DE2252440C3 - Vorauslösegerät für Synchronschalter - Google Patents
Vorauslösegerät für SynchronschalterInfo
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Description
40
Die Erfindung betrifft ein Vorauslösegerät für Synchronschalter, bei dem ein Auslöseimpuls vom Nulldurchgang
der Summe aus einer dem abzuschaltenden Strom proportionalen ersten Spannung und einer der
zeitlichen Änderung des Stromes proportionalen zweiten Spannung abgeleitet ist. Das Prinzip derartiger
Geräte ist z. B. in der deutschen Patentschrift 173 164 diskutiert.
Ein Vorauslösegerät für Synchronschalter hat die Aufgabe, in einem möglichst konstanten zeitlichen
Abstand (Vorauslösezeit) vor dem Nulidurchgang eines abzuschaltenden Wechselstromes einen Auslöseimpuls
zu erzeugen, der die öffnung des Kontaktsystems einleitet. Die Vorauslösezeit muß ausreichen,
um beispielsweise bei einem magnetisch betriebenen Schalter ein die Schaltbewegung steuerndes Magnetfeld
auf- oder abzubauen und eine eventuell vorhandene Verklinkung zu lösen; danach muß der Schalter
noch innerhalb der Vorauslösezeit so weit geöffnet werden, daß der im Nulldurchgang erlöschende Lichtbogen
nicht wieder gezündet wird.
Bisherige Vorauslösegeräte der eingangs genannten Art liefern eine konstante Voreilzeit nur für symmetrische,
sinusförmige Ströme. Hat dagegen der abzuschaltende Strom eine Gleichstromkomponente, so
ist die Vorauslösezeit von dieser abhängig. Wie in der genannten Patentschrift ebenfalls ausgeführt ist, kann
man dies dadurch kompensieren, daß man den vom Strom und von seiner zeitlichen Änderung abhängigen
Spannungen eine dritte Funktion hinzufügt, die z. B. der zweiten zeitlichen Ableitung des Stromes proportional
sein kann. VorausHsegeräte dieser Art erfordern jedoch einen verhältnismäßig hohen Aufwand.
In der genannten Patentschrift ist ferner ein Vorauslösegerät
beschrieben, das nach einem anderen Prinzip arbeitet. Hier wird zur Erzeugung des Auslöseimpulses
eine Hilfsgröße verwendet, die vom Nulldurchgang des zu unterbrechenden Stromes bis zum
nächsten Scheitelpunkt des Stromes linear ansteigt und vom Scheitelpunkt bis zum nächsten Nulldurchgang
des Stromes mit entgegengesetzt gleicher Steigung abfällt. Der Anstieg der Hilfsgröße stellt hierbei
gewissermaßen eine Zeitmessung dar, durch die auch bei unsymmetrischen Strömen die Dauer der Halbwelle
erfaßt werden kann. Störungen des Stromverlaufcs, die innerhalb der Halbwelle eintreten, können
jedoch diese Messung verfälschen, so daß es zu Fehlschaltungen kommt.
Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, bei einem Vorauslösegerät der eingangs genannten Art
ebenfalls eine Zeitmessung des Stromverlaufes einzuführen, db es ermöglicht, den nächsten Nulldurchgang
des Stromes auch bei unsymmetrischem Strom zu erfassen, wobei jedoch das Zeitintervall, in dem
Störungen zu einer Fehlprognose des nächsten Nulldurchganges führen können, wesentlich kürzer ist als
bei der bekannten Zeitmessung.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, das Mittel vorgesehen sind, um ein erstes Zeitintervall
vom Nulldurchgang der zweiten Spannung bis zum Zeitpunkt des Nulldurchganges der Summe
beider Spannungen zu messen und sodann nach einem von der gemessenen Zeit abhängigen zweiten Zeitintervall
den Auslöseimpuls zu erzeugen. Das Zeitintervall, das zur Prognose des nächsten Nulldurchganges
erforderlich ist, beginnt hier erst zur Zeit des Maximums des abzuschaltenden Stromes, so daß die
Wahrscheinlichkeit von Störungen gegenüber dem oben beschriebenen Vorauslösegerät nach der deutschen
Patentschrift 1 173 164 mindestens auf die Hälfte verringert ist.
Gemäß einer besonderen Ausführungsart sind Mittel vorgesehen, um entsprechend der Dauer des
ersten genennten Zeitintervalls eine Meßspannung linear ansteigen und sodann nach dem genannten
Zeitpunkt wieder linear absinken zu lassen, sowie Mittel, um bei Unterschreiten eines vorgegebenen
Wertes der Meßspannung den Auslöseimpuls zu erzeugen.
Von besonderer Bedeutung ist dabei die Auslegung der Größenverhältnisse der beiden genannten
Spannungen sowie das Verhältnis von Anstiegs- zu Sinkgeschwindigkeit der genannten Meßspannung.
Beispielsweise ergeben sich für eine Vorauslösezeit von 1,5 ms die besten Resultate, wenn die beiden
Spannungen gleich groß gewählt werden und die Sinkgeschwindigkeit der Meßspannung 1,3- bis 1,4-mal
größer gemacht wird als deren Anstiegsgeschwindigkeit. Für eine Vorauslösezeit von 3,0 ms ist es jedoch
vorteilhaft, die zweite Spannung 4mal größer zu machen als die erste Spannung und die Anstiegsgeschwindigkeit der Meßspannung etwa. 2,6mal
größer zu wählen als deren Sinkgeschwindigkeit. Diese Maßnahmen tragen ganz besonders zu einet
von der Halbwellendauer unabhängigen, praktisch konstanten Vorauslösezeit bei.
Gemäß einer anderen, mit Digitaltechnik arbeitenden Ausführungsart sind ein Oszillator sowie Schahmittel
vorgesehen, um diesen währeno. des ersten Zeitintervalls mit einer vorgegebenen ersten Frequenz und
sodann nach dem genannten Zeitpunkt mit einer vorgegebenen zweiten Frequenz zu betreiben, sowie eine
Zählschaltung, welche die Schwingungen des Oszillators während des ersten Zeitintervalls zählt und sodann
nach dem genannten Zeitpunkt den gezählten auslöseze.it (breit gezeichnetes TeUstück der Zeitlinie
f) resultiert.
Die Erzeugung der genannten Meßspannung H3 ist
aus den unteren Teilen der Fig. 1 und 2 ersichtlich.
Es wird mit bekannten Mitteln eine Rechteckspannung uR3 (schraffiert gezeichnet) von der Dauer des
Zeitintervalls At0x erzeugt, indem der Mittelwert der
Rechteckspannungen uRl und uR„ gebildet wird. Dabei
ist^«Rl das Ausgangssignal eines mit der Span-
Betrag laufend um jede. Schwingung des nunmehr mil ίο nung «., ausgesteuerten Verstärkers und ««„ das Ausd
F bd gangssfgnal eines mit der Differenz der Spannungen
■ —
der zweiten Frequenz arbeitenden Oszillators vermindert, wobei beim Unterschreiten eines vorgegebenen
Zählerstandes der Auslöseimpuls erzeugt wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind vorzugsweise an den für die Messung des abzuschalten- i5 Rechtecksignal «"., und die davon abgeleitete Meßden
Stromes vorgesehenen Mitteln Spannungen abge- spannung m, im ganzen Strombereich bis zu einem
griffen, und es sind von diesen Spannungen gespeiste
Mittel vorgesehen, weiche bei einem für die Syn-— M2 ausgesteuerten Differenzverstärkers. Hierzu
eignen sich bekannte integrierte Verstärker mit gro-Verstärkungsfaktoren, damit ein eindeutiges
Syn
chronauslösu.ig zu kleinen Wert des abzuschaltenden
d bi S
Bruchteil des Nennstroms erzeugt werden können. Die Meßspannung M3 kann an einem Integrierver-
, . „ stärker entnommen werden, welcher während der
Strome, oder beim Strom Null einen Auslösekreis 20 Dauer der Rechteckspannung «„, ein lineares Anleitend
machen so daß bei einem von außen kommen- steigen und bei uK, - 0 ein lineares Absinken der
den Auslosebetehl gleichwohl dei Auslöseimpuls er- Meßspannung M3 bewirkt. Der Meßspannungsverlauf
zeugt w"rd- braucht jedoch nicht genau linearisiert zu werden. Es
In der Zeichnung sind Ausfuhrungsbeispiele der genügt beispielsweise der Spannungsverlauf an einem
Erfindung in vcreinfacnter Form dargestellt. Es zeigen 25 Kondensator, welcher über Widerstände von der
Fig. 1 und 2 Kurven über den Verlauf der das Rechteckspannung uH 3 auf- und entladen wird.
Die F i g. 4 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines Vorauslösegerätes, welches gemäß den F i g. 1 und 2
arbeitet. Die Funktion dieses Gerätes geht aus der dazugehörenden F i g. 5 und den folgenden Erläuterungen
hervor. Die einzelnen Blöcke in F ig. 4
Vorauslösegcrät speisenden Spannungen,
Fig. 3 eine Anordnung zur Gewinnung dieser
Spannungen,
F i g. 4 ein Schaltbild eines Vorauslösegerätes, Fig. 5 den Verlauf der in diesem Schaltbild angegebenen
Spannungen.
In den Fig. I bis 5 bedeutet M1 die zum abzuschaltenden
Strom (i, in F i g. 3) proportionale Spannung und H2 die dagegen phasenverschobene inverse Kurve
der Spannung M2, welche über den ganzen Strombereich proportional der zeitlichen Änderung des
Stromes /', ist. Mit ίλ ist der Zeitpunkt bezeichnet, in
welchem sich die Kurve der Spannung M1 und die K'Tve der Spannung «2 schneiden; das entspricht
de 1 Nulldurchgang der Summe m, t m„
Bei der Auslegung für eine Vorauslosezeit von 1,5 ms sind gemäß den Fig. 1 und 2 die Amplituden
der Spannungen ut und M2 im wesentlichen gleich
groß. F i g. 1 zeigt den Verlauf dieser und noch zu beschreibender Hilfsspannungen bei symmetrischem
Strom /,. Fig. 2 verdeutlich dasselbe bei asymmetrischem
Stromvcrlauf, wobei auch hier die SpannungM1
den Verlauf des abzuschaltenden Stromes Z1 darstellt.
In allen Fällen wird ein erstes Zeitintervall Λ ίη v vom
Nulldurchgang der inversen phasenverschobenen Spannung M2 bis zum genannten Zeitpunkt tx gemessen
und sodann nach einem von der gemessenen Zeit abhängigen zweiten Zeitintervall Atxv der Auslöseimpuls
erzeugt.
Gemäß den F i g. 1 und 2 wird eine Meßspannung μ., erzeugt, welche während der Dauer des ersten
Zeitintervalls At0x linear ansteigt und sodann nach
•o.v
dem genannten Zeitpunkt tx während des zweiten
Zeitintervalls J ixv wieder linear absinkt, wobei beim
Unterschreiten eines vorgegebenen Wertes der Meßspannung μ,, der Auslöseimpuls erzeugt wird. Bei der
Auslegung für eine Vorauslosezeit von 1,5 ms ist die
Sinkgeschwindigkeit der Meßspannung M1 vorzugsweise
1,3- bis l,4mal größer festgelegt als die An-Stiegsgeschwindigkeit. Man sieht aus den F i g. 1
und 2 ohne weiteres, daß mit dieser Maßnahme eine von der Halbwellendauer praktisch unabhängige Vor
bedeuten:
A den erwähnten Differenzverstärker, welcher uK„
erzeugt.
B den genannten Verstärker, welcher M2 in uRl
verwandelt.
C einen Signalformer, welcher die Rechteckspannung Μ,,, in eine phasengleiche Rechteckspannung
ul(i verwandelt. Durch die Größe von uRa
wird die Steig- und Sinkgeschwindigkeit der Meßspannung M3 bestimmt.
D den Integrierverstärker mit Kondensator und parallelgeschalteter Diode im Gegenkopplungskreis zur Erzeugung der Meßspannung M1.
E eine Schwellwert-Überwachungsschaltung, welche eine steil abfallende Spannung M5 erzeugt,
wenn die Meßspannung M3 eine vorgegebene Spannungsgröße M4 unterschreitet.
F einen Impulsformer, welcher beim Abfall der Spannung M5 einen Spannungsimpuls M6 von der
gewünschten Dauer des Auslöseimpulses M8 erzeugt.
G einen Verstärker, welcher den Spannungsimpuls M6 und/oder eine noch zu beschreibende Spannung
M7 zum gewünschten Auslöseimpuls M8 verstärkt.
H eine Schwellwert-Überwachungsschaltung, welche durch Überwachung der Rechteckspannungen
«κ, und uR, einen für eine Synchronsteuerung
zu kleinen" Wert des Stromes Z1 feststellt.
Wenn beide Rechteckspannungen uR , und uR %
gleichzeitig einen zu kleinen absoluten Betrag bzw. nicht genügende Rechteckform aufweisen,
erzeugt die Schaltung H eine Spannung M7, welche
über den Verstärker G bei einem von außen kommenden Ausschaltbefehl den Auslöseimpuls
M„ erzeugt.
I einen Schalter, welcher bei einem von außen
kommenden Ausschaltbefehl geschlossen wird und das Vorauslösegerät mit dem Ausüösekreis
des Synchronschalters verbindet. Dadurch bewirkt der nächste vom Vorauslösegerät erzeugte
Auslöseimpuls die Ausschaltung des Synchronschalters, womit der Strom Z1 abgeschaltet wird.
Das beschriebene Schaltbild (Fig.4) zeigt eine beispielsweise Ausführungsform des Vorauslösegerätes,
bei welcher die Ausmessung der beiden Zeitintervalle At0x und Δ txv auf einem bekannten Prinzip der
analogen Meßtechnik beruht. Diese Zeitmessungen können jedoch auch mit ebenfalls bekannten Mitteln
digitaler Meßtechnik erfolgen.
Ein nicht dargestelltes digital arbeitendes Gerät weist z. B. einen Oszillator, eine Zählschaltung sowie
Schaltmittel auf, um den Oszillator während des ersten Zeitiniervalls At0x mit einer vorgegebenen
ersten Frequenz und sodann nach dem genannten Zeitpunkt tx mit einer zweiten, für eine Vorauslösezeit
von 1,5 ms vorzugsweise 1,3- bis l,4mal höheren Frequenz zu betreiben. Während des ersten Zeitintervalls
At0x zählt die Zählschaltung die Schwingungen
des Oszillators von Null bis x, um nach dem Zeitpunkt tx den gezählten Betrag um jede Schwingung
des nunmehr mit der zweiten Frequenz arbeitenden Oszillators zu vermindern. Durch ebenfalls bekannte
Schaltmittel wird während dieses Zurückzählens beim Unterschreiten eines vorgegebenen Zählerstandes
der Auslöseimpuls erzeugt.
Sowohl beim analogen als auch beim digitalen Verfahren wird kein Auslösesignal abgegeben, wenn die
Halbwellendauer des Stromes Z1 infolge ζ λ starker
Asymmetrie zu kurz ist, d. h., wenn während des Zeitintervalls At0x der für die Auslösung zu unterschreitende
Meß- bzw. Zählwert nicht überschritten wurde. In diesem Falle erfolgt die Schalterauslösung
wie gewünscht erst in der nächsten Halbwelle des Stromes Z1.
In F i g. 3 sind Mittel zur Gewinnung der Spannungen W1 und M2 dargestellt. Der abzuschaltende Strom
Z1 erregt einen Netzstromwandler 1. Der Sekundärstrom dieses Wandlers durchfließt einen Widerstand
(Shunt) 2 und die Primärwicklung 4 eines Luftwandlers (1-Wandler) 3, an dessen Sekundärwicklung 5
die phasenverschobene Spannung M2 sowie durch
Umkehren der Anschlüsse die inverse Spannung Tu entsteht, wobei die Spannung M1 am Widerstand 2
abgenommen wird. Damit diese letztere Spannung M1 möglichst genau in Phase mit dem Strom Z1 verläuft,
ist es vorteilhaft, einen Netzstromwandler mit sehr
ίο kleinem Luftspalt (Antiremanenzwandler) zu verwenden.
An Stelle des Luftwandlers 3 kann auch ein teilweise mit Eisen bestückter Luftspaltwandler verwendet
werden, wenn seine Sekundärspannung im ganzen Strombereich ein hinreichend genaues Abbild
der Änderungsgeschwindigkeit des Stromes Z1 ist. Dei
Widerstand 2 und der Wandler 3 können klein bemessen werden, da die angeschlossene Elektronik
diese Teile höchstens mit einigen Milliwatl belastet.
An Stelle der in F i g. 3 gezeigten Anordnung ist es auch möglich, den Shunt und den !-Wandler im
Schalter selbst auf Hochspannungspotential anzuordnen und vom Strom Z1 erregen zu lassen, wobei jedoch
die Stromversorgung des dann auch auf Hochspannungspotential liegenden Vorauslösegerätes in an sich
bekannter Weise zu erfolgen hat. Unter Umständen ist es zur Vermeidung von magnetischen Störeinflüssen
zweckmäßig, den !-Wandler 3 magnetisch abzuschirmen oder diesen durch eine auch elektronisch
ausführbare Phasenschieberschaltung zu ersetzen.
Um den Auslöseimpuls auch bei einem für eine Synchronauslösung zu kleinen Strom Z1 oder beim
Strom Null erzeugen zu können, ist eine Schaltung vorgesehen, welche den Strom Z1 überwacht. Es kann
auch gemäß der Ausführungsform nach F i g. 4 die
Schaltung H vorgesehen sein, welche die Rechteckspannungen uRi und uR2 überwacht. Falls der Strom
Z1 und/oder die davon abgeleiteten Rechteckspannungen uRl und mä2 zu klein werden, bewirkt vorzugsweise
das Schwellweri-Überwachungsgerät H über den Verstärker G bei einem von außen kommenden
Auslösebefehl (Schließen des Schalters /) die die Ausschaltung des Synchronschalters.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Vorauslösegerät für Synchronschalter, bei dem ein Auslöseimpuls vom Nulldurchgang der
Summe aus einer dem abzuschaltenden Strom (/,) proportionalen ersten Spannung («,) und einer
der zeitlichen Änderungen (dixidt) des Stromes proportionalen zweiten Spannung (u.,) abgeleitet
ist, dadurch gekennzeichnet", daß Mittel
vorgesehen sind, um ein erstes Zeitintervall (At0x)
vom Nulldurchgang der zweiten Spannung (Üs)
bis zum Zeitpunkt (/λ.) des Nulldurchganges der Summe beider Spannungen zu messen und sodann
nach einem von der gemessenen Zeit abhängigen zweiten Zeitintervall (At vv) den Auslöseimpuls zu
erzeugen.
2. Vorauslösegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um
entsprechend der Dauer des ersten Zeitintervalls (At0x) eine Meßspannung (w3) linear ansteigen
und sodann nach dem genannten Zeitpunkt (rv)
wieder linear absinken zu lassen, sowie Mittel, um beim Unterschreiten eines vorgegebenen Wenes
der Meßspannung («.,) den Auslöseimpuls zu erzeugen.
3. Vorauslösegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise an den für die
Messung des abzuschaltenden Stromes (/,) vorgesehenen Mitteln (A, B) Spannungen (uRruR2)abgegriffen
sind und daß von diesen Spannungen gespeiste Mittel (H) vorgesehen sind, welche bei
einem für die Synchronauslösung zu kleinen Wert des abzuschaltenden Stromes (/,) bei einem von
außen kommenden Auslcsebcfehl gleichwohl die Ausschaltung des Synchronschalter bewirken.
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