EP2181490A1 - Vorrichtung und system zur signaltechnischen verarbeitung einer spannung - Google Patents
Vorrichtung und system zur signaltechnischen verarbeitung einer spannungInfo
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- EP2181490A1 EP2181490A1 EP08785646A EP08785646A EP2181490A1 EP 2181490 A1 EP2181490 A1 EP 2181490A1 EP 08785646 A EP08785646 A EP 08785646A EP 08785646 A EP08785646 A EP 08785646A EP 2181490 A1 EP2181490 A1 EP 2181490A1
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- EP
- European Patent Office
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- voltage
- module
- assignment
- output
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H6/00—Emergency protective circuit arrangements responsive to undesired changes from normal non-electric working conditions using simulators of the apparatus being protected, e.g. using thermal images
- H02H6/005—Emergency protective circuit arrangements responsive to undesired changes from normal non-electric working conditions using simulators of the apparatus being protected, e.g. using thermal images using digital thermal images
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
- H02H7/085—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against excessive load
Definitions
- the invention relates to a device for signal processing of an electrical input voltage, wherein each value of the input voltage is associated with a piecewise linear assignment function exactly one value of an electrical output voltage, wherein the assignment function has at least two respectively adjacent assignment regions, which are adjustable by a respective limit voltage in which the assignment function in the assignment field with the lowest value of a limit voltage is a degree function defined by a slope and an offset, wherein the assignment function of each further assignment area is the combination of the assignment function of the respectively adjacent assignment range, which is the next smaller value of Boundary voltage results, with another degree function.
- calculation models are used to emulate the heating. Input variables of such calculation models are usually measured values which describe the time profile of the three phase currents of the A synchronous motor.
- Asynchronous motors can have rated values of a few kW up to several MW
- the heat development in an asynchronous motor is dependent, among other things, on the time, the power which is obtained as a thermal input at its internal ohmic resistances, as well as other thermal influencing variables, such as heat capacity. capacity, thermal conductivity, heat radiation and / or ambient temperature. These influencing factors must be taken into account when implementing a calculation model corresponding to the desired accuracy of the calculation model.
- the device for signal processing of an electrical voltage of the type mentioned above characterized by the fact that at least one limit value module is present, which provides a respective Grenzwertmodulausgangsspan- voltage from the input voltage and a respective predetermined limit voltage, which is fed to both a basic module and an output module in that the basic module outputs to the input voltage in each case a voltage resulting from the respective limit module output voltage as an offset added and this sum voltage is supplied as an auxiliary voltage to the output module, which multiplies this voltage with one of the respective Grenzwertmodulausgangs- resulting, the respective slope of the gradients corresponding factor and provides as an output voltage.
- the transfer function is therefore divided by the device according to the invention into a plurality of allocation areas, within which the assignment of an output value to an input value of the voltage corresponding to a degree function, characterized by an offset and a slope, respectively.
- the respective upper voltage limit value of an allocation range is determined by a predefinable voltage value, the lower voltage limit value corresponds to the upper limit value of the adjoining assignment range below.
- the lowest allocation area is unlimited downwards, the highest allocation area is unlimited upwards.
- the number of assignment ranges results from the number of limit value modules increased by the number one, wherein according to the invention at least one limit value module is present, resulting in a minimum of two assignment ranges.
- Each grade is characterized by an offset and a slope.
- the respective offsets are determined by the basic module, the gradients of the respective grades by the output module.
- the realization of the device according to the invention by standard electrical components allows a robust construction and high independence of the mapping function of the ambient temperature, with any temperature dependencies of the standard components compensate each other.
- an arbitrarily accurate assignment function can be realized, in particular a second-order origin parabola, which is suitable for achieving the squaring of a voltage signal.
- the input voltage supplied to the device according to the invention is proportional to the measured load current of at least one phase of an asynchronous motor.
- the signal of the input voltage is previously rectified, provided that the assignment function to be represented supplies the same values of the output voltage for equal input voltages in terms of magnitude. This is the case, for example, with a second-order origin parabola function.
- a plurality of devices according to the invention for signal processing of an input voltage are arranged in parallel.
- the temperature of the asynchronous motor can be determined as a function of time in a further step based on integration over a certain period of time. In this way, a thermal overload protection of the asynchronous motor can be realized, which initiates a shutdown of the asynchronous motor in case of overload.
- the determined temperature of the asynchronous motor is provided from the evaluation device as an output variable.
- the device and / or individual modules have at least one standard electronic component, for example a resistor, a capacitor, a diode and / or a differential amplifier.
- a resistor for example a resistor, a capacitor, a diode and / or a differential amplifier.
- one and / or a plurality of modules together with components which continue to be useful for the use of the device are arranged in a common housing.
- the modular construction of the device in a plurality of housings is particularly favorable if further functionalities are to be implemented for the further protection and / or monitoring of one or more electrical loads, in particular asynchronous motors. These functionalities share a common part of the voltage signals available in the device.
- Such a modular construction advantageously reduces the number of individual modules and / or components required.
- additional functionalities are integrated into the same housing as the device according to the invention. This is particularly favorable if several functionalities are to be used predominantly in common, for example protection against thermal heating in the case of an asynchronous motor and unbalanced load protection.
- the number of housings used is further reduced in a favorable manner.
- the housings in which individual and / or a plurality of modules and / or components are arranged, have as flexible connection possibilities as possible, for example at least one screwable and / or clampable connection possibility.
- a common, pluggable connection bus system for information, current and / or voltage transmission is also conceivable.
- the modular design significantly reduces the handling of one or more housings.
- the object is further achieved by a system for calculating the power of a thermal one-day in an asynchronous motor, wherein a measurement signal of the current is provided by at least one of the three supply lines of the asynchronous motor in the form of a proportional thereto voltage signal, characterized in that the voltage signal on the input side of a device for signaling Processing of an electrical voltage according to claims 1 to 14 made available and squared by the device and that the squared voltage signal can be linked by means of an evaluation device with other parameters.
- an effective electrical power is determined in an advantageous manner from the multiplication of the voltage signal with, in particular, the equivalent ohmic resistance of the asynchronous motor, which corresponds to the thermal input.
- 1 is a schematic diagram of the device for signal processing of an electrical input voltage
- Fig. 2 shows an example of a mapping function
- FIG. 3 shows a circuit example of a device with three allocation regions.
- FIG. 1 shows a block diagram of an exemplary embodiment of the device 1 according to the invention with which a piecewise linear function having a plurality of allocation regions is realized.
- An input voltage 30 is supplied to a plurality of limit value modules 10_1,..., 10_n as the first limit module input quantity, although in principle any number of these limit value modules 10_1, 10_2... 10_n can be installed / connected in parallel and in this way an arbitrarily accurate approximation allow the assignment function.
- Each limit value module 10_1,... 10_n is supplied with the individually predefinable limit voltage 31_1,... 31_n as the second limit value module input variable. If the value of the input voltage 30 is greater than the respective predefinable limit voltage 31_1,...
- the relevant limit value module 10_1,..., 10_n outputs a first voltage value as limit value module output quantities 32_1,..., 32_n, otherwise a second voltage value in each case, which is preferably OV.
- voltage information is also conceivable, for example digitized numerical values.
- the minimum number of limit value modules is logically one, so that this results in a minimum of two assignment ranges, namely a first one for all values of the input voltage which is less than or equal to the predefinable limit voltage and a second for those input voltage values which are greater than the threshold voltage.
- the input voltage 30 is further supplied to a basic module 11.
- Further input variables for the basic module 11 are the limit module output variables 32_1,... 32_n.
- 30 predefinable offsets are added to the input voltage, namely exactly one offset per limit module output variable 32_1,... 32_n.
- the height of the respective offset for the respective limit module output variable 32_1,... 32_n and a base offset can be defined in the basic module or stored as values.
- the output of the basic module 11 is an auxiliary voltage 33 which is supplied to an output module 12.
- Further input variables for the output module 12 are the limit value module output variables 32_1,... 32_n of each limit value module 10_1,... 10_n.
- the output of the output module 12 is an output voltage 34, which results from the combination of the auxiliary voltage 33 with a predeterminable in the output module basic multiplication factor.
- Each of the aforementioned input variables is assigned a separate multiplication factor that can be specified in the output module 12.
- a separate multiplication factor can be realized for each assignment region, which corresponds to the slope of the straight line of the assignment function.
- the voltage values for such a device according to the invention are usually between 0V and 10V.
- FIG. 2 schematically shows a diagram of an assignment function of an exemplary output voltage 44 to an exemplary input voltage 40 with three exemplary limit voltage 41_1, 41_2, 41_3 and the resulting output voltage.
- the respective allocation regions and the respective assignment functions are selected such that an approximation of a second-order pararelax is used, as used for squaring a signal.
- the negative branch of the parabola is not shown in this example, because the imaginary input signal is assumed to be rectified in this case and thus only values of the exemplary input voltage 40 greater than or equal to zero can occur.
- FIG. 3 shows a concrete circuit example of a device according to the invention for signal processing of a further input voltage 50, wherein two further limit value modules 13_1, 13_2 are shown.
- the further limit value modules 13_1, 13_2 are implemented in this example by a commercial operational amplifier in each case, in the illustrated example a first N3 for the further first limit value module 13_1 and a second N4 for the further second limit value module 13_2.
- the power supply of the operational amplifier is effected by a marked connection VCC.
- the specification of a further first limit voltage 51_1 and a further second limit voltage 51_2 is effected by a separate voltage source, which is not shown in more detail.
- Another basic module 14 also has an operational amplifier, in this case N1.
- the gain of the operational amplifier fixed by the resistors R7 and R8 is compensated by the resistor divider R1 and R2, so that the gain of the further basic module 14 is one.
- the offsets are taken into account via the resistors R3 to R6, wherein R5 and R6 take into account the base offset of the further basic module 14, and R3 or R4 the offset determined by the further modules 13_1 and 13_2, respectively.
- the further basic module 14 provides another output module 15 with a further auxiliary voltage 53.
- the further output module 15 also has an operational amplifier, namely N2, in this example.
- the basic amplification factor of the further output module 15 is determined by the resistors R11 and R12. This factor can still be changed by a parallel connection of the resistors R9 and / or R10 to R11. Connected in series with R9 and R10 are in each case the transistors V1 and V2 whose conduction values can depend on the further limit module output voltages 52_1, 52_2 supplied to the further output module 15 and can either assume the state of conducting or nonconducting.
Landscapes
- Control Of Voltage And Current In General (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur signaltechnischen Verarbeitung einer elektrischen Eingangsspannung (30, 50), wobei jedem Wert der Eingangsspannung anhand einer stückweise linearen Zuordnungsfunktion genau ein Wert einer elektrischen Ausgangsspannung (34, 54) zugeordnet ist, wobei die Zuordnungsfunktion wenigstens zwei jeweils aneinandergrenzende Zuordnungsbereiche (60_1 60_n) aufweist, die durch eine jeweilige Grenzspannung (31_1 31_n, 51_1 51_n) einstellbar sind, wobei die Zuordnungsfunktion in demjenigen Zuordnungsbereich (60_1 ) mit dem niedrigsten Wert einer Grenzspannung (31_1, 51_1 ) eine Gradenfunktion ist, welche durch eine Steigung und einen Offset definiert ist, wobei sich die Zuordnungsfunktion jedes weiteren Zuordnungsbereiches aus der Verknüpfung der Zuordnungsfunktion des jeweils angrenzenden Zuordnungsbereiches, der den nächst kleineren Wert der Grenzspannung aufweist, mit einer weiteren Gradenfunktion ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Grenzwertmodul (10_1,... 10_n, 13_1,... 13_n) vorhanden ist, welches aus der Eingangsspannung (30, 50) und einer jeweils vorgebbaren Grenzspannung (31_1,... 31_n, 51_1 51_n) eine jeweilige Grenzwertmodulausgangsspannung (32_1,... 32_n, 52_1,... 52_n) bereitstellt, welche sowohl einem Grundmodul (11, 14) als auch einem Ausgangsmodul (12, 15) zugeführt ist, dass das Grundmodul (11, 14) zu der Eingangsspannung (30, 50) jeweils eine aus der jeweiligen Grenzwertmodulausgangsspannung (32_1,... 32_n, 52_1,... 52_n) resultierende Spannung als Offset addiert und diese Summenspannung als Hilfsspannung (33, 53) dem Ausgangsmodul (12, 15) zugeführt ist, welches diese mit einem aus den jeweiligen Grenzwertmodulausgangsspannungen (32_1,... 32_n, 52_1,... 52_n) ergebenden, der jeweiligen Steigung der Graden entsprechenden Faktor multipliziert und als Ausgangsspannung (34, 54) zur Verfügung stellt.
Description
Vorrichtung und System zur signaltechnischen Verarbeitung einer Spannung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur signaltechnischen Verarbeitung einer e- lektrischen Eingangsspannung, wobei jedem Wert der Eingangsspannung anhand einer stückweise linearen Zuordnungsfunktion genau ein Wert einer elektrischen Ausgangsspannung zugeordnet ist, wobei die Zuordnungsfunktion wenigstens zwei jeweils aneinandergrenzende Zuordnungsbereiche aufweist, die durch eine jeweilige Grenzspannung einstellbar sind, wobei die Zuordnungsfunktion in demjenigen Zuordnungsbereich mit dem niedrigsten Wert einer Grenzspannung eine Gradenfunktion is_t, welche durch eine Steigung und einen Offset definiert ist, wobei sich die Zuordnungsfunktion jedes weiteren Zuordnungsbereiches aus der Verknüpfung der Zuordnungsfunktion des jeweils angrenzenden Zuordnungsbereiches, der den nächst kleineren Wert der Grenzspannung aufweist, mit einer weiteren Gradenfunktion ergibt.
Es ist allgemein bekannt, dass zum Überlastschutz von elektrischen Lasten, insbesondere von Asynchronmotoren, Berechnungsmodelle zur Nachbildung der Erwärmung verwendet werden. Eingangsgrößen solcher Berechnungsmodelle sind üblicherweise Messwerte, welche den zeitlichen Verlauf der drei Phasenströme des A- synchronmotors beschreiben. Asynchronmotoren können Anschlusswerte von wenigen kW bis hin zu mehreren MW aufweisen
Die Wärmeentwicklung in einem Asynchronmotor ist unter anderem abhängig von der Zeit, der Leistung, welche an dessen inneren ohmschen Widerständen als thermischer Eintrag anfällt, sowie weiteren thermischen Einflussgrößen, wie Wärmeka-
pazität, Wärmeleitfähigkeit, Wärmeabstrahlung und/oder Umgebungstemperatur. Diese Einflussgrößen sind bei der Umsetzung eines Berechnungsmodells entsprechend der gewünschten Genauigkeit des Berechnungsmodells zu berücksichtigen.
Insbesondere zur Berechnung des thermischen Eintrages an Leistung ist es vorteilhaft, diese entsprechend der bekannten Formel p(t) = i2(t) * R durchzuführen, wobei p(t) die Momentanleistung, i(t) der Momentanstrom und R der äquivalente Wirkwiderstand innerhalb des Asynchronmotors ist, an dem die thermische Verlustleistung anfällt. Diese Größen stehen nämlich üblicherweise messtechnisch zur Verfügung.
Demzufolge ist zur sicheren und einfachen Implementierung eines thermischen L)- berlastschutzes in eine Überlastschutzeinrichtung, beispielsweise in ein Überlastrelais, eine Quadrierung des gemessenen Stromsignals wenigstens eines der drei Phasenleiter notwendig. Üblicherweise geschieht eine solche Quadrierung mittels einer allgemein bekannten Diodenschaltung. Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist jedoch, dass die Umgebungstemperatur die Diodenschaltung erheblich beeinflusst, wobei die Genauigkeit der hierdurch ermittelten Größen signifikant sinkt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein System zur signaltechnischen Verarbeitung, insbesondere der Quadrierung, einer elektrischen Größe anzugeben, deren Übertragungsfunktion nicht oder nur in sehr geringem Maße von der Umgebungstemperatur abhängig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur signaltechnischen Verarbeitung einer elektrischen Spannung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Demgemäß kennzeichnet sich die Vorrichtung zur signaltechnischen Verarbeitung einer elektrischen Spannung der eingangs genannten Art dadurch, dass wenigstens ein Grenzwertmodul vorhanden ist, welches aus der Eingangsspannung und einer jeweils vorgebbaren Grenzspannung eine jeweilige Grenzwertmodulausgangsspan- nung bereitstellt, welche sowohl einem Grundmodul als auch einem Ausgangsmodul zugeführt ist, dass das Grundmodul zu der Eingangsspannung jeweils eine aus der jeweiligen Grenzwertmodulausgangsspannung resultierende Spannung als Offset
addiert und diese Summenspannung als Hilfsspannung dem Ausgangsmodul zugeführt ist, welches diese mit einem aus den jeweiligen Grenzwertmodulausgangs- spannungen ergebenden, der jeweiligen Steigung der Graden entsprechenden Faktor multipliziert und als Ausgangsspannung zur Verfügung stellt.
Die Übertragungsfunktion wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung demzufolge in mehrere Zuordnungsbereiche aufgeteilt, innerhalb derer die Zuordnung eines Ausgangswertes zu einem Eingangswert der Spannung entsprechend einer Gradenfunktion, gekennzeichnet durch jeweils einen Offset und eine Steigung, erfolgt. Der jeweilige obere Spannungsgrenzwert eines Zuordnungsbereiches ist durch einen vorgebbaren Spannungswert bestimmt, der untere Spannungsgrenzwert entspricht dem oberen Grenzwert des unten angrenzenden Zuordnungsbereiches. Der unterste Zuordnungsbereich ist nach unten hin unbegrenzt, der oberste Zuordnungsbereich ist nach oben hin unbegrenzt.
Die Anzahl der Zuordnungsbereiche ergibt sich aus der um die Zahl Eins erhöhte Anzahl der Grenzwertmodule, wobei erfindungsgemäß) wenigstens ein Grenzwertmodul vorhanden ist, woraus sich ein Minimum von zwei Zuordnungsbereichen ergibt. Durch eine entsprechend hohe Anzahl an Grenzwertmodulen lässt sich in vorteilhafter Weise eine beliebig hohe Genauigkeit der darzustellenden Zuordnungsfunktion realisieren.
Jede Grade ist dabei durch einen Offset und eine Steigung gekennzeichnet. Die jeweiligen Offsets sind durch das Grundmodul bestimmt, die Steigungen der jeweiligen Graden durch das Ausgangsmodul.
Insbesondere die Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch elektrische Standardkomponenten, wie beispielsweise einen Widerstand, einen Kondensator oder einen Operationsverstärker, ermöglicht einen robusten Aufbau und eine hohe Unabhängigkeit der Zuordnungsfunktion von der Umgebungstemperatur, wobei sich eventuelle Temperaturabhängigkeiten der Standardkomponenten gegenseitig kompensieren..
Auf diese Weise ist eine beliebig genaue Zuordnungsfunktion realisierbar, insbesondere eine Ursprungsparabel zweiter Ordnung, welche geeignet ist, die Quadrierung eines Spannungssignals zu erreichen.
In vorteilhafter Weise ist die der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführte Eingangsspannung proportional zu dem gemessenen Laststrom wenigstens einer Phase eines Asynchronmotors.
Auf diese Weise lässt sich besonders einfach der thermische Leistungseintrag in einen Asynchronmotor ermitteln.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Signal der Eingangsspannung zuvor gleichgerichtet, sofern die darzustellende Zuordnungsfunktion für betragsmäßig gleiche Eingangsspannungen dieselben Werte der Ausgangsspannung liefert. Dies ist beispielsweise bei einer Ursprungsparabelfunktion zweiter Ordnung der Fall.
Auf diese Weise ist der Aufwand zur Nachbildung der Zuordnungsfunktion besonders gering. Lediglich der jeweils positive oder der jeweils negative Bereich der Funktion ist durch Graden zu approximieren.
In einer Weiterbildung der Ausführungsform sind mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen zur signaltechnischen Verarbeitung einer Eingangsspannung parallel angeordnet.
So ist es möglich, den durch alle drei Phasen eines Asynchronmotors bewirkten thermischen Eintrag zu bestimmen, insbesondere im unsymmetrischen Lastzustand.
Besonders günstig ist es, wenn der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Weiterverarbeitung einer elektrischen Spannung eine Auswerteeinrichtung nachgeschaltet ist.
Durch diese Auswerteeinrichtung ist beispielsweise anhand der Kenndaten des A- synchronmotors und anhand der dem Strom durch die Zuleitungen des Asynchronmotors proportionalen und quadrierten Signale eine Ermittelung der eingetragenen
thermischen Leistung möglich. In einem weiteren Schritt ist darauf basierend anhand eines thermischen Modells mittels einer Integration über einen bestimmten Zeitraum die Bestimmung der Temperatur des Asynchronmotors in Abhängigkeit der Zeit möglich. Auf diese Weise ist ein thermischer Überlastschutz des Asynchronmotors realisierbar, welcher im Überlastfall eine Abschaltung des Asynchronmotors initiiert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die ermittelte Temperatur des Asynchronmotors aus der Auswertevorrichtung als Ausgangsgröße zur Verfügung gestellt.
Derart weisen die Vorrichtung und/oder einzelne Module wenigstens eine elektronische Standardkomponente, beispielsweise einen Widerstand, einen Kondensator, eine Diode und/oder einen Differenzverstärker auf. Durch die Verwendung solcher Standardbauteile lassen sich der Aufbau und/oder die Verknüpfung der einzelnen Module in besonders einfacher und robuster Weise realisieren.
In einer Weiterentwicklung des Erfindungsgegenstandes werden ein und/oder mehrere Module zusammen mit weiterhin für den Einsatz der Vorrichtung sinnvollen Komponenten, beispielsweise einer oder mehrerer Sicherungen, Schaltvorrichtungen und/oder Anzeigevorrichtungen, in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Auf diese Weise ist die Anzahl der zum Schutz und/oder Überwachen einer oder mehrerer elektrischer Lasten, insbesondere Asynchronmotoren, notwendigen Gesamtkomponenten reduziert und die Montage beziehungsweise die Wartung der Vorrichtung wird vereinfacht.
Besonders günstig ist der modulare Aufbau der Vorrichtung in mehreren Gehäusen, wenn zum weiteren Schutz und/oder Überwachen einer oder mehrerer elektrischer Lasten, insbesondere Asynchronmotoren, weitere Funktionalitäten zu realisieren sind. Diese Funktionalitäten greifen gemeinsam auf einen Teil der in der Vorrichtung verfügbaren Spannungssignale zurück. Durch einen solchen modularen Aufbau wird die Anzahl der benötigten Einzelmodule und/oder Komponenten in vorteilhafter Weise reduziert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind zusätzliche Funktionalitäten in dasselbe Gehäuse integriert, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung. Dies ist insbesondere günstig, wenn mehrere Funktionalitäten überwiegend gemeinsam zu nutzen sind, beispielsweise ein Schutz vor thermischer Erwärmung bei einem Asynchronmotor und ein Schieflastschutz.
So wird in günstiger Weise die Anzahl der verwendeten Gehäuse weiter reduziert.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die Gehäuse, in denen einzelne und/oder mehrere Module und/oder Komponenten angeordnet sind, möglichst flexible Anschlussmöglichkeiten auf, beispielsweise wenigstens eine schraubbare und/oder klemmbare Verbindungsmöglichkeit. Auch ein gemeinsames, steckbares Verbin- dungsbussystem zur Informations-, Strom- und/oder Spannungsübertragung ist denkbar.
So lässt sich durch den modularen Aufbau die Handhabung eines oder mehrerer Gehäuse deutlich reduzieren.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein System zur Leistungsberechnung eines thermischen Eintages in einen Asynchronmotor, wobei ein Messsignal des Stromes durch wenigstens eine der drei Versorgungsleitungen des Asynchronmotors in Form einer dazu proportionalen Spannungssignals bereitgestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungssignal eingangsseitig einer Vorrichtung zur signaltechnischen Verarbeitung einer elektrischen Spannung nach den Ansprüchen 1 bis 14 zur Verfügung gestellt und durch die Vorrichtung quadriert ist und dass das quadrierte Spannungssignal mittels einer Auswerteeinrichtung mit weiteren Parametern verknüpfbar ist.
Somit wird in vorteilhafter Weise aus der Multiplikation des Spannungssignals mit insbesondere dem äquivalenten Ohmschen Widerstand des Asynchronmotors eine elektrische Wirkleistung bestimmt, welche dem thermischen Eintrag entspricht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten sind den weiteren abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung, weitere Ausführungsformen und weitere Vorteile näher beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Vorrichtung zur signaltechnischen Verarbeitung einer elektrischen Eingangsspannung,
Fig. 2 ein Beispiel für eine Zuordnungsfunktion und
Fig. 3 ein Schaltungsbeispiel für eine Vorrichtung mit drei Zuordnungsbereichen.
Fig. 1 stellt ein Prinzipschaltbild einer beispielhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dar, mit welcher eine stückweise lineare Funktion mit mehreren Zuordnungsbereichen realisiert ist. Eine Eingangsspannung 30 wird mehreren Grenzwertmodulen 10_1 , ... 10_n als erste Grenzwertmoduleingangsgröße zugeführt, wobei nur drei gezeigt sind, jedoch prinzipiell beliebig viele dieser Grenzwertmodule 10_1 , 10_2 ... 10_n installiert / parallel geschaltet sein können und auf diese Weise eine beliebig genaue Approximation der Zuordnungsfunktion ermöglichen. Jedem Grenzwertmodul 10_1 , ... 10_n wird als jeweils zweite Grenzwertmoduleingangsgröße die individuell vorgebbare Grenzspannung 31_1 , ... 31_n zugeführt. Ist der Wert der Eingangsspannung 30 größer als die jeweilige vorgebbare Grenzspannung 31_1 , ... 31_n, so gibt das betreffende Grenzwertmodul 10_1 , ... 10_n als Grenzwertmodulausgangsgrößen 32_1 , ... 32_n jeweils einen ersten Spannungswert aus, sonst jeweils einen zweiten Spannungswert, welcher vorzugsweise OV ist. Alternativ zu den realen Spannungen sind auch Spannungsinformationen denkbar, beispielsweise digitalisierte Zahlenwerte.
Die Mindestanzahl an Grenzwertmodulen ist denklogisch eins, so dass sich daraus minimal zwei Zuordnungsbereiche ergeben, nämlich ein erster für alle Werte der Eingangsspannung, welche kleiner oder gleich der vorgebbaren Grenzspannung
sind, und ein zweiter für diejenigen Werte der Eingangsspannung, welche größer als die Grenzspannung sind.
Die Eingangsspannung 30 wird fernerhin einem Grundmodul 11 zugeführt. Weitere Eingangsgrößen für das Grundmodul 11 sind die Grenzwertmodulausgangsgrößen 32_1 , ... 32_n. Im Grundmodul 11 werden der Eingangsspannung 30 vorgebbare Offsets aufaddiert, nämlich genau ein Offset je Grenzwertmodulausgangsgröße 32_1 , ... 32_n. Die Höhe des jeweiligen Offsets für die jeweilige Grenzwertmodulausgangsgröße 32_1 , ... 32_n sowie ein Basis- Offset sind in dem Grundmodul festlegbar beziehungsweise als Werte gespeichert. Somit ist durch Verknüpfung der verschiedenen Offsets in den verschiedenen Zuordnungsbereichen für jeden Zuordnungsbereich ein separater Offset realisierbar. Die Ausgangsgröße des Grundmoduls 11 ist eine Hilfsspannung 33, welche einem Ausgangsmodul 12 zugeführt wird.
Weitere Eingangsgrößen für das Ausgangsmodul 12 sind die Grenzwertmodulausgangsgrößen 32_1 , ... 32_n jedes Grenzwertmoduls 10_1 , ... 10_n. Die Ausgangsgröße des Ausgangsmoduls 12 ist eine Ausgangsspannung 34, welche sich aus der Verknüpfung der Hilfsspannung 33 mit einem im Ausgangsmodul vorgebbaren Basis- Multiplikationsfaktor ergibt. Ein weiterer Multiplikationsfaktor, durch welchen das Verhältnis der Ausgangsspannung 34 zur Hilfsspannung 33 beeinflussbar ist, resultiert aus den dem Ausgangsmodul 12 zugeführten Grenzwertmodulausgangsgrößen 32_1 , ... 32_n. Jeder der zuvor genannten Eingangsgrößen ist ein separater, im Ausgangsmodul 12 vorgebbarer, Multiplikationsfaktor zugeordnet. Somit ist durch die Verknüpfung der verschiedenen Multiplikationsfaktoren in den verschiedenen Zuordnungsbereichen für jeden Zuordnungsbereich ein separater Multiplikationsfaktor realisierbar, welcher der Steigung der Geraden der Zuordnungsfunktion entspricht.
Auf diese Weise ist eine vorgebbare Zuordnungsfunktion zwischen Eingangsspannung 30 und der Ausgangsspannung 34 realisiert. Die Spannungswerte für eine derartige erfindungsgemäße Vorrichtung liegen üblicherweise zwischen OV und 10V.
Fig. 2 zeigt schematisch ein Diagramm einer Zuordnungsfunktion einer exemplarischen Ausgangsspannung 44 zu einer exemplarischen Eingangsspannung 40 mit drei exemplarischen Grenzspannung 41_1, 41_2, 41_3 und den sich daraus erge-
benden vier Zuordnungsbereichen 60_1 , 60_2, 60_3, 60_4. Die jeweiligen Zuordnungsbereiche und die jeweiligen Zuordnungsfunktionen sind derart gewählt, dass eine Approximation einer Ursprungsparabel zweiter Ordnung dargestellt ist, wie sie zum Quadrieren eines Signals verwendet ist. Der negative Ast der Parabel ist in diesem Beispiel nicht dargestellt, weil das gedachte Eingangssignal in diesem Fall als zuvor gleichgerichtet angenommen ist und somit nur Werte der exemplarischen Eingangsspannung 40 größer oder gleich null auftreten können.
Fig.3 stellt ein konkretes Schaltungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur signaltechnischen Verarbeitung einer weiteren Eingangsspannung 50 dar, wobei zwei weitere Grenzwertmodule 13_1 , 13_2 dargestellt sind.
Die weiteren Grenzwertmodule 13_1 , 13_2 sind in diesem Beispiel durch jeweils einen handelsüblichen Operationsverstärker realisiert, im dargestellten Beispiel ein erster N3 für das weitere erste Grenzwertmodul 13_1 und ein zweiter N4 für das weitere zweite Grenzwertmodul 13_2. Die Spannungsversorgung der Operationsverstärker erfolgt durch einen gekennzeichneten Anschluss VCC. Die Vorgabe einer weiteren ersten Grenzspannung 51_1 und einer weiteren zweiten Grenzspannung 51_2 erfolgt durch eine separate Spannungsquelle, welche nicht genauer dargestellt ist.
Ein weiteres Grundmodul 14 weist ebenfalls einen Operationsverstärker auf, in diesem Fall N1. Die mit den Widerständen R7 und R8 festgelegte Verstärkung des Operationsverstärkers wird durch den Widerstandsteiler R1 und R2 kompensiert, so dass der Verstärkungsfaktor des weiteren Grundmoduls 14 eins ist. Durch geeignete Wahl der Widerstände R1 , R2, R7 und R8 lässt sich dieser Faktor aber beliebig ändern. Die Berücksichtigung der Offsets erfolgt über die Widerstände R3 bis R6, wobei R5 und R6 den Basis-Offset des weiteren Grundmoduls 14 berücksichtigen und R3 beziehungsweise R4 den Offset, der durch die weiteren Module 13_1 beziehungsweise 13_2 bestimmt ist. Das weitere Grundmodul 14 stellt einem weiteren Ausgangsmodul 15 eine weitere Hilfsspannung 53 zur Verfügung.
Auch das weitere Ausgangsmodul 15 weist in diesem Beispiel einen Operationsverstärker, nämlich N2, auf. Der Basis-Verstärkungsfaktor des weiteren Ausgangsmoduls 15 ist durch die Widerstände R11 und R12 bestimmt. Dieser Faktor kann noch durch eine Parallelschaltung der Widerstände R9 und/oder R10 zu R11 verändert werden. In Reihenschaltung mit R9 und R10 sind jeweils die Transistoren V1 und V2, deren Durchleitwerte von den dem weiteren Ausgangsmodul 15 zugeführten weiteren Grenzwertmodulausgangsspannungen 52_1 , 52_2 abhängen und entweder den Zustand leitend oder nicht leitend annehmen können.
Bezugszeichenliste
I Vorrichtung zur Verarbeitung einer Eingangsspannung 10_1 erstes Grenzwertmodul
10_2 zweites Grenzwertmodul
10_n n-tes Grenzwertmodul
I I Grundmodul
12 Ausgangsmodul
13_1 weiteres erstes Grenzwertmodul
13_2 weiteres zweites Grenzwertmodul
14 weiteres Grundmodul
15 weiteres Ausgangsmodul
30 Eingangsspannung 31_1 erste Grenzspannung
31 _2 zweite Grenzspannung 1 _n n-te Grenzspannung 2_1 Ausgangsspannung des ersten Grenzwertmoduls 2_2 Ausgangsspannung des zweiten Grenzwertmoduls 2_n Ausgangsspannung des n-ten Grenzwertmoduls 3 Hilfsspannung 4 Ausgangsspannung 0 exemplarische Eingangsspannung 1 _1 exemplarische erste Grenzspannung 1 2 exemplarische zweite Grenzspannung 1 _3 exemplarische dritte Grenzspannung 4 exemplarische Ausgangsspannung 0 weitere Eingangsspannung 1_1 weitere erste Grenzspannung 1 2 weitere zweite Grenzspannung 2_1 weitere Ausgangsspannung des ersten Grenzwertmoduls 2_2 weitere Ausgangsspannung des zweiten Grenzwertmoduls 3 weitere Hilfsspannung 4 weitere Ausgangsspannung
_1 erster Zuordnungsbereich_2 zweiter Zuordnungsbereich_3 zweiter Zuordnungsbereich_4 vierter Zuordnungsbereich_n n-ter Zuordnungsbereich
Claims
1. Vorrichtung (1 ) zur signaltechnischen Verarbeitung einer elektrischen Eingangsspannung (30, 50), wobei jedem Wert der Eingangsspannung anhand einer stückweise linearen Zuordnungsfunktion genau ein Wert einer elektrischen Ausgangsspannung (34, 54) zugeordnet ist, wobei die Zuordnungsfunktion wenigstens zwei jeweils aneinandergrenzende Zuordnungsbereiche (60_1 60_n) aufweist, die durch eine jeweilige Grenzspannung (31_1 , ..., 31_n, 51_1 51_n) einstellbar sind, wobei die Zuordnungsfunktion in demjenigen Zuordnungsbereich (60_1 ) mit dem niedrigsten Wert einer Grenzspannung (31_1 , 51_1 ) eine Gradenfunktion ist, welche durch eine Steigung und einen Offset definiert ist, wobei sich die Zuordnungsfunktion jedes weiteren Zuordnungsbereiches aus der Verknüpfung der Zuordnungsfunktion des jeweils angrenzenden Zuordnungsbereiches, der den nächst kleineren Wert der Grenzspannung aufweist, mit einer weiteren Gradenfunktion ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Grenzwertmodul (10_1 , ... 10_n, 13_1 , ... 13_n) vorhanden ist, welches aus der Eingangsspannung (30, 50) und einer jeweils vorgebbaren Grenzspannung (31_1 , ... 31_n, 51_1 , ..., 51_n) eine jeweilige Grenzwertmodulausgangsspannung (32_1 , ... 32_n, 52_1 , ... 52_n) bereitstellt, welche sowohl einem Grundmodul (11 , 14) als auch einem Ausgangsmodul (12, 15) zugeführt ist, dass das Grundmodul (11 , 14) zu der Eingangsspannung (30, 50) jeweils eine aus der jeweiligen Grenzwertmodulausgangsspannung (32_1 , ... 32_n, 52_1 , ... 52_n) resultierende Spannung als Offset addiert und diese Summenspannung als Hilfsspannung (33, 53) dem Ausgangsmodul (12, 15) zugeführt ist, welches diese mit einem aus den jeweiligen Grenzwertmodulausgangsspannungen (32_1 , ... 32_n, 52_1 , ... 52_n) ergebenden, der jeweiligen Steigung der Graden entsprechenden Faktor multipliziert und als Ausgangsspannung (34, 54) zur Verfügung stellt.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsspannung (30, 50) proportional zu einem gemessenen Strom ist.
3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsspannung (30, 50) gleichrichtbar ist.
4. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zuordnungsfunktionen durch mehrere parallel angeordnete Einzelvorrichtungen darstellbar sind.
5. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Ausgangsspannung (34, 54) einem Auswertemodul zugeführt wird.
6. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Auswertemodul eine einer elektrischen Leistung proportionale Größe ermittelbar ist.
7. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Auswertemodul ermittelbare der elektrischen Leistung proportionale Größe über einen bestimmten Zeitraum integrierend weiterverarbeitbar ist.
8. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Ausgangsgröße des Auswertemoduls die thermische Erwärmung eines elektrischen Verbrauchers darstellt.
9. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass wenigstens ein Modul wenigstens eine elektronische Einzelkomponente aufweist.
10. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Module in einem einzigen gemeinsamen Modul angeordnet sind.
11. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Module und/oder Komponenten in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
12. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Module und/oder weitere Komponenten in wenigstens zwei verschiedenen Gehäusen angeordnet sind.
13. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Module und/oder Komponenten für weitere Funktionalitäten in wenigstens einem Gehäuse integriert und/oder integrierbar sind.
14. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse wenigstens eine klemmbare Steckverbindungsmöglichkeit und/oder eine schraubbare Verbindungsmöglichkeit für Verbindungsleitungen aufweist.
15. System zur Leistungsberechnung eines thermischen Eintages in einen Asynchronmotor, wobei ein Messsignal des Stromes durch wenigstens eine der drei Versorgungsleitungen des Asynchronmotors in Form eines dazu proportionalen Spannungssignals bereitgestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungssignal eingangsseitig einer Vorrichtung zur signaltechnischen Verarbeitung einer elektrischen Spannung nach den Ansprüchen 1 bis 14 zur Verfügung gestellt und durch die Vorrichtung quadriert ist und dass das quadrierte Spannungssignal mittels einer Auswerteeinrichtung mit weiteren Parametern verknüpfbar ist.
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