DE3810157A1 - Monitoring of electrical devices - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung der An sprüche 1 und 2 und von einer Vorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens nach der Gattung des Anspruchs 7.The invention is based on a method according to the type of claims 1 and 2 and of a device for performing the Ver driving according to the preamble of claim 7.
Ein einfaches Verfahren zum Überwachen von elektrischen Geräten wie Elektroheizungen, Elektromotoren, Generatoren, Beleuchtungen und dergleichen besteht darin, daß die Gesamt-Leistungsaufnahme bzw. -abgabe mit einem jeweils vorgegebenen Soll- oder Grenzwert ver glichen wird. Eine derartige Überwachung ist z.B. bei Elektrohei zungen bekannt. Elektroheizungen mit mehreren parallel geschalteten Heizelementen werden in der Industrie beispielsweise zur gleichmäßi gen Erwärmung von Werkzeugen verwendet. Aus Kostengründen wird eine aus mehreren Elementen zusammengesetzte Heizung von einem Regler in Abhängigkeit von der von einem oder mehreren Temperaturfühlern er faßten Isttemperatur durch Vergleich mit einer vorgegebenen Solltem peratur geregelt. Der Ausfall eines Heizelements kann durch Tempera turabweichungen nicht ohne weiteres festgestellt werden, da der Reg ler die Isttemperatur mit den verbliebenen funktionsfähigen Heizele menten auf die Solltemperatur nachführt. Diese Maßnahme führt jedoch leicht zu einer inhomogenen Temperaturverteilung im Werkzeug. A simple method for monitoring electrical devices such as Electric heaters, electric motors, generators, lighting and The like is that the total power consumption or delivery with a respectively predetermined target or limit value is compared. Such monitoring is e.g. at Elektrohei tongues known. Electric heaters with several connected in parallel Heating elements are used in industry, for example, for uniformity used to heat tools. For cost reasons, a heating composed of several elements by a regulator in Dependence on the one or more temperature sensors actual temperature by comparison with a predetermined target temperature temperature regulated. The failure of a heating element can be caused by tempera deviations in the door cannot be determined easily since the Reg the actual temperature with the remaining functional heating elements ment to the target temperature. However, this measure leads easily to an inhomogeneous temperature distribution in the tool.
Ein bekanntes Verfahren zur Überwachung der Heizung sieht vor, den in den einzelnen Heizelementen fließenden Strom auf das Einhalten vorgegebener Toleranzen hin zu überwachen. Für jeden Heizkreis wird eine Überwachungsschaltung benötigt, wobei die Toleranz für den Stromistwert jedes Heizkreises getrennt vorgegeben werden muß.A known method for monitoring the heating provides that in the individual heating elements to keep current flowing to monitor specified tolerances. For each heating circuit a monitoring circuit is required, the tolerance for the Actual current value of each heating circuit must be specified separately.
Bei der Überwachung von Elektromotoren besteht ein bekanntes Verfah ren zur Überwachung der Leistungsaufnahme beispielsweise darin, daß Bimetallschalter im thermischen Kontakt zu den zu schützenden Wick lungen angeordnet sind, die im Falle einer Übertemperatur den Be triebsstrom abschalten.There is a known method for monitoring electric motors ren for monitoring the power consumption, for example in that Bimetal switch in thermal contact with the wick to be protected lungs are arranged, the Be switch off the drive current.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine kostengünstige und zu verlässige Überwachung der Leistungsaufnahme bzw. der Leistungsabgabe von elektrischen Geräten.The method according to the invention enables an inexpensive and to reliable monitoring of power consumption or power output of electrical devices.
Das zu überwachende Gerät wird in stromdurchflossene Teilelemente aufgeteilt, deren Leistungsaufnahme bzw. -abgabe in einem festen Ver hältnis zueinander stehen. Dieses Verhältnis wird überwacht.The device to be monitored is divided into current-carrying sub-elements divided, the power consumption or power in a fixed Ver relationship to each other. This relationship is monitored.
Kurzschlüsse, Teilkurzschlüsse, Unterbrechungen, auch in Teilbe reichen der Geräte, die noch nicht zum Ausfall führen, werden erkannt und angezeigt.Short circuits, partial short circuits, interruptions, also in partial areas range of devices that do not yet lead to failure are recognized and displayed.
In einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die stromdurchflossenen Elemente des Geräts in zwei zu überwachende Teilelemente aufgeteilt. Sind mehrere Elemente vorhanden, so können diese in Gruppen zusammengefaßt werden. Eine an der Verbindung zwi schen den beiden Teilelementen bzw. Gruppen meßbare Spannung wird ei nem Vergleicher zugeführt, der bei einer vorgegebenen Abweichung zwi schen der Meßspannung und einem Referenzwert ein Signal abgibt. Hier durch erhält man den weiteren Vorteil, daß neben Ausfällen, Kurz schlüssen und Teilkurzschlüssen auch jede andere Veränderung der Teilelemente erkannt wird. In a first embodiment of the method according to the invention the current-carrying elements of the device to be monitored in two Sub-elements divided. If there are several elements, you can these are grouped together. One at the connection between voltage between the two sub-elements or groups becomes egg nem supplied comparator, the given a deviation between signal and a reference value emits a signal. Here by you get the further advantage that in addition to failures, short inferences and partial shorts any other change in the Partial elements is recognized.
In einer zweiten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ei ne zwischen den Teilelementen oder den zwischen den Gruppen meßbare Stromdifferenz einem Vergleicher zugeführt, der bei einer vorgegebe nen Abweichung zwischen der Stromdifferenz und einem Referenzwert ein Signal abgibt. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die in großen Stückzahlen gefertigten Geber für Fehlerstromschutzschalter verwend bar sind.In a second embodiment of the method according to the invention, ei ne between the sub-elements or the measurable between the groups Current difference fed to a comparator, the given at a deviation between the current difference and a reference value Emits signal. This method has the advantage of being large Number of manufactured encoders used for residual current circuit breakers are cash.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel werden die Teilelemente des Geräts in parallel geschaltete Teilelemente aufgeteilt, zwischen de ren Zuleitungen eine Stromdifferenz gemessen wird. Eine Erhöhung der Anzahl der Teilelemente erleichtert die Anpassung des erfindungsge mäßen Verfahrens auch an Geräte mit sehr großer Leistungsaufnahme bzw. -abgabe. Mehrere weitere Teilelemente auch von unterschied lichen Geräten oder Gerätebestandteilen können in Gruppen zu einem Teilelement zusammengefaßt sein.In a special embodiment, the sub-elements of the Device divided into sub-elements connected in parallel, between de a current difference is measured. An increase in Number of sub-elements facilitates the adjustment of the fiction method even on devices with very high power consumption or levy. Several other sub-elements also differ devices or device components can be grouped into one Sub-element can be summarized.
Vorteilhafterweise wird die Leistungsaufnahme bzw. -abgabe der Teil elemente jeweils gleich groß gemacht. Dadurch wird die Meßspannung im störungsfreien Betrieb des Geräts stets halb so groß wie die Versor gungsspannung bzw. die Stromdifferenz ist dann Null.The power consumption or output is advantageously the part elements made the same size. The measuring voltage in trouble-free operation of the device always half the size of the utility supply voltage or the current difference is then zero.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich gleichermaßen bei einer Wechselstrom- als auch Gleichstromversorgung des zu überwachenden Ge räts.The method according to the invention is equally suitable for a AC and DC power supply to the Ge to be monitored guesswork
Die von den Vergleichern abgegebenen Signale lösen z.B. eine optische und/oder akustische Fehlermeldung aus.The signals emitted by the comparators solve e.g. an optical and / or acoustic error message.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ge mäß der ersten Ausführung weist den Vorteil auf, daß mit Hilfe eines Trenntransformators eine einfache Trennung zwischen der auf ver gleichsweise hohem Potential liegenden Meßspannung und einer Regel- und Überwachungsschaltung gegeben ist. The inventive device for performing the method ge According to the first embodiment has the advantage that with the help of a Isolation transformer a simple separation between the on ver equally high potential measuring voltage and a control and monitoring circuit is given.
Ferner ist es von Vorteil, einen oder beide Anschlüsse der Meßwick lung des Trenntransformators mit hochohmigen Widerständen an die Versorgungsspannung der Elemente anzubinden. Mit dieser Maßnahme ist eine zusätzliche Überwachung der zwischen den Elementen und dem Trenntransformator angeordneten Verbindungsleitung und der Schaltung zur Bereitstellung des Referenzwerts gegeben.It is also advantageous to have one or both connections of the measuring wick isolation transformer with high impedance to the Connect the supply voltage of the elements. With this measure is an additional monitoring of between the elements and the Isolating transformer arranged connecting line and the circuit given to provide the reference value.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ge mäß der zweiten Ausführung weist zunächst den Vorteil auf, daß be reits ein Ringkern mit einer Wicklung für die Auskopplung des gemes senen Differenzstroms für zwei Elemente oder vielfachen davon aus reicht. Weiterhin eignet sich insbesondere diese Vorrichtung zur Überwachung von Drehstromgeräten.The inventive device for performing the method ge according to the second embodiment has the first advantage that be riding a toroid with a winding for decoupling the gemes differential current for two elements or multiples thereof enough. Furthermore, this device is particularly suitable for Monitoring of three-phase devices.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen des erfin dungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.Further details and advantageous developments of the inventions inventive method and the device for performing the Procedures result from the following description.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein erstes, zweites und drittes Ausfüh rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Uberwachungsschaltung für elektrische Geräte. Figs. 1 to 3 show a first, second and third exporting approximately example of a monitoring circuit according to the invention for electrical equipment.
In allen Ausführungsbeispielen wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer Elektroheizung als Beispiel für ein zu überwachendes Gerät näher erläutert.The inventive method is used in all exemplary embodiments using an electric heater as an example of one to be monitored Device explained in more detail.
In Fig. 1 ist zwischen zwei strichlinierten Linien 10 eine Heizung 9 mit einem ersten und zweiten Heizelement 11, 12 gezeigt. Die bei den Heizelemente 11, 12 sind parallel geschaltet und liegen zwischen einer ersten und zweiten Stromversorgungsleitung 13, 14. Das erste Heizelement ist aus zwei Teilelementen 15, 16 und das zweite Heiz element 12 aus zwei Teilelementen 17, 18 zusammengesetzt. Die beiden Stromversorgungsleitungen 13, 14 sind an einem Regler 19 angeschlos sen, der die Leistung der Heizung 9 in Abhängigkeit vom Signal we nigstens eines, in Fig. 1 nicht eingezeichneten Temperaturfühlers, regelt. Die Verbindungsleitung 20 zwischen den beiden Teilelementen 15, 16 des ersten Heizelements 11 und die Verbindungsleitung 21 zwi schen den beiden Teilelementen 17, 18 des zweiten Heizelements 12 liegen gemeinsam an einem ersten Anschluß 22 einer Primärwicklung 23 eines Trenntransformators 24. Ein zweiter Anschluß 25 der Primär wicklung 23 steht in Verbindung mit einer an den Stromversorgungs leitungen 13, 14 angeschlossenen Referenzquelle 26. Am ersten An schluß 22 der Primärwicklung 23 liegt eine Meßspannung 35, während am zweiten Anschluß 25 der Primärwicklung ein von der Referenzquelle 26 bereitgestellter Referenzspannungswert 27 anliegt. Die beiden An schlüsse 22, 25 der Primärwicklung 23 sind über Widerstände 36, 37 jeweils mit der ersten Stromversorgungsleitung 13 verbunden. Eine Sekundärwicklung 28 des Trenntransformators 24 ist mit einem Ver gleicher 29 verbunden. Weitere Eingangssignale des Vergleichers 29 sind ein Ausgangssignal 30 des Reglers 19 und ein von einem Schwell wertgeber 31 abgegebenes Signal 32. Ein Ausgangssignal 33 des Ver gleichers 29 führt beispielsweise zu einer optischen/akustischen Ausgabevorrichtung 34.In Fig. 1, a heater 9 with a first and second heating element 11 , 12 is shown between two dashed lines 10 . The heating elements 11 , 12 are connected in parallel and lie between a first and second power supply line 13 , 14 . The first heating element is composed of two sub-elements 15 , 16 and the second heating element 12 is composed of two sub-elements 17 , 18 . The two power supply lines 13 , 14 are connected to a controller 19 , which regulates the power of the heater 9 as a function of the signal, at least one temperature sensor, not shown in FIG. 1. The connecting line 20 between the two sub-elements 15 , 16 of the first heating element 11 and the connecting line 21 between the two sub-elements 17 , 18 of the second heating element 12 are common to a first terminal 22 of a primary winding 23 of an isolating transformer 24 . A second connection 25 of the primary winding 23 is connected to a reference source 26 connected to the power supply lines 13 , 14 . At the first circuit 22 of the primary winding 23 there is a measuring voltage 35 , while at the second terminal 25 of the primary winding a reference voltage value 27 provided by the reference source 26 is present. The two connections 22 , 25 of the primary winding 23 are each connected to the first power supply line 13 via resistors 36 , 37 . A secondary winding 28 of the isolating transformer 24 is connected to a comparator 29 . Further input signals of the comparator 29 are an output signal 30 of the controller 19 and a signal 32 emitted by a threshold transmitter 31 . An output signal 33 of the comparator 29 leads, for example, to an optical / acoustic output device 34 .
Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der in Fig. 1 gezeigten Überwachungsschaltung näher erläu tert:A first exemplary embodiment of the method according to the invention is explained in more detail using the monitoring circuit shown in FIG. 1:
Der Regler 19 regelt in herkömmlicher Weise die mittlere Leistung der Heizung 9. Zwischen den beiden Stromversorgungsleitungen 13 und 14, an denen die beiden Heizelemente 11, 12 angeschlossen sind, liegt beispielsweise eine Wechselspannung, die durch Phasenanschnitt oder durch Impulspaketsteuerung aus der Netzspannung abgeleitet wur de. Gleichermaßen eignet sich eine Versorgung der Heizung 9 mit ei ner getakteten Gleichspannung. Geregelt wird vorzugsweise auf eine vorgegebene Temperatur, die von wenigstens einem in der Fig. 1 nicht gezeigten Temperaturfühler abgefühlt und dem Regler 19 zuge leitet wird. Die Heizelemente 11, 12 werden aufgeteilt in zwei Teil elemente 15, 16 bzw. 17, 18. Die Aufteilung wird vorzugsweise derart vorgenommen, daß die elektrischen Widerstände und somit die Heiz leistungen aller Teilelemente 15 bis 18 gleich sind. Es kann aber auch eine beliebig andere Aufteilung vorgesehen sein. Wesentlich ist, daß die an den beiden miteinander verbundenen Leitungen 20, 21 abfühlbare Meßspannung 35 einen bekannten Wert in bezug auf entweder die erste oder die zweite Stromversorgungsleitung 13, 14 aufweist. Die Meßspannung 35 wird mit dem von der Referenzquelle 26 abgegebe nen Referenzwert 27 verglichen.The controller 19 controls the average power of the heater 9 in a conventional manner. Between the two power supply lines 13 and 14 , to which the two heating elements 11 , 12 are connected, there is, for example, an alternating voltage which was derived from the mains voltage by phase gating or by pulse packet control. A supply of the heater 9 with a clocked DC voltage is equally suitable. It is preferably regulated to a predetermined temperature, which is sensed by at least one temperature sensor (not shown in FIG. 1) and fed to the controller 19 . The heating elements 11 , 12 are divided into two sub-elements 15 , 16 and 17 , 18th The division is preferably made such that the electrical resistances and thus the heating powers of all sub-elements 15 to 18 are the same. However, any other division can also be provided. It is essential that the measuring voltage 35 that can be sensed on the two interconnected lines 20 , 21 has a known value with respect to either the first or the second power supply line 13 , 14 . The measuring voltage 35 is compared with the reference value 27 given by the reference source 26 .
Vorzugsweise ist zwischen den zu vergleichenden Spannungen und dem Vergleicher 29 ein Trenntransformator 24 geschaltet, der eine ein fache Trennung von Hochspannungs- und Niederspannungsseite ermög licht. Eine zwischen der Meßspannung 35 und dem Referenzwert 27 auf tretende Differenz an der Primärwicklung 23 des Trenntransformators 24 wird in die Sekundärwicklung 28 transformiert und dem Vergleicher 29 zugeführt. Der Einsatz des Trenntransformators 24 setzt einen Be trieb der Heizung 9 mit einer Versorgungsspannung voraus, die einen Wechselstromanteil aufweist. Falls auf den Trenntransformator 24 verzichtet wird, ist ein Betrieb der Heizung 9 mit reinem Gleich strom möglich, dessen Betrag vom Regler 19 veränderbar ist.An isolating transformer 24 is preferably connected between the voltages to be compared and the comparator 29 , which enables a simple separation of the high voltage and low voltage side. A difference occurring between the measuring voltage 35 and the reference value 27 at the primary winding 23 of the isolating transformer 24 is transformed into the secondary winding 28 and fed to the comparator 29 . The use of the isolating transformer 24 requires an operation of the heater 9 with a supply voltage that has an AC component. If the isolating transformer 24 is dispensed with, operation of the heater 9 with pure direct current is possible, the amount of which can be changed by the controller 19 .
Die Teilelemente 16, 18 sind als Shunts bezeichenbar, wobei die an den Shunts auftretenden Leistungen keine Verlust- sondern Nutz leistungen sind.The sub-elements 16 , 18 can be referred to as shunts, the services occurring on the shunts not being losses but useful services.
Die Meßspannung 35 ändert sich proportional zur Änderung der Versor gungsspannung. Ein Nachführen des Referenzwerts 27 ist in einfacher Weise möglich, wenn die Referenzquelle 26 als einfacher Spannungs teiler ausgebildet ist, der zwischen die erste und zweite Stromver sorgungsleitung 13, 14 geschaltet ist.The measuring voltage 35 changes in proportion to the change in the supply voltage. A tracking of the reference value 27 is possible in a simple manner if the reference source 26 is designed as a simple voltage divider, which is connected between the first and second Stromver supply line 13 , 14 .
Eine andere Möglichkeit, die Änderung der Meßspannung 36 während des Betriebs zu berücksichtigen, besteht darin, daß dem Vergleicher 29 ein Ausgangssignal 30 des Reglers 19 zugeführt wird, das den Ver gleicher 29 nur zu vorbestimmten Zeitpunkten freigibt.Another way the change in the measurement voltage 36 during the operation to take into account is that the comparator an output signal of the controller 19 is fed 29 30, which enables the same Ver 29 only at predetermined times.
Nach dem Überschreiten einer mit dem Schwellwertgeber 31 vorgebbaren Differenz der Eingangssignale des Vergleichers 29 wird ein Ausgangs signal 33 an die Ausgabevorrichtung 34 abgegeben, die eine aku stische und/oder optische Fehlermeldung abgibt.After exceeding a predeterminable with the threshold value 31 difference of the input signals of the comparator 29 , an output signal 33 is emitted to the output device 34 , which emits an acoustic and / or optical error message.
Die beiden Widerstände 36, 37, die von den beiden Primärwicklungsan schlüssen 22, 25 des Trenntransformators 24 zu einer der beiden Stromversorgungsleitungen 13, 14 führen, stellen die Auslösung eines Alarms auch dann sicher, wenn die Verbindungsleitung zwischen dem ersten Anschluß 22 der Primärwicklung 23 und dem Anschlußpunkt der Meßspannung 35 und/oder die Verbindungsleitung vom zweiten Anschluß 25 der Primärwicklung 23 zum Anschlußpunkt des Referenzwerts 27 un terbrochen ist. Die beiden Widerstandswerte sind derart hochohmig gewählt, daß sie im normalen Überwachungsbetrieb unberücksichtigt bleiben können.The two resistors 36 , 37 , the connections from the two primary winding connections 22 , 25 of the isolating transformer 24 to one of the two power supply lines 13 , 14 ensure that an alarm is triggered even when the connecting line between the first connection 22 of the primary winding 23 and the connection point of the measuring voltage 35 and / or the connecting line from the second connection 25 of the primary winding 23 to the connection point of the reference value 27 is interrupted. The two resistance values are chosen to be so high-resistance that they can be disregarded in normal monitoring mode.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsge mäßen Uberwachungsschaltung. Diejenigen Teile in Fig. 2, die mit den in Fig. 1 gezeigten übereinstimmen, sind mit denselben Bezugs zahlen wie in Fig. 1 versehen. Die Heizung 9 ist aus zwei Heizteil elementen 40, 41 zusammengesetzt. Die Heizteilelemente 40, 41 sind zwischen die erste und zweite Stromversorgungsleitung 13, 14 ge schaltet, die am Regler 19 angeschlossen sind. Fig. 2 shows a second embodiment of a monitoring circuit according to the invention. Those parts in Fig. 2, which correspond to those shown in Fig. 1 are charged with the same reference as in Fig. 1 is provided. The heater 9 is composed of two heating element 40 , 41 . The heating element elements 40 , 41 are connected between the first and second power supply lines 13 , 14 , which are connected to the controller 19 .
Eine Zuleitung 42 zum ersten Teilelement 40 enthält eine erste Wick lung 43 und eine Zuleitung 44 zum zweiten Teilelement 41 enthält ei ne zweite Wicklung 45 eines Transformators 46 in gegengesetzter Pha senlage bzw. Polung. Eine dritte Wicklung 47 des Transformators ist am Vergleicher 29 angeschlossen. An der dritten Wicklung 47 entsteht eine Differenzspannung, die im Vergleicher 29 mit einer vorgegebenen Schwelle verglichen wird, die vom Schwellwertgeber 31 vorgegeben ist. Ein Überschreiten der Schwelle führt zur Auslösung einer aku stischen und/oder optischen Fehlermeldung durch die Anzeigevorrich tung 34.A feed line 42 to the first sub-element 40 contains a first winding 43 and a feed line 44 to the second sub-element 41 contains a second winding 45 of a transformer 46 in the opposite phase position or polarity. A third winding 47 of the transformer is connected to the comparator 29 . At the third winding 47 there is a differential voltage which is compared in the comparator 29 with a predetermined threshold which is predetermined by the threshold value generator 31 . Exceeding the threshold leads to the triggering of an acoustic and / or optical error message by the display device 34 .
Das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der in Fig. 2 gezeigten Überwachungsschaltung näher erläu tert:The second exemplary embodiment of the method according to the invention is explained in more detail using the monitoring circuit shown in FIG. 2:
Der Regler 19 regelt die mittlere Leistung der Heizung 9 in Abhän gigkeit von dem von einem in der Fig. 2 nicht gezeigten Temperatur fühler abgegebenen Signal.The controller 19 controls the average power of the heater 9 as a function of the signal emitted by a temperature sensor, not shown in FIG. 2.
Der Transformator 46 ist derart ausgelegt, daß er das Überschreiten einer vorgegebenen Stromdifferenz zwischen den Zuleitungen 42, 44 durch eine in die dritte Wicklung 47 induzierte Spannung anzeigt. Im Falle einer reinen Gleichstromversorgung der Heizung 9 entsteht beim Auftreten einer Stromdifferenz ein Spannungsimpuls. Die Stromdiffe renz ist in Abhängigkeit von den Windungsverhältnissen der ersten und zweiten Wicklung 43, 45 frei wählbar. Vorzugsweise sind die Heizteilelemente 40, 41 gleich ausgelegt, so daß in den Zuleitungen 42, 44 im störungsfreien Betriebsfall ein gleich großer Strom fließt. In dieser speziellen Ausgestaltung ist der Transformator be sonders einfach zu realisieren. Die erste und zweite Wicklung 43, 45 ist dann einfach als durch einen Ringkern führender Draht der Zulei tungen 42, 44 ausgeführt. Die beiden Wicklungen 43, 45 bestehen so mit jeweils aus einer einzigen Windung, die über die Stromversor gungsleitungen 13, 14 sowie den Regler 19 geschlossen sind. Beim Durchführen der beiden Leiter durch den Ringkern ist darauf zu achten, daß der Strom zu den beiden Heizteilelementen 40, 41 durch den Ringkern in Gegenphase fließt. In diesem Fall heben sich die Magnetfelder der beiden Betriebsströme der Heizteilelemente 40, 41 zu jedem Zeitpunkt auf. Tritt nun eine Stromdifferenz auf durch einen Defekt eines der beiden Heizteilelemente 40, 41, so wird in die dritte Wicklung 47 eine der Stromdifferenz proportionale Span nung bzw. Spannungsimpuls induziert. Die dritte Wicklung 47 ist die einzige Wicklung, die mehrere Windungen um den Ringkern herum auf weist. Die Windungszahl richtet sich nach der gewünschten Anhebung des Differenzstromsignals. Ein auftretender Differenzstrom wird in der schon beschriebenen Weise im Vergleicher 29 weiterverarbeitet.The transformer 46 is designed such that it indicates that a predetermined current difference between the supply lines 42 , 44 has been exceeded by a voltage induced in the third winding 47 . In the case of a pure direct current supply to the heater 9 , a voltage pulse occurs when a current difference occurs. The current difference is freely selectable depending on the turn ratios of the first and second windings 43 , 45 . The heating sub-elements 40 , 41 are preferably designed identically, so that an equally large current flows in the feed lines 42 , 44 in the case of trouble-free operation. In this special configuration, the transformer is particularly easy to implement. The first and second windings 43 , 45 are then simply configured as lines leading through a ring core of the feed lines 42 , 44 . The two windings 43 , 45 each consist of a single turn, the supply lines 13 , 14 and the controller 19 are closed via the Stromversor. When passing the two conductors through the toroid, care must be taken that the current to the two heating element elements 40 , 41 flows through the toroid in phase opposition. In this case, the magnetic fields of the two operating currents of the heating element 40 , 41 cancel each other out. If a current difference occurs due to a defect in one of the two heating element elements 40 , 41 , a voltage or voltage pulse proportional to the current difference is induced in the third winding 47 . The third winding 47 is the only winding that has multiple turns around the toroid. The number of turns depends on the desired increase in the differential current signal. Any residual current that occurs is further processed in comparator 29 in the manner already described.
Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge mäßen Überwachungsschaltung. Diejenigen Teile in Fig. 3, die mit denen in den Fig. 1 und 2 gezeigten Teilen übereinstimmen, sind mit den in Fig. 1 bzw. Fig. 2 eingetragenen Bezugszahlen versehen. Der Regler 19 regelt über die Stromversorgungsleitungen 13, 14 die mittlere Leistung der Heizung 9 in Abhängigkeit von einem in Fig. 3 nicht gezeigten Temperaturfühlersignal. Die beiden Heizteilelemente 40, 41 aus Fig. 2 sind in jeweils zwei weitere Teilelemente 50, 51 sowie 52, 53 aufgeteilt. Die vier Zuleitungen 54 bis 57 zu den Teil elementen 50 bis 53 enthalten Wicklungen 58 bis 61 eines Transforma tors 62, der eine fünfte Wicklung 63 aufweist, die zum Vergleicher 29 führt. Fig. 3 shows a third embodiment of a monitoring circuit according to the invention. Those parts in Fig. 3, which correspond to those in FIGS. 1 and 2 shown parts are provided with the registered in FIG. 1 or FIG. 2 reference numerals. The controller 19 regulates the average power of the heater 9 via the power supply lines 13 , 14 as a function of a temperature sensor signal not shown in FIG. 3. The two heating element elements 40 , 41 from FIG. 2 are each divided into two further element elements 50 , 51 and 52 , 53 . The four leads 54 to 57 to the partial elements 50 to 53 contain windings 58 to 61 of a transformer 62 , which has a fifth winding 63 , which leads to the comparator 29 .
Der Transformator 62 ist derart ausgelegt, daß in die fünfte Wick lung 63 eine Spannung induziert wird, wenn der Strom in wenigstens einer Zuleitung 54, 57 von einem vorgegebenen Verhältnis in bezug auf die anderen Ströme in den Zuleitungen 54 bis 57 abweicht. Die Vorgabe der Stromverhältnisse ist durch die Windungszahlverhältnisse zwischen den Windungen 58 bis 61 vorgebbar. The transformer 62 is designed such that development in the fifth Wick 63, a voltage is induced when the current in at least one supply line 54, 57 deviates from a predetermined ratio with respect to the other currents in the supply lines 54 to 57. The current ratios can be specified by the number of turns ratio between turns 58 to 61 .
Eine besonders einfache Realisierung des Transformators 62, bei spielsweise als Ringkerntransformator, ist dann gegeben, wenn die Teilelemente 50 bis 53 der Heizung 9 gleich ausgebildet sind, so daß in den Zuleitungen 54 bis 57 derselbe Strom fließt. Die Wicklungen 58 bis 61 sind mit durch das Mittelloch des Ringkerns geführten Drähten realisiert. Die Wicklungen 58 bis 61 bestehen demnach aus einer einzigen Windung, die durch die Stromversorgungsleitungen 13, 14 und den Regler 19 geschlossen sind. Lediglich die fünfte Wicklung 63 weist eine höhere Windungszahl auf, die in Abhängigkeit von der gewünschten Anhebung des Differenzstroms wählbar ist. Die Zuleitun gen 54 bis 57 werden in der Weise durch den Ringkern geführt, daß sich das sie umgebende resultierende Magnetfeld im normalen stö rungsfreien Betrieb der Teilelemente 50 bis 53 aufhebt. Ein Defekt wenigstens eines Teilelements 50 bis 53 führt infolge einer Stromab weichung zu einem resultierenden Magnetfeld, das in die fünfte Wick lung 63 eine Spannung induziert. Das Differenzstromsignal wird in der schon beschriebenen Weise im Vergleicher 29 weiterverarbeitet, wobei beim Auftreten eines Fehlers die Anzeigevorrichtung 34 akti viert wird.A particularly simple implementation of the transformer 62 , for example as a toroidal transformer, is given when the sub-elements 50 to 53 of the heater 9 are of identical design, so that the same current flows in the feed lines 54 to 57 . The windings 58 to 61 are realized with wires passed through the central hole of the toroid. The windings 58 to 61 accordingly consist of a single turn, which are closed by the power supply lines 13 , 14 and the controller 19 . Only the fifth winding 63 has a higher number of turns, which can be selected as a function of the desired increase in the differential current. The feed lines 54 to 57 are guided through the ring core in such a way that the resulting magnetic field surrounding them is canceled in normal, trouble-free operation of the sub-elements 50 to 53 . A defect in at least one sub-element 50 to 53 leads to a resulting magnetic field as a result of a current deviation, which induces a voltage in the fifth winding 63 . The differential current signal is processed further in the manner already described in the comparator 29 , the display device 34 being activated when an error occurs.
Eine Erweiterung der in Fig. 3 gezeigten Überwachungsschaltung mit mehreren Teilelementen 50 bis 53 der Heizung 9 ist derart möglich, daß die Anzahl der Teilelemente Vielfachen von Zwei entspricht, so daß sich die Gesamtströme im Normalfall aufheben.An expansion of the monitoring circuit shown in FIG. 3 with a plurality of sub-elements 50 to 53 of the heater 9 is possible in such a way that the number of sub-elements corresponds to multiples of two, so that the total currents normally cancel each other out.
Die Überwachungsschaltungen gemäß den Fig. 2 und 3 weisen gegen über der in Fig. 1 gezeigten Schaltung den Vorteil auf, daß kein Referenzwert benötigt wird, sofern die Schaltungen derart ausgelegt sind, daß im Normalbetrieb kein Differenzstrom auftritt. Die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Transformatoren 46, 62 werden besonders kostengünstig durch Ringkerntransformatoren für Fehlerstromschutz schalter realisiert, die bereits in großen Stückzahlen hergestellt werden. The monitoring circuits according to FIGS. 2 and 3 have the advantage over the circuit shown in FIG. 1 that no reference value is required, provided the circuits are designed in such a way that no residual current occurs during normal operation. The transformers 46 , 62 shown in FIGS. 2 and 3 are realized particularly inexpensively by toroidal transformers for residual current protection switches, which are already manufactured in large quantities.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung wurden anhand einer Elektroheizung als Beispiel für das zu überwachende Ge rät 9 beschrieben. Verfahren und Vorrichtung sind gleichermaßen bei der Überwachung von Elektromotoren, Generatoren, Beleuchtungen usw. verwendbar. Wesentlich ist, daß das zu überwachende Gerät in strom durchflossene Teilelemente aufgeteilt wird, deren elektrische Lei stungsaufnahme bzw. -abgabe in einem festen Verhältnis zueinander steht, wobei die Gesamtleistung beliebig variieren kann. Die über wachte Größe ist dann dieses Leistungsverhältnisses zwischen den Teilelementen.The inventive method and the associated device have been described using an electric heater as an example of the device 9 to be monitored. The method and device can be used equally for the monitoring of electric motors, generators, lighting, etc. It is essential that the device to be monitored is divided into current-carrying sub-elements, the electrical power consumption or output of which is in a fixed relationship to one another, the total power being able to vary as desired. The monitored size is then this performance ratio between the sub-elements.
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Legal Events
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|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |