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Gerät zur Überwachung von Wechselspannungsnetzen Die Erfindung betrifft
ein Gerät zur Erfassung anormaler Zustände dnerWechselspannungsquelle, wie z.B.
einen Ausfall, anormale Spannungen, Frequenzabfall und dergleichen mehr.
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Tritt während des Betriebes eines von einer Wechselspannungsquelle
gespeisten DigitalrechneO ein anormaler Zustand, z.B. ein Ausfall der Netzspannung
auf, so geht der Inhalt der Speicher der Rechenanlage verloren, deren normaler Betrieb
damit nicht gewährMistet ist und ernste Schwierigkeiten ergeben kann. Somit muß
ein anormaler Zustand so schnell wie möglich zum Schutz des Inhalts der Speicher
und zum Umschalten auf Notstromaggregate sobald als möglich erkannt werden. Die
bisher bekannten Geräte brauchen mehrere Perioden (an der Netzfrequenz gemessen)
für die Fehlererkennung nach dem Erstauftreten des Fehlers, Jedoch ist eine solche
niedrig Geschwindigkeit nicht mit der Technik moderner elektronischer Schnellrechner
vereinbar
Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein neues
und verbessertes Gerät zur Überwachung von Wechselspannungsnetzen zu schaffen, bei
welchem anormale Zustände äußerst schnell erkannt werden, z.B. bereits nach 0,1
Perioden.
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Erfindungsgemäß wird ein Gerät zur Überwachung von Wechselspannungsnetzen
mit einem Gleichrichter zur Gleichrichtung der Netzwechselspannung geschaffen, bestehend
aus einem ersten Schmitt-Trigger zur Erzeugung eines Impulses auf einem ersten Pegel
der gleichgerichteten Spannung, einem zweiten Schmitt-Trigger zur Erzeugung eines
Impulses auf einem zweiten Pegel der gleichgerichteten Spannung, der niedriger ist
als der erste Pegel, einem ersten monostabilen Glied, das in Abhängigkeit von der
Abstiegsflanke des Ausgangs impulses des zweiten Schmitt-Triggers einen Impuls von
konstanter Breite erzeugt, die bei normaler Frequenz der Netzspannung länger ist
als der Abstand zwischen den Aus gangs impulsen des zweiten Schmitt-Triggers, einem
bistabilen Glied, das mit der Anstiegsflanke des Ausgangsimpulses des zweiten Schmitt-Triggers
geschaltet und mit der Abstiegs flanke des Ausgangsimpulses des ersten monostabilen
Gliedes zurückgeschaltet wird, einem zweiten monostabilen Glied, das in Abhängigkeit
von der Anstiegs flanke des Ausgangsimpulses des zweiten Schmitt-Triggers einen
Impuls von konstanter Breite erzeugt, die bei normaler Frequenz der Netzspannung
länger ist als der Abstand zwischen den Ausgangsimpulsen des bistabilen Gliedes,
und einer Torschaltung,die in Abhängigkeit vom Ausgangsimpuls des bistabilen Gliedes
sowie des Ausgangs impulses des zweiten monostabilen Gliedes ein anormales oder
Warnsignal erzeugt,
wenn keiner der beiden Ausgangsimpulse am Tor
anliegt.
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Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung
enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindung;-wesentlicher Bedeutung
sein.7In den Zeiehnungen ist: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles
der Erfindung, Fig. 2 ein Kurvendiagramm mit verschiedenen Wellenformen zur Erklärung
der Arbeitsweise des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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in Fig. 1 ist die Wechselspannungsquelle E mit herkömmlicher Frequenz
gezeigt, die eine Last, wie z.B. einen elektronischen Rechnet" (nicht gezeigt) versorgt.
Die Netzspannung gelangt über den Transformator T an den Zweiweggleichrichter R,
dessen gleichgerichtete Ausgangsspannung den Eingängen eines ersten Schmitt-Triggers
ST1 und eines zweiten Schmitt-Triggers ST2 zugeführt werden. Das Ausgangasignal
des ersten Schmitt-Triggers gelangt an das bistabile Glied FF als Anschalt-Eingangssignal,
und das Ausgangssignal des bistabilen Gliedes FF wird an das ODER-Tor G als Eingangssignal
mit dem Pegel 1 angelegt. Das Ausgangssignal des zweiten Schmitt-Triggers ST2 wird
an das erste monostabile Glied MM1 angelegt, dessen Ausgangssignal zur Löschung
de's bistabilen Gliedes FF dient Das Ausgangssignal des zweiten Schmitt-Triggers
ST2 gelangt auch an die Eingangsklemmen 1 und 2 eines zweiten monostabilen Gliedes
MM2, dessen Ausgang einer anderen Eingangsklemme des OlER-Tores G
zugeleitet
wird, damit an der Ausgangsklemme des ODER-Tores G ein Signal entsprechend dem anormalen
Zustand erzeugt wird. Das zweite monostabile Glied MM2 ist so geschaltet, daß es
ein Nullausgangssignal erzeugt, wenn der Ausgang des zweiten Schmitt-Triggers ST2
Null wird. Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Schaltungen werden durch eine
nicht gezeigte Gleichspannungsquelle mit einer bestimmten Zeitkontante erregt.
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Fig. 2 zeigt die Arbeitsweise des Geräts mit den Wellenformen der
Ausgänge der verschiedenen Schaltelemente der Fig. 1. Nach Fig. 2a gelangt die voll
gleichgerichtete Spannung vom Gleichrichter R zum ersten und zweiten Schmitt-Trigger
ST1 und ST2. Der erste Schmitt-Trigger ST1 erzeugt in Abhängigkeit von diesem Eingangssignal
einen Impuls auf den Pegel V1 der Eingangsspannung, wie in Fig. 2b gezeigt, um das
bistabile Glied FF mit der Anstiegs flanke des Impulses anzuschalten, während der
zweite Schmitt-Trigger ST2 einen Impuls auf den Pegel V2 der Eingangsspannung erzeugt,
wie in Fig. 2 gezeigt. Das Intervall bzw. der Abstand zwischen der Abstiegsflanke
eines jeden Impulses und der AnstiXgsflanke des nächsten Impulses so durch T1 dargesellt.
In Fig. 2c erzeugt das erste monostabile Glied MM1 von Nullspannung mit der Breite
T2 in Abhängigkeit von der Spannungsänderung am Ende eines jeden Impulses, so daß
das bistabile Glied FF mit der Abstiegsflanke eines jeden Impulses gelöscht wird.
Da, wie vorstehend beschrieben, das bistabile Glied FF durch den in Fig. 2 gezeigten
Impuls angeschaltet wird, erzeugt dieses Glied einen Impuls nach Fig. 2f, der einen
Eingang des ODER-Tors G eingespeist wird. Die Schaltungen sind so ausgelegt,
datS
die Nullspannungsbreite T2 des Ausranrsimpulses des ersten monostabilen Gliedes
MM2 der Fig.
als die Nullspantl nungsbreite*T1 bzw. das Intervall zwischen den Ausgangsimpulsen
deg zweiten Schmitt-Triggers der Fig. 2c, solange die Netzfrequenz normal ist. Da
das Ausgangssignal des zweiten Schmitt-Tri£gers dueh zum zweiten monostabilen Glied
MM2 gelangt, erzeugt dieses einen Impuls mit der Breite T nach Fig. 2e, der als
das zweite Eingangssignal im ODER-Tor eingespeist wird. Die Breite T3 des Ausgangsimpulses
vom zweiten monostabilen Glied MM2 ist so gewählt, daß bei normaler Netzfrequenz
die beiden Abstiegsflanken des Ausgangs impulses die Abstiegsflanke und die Anstiegs
flanke der beiden angrenzenden Ausgangsimpulse des bistabilen Gliedes FF über lappen,
wie in den Fign. 2e und 2f gezeigt. Nach Fig. 2g;besitzt das Ausgangssignal des
ODER-Tors G einen konstanten Pegel, auf dem es einen oder beide Impulse der Fign.
2e und 2f aufnimmt.
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Nun sei angenommen, daß die Netzversorgung zum Zeitpunkt t1 auftritt,
so wird das Ausgangssignal des zweiten Schmitt-Triggers ST2 zu Null, so daß auch
das Ausgangssignal des zweiten monostabilen Gliedes MM2 Null wird. Da bereits das
bistabile Glied FF gelöscht ist und sein Ausgang Null ist, liegen jetzt die beiden
Eingänge des ODER-Tors G ebenglls auf Null, wodurch der Torausgang zu Null wird
und~damit ein Signal für den Ausfall der Netzspannung abgibt.
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Hält die Netzspannung zum Zeitpunkt t2 nach Erreichen des höchsten
Netzspannunrswertes aus, so wird der Ausgang des zweiten Schmitt-Triggers ST2 zu
diesem Zeitpunkt zu Null,
des zweiten monostabilen Gliedes MM2
Da jedoch das bistabile Glied FF durch das Ausgangssignal des ersten Schmitt-Triggers
ST1 zur Erzeugung eines Ausgangssignals angeschaltet wurde, erzeugt das ODER-Tor
G kein Signal für einen anormalen Zustand. Wenn andererseits der Ausgang des zweiten
Schmitt-Triggers ST2 Null wird, so erzeugt das erste monostabile Glied MM1 einen
Impuls mit dem Intervall T2 in Abhängigkeit von der Abstiegs flanke des Ausgangsimpulses
des zweiten Schmitt-Triggers
Mit der Abstiegsflanke des Ausgangsimpulses des ersten
monostabilen Gliedes MM1 wird das bistabile Glied FF gelöscht,und an seinem Ausgang
liegt Null an. Da das ODER-Tor G kein Ausgangssignal abgibt, wenn seine beiden Eingänge
Null sind, wird der Aus gang des ODER-Tors auf Null herabgesetzt und erzeugt damit
ein Signal entsprechend dem Ausfall der Netzspannung. Wenn ein Ausfall der Netzversorgung
nach dem Maximalwert der Netzspannung auftritt, so wird er auf diese Weise einen
Augenblick später erkannt als sein Auftreten durch das Intervall T2, das so gewählt
ist, daß es etwa gleich ist O,1 Perioden der Netzspannung. Da dieses Intervall erheblich
kleiner ist als die Zeitkonstante, mit welcher die Gleichspannungsquelle die verschiedenen
Schaltelemente aktiviert, können diese während dieses Intervalls stetig arbeiten.
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Fällt die Netzspannung unter den Wert V1, so erzeugt der erste Schmitt-Trizzer
ST keinen AusaannsimPuls. so daß das bistabile Glied FF nicht
Wenn der Ausgangsimpuls des zweiten monostabilen Gliedes MM2 Null wird, so wird
auch das Ausgangssignal des ODER-TorsNAll, und gibt ein Signal
für einen anormalen Zustand ab. Man kann die zulässige untere Grenze der Netzswannung
durch Einstellung des Triggerpegels V1 des erstes Schmitt-Triggers ST1 regeln. Wenn
ein dritter Schmitt-Trigger ST3 mit eiei höheren Triggerpegel als V1 des ersten
Schmitt-Triggers ST1 zur Löschung des bistabilen Gliedes FF durch den Ausgangsim-Juls
dieses dritten Schmitt-Triggers ST3 zur Schaltung hinzugefügt wird, so läßt sich
ein Signal für einen anormalen Zustand erzeugen, wennsich die Netzspannung über-durchschnttlich
erhöht, womit sich eine zulässige Obergrenze für die Netzspannung vorgeben läßt.
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Bei einer Frequenzverringerung der Netzspannung erregt sich das Nullsannungsintervall
T1 des Ausgangsimpulses des zweiten Schmitt-Triggers ST2 auf einen Wert, der größer
ist als das Nullspannungsintervall T2 (das konstant ist) des Ausgangsimpulses vom
ersten monostabilen Glied MM1> so daß die beiden Eingangsspannungen des ODER-Tors
G gleichzeitig Null werden. Unter diesen Umständen wird das Ausgangssignal des ODER-Tors
G Null und erzeugt ein Signal für einen anormalen Zustand. Jetzt erhöht sich der
Abstand zwische den Ausgangsimpulsen des ersten Schmitt-Triggers ST1 auf eine Verzögerungszeit,um
welche das bistabile Glied FF später beaufschlagt wird als die Abstiegsflanke des
Ausgangsimpulses des zweiten monastabilen Gliedes , wodurch die beiden an den EingängeR"des
ODER-Tors G anliegenden Signale auf Null herabgesetzt werden und damit eine Verringerung
der Netzspannungsfrequenz abtasten. Die zulässige Untergrenze der Frequenz kann
durch die Betriebsart des
ersten und zweiten monostabilen Gliedes
MM1 und MM2 vorgegeben werden.
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Obwohl im vorstehenden Beispiel der ungewöhnliche Zustand durch eine
Zweiweggleichrichtung der Netzspannung erkannt worden ist, wobei eine Abtastzeit
von etwa einer halben Periode zulässig ist, können auch Einweggleichrichter verwendet
werden.
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Außerdem ist die zur Erzeugung des Signals für den anormalen Zustand
vorgesehene Torschaltung nicht auf das beschriebene bzw. dargestellte ODER-Tor beschränkt,
es können auch andere Arten von Torschaltungen zur Erzeugung eines Signals für einen
anormalen Zustand in Abwesenheit zweier Eingangssignale verwendet werden, und weiter
können auch die Ausgangsimpulse der verschiedenen Schaf; tungsglieder von den in
Fig. 2 gezeigten abweichende Polaritäten besitzen.
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Damit wird erfindungsgemäß ein neuartiges Gerät zur Überwachung einer
Wechselspannungsquelle und äußerst raschen Erkennung auftretender anormaler Zustände
geschaffen, wie z.B. eines Ausfalls, einer anormalen Spannung oder übermäßigen Verringerung
der Frequenz, so daß sich das Gerät besonders für digitale Rechenanlagen zum Schutz
der Speicherinhalte eignet bzw. zum Umschalten auf eine Notstromquelle in Abhängigkeit
von anormalen Zuständen der Netz-Wechselspannungsversorgung.
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Außer dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind noch weitere
möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.