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HINTERGRUND
ZU DER ERFINDUNG
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Diese
Beschreibung betrifft ein Induktionsmotorantriebssystem mit variabler
Frequenz und insbesondere ein derartiges System in Verbindung mit einer
eintauchbaren Wasserpumpe.
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Tiefbrunnentauchpumpen
für die
Versorgung von Wohngebieten bzw. -einheiten, die momentan auf dem
Markt erhältlich
sind, werden durch zweipolige Wechselstrom(AC)-Induktionsmotoren
angetrieben, die eingekapselt oder abgedichtet worden sind, um ein
Eintauchen in dem Brunnen zu überstehen. Der
Statorteil des Motors ist mit einem Epoxydharz (oder einem sonstigen
geeigneten Material) vergossen, der ihn für Feuchtigkeit undurchdringbar
macht. An den Motoranschlüssen
muss ein elektrischer Draht einer beträchtlichen Länge angeschlossen werden, um
dem Motor Leistung zuzuführen,
wenn dieser bei Tiefen von bis zu 122 m (400 Fuß) betrieben wird. Der Installateur
des Pumpsystems muss diesen Anschluss herstellen und ist daran interessiert,
eine wasserdichte Verbindung zu schaffen, um Erdschlusspfade zu
vermeiden. Installationsanweisungen heben die Wichtigkeit der Wasserdichtheit dieser
Verbindungen und der Überprüfung eines
Erdschlusses vor der Zuführung
von Leistung zu dem System hervor. Jedoch ist vernünftigerweise
anzunehmen, dass Fehler auftreten und periodisch Leistung zugeführt wird,
während
Erdschlusspfade vorhanden sind.
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Die
herkömmlichen
Pumpsysteme für
Brunnen für
Wohneinheiten werden mit Energie von einem Abzweigschalter ver sorgt,
der keinen Erdschlussunterbrecher (GFI, Ground Fault Interrupter) enthält. Die
Stromleitungen sind über
einen (zweipoligen Ein-/Aus-)Druckschalter mit den beiden Eingangsanschlüssen eines
Einphasenmotors verbunden. Die gesamten Drahtlängen zwischen dem Druckschalter
und dem Motor können
sogar 152 m (500 Fuß)
betragen, wobei ein Teil dieser Länge in der Erde vergraben liegt
und der Rest in dem Brunnen versenkt ist. Wenn der Systemdruck unterhalb eines
vorausbestimmten Niveaus fällt,
schließt
der Druckschalter, wodurch jede Seite der Stromleitung mit einem
der beiden Motoranschlüsse
verbunden wird.
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Der
am weitesten verbreitete Motor in dem herkömmlichen System ist ein Einphasen-Induktionsmotor
mit 0,5595 kW (3/4 hp) Leistung und wird von einer einphasigen Spannungsquelle
mit 230 Volt, 60 Perioden pro Sekunde versorgt. Das Spannungs- bzw.
Stromversorgungssystem ist in der Mitte geerdet, d. h. das elektrische
Potential jedes der beiden Leiter, die dem Druckschalter Leistung
zuführen,
beträgt
115 Volt über
dem Erdpotential. Es ist allgemein bekannt, dass Risse oder sonstige
Fehlstellen in der Motorbaugruppe, die ein Eindringen von Wasser
zulassen, zu einem Erdschluss des elektrischen Stroms führen und
schließlich
einen direkten Erdungsfehler hervorrufen können. Außerdem kann jeder Kontakt zwischen
dem Brunnenwasser und den Leitungen, die Strom von dem Brunnenkopf
zu dem eingetauchten Motor führen,
ebenfalls zu einem Kriechstrom zwischen dem Spannungsversorgungssystem
und der Erde führen.
Dieser Abschnitt der Leitungsführung
zwischen dem Druckschalter und dem Brunnenkopf ist ebenfalls für einen
Erdschluss anfällig.
Die drei gewöhnlichsten
Ursachen für
Erdschlussfehler in diesen Systemen sind 1) Verlust der Intaktheit
der Isolation an dem Motorstator, 2) Kontakt der Stromleiter mit
dem Brunnenwasser an den Anschlussstellen und 3) Ausbrüche in der
Isolation, die auftreten, wenn die Pumpe in den Brunnen herabgelassen
wird. Falls der Abzweigunterbrecher in dem herkömmlichen System eine GFI-Funktion
enthält,
wird der Unterbrecher den Erdschlussstrom erfassen, wenn der Druckschalter
schließt,
und wird auslösen,
wodurch der Einwohner alarmiert wird, dass ein Erdschlussfehler vorliegt.
Wenn der Abzweigunterbrecher die GFI-Funktion nicht enthält, wird
das System fortfahren zu arbeiten, bis der Erdschluss ein ausreichendes
Maß erreicht,
um den Unterbrecher aufgrund eines Überstroms auszulösen. In
einem herkömmlichen
System wie diesem ist ein zusätzlicher
Komponentenausfall, der von Erdschlüssen in der Leitungsführung zwischen
dem Druckschalter und dem Motor herrührt, unwahrscheinlich.
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Mit
dem momentan kommerziell erhältlichen herkömmlichen
System sind mehrere Unzulänglichkeiten
verbunden, zu denen beispielsweise die Folgenden gehören: (1)
Für einen
Pumpen-Motor-Durchmesser von 10,16 cm (4 Zoll) ist eine Brunnenwand
von 12,7 cm (5 Zoll) erforderlich, was beträchtliche Kosten beim Bohren
eines Brunnens verursacht; (2) Wenn ein Brunnen leer gepumpt wird, kann
die Pumpe beschädigt
werden, weil die Lager durch das Wasser geschmiert und gekühlt werden und
fehlendes Wasser zu Lagerdefekten führen kann, wenn der Wasserlinie
an dem Brunnenkopf nicht ein Durchflusswiderstand beigefügt wird,
um zu verhindern, dass die Ausgangsströmung größer ist als die Wiederherstell-
oder Erholungsrate des Brunnens; (3) Sand, Steinsplit und sonstige
Fremdkörper in
dem Brunnen können
die Pumpe veranlassen, sich festzufressen oder anzuhalten, was zu
einem blockierten Motorzustand führt,
der eine Überhit zung und
Beschädigung
des Motors hervorrufen kann; (4) Wenn die Leiterspannung gering
ist, wird erzwungen, dass der Motor bei einer geringeren magnetischen Flussstärke als
dem Nennmagnetfluss arbeitet, so dass folglich mehr Strom erforderlich
ist, um das gleiche Drehmoment zu erzeugen, was zu einer Überhitzung
und der Möglichkeit
eines eventuellen Ausfalls des Motors führt; (5) Ein Starten des Motors
durch Verbindung über
die Wechselstromleitung führt
zu einem beträchtlichen
Anstieg des Eingangsstroms bei jedem Start und häufigen Neustarts, beispielsweise denjenigen,
die auftreten, wenn Leistung während Gewitter
häufig
unterbrochen wird, was ebenfalls zu einer Überhitzung und einem Fehler
des Motors führen
kann; und (6) Aufgrund des mit jedem Start verbundenen Aufheiznachteils
muss die Hysterese in dem Druckschalter auf einen Wert erhöht werden, der
ausreichend groß ist
um sicherzustellen, dass der Motor nicht zu häufig neu startet, wodurch der
Heimbesitzer gezwungen wird, Druckschwankungen zwischen Pumpenanläufen von
sogar bis zu 50 % zu dulden.
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Ein
Verfahren zur Erfassung von Erdschlussfehlern in Wechselstrom-Elektromotoren,
das auf der Verwendung eines Stromdetektors basiert, ist in der JP-A-07-239359
beschrieben. Dieses Dokument veranschaulicht einen Elektromotor
(vgl. 3), der mit einem Schaltinverter gekoppelt ist,
der für
jede Phase des Motors ein Paar von Schaltern (11-16) aufweist, die seriell zwischen einer
Sammelleitung mit positiver und einer Sammelleitung mit negativer
Gleichspannung angeschlossen sind. Um eine geschaltete elektrische
Leistung für
den Motor bereitzustellen, werden die Schalter abwechselnd in einen
leitenden und einen nichtleitenden Zustand angesteuert. Zur Erfassung
eines Erdschlusses weist der Inverter Stromdetektoren (23, 25)
in Leitungen auf, die die Phasen der Schalter verbinden. Vor der
Erregung des Motors wird das Vorliegen eines Erdschlusspfads erfasst,
indem Ansteuerimpulse auf einzelne Schalter angewandt und der Strom
in den Stromdetektoren überwacht
wird. Ein verbessertes Pumpsystem, das sich diesen Unzulänglichkeiten
widmet, ist in der EP-A-0 833 436 mit dem Titel „High Speed Deep Well Pump for
Residential Use" beschrieben.
Dieses System verwendet eine Halbleiter-Stromversorgungseinheit zur
Umwandlung einer einphasigen Spannung von 230 Volt und 60 Hz in
eine Dreiphasenspannung mit 230 Volt und variabler Frequenz, die
es ermöglicht, die
Pumpenmotordrehzahl in einem Bereich zwischen 0 und 10.000 Umdrehungen
pro Minute zu steuern. Ein derartiges Pumpsystem kann die vorstehend
aufgezeigten Unzulänglichkeiten überwinden, während es
eine bessere Druck geregelte Wasserversorgung ergibt, bei der Schwankungen
des Drucks auf viel kleinere Grade begrenzt werden, wobei eine in
der Mikrocontrollersoftware inbegriffene Intelligenz das Auftreten
von Steuerungsproblemen erfassen, geeignete Schutzmaßnahmen
vornehmen und den Heimbesitzer über
das Problem alarmieren kann. Das Vorliegen eines Erdschlusszustandes
wirft jedoch für
ein derartiges System besondere Probleme auf.
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2 zeigt
eine schematisierte Darstellung der in der vorerwähnten EP-A-0
833 436 beschriebenen Stromversorgungsschaltung zur Zuführung von Leistung
zu einer Tauchpumpe in einem Wassersystem für eine Wohneinheit. Die Spannungsquelle
ist eine einphasige, mittig geerdete Quelle mit 230 Volt und 50/60
Hz, die an einen Brückengleichrichter
angeschlossen ist, der Dioden 16, 18, 20 und 22 beinhaltet.
Dieser Gleichrichter wandelt die 50/60 Hz-Quellspannung in eine
gleichgerichtete Vollwellenspannung um. Der Ausgang des Brückengleichrichters
ist mit einer positiven und einer negativen Sammelleitung (Bus) 24, 25 verbunden.
Zwischen den beiden Sammelleitungen ist ein Kondensator 26 angeschlossen,
um die Spannung zu glätten,
wodurch die Effekte der Brummspannung, die der gleichgerichteten
Vollwellenspannungsquelle anhaftet, auf ein Minimum reduziert werden.
Eine Drehstrombrückenanordnung 27 von
Leistungsschaltvorrichtungen 28, 30, 32, 34, 36 und 38,
die gewöhnlich entweder
durch Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode (IGBT, Insulated
Gate Bipolar Transistors) oder durch Feldeffekttransistoren (FET)
gebildet sind, wird dazu verwendet, das gefilterte Ausgangssignal
des Brückengleichrichters
in eine Leistungsquelle mit variabler Spannung und variabler Frequenz
zu wandeln, um die Drehzahl und das Drehmoment des Induktionsmotors
in einer in der Technik allgemein bekannten Weise zu steuern. Die
Ausgabe der Drehstrombrücke 27 ist
eine erdsymmetrische dreiphasige Spannung, die entweder durch ein
Sinussignal oder ein Rechtecksignal gebildet sein kann, wobei das
Volt-Sekunden-Verhältnis
jeder Periode durch das allgemein bekannte Prinzip der Pulsweitenmodulation
(PWM) konstant gehalten wird. Es sollte erwähnt werden, dass über jedem
der Leistungsschalter in der Drehstrombrücke eine Leistungsdiode in
einer umgekehrt parallelen Anordnung angeschlossen ist, um einen
Weg für
einen Strom in Sperrrichtung durch jede Schaltstellung zu schaffen, wobei
diese Diode in 2 aus Einfachheitsgründen nicht
veranschaulicht ist. In der negativen Sammelleitung ist zwischen
dem Filterkondensator 26 und der Drehstrombrücke ein
Strom erfassender Widerstand 29 angeschlossen, um eine
Steuerungseinrichtung 42 mit den Signalen zu versorgen,
die für
Schutz- und Regelungsfunktionen erforderlich sind.
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Die
Schaltvorrichtungen (IGBT/FET) der Drehstrombrücke weisen eine schnelle Einschaltcharakteristik
auf, die gewöhnlich
zwischen 15 und 100 Nanosekunden liegt, und das Ergebnis ist eine schnell
ansteigende Stromwellenfront, die durch den Strom erfassenden Widerstand 29 führt, wobei
aufgrund der parasitären
Induktivität
dieses Widerstands eine Spannungsspitze über dem Widerstand 29 während des
Schaltintervalls auftritt. Das Stromregelungssystem interpretiert
die Spannung über dem
Fühlwiderstand 29 als
ein Stromanalogon, und die Spannungsspitze wird fehlerhaft als ein
schnell ansteigender Überstrom
interpretiert, was zu einer unkorrekten Reaktion durch das Stromschutzsystem führt. Zu
dem System muss ein Filter, das Widerstände 84 und 86 sowie
einen Filterkondensator beinhaltet, hinzugefügt werden, um zu verhindern,
dass die Überstromschutzfunktion
eine unrichtige Reaktion hervorruft. Die Auswahl der Komponentenwerte
für dieses
Filter stellt einen Konstruktionskompromiss zwischen der Aufrechthaltung
eines schnell wirkenden Überstromschutzes
und der Vermeidung lästiger Überstromauslösungen dar.
Jedoch hat das vorhandene Filter stets eine Verzögerung in dem Stromerfassungssignal
zur Folge, die es schwierig macht, die zum Schutz der Schaltvorrichtungen 28-38 erforderliche
Geschwindigkeit zu erzielen, wenn in dem Ausgangsschaltkreis ein
Kurzschluss auftreten sollte.
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Eine
Phantomleitung 39 kennzeichnet einen Erdschluss an einer
der Motorleitungen für
die Zwecke der Veranschaulichung. Der Erdschluss kann von einer
eingerissenen Isolierung, von schlecht isolierten Motoranschlussverbindungen oder
von einer Motorstatorableitung zur Erde herrühren. Ferner kann es ein hochohmiger
Kriechweg oder ein niederohmiger fester Weg sein. Unter der Annahme,
dass vor einem Motorstart ein Kurzschluss zur Erde vorliegt und
ferner dass die Eingangsstromleitung die angezeigte Polarität aufweist,
führt die
Ansteuerung einer an die positive Spannung angeschlossenen Vorrichtung,
beispielsweise 32, zu einem Kurzschluss von dem positiven
Spannungsanschluss 12 über
die Diode 16, den Leistungsschalter 32, über den
Kriechweg 39, durch die Stromschaltungserde und zurück zu der
negativen Seite der Spannungsquelle. Dies hat zur Folge, dass eine
Wechselspannung von 115 Volt an die beschriebene Schaltung angelegt
wird. Es ist insbesondere zu bemerken, dass dieser Weg nicht den
Stromsensor 29 enthält
und die Steuerung somit keine Möglichkeit
hat festzustellen, dass der Kurzschluss aufgetreten ist, so dass
sich wahrscheinlich der Ausfall eines oder mehrerer Leistungsschalter
der positiven Seite ergibt, lange bevor irgendeine Schutzfunktion
aktiviert werden kann.
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Wenn
jedoch angenommen wird, dass der erste Leistungsschalter, der angesteuert
werden soll, durch eine Zelle auf der negativen Seite, beispielsweise 38,
gebildet ist, verläuft
die Kurzschlussschleife, die ausgelöst wird, wenn der Schalter 38 angesteuert
wird, von der Quellspannungsleitung 14 durch die Systemerde,
durch den Kriechweg 39, durch den Schalter 38,
den Stromsensor 29 und die Diode 22 hindurch.
Dieser Weg enthält
den Stromsensor 29, so dass der Fehlerstrom theoretisch
erfasst werden kann. Wenn jedoch der Kurzschluss sehr niederohmig
ist, steigt der Strom in der Schleife derart schnell an, dass die
Verzögerungen
in dem vorstehend beschriebenen Filter es zulassen, dass der Strom auf
Stärken
ansteigt, die hinreichend sind, um den Leistungsschalter 38 zu
zerstören,
bevor die Stromschutzfunktion die Zeit hat zu arbeiten. Somit ist
ersichtlich, dass eine Ansteuerung eines Schalters auf der positiven
Seite seine Zerstörung
nach sich zieht, weil der Stromweg nicht einen Stromsensor umfasst,
während
die Ansteuerung einer Zelle auf der negativen Seite aufgrund von
Verzögerungen, die
in die Schutzfunktion eingeführt
worden sind, um ärgerliche
Auslösungen
oder fehlerhafte Abschaltungen zu vermeiden, seine Zerstörung zur
Folge haben kann. Demgemäß ist es
erwünscht,
ein Verfahren zur Erfassung von Erdschlusspfaden vor dem Anlegen der
vollen Spannung an die Drehstrombrücke zu schaffen.
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Unter
den verschiedenen Aufgaben der vorliegenden Erfindung kann die Bereitstellung
eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Erfassung von Erdschlüssen in
einem elektrischen Motorantriebssystem und die Schaffung eines Verfahrens
und einer Vorrichtung zur Erfassung derartiger Erdschlussfehler
vor der Anwendung der vollen elektrischen Energie auf das System
hervorgehoben werden. Diese Aufgaben werden durch das im Anspruch
1 definierte Verfahren, durch die Vorrichtung nach Anspruch 7 und
durch das System nach Anspruch 13 gelöst.
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In
einer Anschauungsform ist die Erfindung in einer Mikroprozessor
basierten Steuerungseinrichtung für ein elektrisches Antriebssystem
für einen mehrphasigen
Elektromotor in einem Wasserbrunnenpumpsystem realisiert. Das Antriebssystem
enthält
eine Mehrphasenbrückenschaltung,
die als ein PWM-Inverter betrieben werden kann, um dem Motor Leistung
mit gesteuerter Frequenz zuzuführen,
um die Motor drehzahl über
einem weiten Bereich zu regulieren. Da, wie vorstehend beschrieben,
eine Ansteuerung einer beliebigen der Schaltvorrichtungen in dem
Inverter in dem normalen leitenden Zustand zu einem Ausfall des
System führen
kann, basiert die Erfindung auf der Erkennung, dass beim Fehlen
eines Erdschlusspfades die Ansteuerung eines Schalters der negativen
Seite KEINEN Stromfluss nach sich zieht. Dies umfasst das Fehlstromsignal,
das von der schnellen Schaltart des Leitungsschalters herrührt, der
mit dem dem Stromsensor immanenten induktiven Blindwiderstand gekoppelt
ist. In der im Zusammenhang mit dieser Erfindung beschriebenen Schaltungsanordnung
wird jedes Mal, bevor der Motor gestartet wird, jede Schaltvorrichtung,
die mit der Sammelleitung (dem Bus) der negativen Spannung verbunden
ist, mit einem Testimpuls relativ kurzer Dauer, von zum Beispiel
weniger als einer Millisekunde, angesteuert. Zwischen den Ansteuerungen
jeder Schaltvorrichtung wird eine ausreichende Verzögerung eingefügt, um für das momentane
Messsystem Zeit zum Ansprechen zu schaffen. Der Ansteuerungsimpuls
für jede
der negativen Schaltvorrichtungen weist eine ausreichend kurze Dauer
auf, um zu verhindern, dass irgendein Fehlerstrom eine Stärke erreicht,
die die Schaltvorrichtung beschädigen
würde.
Falls mit dem ersten kurzen Testimpuls kein Strom erfasst wird,
wird ein zweiter Satz von Ansteuerungsimpulsen mit einer längeren Dauer
angewandt, um eine Überprüfung eines
höherohmigen Kriechwegs
zu ermöglichen.
Falls mit dem zweiten Satz von Ansteuerungsimpulsen kein Stromfluss
erfasst wird, wird angenommen, dass kein Erdschlusspfad existiert,
und die Steuerungseinrichtung fährt fort,
den Motor anzutreiben.
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Für ein besseres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung kann auf die folgende detaillierte Beschreibung
Bezug genommen werden, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
angegeben ist, in denen zeigen:
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1 eine
vereinfachte Darstellung eines herkömmlichen Wasserpumpsystems,
mit dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann;
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2 ein
vereinfachtes schematisiertes elektrisches Schaltbild eines Steuerungssystems
für das
Wasserpumpsystem nach 1, das die Lehre der vorliegenden
Erfindung einbezieht; und
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3 ein
Flussdiagramm eines Programms zur Realisierung der vorliegenden
Erfindung in dem System nach 2.
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1 veranschaulicht
ein beispielhaftes Tiefbrunnenpumpsystem, das eine Pumpe 1 und
einen Wechselstrominduktionsmotor 2 enthält, die
in einer Bohrung 3 in einer Tiefe angeordnet sind, die bei
einer Tiefe von ungefähr
122 m (400 Fuß)
liegen kann. Wasser in der Bohrung 3 kann durch ein Rohr 4 zu
einem blasenartigen Speicherbehälter 5 gepumpt
werden, von dem aus es über
ein Rohr 6 zu einem Wohnungsbenutzer verteilt wird. Eine
Steuerungseinrichtung 7 spricht auf Wasserdrucksignale von
einem Drucksensor 8 über
eine Leitung 9 an, um eine Wechselstromanregung variabler
Frequenz für den
Motor 2 bereitzustellen. Die Steuerungseinrichtung 7 empfängt Energie
von herkömmlichen Wechselstromenergieversorgungsleitungen.
Wenn der Wasserdruck kleiner ist als ein im Voraus gewählter niedriger
Sollwert, liefert der Sensor 8 ein erstes Signal, das die
Steuerung 7 veranlasst, den Pumpenmotor 2 zu erregen.
Wenn der Wasserdruck über
einen im Voraus gewählten
hohen Sollwert hinaus steigt, liefert der Sensor 8 ein
zweites Signal, das die Steuerungseinrichtung 7 veranlasst,
die Erregung von dem Motor 2 zu trennen.
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Bezugnehmend
nun auf 2 ist dort ein vereinfachtes
Schaltbild einer Motorantriebsschaltung und -steuerungseinrichtung
zur Verwendung als die Steuerung 7 in dem System nach 1 in
einer schematisierten Weise dargestellt. Die Antriebsschaltung ist
an die Wechselspannung von einem herkömmlichen elektrischen Energieversorgungssystem
angeschlossen, das eine Nennspannung von 220 Volt Wechselspannung
bei 60 Hz (obwohl bemerkt werden sollte, dass eine Quelle mit 300
Volt Gleichspannung ebenfalls verwendbar ist) über die beiden Energiezufuhrhauptleitungen 12, 14 liefert, die
mit Wechselstromeingangspunkten an einer Brückengleichrichterschaltung
verbunden sind, die Dioden 16, 18, 20 und 22 umfasst.
Die Kathodenanschlüsse
der Dioden 16, 18 sind mit einer positiven Sammelleitung
(einem positiven Bus) 34 verbunden, während die Anodenanschlüsse der
Dioden 20, 22 mit einer negativen Sammelleitung
(einem negativen Bus) 25 verbunden sind. Zwischen der positiven Sammelleitung
und der negativen Sammelleitung ist ein Sammelleitungsfilterkondensator 26 angeschlossen,
um einen Pfad für
Blindleistungsfluss von einer induktiven Last zu ermöglichen,
d. h. der gesamte Leistungsfluss in der negativen und der positiven Sammelschiene
auf der linken Seite des Kondensators 26 (Gleichrichter
zum Kondensator) stellt eine Wirkleistung dar, während der Leistungsfluss in
der positiven und der negativen Sammelschiene auf der rechten Seite
des Kondensators 26 (Kondensator-zu-Last-Schaltung) sowohl Wirk-
als auch Blindleistungskomponenten umfasst. Die positive Sammelleitung 24 ist
mit einer positiven Spannungsseite einer Ausgangsleistungsbrücke 27 verbunden,
die sechs Leistungsvorrichtungen 28, 30, 32, 34, 36 und 38 umfasst.
Eine negative Spannungsseite der Leistungsbrücke 27 ist mit der
negativen Sammelleitung 25 über einen Strom erfassenden
Widerstand 29 verbunden. Der Ausgang der Leistungsbrücke ist
an die drei Phasenleitungen oder Drehstromleitungen eines Induktionsmotors 40 angeschlossen,
der eine Blindlast darstellt. Die Gleichrichterschaltung wandelt
die Netzwechselspannung in eine gleichgerichtete Vollwellenspannung
auf der Sammelleitung 24 in Bezug auf die Sammelleitung 25.
Die Leistungsbrücke 27 kann
als ein Inverter betrieben werden, um die Spannung zwischen den
Sammelleitungen 24 und 25 in eine Wechselspannung
gesteuerter Frequenz zur Steuerung der Drehzahl des Motors 40 zu
wandeln. Die Brücke 27 kann
ferner (falls der Motor 40 in einem Generatormodus betrieben
wird) eine Wechselspannung des Motors 40 in eine Gleichspannung wandeln,
die zurück
in die Gleichspannungssammelleitungen 24, 25 eingekoppelt
wird.
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Die
ausgangsseitige Leistungsbrücke 27 ist durch
eine Steuerungsschaltung 41 gesteuert, die einen Mikrocontroller 42 enthält, der
Gatesteuersignale zu den sechs Leistungsvorrichtungen 28-38 über eine
integrierte Gatesteuerungsschaltung 44 liefert. Von der
Steuerschaltung 44 zu den drei Leistungsvorrichtungen 28, 30, 32,
die an der positiven Gleichspannungssammelleitung 24 angeschlossen
sind, sind drei Gatesteuersignalleitungen 46, 48, 50 angeschlossen,
die eine Spannungsquelle benötigen,
die von der negativen Sammelleitung 25 beispielsweise durch
Verwendung eines Isoliertransformators oder einer sonstigen in der
Tech nik allgemein bekannten Einrichtung isoliert ist. Zwischen der
Steuerschaltung 44 und den drei Leistungsvorrichtungen 34, 36, 38 sind
drei Steuersignalleitungen 52, 54, 56 angeschlossen,
die auf die negative Seite der Ausgangsleistungsbrücke bezogen
sind und keine Isolierung erfordern.
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Der
Mikrocontroller 42 wird von einem Kondensator 58 an
einer A/D-Eingangsleitung 57 mit einem Eingangssignal versorgt,
dessen Spannung für die
gewünschte
Drehzahl des Motors 40 kennzeichnend ist. Ein durch den
Mikrocontroller 42 ausgeführtes Softwareprogramm übersetzt
die Spannung des Kondensators 58 in eine proportionale
Frequenz. Der Mikrocontroller 42 erstellt ausgehend von
der Frequenzwandlung einen Satz von Pulsweitenmodulations(PWM)-Signalen
zur Steuerung der Schaltvorrichtungen der Ausgangsleistungsbrücke oder
des Inverters 27. Die PWM-Signale werden durch den Mikrocontroller 42 in
einer allgemein bekannten Weise erzeugt und dienen dazu, die Schaltvorrichtungen
in einen leitenden und einen nichtleitenden Zustand in einer Weise
zu steuern, um eine dreiphasige Ausgangsspannung zur Anwendung auf
den Motor 40 zu erzeugen, wobei die Signalform der an den
Spannungseingangsanschlüssen
des Motors 40 erscheinenden Ausgangssignale eine annähernd sinusförmige Gestalt
bei der durch den Mikrocontroller 42 festgesetzten Frequenz
aufweist. Die Schaltvorrichtungen können durch Bipolartransistoren
mit isoliertem Gate (IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistors), vom
Gate her abschaltbare Vorrichtungen (GTO, Gate Turn-Off) oder sonstige
geeignete elektronische Schaltelemente gebildet sein. Die Amplitude
der an den Motor 40 angelegten Dreiphasenspannung wird derart
gesteuert, dass der Effektivwert oder quadratische Mittelwert (RMS)
der Amplitude der Leiter-Leiter-Spannung, die den Span nungseingangsanschlüssen des
Motors 40 zugeführt
wird, eine mit der Frequenz multiplizierte Konstante ist, so dass
der Motor in einem Modus mit konstanter Voltzahl pro Hertz betrieben
wird. Somit umfasst die Hauptsteuerung des Motors 40 eine
Steuerung der Spannung an dem Kondensator 58.
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Ein
Differenzverstärker 60 sorgt
für die Hauptansteuerung
zur Ladung und Entladung des Kondensators 58, um den Motor 40 zu
starten, zu beschleunigen, zu verzögern und zu stoppen. Wenn die Spannung
an dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers 60 höher ist
als die Spannung an seinem invertierenden Eingangsanschluss, geht
der Verstärkerausgang
auf ungefähr
12 Volt, d. h. die Spannung an der positiven Sammelleitung 62, über. Der
Kondensator 58 ist an dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 60 über einen
Ladewiderstand 64 angeschlossen und beginnt, sich über den Widerstand 64 auf
die Ausgangsspannung des Verstärkers 60 aufzuladen.
Jedoch ist der Kondensator 58 ferner über eine Diode 66 mit
einer Sammelleitung 68 niedrigerer Spannung, z. B. einer
Sammelleitung mit 5 Volt, verbunden. Wenn die Spannung an dem Kondensator 58 5
Volt erreicht, wird die Diode 66 in Durchlassrichtung vorgespannt
und verhindert, dass die Kondensatorspannung einen Spannungspegel von
5 Volt oder irgendeine niedrigere Spannung, die an der Sammelleitung 68 anliegt, übersteigt.
Diese Kombination der Aufladung gegen eine Endspannung von 12 Volt
und einer Spannungsklemmung, wenn das Niveau einen im Voraus gewählten niedrigeren
Spannungswert, beispielsweise 5 Volt, erreicht, führt zu einem
annähernd
linearen Betrieb während
des Aufladevorgangs. In einem ähnlichen Vorgang
wird, wenn die Spannung an dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss
des Verstärkers 60 unterhalb
der Spannung an dem invertie renden Eingangsanschluss fällt, die
Ausgabe des Verstärkers 60 auf
annähernd
0 Volt geschaltet, und der Kondensator beginnt, sich gegen 0 Volt
zu entladen.
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Der
invertierende Eingangsanschluss des Differenzverstärkers 60 ist
mit einem Verbindungspunkt eines Spannungsteilers verbunden, der
Widerstände 68 und 70 aufweist,
die in Reihe zwischen der positiven 12 Volt-Sammelleitung 62 und,
der gemeinsamen oder negativen Sammelleitung 65 angeschlossen
sind. Die Werte der Widerstände 68 und 70 sind
gewählt,
um den Spannungspegel des invertierenden Eingangsanschlusses bei
ungefähr
der Hälfte
der Spannung an der Sammelleitung 62 oder bei ungefähr 6 Volt
zu halten. Der nichtinvertierende Eingangsanschluss des Verstärkers 60 ist über einen Widerstand 72 mit
einem Anschluss eines Schalters 74 verbunden, der in der
veranschaulichten Ausführungsform
den Wasserdruckschalter 80 nach 1 repräsentiert
und derart angeordnet ist, dass er schließt, wenn der Wasserdruck kleiner
ist als der gewählte
minimale Wert von z. B. 2,068 bar (30 psi), und dass er öffnet, wenn
der Wasserdruck oberhalb eines ausgewählten maximalen Wertes von
z. B. 4,14 bar (60 psi) liegt. Ein zweiter Anschluss des Schalters 74 ist
mit der Spannungssammelleitung 62 verbunden. Der Widerstand 72 und
ein Kondensator 76 bilden ein Rausch- oder Störfilter
an dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers 60. Somit
geht der Ausgang des Differenzverstärkers 60 kurze Zeit,
nachdem der Druckschalter 74 schließt, in den hohen Zustand und
kurze Zeit, nachdem er öffnet,
in den niedrigen Zustand über,
wobei die Zeitverzögerung
durch die Werte des Widerstandes 72 und des Kondensators 76 festgelegt
ist. Zwischen dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 60 und der negativen
Sammelleitung 25 ist ein Spannungsteiler, der Widerstände 78 und 80 aufweist,
angeschlossen, um ein Eingangssignal an den Mikrocontroller 42 auszugeben,
wenn der Verstärker 60 geschaltet
wird. Das Störfilter
liefert entprellte Schließ-
und Öffnungssignale
des Druckschalters zu dem Mikrocontroller über den Verstärker 60 und
den Spannungsteiler 78, 80.
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Falls
zugelassen wird, dass die Frequenz der auf den Motor 40 angewandten
Anregung wesentlich über
die Motordrehzahl ansteigt, wird der Schlupf zu groß, während das
Drehmoment abnimmt und der Motor durch Überlastung blockieren und übermäßig Strom
ziehen kann. Dieses Problem wird durch eine Reduktion der Frequenz
in Abhängigkeit
von dem Motorstrom überwunden.
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Ein
zu dem Motor- oder Leistungsbrückenstrom
proportionales Signal wird durch den ohmschen Shunt 29 einem
Differenzverstärker 82 über Eingangswiderstände 84 und 86 zugeführt, die
von entgegengesetzten Enden des Shunts 29 an dem invertierenden
bzw. nicht invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers 82 angeschlossen
sind. Ein (nicht veranschaulichter) Filterkondensator verlangsamt
in Verbindung mit den Widerständen 84, 86 die Ansprechzeit
des Stromsensors, um eine Überreaktion
auf momentane Übergangsvorgänge zu verhindern.
Das Verhältnis
zwischen der Größe eines Rückführungswiderstands 88 (der
zwischen dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 82 und seinem invertierenden
Eingangsanschluss angeschlossen ist) und der Größe des Eingangswiderstands 84 wird dazu
verwendet, den Verstärkungsfaktor
der Verstärkerstufe 82 festzusetzen.
Die Ausgabe (oder Stromamplitude) des Verstärkers 82 wird mit
einem Referenzwert verglichen, der von dem Mikrocontroller 42 über einen
Differenzverstärker 90 geliefert
wird. Wenn der Strom in der Leistungsbrücke höher ist als der durch den Referenzwert
gekennzeichnete Strom, schaltet der Verstärker 90 derart, dass
sein Ausgangsanschluss in den niedrigen Zustand gezogen wird. Da
der Ausgangsanschluss des Verstärkers 90 über eine
Diode 92 und einen Widerstand 94 mit dem Kondensator 58 verbunden
ist, wird der Kondensator 58 durch einen durch den Widerstand 94 und
die Diode 92 zu dem Verstärker 90 führenden
Stromfluss entladen. Der Widerstand 94 ist derart gewählt, dass seine
Größe kleiner
ist als die des Ladewiderstands 64, um sicherzustellen,
dass beim Auftreten eines Überstroms
die Frequenz der dem Motor 40 zugeführten Spannung verringert ist.
Als ein weiteres Merkmal kann der Mikrocontroller 42 ferner
programmiert sein, um die Ladung an dem Kondensator 58 über eine
Diode 96, die zwischen einem Ausgang des Mikrocontrollers 42 und
dem Widerstand 94 angeschlossen ist, zu verringern.
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Wie
in der Induktionsmotortechnik allgemein bekannt, beginnt der Motor,
wenn die Frequenz der an den Motor angelegten Anregungsspannung schneller
verringert wird, als der Motor verlangsamen kann, als ein Induktionsgenerator
zu arbeiten, der kinetische Energie in elektrische Energie wandelt.
Da die Diodenbrücke
mit den Dioden 16-22 jedoch rückwärtsfließende Leistung nicht handhaben
kann, führt die
durch den Motor erzeugte Leistung zu einem kontinuierlichen Anstieg
der Spannung an dem Sammelleitungskondensator 26 und kann,
wenn ein weiterer Anstieg zugelassen wird, den Spannungspegel der Sammelleitung
auf ein ausreichend hohes Niveau erhöhen, um die Leistungsschalter 28-38 des
Inverters zu beschädigen.
Um zu verhindern, dass ein derartiges Ereignis auftritt, enthält das System
einen Mechanismus zum Halten oder Erhöhen der Anregungsfrequenz,
falls die Spannung der Sammelleitung bis oberhalb eines ausgewählten Niveaus
ansteigt. Insbesondere sind eine Zehnerdiode 98 und ein
Widerstand 100 in Reihe zwischen der positiven Sammelleitung 24 und
dem Kondensator 58 angeschlossen. Die Betriebsspannung
der Zehnerdiode 98 ist derart gewählt, um einen vernünftigen
Sicherheitsspielraum zwischen dem maximal zulässigen Wert der Spannung an
der Sammelleitung 24 und der Spitzenbetriebsspannung der
Leistungsstromkreiskomponenten 28-38 zu schaffen.
Wenn die Spannung der Sammelleitung 24 den für die Zehnerdiode 98 ausgewählten Wert übersteigt,
ergibt der Strom durch die Diode 98 und den Widerstand 100 einen
Ladestrom zu dem Kondensator 58, wodurch die Frequenz der
dem Motor 40 zugeführten
Anregung erhöht
und die Motorarbeitsweise vom Generator- zum Motorbetrieb gewechselt
wird. Dieses System erzwingt somit, dass die Verzögerungsrate
auf eine Rate begrenzt wird, bei der die Last (z. B. die Pumpe)
an dem Motor die kinetische Energie aufnehmen kann.
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Im
Allgemeinen wird in einem Wassersystem einer Wohnung oder eines
Wohnhauses, die bzw. das durch eine dedizierte Pumpe versorgt wird,
ein Wasserdrucksensor dazu verwendet, die Pumpe „EIN"- und „AUS"-zuschalten, um den Druck in der Wohnung
oder dem Wohnhaus innerhalb vorgegebener Grenzwerte aufrecht zu
erhalten. Die Differenz zwischen dem oberen und dem unteren Druckgrenzwert
wird häufig
als Hystereseband bzw. -bereich bezeichnet. In einem typischen System
kann der obere Grenzwert bei 4,137 bar (60 psi) festgelegt sein,
während
der untere Grenzwert bei 2,758 bar (40 psi) festgesetzt werden kann.
Dies führt
zu einem Hystereseband von 1,359 bar (20 psi). Wenn in einem derar tigen
System der Wasserdruck der Wohnung oder des Wohnhauses auf 2,758
bar (40 psi) fällt,
schließt
der Druckschalter und setzt ein, den Motor einzuschalten, der die
Wasserpumpe antreibt. In den gegenwärtig erhältlichen Pumpsystemen verbindet
der Druckschalter, wenn er schließt, die beiden Anschlüsse eines
Einzelphaseninduktionsmotors mit der 60 Hertz Netzleitung, und der
Motor entwickelt ein Drehmoment, das bei einem anfänglichen
niedrigen Wert anfängt
und steigt, wenn sich die Motordrehzahl erhöht. Gegebenenfalls erreicht
der Motor eine Drehzahl von ungefähr 3500 U/Min, und die Pumpe
läuft weiter,
bis der Druck 4,137 bar (60 psi) erreicht. An dieser Stelle öffnet der
Druckschalter, wodurch der Pumpenmotor von der Netzwechselspannungsleitung
getrennt wird.
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Das
System nach 2 arbeitet in der gleichen allgemeinen
Weise, abgesehen davon, dass der Druckschalter dazu verwendet wird,
der Steuerungseinrichtung 42 zu signalisieren, eine Anwendung
von Ansteuersignalen auf die Schaltvorrichtungen 28-38 des
Inverters 27 zu initiieren, um dem Motor 40 eine
Dreiphasenspannung mit gesteuerter Frequenz zuzuführen.
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Wenn
der Druckschalter 74 geschlossen ist, werden auf die Störfilterkombination
aus dem Widerstand 72 und dem Kondensator 76 12
Volt angelegt. Die Zeitkonstante dieser RC-Kombination ist ausreichend
groß gewählt, um
Rauschen zu unterdrücken, jedoch
ausreichend klein, so dass sie bei dem Übergangsbetrieb der Schaltung
keinen wesentlichen Einfluss hat. Somit ist die Spannung an dem
Kondensator 76 größer als
die Spannung an dem Mittelpunkt der Widerstände 68 und 70.
Infolgedessen ist das Signal des nichtinvertierenden Eingangs des
Verstärkers 60 größer als
das des invertierenden Eingangs, so dass die Verstärkerausgangsspannung
auf 12 Volt übergeht.
Der Kondensator 58 beginnt, sich gegen die 12 Volt Ausgangsspannung
des Verstärkers 60 aufzuladen.
Der Mikrocontroller 42 wandelt die Spannung an dem Kondensator 58 in
eine zugehörige
Frequenz um und erzeugt die Pulsweitenmodulations-Ansteuersignale,
die an die IGBT-Gatesteuerschaltung 44 angekoppelt werden.
Die Gatesteuerschaltung wandelt die PWM-Signale in geeigneter Werte
zur Anwendung auf die Gateanschlüsse
jeder der Schaltvorrichtungen 28-38 um. Da die
Schaltvorrichtungen 28-38 in den leitenden und
nichtleitenden Zustand gesteuert werden, wird die Gleichspannung, die über der
Gleichspannungssammelleitung 14 und 16 auftritt,
in eine Dreiphasenspannung zur Anwendung auf die Anschlüsse des
Motors 40 umgewandelt. Wenn der Strom in dem Motor 40 beginnt
anzusteigen, steigt der durch den Strom erfassenden Widerstand 29 fließende Strom
direkt proportional hierzu. Die über
dem Erfassungswiderstand 29 erzeugte Spannung wird durch
den Differenzverstärker 82 verstärkt und
in dem Differenzverstärker 90 mit
einem gewünschten
Strompegel verglichen, der durch den Mikrocontroller 42 bereitgestellt
wird. Solange der durch den Sensor 29 erfasste Motorstrom
kleiner ist als die durch den Motorcontroller 42 festgelegte
Referenzgröße, ist
die Ausgabe des Verstärkers 90 positiv
und die Diode 92 in Sperrrichtung vorgespannt. Sollte jedoch
der Strom in dem Motor 40 die gewünschte Größe überschreiten, geht das durch
den Verstärker 90 erzeugte
Ausgangssignal auf ungefähr 0
Volt über,
wodurch die Diode 92 in Durchlassrichtung vorgespannt und
zugelassen wird, dass Strom von dem Kondensator 58 über die
Reihenschaltung aus Widerstand 94 und Diode 92 entzogen
wird. Da die Frequenz des dem Motor zugeführten Anregungs signals zu der
Spannung an dem Kondensator 58 unmittelbar proportional
ist, hat dies zur Folge, dass die Frequenz der Anregung beim Entladen
des Kondensators verringert wird. Wenn die Motoranregungsfrequenz
verringert wird, wird der Motorschlupf verringert, und der Strom
in dem Motor wird ebenfalls verringert. Demgemäß ermöglicht das System nach 2 es,
die Anregungsfrequenz des Motors mit einer schnellen Rate von beispielsweise
einer Sekunde von 0 bis zur vollen Drehzahl zu erhöhen und
verringert die Zeitdauer, die der Motor zum Erreichen der gewünschten
Drehzahl benötigt,
auf ein Minimum.
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Falls
jedoch ein Erdschlusspfad, beispielsweise der Pfad 39,
vorhanden ist, wenn die Schaltvorrichtungen durch die Steuerungseinrichtung 42 in den
leitenden Zustand gesteuert werden, ist es möglich, dass der Kriechstrom
ausreichend groß sein wird,
um einen Stromfluss zu erzeugen, der die Schaltvorrichtungen zerstören kann.
Die vorliegende Erfindung vermeidet dieses Problem beim anfänglichen
Einschalten des Motors durch eine Programmierung der Steuerungseinrichtung 42 in
der Weise, dass sie anfänglich
einen Satz von Ansteuerungsimpulsen verhältnismäßig kurzer Dauer in der Folge
auf jede der Schaltvorrichtungen 34, 36 und 38 anwendet.
Wie unter Hintergrund zu der Erfindung erläutert, fließt, solange ein Kriechweg nicht
existiert, kein Strom durch den Stromdetektor 29, wenn
diese Vorrichtungen in den leitenden Zustand gesteuert werden. Falls
ein Kriechstromweg existiert, fließt ein Teil des Stroms durch
den Detektor 29 hindurch. Vorzugsweise weisen die anfänglichen
Ansteuerimpulse eine Zeitdauer von weniger als ungefähr eine
Millisekunde auf und betragen wunschgemäß ungefähr 2 Mikrosekunden, um in dem
Fall, wenn ein sehr niederohmiger Erd schlusspfad vorliegt, einen
Fehlstrom zu begrenzen. Um einen höherohmigen Erdschlusspfad zu
erfassen, wird ein zweiter Satz von Ansteuerimpulsen auf jede der
Schaltvorrichtungen 34, 36 und 38 angewandt,
wobei jeder Impuls des zweiten Satzes von Ansteuerungsimpulsen eine
Dauer von ungefähr
vier Mikrosekunden aufweist. Es ist zu bemerken, dass zwischen jedem
Ansteuerimpuls eine Verzögerungszeit
vorhanden ist, um dem Stromdetektor zu ermöglichen anzusprechen, wobei
die Zeitverzögerung
ungefähr
4 Mikrosekunden beträgt,
jedoch in Abhängigkeit
von der Reaktionszeit für
die Stromdetektorschaltung, wie sie durch den Filterkondensator
und Widerstand 86 festgelegt ist, variabel ist.
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Falls
während
eines dieser Anfangstests Strom erfasst wird, kann die Steuerungseinrichtung 42 einen
sichtbaren oder hörbaren
Alarm bereitstellen und einen Betrieb des Systems verhindern. Falls ein
Strom nicht erfasst wird, funktioniert die Steuerungseinrichtung 42 in
normaler Weise und steuert den Motor 40 an.
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Bezugnehmend
nun auf 3 ist dort ein vereinfachtes
Flussdiagramm für
ein Computerprogramm veranschaulicht, das in der Steuerungseinrichtung 42 implementiert
ist, um den Erdschluss-/Erdkriechstromwegtest gemäß der vorliegenden
Erfindung zu erzielen. Wenn der Schalter 12 schließt, wodurch
ein niedriger Wasserdruck angezeigt und ein Betrieb des Pumpenmotors 40 angefordert
wird, ruft das resultierende Signal, wie es als ein Motorstartbefehl
angezeigt ist, ein Programm (eine Unterroutine) auf, das (die) die
Zeitdauer eines Anfangssatzes von Ansteuerungsimpulsen auf zwei
Mikrosekunden festsetzt, Block 110. Die Steuerungseinrichtung 42 wendet
dann in der Folge einen einzelnen Ansteuerimpuls von zwei Mikrosekunden
Dauer auf jede der Schaltvor richtungen (Zellen) der negativen Seite 34, 36 und 38 an,
Blöcke 112, 114 und 116. Nachdem
jeder Impuls angewandt worden ist, wird eine Zeitverzögerung bereitgestellt,
während
der die Stromdetektorschaltung überwacht
wird, um zu bestimmen, ob in dem Detektor 29 durch irgendeinen der
Ansteuerungsimpulse ein Strom erzeugt wird, Blöcke 118, 120 und 122.
Falls in einem beliebigen Block 118, 120, 122 Strom
erfasst wird, meldet die Steuerungseinrichtung 42 einen
Fehlerzustand, Block 124. Falls kein Strom erfasst wird,
prüft das Programm
nach um festzustellen, welche Impulsweise des Ansteuerimpulses angewandt
worden ist, Block 126, und falls ein Impuls von zwei Mikrosekunden
angewandt worden ist, schreitet das Programm zum Block 128 über, um
die Impulsweite zu erhöhen und
den Fehlererfassungstest erneut ablaufen zu lassen. Falls ein zweites
Mal während
des Programms kein Strom erfasst wird, verdoppelt die Steuerungseinrichtung 42 erneut
die Impulsweite und wiederholt die sequentiellen Tests. Für das veranschaulichende
Beispiel wird die Impulsweite verdoppelt und der Test wiederholt,
bis die Pulsdauer 64 Mikrosekunden beträgt. Jedoch ist die Impulsweite durch
Eigenschaften der Last und Schaltung bestimmt und kann größer oder
kleiner als 64 Mikrosekunden festgelegt werden. Wenn die Tests erfolgreich
zu Ende geführt
worden sind, verlässt
die Steuerungseinrichtung die Unterroutine und fährt mit dem normalen Motorstart
fort.
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Während 3 andeutet,
dass ein Ansteuerimpuls von zwei Mikrosekunden Dauer bevorzugt wird,
wird ohne weiteres erkannt, dass die Impulsdauer von den Systemeigenschaften
und dem Betrieb der Schaltvorrichtung abhängig ist. In ähnlicher Weise
kann für
hochohmige Fehler eine Impulsweite gewünscht sein, die größer ist
als vier Mikrosekunden. Im Allgemeinen wird angenommen, dass ein beispielhaftes
System eine Impulsweite benötigt,
die nicht größer ist
als eine Millisekunde. Während
zwei Schritte verwendet werden, um hoch- und niederohmige Fehler
zu identifizieren, kann es ferner bevorzugt sein, mehr als zwei
Schritte zu verwenden, insbesondere wenn die ersten beiden Sätze von
Ansteuerungsimpulsen eine Dauer von zwei und vier Mikrosekunden
aufweisen. Beispielsweise kann ein dritter Schritt unter Verwendung
eines Ansteuerungsimpulses von einer Millisekunde bei der Identifizierung
sehr hochohmiger Kriechwege nützlich
sein.
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Im
Allgemeinen wird die Erdschlusserfassungsschaltung aus Personensicherheitsbetrachtungen
heraus eingesetzt und muss in der Lage sein, Kriechströme zu erfassen,
deren Stärke
kleiner ist als diejenige, die als tödlich angenommen wird. Es besteht
nicht die Absicht, dass dieses System als eine Sicherheitsvorrichtung
funktioniert, vielmehr soll dieses System als eine Schutzvorrichtung
dienen, um eine Beschädigung
an der Einheit zu verhindern, wenn ein zur Erde abfließender Kriechstrom
auftreten sollte. Falls ein Erdschluss existiert und der Zulieferer
es unterlässt,
vor dem Einschalten des Systems ein Vorliegen von Erdschlüssen zu überprüfen, wird die
Steuerungseinrichtung beschädigt
und muss ersetzt werden. Sollte er nicht erkennen, dass die Ursache
für den
Fehler ein Erdschluss in dem System ist, kann er ein Ersatzteil
einbauen und dieses in ähnlicher
Weise zerstören.
Somit ist es wichtig, einen Schutz irgendeiner Art gegen durch Erdschlüsse bedingte
Fehler einzubauen.