DE2239654C3

DE2239654C3 - Einrichtung zur Erfassung von Unterspannungen in Mehrphasensystemen

Info

Publication number: DE2239654C3
Application number: DE2239654A
Authority: DE
Inventors: Richard E. Wapakoneta Ohio Luebrecht (V.St.A.)
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-08-19
Filing date: 1972-08-11
Publication date: 1978-10-05
Also published as: JPS4839949A; DE2239654A1; US3749944A; FR2149551A1; CA965480A; DE2239654B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung von Unterspannungen in Mehrphasensystemen, bei welcher jede Phasenleitung über eine Diode und einen Widerstand mit dem Nullpunkt (Mittelpol) und einer Auswerteschaltung verbunden ist.

Eine solche Einrichtung findet Anwendung bei der Netzüberwachung und ist beispielsweise aus der US-Patentschrift 3001100 bekannt. Ein Nachteil dieser bekannten Schaltung ist darm zu sehen, daß in Mehrphasensystemen eine bei allen drei Phasen auftretende Unterspannung zu einem schnelleren Ansprechen der Auswerteschaltung führt als eine Unterspannung nur in einer einzelnen Phase.

Zur Vermeidung dieses Effektes werden bei einer anderen, aus der US-Patentschrift 3383522 bekannten Anordnung die Dioden an ein mit den dreiphasigen Phasenleitungen verbundenes Widerstandsnetzwerk in Sterndreieck- oder Dreieckschaltung angeschlossen. Zwar kann damit der Unterschied zwischen dem Ansprechen der Auswerteschaltung bei einphasigem und bei dreiphasigem Auftreten von Unter-

spannung verringert werden, diese bekannte Netzüberwachungseinrichtung weist jedoch eine große Anzahl von Bauelementen auf. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier eine wirkungsmäßig, zumindest gleichwertige Überwachungseinrichtung bei wesentlich weniger Aufwand zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dr*durch gelöst, daß die Dioden einseitig miteinander verbunden und über einen gemeinsamen Widerstand an den Nullpunkt angeschlossen sind, daß zumindest einem Teil des gemeinsamen Widerstandes die Reihenschaltung einer ersten Zenerdiode mit der Steuerstrecke eines steuerbaren Ventils parallelgeschaltet ist, welches einen über einen ersten Ladewiderstand an eine Gletchspannungsquefle angeschlossenen ersten Kondensator überbrückt, und daß parallel zum ersten Kondensator die Reihenschaltimg einer zweiten Zenerdiode mit der Steuerstrecke eines weiteren steuerbaren Ventüs Hegt, welches einen über einen zweiten Ladewiderstand an die Giercnspannungsqueiie angeschlossenen zweiten Kondensator überbrückt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die Ladezeitkonstante des ersten Kondensators kleiner und die Ladezeitkonstante des zweiten Kondensators etwa eine Größenordnung größer als die Periodendauer einer Phasenspannung zu wählen. Damit kann ein Ansprechender Überwachungsschaltung innerhalb der Dauer einer Periode erzielt werden so und gleichzeitig eine Beruhigung des Ausgangssignals bei einphasigem Auftreten von Unterspannung.

Wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung die Durchbrucfasspannong der ersten Zenerdiode bei einem Wert erreicht wird, der zwischen dem Scheitelwert und dem dem Schnittpunkt der Phasenspannungen entsprechenden Spannungswert bei Nennbetrieb entspricht, dann wird die erfindungsgemäße Überwachungsetung nicht nur beim Auftreten einer Unterspannung, sondern auch beim Unterschreiten einer vorbestimmten Frequenz ansprechen.

Die Erfindung sei im folgenden beispielhaft an Hand der Figuren näher erläutert.

In Fig. 1 ist ein dreiphasiges Netz R, S, T dargestellt mit den Phaseniettungen 11,12 und 13. Gleichgepolte Dioden 14,15 und 16 sind an die Phasenleitungen 11,12 und 13 angeschlossen und in einem gemeinsamen Punkt 17 miteinander verbunden. Ein ohmscher Spannungsteiler besteht aus einem Widerstand 18 und einepi veränderlichen Widerstand 19 und ist zwischen den Verbindungspunkt 17 und die Leitung 20 geschnltet, welche mit dem Nullpunkt bzw. dem Mittelpol MP des Netzes verbunden ist. Der Punkt 21 zwischen den Widerständen 18 und 19 ist mit einer in Sperrichtung gepolten Zenerdiode 22 verbunden, deren Anode an den Nullpunkt MP über einen Widerstand 23 und an die Basis eines npn-Transistors 24 angeschlossen ist.

Der Kollektor des Transistors 24 ist über einen Widerstand 25 an eine stabilisierte, mit + U bezeichnete Gleichspannung angeschlossen. Der Emitter des Transistors 24 liegt am Nullpunkt des Systems. Der Kollektor des Transistors 24 ist ebenfalls mit dem Nullpunkt über einen Kondensator 26 verbunden und außerdem mit der Kathode einer weiteren Zenerdiode 27, deren Anode über einen Widerstand 28 an den Nullpunkt angeschlossen ist. Die Anode der Zenerdiode 27 ist außerdem an die Basis eines Transistors

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2» angeschlossen, welcher beim dargestellten Beispiel 29 wird dadurch dauernd durchlässig, schließt den ebenfalls vom npn-Typ ist. Der Emitter des Transi- Kondensator 31 kurz und verursacht so ein Nullsign»! stors 29 ist mit dem Nullpunkt, sein Kollektor mit der an der Ausgangsklemme 32.
Gleichspannung + U über einen Widerstand 30 ver- Im Teil A der Fig. 2 ist der Verlauf der am Punkt

bunden und außerdem an die Ausgangsklemme 32 5 YJ auftretenden Spannung gezeigt, welche sich aus angeschlossen. Zwischen der Ausgangsklemme 32 den Kuppen der Phasenspannungen R, S und T zu- und der Leitung 20 liegt ein Kondensator 31. sammensetzt. Der Wert dieser Spannung schwankt bei

Die Schaltung wird an Hand eines dreiphasigen Nennbetrieb periodisch zwischen einem mit SP be-Ausführungsbeispieles beschrieben, obgleich das dar- zeichneten Wert, welcher dem Schnittpunkt der Phagestellte Beispiel ohne weiteres abwandelbar ist für >° senspannungen entspricht und dem mit P bezeichneein System mit beliebiger Phasenzahl, also auch zum ten Scheitelwert. Die Überwachungsschaltung soll Beispiel für ein einphasiges System. nun so dimensioniert sein, daß sie anspricht, sobald

Die drei auf den Leitungen 11,12 und 13 auftreten- die Amplitude mindestens einer Phasenspannung unden Phasenspannungen werden von den Dioden 14, ter einen vorbestimmten, mit G bezeichneten Grenz-15 und 16 gleichgerichtet. Mit dem aus den Wider- ι > wert absinkt. Es sei angenommen, daß dies bei der ständen 18 und 19 bestehende Spannungsteiler wird Phasenspannung 5 der Fall ist. Im Teil B der Fig. 2 das Betriebsspannungsniveau der Schaltung festge- - ist mit D27 ein Spannungsniveau bezeichnet, bei wellegt. Am Punkt 21 erscheint eine Spannung, welche chem die Zenerdiode 27 leitend wird, und es ist weider Größe der einzelnen Phasenspannungen ent- terhin der Spannungsverlauf am Kondensator 26 darspricht. Bei Nennbetrieb des Netzes werden auf den ** gestellt. Solange sich die Spannung, am Punkt 17 Leitungen 11,12 und 13 die Scheitelwerte der gleich- unterhalb des Grenzwertes G bewegt, welcher der gerichteten Halbwellenspannungen groß ge mg sein, Durchbruchsspannung der Zenerdiode 22 entspricht, um während eines Teiles jeder Phasenspannungshalb- ist der Transistor 24 gesperrt und der Kondensator welle einen Strom durch die Zenerdiode 22 fließen 26 wird aufgeladen, wohingegen der Kondensator zu lassen, womit der Transistor 24 durchlässig gesteu- & entladen bleibt, solange der Grenzwert G von den ert wird und für eine schlagartige Entladung des seiner Phasenspannungen überschritten wird. Man sieht, daß Kollektor-Emitter-Strecke parallelgeschalteten Kon- sich die Ladespannung des Kondensators 26 während densators sorgt. FaDs der Transistor 24 nicht durchlas- der Zeiten t„ in den Halbwellen mit normaler Amplisig gesteuert ist, was im Nennbetrieb während eines tude deutlich unterhalb der Durchbruchsspannung anderen Teiles jeder Phasenspannungshalbwelle pas- » D27 der Zenerdiode 27 bewegt, der Kondensator 26 siert, ergibt sich eine Aufladung des Kondensators 26 sich dagegen während der Zeiten t_u, zu denen die die aus der Gleichspannungsquelle über den Ladewider- Unterspannung aufweisende Phase Γ wirksam ist, auf stand 25. Die Spannung, auf welche der Kondensator eine Spannung auflädt, welche oberhalb der Durch-26 jedesmal periodisch aufgeladen wird, übersteigt bruchsspannung der Zenerdiode 27 liegt,
beim Normal-oder Nennwert der Phasenspannungen v> Teil C der Fig. 2 zeigt die Spannung am Kondennicht die Durchbruchspannung der Zenerdiode 27. sator 31 bzw. an der Ausgangsklemme 32 der ÜberWenn jedoch in irgendeiner Phase die Spannung un- wachungseinrichtung. Das Auftreten von Unterspanterhalb eines vorbestimmten Niveaus sinkt, bleibt der nung auch nur bei einer einzigen Phasenspanntmg Transistor 24 für eine längere Zeitdauer nichtleitend im dargestellten Beispiel die Phasenspannung T - re- und verursacht damit eine größere Spannung am Kon- 40 sultiert in einem deutlichen Absinken der Ausgangsdensator 26, welche dann schließlich die Durch- spaenung, welche auf diesem niedrigen Niveau verbruchsspannung der Zenerdiode 27 übersteigt. Sobald bleibt, obgleich die beiden übrigen Phasenspannundtes eintritt, fließt Strom durch die Zenerdiode 27 in gen R und 5 ihren Nennwert aufweisen. Dias kommt, die Basis des Transistors 29 und steuert diesen durch- wie schon angedeutet, dadurch zustande, daß die Lalässig, woraufhin der zuvor über den Widerstand 30 45 dezeitkonstante des Kondensators 31 gkoß gegenüber von der Gleichspannung + i/ aufgeladene Kondensa- der Periodendauer der Phasenspannungen gewählt tor 31 schlagartig entladen wird. Die Ladezeitkon- wird.

stante des Kondensators 31 ist gegenüber der Perio- Wird wie in Fig. 2, Teil A, dargestellt, der Grenz-

dendauer der Phasenspannungen so groß bemessen, wert G so gewählt, daß er sich zwischen den Werten P daß bei gesperrtem Transistor 29 für die Dauer einer 50 und SP, beide bezogen auf Nennbetrieb, befindet, Periode keine nennenswerte Aufladung desselben dann wird deutlich, daß sich der Effekt der Über das stattfindet. An der Ausgangsklemme 32 wird daher Niveau der Durchbruchsspannung der Zenerdiode 2/ auch beim Auftreten von Unterspannung in nur einer steigenden Ladespannung des Kondensators 26 nicht Phase ein auf diesen Zustand hindeutendes Nullsignal nur bei Unterspannung, sondern auch bei Unterf reals Dauersignal erscheinen. 55 quenz ergibt. Diese FrequenzempfindlichJccit - wel-

Sinkt in allen drei Netzphasen die Spannung so weit ehe auch beim Amplitudennennwert der Phasenspanab, daß zu keinem Zeitpunkt der Wert der Durch- nungen gegeben ist - ist von vorteilhafter Bedeutung bruchsspannung der Zenerdiode 22 an deren Kathode beispielsweise, wenn die erfindungsgemäße Überwaerreicht wird, dann bleibt der Transistor 24 dauernd übungseinrichtung bei Bordversorgungsnetzen von gesperrt, und der Kondensator 26 lädt sich auf eine w> Flugzeugen «ingesetzt wird, da hier auch mit einem verhältnismäßig höhe Spannung auf. Der Transistor Absinken der Frequenz gerechnet werden muß.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Einrichtung zur Erfassung von Unterspannungen in Mehrphasensystemen, bei welcher jede Pbasenleitung über eine Diode und einen Widerstand mit dem Nullpunkt (Mittelpol) und einer Auswerteschalttmg verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (14,15,16) einseitig miteinander verbunden und Ober einen gemeinsamen Widerstand (18, 19) an den Nullpunkt (AfP) angeschlossen sind, daß zumindest einem TeQ des gemeinsamen Widerstandes die Reihenschaltung einer ersten Zenerdiode (22) mit der Steuerstrecke eines steuerbaren Ventils (24) parallelgeschaltet ist, welches einen über einen ersten Ladewiderstand (25) an eine Gletchspannungsquelle ( + U) angeschlossenen ersten Kondensator (26) überbrückt, und daß parallel zum ersten Kondensator (26) die Reihenschaltung einer zweiten Zenerdiode (27) mit der Steuerstrecke eines weiteren steuerbaren Ventils (29) hegt, welches einen über einen zweiten Ladewiderstand (30) an die Gtefchspanmmgsqaelle ( + U) angeschlossenen zweiten Kondensator (31) überbrückt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladezeitkonstante des ersten Kondensators (26) kleiner und die Ladezeitkonstante des zweiten Kondensators (31) etwa επκ Größenordnung größer als die Periodendauer enter Pbasenspammng ist«

3. cg nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß όφ Durchbruchsspannung der ersten Zenerdiode (22) bei einem Amplitudenwert (G) der Phasenspannungen erreicht wird, der zwischen dem Scheitelwert (P) und dem dem Schnittpunkt der Phasenspannungen entsprechenden Spannungswert (SP) bei Nennbetrieb hegt.