-
Zeitverzögerter Grenzwertmelder zur zusätzlichen einseitigen Sollwertbeeinflussung
in Regelkreisen, insbesondere überstrombegrenzung Bei zahlreichen Regeleinrichtungen
tritt das Problem auf, eine Betriebsgröße, die nicht mit der Regelgröße identisch
ist, zu überwachen und bei überschreitung eines Grenzwerts den Sollwert der Regelung
derart zu beeinflussen, daß die Größe wieder in den zulässigen Bereich zurückgeführt
wird. So ist es z. B. zum Zweck der überstrombegrenzung bei spannungsgeregelten
Generatoren bekannt, im Sollwert-Istwert-Vergleichskreis einen Transistor als steuerbaren
Widerstand anzuordnen, dessen Steuerstrecke vom Spannungsabfall eines mit dem Verbraucher
in Reihe geschalteten Widerstandes beaufschlagt ist. Mit dieser bekannten Begrenzungseinrichtung
kann jedoch der Wunsch, zur Beruhigung der Regeleinrichtung kurzzeitige Überschreitungen
des Grenzwertes nicht auszuwerten, nicht erfüllt werden.
-
Hierfür wäre die Erfassung dieser Grenzwertüberschreitungen nach Dauer
und Amplitude erforderlich, wie dies beispielsweise bei einer andern bekannten Generatorspannungsregeleinrichtung
mit selbsttätiger Blindleistungsbegrenzung mittels eines mechanischen Anschlages
erreicht wird, welcher die Ausgangsgröße des Spannungsreglers begrenzt und seinerseits
von einen als thermisches Relais ausgebildeten Grenzwertmelder verstellt wird. Nachteilig
hieran ist, daß die Ausgangsgröße des eingangsseitig elektrisch arbeitenden Spannungsreglers
in eine machanische Stellgröße umgeformt und die Ausgangsgröße des thermischen Relais
zur Verstellung eines machanischen Anschlags ertüchtigt werden muß, womit die gesamte
Anordnung verschließbehaftet und nicht wartungsfrei ist.
-
Darüber hinaus weisen die bekannten thermischen Kontaktrelais einen
relativ komplizierten elektromechanischen Innenaufbau auf und bedürfen ebenfalls
einer Wartung. Außerdem eignen sie sich auch nur zur Erfassung von Erwärmungen,
also nur einer ganz bestimmten Kategorie von Grenzwerten, so daß ihnen ein universeller
Anwendungsbereich nicht gegeben ist.
-
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die vorgenannten Nachteile
zu vermeiden mit einer Einrichtung, die bei einfachem übersichtlichem Aufbau unter
Vermeidung bewegter Teile kontaktlos alle im praktischen Betrieb auftretenden Anforderungen
erfüllen kann.
-
Die Erfindung betrifft einen zeitverzögerten Grenzwertmelder zur zusätzlichen
einseitigen Sollwertbeeinflussung in Regelkreisen in Abhängigkeit von Grenzwertüberschreitungen
nach Dauer und Amplitude einer nicht mit der Regelgröße identischen überwachten
Größe, insbesondere überstrombegrenzung bei spannungsgeredelten elektrischen Maschinen.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der überwachten
Größe und dem Grenzwert einem an sich bekannten kapazitiv gegengekoppelten Gleichspannungsverstärker
(Integrator) zugeführt ist, der eine gerichtete Mitkopplung und entgegengesetzt
gerichtete Sperre des Ausgangs aufweist und der ein stetiges Ausgangssignal an den
Regler abgibt, sobald die überwachte Größe mit wählbarem Zeitintegral den Grenzwert
überschreitet.
-
Die gerichtete Mitkopplung führt dazu, daß der. Integrator bei fehlender
Eingangsgröße stets in einem definierten Sättigungszustand arbeitet. Die Ausgangssignale
der entsprechenden Polarität werden durch die gerichtete Sperre nicht an den Regler
durchgelassen. Überschreitet nun die überwachte Größe den Grenzwert, so läuft der
Integrator von dem einen Sättigungszustand in Richtung auf den entgegengesetzter
Polarität, so daß nach dem Nulldurchgang das Ausgangssignal nunmehr die Sperre passieren
kann. Zwischen dem Moment, in dem die überwachte Größe den Grenzwert überschreitet,
und dem Moment, in dem die Beinflussung des Sollwerts beginnt, liegt also eine Zeitspanne
(Laufzeit), die dem Betrag der Grenzwertüberschreitung umgekehrt proportional ist.
Mit einer derartigen Einrichtung kann man beispielsweise einen zeitabhängigen überstromschutz
verwirklichen, der für den thermischen Schutz elektrischer Maschinen erforderlich
ist.
-
Ist mit kurzzeitigen, sehr hohen überströmen zu rechnen, die nicht
zum Eingriff in- -den Regelkreis
führen sollen, so kann man das
Eingangssignal des Integrators begrenzen. Damit wird dem Integrator eine Mindestlaufzeit
vorgeschrieben.
-
Da das Eingangssignal des Integrators die gerichtete Mitkopplung überwinden
muß, ergibt sich eine bestimmte Ansprechschwelle. Um diese möglichst klein zu halten,
wird der Mitkopplungseinfluß zweckmäßig sehr schwach bemessen. Er erfüllt auch dann
seine Aufgabe, Nullpunktfehler des Verstärkers nicht zur Wirkung kommen zu lassen.
Solche Fehler könnten beispielsweise dann stören, wenn ein Generator längere Zeit
nahe an der Überstromgrenze arbeitet, ohne diese zu überschreiten.
-
Mit geringfügigen Abwandlungen ist die Einrichtung nach der Erfindung
auch für Programmregelungen geeignet. Man wird dann die Ausgangsspannung des Integrators
begrenzen, so daß die Sollwertbeeinflussung nur einen Teil der gesamten Regelkennlinie
erfaßt.
-
Weitere Merkmale und Betriebseigenschaften des Erfindungsgegenstandes
seien im folgenden an einem Ausführungsbeispiel beschrieben, das in der Zeichnung
schematisch dargestellt ist.
-
F i g. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer Einrichtung nach der Erfindung.
Sie enthält einen Gleichspannungsverstärker 1, der über einen Kondensator 2 gegengekoppelt
ist und dadurch in bekannter Weise als Integrator arbeitet. Der Verstärker enthält
eine gerichtete Mitkopplung über ein Ventil 3 und einen Widerstand 4, die dazu führt,
daß am Ausgang des Verstärkers bei fehlendem Eingangssignal eine positive Spannung
Ud entsteht. Diese Spannung wird mit Hilfe eines Ventils 5 gesperrt, so daß an der
Ausgangsklemme 6 kein Signal anliegt.
-
Am Eingang des Integrators wird an der Klemme 7 eine Eingangsspannung
U, zugeführt, die beispielsweise dem Blindstrom einer Maschine proportional ist.
An eine zweite Klemme 8 wird der Grenzwert in Form einer Vorspannung - U" angelegt
und über einen Eingangswiderstand 9 an den Integrator weitergegeben. Zur Begrenzung
des Eingangssignals dient in an sich bekannter Weise ein Schaltglied mit Widerständen
10, 11 und einem Ventil 12, das an eine Begrenzungsspannung Ub gelegt ist.
-
F i g. 2 zeigt schematische Diagramme der Wirkungsweise bei einer
überstrombegrenzung. Solange die Differenz U,- U" unterhalb des Ansprechwertes bleibt,
entsteht zwar am Ausgang des Verstärkers 1 eine Spannung Uä, doch bleibt die Ausgangsklemme
6 spannungslos. Nach Erreichen der Ansprechgrenze zum Zeitpunkt ti beginnt die Laufzeit
des Integrators, bis im Zeitpunkt t2 die Spannung U"' negativ wird und damit an
der Klemme 6 die Ausgangsspannung U" auftritt.
-
F i g. 3 zeigt eine Möglichkeit zur Anwendung des Erfindungsgegenstandes
für die überstrombegrenzung bei einem Synchron-Phasenschieber. An ein Drehstromnetz
13 mit der Netzspannung UN ist über einen Schalter 14 ein Synchron-Phasenschieber
15 angeschlossen, der mit einer Erregermaschine 16 gekuppelt ist. Zur Spannungsregelung
wird der Spannungsistwert U an einem Spannungswandler 17 abgenommen und mit dem
Spannungssollwert U * verglichen. Die Regelabweichung steuert einen Regler
18, der die Erregerwicklung 19 der Erregermaschine speist. Ein Stromwandler 20 liefert
eine dem Blindstrom 1b proportionale Spannung U" an ein Gerät 21
zur Überstromhegrenzung,
das entsprechend F i g. 1 aufgebaut ist. Die Ausgangsgröße des Gerätes beeinfluß
den Sollwert des Reglers 18.
-
F i g. 4 zeigt die Regelkennlinie ohne Überstrombegrenzung, F i g.
5 die Wirkung der überstrombegrenzung auf einen Grenzwert lb" des Blindstroms der
Maschine. Für die Realisierung der Einrichtung nach F i g. 1 bestehen verschiedene
Möglichkeiten. Zweckmäßig wird der Integrator als mehrstufiger Transistorverstärker
ausgebildet, wie beispielsweise aus F i g. 6 ersichtlich. Darin haben Schaltungselemente,
die mit denen nach F i g. 1 übereinstimmen, gleiche Bezugszeichen erhalten.
-
Die Spannung U, wird an Klemmen 7, 7' zugeführt und mit Hilfe eines
Ventils 12 begrenzt. Die Differenz zwischen überwachter Größe und Grenzwert wird
über einen Verstärker 22 mit ohmscher Gegenkopplung durch den Widerstand 23 dem
eigentlichen Integrierverstärker zugeführt, der aus zwei Stufen 24 und 25 besteht.
Die Stufe 25 ist mit symmetrischem Ausgang ausgebildet. Die kapazitive Gegenkopplung
über den Kondensator 2 ist mittels eines Potentiometers 26 einstellbar, die Ausgangsspannung
U" kann an der Klemme 6 abgegriffen werden. An der Klemme 27 steht ein Signal entgegengesetzter
Polarität zur Verfügung. Der Grad der Mitkopplung kann gegebenenfalls durch Veränderung
des Widerstandes 4 eingestellt werden. Der Widerstand 28 dient zur Symmetrietang
der Belastung des Verstärkers 25.
-
Die Wirkungsweise der Einrichtung nach der Erfindung ergibt sich aus
der obigen Erläuterung ohne weiteres. Handelt es sich um .eine 1lberstrombegrenzung
nach F i g. 3, so wird nach der Laufzeit des Integrators der Sollwert für den Regler
,18 so beeinfluß, daß die Erregung der Wicklung ,19 und damit der Überstrom herabgesetzt
wird. Der Eingriff ist dabei so bemessen, daß er für die praktisch vorkommenden
Netzspannungseinbrüche von längerer Dauer ausreicht. Da der überstrombegrenzer integrales
Verhalten hat, wird der Strom in jedem Fall auf den Grenzwert zurückgenommen.
-
Die Einrichtung nach der Erfindung läßt sich auch dazu verwenden,
in bestimmten Bereichen der Regelkennlinie ein abweichendes Regelverhalten zu erzwingen.
Beispielsweise kann man sich vorstellen, daß bei einer Kennlinie nach F i g: 5 der
Blindstrom Ib nur innerhalb eines gewissen Spannungsbereiches konstant gehalten
und dann wieder freigegeben wird. Ein Beispiel für eine solche Regelkennlinie zeigt
F i g. 7. Dieser Regelkennlinie liegt die Vorschrift zugrunde, daß in einem bestimmten
Spannungsbereich d U" der Blindstrom auf dem Wert 1b, konstant gehalten werden
soll. Zu diesem Zweck wird eine entsprechende Vorspannung -U, an die Klemme 8 des
Gerätes nach F i g. 6 angelegt und die Ausgangsspannung U" an der Klemme 6 auf einen
Wert begrenzt, der der Spannung U, in F i g. 7 entspricht. Sinkt die Netzspannung
UN unter den Wert Ug, so wird der Blindstrom auf dem Wert Ib, gehalten, bis
die Spannung den Wert U, erreicht hat. Bei weiter absinkender Netzspannung erfolgt
die Regelung wieder nach der normalen Kennlinie. Darüber hinaus kann man mit einem
zweiten Gerät nach der Erfindung wieder den Blindstrom auf den Wert IM" begrenzen.
-
Das erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung beruht auf der überwachung
von Strömen. Es ist
jedoch einleuchtend, daß die Erfindung allgemein
zur Überwachung beliebiger Betriebsgrößen verwendbar ist und eine Beeinflussung
des Sollwertes gestattet, wenn die überwachte Größe für eine bestimmte Dauer und
in bestimmtem Ausmaß einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Die einzelnen Parameter
der Grenzwertüberschreitungen und die Einwirkung auf den Regler sind dabei in weiten
Bereichen freizügig einstellbar.