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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum automatischen Schutz mindestens einer am Netz betriebenen Last vor Netzspannungsänderungen, dadurch gekennzeichnet, dass man - durch Messung mindestens einer Netzspannung (UN) ein der Netzspannungsamplitude entsprechendes Messsignal (U=) bereitstellt, - das Messsignal (U=) mit einem vorgebbaren unteren (Uu) und einem vorgebbaren oberen (UO) Grenzwert vergleicht, - die Last (9) dann ans Netz schaltet, wenn das Messsignal (U=) zwischen den Grenzwerten (Uu, UO) liegt, als Aufschaltbedingung, - ansonst, als Abtrennbedingung, vom Netz abtrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man beim Wechsel von einer Bedingung in die andere die Aufschaltung resp. Abschaltung zeitverzögert (Tl) nur vornimmt, falls die Bedingung, auf die gewechselt worden ist, immer noch vorliegt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zeitverzögerung (Tl) bei Wechsel setzt resp. wieder setzt (RT), auch wenn eine vormals gesetzte Zeitverzögerung noch nicht abgelaufen ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man beim Wechsel von Abtrennbedingung zu Aufschaltbedingung das Aufschalten, allenfalls zusätzlich, wählbar zeitverzögert (T2), zur Staffelung von Lastaufschaltungen und dabei das Aufschalten nur vornimmt, wenn dann die Aufschaltbedingung erfüllt ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für mindestens eine mehrphasig betriebene Last, dadurch gekennzeichnet, dass man alle Phasenspannungen misst und das Summensignal, allenfalls abgeschwächt, als Messsignal verwendet.
6. Automatische Zu-/Abschaltvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorgesehen sind: - mindestens ein AC/DC-Messwandler (1, la, lb, lc), eingangsseitig am Netz (UN), - ein Fensterkomparator mit Vorgabeorganen (5), für einen oberen (UO) und einen unteren (Uu) Grenzwert, eingangsseitig mit dem Ausgang des Messwandlers verbunden, - mindestens ein Lastschalter (7, 7a) mit einem Steuereingang, dessen gesteuerter Pfad Netz und Last verbindet resp.
trennt, wobei der Ausgang des Fensterkomparators (Ua) auf den Steuereingang wirkt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fensterkomparator (3) eine durch Zustandswechsel des Fensterkomparator-Ausgangssignals (Ua) auslösbare, vorzugsweise einstellbare Zeitverzögerungseinheit (15) nachgeschaltet ist, die den vorherrschenden Zustand des Fensterkomparator-Ausgangssignals (Ua) nach Ablauf der Zeitverzögerung (tal) an den Steuereingang des Schalters (7) schaltet, und die vorzugsweise durch Zustandswechsel auch vor Ablauf ihrer Zeitverzögerung wiedersetzbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine einstellbare Zeitverzögerungseinheit (23) vorgesehen ist, eingangsseitig mit dem Ausgang des Fensterkomparators (3) verbunden, um durch Zustandswechsel einer Polarität entsprechend derjenigen des Fensterkomparator-Ausgangssignals bei Eintreten des Messwandler-Ausgangssignals (U=) in den zwischen den Grenzwerten (Uu, UO) liegenden Signalbereich ausgelöst zu werden, wobei der Ausgang der Zeitverzögerungseinheit (23) auf einen Steuereingang einer Druckschalteinrichtung (27) geschaltet ist, die zwischen dem Ausgang des Fensterkomparators (3) und dem Steuereingang des Lastschalters geschaltet ist, um den Zustand des Fensterkomparator-Ausgangssignals, der nach Ablauf ihrer Zeitverzögerung (12) vorliegt,
auf den Steuereingang des Lastschalters zu schalten und um so ein gestaffeltes Lastzuschalten mehrerer, je mit einer derartigen Vorrichtung versehener Lasten zu erzielen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Zeitverzögerungseinheit (15) vorgesehen ist, vorzugsweise einstellbar, die auslösbar ist durch: - den Zustandswechsel des Fensterkomparator-Ausgangssignals anderer Polarität, - einen Wechsel des Ausgangssignals der Zeitverzögerungseinheit (23) am Ende ihrer Zeitverzögerung (T2), wobei vorzugsweise die weitere Zeitverzögerungseinheit (15) nach ihrem Auslösen, durch Zustandswechsel des Fensterkomparator-Ausgangssignals wieder setzbar ist, wobei der Ausgang der weiteren Zeitverzögerungseinheit auf den Steuereingang wirkt und nach Ablauf ihrer Zeitverzögerung (Tt) den dann am Ausgang des Fensterkomparators vorherrschenden Signalzustand auf den Steuereingang schaltet.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für eine mehrphasige Last pro Phase ein Messwandler (1a, lb, Ic) vorgesehen ist, denen eine Summationseinheit (29) nachgeschaltet ist, wobei der Ausgang der Summationseinheit, allenfalls abgeschwächt, auf den Fensterkomparator (3) geführt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Schutz mindestens einer am Netz betriebenen Last vor Netzspannungsänderungen sowie eine automatische Zu-/Abschaltvorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.
Gewisse Lasten, wie Kompressoren, können sowohl bei Überspannungen wie auch bei Unterspannungen der speisenden Netzspannung beeinträchtigt werden, oder der Wirkungsgrad gewisser Lasten verändert sich bei Über- oder Unterspannung derart, dass ein Weiterbetreiben unter derartigen Bedingungen zu unwirtschaftlich wird. Schutzschalter, die derartige Lasten bei Über- oder Unterspannung vom Netz abtrennen, sind bekannt, weisen jedoch den Nachteil auf, dass ein Wiederzuschalten manuell vorgenommen werden muss.
Da in gewissen Ländern und Regionen die Netzspannung relativ grossen und insbesondere häufigen Schwankungen unterworfen ist, führt jedoch die Tatsache, dass nach der Lastabschaltung letztere wieder manuell zugeschaltet werden müssen, aus Bequemlichkeitsgründen dazu, dass derartige Schutzschalter des öftern überbrückt werden und eine Beeinträchtigung, sei es des Wirkungsgrades, sei es der Last an sich, in Kauf genommen wird.
Die vorliegende Erfindung setzt sich nun zum Ziel, ein Verfahren eingangs genannter Art vorzuschlagen, mit dessen Hilfe die Wiederzuschaltung der Lasten automatisch erfolgt, wenn die Netzspannung innerhalb eines Toleranzbandes liegt.
Zu diesem Zweck zeichnet sich das erfindungsgemässe Verfahren dadurch aus, dass man - durch Messung mindestens einer Netzspannung ein der Netzspannungsamplitude entsprechendes Messsignal bereitstellt, - das Messsignal mit einem vorgebbaren unteren und einem vorgebbaren oberen Grenzwert vergleicht, - die Last dann ans Netz schaltet, wenn das Messsignal zwischen den Grenzwerten liegt, als Aufschaltbedingung, - ansonst, als Abtrennbedingung, vom Netz abtrennt.
Um nun zu verhindern, dass ein auch nur kurzzeitiges Wechseln der Netzspannung von einer Bedingung in die andere, sei dies von der Aufschaltbedingung in die Abtrennbedingung oder umgekehrt, ein entsprechendes Folgen der
Last/Netzschaltung auslöst, was zu häufigem Ein- und Ausschalten führen kann, wird vorzugsweise vorgeschlagen, dass man beim Wechsel von einer Bedingung in die andere die Aufschaltung resp. Abschaltung zeitverzögert nur vornimmt, falls die Bedingung, auf die gewechselt worden ist, immer noch vorliegt.
Es wird mit anderen Worten beim Wechsel von einer Bedingung in die andere dieser Wechsel wohl detektiert, jedoch, eine gewisse Zeitspanne verzögert, nochmals überprüft, ob dieser Wechsel tatsächlich signifikant war, d.h. ob die zum Wechsel führende Bedingung immer noch eingehalten ist. Erst dann wird die Last entsprechend auf- resp. abgeschaltet.
Um weitergehend auszuschliessen, dass nur zufällig, nach dem Ablauf der Zeitverzögerung, die zum Wechsel führende Bedingung momentan vorliegt, obwohl in dem Sinne nicht repräsentativ, als dass die Netzspannung lediglich um den einen Grenzwert relativ rasch hin und her pendelt, wird beispielsweise vorgeschlagen, dass man die Zeitverzögerung bei Wechsel setzt resp. wieder setzt, auch wenn eine vormals gesetzte Zeitverzögerung noch nicht abgelaufen ist.
Nach dem ersten Wechsel von einer Bedingung in die andere wird somit die Zeitverzögerung gesetzt, beim Hin- und Herpendeln der Netzspannung um den entsprechenden Grenzwert, innerhalb der gesetzten Verzögerung, jedoch wieder gesetzt, so dass der erwähnte Wechsel nicht zur Auf- resp.
Abschaltung der Last führt, solange nicht während mindestens der vorgesehenen Zeitverzögerung die den Wechsel bewirkende Bedingung eingehalten bleibt.
Werden am selben Netz mehrere Lasten, verfahrensmässig abgesichert, vorgesehen, so ist insbesondere ihr Wiederzuschalten, wenn die Netzspannung im zulässigen Bereich liegt, deshalb nicht ohne Probleme, weil das gleichzeitige Aufschalten aller dieser Lasten wiederum zu einem Abfallen der Netzspannung führen kann, womit dann die Abtrennbedingung wieder gegeben ist. Es kann somit ein pendelndes Aufschalten resp. Abtrennen der Lasten einsetzen.
Eine einfache Möglichkeit, diesem Problem zu begegnen, ergibt sich dadurch, dass man beim Wechseln von Abtrennbedingung zur Aufschaltbedingung das Aufschalten, allenfalls zusätzlich, wählbar zeitverzögert zur Staffelung von Lastaufschaltungen und dabei das Aufschalten nur vornimmt, wenn dann die Aufschaltbedingung erfüllt ist.
Durch Vorsehen einer derartigen Zeitverzögerung, die sich in weiten Grenzen variieren lässt, last- oder last-gruppenspezifisch, wird ein sequentielles Zuschalten erreicht, womit das Netz kleineren Laststössen unterworfen wird.
Für mehrphasig betriebene Lasten muss ein gemeinsames Kriterium für alle Betriebsphasen gefunden werden, denn ein sequentielles Ab- bzw. Zuschalten der einen oder anderen Phase an die Last ist in den meisten Fällen unzulässig. In diesem Fall wird beispielsweise vorgeschlagen, dass für eine mehrphasig betriebene Last alle Phasenspannungen gemessen werden, und dass man das allenfalls abgeschwächte Summensignal als Messignal verwendet.
Eine automatische Zu-/Abschaltvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass vorgesehen ist: - mindestens ein AC/DC-Messwandler, eingangsseitig am Netz, - ein Fensterkomparator mit Vorgabeorganen, vorzugsweise einstellbar, für einen oberen und einen unteren Grenzwert, eingangsseitig mit dem Ausgang des Messwandlers verbunden, - mindestens ein Lastschalter mit einem Steuereingang, dessen gesteuerter Pfad Netz und Last verbindet resp. trennt, wobei der Ausgang des Fensterkomparators auf den Steuereingang wirkt.
Wird dem Fensterkomparator eine durch Zustandswech sel des Fensterkomparator-Ausgangssignals auslösbare, vor zugsweise einstellbare Zeitverzögerungseinheit nachgeschal tet, die den vorherrschenden Zustand des Komparator-Aus gangssignals nach Ablauf der Zeitverzögerung an den Steuer eingang des Schalters schaltet, so wird erreicht, dass bevor die
Vorrichtung auf Zustandswechsel reagiert, erst das entspre chende Verlassen des SOLL-Netzspannungsbereiches zwi schen den Grenzwerten oder das Eintreten in diesen SOLL
Bereich registriert wird, jedoch erst mit Zu- oder Abschaltung der Last darauf reagiert wird, wenn auch nach einer gewissen
Zeit, vorgebbar mit der Zeitverzögerungseinheit, der Netz spannungszustand, der den Wechsel primär bedingt hat, immer noch vorliegt.
Ist dabei die Zeitverzögerungseinheit durch Zustandswechsel auch innerhalb der Zeitverzögerung der Einheit wiedersetzbar, so wird dadurch erzielt, dass ein Wechsel nur lastschaltungs-wirksam wird, wenn derjenige Netzspannungszustand, in welchen gewechselt worden ist, auch während der vorgesehenen Zeitverzögerung beibehalten worden ist.
Dadurch, dass eine einstellbare Zeitverzögerungseinheit vorgesehen ist, eingangsseitig mit dem Ausgang des Fensterkomparators verbunden, und auslösbar durch Zustandswechsel einer Polarität entsprechend derjenigen des Fensterkomparator-Ausgangssignals bei Eintreten des Messwandler-Ausgangssignals in den zwischen den Grenzwerten liegenden Signalbereich, wobei der Ausgang der Zeitverzögerungseinheit auf den Steuereingang wirkt und den Zustand des Fensterkomparator-Ausgangssignals, der nach Ablauf ihrer Zeitverzögerung vorliegt, auf den Steuereingang schaltet, um ein gestaffeltes Lastzuschalten mehrerer, je mit einer Vorrichtung versehener Lasten zu erzielen, wird erreicht, dass wenn die
Netzspannung in den SOLL-Bereich eintritt, nicht alle mit einer derartigen Vorrichtung versehenen Lasten gleichzeitig zugeschaltet werden, was zu einem Netzspannungsabfall führen kann,
sondern dass die Lasten mit der einstellbaren Zeitverzögerung der Zeitverzögerungseinheit gestaffelt zugeschaltet werden.
Der die Zeitverzögerung auslösende Zustandswechsel im Ausgangssignal des Fensterkomparators wird dabei nur dann schaltwirksam, wenn nach Ablauf dieser Zeitverzögerung der wechselbedingende Zustand immer noch vorliegt.
Wird eine weitere Zeitverzögerungseinheit vorgesehen, vorzugsweise einstellbar, die auslösbar ist durch: - den Zustandswechsel des Fensterkomparator-Ausgangssignals anderer Polarität, - einen Wechsel des Ausgangssignals der Zeitverzögerungseinheit am Ende ihrer Zeitverzögerung, wobei vorzugsweise die weitere Zeitverzögerungseinheit nach ihrem Auslösen durch Zustandswechsel des Fensterkomparator-Ausgangssignals wieder setzbar ist, wobei der Ausgang der weitern Zeitverzögerungseinheit auf den Steuereingang wirkt und nach Ablauf ihrer Zeitverzögerung den dann am Ausgang des Fensterkomparators vorherrschenden Signalzustand auf den Steuereingang schaltet, so wird erreicht, dass durch Vorsehen der ersterwähnten Zeitverzögerung die gestaffelte Lastzuschaltung erfolgt, dass jedoch vor jeder Lastzuschaltung durch Vorsehen der weiteren Zeitverzögerungseinheit erst detektiert wird,
ob der einen Lastschaltungswechsel allenfalls bedingende Netzspannungszustand während der Zeitspanne, gegeben durch die weitere Zeitverzögerungseinheit, auch aufrechterhalten bleibt.
Wechselt der Netzspannungszustand während der Verzögerungs-Zeitspanne der weiteren Zeitverzögerungseinheit seinen Zustand, so wird letztere wieder gesetzt, wobei die Lastumschaltung so lange nicht erfolgt, als die weitere Zeitverzögerungseinheit gesetzt bleibt.
Für mehrphasig betriebene Lasten wird vorgeschlagen, dass pro Phase ein Messwandler vorgesehen ist, denen eine Summationseinheit nachgeschaltet ist, wobei der Ausgang der Summationseinheit, allenfalls abgeschwächt, auf den Fensterkomparatoreingang geführt ist.
Die Erfindung wird beispielsweise anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschema einer ersten Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung,
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung,
Fig. 3 eine dritte Variante der erfindungsgemässen Vorrichtung,
Fig. 4 anhand eines Blockdiagrammes die Ausbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung für mehrphasig betriebene Lasten.
Gemäss Fig. 1 wird die Netzspannung UN mittels eines AC/DC-Messwandlers 1 in ein zur Messspannungsamplitude proportionales Gleichspannungssignal U= gewandelt. Das Ausgangssignal des Messwandlers 1, die Gleichspannung U=, wird einem Fensterkomparator 3 zugeführt, der entsprechend der in Fig. 1 eingetragenen Kennlinie, eine Ausgangsspannung Ua wie folgt liefert: - Liegt die Netzspannung und damit die Ausgangsspannung U= des Messwandlers 1 unterhalb eines unteren Grenzwertes Uu, so liegt die Ausgangsspannung des Fensterkomparators Ua auf einem ersten Zustand, beispielsweise entsprechend logisch 1 oder logisch 0 .
- Liegt die Netzspannung UN und damit die Ausgangsspannung des Wandlers 1, U=, zwischen dem unteren Grenzwert Uu und einem oberen Grenzwert UO, so liegt das Ausgangssignal Ua des Fensterkomparators 3 auf einem zweiten Zustand, beispielsweise logisch 0 oder logisch 1 .
- Liegt die Netzspannungsamplitude UN und damit die Ausgangsspannung des Messwandlers 1 U=, oberhalb des Grenzwertes UO, so liegt die Ausgangsspannung Ua des Fensterkomparators 3 wiederum auf dem ersten Zustand, beispielsweise 1 oder 0 . Zum Einstellen der Grenzwerte Uu und UO sind am Fensterkomparator 3 einstellbare Referenz Spannungsquellen 5o resp. 5u vorgesehen.
Der Aufbau eines Fensterkomparators, beispielsweise mit Operationsverstärkern, ist allgemein bekannt. Die Ausgangsspannung des Fensterkomparators Ua wird auf den Steuereingang S eines Schalters 7 geführt, dessen gesteuerter Pfad eine Last 9 ans Netz schaltet resp. vom Netz abtrennt. Die Funktionsweise dieser Anordnung ist die folgende:
Der Schalter 7 wird durch das Ausgangssignal Ua des Komparators 3 nur dann geschlossen und damit die Last 9 ans Netz geschaltet, wenn die Amplitude der Netzspannung UN innerhalb des SOLL-Bereiches, d.h. die Spannung U= im Bereich zwischen den Grenzwerten Uu und UO liegt.
Um nun zu verhindern, dass auch ein kurzzeitiges Überoder Unterschreiten entsprechend des oberen resp. unteren Grenzwertes UO, Uu bereits zum schaltenden Auslösen des Schalters 7 führt, ist die prinzipielle Schaltung von Fig. 1 gemäss Fig. 2 abgewandelt. Der Ausgang Ua. des Fensterkomparators 3 ist auf zwei monostabile Multivibratoren 11 resp.
12 geführt. Bei aufsteigender Flanke des Ausgangssignals Ua.
des Fensterkomparators 3, entsprechend der im Block von Fig. 2 eingetragenen Übertragungs-Charakteristik Ua/U = des Fensterkomparators, somit bei Eintreten der Netzspannungsamplitude UN in den SOLL-Bereich, entsprechend dem Gleichspannungsbereich zwischen den Grenzwerten Uu und UO, wird am monostabilen Multivibrator 11 ein Impuls ausgelöst und entsprechend bei abfallender Signalflanke des Fensterkomparator-Ausgangssignals Ua, am monostabilen Multivibrator 12. Über eine ODER-Verknüpfungseinheit 13 werden die jeweils an den Multivibratoren 11 resp. 12 erzeugten Impulse an den Eingang einer Zeitverzögerungseinheit 15 geführt, die durch die Impulse ausgelöst, ausgangsseitig einen Impuls mit der einstellbaren Impulsdauer tI, wie eingetragen, liefert.
Auch bei der Zeitverzögerungseinheit 15 kann es sich dabei um einen Multivibrator handeln. Am Ende des Ausgangsimpulses der Zeitverzögerungseinheit 15, entsprechend eingetragener Impulspolarität bei abfallender Signalflanke, wird ein weiterer monostabiler Multivibrator 17 ausgelöst, der ausgangsseitig einen Übernahmeimpuls CL an ein Flipflop 19 liefert, welches dann den auf einer Verbindung 21 vorherrschenden Signalzustand des Ausgangs des Fensterkomparators übernimmt und an seinen Ausgang überträgt. Der Ausgang des Flipflops 19 wirkt auf den Schalter 7, der in bereits anhand von Fig. 1 erläuterter Art und Weise die Last 9 an das Netz schaltet resp. vom Netz abtrennt.
Durch diese Schaltung wird erreicht, dass ein Zustandswechsel am Ausgang des Fensterkomparators wohl erst registriert wird, durch Auslösung der Zeitverzögerungseinheit 15, dass jedoch erst nach Ablauf ihrer Zeitverzögerung Ti schaltend auf den Schalter 7 eingewirkt wird und zwar nur dann, wenn in diesem Zeitpunkt am Ausgang des Fensterkomparators ein Signal vorliegt, das überhaupt zu einer Umschaltung am Schalter 7 Anlass gibt.
Damit der Schalter 7 umgeschaltet wird, muss somit in zwei Zeitpunkten eine Umschaltbedingung gegeben sein, zu Beginn des Zeitverzögerungsimpulses Ti und an dessen Ende.
Soll nun weitgehendst erzielt werden, dass eine Umschaltung am Schalter 7 nur dann erfolgt, wenn während der ganzen Impulsdauer Ti der Zeitverzögerungseinheit 15 die Netzspannung auf einem solchen Zustand liegt, dass eine Umschaltung am Schalter 7 nötig wäre, so wird dies dadurch realisiert, dass die Zeitverzögerungseinheit 15, wie gestrichelt dargestellt, wieder setzbar ausgebildet wird, indem beispielsweise jeder von einem der Multivibratoren 11 oder 12 nach primärer Auslösung der Zeitverzögerung Ti eintreffende Impuls, beispielsweise an einem Wiedersetzeingang RT die Zeitverzögerungseinheit 15 wieder setzt.
Somit wird der Schalter 7 erst dann geschaltet, wenn mindestens während einer Zeitspanne Tl die Netzspannung UN resp. das Messwandler-Ausgangssignal U= in einem der drei Bereiche, unterhalb des Grenzwertes Uu, zwischen den Grenzwerten Uu und UO oder oberhalb des Grenzwertes UO liegt.
In Fig. 3 ist eine Ausbildungsvariante der Vorrichtung dargestellt, bei welcher es möglich ist, vorzugeben, wie lange mit einer Lastaufschaltung an das Netz zugewartet werden soll, nachdem die entsprechende Netzspannungs-Bedingung erfüllt ist, so dass durch selektive Vorgabe dieser Verzögerung ein Nacheinander-Zuschalten verschiedener Lasten, je mit einer derartigen Vorrichtung versehen, an das Netz erzielt wird, womit eine schlagartige Netzbelastung vermieden wird, wie sie auftreten würde, wenn alle Lasten gleichzeitig ans Netz geschaltet würden. Wiederum ist der Ausgang des Fensterkomparators 3 auf zwei monostabile Multivibratoren 11 resp. 12 geführt.
Der Multivibrator 11, welcher einen Ausgangsimpuls liefert, bei aufsteigender Schaltflanke des Fensterkomparators-Ausgangssignals Ua, entsprechend der im Block 3 eingetragenen Übertragungsfunktion somit bei Eintreten der Messwandler-Ausgangsspannung U= in den SOLL Bereich, somit auch der Netzspannungsamplitude UN, löst eine Zeitverzögerungseinheit 23 aus, die einen Ausgangsimpuls liefert, der vorzugsweise einstellbaren Zeitdauer T2. Während es sich bei der Überprüfungszeit Ti gemäss Fig. 2 um eine Zeitspanne von einigen Sekunden bis ca. eine Minute handelt, handelt es sich bei der Staffelungszeitdauer T2 um eine längere Zeitdauer, beispielsweise einstellbar zwischen 0 und 10 Minuten.
Nach Ablauf der an der Zeitverzögerungseinheit 23 eingestellten Impulsdauer T2, bei Pulspolarität wie eingetragen, bei abfallender Pulsflanke, wird an einem monostabilen Multivibrator 25 ein Impuls ausgelöst.
Der auf abfallende Schaltflanken des Fensterkomparator Ausgangssignals Ua ansprechende Multivibrator 12 ist ausgangsseitig mit dem Ausgang des Multivibrators 25 an einer ODER-Einheit 27 verknüpft, deren Ausgang auf den Auslöseeingang der Zeitverzögerungseinheit 15, beispielsweise wiederum in Form eines monostabilen Multivibrators wirkt. Der Ausgang der Zeitverzögerungseinheit 15, die ausgangsseitig den Impuls der Zeitdauer Ti liefert, wenn sie, entweder durch einen Impuls des Multivibrators 12 oder des Multivibrators 25 ausgelöst wird, löst am Ende des Impulses der Dauer Ti am monostabilen Multivibrator 17 einen Impuls CL aus, der, wiederum dem Flipflop 19 zugeführt, bewirkt, dass der dann am Ausgang des Fensterkomparators 3 vorherrschende Schaltzustand über Leitung 21 an den Ausgang gesetzt wird.
Der Ausgang des Flipflops 19 steuert wiederum den Schalter 7 und damit die Lastzu- resp. Abschaltung an das Netz an.
Durch die bis anhin beschriebene Schaltung von Fig. 3 wird somit erreicht, dass bei Verlassen des SOLL-Bereiches durch die Netzspannung UN eine Abschaltung am Schalter 7 dann erfolgt, wenn die Netzspannung nach Ablauf der Überprüfungs-Zeitspanne Ti immer noch ausserhalb des SOLL-Bereiches liegt. Tritt jedoch die Netzspannung in den SOLL Bereich ein, so erfolgt eine Zuschaltung der Last 9 ans Netz erst nach Ablauf der Staffelungszeitdauer T2 und danach der Überprüfungszeitdauer Ti, sofern nach Ablauf beider Zeitspannen die Netzspannung immer noch im SOLL-Bereich liegt.
Soll nun erreicht werden, dass die Überprüfungszeitdauer Ti nicht nur dazu benutzt wird, zu überprüfen, ob an ihrem Ende ein Schaltung auslösender Zustand des Fensterkomparator-Ausgangssignals Ua vorliegt, sondern dazu, zu überprüfen, ob während der ganzen Zeitspanne Ti dieser Zustand beibehalten ist, so werden die Ausgangssignale der Multivibratoren 11 und 12 zusätzlich in einer ODER-Verbindung 29 miteinander verknüpft, das Ausgangssignal der ODER-Verbindung 29 auf einen Wiedersetzeingang RT der Zeitverzögerungseinheit 15 geführt. Damit wird erreicht, dass der Ausgangsimpuls der primären Länge Ti der Einheit 15 so lange verlängert wird, als vor Ablauf der Zeitspanne Ti die Netzspannung vom einen Bereich in den anderen wechselt.
Auch die Zeitverzögerung 23 kann mittels eines monostabilen Multivibrators realisiert werden oder mit Hilfe einer anderen Zeitgeberschaltung, geeignet für die oben erwähnten langen Impulsdauern.
In Fig. 4 ist dargestellt, für eine mehrphasig betriebene Last 9a, wie die drei Phasenspannungen UN je mit einem Messwandler 1a bis I c erfasst werden. Die phasenspezifischen Wandler-Ausgangssignale U= werden einer Summationseinheit 29 zugeführt, deren Ausgangssignal, allenfalls abgeschwächt in einer Einheit 31, dem verarbeitenden Block 33 zugeführt wird. Beim Block 33 handelt es sich um den beispielsweise in Fig. 3 strichpunktiert eingerahmten Verareitungsblock mit Fensterkomparator und den übrigen signalverarbeitenden Einheiten. Mit dem Ausgangssignal des Blokkes 33, entsprechend dem Ausgangssignal des Flipflops 19 von Fig. 3 resp. 2 wird ein Dreiphasenschalter 7a für die Last 9a angesteuert.
Damit wird erzielt, dass alle lasttreibenden Netzspannungsphasen gleichzeitig und durch ein gemeinsames Kriterium auf die Last geschaltet resp. von ihr getrennt werden können.
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PATENT CLAIMS
1. A method for the automatic protection of at least one load operated on the network against changes in line voltage, characterized in that - by measuring at least one line voltage (UN) a measurement signal (U =) corresponding to the line voltage amplitude is provided, - the measurement signal (U =) with a specifiable compares the lower (Uu) and a specifiable upper (UO) limit value, - the load (9) connects to the mains when the measurement signal (U =) lies between the limit values (Uu, UO), as an activation condition, - otherwise, as a disconnection condition , disconnects from the network.
2. The method according to claim 1, characterized in that when switching from one condition to the other the intrusion or. Shutdown delayed (Tl) only takes place if the condition to which the switch has been made still exists.
3. The method according to claim 2, characterized in that one sets the time delay (Tl) when changing or. sets again (RT), even if a previously set time delay has not yet expired.
4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that when changing from disconnection condition to activation condition, the activation, if necessary additionally, selectable with a time delay (T2), for staggering load connections and thereby the activation only takes place if the activation condition is met is.
5. The method according to any one of claims 1 to 4 for at least one multi-phase operated load, characterized in that all phase voltages are measured and the sum signal, possibly weakened, is used as the measurement signal.
6. Automatic on / off device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that there are provided: - at least one AC / DC transducer (1, la, lb, lc), on the input side at the network (UN), - a window comparator with default elements (5), for an upper (UO) and a lower (Uu) limit value, connected on the input side to the output of the transducer, - at least one load switch (7, 7a) with a control input, the controlled path of which connects the network and the load, respectively.
separates, the output of the window comparator (Ua) acting on the control input.
7. The device according to claim 6, characterized in that the window comparator (3) is triggered by a change in state of the window comparator output signal (Ua), preferably adjustable time delay unit (15) connected after the prevailing state of the window comparator output signal (Ua) after expiration the time delay (tal) switches to the control input of the switch (7), and which can preferably be reset by changing the state even before the time delay expires.
8. The device according to claim 6, characterized in that an adjustable time delay unit (23) is provided, connected on the input side to the output of the window comparator (3) in order to change the state of a polarity corresponding to that of the window comparator output signal when the transducer output signal (U =) to be triggered in the signal range lying between the limit values (Uu, UO), the output of the time delay unit (23) being connected to a control input of a pressure switching device (27) which is connected between the output of the window comparator (3) and the control input of the Load switch is switched to the state of the window comparator output signal, which is present after its time delay (12),
to switch to the control input of the load switch and so as to achieve a staggered load connection of several loads, each provided with such a device.
9. The device according to claim 8, characterized in that a further time delay unit (15) is provided, preferably adjustable, which can be triggered by: - the change in state of the window comparator output signal of a different polarity, - a change in the output signal of the time delay unit (23) at the end their time delay (T2), the further time delay unit (15), after it being triggered, preferably being resettable by changing the state of the window comparator output signal, the output of the further time delay unit acting on the control input and then, at the end of its time delay (Tt), the output of the window comparator prevailing signal state switches to the control input.
10. Device according to one of claims 6 to 9, characterized in that for a multi-phase load per phase, a transducer (1a, lb, Ic) is provided, which is followed by a summation unit (29), the output of the summation unit being weakened, if necessary , is led to the window comparator (3).
The present invention relates to a method for the automatic protection of at least one load operated on the network from changes in the mains voltage and an automatic connection / disconnection device for carrying out this method.
Certain loads, such as compressors, can be affected both in the event of overvoltages and undervoltage in the supplying mains voltage, or the efficiency of certain loads changes in the event of overvoltage or undervoltage in such a way that further operation under such conditions becomes too uneconomical. Circuit breakers which disconnect such loads from the mains in the event of overvoltage or undervoltage are known, but have the disadvantage that they have to be switched on again manually.
Since the mains voltage is subject to relatively large and in particular frequent fluctuations in certain countries and regions, the fact that the latter must be switched on again manually after the load has been switched off, for reasons of convenience, means that such circuit breakers are often bridged and impaired, either efficiency, be it the load itself, is accepted.
The aim of the present invention is to propose a method of the type mentioned at the beginning, with the aid of which the loads are automatically reconnected when the mains voltage is within a tolerance band.
For this purpose, the method according to the invention is characterized in that - by measuring at least one line voltage, a measurement signal corresponding to the line voltage amplitude is provided, - the measurement signal is compared with a predeterminable lower and a predefinable upper limit value, - the load is connected to the mains when that Measurement signal lies between the limit values, as an activation condition, - otherwise, as a disconnection condition, disconnects from the mains.
In order to prevent a brief change of the mains voltage from one condition to the other, be it from the connection condition to the disconnection condition or vice versa, a corresponding consequence of the
Load / mains switching triggers, which can lead to frequent switching on and off, it is preferably suggested that when switching from one condition to the other, the connection or. Shutdown is only delayed if the condition to which the switch has been made still exists.
In other words, when changing from one condition to the other, this change is probably detected, but, after a certain time delay, it is checked again whether this change was actually significant, i.e. whether the condition leading to the change is still met. Only then will the load be raised or lowered accordingly. switched off.
In order to further rule out that, only by chance, after the time delay has elapsed, the condition leading to the change is present, although not representative in the sense that the mains voltage only swings back and forth relatively quickly around the one limit value, it is proposed, for example, that one sets the time delay when changing or sets again, even if a previously set time delay has not yet expired.
After the first change from one condition to the other, the time delay is set, however, when the mains voltage oscillates back and forth by the corresponding limit, within the set delay, but set again, so that the change mentioned does not increase or decrease.
The load is switched off as long as the condition causing the change is not observed for at least the intended time delay.
If several loads are protected on the same network, procedurally protected, it is particularly necessary to switch them on again when the network voltage is within the permissible range, because the simultaneous connection of all of these loads can in turn lead to a drop in the network voltage, which then Disconnection condition is given again. It can thus an oscillating intrusion. Insert the loads.
A simple way of dealing with this problem arises from the fact that when changing from the disconnection condition to the activation condition, the activation, if necessary additionally, can be selected with a time delay for staggering load connections and the activation only takes place if the activation condition is fulfilled.
By providing such a time delay, which can be varied within wide limits, depending on the load or load group, a sequential connection is achieved, whereby the network is subjected to smaller load surges.
For loads that are operated in multiple phases, a common criterion for all operating phases must be found, because sequential switching off or on of one or the other phase to the load is in most cases not permitted. In this case, it is proposed, for example, that all phase voltages are measured for a multi-phase operated load and that the attenuated sum signal is used as the measurement signal.
An automatic connection / disconnection device for executing the method is characterized in that it is provided: - at least one AC / DC transducer, on the input side of the network, - a window comparator with default elements, preferably adjustable, for an upper and a lower limit value, on the input side connected to the output of the transducer, - at least one load switch with a control input, the controlled path of which connects the network and the load, respectively. separates, whereby the output of the window comparator acts on the control input.
If the window comparator is switched after a change of state of the window comparator output signal, preferably adjustable time delay unit, which switches the prevailing state of the comparator output signal after the time delay to the control input of the switch, it is achieved that before the
The device reacts to a change of state, only after leaving the TARGET mains voltage range between the limit values or entering this TARGET
Area is registered, however, it is only reacted to when the load is switched on or off, even if after a certain
Time, which can be specified with the time delay unit, the mains voltage state that primarily caused the change is still present.
If the time delay unit can also be reset within the time delay of the unit due to a change of state, this ensures that a change only becomes effective when the power voltage state to which the change has been made has been maintained during the intended time delay.
The fact that an adjustable time delay unit is provided, connected on the input side to the output of the window comparator, and can be triggered by a change in state of a polarity corresponding to that of the window comparator output signal when the transducer output signal occurs in the signal range between the limit values, the output of the time delay unit being limited to Control input acts and switches the state of the window comparator output signal, which is present after the expiry of their time delay, to the control input in order to achieve a staggered load connection of several loads, each provided with a device, is achieved if the
Mains voltage enters the TARGET range, not all loads provided with such a device are switched on at the same time, which can lead to a mains voltage drop,
but that the loads are switched on in a staggered manner with the adjustable time delay of the time delay unit.
The change in state triggering the time delay in the output signal of the window comparator only becomes effective when the change-related state is still present after this time delay has expired.
If a further time delay unit is provided, preferably adjustable, which can be triggered by: - the change in state of the window comparator output signal of a different polarity, - a change in the output signal of the time delay unit at the end of its time delay, the further time delay unit preferably having been triggered by a change in state of the window comparator output signal can be set again, the output of the further time delay unit acting on the control input and after the expiry of its time delay switching the signal state then prevailing at the output of the window comparator to the control input, so that the staggered load connection takes place by providing the first-mentioned time delay, but before that each load connection is only detected by providing the further time delay unit,
whether the mains voltage state, which may at most necessitate a change in the load circuit, is also maintained during the time period given by the further time delay unit.
If the mains voltage state changes its state during the delay period of the further time delay unit, the latter is set again, the load switching not taking place as long as the further time delay unit remains set.
For multi-phase loads, it is proposed that a measuring transducer be provided for each phase, to which a summation unit is connected, the output of the summation unit, possibly weakened, being routed to the window comparator input.
The invention is explained for example with the aid of figures. Show it:
1 shows a block diagram of a first embodiment variant of the device according to the invention,
2 shows a block diagram of a further embodiment variant of the device according to the invention,
3 shows a third variant of the device according to the invention,
4 is a block diagram showing the design of the device according to the invention for multiphase loads.
1, the line voltage UN is converted by means of an AC / DC measuring transducer 1 into a direct voltage signal U = proportional to the measuring voltage amplitude. The output signal of the transducer 1, the DC voltage U =, is fed to a window comparator 3, which, in accordance with the characteristic curve shown in FIG. 1, provides an output voltage Ua as follows: - Is the mains voltage and thus the output voltage U = of the transducer 1 below a lower one Limit value Uu, the output voltage of the window comparator Ua is in a first state, for example corresponding to logic 1 or logic 0.
- If the mains voltage UN and thus the output voltage of the converter 1, U =, lies between the lower limit value Uu and an upper limit value UO, then the output signal Ua of the window comparator 3 is in a second state, for example logic 0 or logic 1.
- If the mains voltage amplitude UN and thus the output voltage of the transducer 1 U = is above the limit value UO, the output voltage Ua of the window comparator 3 is again in the first state, for example 1 or 0. To set the limit values Uu and UO, adjustable reference voltage sources 5o and 3o are provided on the window comparator 3. 5u provided.
The construction of a window comparator, for example with operational amplifiers, is generally known. The output voltage of the window comparator Ua is fed to the control input S of a switch 7, the controlled path of which switches a load 9 to the mains or. disconnects from the network. This arrangement works as follows:
The switch 7 is only closed by the output signal Ua of the comparator 3 and thus the load 9 is connected to the mains if the amplitude of the mains voltage UN is within the TARGET range, i.e. the voltage U = lies in the range between the limit values Uu and UO.
In order to prevent a short-term overshoot or undershoot in accordance with the upper resp. lower limit value UO, Uu already leads to the switching triggering of the switch 7, the basic circuit of FIG. 1 is modified according to FIG. 2. The exit Ua. of the window comparator 3 is based on two monostable multivibrators 11 respectively.
12 out. With a rising edge of the output signal Ua.
of the window comparator 3, corresponding to the transmission characteristic Ua / U = of the window comparator entered in the block of FIG. 2, thus when the mains voltage amplitude UN occurs in the TARGET range, corresponding to the DC voltage range between the limit values Uu and UO, on the monostable multivibrator 11 a pulse is triggered and, accordingly, on the falling signal edge of the window comparator output signal Ua, on the monostable multivibrator 12. The OR at the multivibrators 11 and 11 respectively are connected via an OR logic unit 13. 12 generated pulses led to the input of a time delay unit 15, which is triggered by the pulses, on the output side delivers a pulse with the adjustable pulse duration tI, as entered.
The time delay unit 15 can also be a multivibrator. At the end of the output pulse of the time delay unit 15, in accordance with the entered pulse polarity when the signal edge falls, a further monostable multivibrator 17 is triggered, which on the output side supplies a takeover pulse CL to a flip-flop 19, which then takes over and on the signal state of the output of the window comparator prevailing on a connection 21 transmits its output. The output of the flip-flop 19 acts on the switch 7, which switches the load 9 to the network in a manner already explained with reference to FIG. 1. disconnects from the network.
This circuit ensures that a change in state at the output of the window comparator is probably only registered by triggering the time delay unit 15, but that switching 7 is only acted on after the time delay Ti has elapsed, and only then if at this point in time at the output of the window comparator there is a signal which gives rise to a switchover at the switch 7.
In order for switch 7 to be switched over, a switchover condition must therefore be present at two points in time, at the beginning of the time delay pulse Ti and at the end thereof.
If it is to be largely achieved that a switchover at switch 7 only takes place if the mains voltage is in such a state that a switchover at switch 7 would be necessary during the entire pulse duration Ti of time delay unit 15, this is achieved in that the Time delay unit 15, as shown in dashed lines, is designed to be resettable by, for example, each pulse arriving from one of the multivibrators 11 or 12 after primary triggering of the time delay Ti, for example at a resetting input RT, resetting the time delay unit 15.
Thus, the switch 7 is only switched when the mains voltage UN or at least during a period Tl. the transducer output signal U = lies in one of the three ranges, below the limit value Uu, between the limit values Uu and UO or above the limit value UO.
FIG. 3 shows a variant of the device in which it is possible to specify how long the load should be applied to the network after the corresponding mains voltage condition has been met, so that a selective specification of this delay means that Connection of various loads, each provided with such a device, to the network, thus avoiding a sudden network load, as would occur if all loads were connected to the network at the same time. Again, the output of the window comparator 3 on two monostable multivibrators 11 respectively. 12 out.
The multivibrator 11, which supplies an output pulse, with a rising switching edge of the window comparator output signal Ua, corresponding to the transfer function entered in block 3, thus triggering a time delay unit 23 when the transducer output voltage U = occurs in the TARGET range, and thus also the mains voltage amplitude UN , which delivers an output pulse, the preferably adjustable time period T2. 2 is a period of a few seconds to approximately one minute, the staggering period T2 is a longer period of time, for example adjustable between 0 and 10 minutes.
After the pulse duration T2 set on the time delay unit 23, with pulse polarity as entered, with a falling pulse edge, a pulse is triggered on a monostable multivibrator 25.
The multivibrator 12 responding to falling switching edges of the window comparator output signal Ua is linked on the output side to the output of the multivibrator 25 at an OR unit 27, the output of which acts on the triggering input of the time delay unit 15, for example in turn in the form of a monostable multivibrator. The output of the time delay unit 15, which on the output side supplies the pulse of the time period Ti, if it is triggered by either a pulse from the multivibrator 12 or the multivibrator 25, triggers a pulse CL at the end of the pulse of the duration Ti at the monostable multivibrator 17, which , again fed to the flip-flop 19, causes the switching state then prevailing at the output of the window comparator 3 to be set to the output via line 21.
The output of the flip-flop 19 in turn controls the switch 7 and thus the load supply and. Shutdown to the network.
The circuit of FIG. 3 described so far ensures that when the setpoint area is left by the line voltage UN, the switch 7 is switched off when the line voltage is still outside the setpoint area after the checking time period Ti has expired lies. However, if the line voltage enters the TARGET range, the load 9 is only connected to the grid after the staggering period T2 and then the verification period Ti, provided that after both periods the line voltage is still in the TARGET range.
If it is now to be achieved that the check period Ti is not only used to check whether there is a switching-triggering state of the window comparator output signal Ua at its end, but also to check whether this state is maintained during the entire time period Ti, the output signals of the multivibrators 11 and 12 are additionally linked to one another in an OR connection 29, and the output signal of the OR connection 29 is routed to a reset input RT of the time delay unit 15. The result of this is that the output pulse of the primary length Ti of the unit 15 is extended as long as the mains voltage changes from one area to the other before the time period Ti expires.
The time delay 23 can also be implemented by means of a monostable multivibrator or by means of another timer circuit, suitable for the long pulse durations mentioned above.
FIG. 4 shows, for a multi-phase operated load 9a, how the three phase voltages UN are each recorded with a measuring transducer 1a to Ic. The phase-specific converter output signals U = are fed to a summation unit 29 whose output signal, possibly weakened in a unit 31, is fed to the processing block 33. Block 33 is the processing block with a window comparator and the other signal processing units, for example framed in phantom in FIG. 3. With the output signal of the block 33, corresponding to the output signal of the flip-flop 19 of FIG. 2, a three-phase switch 7a is driven for the load 9a.
This ensures that all load-driving mains voltage phases are switched to the load at the same time and by a common criterion. can be separated from it.