FI87117B - Anordning och foerfarande foer maetning av elstroem i stoerda foerhaollanden. - Google Patents

Description

τ 8:'1 ί 7

Laitteisto ja menetelmä sähkövirran mittaamiseksi häiriöllisisuä olosuhteissa Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto sähkövirran mittaamiseksi häiriöllisissä olosuhteissa, esimerkiksi ylivirtasuojan ohjaamiseksi.

Keksinnön kohteena on myös menetelmä sähkövirran mittaamiseksi.

Keksintö on suunniteltu toimimaan erityisesti moottorin lämpösuojareleen yhteydessä. Keksinnön avulla päätellään moottorin virtajohtimissa kulkevan virran perusteella moottorin lämpökäyttäytymistä integroiden moottorin lämpötilaa. Ylivirtatilanteissa lämpösuojarele kytkee moottorin irti verkosta standardoidun toimintakäyrän mukaan.

Virranmittaus tapahtuu alan ammattimiesten hyvin tuntemilla puolijohde hall-antu-reilla, jotka on sijoitettu keksinnön mukaisesti. Anturit mittaavat johtimessa kulkevan virran aiheuttamaa magneettista kenttää. Näin saadaan virtaa vastaava jänniteinformaatio, joka muunnetaan digitaaliseen muotoon.

Digitaalisen tiedon perusteella ohjataan integrointilaskurille taajuus, jonka tahtiin laskuri approksimoi moottorin lämpötilan nousua tai laskua. Laskurin saavutettua kriittisen kohdan, antaa se releelle käskyn kytkeä moottori irti virtapiiristä.

Nykyiset ratkaisut

Virranmittaukseen perustuvia lämpöreleitä on markkinoilla kahdenlaisia: halpa bimetalliliuskoihin perustuva sähkömekaaninen rele ja tätä merkittävästi (noin 10-kertaises-ti) kalliimpi mikroprosessoripohjainen rele.

Bimetallilämpörele on kymmeniä vuosia vanha konstruktio, jossa moottorin lämpötilan nousua ja laskua mallinnetaan kaksoismetalliliuskaa lämmittämällä. Liuskan ympärille on kierretty vastuslankaa, jonka kautta moottori ottama virta kulkee ja lämmittää liuskaa teholla, joka on suhteessa virran neliöön. Kun liuskan lämpötila on noussut ns. katkaisupisteeseen, liuska taipuu niin paljon, että se laukaisee pitomekanismin, jolloin mekanismin ohjaamat koskettimet avautuvat. Liuskat oikenevat jäähtvessään ja palautus-mekanimisi sulkee koskettimet, kun liuskat ovat lähes kylmät.

2 87117

Mikroprosessoripohjainen lämpörele mittaa moottorin virtaa virtamuuntajien kautta ja estimoi laskemalla ohjelmallisesti moottorin lämpötilaa. Lisäksi prosessorin avulla voidaan toteuttaa eräitä lisäpiirteitä, kuten kuormituksen nollapisteen tarkkailua sekä maasulku- ja alivirtavalvontaa.

Bimetallilämpöreleen suurimpia ongelmia ovat sen herkkyys ympäristön lämpötiloille, yhdellä laitteella saavutettava suhteellisen pieni virta-alue ja bimetalliliuskan pieni lämpömassa moottorin massaan verrattuna, mikä vaikuttaa erityisesti moottorin jäähtymisen huomioimiseen.

Mikroprosessoripohjaisella toteutuksella kaikki bimetallireleen epäkohdat ovat korjattavissa, mutta laitteet ovat suurikokoisia ja kalliita ja niissä käytetty virtamuuntajaan perustuva virranmittausmenetelmä vaikeuttaa kokoonpanoa ja on erityisen kallis.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä kuvatuissa tekniikoissa esiintyvät haitat ja saada aikaan uudentyyppinen laitteisto ja menetelmä sähkövirran mittaamiseksi häiriöllisissä olosuhteissa, erityisesti lämpörelesovituksessa.

Keksintö perustuu siihen, että mittauslaitteisto käsittää virtajohtimien läheisyyteen sijoitetun hall-anturin sekä virtajohtimien ympärille sovitetut magneettikentän vahvistimet.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle laitteistolle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle puolestaan on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa.

Oleellisia tunnusmerkkejä ovat hall-anturi, magneettikentän vahvistinrakenne ja laskurirakenne. Virran mittaus suoritetaan moottorin virtajohtimien viereen sijoitetuilla hall-antureilla. Valitsemalla sopivan herkät hall-anturit pystytään käsittelemään laajempaa virta-aluetta kuin bimetalli- tai virtamuuntajaiämpöreleellä.

Jotta pystyttäisiin approksimoimaan moottorin lämpötilaa ympäristölämpötila eliminoiden. on lämpömääräindikaattorin oltava lämpötilariippumaton. Tähän ongelmaan 3 87117 ratkaisu on laskurirakenne. Hall-anturien antama analogiainformaatio muunnetaan binääriseen muotoon ja sen suuruuden ja nimellisvirran suhteen mukaan ohjataan laskurille lisäävä tai vähentävä taajuus riippuen siitä, missä kohdassa virta-aluetta liikutaan. In-tegraattorilaskurina toimii ylös/alas-laskuri, jonka laskutaajuus ja laskusuunta saadaan juuri analogiaosan jännitemuodossa olevasta virtatiedon binäärimuodosta. Laskurirakenteella pystytään eliminoimaan mm. bimetallireleessä mahdollinen lämpöpumppaus, koska bimetallireleen lämpenevä massa on huomattavasti pienempi kuin moottorin ja näin se jäähtyy nopeammin. Laskurirakenteessa voidaan valita moottorikohtaisesti jäähtymisnopeus. Tällä periaatteella on mahdollista valmistaa elektroninen lämpörele, joka on vain jonkin verran bimetallilämpörelettä kalliimpi.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Laite pystyy seuraamaan hyvin moottorin jäähtymiskäyrää ja näin estämään lämpö-pumppauksen, joka vaurioittaisi moottoria.

Digitaalilogiikalla saadaan aikaiseksi lisäpiirteitä, joita bimetallireleellä ei voida toteuttaa. Mm. laite voidaan kytkeä kauko-ohjaukseen siten, että laite informoi valvonta-keskusta ylikuormasta ja katkaisun syystä. Sitä voidaan myös ohjata valvontakeskuksesta.

• i Siihen saadaan myös kuormituksen nollapisteen tarkkailu, jolla pystytään havaitsemaan .: vaiheessa syntynyt vika tai epäbalanssi kuormitus.

Sen avulla pystytään seuraamaan moottorin todellista jäähtymistä bimetallire-leeseen verrattuna paremmin, koska ei olla sidoksissa bimetallireleen moottoria pienempään lämpenevään massaan, vaan jäähtymiskäyttäytyminen voidaan asettaa moottorikohtaisesti.

Laite on rakenteensa puolesta riippumaton ympäristön lämpötilasta. Käyttämällä hall-antureita pystytään laajentamaan modulien käyttöaluetta, esim. 2-125 Ariin pystytään kattamaan kolmella modulilla, kun bimetal li releitä tarvitaan noin 20.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisten piirustusten mukaisten sovellutusesimerkkien avulla.

4 87117

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaiseen laitteeseen soveltuvan ylivirtasuojan kytkemistä lohkokaaviotasolla.

Kuvio 2 esittää standardin mukaisen toimintakäyrän kuvaajaa.

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaiseen laitteeseen soveltuvan ylivirtasuojan käyttöpaneelia. Kuvio 4 esittää yksityiskohtaisemmin keksinnön mukaiseen laittteeseen soveltuvaa yli-virtasuojaa lohkokaaviotasolla.

Kuvio 5 esittää perspektiivikuvantona Hall-generaattoria.

Kuvio 6 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaiseen laitteeseen soveltuvan ylivirtasuojan analogiaosaa.

Kuvio 7 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaiseen laitteeseen soveltuvan ylivirtasuojan logiikkaosaa.

Kuvio 8 esittää Hall-antureiden sijoittelua keksinnön mukaisessa laitteessa virtajohdinten suunnasta katsottuna.

Kuvio 9 esittää sivukuvantona yhtä kuvion 8 mukaista Hall-anturia.

Kuvio 10 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaisen laitteen vaihegeneraattoria.

Kuvio 11 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaisen laitteen tasogeneraattoria.

Kuvio 12 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaisen laitteen ylivirtasignaalin viivästys-piiriä.

Kuvio 13 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaisen laitteen tasonpitopiiriä.

' Kuvio 14 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaisen laitteen taajuusgeneraattoria.

Kuvio 15 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaisen laitteen taajuusmultiplekseriä.

Kuvio 16 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaisen laitteen ylös/alas-laskuria.

Kuvio 17 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaisen laitteen komparaattoria.

Kuvio 18 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaisen laitteen jumikäynnistyslogiikkaa. Kuvio 19 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaisen laitteen alikuormalogiikkaa.

. . Kuvio 20 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaisen laitteen testisekvenssiä.

Kuvio 21 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaisen laitteen ulostulobuffer-rekisteriä.

Kuvion 1 mukaisesti "Älykäs Elektroninen Ylivirtasuoja" 12 on suunniteltu toimivaksi kolmivaihemoottorien 10 kuormitussuojana 2 - 125 A. Se on sijoitettu verkon ja moottorin 10 väliin aiheuttaakseen virtakatkoksen moottorille, mikäli moottori on kuumennut liikaa ylikuorman takia tai jonkin muun vikatoiminnon vuoksi. Virta-alue jaetaan eri alueisiin: 2 - 24 A. 20 - 80 Aja 63 - 125 A. Ylivirtasuojassa käsitellään hall-anturien antamaa jännitesignaalia määrätyn funktion mukaan. Hall-anturi 12. signaa- 5 87117 linkäsittelypiiri 12 ja rele 11 saavat käyttöjännitteensä apujännitteestä 110 - 220 V, joka johdetaan erikseen lämpöreleelle. Toimintatapa määrätään kuvion 3 mukaisesti käyttäjän asettamilla dip-kytkimillä 31 ja säädettävällä asteikolla varustetulla potentiometrillä 30 valitaan virta-alue. Muita toimintaan vaikuttavia liityntä- tai toimintoyksiköitä ovat kaksi ulostuloliitintä 32, yksi lattakaapeliliitin 33, yksi sisääntuloliitin apujännitteille 34, yksi kauko-ohjattavalle palautukselle 37b, 0-35, Test-36 ja Reset-painike 37a, neljä lediä 38 indikoimassa toimintatilannetta ja katkaisun aiheuttajaa ja mahdollisena lisälaitteena väyläliityntä.

Ympäristön aiheuttamat merkittävät häiriöt on huomioitava erittäin tarkasti. Koska ylivirtasuojassa käytetään herkkiä hall-antureita, suojaus sähkömagneettisilta kentiltä on suoritettava Faradayn häkkiä käyttäen ja keskittäen rautasydämellä magneettikenttää hall-anturin aktiiviseen kohtaan. Kompensointi-hall-anturi on lisätty kompensoimaan vielä mahdolliset mittausta vääristävät häiriösignaalit. Pyrittäessä erittäin edullisiin kokonaiskustannuksiin on rakenne kehitetty mahdollisimman yksinkertaiseksi.

Ylivirtasuojan toiminta

Toimielimenä ylivirtasuojassa on rele, joka ohjaa kontaktoria. Kontaktori kytkee moottorin pois päältä estäen näin moottorin tuhoutumisen. Relettä ohjataan "Asiakaskoh-taisesti Suunnitellulla Integroidulla Piirillä" (ASIC). Hall-anturilta saadaan logiikkaa varten tarvittava jännitesignaali. Signaali on suoraan verrannollinen moottorin johtimessa kulkevaan virtaan.

- Toimintafunktio

Ylivirtasuojan toiminta-aikafunktio on standardin mukainen (kuvio 2). Koska . käytettävissä ei ole erillistä lämpötila-anturia, lämpötila on nimellisvirran ylittävän ylikuor- . . maviivan laskennallinen funktio. Suoja integroi ylivirran aiheuttaman lämmön suuruuden i. · laskuriin seitsemän eri tason avulla: nimellisvirran In 0,7; 0,95; 1,05; 1,19; 1,25; 1,45; 1,7; 2,0; 2,5; 2,8; 3,4; 4,0 ja 5,0 kerrannaiset. Ylivirtasuoja suorittaa katkaisut seuraavasti: 1,05 * In tilassa ei saa tapahtua katkaisua kahden tunnin sisällä, jos tämän jälkeen nostetaan virta 1,2 * I„:ään, katkaisun täytyy tapahtua noin puolessa tunnissa. Samoin lämpimästä t'hsta nostettaessa virta 1.5 * I„:ään katkaisun täytyy tapahtua alle kahdessa trdr .. diasta lähdettäessä virran ollessa 5 * In on katkaisun tapahduttava 6 8 7 117 joko kahdessa, kahdeksassa, 16:ssa tai 26:ssa sekunnissa. Tämä ominaisuus on siksi, että moottoreita käytetään laitteissa, joissa käynnistysrasitus jatkuu pidempään. Ylivirtasuoja logiikka käsittelee kerralla vain yhtä vaihetta. Vaiheesta generoidaan virtaa vastaavat todellista tehollisarvoa vastaavat jännitetasot, joita verrataan potentiometrillä aseteltavaan virtatasoa vastaavaan referenssitasoon.

Kun käynnistysajaksi on valittu lyhyin aika eli kaksi sekuntia, logiikka antaa varsinaisen käynnistyksen lisäksi kaksi mahdollisuutta yrittää käynnistystä kahden minuutin kuluttua sellaisessa tapauksessa, kun virran arvo nousee heti käynnistyksen yhteydessä yli 5 * In ja virran tason pysyessä siinä katkaisuun asti. Jos moottorin virta ylittää vielä toisenkin kerran 5 * I„ virran rajan pysyen taas sen yläpuolella katkaisuun asti, täytyy seuraavaksi odottaa 30 minuuttia moottorin jäähtymistä ennen uusintakäynnistystä. Käynnistysajaksi valittaessa kahdeksan sekuntia, antaa logiikka yhden mahdollisuuden uusintakäynnistykseen.

Suoja suorittaa myös vaiheviantarkkailua vertailemalla vaiheita keskenään. Virran ollessa alle 0,2 * In vaihevikatarkkailulogiikan suorittamaa katkaisua ei sallita. Kolmesta vaiheesta suurimman virran ollessa > 0,2 * In suoritetaan yhden sekunnin viiveellä katkaisu, mikäli kahden vaiheen virtojen välillä on yli 90 %:n ero.

Valittavissa on myös alikuorman indikointitoiminto. Nimellisvirrasta generoidaan 20, 50, 70 ja 95 %:n tasot, joista haluttu taso valitaan dip-kytkimillä. Alivirta-alueet ovat: • - < 0,2 * I„, 0,2 - 0,5; 0,2 - 0,7 ja 0,2 - 0,95. Havaitessaan alikuorman ylivirtasuoja antaa hälytyksen ohjaamoon yhden sekunnin viiveellä.

Myös valinnaisena toimintona on maasulkuvirran indikointi. Vaiheilta tulevat virtatiedot summataan yhteen ja saadun summan tulee olla 0, mutta jos havaitaan yli 15 I . %:n ero asetteluarvosta annetaan hälytys ohjaamoon. Hälytystoiminto on kuitenkin estetty käynnistyksen ajaksi, jotta analogiaosa ehtisi toimimaan ja saataisiin todelliset arvot summattaviksi.

Koska potentiometrit, joilla virta-alueen valinta suoritetaan, ovat herkkiä komponentteja, on niiden toimintaa tarkkailtava. Mikäli havaitaan yli 0,5 sekuntia kestävä kontaktin irtoaminen, virhetoiminto estetään kytkemällä potentiometrin ohjaamat esivahvis-timet jänniteseuraajiksi.

Käyttäjälle kerrotaan toiminta- ja katkaisulla ylivirtasuojan paneelissa olevien neljän ledin avulla. Ylikuorma voidaan tulkinta Overload/Trip -ledin vilkunnasta. Kun moottori on lämmennyt liikaa ja katkaisu on tapahtunut, syttyy Overload/Trip -led palamaan. Mikäli katkaisu on tapahtunut palaneen sulakkeen takia, eli vaiheviantarkkailu 7 87 n 7 on toiminut, syttyy palamaan Fuse error -led. Stuck -led syttyy, jos moottoria käynnistettäessä virta nousee heti yli 5 * L tason ja pysyy siellä katkaisuun asti, eli roottori on jumissa. Maasulkuvirran aiheuttamasta katkaisusta kertoo Gnderror-led. Lämpöreleen led-paneelissa näkyy aina viimeisin vikatilanne. Led-paneeli voidaan sammuttaa kokonaan painamalla Reset-nappia.

Test-nappia painettaessa käynnistyy laitteiston itsetesti, joka kestää kaksi sekuntia. Testissä piiri suorittaa katkaisun kahdessa sekunnissa ja suorittaa sen jälkeen täydellisen uudelleenasettelun koko piirille. Test-napin testitoiminta on aktiivinen ainoastaan silloin, kun ylös/alas -laskuri on alas-tilassa ja laskuri kertoo moottorin olevan kylmän.

Reset-painikkeen palautustoiminta tyhjentää Outputbuffer-rekisterin katkaisutilasta ja sallii uuden käynnistyksen. Palautustoiminta on kuitenkin estetty määrätyn ajan katkaisusta, jotta lämpöpumppaus estettäisiin.

Automaattikäytössä lämpörele palautuu oheisen taulukon mukaan:

Katk.aika estoaika 2 s 2 min/30 min 8 s 2 min/30 min 16 s lh 26 s 2 h 0-napilla voidaan suorittaa moottorin pysäytys, vaikka se toimisi aivan normaalisti.

Ylivirtasuojan paneelissa on myös asetettavat säädöt, jotka toteutetaan esim. dip-kytkimillä. Niillä voidaan valita 5 * I„:n katkaisuaika. Kytkimillä valitaan halutaanko katkaisun jälkeen uudelleenasettelun tapahtuvan manuaalisesti vai automaattisesti. Alivirtatoi-minto ja toimintotasot ovat myös valittavissa kytkimillä.

Paneelissa on ulostulo-liityntä kontaktorin kelapiiriä varten ja hälytysvirtapiiriä varten ilmoittamaan tapahtuneesta katkaisusta.

Sisääntulo-liittimellä voidaan suorittaa piirin Reset-nappia vastaavat toiminnot. Prosessiteollisuuden lähtökortille välitetään nimellisvirtaan verrannollinen analoginen virtatieto, jotta ei tarvittaisi erillistä virtamittaria.

Kvmmmphniseilä 1 httaKaapeiiliittimellä annetaan tieto katkaisusta, neljällä linjalla 8 8 71','? lukitut tasotiedot ja varoitushälytykset omia linjoja pitkin niistä tapauksista, joissa on havaittu virhe maavuodossa, alikuormassa tai itsediagnostiikassa. Myös lähestyvän katkaisun tieto välitetään konfaktorille, eli kun ylös/alas -laskuri on laskenut yli 90 %:n kokonaislämpömäärästä. Digitaaliset liitynnät ovat avokollektori-tyyppisiä.

Ohjaukset Käyttäjäliityntä ylivirtasuojassa on kuvion 3 mukaisesti potentiometri 30, jonka avulla säädetään nimellisvirran asteikko vastaamaan oikeaa toimintaa. Yhteensä dip-kytkimiä 31 on kahdeksan (8). Yksi liitin tarvitaan ulkoista palautustoimintaa varten.

Liitynnät

Kuvion 3 mukaisesti ylivirtasuojaan tulee vaihevirrat ruuviliittimiin 39a ja samat vaiheet tulevat ylivirtasuoja läpi liittimiin 39b. Virta-alueen 2 - 25 A lämpörelemoduleissa ulostulevat vaihekontaktit ovat muodoltaan kontaktorin ruuviliittimiin sopivia metallitankoja 39a ja suuremmissa releissä on käytössä ruuviliittimet. Kontaktorin kelaohjausta varten on ruuviliitinpari 32a ja hälytysulostuloa varten toiminnallisesti vastakkainen (invertoitu) ruuviliitinpari 32b (toiminta katkaisun indikoinnissa). Lisäksi apujänniteliityntää varten on liittimet 34. Lattakaapeliliittimen 33 (10-pin) avulla annettaan mm. älykkäälle kontaktorille toimintatilanne johdettavaksi väylälle. Ulkoista palautustoimintoa varten tarvitaan myös liitinpari 37b. Analogiatieto voidaan johtaa prosessitietokoneelle yhden lattakaapeliliittimen kytkentänastan kautta. Näin voidaan korvata kallis virtamittari, tosin pienemmällä tarkkuudella.

Indikaattorit

Kuvion 3 led-paneelissa 38 olevan Overload/Trip -ledin vilkunnalla indikoidaan nimellisvirtarajan ylitystä ja jatkuvalla palamisella tapahtunutta katkaisua. Stuck-ledillä kerrotaan katkaisun tapahtuneen jumi tilannetta vastaavasti, eli heti käynnistyksessä on saavutettu yli 5 * In virran taso ja virta on pysynyt yli tämän tason katkaisuun asti. Vaihevirhettä indikoi Fuse error-led, joka syttyy, kun vaiheiden välillä on yli 90 %:n ero. Gnderror-led syttyy palamaan, kun virtojen valhetietojen summa eroaa asetteluarvosta yli 15 %. Kaikki ledit vilkkuvat ja ne ledit palavat jatkuvasti, jotka indikoivat katkaisua tai 9 8 7'Π7 muuta vikaa, kun itsediagnostiikka on havainnut toiminnassa vikaa. Joissain tapauksissa voidaan haluta tuoda ledit kaapin etukanteen. Silloin ledit voidaan joko johdottaa tai liittää valokuitu ledien eteen ja johtaa valo sillä etukanteen.

Ulkoisena komponenttina lämpörele tarvitsee vain kontaktorin. Tulevana signaalina on Reset-signaali, joka toimii kuin Reset-painike. Lähteviä signaaleita ovat kontaktorin kelaohjaus, hälytysulostulo, lattaliitin ja mahdollisesti saijaliikenneprotokollaa käyttävä väyläliityntä.

Sisääntulosignaali Reset toimii kuten Reset-painike, eli signaalilla saadaan aikaan uudelleenasettelutoiminto ulostulobuffer-rekisterille, mikäli sitä ei yritetä ennen estoaikojen kulumista katkaista.

Ulostulosignaalit kelaohjaus ja hälytysulostulo ovat lukittuvia signaaleja. Kelaohjaus on normaalisti käytössä johtavassa tilassa (NC-kontakti releessä) ja hälytysulostulo avoimessa tilassa (NC-kontakti). Nämä kontaktit ovat pakotetut normaalissa toiminnassa vastakkaisiin asentoihin, jotta elektroniikan menettäessä käyttöjännitteensä annetaan hälytys, mutta ei katkaista kontaktorin ohjauspiiriä.

Normaalitoiminnassa ei lämpöreleen sijoituksella ole väliä, koska sen apujänni-teliittimiin kytketään ulkoinen 110 - 220 V:n jännite. Yksi mahdollisuus on kytkeä vaihe-johtimet suoraan sisääntuloliittimiin ja vaihejohtimien ulostulojohtimet suoraan kontaktorin sisääntuloihin. Kelaohjausliittimet kytketään kontaktorin kelapiiriin ja hälytysliittimiin j liitetään hälytysvirtapiirin johtimet.

';;; Aina kytkettäessä virrat päävirtapiiriin suorittaa lämpörele Selftest-sekvenssin ja testin päätteeksi tyhjennetään laskurit. Jos käyttöjännitekatkoksen jälkeen digitaaliosan jäännösvaraus on vielä tarpeeksi korkealla, silloin laskurien tyhjentämistä ei suoriteta.

Nimellisvirta-asteikon säätö tapahtuu kokoamisvaiheessa testipenkissä. Nimellisvir-ta voidaan asettaa joko asteikon avulla johonkin tiettyyn lukuarvoon, tai asettelu voidaan . . suorittaa moottorin todellisessa ympäristössä moottorin käydessä, jolloin saadaan aseteltua nimellisvirta käyntivirtaa vastaavaksi.

;; Ylivirtasuojan toimintaosat ovat kuvion 4 mukaiset: - virranmittausosa 40.

- logiikka 41, V C i 42, 10 8 7 1 Ί 7 - virtalähde 43.

Kunkin vaiheen johtimessa kulkeva virran arvo mitataan johtimen ympärille virran aiheuttaman magneettikentän avulla. Magneettikentän voimakkuutta tunnistellaan hall-anturilla, jonka tuottamaa lineaarisesti virrasta riippuvaa jännitettä käytetään ASIC-logiikalla käsiteltävänä tietona. Logiikka ohjaa relettä katkaisemaan kontaktorin kelavirran.

Virranmittausosa

Virranmittausosassa olevat anturit toimivat hall-ilmiöperiaattella, jossa anturin ulostuloon syntyy jännite, kun ulkoinen magneettikenttä aiheuttaa poikkeaman elektronien 50 kulkusuuntaan niiden kulkiessa aktiivisen puolijohdealueen 51 läpi (kuvio 5).

Virranmittaus suoritetaan johtimen viereen (noin 1 mm etäisyydelle) sijoitetulla hall-anturilla, joka antaa analogisen, magneettikenttään suoraan verrannollisen jännitteen. Magneettikenttää vahvistetaan rautasydämellä, jolloin vähennetään samalla ympäristön häiriöitä.

Käyttökohteen nimellisvirrat 2 - 125 A:n välillä aiheuttavat 0,4 - 25,0 mT:n magneettikentän 1 mm:n etäisyydelle, joka vahvistetaan rautasydämellä. Hankaluutena on erottaa pienet moottorien virranmuutokset. Esimerkiksi 20 %:in alivirtataso 2 A:n moottorilla aiheuttaa 0.08 mTeslan kentän anturille. Sen tähden on erotuskyvyn oltava kyllin hyvä, jotta pystytään erottamaan noin muutaman kymmenen mikroTeslan kentänvoimakkuuden muutokset. Virran ollessa 5 * 125 A = 625 A aiheutuu mitattavaksi 125 mT:n kentänvoimakkuus, joten dynamiikalta vaaditaan paljon.

Hall-anturien herkkyydeksi on todettu tässä käyttöalueessa noin 25 mV/mT.

Koska hall-ilmiön lämpötilaherkkyys on DC-virroilla erittäin suuri, on erittäin tärkeää ottaa virheet huomioon ja kompensoida ne jo etukäteen, jotta pystyttäisiin virheettömästi erottamaan eri kynnykset eri lämpötiloissa. Lämpötilan kompensointipiirit on integroitu jo valmiiksi antureihin valmistajien toimesta. Tässä tapauksessa mitataan kuitenkin AC-virtaa ja näin ollen ei signaali ole mittausten mukaan lämpötilaherkkä.

Pyrittäessä tarkempaan mittaustulokseen voidaan virtatietä muotoilla, jotta hall-anturiin kohdistuva magneettikenttä voimistuisi. Sijoitettaessa virtateitä ja hall-antureita ja minimoitaessa virheettä on oteltava huomioon myös viereisten vaiheiden aiheuttamat virhekentät. Virheen kompensoimiseksi on lisätty neljäs hall-anturi kertomaan ympäristöstä tulevista häiriökentistä.

11 87117

Logiikkaosa

Logiikka on jaettu signaalien käsittelytavan mukaan analogiseen ja digitaaliseen osaan. Analogisessa osassa muodostetaan antureilta saadusta informaatiosta eri jännitetasot, joita digitaalinen osa käyttää ohjaustietona.

Analogiaosa

Analogiaosan tehtävänä on muodostaa sisääntulevasta häiriöllisestä signaalista logiikalle sopiva digitaalinen tieto suorittamalla analogia/digitaali-muunnos. Lisäksi analogia suorittaa myös vaihevirheen, maasulkuvirran ja käyttöjännitteen tason tarkkailua (kuvio 6).

Suoritettuaan tulevalle signaalille tasajännite-suodatuksen analogiaosa suorittaa jännitesignaalille tehollisarvo-muunnoksen. Tasajännitesignaalista muodostetaan jännitetasot, jotka vastaavat nimellisvirran eri tasoja. Jännitetasoja vertaamalla jännitereferenssiin saadaan selville digitaalisessa muodossa virran arvo.

Analogiaosa käsittää lohkoja: * Erotusvahvistin 60 • ;;· * Säädettävä vahvistin 60 * Jännitereferenssi 61 * Potentiometrin valvontalohko 62 ;. * Maasulun valvontalohko 63 * Todellinen tehollisarvo-muunnin 64 * Vaihevirheen ilmaisin 65 12 87 1 ', 7 * Tason ilmaisulohko 66 * Käyttöjännitteen valvontalohko 62 * Binääritieto potentiometrillä valitusta nimellisvirta-alueesta 60 Digitaaliosa

Digitaalisen osan (kuvio 7) saama ohjaustieto kertoo, minkä taajuista signaalia johdetaan ylös/alas-laskurille 70. Jos on havaittu ylivirtaa, laskuri laskee ylöspäin. Muussa tapauksessa laskuri on alaspäinlaskutilassa. Kun on oltu ylivirtatilassa, laskuri vaihtuu alaspäin-laskutilaan, vasta kun kaikkien vaiheiden virrat on todettu olevan alle ζ. Myös kun laskurin tila on yli 0,7 tai 0,95 I„, vastaavien tasojen laskurit laskevat alaspäin, kunnes on saavutettu sitä tasoa vastaava lämpöintegrointitaso, jolla moottorin virta on. Katkaisu tapahtuu laskurin saavuttaessa ylärajansa ja antaessa overflow-pulssin ohjaten releen katkaisutilan. Samalla syttyy Overload/Trip-led kertomaan käyttäjälle tapahtumasta.

Ylivirtatapauksessa vilkkuu Overload/Trip-led määrätyllä taajuudella. Peruskellotaajuutta (32 kHz) käytetään aloittamaan vaiheen- ja tasonvalintalinjat - ” 71 siten, että tasonvalinta käy kaikki tasot läpi, ennekuin vaihe vaihtuu. Kolmen vaiheen ‘ tarkastuksen jälkeen suoritetaan testivaiheen vertailu.

- *’ Kellopulssista kehitetään taajuusgeneraattorissa 72 taajuudet, joista taajuusva- lintayksikkö 73 valitsee laskurille oikean taajuuden, jotta saataisiin oikean nimiset ajat . kullekin ylivirtatasolle ennen katkaisua.

Analogian tasojen muodostuksen ja digitaalin ohjauslogiikan testaus tapahtuu tes- - . tausyksikössä 74 neljännen vaiheen tarkkailun aikana, jolloin analogiaosan sisääntuloon _···. johdetaan tietty jännite. Jännitteestä generoituja tasoja verrataan normaalisti ja logiikalla tarkkaillaan, tapahtuuko tason ylitys määrätyssä tasossa. Jos ylitys todetaan väärässä kohdassa, annetaan hälytys ja sytytetään kaikki ledit vilkkuen indikoimaan itsediagnostiikan havaitsemaa toimintavirhettä.

Laskurien 70 ja ulostulobuffer-rekisterin 75 testirakenne sisältää laskurin, joka mittaa 2 sekunnin ajan. Tämän ajan kuluessa testisykli on käyty läpi ja lopuksi suoritettu koko kytkennän uudelleenasettelu. Test-napin testitoiminto on aktiivinen vain, jos laskuri on kylmää moottoria vastaavassa tilassa ja alaspäin-tilassa. Painettaessa Test-nappia saate- 13 87 117 taan laskuri ylöspäin-tilaan ja sinne johdetaan taajuus, jotta katkaisu tapahtuu kahdessa sekunnissa. Tämän jälkeen annetaan uudelleenasettelu-pulssi koko piirille, jolloin ollaan lähtötilanteessa.

Haluttaessa estää automaattinen palautus, asetetaan Auto/Man-kytkin man-asen-toon. Man-tilassa on ylivirtasuoja aktivoitava Reset-napista. Auto-tilassa suoja palautuu automaattisesti edellä mainittujen aikojen kuluttua.

Vaihevian tapauksessa on uudelleenasettelu aina suoritettava manuaalisesti.

Logiikka on suunniteltu siten, ettei se katkaise kontaktorin kelapiiriä apujännitekat-koksen sattuessa, vaan kytkee hälytyspiirin ja näin antaa tiedon toimintahäiriöstä. Käyttö-jännitekatkoksen sattuessa kytketään logiikan laskurille vähän virtaa kuluttava tila ja muut toiminnot estetään, jotta jäännösvarauksella saataisiin mahdollisimman pitkän ajan pysymään laskurien tila samana kuin virtakatkoksen sattuessa. Noin 10 minuutin aika pystytään takaamaan. Analogiaosassa on toiminto, jolla tarkkaillaan digitaalilogiikan käyttöjännitetasoa. Jos käyttöjännite laskee alle 4,0 V:n, suorittaa analogiaosa digitaalipuo-len käyttöjännitteiden katkaisun. Näin ei laskureihin synny pienen jännitteen vuoksi jotain määrittelemätöntä epävakaata tilaa.

Digitaalilogiikan osat ovat kuvion 7 mukaisesti: * Taso/vaihelaskuri 71 * Ylös/alas-laskuri 70 . ·. . * Komparaattoriosa 70 * Taajuusgeneraattori 72 * Taajuusmultiplekseri 73 * Jumilogiikka 71 * Ulostulobufferi 75 * Vaihevirheenviivästyspiiri 76 14 87117

Ohjausosa

Kuvion 4 mukaisesti ohjausosaksi 42 on valittu rele, joka ohjaa kontaktorin kelapiiriä. Releen avulla saadaan sovitettua matalavirtaisen logiikan, esim. CMOS-kytken-nän, ohjauskäskyt suuijännitteiseen moottorin virtapiiriin. Releen valintaa vaikutti pyrkimys saada galvaaninen eristys kontaktorin ja ylivirtasuojan virtapiirien välille.

Virtalähde

Ylivirtasuojan virtalähteeksi 43 on suunniteltu esistabilisaattoriksi zenerregulaattori ja jännitteen vakauttajaltasi pintaliitoskomponenttina regulaattori. Koska matalavirta-logiikan tarvitsema virta on alle 1 mA, anturien 3 * 13 mA ja releen 450 mW, on tehon tarve pieni, noin 900 mW. Valittavien komponenttien tehovaatimukset ovat sen tähden helppo täyttää.

Kenttätestaus . . Ylivirtasuojaan on rakennettu sisään testisekvenssit sekä analogiaosaa, että digitaa- liosaa varten.

Analogiatestirakenne suorittaa testin jokaisella vaihekierroksella, eli kun kolme : oikeaa vaihetta on käsitelty, käsitellään neljäntenä vaiheena määrätyn jännitteen aiheutta mat jännitetasot. Ennalta määrätyn tason kohdalla on tapahduttava ylitys, muuten tehol-lisarvo-osassa, vastusverkossa tai vahvistusosassa on jotain vikaa. Näin pystytään testaamaan jokaiselle vaiheelle yhteinen osa.

'·.' Digitaaliosan testaus suoritetaan aina apujännitteet kytkettäessä. Testisyklissä testa taan suurimmalla taajuudella laskurit ja ulostulobuffer-rekisteri. Ylös/alas-laskuri ajetaan täyteen arvoonsa suurimmalla taajuudella ja mahdollinen virhetoiminto kertoo viasta taajuusgeneraattorin alkuosassa. Laskurin saavutettua huippunsa suoritetaan kontaktorin kelapiirin katkaisu. Samaan aikaan kun ylös/alas-laskuri laskee huippuunsa, viivästetään samalla pienellä taajuudella yhden kiikun aktivointisignaalia, jotta ylös/alas-laskuri ehtisi laskea katkaisuun asti. Jos aktivointi signaali tulee ennen katkaisusignaalia, annetaan tieto virheellisestä toiminnosta. Näin saadaan testattua koko taajuusgeneraattorirakenne. Katkaisun jälkeen suoritetaan viiden sekunnin viiveellä ulostulobufferin ja ylös/alas-laskurin 15 87 1 i 7 resetointi ja palataan normaaliin toimintamoodiin. Testin käynnistys on sallittu ainoastaan silloin kun ylös/alas-laskuri on alaspäin tilassa ja yhtään lämpöä ei ole integroitu laskuriin.

Ehdottomat maksimiarvot _RATINGS_ NIMI__ARVO_

Käyttöjännitteet: 110 V - 480 V

Signaalimuoto: Sekä sini-, että invertterikäyttö

Tehonkulutus: Arvioitu noin 900 mW

Käyttölämpötila: -20° - +85°C

Varastointilämpötila: -55° - + 125°C

Tasavirtaominaisuudet DC Characteristics • Nimi Arvo

Ulostulo-ohjausspeksit: NC-kosketin:

Katkaisu: 30 W 250 VDC T = 4,0 ms Y: Kytkentä:__500 VA (W) 1^ « 5 A_ NO-kosketin:

Katkaisu: 30 W 250 VDC T « 40 ms

Kytkentä:__1000 VA (W) Ift » 5 A_

Kaukoresetointi: Määrittelemätön

Lattakaapeliliitin: Avo-koilektori

Vaihtovirtaominaisuudet 16 87 1 1 7 AC Characteristics

Nimi Arvo NC-kosketin:

Katkaisu: * 100 VA 250 VAC cos<f> * 0,6

Kytkentä:__500 VA (W) Ith » 5 A_ NO-kosketin:

Katkaisu: ® 100 VA 250 VAC cos<£ » 0,3

Kytkentä:__1000 VA (W) 1^, » 5 A_

Tiedonsiirto-ominaisuudet

Lattaliittimen liityntäkanaviin johdetaan katkaisutieto (1), lukitut tasotiedot (4), hälytystiedot maavuodosta (1), alikuormasta (1), itsediagnostiikasta (1), trippauksen lähestymisestä (1) ja analoginen virtatieto (1).

Virranmittausyksikön toiminta

Virranmittausyksikkö mittaa moottorin kuluttamaa virtaa virta-alueella 2 - 125 A hall-generaattorien (kuvio 5) avulla. Koko alue tullaan kattamaan kahdella eri anturilla.

Kuvion 8 mukaisesti anturit 81 sijoitetaan johtimien 82 viereen, koska hall-generaattori antaa virtaan verrannollisen jänniteinformaation virran johtimen ympärille aiheuttaman magneettikentän perusteella. Virran ja magneettikentän riippuvuus on seuraavassa kaavassa: Β=4πχ10~7 —— = Jx —10 7- . . 2nr r

Magneettikenttää on vahvistettu johtimien 82 ja anturin 81 ympärille sijoitetulla U-muotoisella metallilenkillä 84a tai kamman muotoisella rakenteella 84b, joka vastaa kiinteästi yhdistettyjen metallilenkkien rakennetta. Samalla kenttä keskittyy huomattavasti '· eliminoiden ympäristön häiriöitä. Koko mittausosa sijoitetaan vielä Faradayn häkkiin 85, jotta eliminoitaisiin ympäristön aiheuttamat häiriökentät. Jotta lisättäisiin toimintavarmuutta asetetaan neljäs anturi 83 indikoimaan ympäristön häiriökenttiä siten, ettei sen yhteydessä ole virtajohdinta.

I.

π 87117

Kuviossa 9 on esitetty kuviossa 8 olevien hall-antureiden sivukuvanto yhden anturin kohdalta. Hall-anturin 92 keskellä on magneettikentälle aktiivinen alue 93, johon keskitetään rautarakenteella 91 virtajohtimessa 90 kulkevan virran aiheuttama magneettikenttä.

Hall-anturit ovat herkkiä lämpötilavaihteluille DC-virtoja mitattaessa, mutta tässä käyttötarkoituksessa mitataan AC-virtoja.

Analogiayksikön toiminta

Analogiayksikössä (kuvio 6) muunnetaan hall-anturien antama jänniteinformaatio tehollisarvoksi: true-RMS. Signaaleille suoritetaan jännitejako muodostettaessa vertailtavat tasot, jotka kertovat virrantason. Jaetut tasot johdetaan vuorotellen komparaattorille, jonka avulla digitalisoidaan virtatieto. Tasojen käsittely suoritetaan vuorotellen kullekin vaiheelle. Vaihevalinta- (2 bit) ja tasonvalintaohjaukset (4 bit) tulevat digitaalilogiikalta.

Vaihesignaaleita verrataan myös keskenään ja sallitaan noin 90 %:n ero. Näin selvitetään, onko päävirtapiiristä mahdollisesti palanut sulake.

Analogiayksikkö antaa digitaalilogiikalle tiedon virta-alueen valitsemispotentiomet-riltä kaksibittisen tiedon, joka ohjaa taajuusmultiplekseriä.

Analogiayksikössä suoritetaan myös maasulkuvirran tarkkailua. Jos antureilta tulevien jännitetietojen summa eroaa asetteluarvosta yli 15 %, ilmoitetaan logiikalle maasulusta.

Digitaaliyksikön rakenne

Digitaalilogiikalla (kuvio 7) integroidaan moottoriin kertynyt lämpömäärä laskurei-- . : hin. Logiikka suorittaa myös loogisia toimenpiteitä muissa moottorin toimintahäiriöissä.

Logiikka ohjaa analogiaosan taso- ja vaihtomultipleksereitä generoiden tarvittavat bittisek-: *-. venssit. Hälytysulostuloa ja kontaktorin kelapiiriä ohjaavat releet saavat logiikalta katkaisu-ja kytkentäkäskyn.

. . Sisääntuloina analogiaosa antaa kaksibittisen tiedon valitusta virta-alueesta, indikaation ylävirrasta, vaihevirheestä, maasulkuvirrastaja itsediagnostiikan virheilmoituksesta. Myös kaukokävttöisestä Reset-linjasta saadaan ohjautuva signaali logiikan toimintoihin.

is 8 7117

Kuviossa 7 esitetty digitaali-logiikka koostuu seuraavista osista: * Vaihe-ja tasogeneraattori 71 - Vaihelaskuri:

Vaihelaskuri laskee neljään (4). Tämä kaksibittinen tieto johdetaan vaihemultiplek- serille ohjaamaan oikean vaiheen käsittelyvuoroa.

- Tasolaskuri:

Tasolaskuri laskee tarvittavan sekvenssin, kymmeneen (10), tasomultiplekserille ohjaamaan tasojen johtamista komparaattorille. Tasolaskurin sekvenssistä saadaan selvitettyä virtataso.

- Ylivirtasignaalin viivästyspiiri:

Viivästyspiiri pitää ylivirtasignaalin ylhäällä, kunnes kaikki kolme vaihetta ja testivaihe on verrattu ja eikä ylivirtaa sinä aikana ole havaittu.

- Tasolatch:

Tasolatch lukitsee tasotiedon aina ylivirtasignaalin tullessa. Näin saadaan taajuus-multiplekserille vakaa taajuuden ohjaustieto.

* Taajuusgeneraattori 72 - 2-jakaja - 3-jakaja ! . - 4-jakaja - 8-jakaja . : - 16-jakaja

Jakajilla generoidaan peruskellotaajuudesta (32 kHz) ketjuttamalla tarvittavat taa juudet.

19 8 7 1 1 7 tarkemmin erimassaisten moottorien jäähtymisnopeutta.

* Ylös/alas-laskuri ja tasokomparaattorit 70 - Ylös/alas-laskuri

Ylös/alas-laskuri integroi moottorin lämpömäärää laskien ylöspäin ylivirtatilan-teessa ja alaspäin, kun ollaan alle nimellisvirran. Laskentataajuus riippuu ylitys-tasosta, jonka perusteella taajuusmultiplekseri valitsee taajuuden laskurille.

- Tasokomparaattori

Tasokomparaattori antaa ohjauksen laskurin ylös/alas-signaalille kun ollaan havaittu tasot 25 % ja 70 %. Myös silloin kun on saavutettu 90 % kokonais-lämpömäärästä annetaan signaali. Komparaattorilta saadaan myös tieto laskurin integroimasta lämpömäärästä. Lämpömääräinformaatio muodostetaan väylä-liityntää varten, jotta prosessitietokone saisi tiedon moottorin tilasta.

* Jumikäynnistyslogiikka 71

Jumikäynnistyslogiikka tutkii tapahtuiko ylivirtatason ylitys käynnistyksessä heti 5 * I„ tasossa. Jos katkaisu on tapahtunut siten, että heti on ylitetty 5 * I„:in taso ja pysytty yli sen ja jos katkaisuajaksi on valittu kaksi sekuntia uudelleenasetellaan ulostulobuffer-rekisteri automaattisesti noin 2 minuutin jälkeen. Tämä uudel-leenasettelusekvenssi toistetaan ainoastaan kaksi kertaa kahden sekunnin käynnis-tysajan ollessa valitun ja yhden kerran kahdeksan sekunnin tapauksessa. Uusin-tayrityksen jälkeen on odotettava normaalit noin 20 minuuttia ennen uutta yritystä.

· : * Vaihevirhelogiikka 76

Vaihevirhelogiikka saa tiedon analogiaosalta palaneesta sulakkeesta. Logiikka viivästää katkaisun suoritusta noin yhden (1) sekunnin.

* Alikuormalogiikka 71

Alikuormalogiikalla tunnistetaan säädetty tason alituskohta. Jos alitustaso on alle sallitun, annetaan siitä hälytys ohjaamoon. Alikuormatuotanto on valinnallinen.

20 87117 * Maasulkulogiikka 76

Maasulkutoiminto aiheuttaa kytkennän hälytyspiirissä. Hälytys tapahtuu heti kun havaitaan maasulkuvirta.

* Testisekvenssi 74

Testisekvenssin herätys tapahtuu test-signaalilla painikkeelta tai kun kytketään käyttöjännitteet. Sekvenssissä johdetaan laskurille kahden (2) sekunnin katkaisuai-kaa vastaava taajuus. Laskuri laskee normaalisti huippuunsa ja suorittaa normaalisti katkaisusignaalilla releen tilan vaihtamisen. Samanaikaisesti johdetaan toiseen laskuriin matalin taajuus, jonka määräämän ajan päästä aktivoidaan d-kiikku. Jos laskuri saavuttaa huippunsa tässä ajassa, on taajuusgeneraattori ja ylös/alas-laskuri kunnossa.

V aihegeneraattori

Vaihegeneraattori (kuvio 10) muodostaa analogiaosaa ohjaavat signaalit (2), joiden mukaan käsiteltävä vaihe vaihtuu.

Lohko muodostuu laskurista, joka laskee sekvenssit 00, 01, 10, 11. Tasogeneraattori

Tasogeneraatton (kuvio 11) generoi analogiaosalle vertailutasojen multiplekserille ohjaussignaalit siten, että suurin taso verrataan ensin. Tasogeneraattori n neljä (4) -bittisestä tiedosta ja komparaattoriulostulosta saadaan digitalisoitua virrantason kertova tieto. Tasotieto johdetaan tasonpiiriin, jotta laskureille johdettavan taajuuden valitsevan multiplekserin tasotieto tasoittuu.

Tasogeneraattori muodostuu nelibittisestä (4) laskurista, joka laskee sekvenssit: 0000, 0001, 0010, 0011.0100. 0101. 0110, Olli, 1000, 1001, 1010. 1011, 1100, 1101 jallll. Sekvenssivastaavuudet: 21 8 7117 0000 0,0 0001 5,0 0010 4,0 0011 3,4 0100 2,8 0101 2,5 0110 2,0

Olli 1,7 1000 1,45 1001 1,25 1010 1,19 1011 1,05 1100 0,95 1101 0,7 1110 0,5 1111 0,2 . . Mikäli havaitaan analogiakomparaattorilla tason ylitys esimerkiksi 1,7 * laissa, on seuraava sekvenssi jälleen 0000, eli kun ylitys havaitaan, aloitetaan tasojen vertaaminen alusta.

Ylivirtasignaalin viivästyspiiri

Ylivirtasignaalin viivästyspiiri (kuvio 12) pitää ylivirtasignaalin ylhäällä kunnes kaikki vaiheet ja testivaihe on tarkistettu ja ylivirtasignaalia ei sinä aikana ole havaittu. Viivästetty signaali on ylös/alas-laskuria varten, jottei laskurin laskusuunta vaihtuisi i jatkuvasti ja aiheuttaisi vikatoimintaa.

Viivästyspiiri rakentuu shift-rekisteristä, jonka ulostulo asettuu ykköseksi kun ylivirtasignaali on havaittuja pysyy ylhäällä, kunnes kolme muuta vaihetta on tarkastettu. Jos havaitaan uusi ylivirtasignaali. shift-rekisterin tila siirtyy alkutilaan, eli on suoritettava uudet kolme vertailua ilman ylivirtasignaalia, ennenkuin ulostulo laskee alas.

22 8711?

Tasolukituspiiri

Tasolukituspiiri (kuvio 13) lukitsee tasotiedon, jotta saataisiin vakaa tieto taajuus-multipleksenlle. Taajuustieto lukitaan ylivirtasignaalin nousevalla reunalla. Lukinnan avulla pysyy tasotieto taajuusmultiplekserillä myös viivästetyn ylivirtasignaalin ajan ja näin laskuri osaa laskea oikealla nopeudella.

Tasolukituspiiri on muodostettu neljästä d-kiikusta, jotka aktivoidaan ylivir-tasignaalilla ja kellotetaan systeemikellolla.

T aaj uusgeneraattori

Taajuusgeneraattori (kuvio 14) muodostaa 32 kH:n taajuudesta tarvittavat taajuudet johdettaviksi laskureille. Näin korkealla systeemikellotaajuudella, 32 kHz, saadaan jakajaketju stabiiliksi.

Jakajaketju on muodostettu 2-, 3-, 4-, 8- ja 16-jakajista kytkemällä tarvittavaan järjestykseen.

T aaj uusmultiplekseri

Taajuusmultiplekseri (kuvio 15) johtaa taajuusgeneraattorin muodostamista taajuuksista lukittujen tasojen perusteella yhden ylös/alas-laskurille.

-L Multiplekserinä käytetään normaalia multiplekserirakennetta ja ohjaukset tulevat tasonpitopiiriltä ja virta-alueen valinta potentiometriltä.

. . · Ylös/alas-laskuri ja komparaattorit • ^ Ylös/alas-laskurilla (kuvio 16) integroidaan laskennallisesti moottorin lämpötilaa.

Laskurin laskentataajuus riippuu kulloinkin moottorin käyttämästä virtamäärästä. Laskenta-taajuus on taajuusmultiplekserin ohjaama. Kun laskuri saavuttaa täyden arvon, antaa se tiedon ulostulobuffer-rekisterille katkaisua varten. Laskuri laskee ylöspäin kun on havaittu yli 0,7 * In aina 25 %:in kokonaislämpömäärästä (laskurin huippuarvosta) ja pysähtyy siihen. Jos on havaittu 0,95 * I„ laskee laskuri 70 %:in kokonaislämpömäärästä ja pysähtyy siihen. Mutta jos ylitetään 1,05 * In, lasketaan laskuri huippuun vasta kahden 23 871 1 7 tunnin jälkeen. Vastaavasti muilla ylivirtatasoilla laskenta-ajat lyhenevät toiminta-ajan käyrän mukaan.

Komparaattoreilla (kuvio 17) saadaan aikaan kyseiset 25 % ja 70 %:n lämpömäärät. Lisäksi ilmaistaan 90 %:n taso, joka johdetaan valvomoon hälytystietona lähestyvistä katkaisuista.

Ylös/alas-laskuri on muodostettu kymmenbittisestä (10) ylös/alas-laskurista.

Ylös/alas-laskurin biteistä saadaan logiikkaporteilla generoitua lämpömäärästä tarvittavat tasot. Ylös/alas-signaalia varten generoidaan 25 % ja 70 %:n tasot ja hälytystä varten 90 %:n taso.

Jumikäynnistysilmaisin

Jumikäynnistyslogiikka (kuvio 18) tutkii, tapahtuuko virtatasossa 5 * I„:n ylitys heti käynnistyksessä. Jos 5 * I„:n ylitys tapahtuu heti käynnistyksessä, ja virta pysyy yli tason, palautuu ulostulobuffer-rekisteri automaattisesti 2 minuutin kuluttua katkaisusta. Tämä automaattinen palautus suoritetaan ainoastaan kaksi kertaa kahden sekunnin ollessa valitun ja yhden kerran kahdeksan sekunnin tapauksessa. Uusintayrityksen jälkeen täytyy odottaa normaalit 30 minuuttia. Jos välillä on tapahtunut alemmilla virtatasoilla tasonyli-tys, lähtee toiminto alusta ja se täytyy herättää alkusekvenssillä: alle nimelliskuorman ;* aiheuttamaan lämpömäärään ja ensimmäisen tason ylitys 5 * I„.

Jumikäynnistyslogiikka koostuu ehtologiikasta, jonka täytettyään jumikäynnis-tyksen aiheuttaman katkaisun jälkeen lasketaan 2 minuuttia ennen kuin annetaan ulostulo-buffer-rekisterille palautussignaali. Alkuehto on määritelty siten, että laskurin täytyy olla : alle nimelliskuorman aiheuttaman lämpömäärän ja ylivirtatason havainto täytyy tapahtua 5 * In tasossa (sekvenssi 001), Jos tasonylitys tapahtuu jollain muulla tasolla alussa tai välillä ennen katkaisua, palautustoimintoa ei tapahdu eikä toiminto aktivoidu ennen kuin alkuehto on taas saavutettu. Jotta analogian true-RMS -muunnin ehtisi toimia, täytyy laskea noin 200 ms:n aika, ennen kuin aktivoidaan alkuehtologiikka. Alkuehtoviivelaskuri tyhjennetään yhden (1) sekunnin ensimmäisen ylivirtapulssin havainnon jälkeen, jos ei uutta pulssia havaita.

24 871 1 7

Vaihevirheen tarkkailu

Vaihevirheen tarkkailu vertaa analogiaosassa vaiheita keskenään ja jos havaitaan yli 90 %:n ero, suoritetaan katkaisu, mikäli signaali pysyy yhden (1) sekunnin ajan aktiivisena. Analogiaosalta saadaan tieto vaihevirheestä ja tiedon saatuaan logiikka viivästää katkaisusignaalin antoa yhden sekunnin. Viiveen avulla vältytään hetkellisen vinon kuorman aiheuttamalta turhalta katkaisulta.

Vaihevirheen viivästyslogiikka on muodostettu laskurirakenteella, jotta oikean pituinen aika saadaan muodostettua.

Alikuormalogiikka

Alikuormalogiikka (kuvio 19) on valinnainen toiminto. Alivirtatasot ovat myös valittavissa. Tasoiksi on valittu 0,2; 0,5; 0,7 ja 0,95 * I„, jotka valitaan neljällä dip-kytkimellä. Jos käyntivirtataso alittaa valitun alivirtatason, antaa logiikka hälytyksen valvomoon ja sytyttää alivirta-ledin. Valittavat alueet ovat < 0,2 * L» 0,2 - 0,51„, 0,2 -0,7In ja 0.2 - 0,95In.

Alivirtalogiikka vertaa kytkimillä aseteltua alivirtatasoa ja lukittua virtatasotietoja ja suorittaa hälytyksen havaittuaan tason alituksen.

Maasulkuilmaisulogiikka .··.·. Maasulkuvirtailmaisulogiikka saa analogiaosan summaamista vaihevirtatiedoista tiedon, jos kyseinen summa eroaa asetteluarvosta yli 15 %. Maasulkuvirtatieto välitetään suoraan ulostulobuffer-rekisterille ja siten suoritetaan heti hälytys. Toiminto on kuitenkin estetty käynnistyksen ajan.

Maasulkuvirtalogiikka suorittaa hälytyksen heti virheen havaittuaan. Testisekvenssi

Laskurien ja ulostulobuffer-rekisterin testirakenne (kuvio 20) sisältää laskurin, joka mittaa 2 sekunnin ajan. Tämän ajan kuluessa testisykli on käyty läpi ja lopuksi suoritettu koko kytkennän uudelleenasettelu. Test-napin testitoiminto on aktiivinen vain, 25 87117 jos laskuri on kylmää moottoria vastaavassa tilassa ja alaspäin-tilassa. Painettaessa test-nappia saatetaan laskuri ylöspäin-tilaan ja sinne johdetaan taajuus, jotta katkaisu tapahtuu kahdessa sekunnissa. Tämän jälkeen annetaan uudelleenasettelu-pulssi koko piirille, jolloin ollaan lähtötilanteessa.

Testi sekvenssin logiikka muodostuu hajalogiikasta ja viivästetysti aktivoidusta d-kiikusta.

Ulostulobuffer-rekisteri

Ulostulobuffer-rekisterin (kuvio 21) avulla lukitaan ohjausrele katkaisullaan ja ohjataan oikea led palamaan ja indikoimaan katkaisun syytä.

Ulostulobuffer-rekisteri koostuu lukituspiireistä, jotka lukitsevat logiikan antaman katkaisusyyn ledille ja releelle. Ledien uudelleenasettelu tapahtuu aina kun tulee uusi katkaisu, eli viimeisen katkaisun aiheuttaja näkyy käyttöpaneelissa. Ledit voidaan uudelleenasettaa myös Reset-painikkeella, eli kun käyty katsomassa, mikä on toimintavika. Relettä ohjaava lukituspiiri uudelleenasettuu automaattisesti, kun Auto/Man-kytkin on auto-asennossa ja laskurit saavuttavat uudelleenyrityksen sallivan tilan. Jos kytkin on man-asennossa, täytyy uudelleenasettelu suorittaa Reset-painikkeella, jonka toiminta on kuitenkin estetty kahden minuutin ajan katkaisusta.

Toimielin

Ohjaavana toimielimenä on rele, joka sovittaa pienvirtalogiikan ohjaussignaalit sopiviksi kontaktoreille ja hälytysvirtapiirille.

Releen ohjauslogiikka on rakennettu siten, että normaalitoiminnassa kontaktorin kelapiirin ohjauskatkaisijat on pidetty kiinni (NC-kytkin), jotta logiikan käyttöjännitteiden kadottua ei turhaan katkaista kelapiiriä, ja näin vältytään virhetoiminnoilta. Hälytyspiiri on vastaavasti kytketty loogisesti vastakkaiseen asentoon (NC-kytkin), jotta suoritettaisiin hälytys heti apujännitekatkoksen sattuessa.

Releinä käytetään normaaleja miniatyyrireleitä. jotka voidaan asentaa piirikortille.

26 87117

Virranmittauksessa voidaan käyttää myös virtamuuntimia, mutta niillä on huomattavasti rajoittuneempi virta-alue, joka näin lisää modulien määrää. Itse logiikka voidaan toteuttaa myös analogisesti vastus- ja kondensaattoriverkoilla, multipleksereillä ja komparaattoreilla, mutta rakenne ei ole stabiili.

ii

Claims (7)

27 PATENTTIVAATIMUKSET: 8 7 Ί V7

1. Laite virtajohdinten (82) sähkövirran mittaamiseksi häiriöllisissä olosuhteissa esimerkiksi ylivirtasuojan ohjaamiseksi, joka laite käsittää - kunkin virtajohtimen (82) välittömään läheisyyteen sijoitetun Hall-anturin (81), - kuhunkin Hall-anturiin (81) kytketyn jännitteenmittauselimen, jonka mittaustuloksesta sähkövirta on laskettavissa, ja - Hall-anturin (81) kohdalle ja virtajohdinta (82) ympäröivästi sovitetun ferromagneettisen sydämen (84b), tunnettu siitä, että - ferromagneettinen sydän (84b) on kampamainen, Hall-anturiin (81) päin aukeava. tämän sisälleen sulkeva ja magneettikenttää vahvistava ferromagneettinen kappale, joka samalla toimii häiriösuodattimena.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mittalaitteisto on koteloitu Faradayn häkkiin (85).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite on varustettu . muiden antureiden kanssa samanlaisella referenssianturilla (83), joka ei ole virtajohtimen välittömässä läheisyydessä.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että laite - käsittää lisäksi laskurielimet, joilla sähkövirtaa vastaava signaali on integroitavissa moottorin lämpötilan määrittämiseksi.

5. Menetelmä virtajohdinten (82) sähkövirran mittaamiseksi häiriöllisissä olosuhteissa esimerkiksi ylivirtasuojan ohjaamiseksi, jossa menetelmässä - kunkin virtajohtimen (82) aiheuttama magneettikenttä mitataan Hall-anturilla (81), 28 871 1 7 - Hall-anturista (81) saadusta, magneettikenttään verrannollisesta jännitesignaalista lasketaan virtajohtimen (82) sähkövirran suuruus, ja - virtasignaalia vahvistetaan ferromagneettisella sydämellä (84b), tunnettu siitä, että - virtajohtimen (82) Hall-anturiin kohdistamaa magneettikenttää vahvistetaan kampamaisella. ferromagneettisesta aineesta tehdyllä sydämellä (84b), joka sijoitetaan siten, että virtajohdin (82) jää ferromagneettisesta aineesta tehdyn sydämen (84b) ja Hall-anturin (81) muodostaman renkaan sisälle.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään muiden anturien kanssa samanlaista referenssianturia (83) ja referenssianturin mittaustulos vähennetään kunkin mittausanturin (81) mittaustuloksesta häiriöiden minimoimiseksi.

. . 7. Patenttivaatimuksessa 5 tai 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitattua signaalia integroidaan virtajohdinten (82) kuormana toimivaan laitteeseen viilaavan lämpömäärän arvioimiseksi. 29 87117