DE2924390A1

DE2924390A1 - Schaltungsanordnung zur netzueberwachung

Info

Publication number: DE2924390A1
Application number: DE19792924390
Authority: DE
Inventors: Edwin Dipl Ing Petschenka
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1979-06-16
Filing date: 1979-06-16
Publication date: 1980-12-18
Also published as: IT1131304B; IT8022706A0; GB2053596A; FR2459568A1

Description

BROWN , BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT Mannheim 15. Juni 1979

Mp.-Nr. 5 79/79 ZFE/P3-Pn/dr

Schaltungsanordnung zur Netzüberwachung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Wechsel- bzw. Drehspannungsnetzes auf Unter- und Überspannung sowie Phasenausfall.

Die Erfindung kann beispielsweise bei der Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors Anwendung finden. Dort dient vielfach ein im Schaltbetrieb arbeitender, getakteter Leistungstransistor als Gleichstromsteller für einen Gleichstrommotor und somit zur Drehzahlregelung. In W. Bitterlich, "Einführung in die Elektronik", Springer-Verlag, Wien - New York, 1967, Seiten 390 bis 396 ist ein derartiger Einsatz eines Transistors als Schalter beschrieben.

Erfolgt die Gleichstromversorgung des Motors über ein Drahspannungsnetz und einen vorgeschalteten Bruckengleichricnter,

030051/0554

579/79 -Z*-3> 15.6.1979

so haben Spannungsschwankungen des versorgenden Drehspannungsnetzes oder auch Phasenausfälle einen großen Einfluß auf die Ansteuerung des Leistungstransistors. Bei Ausfall einer Phase beispielsweise wird der Transistor mit einem zu geringen Steuerstrom versorgt, was eine Erhöhung des

Durchlaßwiderstandes des Transistors im leitenden Zustand zur Folge hat. Daraus resultieren hohe Verlustspitzen, die zum Defekt des Transistors führen können. Die Funktion des Drehzahlregelgerätes ist also z.B. bei Ausfall einer Phase ^O nicht mehr gewährleistet, d.h. das Drehzahlregelgerät mu.3 vom Netz genommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Wechsel- bzw. Drehspannungsnetzes auf Überspannung, Unterspannung und Phasenausfall zu entwickeln, die in genügend schneller Weise gegen Netzspannungsänderungen empfindliche Verbraucher schützt und gegebenenfalls vom Netz trennt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Phase (n) des zu überwachenden Spannungssystems über einen Brückengleichrichter mit dem negativen bzw. dem positiven Eingang zweier Komparatoren verbunden ist (sind), wobei die jeweils weiteren Eingänge der Komparatoren mit Referenzspannungen beaufschlagt sind und die miteinander verbundenen Ausgänge der Komparatoren einerseits an einer Spannungsquelle liegen, andererseits über eine Dioden-Widerstand-Serienschaltung mit einem Kondensator sowie mit einem von einer Spannungsquelle beaufschlagten Widerstand verbunden sind.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin, daß die Netzüberwachung sehr schnell die sich ergebenden Netzstörungen erfaßt, was wichtig bei gegen Netzspannungsänderungen empfindlichen Verbrauchern ist. Die Schaltungsanordnung ist im Aufbau unkompliziert, wirtsehaft-

030051/0554

579/79 -X- y 15.6.1979

lieh herstellbar und funktionssicher bzw. wenig störanfällig im Einsatz.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist durch eine derartige Dimensionierung der Widerstände und des Kondensators gekennzeichnet, daß die sich bei einer Entladung des Kondensators über die Dioden-Widerstand-Serienschaltung ergebende Zeitkonstante klein im Verhältnis zu der sich bei einer Ladung des Kondensators über den weiteren Widerstand ergebenden Zeitkonstante ist. Hierdurch ergibt sich insbesondere eine sichere Erfassungs- und Auswertemöglichkeit bei Ausfall einer Phase der zu überwachenden Netzspannung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die miteinander verbundenen Ausgänge der Komparatoren mit einem Logikteil verbunden. Dieses Logikteil dient vorteilhafterweise zur Auswertung bzw. Speicherung von auftretenden Netzstörungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung zur Netzüberwachung;

Fig. 2 die zeitlichen Verläufe der Spannungen eines gleichgerichteten Drehspannungsnetzes bei Unterspannung, normaler Betriebsspannung, Überspannung und Phasenausfall.

In Fig. 1 ist ein Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung zur Netzüberwachung dargestellt. Ein zu überwachendes Drehspannungsnetz mit den Phasen R, S, T ist über Schutz- bzw.

030051/0554

579/79 - Jf - 5 15.6.1979

Vorwiderstände 1, 2, 3 mit einem Drehstrom-Brückengleichrichter₍ bestehend aus Dioden 4, 5, 6, 7, 8, 9 verbunden. Der Drehstrom-Brückengleichrichter ist gleichstromseitig über Widerstände 10 und 11 verbunden_r wobei dem Widerstand 11 eine Zenerdiode 12 parallel liegt.

Die Anode der Zenerdiode 12 ist dabei mit dem das Bezugspotential "Masse" aufweisenden Gleichstromausgang des Brückengleichrichters verbunden, während die Kathode der Zenerdiode 12 an der gemeinsamen Verbindung der einen Spannungsteiler bildenden Widerstände 10 und 11 liegt. An letzterer Verbindung sind desweiteren ein Komparator 13 mit seinem negativen Eingang und ein Komparator 14 mit seinem positiven Eingang angeschlossen.

Die zusammengeschalteten Ausgänge der beiden Komparatoren 13 und 14 liegen an einem Vorwiderstand 15 sowie an der Kathode einer Diode 16. Der Vorwiderstand 15 liegt mit seinem weiteren Anschluß an einer Spannungsguelle mit der Spannung U,.

Die Anode der Diode 16 ist an einen Widerstand 17 angeschlossen, der über seinen weiteren Anschluß einerseits mit einem Widerstand 18, andererseits mit einem auf Massepotential liegenden Kondensator 19 verbunden ist. Der Widerstand 18 ist an eine Spannungsquelle mit der Spannung U„ angeschlossen.

Der positive Eingang des Komparators 13 liegt am gemeinsamen Verbindungspunkt zweier Widerstände 20 und 21, wobei Widerstand 20 von einer Spannungsquelle mit der Spannung U_ beaufschlagt wird und Widerstand 21 auf Massepotential liegt. Der negative Eingang des Komparators 14 liegt am gemeinsamen Verbindungspunkt zweier Widerstände 22 und 23, wobei der Widerstand 22 von einer Spannungsquelle mit der Spannung U. versorgt wird und Widerstand 23 auf Massepotential liegt.

Die Komparatoren 13 bzw. 14 werden also über ihren positiven

030051/0554

579/79 -ST- t '15.6.1979

bzw. negativen Eingang mit Referenzspannung beaufschlagt, wobei die Referenzspannungen je nach gewähltem Spannungswert U, bzw. U. und gewählten Widerstandswerten der Widerstände 20 ... 23 einstellbar sind.
5

Der Versorgungseingang des Komparators 13 ist mit einer Spannungs LL· beaufschlagt, während der Versorgungseingang des Komparators 14 auf Massepotential liegt. Die zusammengeschalteten Ausgänge der Komparatoren 13, 14 sind einem Logikteil 24 zugeleitet.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Schaltungsanordnung zur Netzüberwachung beschrieben. Hierzu sind in Fig. 2 die zeitlichen Verläufe der Spannungen eines gleichgerichteten Drehspannungsnetzes dargestellt, wobei im Bereich I der Fall "Unterspannung", im Bereich II der Fall "normale Betriebsgleichspannung", im Bereich III der Fall "Überspannung" und im Bereich IV der Fall "Ausfall einer Drehstromphase" gezeigt ist.

Der Fall "Unterspannung des speisenden Drehspannungsnetzes" liegt definitionsgemäß immer dann vor, wenn die Minimalwerte (=Spannungseinbrüche) der aus der gleichgerichteten Drehspannung resultierenden welligen Gleichspannung eine vorgegebene Spannungsschwelle U gerade erreichen bzw. unterschreiten (Bereich I). Der Fall "Überspannung des speisenden Drehspannungsnetzes" liegt definitionsgemäß dann vor, wenn die Scheitelwerte der welligen Gleichspannung eine vorgegebenen Spannungsschwelle U.. gerade erreichen bzw. überschreiten (Bereich III).

Der Fall "normale Betriebsspannung des speisenden Drehspannungsnetzes" ist definitionsgemäß immer dann gegeben, wenn sowohl die Minimalwerte als auch die Scheitelwerte der welligen Gleichspannung innerhalb des durch die vorgegebenen Spannungsschwellen U und U_r abgegrenzten Spannungsbandes liegen (Bereich II).

030051 /0554

579/79 - ff - "} 15.6.1979

Beim Fall des Bereichs IV "Ausfall einer Drehstromphase" liegen zwar die Scheitelwerte der Halbwellen innerhalb des Spannungsbandes, die Minimalwerte der welligen Gleichspannung unterschreiten jedoch die Spannungsschwelle U , so daß im Bereich IV ebenfalls eine Unterspannung vorliegt.

Die Schaltungsanordnung zur Netzüberwachung spricht sowohl auf den Fall "Überspannung", als auch auf den Fall "Unterspannung" bzw. "Phasenausfall" an. Die Einstellung der Spannungsschwellen U.. bzw. U erfolgt dabei mittels der Spannungen U_ bzw. U. über die entsprechenden Widerstände 20/21 bzw. 22/23. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel überwacht also der Komparator 13 das Netz auf Überspannung sowie der Komparator 14 das Netz auf Unterspannung und Phasenausfall.

Die Widerstände 1, 2, 3 dienen zur Herabsetzung der zu überwachenden Drehspannungen. Die nach dem Drehstrom-Brückengleichrichter (4, 5, 6, 7, 8, 9) anstehende Gleichspannung wird durch den Spannungsteiler 10/11 herabgeteilt und den Komparatoren 13, 14 zugeführt, wobei die Zenerdiode 12 die Komparatoren 13, 14 gegen zu hohe Spannungsspitzen schützt.

Die Spannungen U₁ und U„ sowie die Widerstände 15, 17 und sind so ausgewählt, daß bei Vorliegen normaler Betriebsspannung im Drehspannungsnetz (d.h. die Komparatoren 13 und 14 haben nicht angesprochen und befinden sich im Sperrzustand) kein Stromfluß über die Diode 16 auftritt (d.h. Diode 16 sperrt ebenfalls). Im Falle des Eintretens einer Netzstörung d.h. Überspannung bzw. Unterspannung oder Phasenausfall, schaltet der entsprechende Komparator 13 bzw, 14 durch. Erreicht bzw. überschreitet die wellige Gleichspannung die Spannungsschwelle U.., so schaltet Komparator 13 durch, erreicht bzw. unterschreitet die wellige Gleichspannung die Spannungsschwelle U , so schaltet Komparator 14 durch. In beiden Fällen entlädt sich der von der Spannungsquelle U„ über den Widerstand 18 aufgeladene Kondensator 19 über den Widerstand 17

Q30051/0554

579/79 -/T- 8 15.6.1979

und die durchgeschaltete Diode 16 in den entsprechenden Ausgang des durchgeschalteten Komparators 13 bzw. 14, und zwar mit einer Zeitkonstanten T, = C,„ . R₁₇, wobei C,_q der Kapazität des Kondensators 19 und R, - dom Widerstandswert des Widerstandes 17 entsprechen.

In den Fällen "Überspannung" oder "Unterspannung" schaltet der entsprechende Komparator 13 oder 14 jeweils dann durch, wenn der maximale bzw. minimale Augenblickswert der gleichgerichteten Netzspannung die jeweiligen Grenzwerte U.. oder U gerade erreichen. Die dabei entstehende periodische Meldung wird durch die Bauelemente 17, 18, 16 und 19 zu einer konstanten Meldung umgeformt.

Im Fall "Phasenausfall" schwankt der Wert der welligen Gleichspannung im Takt der Netzperiode ständig zwischen einem Scheitelwert, der im normalen Betriebsspannungsband liegt, und einem Minimalwert, der unterhalb der Schwellspannung U Liegt. Der Komparator 14 schaltet in diesem Fall im Takt der Netzperiode ständig vom Sperrzustand in den leitenden Zustand um und umgekehrt. Während der Leitdauer des Komparators 14 wird der Kondensator 19 über den Widerstand 17 entladen, wie oereits beschrieben. Während der Dauer des Sperrzustandes des Komparators 14 wird der Kondensator 19 über den Widerstand 18 wieder nachgeladen. Der Widerstandswert R₀ des Widerstandes 18 ist

dabei so groß zu wählen, daß die Zeitkonstante T des Ladevorganges T„ = C _n . R₀ groß im Verhältnis zur Zeitkonstan:en /. iy ίο

T, des Entladevorganges ist, d. h. T muß größer als eine Periodendauer des Drehspannungssystems sein. Damit wird erreicht, daß eine Alarmmeldung "Phasenausfall" ständig erhalten bleibt und nicht im Periodentakt des Drehspannungsnetzes ansteh-: und verlöscht.

Die Alarmmeldungen "Phasenausfall" wie auch "Unterspannung" oder "Überspannung" werden mittels des Logikteils 24 erfaßt und ausgewertet. Das Logikteil 24 wertet die an den miteman-

03005' /0554

579/79 - & - ^ 15.6.1979

der verbundenen Ausgängen der Komparatoren 13 bzw. 14 anstehenden Spannungspegel aus, d.h. im einfachsten Fall kann das Logikteil 24 die sich bei durchgeschaltetem Komparator 13 bzw. 14 ergebende Spannung von der sich bei gesperrten Komparatoren 13 und 14 einstellenden Spannung unterscheiden und entsprechende Ausgangs impulse abgeben. Das Logikteil 24 trennt bei Eintritt einer Netzstörung den gegen Netzspannungsänderunqen empfindlichen Verbraucher vom Netz. Gleichzeitig speichert es den Netzstörungs-Vorfall und zeigt ihn an.

Nach Beendigung der Netzstörung ist keine automatische Zuschaltung des abgetrennten Verbrauchers vorgesehen. Ein erneutes Zuschalten des Netzes ist nur durch manuelle Betätigung eines Tasters möglich (nicht dargestellt). Damit wird sichergestellt, daß eine Störung des speisenden Netzes dem Bedienungspersonal mitgeteilt wird. Selbstverständlich ist jedoch bedarfsweise auch eine automatische Zuschaltung des abgetrennten Verbrauchers nach abgeklungener Netzstörung möglich.

Ü 300 51 /0554

Claims

5 79/79 15. Juni 19 79

ZFE/P3-Pri/dr

Ansprüche

f 1. !Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Wechsel- bzwV—D^ehspannungsnetzes auf Unter- und Überspannung sowie Phasenausfall, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase (n) des zu überwachenden Spannungssystems über einen Brückengleichrichter mit dem negativen bzw. dem positiven Eingang zweier Komparatoren (13, 14) verbunden ist (sind), wobei die jeweils weiteren Eingänge der Komparatoren (13, 14) mit Referenzspannungen beaufschlagt sind und die miteinander verbundenen Ausgänge der Komparatoren (13, 14) einerseits an einer Spannungsquelle liegen, andererseits über eine Dioden (16)-Widerstand (17)-Serienschaltung mit einem Kondensator (19) sowie mit einem von einer Spannungsquelle beaufschlagten Widerstand (18) verbunden sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Dimensionierung der Widerstände (17, 18) und des Kondensators (19), daß die sich bei einer Entladung des Kondensators (19) über die Dioden (16)-Widerstand (17)-Serienschaltung ergebende Zeitkonstante klein im Verhältnis zu der sich bei einer Ladung des Kondensators (19) über den weiteren Widerstand (18) ergebenden Zeitkonstante ist.
3. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der
vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander verbundenen Ausgänge der Komparatoren (13, 14) mit einem Logikteil (24) verbunden sind.
030051/0554
ORIGINAL INSPECTED