DE3543202A1

DE3543202A1 - Phasenschutzschaltung

Info

Publication number: DE3543202A1
Application number: DE19853543202
Authority: DE
Inventors: Anton Marcel Forthampton Gloucestershire Bax; Jonathan Charles Dorset May
Original assignee: Smiths Group PLC
Current assignee: Smiths Group PLC
Priority date: 1984-12-14
Filing date: 1985-12-06
Publication date: 1986-06-26
Also published as: SE8505870L; SE455556B; FR2575006A1; US4659974A; SE8505870D0; GB8431691D0

Description

PhasenschutzschaLtung

Die Erfindung betrifft eine Phasenschutzschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Für bestimmte elektrische Verbraucher, wie beispielswei se für Elektromotoren ist es erforderlich, daß die drei Phasen einer Drehst rom Leitung korrekt, d.h. in der richtigen Phasenbeziehung mit den Eingangsklemmen des Verbrauchers verbunden werden. Dies ist beispielsweise erforderLich bei Kreiselkompassen, deren Kreisel durch einen Elektromotor angetrieben wird, wobei die Lagerung durch hydrodynamische, gasgeschmierte Lager erfolgt. Werden die drei Phasen bei einem derartigen Motor falsch angeschlossen, dann dreht sich der Motor in falscher Drehrichtung, wodurch die Lager von Motor und Kreisel zerstört werden können.

üblicherweise kann davon ausgegangen werden, daß die drei Adern einer Drehstromleitung eine korrekte Färbkennung aufweisen. Trotz einer korrekten Farbkennung

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ist jedoch nicht sichergestellt, daß die drei Adern auch korrekt mit den Anschlüssen des Verbrauchers verbunden werden. Dieses Problem tritt speziell dort auf, wo die Installation durch nicht ausreichend geschultes Persona I erfolgt.

Es besteht die Aufgabe, die Phasenschutzschaltung so auszubilden, daß gleichgültig wie die drei Adern an die Phasenschutzschaltung angeschlossen werden, dem Verbraucher die drei Phasen in korrekter Phasenbeziehung zueinander zugeführt werden.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein Ausführungsbeispiel, das sich auf den Motor eines Kreiselkompasses bezieht, wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Phasenschutzschaltung;

Fig. 2 die bei der Phasenschutzschaltung verwendete Steuerschaltung;

Fig. 3 den Phasenverlauf bei den drei Adern der Drehstromleitung;

Fig. 4 die Beziehung von zwei Phasen der Drehstrom Leitung;

Fig. 5 die von der Steuerschaltung erzeugten und 6 Signale und

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Fig. 7 die Beziehung von zwei weiteren Adern der Drehstrom Leitung.

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Wie der Fig. 1 entnehmbar ist, wird der Elektromotor 2, bei dem es sich um einen Drehstrommotor handelt, über die Phasenschutzschaitung 3 an eine Drehstromleitung angeschlossen, die von einem Drehstrommotor 1 gespeist wird. Es besteht die Bedingung, daß der Motor 2 nur in einer bestimmten Drehrichtung arbeiten darf, wie dies beispielsweise der Fall ist bei Kreiselkompassen, bei denen der oder die Kreisel in hydrodynamischen gasgeschmierten Lagern gelagert sind. Die Phasenschutzschaitung 3 soll sicherstellen, daß die drei im Motor 2 gelieferten Signale A, B und C jeweils zueinander die gewünschte Phasenbeziehung aufweisen, gleichgültig, wie die Drehstromleitung an die Schaltung 3 angeschlossen ist. Die Phasenschutzschaitung 3 ist bevorzugt innerhalb des Gehäuses 20 angeordnet, in dem auch der Motor 2 angeordnet ist. Es handelt sich um eine herste!lerseitig gefertigte Baueinheit, so daß es möglich ist, die Drehstromleitung an die Schutzschaltungen 3 anzuschließen, ohne daß darauf geachtet werden muß, daß die drei Phasen korrekt angeschlossen werden. Es wurde festgestellt, daß die drei Phasen der Drehstromleitung oftmals eine falsche Phasenkennzeichnung aufweisen. Durch die Schutzschaltung 3 wird jedoch sichergestellt, daß bei einem fal sehen Anschluß der Motor 2 bzw. die von ihm angetriebenen Teile nicht beschädigt werden.

Die Phasenschutzschaitung 3 besteht aus zwei Grundeinheiten nämlich einer Schalteinheit 30 und einer Schaltsteuereinheit 31. Die Signale A von einem Ausgang 11 des Drehstromgenerators 1 werden über die Leitung 32 durch die Schaltung 3 hindurch direkt dem Eingang 21 des Motors 2 zugeführt. Die Signale B und C von den anderen beiden Ausgängen 12 und 13 werden den anderen Eingängen

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22 und 23 des Motors in Übereinstimmung mit ihrer Phasenbeziehung zu den Signalen A vom Ausgang 11 wie durch die Schaltung 3 bestimmt, zugeführt. In diesem Zusammenhang weist die Schalteinheit 30 vier Schalter 41 bis 44 auf. Hierbei sind zwei Schalter 41 und 42 mit ihren Eingängen parallel über die Leitung 45 mit dem zweiten Ausgang 12 verbunden, während ihre Ausgänge einmal mit dem zweiten Eingang 22 und dem dritten Eingang 23 des Motors 2 verbunden sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Ausgang des Schalters 41 verbunden mit dem zweiten Eingang 22 und der Ausgang des Schalters 42 verbunden mit dem dritten Eingang 23. Die beiden anderen Schalter 43 und 44 sind in entsprechender Weise geschaltet, d.h. deren beiden Eingänge sind über die Leitung 46 mit dem dritten Ausgang 13 verbunden, während ihre Ausgänge einmal mit dem zweiten Eingang 22 und zum anderen mit dem dritten Eingang 23 des Motors 2 verbunden sind. Im Speziellen ist der Ausgang des Schalters 43 mit dem zweiten Eingang 22 und der Ausgang des Schalters 44 mit dem dritten Eingang

23 verbunden . Die Schalter 41 bis 44 werden durch die Steuereinheit 31 in einen von zwei Schaltzuständen gesteuert. Im einen Schaltzustand sind die beiden Schalter 41 und 44 eingeschaltet, während die beiden anderen Schalter 42 und 43 ausgeschaltet sind, was bedeutet, daß die Signale D vom zweiten Ausgang 12 auf den zweiten Motoreingang 22 und die Signale C vom dritten Ausgang 13 des Drehstromgenerators auf den dritten Motoreingang 23 geschaltet sind. Im anderen Schaltzustand sind die Schalter 42 und 43 eingeschaltet, während die Schalter 41 und 44 ausgeschaltet sind, was bedeutet, daß die Signale B vom zweiten Ausgang 12 auf den dritten Motoreingang 23 und die Signale C vom dritten Ausgang 13 auf den zweiten Motoreingang 22 geschaltet werden.

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Bei den Schaltern 41 bis 44 kann es sich um Triacs oder um Diodenbrücken handeln, beispielsweise um solche, wie sie in der GB-OS 85 22 099 beschrieben sind.

Der Aufbau der Schaltsteuereinheit 31 wird nachfolgend anhand der Fig. 2 erläutert. Wie bereits vorerwähnt, bildet die Leitung 32 vom ersten Ausgangsanschluß 11 des Drehstrommotors 1 die durch die Einheit 31 hindurchgehende Bezugsschiene. Der zweite Ausgang 12 ist über eine Diode 51 und einen Strombegrenzungswiderstand 52, die zueinander in Serie geschaltet sind, mit dem Invertereingang eines ersten Oder-Gatters 53 und dem nichtinvertierenden Eingang eines zweiten Oder-Gatters 54 verbunden. Der nichtinvertierende Eingang des ersten Oder-Gatters 53 ist mit der Leitung 32 direkt verbunden. Sein Ausgang ist angeschlossen an eine erste monostabile Schaltung 55. Der Invertereingang des zweiten Oder-Gatters 54 liegt über eine Leitung 60 an einer positiven Konstantspannung Vcc an. Sein Ausgang ist verbunden mit einer zweiten monostabilen Schaltung 56. An dieser Stelle ist zu erwähnen, daß das System in Bezug auf das Signal A des ersten Ausgangs 11 Relativwerte Β/Λ bildet, so daß die beiden monostabilen Schaltungen 55 und 56 auf das Signal B des zweiten Ausgangs 12 in Bezug auf das Signal A am ersten Ausgang 11 ansprechen.

Die positive Konstantspannung Vcc wird abgeleitet von einer Zenerdiodenstabi1isierungsschaltung 61, welche zwischen den Leitungen 32 und 45 geschaltet ist.

Die Ausgänge der monostabilen Schaltungen 55 und 56 sind jeweils mit einer Diodenschaltung 70 bzw. 80 verbunden. Je-

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de Diodenschaltung 70, 80 weist eine Serienschaltung eines Widerstandes 71 bzw. 81, einer Diode 72 bzw. und eines Kondensators 73 bzw. 83 auf, die zwischen dem jeweiligen monostabilen Ausgang und der Leitung 32 geschaltet sind. An der Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 71 bzw. 81 und der Diode 72 bzw. 82 ist eine weitere Diode 74 bzw. 84 angeschlossen, deren jeweilige Anode an der Verbindungsstelle und. deren jeweilige Kathode miteinander und mit einem Widerstand 47 verbunden sind, der an den dritten Ausgang 13 über die Leitung 46 angeschlossen ist.

Die Ausgangssignale der Diodenschaltungen 70 und 80 werden abgegriffen an der Verbindungsstelle zwischen der Diode 72 bzw. 82 und dem Kondensator 73 bzw. 83 . Diese Signale werden jeweils zugeführt dem negativen Eingang eines Komparators 75 bzw. 85. Die positiven Eingänge der Komparatoren 75 und 85 sind mit einer positiven Konstantspannung 0,5Vcc verbunden. Die Ausgänge der Komparatoren 75 und 85 sind jeweils mit einer AusgangsTeitung 76 bzw. 86 verbunden, die von der Steuereinheit 31 zur Schalteinheit 30 führen. Der Ausgang jedes Komparators 75 bzw. 85 ist weiterhin über eine Diode 77 bzw. 87 mit dem negativen Eingang des jeweils anderen Komparators 75 bzw. 85 verbunden. Jede Diode ist hierbei mit ihrer Kathode an den Komparatorausgang angeschlossen.

Die Arbeitsweise des Systems wird nachfolgend anhand der Fig. 3 bis 7 erläutert.

Die Signale der drei Ausgänge 11 bis 13 des Wechselstromgenerators 1 bestehen aus Sinussignalen, die zueinander eine Phasendifferenz von 120° aufweisen, wie dies die

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Fig. 3 zeigt. Das System arbeitet unabhängig davon, welcher Ausgangsanschluß 11 bis 13 mit welchem Eingangsanschluß der Phasenschutzschaltung 3 verbunden ist. Bei der nachfolgenden Beschreibung sei vorausgesetzt, daß das Signal A des ersten Ausgangs 11 an der Leitung 32 liegt. Das erste Oder-Gatter 53 öffnet und bewirkt ein Umschalten der ersten monostabilen Schaltung 55 , wenn das zweite Signal B relativ zum ersten Signal A in negativer Richtung durch Null hindurchgeht, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Die Ausgangsimpulse der ersten monostabilen Schaltung 55 sind die in Fig. 5 dargestellten Impulse P,. In entsprechender Weise erzeugt die zweite monostabile Schaltung 56 kurze Ausgangsimpulse P_?, wenn das Signal B relativ zum ersten Signal A in positiver Richtung durch Null hindurchgeht, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Die Impulse P, weisen zueinander und die Impulse P^ ebenfalls zueinander einen Abstand von 360° auf, während die Impulse P-, und P2 zueinander einen Abstand von 180° aufweisen.

Diese Impulse P-, und Pp dienen zur Ladung der Kondensatoren 73 bzw. 83 der an die monostabilen Schaltungen '55 bzw. 56 angeschlossenen Diodenschaltungen 70 bzw. 80. Die Ausgänge der Diodenschaltungen 70 und 80 werden jedoch weiterhin durch das dritte Signal C in der Leitung gesteuert, d.h. durch den Wert des dritten Signals C relativ zum ersten Signal A wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Für das in Fig. 7 gezeigte Signal ergibt sich, daß während des Auftretens der Impulse P, vom Ausgang der ersten monostabilen Schaltung das Signal C/A negativ ist, während des Auftretens der Impulse P^ von der zweiten monostabilen Schaltung 56 dieses Signal positiv ist. Dies

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bedeutet wiederum, daß die Diode 74 des ersten Diodenschaltkreises 70 leitend wird, so daß die Impulse P-^ der ersten monostabilen Schaltung 55 den Kondensator 73 nicht aufzuladen vermögen. Die Diode 84 der zweiten Diodenschaltung 80 dagegen sperrt, so daß die Impulse P^ der zweiten monostabilen Schaltung 56 den Kondensator 83 auf den Wert Vcc aufzuladen vermögen.

Das Signal am negativen Eingang des ersten Komparators

75 ist daher negativ , so daß der Ausgang in der Leitung

76 einen hohen Wert einnimmt, während das Signal am Negativeingang des zweiten Koraparators 85 den Wert Vcc aufweist und somit das Signal in der Leitung 86 niedrig ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ergibt sich, daß dann die Steuereingänge der Schalter 41 und 44 , die mit der Leitung 76 verbunden sind, hohes Potential aufweisen, während an den Steuereingängen der Schalter 42 und 43, die mit der Leitung 86 verbunden sind, niederes Potential anliegt. Die Schalter sind nichtleitend, wenn an den Steuereingängen hohes Potential anliegt, bei einem niederen Potential an den Steuereingängen ist jedoch ihre Leitfähigkeit hergestellt. Die Schalter 41 und 44 sind daher ausgeschaltet, während die Schalter 42 und 43 eingeschaltet sind. Auf diese Weise wird das Signal B vom zweiten Ausgang 12 des Drehstromgenerators 1 dem dritten Eingang 23 des Motors 2 zugeführt, während das Signal C vom dritten Ausgang 13 an den zweiten Eingang 22 des Motors gelegt wird.

Falls die Phase des dritten Signals C in Bezug auf das

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erste Signal A in Bezug auf den Kurvenverlauf der Fig. 7 um 120 verschoben ist, dann werden die Signalpegel der beiden Ausgangsleitungen 76 und 86 umgedreht, d.h. das Signal in der Leitung 76 wird L und dasjenige in der Leitung 86 H. Dies bedeutet dann, daß die Schaltereinheit das zweite Signal B an den zweiten Motoreingang 22 und das dritte Signal C an den dritten Motoreingang 23 liegt, wodurch sichergestellt ist, daß die Phase der Signale, die den Eingängen des Motors zugeführt werden, jeweils die richtige Phasenbeziehung zueinander aufweisen.

Die zuvor beschriebene Schaltung bestimmt also die Phasenbeziehung zwischen dem ersten und dem zweiten zugeführten Signal. Ist eine bestimmte Phasenbeziehung vorhanden, dann wird die Phasenbeziehung zwischen dem dritten und dem zweiten zugeführten Signal bestimmt. Diese letztere Phasenbeziehung wird dazu verwendet, die Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten zugeführten Signal und den geeigneten Eingängen des Motors zu bestimmen.

Die Verwendung der Dioden 77 und 87 stellt sicher, daß beim Einschalten der Phasenschutzschaltung lediglich einer der Komparatoren 75 oder 85 arbeiten kann, während das Ausgangspotential des jeweils anderen Komparators hohes Potential annimmt. Hierdurch wird sichergestellt, daß Störsignale in den Leitungen 45 oder 46 nicht unmittelbar eine Schaltzustandsänderung bewirken können, ohne daß der Ausgang des ersten Komparators abermals hohes Potential annimmt, wodurch die Schaltung unempfindlich gegen Störspannungen wird. Hierdurch ist es praktisch ausgeschlossen, daß beide Leitungen '76 und 86 gleichzeitig niederes Potential annehmen, so daß verhindert wird, daß alle vier Schalter 41 bis 44 in den Leitzustand überführt werden.

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Die Phasenbeziehung B/A der Fig. 4 , deren Signale an den Eingängen der Gatter 53 und 54 Liegen, ergibt sich durch die Diode, die zwischen der Leitung 32 und diesen Eingängen geschaltet ist. Die Impulse R.

und P-, werden also erzeugt, wenn die Signale A und B entgegengesetzt gleich groß sind und das Signal B/A durch den Nullwert nach Minus bzw. nach Plus wandert.

Die Phasenbeziehung C/A der Fig. 7 ergibt sich durch die Diode, die zwischen der Leitung 32 und den Kathoden der Dioden 74 und 84 geschaltet ist.

Claims

Dipl.-Ing.

RolfCharrier

Patentanwalt 35432 0 2

Rehlingenstraße 8 · Postfach 26ü
D-8900 Augsburg 31

Telefon 0821/36015 + 36016

Telex 533 275

Micvh.T \: ,.j >,.(,.., A^rTi: Sriths Industries Pub I i c Lt d. Cc

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Ansprüche

1. PhasenschutzschaLtung, die zwischen den drei Adern einer DrehstromLeitung und den drei Anschlüssen eines elektrischen Verbrauchers geschaltet ist, wobei die Phasenschutzschaltung drei Eingänge, die mit je einer Ader verbindbar sind, und drei Ausgänge, die mit je einem Anschluß verbunden sind aufweist, dadurch g e k e η η - "~—\,. zeichnet, daß eine erste Ader über einen ersten Eingang und einen ersten Ausgang direkt mit einem ersten Anschluß verbunden ist, vier Schalter (41 bis 44) vorgesehen sind, ein erster und ein zweiter Schalter (41, 42) zwischen einem zweiten Eingang und einerseits einem zweiten Ausgang und andererseits einem dritten Ausgang geschaLtet sind, ein dritter und ein vierter Schalter (43, 44) zwischen einem dritten Eingang und einerseits dem zweiten Ausgang und andererseits dem dritten Ausgang geschsLtet sind , Sch altm ittel (55, 56)vorgesehen sind, die AusgangssignaLe in Abhängigkeit der Phasenbeziehung zwischen den Signalen am ersten und am zweiten Eingang erzeugen , zweite Schaltmittel (70, 80) vorgesehen sind, die die Phasenbeziehung zwischen den Signalen am ersten und am dritten Eingang bei Auftreten der AusgangssignaLe erfassen, dritte Schaltmittel (75, 85) vorgesehen sind, die die Schalter (41 bis 44) in Abhängig-

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keit der Phasenbeziehung der Signale am ersten und dritten Eingang bei Auftreten der AusgangssignaLe steuern und die entweder den ersten und vierten SchaLter (41, 44) schließen und gleichzeitig den zweiten und dritten SchaLter (42, 43) öffnen oder umgekehrt.

2. Phasenschutzscha Itungnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Schaltmittel (55, 56) Ausgangssignale erzeugen, wenn die Signale am ersten und zweiten Eingang gegenphasig gleich groß sind.

3. Phasenschutzscha 11ung nach Anspruch 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Schaltmittel (55, 56)bei einer ersten Phasenbeziehung erste Ausgangssignale und bei einer zweiten Phasenbeziehung zweite Ausgangssignale erzeugen und die ersten Ausgangssignale zur Steuerung des ersten und vierten Schalters (41, 44) und die zweiten AusgangssignaLe zur Steuerung des zweiten und dritten Schalters (42, 43) dienen.

4. Phasenschutzscha 11ung nach Anspruch 3, dadurch

g e k e η η ζ e i ch η e t , daß die ersten AusgangssignaLe erzeugt werden, wenn das Signal am zweiten Eingang in Be2ug auf das Signal am ersten Eingang in der einen Richtung seine Polarität wechselt und die zweiten Ausgangssignale erzeugt werden, wenn ein Polaritätswechsel in der anderen Richtung auftritt.

5. Phasenschutζscha Itung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daßdi-e zweiten SchaLtmittel aus je einer Dioden-Kondensator-

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schaltung (70, 80) bestehen, denen die Ausgangssignale der ersten Schaltmittel (55, 56) in Form von Impulsen (P₁, Ρ,) zugeführt werden.

6. Phasenschutzschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (73 bzw. 83) der einen Dioden-kondensatorschaltung (70 bzw. 80) durch die einen Impulse geladen und der Kondensator (83 bzw. 73) der anderen Dioden-Kondensatorschaltung (80 bzw. 70) entladen wird, wenn eine bestimmte Phasenbeziehung zwischen den Signalen des dritten und ersten Eingangs vorliegt.

7. Phasenschutzschaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e k en η ζ e i c h η e t , daß der einen Dioden-Kondensatorschaltung (70) erste Impulse (P₁) und der anderen Dioden-Kondensatorscha Itung (80) zweite Impulse (Pp) zugeführt werden, diese Impulse (P-w P_) zueinander einen Abstand von 180 haben und die eine Dioden-KondensatorschaItung (70) den ersten und vierten Schalter (41, 44) und die andere Dioden-Kondensator scha 11ung (80) den zweiten und dritten Schalter (42, 43) steuert.

8. Phasenschutzschaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch g e k e η η ■ ζ e i c h η e t , daß die dritten Schaltmittel Komparatoren (75, 85) sind, die jeweils mit einem Eingang mit einer der Dioden-Kondensatorschaltungen (70, 80) verbunden ist und deren Ausgänge die Cch?lter (V, bis 44) steuert.

9. Phasenschutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,daß die Steuereingänge des ersten und vierten Schalters (41, 44) mit dem Ausgang eines ersten Komparators (75)

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und die Steuereingänge des zweiten und dritten Schalters (42, 43) mit dem Ausgang eines zweiten Komparators (85) verbunden sind und der Ausgang jedes Komparators (75, 85) mit dem Abs cha L teingang des jeweils anderen Komparators (75, 85) verbunden ist.

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