DE1138148B

DE1138148B - Schaltungsanordnung zur Betriebsueberwachung von Bauelementen

Info

Publication number: DE1138148B
Application number: DES70723A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Ingo Pritsching; Dipl-Ing Hildegard Schau Thoma
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-09-30
Filing date: 1960-09-30
Publication date: 1962-10-18

Description

Schaltungsanordnung zur Betriebsüberwachung von Bauelementen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung anordnung zur Betriebsüberwachung von Bauelementen der Versorgungs-, Signal-, Steuer- und Regeltechnik. Solche Bauelemente können Röhren, Transistoren, Gleichrichter, Induktivitäten, Kapazitäten, Widerstände od. dgl. sein.
Es ist bekannt, die Betriebswerte solcher Bauelemente durch Überwachungsschaltungen zu überprüfen und bei Betriebsausfall des einen oder anderen Bauelementes Schaltmaßnahmen auszulösen. Es ist bekannt, Überwachungen dieser Art beispielsweise mittels elektrischer Schmelzsicherungen oder magnetischer Überstromsicherungen durchzuführen. Die Auslösung der Sicherung kann dabei durch Schalt-oder Anzeigemittel optisch oder akustisch wahrnehmbat gemacht werden. Auch kontaktlose logische Elemente sind bereits in Betriebsüberwachungsschalzungen als Schaltfehlerschutz verwendet worden.
Besondere elektronische, mit Taktgebern zusammenarbeitende Überwachungsschaltmittel, die ebenfalls bekannt sind, gewährleisten das Abschalten defekter Bauelemente, soweit sie von Wechselströmen durchflossen werden, beim Stromnulldurchgang des Wechselstromes, also bei einem Zeitpunkt, wo die Kontaktbelastung der Schaltmittel am geringsten ist.
Viele hochwertige und deshalb teuere Bauelemente, insbesondere auf Halbleiterbasis, wie Transistoren und Gleichrichter, sind überstrom- bzw. überspannungsempfindlich, und ihre dauernde Betriebsfähigkeit in bestimmten Schaltungen ist nicht mit Sicherheit gewährleistet, wenn sie auch nur kurzzeitig Uberstrom- oder Überspannungsspitzen ausgesetzt sind.
Auch Ströme oder Spannungen, die die für diese Bauelemente zulässige Normalgröße nicht überschreiten, können unter ungünstigen Umständen, z. B. bei erhöhten Temperaturen, ein Defektwerden dieser Bauelemente hervorrufen. Bei industriellen Steuerschaltungen, in denen vorwiegend Halbleiterbauelemente eingesetzt sind, kann der Ausfall einer Halbleiterstufe oder -gruppe unter Umständen zu erheblichen Produktionsausfällen führen, und bei medizinischen Behandlungen mit Geräten und Apparaten, die Bauelemente solcher Art enthalten, können unter IJmständen lebenserhaltende therapeutische Behandlungen folgenschwere Unterbrechungen erfahren. Das gilt besonders bei Beatmungsgeräten mit mechanischen und/oder elektronischen Steuereinrichtungen.
Viele der obenerwähnten Bauelemente ändern ihre Betriebswerte im Laufe der Zeit beispielsweise durch Alterung bzw. durch Veränderung ihrer Leckströme.
Solche Bauelemente ändern unter Umständen auch nur relativ kurze Zeit ihre Betriebssollwerte, z. B. unter dem Einfluß erhöhter Temperatur oder Feuchte; sie können aber beim Normalisieren dieser äußeren Einflüsse an sich weiter betriebsfähig und daher weiter verwendbar sein.
Das angegebene Betriebsverhalten der Bauelemente erfordert eine ständige, betriebsmäßige, also dynamische Überwachung ihrer Betriebswerte und die Auslösung von Schaltmaßnahmen, zumindest Anzeigemaßnahmen, beim Abweichen der Betriebswerte der Elemente von den ihnen vorgegebenen Sollwerten.
Die Erfindung bezieht sich somit auf eine Schaltungsanordnung zur Betriebsüberwachung von Bauelementen der elektrischen Versorgungs-, Signal-, Steuer- und Regeltechnik, wie z. B. Röhren, Transistoren, Gleichrichtern, Induktivitäten, Kapazitäten und Widerständen, die bei dauernden oder zeitweiligen Abweichungen ihre Betriebswerte von den vorge gebenen Sollwerten zufolge von Fehlleistungen Schalt-oder Anzeigemittel beeinflussen. Bei einer solchen Schaltungsanordnung besteht die Erfindung darin, daß zur dynamischen Überwachung der Betriebswerte aller oder einer Gruppe der Bauelemente kontaktlose logische Elemente in Verbindung mit elektronischen Taktgebern verwendet sind, deren Prüftaktfolgezeit groß und deren Prüftaktdauer klein gegenüber der Fehlleistungszeittoleranz der zu überwachenden Bauelemente gewählt ist.
Die Erfindung gewährleistet, daß auch noch die verwendeten Uberwachungs- und Steuermittel auf fehlerfreies Arbeiten laufend kontrolliert werden. Das bedeutet, daß nicht nur der Starkstromkreis allein überwacht wird, sondern auch noch die aus Halbleiterbausteinen gebildete tYberwachungseinrichtung selbst. Dabei ist die Überwachungseinriehtung so ausgebildet, daß der Störungsanspreehfall der gesamten elektronischen Einrichtung jeweils periodisch für einige Mikrosekunden nachgebildet wird, wobei bei jeder dieser periodischen Strömungsnachbildungen kontrolliert wird, ob die Überwachungseinrichtung das zu leisten imstande ist, was beim Auftreten einer »wirklichen« und nicht nur simulierten Störung von ihr gefordert wird. Dieser periodische Störungssimulierbetrieb wird dabei nur eine derart kurze Zeit aufrechterhalten, daß die am Ende derÜberwachungsschaltung vorgesehenen Ab schalt- bzw. Störung meldemittel noch nicht ansprechen. Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, daß die Überwaehungsschaltmittel sich ständig selber überwachen. Es liegt also eine »dynamische« Überwachung vor, bei der ständig Störungssimulierimpulse durch die Überwachungseinriehtung verarbeitet werden, die das Ansprechen der einzelnen Bauelemente bewirken, wobei das Ansprechen dieser Bauelemente ein Kriterium für die ordnungsgemäße Funktion der Überwachuugseinrichtung ist.
Die Überwachungsmittel können so ausgebildet sein, daß sie, selbst bei kurzzeitigen Ausfallen solcher Bauelemente, Schaltmaßnahmen zur Abtrennung des betreffenden Bauelementes aus der Schaltung und damit eine Stillsetzung der sie enthaltenden Schaltung herbeiführen. Die Überwaehungsraittel können aber auch so auf Schaltmittel einwirken, daß nach Herausschaltung des betreffenden Bauelementes die Einschaltung eines betriebsfähigen Ersatzelementes erfolgen kann. Die letzterwähnte Lösung ist besonders bei den oben angeführten betriebsnotwendigen Schaltungsanordnungen angebracht.
Es ist natürlich nicht notwendig, jedes einzelne Bauelement in den verwendeten Schaltungen auf die angegebene Weise zu überwachen, sondern es kann genügen, eine größere Anzahl oder zumindest eine Gruppe derartiger Bauelemente, deren Ausfall schwerwiegende Folgen nach sich ziehen könnte, in einer allen diesen Bauelementen gemeinsamen Überwachungsschaltung auf Funktionstüchtigkeit dauernd zu prüfen.
Besteht beispielsweise die Aufgabe, in dem Stromkreis I der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 die Betriebstüchtigkeit des Kondensators C1 und/oder in dem Stromkreis II die richtige Arbeitsweise des Widerstandes RI des Spannungsteilers RI, R11 zu überwachen, so wird entsprechend der zeichnerischen Darstellung bei Kurzschluß des Kondensators C1 am Punkt V eine (negative) Signalspannung (L-Signal) anstehen. Beim Defektwerden des WiderstandesRI wird dieser hochohmiger, so daß bei dieser Fehlleistung am Punkt W sich Signal ergibt. Die Signalspannung an V (L-Signal) wird über eine entsprechend gepolte Diode D dem Odereingang E 1 einer monostabilen Kippstufe GM zugeführt, während die Signalspannung an W (0-Signal) über eine Umkehrstufe N in ein L-Signal umgeformt und auf den zweiten Odereingang E2 der Kippstufe GM gegeben wird.
Bei Fehlleistungen des Kreises 1 und/oder des Kreises II wird somit die KippstufeGM angestoßen, die über ihren AusgangA das Gedächtnis M über dessen Eingangll setzt. Am Ausgang A 1 des Gedächtnisses M erscheint somit Dauer-L-Signal, auch wenn die L-Signale an den Eingängen El bzw. E2 der Kippstufe GM verschwinden sollten. Der Aus- gang A 1 des Gedächtnisses M beeinflußt die Leistungssstufe P, deren Ausgang A 0-Signal führt, sobald am Ausgang A 1 des Gedächtnisses M L-Signal ansteht. Bei Dauer-0-Signal am Ausgang der Leistungsstufe P wird die SpuleS eines Schaltschützes erregt dessen Kontakte sl und s2 dann in den Stromkreisen I und II geöffnet werden. Über eine Umkehrstufe N, die an den Ausgang A der Leistungsstufe P angeschlossen ist, kann bei Erregung der Spule S das 0-Signal am Ausgang der Leistungsstufe P in ein L-Signal am Ausgang der Umkehrstufe N umgewandelt werden und über eine folgende P-Stufe die Signallampe L gezündet werden, so daß gegebenenfalls Überwachungspersonal auf einen Betriebsfehler in den Stromkreisen I bzw. II hingewiesen wird.
Zur dynamischen Prüfung der verwendeten Überwachungsmittel GM, M, P, N dient ein Generator G, z. B. eine astabile Kippschaltung, die an ihren Ausgängen A 1 und A 0 abwechselnd, vorzugsweise je für die Dauer einiger Mikro- oder Millisekunden, Signalspannung abgibt. Sind die Bauelemente der zu überwachenden Stromkreise I und II voll betriebsfähig, so steht an den Odereingängen El und E2 der monostabilen Kippstufe GM an sich 0-Signal an. Der Ausgang A 1 des Generators G ist aber über einen Kondensator C 2 mit dem Punkt V verbunden, während sein Ausgang A 0 mit dem Löscheingang 01 des Gedächtnisses M in Verbindung steht. Gibt der Ausgang A 1 des Generators G L-Signal ab, so liegt an seinem Ausgang A 0 0-Signal. Das kurze L-Signal des Ausgangs A 1 gelangt über den Kondensator C 2 und die DiodeD auf den Odereingang E 1 der Kippstufe GM, so daß das Gedächtnis M über seinen Eingang 11 gesetzt wird. Das Setzen des Gedächtnisses M hat - wie schon dargelegtzur Folge, daß die LampeL gezündet wird. Nach einigen Mikro- oder Millisekunden Dauer verschwindet das Signal am Ausgang A 1 des Generators und erscheint an seinem AusgangA 0, wodurch das Gedächtnis M wieder gelöscht wird. Das wiederholte kurzzeitige Setzen und Löschen des Gedächtnisses M durch die Prüfsignalimpulse läßt wohl die Lampe L aufleuchten, bewirkt aber wegen der Trägheit des mechanischen Endschalters keinen Schaltvorgang des Schützes S.
Die Anzahl der zu überwachenden Stromkreise 1 und II kann beliebig vergrößert werden, wobei lediglich die Anzahl der Odereingänge der Kippstufe GM mitwächst. Es ist auch möglich, mehrere Kippstufen GM vorzusehen, deren Ausgänge verschiedene Setzeingänge eines oder mehrerer Gedächtnisse M ansteuern.
Mittel zur weiteren Durchführung von entsprechenden Überwachungsmaßnahmen sind in der nachfolgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispieles bzw. in den Ansprüchen im einzelnen hervorgehoben.
Bei der Fehlerüberwachung von Gleichrichtern ist es das Ziel, den Durchschlag der Einzelzellen einer Siliziumgleichrichtersäule in Graetzschaltung zu überwachen und bei auftretenden Fehlern im Durchlaß-und Sperrverhalten dieser Gleichriehterelemente zwei Trennschalter phasenriehtig, d. h. im Stromnulldurchgang des Speisewechselstromes, durch Überwaehungsmittel zu öffnen, welche sich ständig selbst auf Funktionstauglichkeit überprüfen. In der Fig. 2 ist die Schaltungsanordnung des Gleichrichters veranschaulicht, und in den Fig. 3 sowie 4 sind die Prüfschaltmittel dargestellt. In den Fig. 5 und 6 sind Abwandlungen der in der Fig. 4 gezeigten Prüfschaltung dargestellt, während die Fig. 7 Diagramme a bis h über das zeitliche Zusammenwirken der Prüfschaltmittei enthält.
In der Fig. 2 ist der Transformator Tr primärseitig mit dem Wechselstromnetz und sekundärseitig mit der einen Diagonale einer in ihren Zweigen bis d Gleichrichterelemente Gl enthaltenden Brücke verbunden. Von den beiden anderen Brückendiagonalpunkten, die mit » t « und » - « bezeichnet sind, wird die gleichgerichtete Spannung abgenommen und über die Glättungsdrossel L 1 einem Motor F, beispielsweise dem Fahrmotor einer elektrischen Lokomotive, zugeführt. Die Brückenzweige a bis d enthalten je vier Siliziumgieichrichterelemente Gla, Glb, Glc und Gld.
Parallel zu der Serienschaltung der Gleichrichter Gla, Glb, Glc, Gld ist jeweils eine Kondensatorbatterie Ca, Cb, Cc bzw. Cd geschaltet. Die Verbindungspunkte zwischen je zwei Gleichrichterelementen und je zwei Kondensatoren sind in jedem der Brückenzweige durch die Primärseite eines Wandlers A, B, C oder D überbrückt. Die Verbindung der Gleichrichterbrückenzweige b und d ist aufgetrennt, der Stoßpunkt der Zweige b und d also nicht unmittelbar mit der Sekundärseite des Transformators T verbunden, sondern jeder der beiden Zweigpunkte ist getrennt über je einen Wandler X bzw. Y sowie über Schalterkontakte Sx bzw. Sy an die Sekundärseite des Transformators angeschlossen. In der einen Halbperiode des Speist wechselstromes ist bei geschlossenen Schaltern der Scbalterkontakt Sx stromführend und in der anderen Halbperiode der Schalterkontakt Sy. Die Wandler X und Y geben über ihre jeweiligen sekundärseitigen Ausgangsklemmen Wechselspannungen ab, die dem Stromfluß entsprechen. Die Fig. 7 veranschaulicht unter c und d den zeitlichen Verlauf dieser Spannungen.
Zur Überwachung des ordnungsgemäßen Arbeitens der Siliziumgleichrichterzellen in den Brückenzweigen ci bis d der Fig. 2 wird deren Sperrspannung benutzt. Die Kondensatornachbildungen Ca, Cb, Cc und Cd der Gleichrichtergruppen Gla, Gelb, Glc und Gld sind so bemessen, daß an den Primäreingängen der Wandler A, B, C, D bei richtigem Arbeiten der Gleichrichterzellen keine Spannung auftritt. Fällt jedoch eine der Zellen in den Zweigen a, b, c oder d aus, so ergibt sich in der Sperrphase an dem jeweiligen Wandkern, B C oder D eine Spannung, deren zeitlicher Verlauf in der Fig. 7, a bzw. b veranschaulicht ist.
Wird von einem der Wandler, z. B. dem Wandler A, über seine Sekundärwicklung bei Zellendurchschlag im Zweig a Spannung gegeben, so soll der Schalter Sx geöffnet werden, während der Schalter Sy bei der nächsten Halbwelle geöffnet werden soll. Das Öffnen und Schließen der Schalterkontakte Sx und Sy erfolgt elektromagnetisch über die Schützspulen Xs und Ys.
Die Lösung dieser Aufgabe veranschaulichen die folgenden Fig. 3 bis 6.
In der Fig. 3 ist der Wandler A veranschaulicht, der primärseitig, wie in Fig. 2 dargestellt, im Brückenzweig a liegt. Die eine seiner beiden sekundärseitigen Klemmen ist über ein geschirmtes Verbindungskabel V und einen Widerstand R 2 mit dem Eingang El einer monostabilen Kippstufe GM verbunden. Die andere Anschlußklemme der Sekundärwicklung des Wandlers A ist geerdet. Der Eingang El der Kippstufe GM ist weiterhin über einen Widerstand R 3 mit dem negativen Pol N einer Gleichspannungsquelle verbun- den, deren positiver Pol M geerdet ist. Auch die SchirmungenSch sowohl des Wandlers als auch des Verbindungskabels sind geerdet. Jeder der WandlerA, B, C, D (Fig. 2) wirkt auf die zu Fig. 2 beschriebene Weise auf eine monostabile Kippstufe GM ein. Gibt der Wandler Spannung ab, so wird der Ausgang der Kippstufe erregt, und am Ausgang A 1 liegt während der Erregungsdauer Signalspannung. Tritt auf der Verbindungsleitung zwischen dem Wandler und der Kippstufe GM eine Leitungsunterbrechung auf, so gehangt über den negativen Spannungspol N (Fig. 3) Minuspotential an den Eingang der monostabilen Kippstufe GM, so daß selbst bei Leitungsunterbrechung zwischen Wandler und Kippstufe am Ausgang der Kippstufe (Fehl-) Signal erscheint.
Wie in der Fig. 4 dargestellt, wirken jeweils zwei WandlerA und B bzw. C und D auf eine gemeinsame monostabile Kippstufe GM ein, und zwar die Wandler A und B auf die Kippstufe GM 1 und die Wandler C und D auf die Kippstufe Um 2. Die Wandler A, B bzw. C, D sind jeweils über Odergatter mit diesen Kippstufen GM 1 und GM 2 verbunden, so daß an deren Ausgängen A 1 jeweils dann Signal erscheint, wenn einer der Wandler A oder B bzw. C oder D sekundärseitig Spannung abgibt.
Auf die in Fig. 3 veranschaulichte Weise wirken auch die Wandler X und Y (Fig. 2) jeweils auf monostabile Kippstufen GM3 bzw. GM4 ein. Das hat zur Folge, daß die Kippstufen GM3 bzw. GM4 an ihren Ausgängen A 1 Signal führen, sobald und solange die Wandler X oder Y Spannung abgeben. Der Ausgang A 1 der Kippstufe GM 1 ist mit dem Setzeingang 12 der als Gedächtnis arbeitenden bistabilen Kippstufe All verbunden; ebenso ist der AusgangA 1 der Kippstufe GM 2 mit dem Setzeingang 12 des entsprechenden Gedächtnisses M2 verbunden. Der Ausgang A 1 des Gedächtnisses M1 ist über die Leistungsstufe P 1 mit der Schützspule Xs (s. auch Fig. 2) verbunden, deren andere Klemme mit dem negativen Pol N der Stromversorgungsgleichspannungsquelle verbunden ist.
Der Ausgang A 1 des Gedächtnisses M2 ist über die Leistungsstufe P2 und die Schützspule Ys (s. auch Fig. 9) an das negative Potential N gelegt.
Der Ausgang A 1 des Gedächtnisses M1 ist weiterhin mit dem Setzeingang 11 des GedächtnissesM2 verbunden ebenso ist der Ausgang A 1 des Gedächtnisses M2 mit dem Setzeingang 11 des Gedächtnisses All verbunden. Die Eingänge 11 und 12 beider Gedächtnisse M1 und M2 sind als Odergatter ausgebildet. Am jeweiligen AusgangA 1 der Gedächtnisse erscheint somit stets dann Dauersignal, wenn einer der beiden Eingänge 11 bzw. 12, wenn auch noch so kurzzeitig, Signal führt. Jedes der beiden Gedächtnisse M 1 und M2 besitzt weiterhin drei Rückstelleingänge 01, 02 und 03, die ebenfalls als Odergatter ausgebildet sind, so daß eine Löschung bzw. Sperrung der Gedächtnisse Ml bzw. M2 2 möglich ist, sobald einer der Rückstelleingänge Ol bis 03 Signal erhält bzw. führt. Der Rückstelleingang 02 des Gedächtnisses Ml ist mit dem Ausgang A 1 der Kippstufe GM 3 und der Rückstelleingang 02 des Gedächtnisses M2 2 mit dem AusgangA1 der KippstufeGM4 verbunden. Die Ausgänge A 1 der Kippstufen GM 3 und Um 4 wirken außerdem auf ein Undgatter U, dessen Ausgang mit beiden Rückstelleingängen 03 der GedächtnisseM1 und M2 verbunden ist. Der AusgangA des Undgatters U führt demzufolge nur dann Signal, wenn beide Eingänge 11 und 12 des Undgatters gleichzeitig Signal führen. Der AusgangA 1 der Kippstufe GM3 ist außerdem mit dem Eingang einer Zeitstufe K 1+ TK 1 verbunden, ebenso der Ausgang A 1 der Kippstufe GM 4 mit dem Eingang der Zeitstufe K 2 + TK 2. Die Ausgänge A 2 dieser Zeitstufen wirken über ein Odergatter auf die monostabile Kipp stufe K 3 ein, deren Ausgang A 1 an die Löscheingänge 01 der Gedächtnisse M1 und M2 2 gelegt ist.
Der Ausgang A 1 der ZeitstufeK1+TK1 führt an den Eingang E 1 der Kippstufe GM2, der Ausgang Al der ZeitstufeK2+TK2 an den EingangEl der Kippstufe GM 1. Weiterhin ist der Ausgang A des Undgatters U noch an den Eingang der monostablilen Kippstufe K4 gelegt, deren Ausgang über die Leistungsstufe P 5 die Lampe L 3 setzen kann.
Zur optischen Signalanzeige ist der Ausgang A 0 der Leistungsstufe P 1 über die Urakehrstufe N 1 an den Setzeingang 11 des Gedächtnisses M3 gelegt, während der Ausgang A 0 der Leistungsstufe P2 über die Umkehrstufe N 2 den Rückstelleingang 01 des Gedächtnisses M3 beeinflußt, dessen Ausgang über die Leistungsstufe P 3 die Lampen1 und dessen AusgangA0 über die LeistungsstufeP4 die Lampen2 steuert.
Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 ist folgende: Erscheint am Ausgang des Wandlers A oder B (Fig. 2) Spannung, so wird die Kippstufe GM1 zum Ansprechen gebracht. Am Ausgang Al dieser Kippstufe erscheint Signal, das über den Eingang 11 das Gedächtnis Ml setzt. Dadurch führt der Ausgang A 1 des Gedächtnisses M1 ebenfalls Signal, das am Eingang E der Leistungsstufe P 1 erscheint. Der Ausgang A 0 der Leistungsstufe P1 führt somit 0-Signal, so daß die Schützspule Xs erregt und der Schalter Sx (Fig. 2) geöffnet wird. Diese Schalteröffnung ist aber nur dann möglich, wenn der WandlerX (Fig. 2) keine Spannung abgibt, also primärseitig stromlos ist, was jedoch nur im Stromnulldurchgang des Speisewechseistromes der FalI ist. Nur dann ist nämlich durch fehlendes Signal am Ausgang'4 1 der KippstufeM3 der Rückstelleingang 02 des Gedächtnisses M1 unbesetzt. Auch wenn eine Leitungsunterbrechung eingetreten ist, kann das dadurch gesetzte Gedächtnis M1 erst dann an seinen Ausgang A 1 Schaltsignal geben, wenn die Kippstufe GM3 am Ausgang A 1 kein Signal mehr führt.
Sobald der Schalterkontakt Sx geöffnet ist, muß in der nächsten Halbperiode der Schalter Sy öffnen, weil, sobald am Ausgang A 1 des Gedächtnisses M 1 Signal erscheint, auch das Gedächtnis M2 über seinen Eingang 11 gesetzt wird und demzufolge auch der Ausgang A 1 des Gedächtnisses M2 Signal führt. Eine Erregung der Schützspule Ys über die Leistungsstufe P 2 kann jedoch erst dann erfolgen, wenn die Kippstufe GM 4 den Löscheingang 02 des Gedächtnisses M2 freigibt. Dies ist aber nur in der stromlosen Phase des Wandlers Y möglich.
Um die ständige Betriebsbereitschaft der verwendeten Überwachungsbauelemente zu sichern, ist eine dynamische Funktionsüberwachung dieser Bauteile vorgesehen: Die Ausgänge A 1 der Kippstufe GM 3 und GM 4 wechseln im Takt der Netzfrequenz abwechselnd ihren Schaltzustand. An deren Ausgängen erscheint also abwechselnd Signal und Nichtsignal. Führt z. B. die Kippstufe GM4 zu einer bestimmten Zeit an ihrem Ausgang Al Signal, so wird damit die Zeitstufe K2+TK2 an ihrem Ausgang zur Abgabe eines sehr kurzen, etwa 1 Promille der Periodenzeit, also etwa 20 Fs, dauernden Signals veranlaßt. Dieses Signal wird auf den Odereingang E 1 der Kippstufe GM1 gegeben. Dadurch wird das Gedächtnis M1 über den Eingang 11 gesetzt, und an seinem Ausgang A 1 erscheint Signal, was dazu führt, daß am AusgangA0 der LeistungsstufeP1 für die Dauer dieser Zeit das Signal verschwindet. Während dieser Zeit führt der AusgangA 0 der Umkehrstufe N 1 Signal, und das Gedächtnis M3 wird über seinen Eingang 11 gesetzt. Am Ausgang A 1 des Gedächtnisses M3 liegt damit Signal an, und über die Leistungsstufe P3 wird die Lampe L 1 gezündet. Nach Ablauf der Zeit von 20 ps verschwindet am Ausgang A 1 der Zeitstufe K2+TK2 das Signal, aber an seinem AusgangA 2 erscheint es. Gleichzeitig mit diesem Signal am AusgangA2 der ZeitstufeK2+TK2 wird die monostabile Kippstufe K3 erregt, die ein ebenfalls sehr kurzes Signal von etwa 20 Fs an ihrem Ausgang 1 abgibt und dadurch über den Rückstelleingang 01 das Gedächtnis M1 löscht. Am Ausgang A 1 des Gedächtnisses M1 verschwindet das Signal, die Leistungsstufe Pl führt an ihrem Ausgang wieder Signal, während die Umkehrstufe N 1 an ihrem Ausgang 0-Signal führt. Das Gedächtnis M3 bleibt dagegen nach wie vor gesetzt.
Bei der nächsten Halbwelle des Speisewechselstromes führt die Kippstufe GM3 an ihrem Ausgang Al Signal, dabei läuft der zuvor beschriebene Vorgang ab, jedoch über die Zeitstufe K 1 + TK 1, die Kippstufe GM 2, das Gedächtnis M 2, die Leistungsstufe P2 und die Umkehrstufe N 2. Letztere führt dann an ihrem Ausgang A 1 Signal, das das Ge dächtnis M3 über den Rückstelleingang 01 löscht, so daß nur seinAusgangA Signal führt und die Lampe L2 zum Ansprechen bringt. Das GedächtnisM3 wird somit im Takt der Netzfrequenz umgeworten und die Lampen L 1 und L2 blinken bei diesem Takt wechselnd auf. Ist jedoch irgendein Bauteil defekt geworden, so gibt eine der beiden Lampen1 oder L2 Dauerlicht, oder es brennt keine. Die sehr kurze Prüfzeit von zweimal 10 Fs stört die Gesamtübertragung nicht, weil die Schalter Sx und Sy in dieser kurzen Zeit nicht betätigt werden können. Auf diese Weise wird somit eine dauernde dynamische Funktionsüberwachung aller Steuer- und Schaltelemente sichergestellt.
Das Undgatter U hat die Aufgabe, ein Schalten während der Übergangszeit (Kommutierungszeit) tk (Fig. 6, c, d) zu verhindern. Für die Dauer dieser Zeit können durch das Undgatter U die Gedächtnisse M 1 und M2 2 gesperrt werden. Die LampeL3 gibt ebenfalls »Flackerlicht«, solange das Undgatter arbeitet.
Um sicherzustellen, daß ein Schalten der SchützeSx und Sy nur während der Zeit tS (Fig. 7, c, d) erfolgen kann, ist es vorteilhaft, zwischen die Kippstufen GM 3, GM4 und die Gedächtnisse M1 und M2 je eine Kippstufe definierter Kippzeit zu schalten, deren Kippzeit etwa 400/0 der Periodendauer beträgt. Ein Schaltungsbeispiel hierfür veranschaulicht die Fig. 5.
Die dabei zusätzlich verwendeten Kippstufen K 5 und K 6 werden ebenfalls dynamisch überwacht.
Bei dieser Schaltungsvariante nach Fig. 5 müssen die GedächtnisseM1 und M2 je ein kombiniertes Und-Oder-Eingangsgatter haben. Hierbei gilt (11 v 12)13. Das bedeutet, daß die Eingänge 11 und 12 der Gedächtuisse Ml und M2 Odereingänge sind, während der Eingangl3 ein Undgattereingang ist. Die Gedächtnisse M1 und M2 können also nur dann gesetzt werden, wenn entweder der Eingang 11 oder der Eingang 12 gemeinsam mit dem Eingang 13 durch L-Signal belegt sind. Am Ausgang A 1 des Gedächtnisses M1 z. B. entsteht also nur dann L-Signal, wenn der Eingang 11 und der Eingang 13 gleichzeitig L-Signal erhalten, bzw. dann, wenn der Eingang 12 und der Eingang 13 gleichzeitig L-Signal erhalten.
Falls ein solches kombiniertes Gatter unerwünscht ist, kann auch entsprechend dem Schaltungsbeispiel nach Fig. 6 verfahren werden, indem zwischen die Kippstufen K5 und K 6 und die Gedächtnisse Ml, M2 je eine Nichtstufe N 3 bzw. N4 eingeschaltet wird. Die Eingangsgatter der GedächtnisseM1 bzw. M2 können dann, wie zu Fig. 4 veranschaulicht, wieder als Odergatter ausgebildet sein, ohne daß ein zusätzliches Undgatter nötig wäre.
Die Anzahl der Eingangskippstufen GM kann der Anzahl der zu überwachenden Bauelemente angepaßt sein; es genügt jedoch, in vielen Anwendungsfällen der angegebenen Überwachungsschaltanordnung die Anzahl dieser Kippstufen klein zu halten, aber deren Eingangsodergatter mit vielen Eingängen auszurüsten.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, bei dauerndem oder zeitweiligen Betriebsausfall eines Bauelementes dessen Fehlleistungszeit anstatt durch eine Signalgabe (L-Signal an die Kippstufen GM) durch Signalausfall (0-Signal) auszuwerten; es ist dann nur notwendig, das dem Eingangskreis der Kippstufen zugeordnete Vielfachodergatter durch ein Vielfachundgatter mit nachgeschalteter Umkehrstufe zu ersetzen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Schaltungsanordnung zur Betriebsüberwachung von Bauelementen der elektrischen Versorgungs-, Signal-, Steuer- und Regeltechnik, wie z. B. Röhren, Transistoren, Gleichrichtern, Induktivitäten, Kapazitäten und Widerständen, die bei dauernden oder zeitweiligen Abweichungen ihre Betriebswerte von den vorgegebenen Sollwerten zufolge von Fehlleistungen Schalt- oder Anzeigemittel beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, daß zur dynamischen Überwachung der Betriebswerte aller oder einer Gruppe der Bauelemente kontaktlose logische Elemente in Verbindung mit elektronischen Taktgebern verwendet sind, deren Prüftaktfolgezeit groß und deren Prüftaktdauer klein gegenüber der Fehlleistungszeittoleranz der zu überwachenden Bauelemente gewählt ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüftakt von einem monostabilen Mulitvibrator erzeugt ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüftakt von einem monostabilen Multivibrator bestimmt ist, der von einem selbstschwingenden Generator, z. B. der Netzfrequenz, angestoßen wird.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, mit Synchronisierung des Taktgebers durch die Netzfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüftaktdauer klein gegenüber der Periodendauer (20 msec), vorzugsweise gleich ein Tausendstel (20 Fsec) der Periodendauer gewählt ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes zu überwachende Bauelement oder eine Gruppe gleichartiger oder ungleichartiger Bauelemente Glied einer elektrischen Brückenschaltung ist, die ausschließlich bei Einhaltung der Betriebssollwerte der Bauelemente abgeglichen ist und beim Über- oder Unterschreiten dieser Betriebswerte zufolge Brückenungleichheit z. B. über einen Wandler (A, B, C, D) ein Fehlerkennzeichnungssign al abgibt.
6 Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlerkennzeichnungssignal einer oder mehrerer Brückenschaltungen, z. B. über Odergatter, eine monostabile Kippstufe (GM) anstößt, die über ihren Ausgang eine Gedächtnis stufe (M) setzt, die - gegebenenfalls über eine Leistungsstufe (P) - ein Schütz (Sx, Sy) zur Abschaltung der defekten und gegebenenfalls zur Einschaltung eines betriebssicheren Ersatzbauelementes beeinflußt.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 für die Stromversorgung der Bauelemente mit technischem Wechselstrom, gekennzeichnet durch Schaltmittel, die lediglich bei Stromnulldurchgang des Wechselstromes Ab- bzw. Einschaltmaßnahmen zulassen.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch polaritätsempfindliche Überwachungsmittel (X, Y) im Wechselstromkreis, von denen das eine bei den positiven, das andere je weils bei den negativen Halbwellen des Wechselstromes die Abgabe eines entsprechenden Steuersignals (L-Signal) veranlaßt.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Reihenschaltung aus einem entsprechend gepolten Gleichrichter und der Primärwicklung eines Wandlers (X bzw. Y) als Überwachungsmittel, vorzugsweise in Parallelschaltung zu einem stromführenden Element, z. B. einem Widerstand, des Wechselstromkreises.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Überwachungsmittel (X, Y) bei Empfang des Polaritätskennsignals eine monostabile Kippstufe (GM3, GM4) beeinflußt und eine Impulsformerstufe (K-TK) anstößt, die über ihren Ausgang die Abgabe eines Prüfsignals veranlaßt, dessen Dauer klein gegenüber der Dauer des Polaritätskennsignals, vorzugsweise um mehrere Größenordnungen kleiner als diese ist.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfsignal einem zweiten Odereingang der dem Wandler (A, B, C, D) nachgeschalteten Kippstufe (GM) zugeführt ist.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede Impulsformerstufe (K-TK) einen zusätzlichen, inversen Prüfsignalausgang aufweist, der Signal führt, wenn der andere Ausgang kein Signal abgibt.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfsignaldauer an dem einen Ausgang (A 1) der Impulsformerstufe (K-TK) vorzugsweise gleich der an dem anderen Ausgang (A 2) gewählt bzw. eingestellt ist.
14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die inversen Ausgänge (A 2) der Impulsformerstufen (K-TK) die Odergattereingänge einer monostabilen Kippstufe (K3) beeinflussen, deren Ausgang je einen der Löscheingänge der Gedächtnisse (M) besetzt.
15 Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfsignale hinter den Kipp- (GAll, GM2), Gedächtnisstufen (All, M2) und Leistungsstufen (pol, P2) über Umkehrstufen (N 1, N 2) auf den Setz- bzw.

Löscheingang eines weiteren Gedächtnisses (M3) einwirken, dessen Ausgänge optische Anzeigemittel (L 1, L 2) beeinflussen, deren wechselweise Signal anzeige die Betriebsfähigkeit sämtlicher Überwachungsschaltmittel (GM, M, K-TK, K 3) kennzeichnen.
16. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Anspräche zur Betriebsüberwachung von Gleichrichterbauelementen in Graetzscher Brückenschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichter bzw. Gleichrichtergruppen (Gla, Glb, Glc, Gels) jedes Brückenzweiges der Gleichrichterbrücke Teil einer die Betriebswerte der Gleichrichter nachbildenden Brückenschaltung (a, b, c, d) sind, von denen zwei benachbarte Brückenzweige durch die Gleichrichter (Gla, Gib, Glc, G10 und die anderen beiden Brückenzweige durch Kondensatoren (Ca, Cb, Cc, Cd) gebildet sind, deren Kapazität so gewählt ist, daß ein an den Brückenausgang angeschlossener Wandler (A, B, C, D) bei ordnungsgemäßem Betrieb der Gleichrichter (Gl) stromlos bleibt.
17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Graetzsche Gleichrichterbrücke an einem ihrer beiden wechselstromnetzseitigen Diagonalpunkte aufgeschnitten ist und die so gebildeten beiden Anschlüsse der Brücke über je einen Wandler (X bzw. Y) und je ein Schaltschütz'(Sx bzw. Sy) an einem gemeinsamen netzseitigen Diagonalpunkt zus ammengeschaltet sind.
18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalspannungen jeweils zweier Wandler (A und B bzw. C und D) einander gegenüberliegender Brückenzweige (a und b bzw. c und d) an die Odereingänge (E2 und E3) der Kippstufen (GM1 bzw, GM2) angelegt sind, deren Ausgänge je einen Setzeingang(12) der Gedächtnisse(M1, M2) belegen, von denen jeweils der Ausgang des einen mit einem Setzeingang (11) des anderen und außerdem über je eine Leistungsstufe (P 1 bzw.

P 2) mit der entsprechenden Schützspule (Xs bzw.

Ys) verbunden ist.
19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalspannungen des Wandlers (X) auf den Eingang der Kippstufe (GM3) und die Signalspannung des Wandlers (Y) auf den Eingang der Kippstufe (GM4) geschaltet ist, wobei der Ausgang der Kippstufe (GM3) sowohl mit dem Eingang der Impulsformerstufe (K1-TK1) als auch mit einem der Löscheingänge (02) des Gedächtnisses (M1) und der Ausgang der Kippstufe (GM4) sowohl mit dem Eingang der Impulsformerstufe (K 2-TK 2) als auch mit einem der Löscheingänge (02) des Gedächtnisse (M2) verbunden ist.
20. Schaltungsanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Kippstufen (GM3, GM4) an die Eingänge eines Undgatters (U) geführt sind, dessen Ausgang mit je einem Löscheingang (03) der Gedächtnisse (M1 und M2) verbunden ist.
21. Schaltungsanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kippstufe (GM3) und Impulsformerstufe (K l-TK 1) sowie zwischen Kippstufe (GM4) und Impulsformerstufe (K 2-TK 2) je eine weitere monostabile Kippstufe (K 5 bzw. K 6) geschaltet ist, wobei der Ausgang der Kippstufe (K5) mit einem Setzeingang (13) des Gedächtnisses (M2) und der Ausgang der Kippstufe (K 6) mit einem Setzeingang (13) des Gedächtnisses (M1) verbunden ist (Fig. 4).
22. Schaltungsanordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Setzeingänge (11, 12, 13) der Gedächtnisse (M1, M2) kombinierte Und-Oder-Gatter bilden, wobei (11 v 12). 13 gilt (Fig. 4).
23. Schaltungsanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Kippstufen (GM3,GM4) über eine weitere Kippstufe (K5 bzw. K6) sowie eine Umkehrstufe (N3 bzw. N4) mit ihrer Impulsformerstufe (K l-TK 1 bzw. K2-TK2) verbunden ist, daß die Ausgänge der Kippstufen (GM3 und GM4) ein Undgatter (U) belegen, dessen Ausgang die Löscheingänge (02) beider Gedächtnisse(M1, M2) besetzt, und daß die Ausgänge der beiden Umkehrstufen (N3, N4) je mit einem Löscheingang(01) der Gedächtnisse (M1,M2) verbunden ist (Fig. 5).

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 087 691, 1 081 118, 1069761.