsignale
erzeugt, daß in der Vergleichsschaltung (5) die
Differenz aus dem jeweils größten Meßsignal und
dem jeweils kleinsten Meßsignal mit einer Referenzspannung
(37) verglichen wird, und daß die Vergleichsschaltung
(5) bei die Referenzspannung (37) überschreitender
Differenz ein die Schalterstufe (6) abschaltendes
Signal abgibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalerzeugerschaltung (4) für jede
Phase (R, S, T) einen Meßzweig (7, 8, 9) enthält,
in dem ein der jeweiligen Phase (R, S, T)
zugeordnetes Meßsignal erzeugt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalerzeugerschaltung (4) einen
Multiplexer (14) enthält, durch den die Filtereinrichtung
(15) zeitlich nacheinander in die den
Phasen (R, S, T) zugeordneten Meßzweige (7, 8, 9)
eingeschaltet wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Multiplexer (14) einen Taktgeber (17)
sowie eine erste und eine zweite von dem Taktgeber
(17) gesteuerte Schaltergruppe (13, 16) aufweist,
von denen die erste Schaltergruppe (13)
dem Eingang der Filtereinrichtung (15) vorgeschaltet
und die zweite Schaltergruppe (16) dem
Ausgang der Filtereinrichtung (15) nachgeschaltet
ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Taktgeber (17) Verzögerungseinrichtungen
(18) aufweist, durch die die zweite Schaltergruppe
(16) derart gesteuert wird, daß der
Ausgang (124) der Filtereinrichtung (15) mit dem
jeweiligen Meßzweig ( 7, 8, 9) erst nach dem jeweiligen
Einschwingen der Filtereinrichtung (15)
verbunden wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Meßzweig ( 7, 8, 9) eine eigene
Filtereinrichtung (15) enthält.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Filtereinrichtung (15) ein Filter
(86) enthält, dessen obere Grenzfrequenz zwischen
der Nennfrequenz der Versorgungsspannung für den
Drehstromverbraucher (3) und etwa der doppelten
Nennfrequenz liegt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Filter (86) ein Bandpaß ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bandpaß (86) zwei aktive, in Serie
geschaltete Notchfilter (92, 93) sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Filtereinrichtung (15 ), eine Verknüpfungseinrichtung
(89) mit zwei Eingängen und einen
den Ausgang der Filtereinrichtung (15) bildenden
Ausgang (124) enthält, wobei an einen der Eingänge
das Filter (86) angeschlossen ist und in den anderen
Eingang ein weiteres aus der jeweiligen Phasenspannung
(R, S, T) abgeleitetes Signal eingespeist
wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das weitere in den zweiten Eingang der
Verknüpfungseinrichtung (89) eingespeiste Signal
der Phasenspannung (R, S, T) proportional ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das weitere in den zweiten Eingang der
Verknüpfungseinrichtung (89) eingespeiste Signal
lediglich Oberwellen der jeweiligen Phasenspannung
(R, S, T) enthält.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Aussieben der Oberwellen der jeweiligen
Phasenspannung (R, S, T) die Filtereinrichtung
(15) ein zweites an den zweiten Eingang der
Verknüpfungseinrichtung (89) angeschlossenes Filter
(85) enthält, dessen untere Grenzfrequenz oberhalb
der Nennfrequenz der Phasenspannung liegt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Filter (85) ein Bandpaß ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß das Filter (85) zwei aktive, in Serie
geschaltete Notchfilter (90, 91) sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verknüpfungseinrichtung (89) in ihrem
ersten und in ihrem zweiten Eingang je einen
Gleichrichter (110, 111) enthält.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß an wenigstens einen der Gleichrichter
(110, 111) ein Integrator (116, 122, 119, 123)
angeschlossen ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verknüpfungseinrichtung (89) ein
Differenzbildner ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Vergleichsschaltung (5) das
größte oder das kleinste Meßsignal mit einer
Referenzspannung verglichen wird und daß die
Vergleichsschaltung (5) bei Über- oder Unterschreiten
der Referenzspannung durch eines der
Meßsignale ein die Schalterstufe (6) abschaltendes
Signal abgibt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vergleichsschaltung (5) für jedes
der zugeführten Meßsignale eine Speichereinrichtung
(26, 27, 28) aufweist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vergleichsschaltung (5) zwei Speichereinrichtungen
aufweist, wobei in der einen
das jeweils kleinste und in der anderen das jeweils
größte Meßsignal gespeichert wird.
22. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Ermittlung der Differenz aus dem
jeweils größten und dem jeweils kleinsten Meßsignal
die Vergleichsschaltung (5) einen Differenzverstärker
(33) enthält, an dessen erstem Eingang eine
Maximalspannungsschaltung (29) angeschlossen
die das jeweils größte Meßsignal zu dem Differenzverstärker
(33) durchschaltet, und an dessen zweiten
Eingang eine Minimalspannungsschaltung (30) angeschlossen
ist, die das jeweils kleinste Meßsignal
zu dem Differenzverstärker (33) weiterleitet.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
daß die Maximalspannungsschaltung (29) für
jedes der Meßsignale eine Diode (150, 151, 152)
aufweist, in deren Anoden die Meßsignale eingespeist
werden und die kathodenseitig miteinander
verbunden an einen an einer festen negativen
Spannung liegenden Widerstand (153) angeschlossen
sind, und daß die Durchlaßspannungen der Dioden
(150, 151, 152) durch eine weitere in Durchlaßrichtung
vorgespannte Diode (154) kompensiert
sind.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
daß die Minimalspannungsschaltung (30) für
jedes der Meßsignale eine Diode (140, 141, 142)
aufweist, in deren Kathoden die Meßsignale eingespeist
werden und die anodenseitig miteinander
verbunden an einen an einer festen positiven
Spannung liegenden Widerstand (143) angeschlossen
sind, und daß die Durchlaßspannungen der Dioden
(140, 141, 142) durch eine weitere in Durchlaßrichtung
vorgespannte Diode (144) kompensiert
sind.
25. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
daß an den Ausgang des Differenzverstärkers
(33) ein Komparator (36) angeschlossen
ist, an dessen anderem Eingang eine Referenzspannungsquelle
(37) liegt, und daß der Ausgang
des Komparators (36) an den Eingang der
gesteuerten Schaltstufe (6) angeschlossen ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Ausgang des Differenzverstärkers
(33) und den zugehörigen Eingang des
Komparators (36) eine Verzögerungsschaltung
(34) liegt, die für eine vorbestimmte Zeit nach
dem Einschalten der Vorrichtung (1) die Spannung
an dem zugehörigen Eingang des Komparators
(36) auf einem Wert hält, derart, daß die
Versorgungsspannung für den Drehstromverbraucher
(3) eingeschaltet ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,
daß an den Eingang des Komparators
(36) ein Integrationsglied (35) angeschlossen
ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der überwachte Drehstromverbraucher (3)
ein Drehstromasynchronmotor ist.
29. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der überwachte Drehstromverbraucher (3)
ein Drehstromtransformator ist.
30. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der überwachte Drehstromverbraucher (3)
eine im wesentlichen ohmsche Last ist.
31. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die obere Grenzfrequenz des Filters (86)
entsprechend der Nennfrequenz der Versorgungsspannung
für einen frequenzgeregelten Drehstromverbraucher
(3) nachregelbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19823214367 DE3214367A1 (de) | 1982-04-20 | 1982-04-20 | Vorrichtung zur ueberwachung des stromausfalls in wenigstens einer phase eines drehstromverbrauchers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19823214367 DE3214367A1 (de) | 1982-04-20 | 1982-04-20 | Vorrichtung zur ueberwachung des stromausfalls in wenigstens einer phase eines drehstromverbrauchers |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3214367A1 DE3214367A1 (de) | 1983-11-03 |
DE3214367C2 true DE3214367C2 (de) | 1988-03-10 |
Family
ID=6161254
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19823214367 Granted DE3214367A1 (de) | 1982-04-20 | 1982-04-20 | Vorrichtung zur ueberwachung des stromausfalls in wenigstens einer phase eines drehstromverbrauchers |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE3214367A1 (de) |
Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
ES2552105B1 (es) * | 2015-07-20 | 2016-09-09 | Francisco GUZMÁN NAVARRO | Dispositivo y método para corregir el desequilibrio de tensiones en las fases de un sistema trifásico |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE881824C (de) * | 1942-04-16 | 1953-07-02 | Siemens Ag | Schutzeinrichtung fuer elektrische Anlagen |
DE1167426B (de) * | 1960-02-16 | 1964-04-09 | Soernewitz Elektrowaerme Veb | UEberwachungseinrichtung fuer Phasenspannungsaenderungen in Mehrphasennetzen |
US3407338A (en) * | 1966-03-17 | 1968-10-22 | Lear Siegler Inc | Voltage sensing and protection circuit |
DE2532206A1 (de) * | 1975-07-18 | 1977-01-20 | Hartmann & Braun Ag | Schaltungsanordnung zur abschaltung eines drehstromverbrauchers bei unsymmetrischer leistungsaufnahme |
-
1982
- 1982-04-20 DE DE19823214367 patent/DE3214367A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3214367A1 (de) | 1983-11-03 |
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