DE2808085A1 - Schaltungsanordnung zur ueberwachung der phasenfolge eines drehfeldes - Google Patents
Schaltungsanordnung zur ueberwachung der phasenfolge eines drehfeldesInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 78 ρ 2 0 1 1 BRO
Schaltungsanordnung zur Überwachung der Phasenfolge eines Drehfeldes. ..
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Oberwachung
der Phasenfolge eines Drehfeldes.
Drehfelder werden in der Elektrotechnik sehr häufig angewendet. Eine einwandfreie Funktion von an ein solches Drehfeld
angeschlossenen Geräten ist aber nur dann möglich, wenn die einzelnen Phasen des Drehfeldes in der richtigen
Reihenfolge auftreten. Aus diesem Grunde sind Schaltungen oder Drehfeldprüfgeräte erforderlich, die feststellen können,
ob die einzelnem Phasen in der richtigen Reihenfolge auftreten.
Eine solche Schaltung zur Überwachung der Phasenfolge eines Drehfeldes ist aus der Zeitschrift "Electronics",Juni 9,
1977, Seite 247 bekannt geworden. Die in dieser Literaturstelle gezeigte Schaltung ist jedoch sehr aufwendig.
Il 1 Pe / 22.2.1977
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7^" 78P 20 1 1 BRD
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Phasenfolge
eines Drehfeldes anzugeben, die mit wenig elektrischen Bauelementen auskommt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
ein Spannungskomperator vorgesehen ist, dem an einem ersten Eingang zur Bildung einer Meßspannung von zwei Phasen des
Drehfeldes die einen Halbwellen und von der dritten Phase die andere Halbwelle invertiert zugeführt wird und dem an
einem zweiten Eingang eine nichtinvertierte Halbwelle einer Phase verzögert als Referenzspannung zugeleitet wird, und
daß der Spannungskomperator so eingestellt ist, daß er ein eine falsche Phaselfolge kennzeichnendes Fehlersignal abgibt,
wenn die Referenzspannung die Meßspannung übersteigt.
Zur Erzeugung der Referenzspannung aus einer Halbwelle einer Phase kann diese auf ein RC-Glied geleitet werden.
Zweckmäßigerweise werden die Halbwellender einzelnen Phasen
mit Hilfe von Dioden gewonnen. Dann liegen jeweils zwei Phasen nichtinvertiert an der einen Anschlußklemme jeweils
einer Diode, während die dritte Phase invertiert an der einen Anschlußklemme einer Diode anliegt. Die andere Anschlußklemmaider
Dioden sind miteinander verbunden und der dadurch gebildete Verbindungspunkt ist an den ersten Eingang
des Spannungskomperators angeschlossen.
Es ist jedoch auch möglich, zwei Phasen des Drehfeldes nicht invertiert an eine Anschlußklemme jeweils einer
ersten bzw. zweiten Diode anzuschließen, deren andere Anschlußklemme miteinander verbunden sind und nur diesen Verbindungspunkt
an den ersten Eingang des Spannungkomperators
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anzuschließen. Die dritte Phase des Drehfeldes wird dann über eine zu der ersten und zweiten Diode gegenpolig geschaltete
Diode an einen Inverter angelegt, dessen Ausgang ebenfalls mit dem ersten Eingang des Spannungskomperators
verbunden ist.
Es ist sehr vorteilhaft, die erfindungsgemäße Anordnung innerhalb eines Drehfeldprüfers einzusetzen, bei dem auch
der Ausfall einer Phase festgestellt werden kann. Dann wird der Ausgang des Spannungskomperators mit einem Integrator
verbunden, dessen Ausgang an einem Operationsverstärker anliegt. Der Ausgang dieses ersten Operationsverstärkers ist
mit einem Ausgangskreis verbunden, in dem auch eine Anzeigeschaltung liegt, die z.B. eine Leuchtdiode enthält. Der Eingang
des Integrators ist weiterhin mit dem Ausgang eines weiteren Operationsverstärkers verbunden, dessen erster
Eingang an einen Knotenpunkt angeschlossen ist, der von dem Verbindungspunkt der ersten und zweiten Diode und einer
Anschlußklemme einer mit der ersten und zweiten Diode gleichgepolten Diode gebildet wird, deren anderer Anschlußklemme
die dritte Phase zugeführt wird. Der zweite Eingang des weiteren Operationsverstärkers liegt zur Bildung einer Vergleichs
spannung an einem Spannungsteiler an, der ebenfalls mit dem Knotenpunkt verbunden ist und zu dem parallel ein
Kondensator angeordnet ist.
In diesem Spannungsteiler kann zweckmäßigerweise eine Leuchtdiode angeordnet werden, die dann anzeigt, daß der
Drehfeldprüfer in Betrieb ist. Anhand von Ausführungsbeispielen,
die in den Figuren dargestellt sind, wird die Erfindung weiter erläutert. Es zeigen:
Fig.1 die erfindungsgemäße Anordnung zur Drehfeidüberwa-
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"*■ ^P 201 IBRD
Fig.2 das Drehfeld in richtiger Phasenlage, Fig.3 der Spannungsverlauf an den Eingängen und am Ausgang
des Spannungskomperators, Fig.4 das Drehfeld bei falscher Phasenfolge,
Fig.5 den Spannungsverlauf an den Eingängen und dem Ausgang
des Spannungskomperators, Fig.6 eine Schaltung zur Invertierung einer Phase des
Drehfeldes,
Fig.7 einen Drehfeldprüfer.
Fig.7 einen Drehfeldprüfer.
Die Anordnung nach Figur 1, mit der die Phasenfolge eines
Drehfeldes überwacht werden kann, enthält zunächst einen Spannungskomperator SK. An seinen ersten Eingang E1 wird
eine Meß-Spannung UM angelegt, die aus den einen Halbwellen von zwei Phasen und von der anderen invertierten Halbwelle
der dritten Phase gebildet wird. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 werden die positiven Halbwelleider Phase R und
S und die positiven Halbwellen der invertierten Phase T zur Bildung der Meß-Spannung UM herangezogen. Dazu werden
die Phasen R,S,T jeweils einer Diode D1, D2, D3 zugeführt,
deren andere Anschlußklemme miteinander in einem Verbindungspunkt VP verbunden sind. Der Verbindungspunkt VP ist an
den ersten Eingang E1 des Spannungskomperators SK anger
schlossen.
An einem zweiten Eingang E2 des Spannungskomperators SK liegt eine Referenzspannung UR an. Die Referenzspannung
UR wird mit Hilfe der einen Halbwelle einer nichtinvertieren Phase gewonnen, die auf ein RC-Glied geleitet wird.
Das RC-Glied besteht aus einem Widerstand R1 und einem
Kondensator C1. Durch das RC-Glied R1, C1 wird die anliegende
Phase etwas verzögert, z.B. um ca. 30°.
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~*~ 78 P 2 0 f 1 8RD
Die zwischen dem Widerstand R1 und dem Kondensator C1 liegende Diode D4 dient zur Spannungsbegrenzung während
der negativen Halbwelle der Phase R. Die weiterhin vorgesehenen Widerstände dienen zur Einstellung des Afbeitspunktes
des Spannungskomperators SK.
Die Betriebswelle der Anordnung nach Figur 1 wird mit Hilfe der Spannungsdiagramme der Figuren 2 bis 5 erläutert. Hier
sind jeweils Spannungen über die Zeit t aufgetragen.
Aus Figur 2 ergibt sich ein Drehfeld, bei dem die einzelnen Phasen R,S,T in richtiger Reihenfolge auftreten. Die
Phase R ist dabei ausgezogen, die Phase S gestrichelt, die Phase T gepunktet dargestellt. Wird ein solches Drehfeld
an die Schaltung nach Figur 1 angelegt, dann ergeben sich Spannungsverläufe an den Eingängen E1 und E2 und am Ausgang
A des Spannungskomperators, wie sie in Figur 3 dargestellt sind. Dabei ist die Meß-Spannung UM am Eingang E1
dick ausgezogen dargestellt, während die Referenzspannung
UR am Eingang E2 des Spannungskomperators SK gestrichelt dargestellt ist. Die einzelnen Phasen R,S und T invertiert
T sind ebenfalls eingezeichnet.
Aus Figur 3 ist zu sehen, daß bei richtiger Phasenfolge des Drehfeldes die Meß-Spannung UM immer oberhalb der Referenzspannung
UR verläuft. Am Ausgang des Spannungskomperators SK wird dann eine Ausgangsspannung UA abgegeben,
die immer den Wert H hat.
Anders sind die Verhältnisse, wenn die Phasen eines Drehfeldes nicht mehr in richtiger Reihenfolge auftreten. Ein
solcher Fall ist in Figur 4 dargestellt. Hier folgt auf
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2808Ü85
9
-*" 78P20M BRD
die Phase R die Phase T und anschließend die Phase S.
Die Spannungsverhältnisse auf die Phasenfolge gemäß Fig.4
am Eingang und am Ausgang des Spannungskomperators SK ergeben sich aus Figur 5.Hier ist wiederum die Meß-Spannung
UR und der Verlauf der Phase S, der Phase R und der Phase
T, gezeigt,-Aus Figur 5 ist zu ersehen, daß nun in bestimmten
Bereichen die Referenzspannung UR oberhalb der Meß-Spannung UM verläuft. Damit wird die Referenzspannung am Eingang E2
des Spannungskomperators SK zeitweise positiver als die Meß-Spannung UM am Eingang E1. Die Folge ist, daß die Ausgangsspannung
UA am Ausgang A des Spannungskomperators SK, wie in Figur 5 gezeigt, zeitweise vom Potential H zum Potential
L wechselt und erst dann wieder zum Potential H zurückkehrt, wenn die Referenzspannung UR kleiner wird als
die Meß-Spannung UM.
Der Fall, daß die Referenzspannung UR größer wird als die Meß-Spannung UM tritt aber nur dann auf, wenn die Reihenfolge
der Phasen des Drehfeldes falsch ist. Die Anordnung gemäß Figur 1 ist somit zur Überwachung der Phasenfolge
eines Drehfeldes geeignet.
Die Erzeugung der invertierten Phase T kann auf einfache Weise an den Sekundärwicklungen eines Strom-oder Spannungswandlers gewonnen werden. Ein Beispiel dafür ergibt sich
aus Figur 6. Es ist gezeigt, wie man mit Hilfe von Sekundärwicklungen die Phase R, S, und T erzeugen kann.
Figur 7 zeigt nun den Aufbau eines Drehfeldprüfers, bei dem
die Anordnung nach Figur 1 verwendet wird und der zudem noch den Ausfall von Phasen feststellen kann.
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Die Anordnung nach Figur 1 ist etwas abgeändert worden,
es werden nämlich alle Phasen R,S und T nicht invertiert zugeführt. Die Invertierung der Phase T erfolgt mit Hilfe
eines Inverters IV.
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Die Phase R wiid über eine Diode D1O, die Phase S über
eine Diode D2O dem ersten Eingang E1 des Spannungskomperators
SK zugeleitet. Die dritte Phase T wird über eine Diode D4O an einen Eingang eines Inverters IV geschaltet.
Die Diode D40 ist dabei entgegengesetzt gepolt wie die Diode D1O und D2O. Damit werden von den Phasen R und S
die positiven Halbwellen an den Spannungskomperator SK angelegt, während von der Phase T die negative Halbwelle
an den Inverter IV angelegt wird.
Der Inverter IV i.ivertiert nun die negative Halbwelle, die
an seinem Eingang anliegt und führt diese über eine Diode D15 zum Eingang E1 des Spannungskomperators SK.
Die Referenzspannung UR am zweiten Eingang des Spannungskomperators
SK wird wieder mit Hilfe eines RC-Gliedes gebildet, aus dem Widerstand R1O und dem Kondensator C1O,
aus den positive Halbwellen der Phase R erzeugt. Dazu wird zwischen . die Diode D1O und den Widerstand R1O eine Entkopplungsdiode
D13 geschaltet. Die Dioden D12 und D14 sind
ebenfalls Entkopplungsdioden. Die Diode D16 ist eine Referenzdiode
zum Schutz des Inverters IV.
Die Wirkungsweise der bisher geschilderten Schaltungsanordnung entspricht der Figur 1, der einzige Unterschied zwischen
beiden Schaltungen besteht einzig darin, daß ein Inverter IV vorgesehen ist, durch den die negative Halbwelle
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der Phase T invertiert wird. Die Schaltungsanordnung gibt somit immer nur dann ein Signal ab, wenn die Phasenfolge
des Drehfeldes nicht richtig ist.
Das Signal am Ausgang des Spannungskomperators SK wird
über eine Diode D22 an den Eingang eines Integrators IG geschaltet. Der Integrator IG besteht aus einem Kondensator
C2 und einem Widerstand R2O. Der Integrator ist an den einen Eingang eines Operationsverstärkers OP1 geschaltet.
Der Ausgang des Operationsverstärkers OP1 ist mit einem Ausgangskreis
verbunden, in dem eine Leuchtdiode LD2 angeordnet ist. Der andere Eingang des Operationsverstärkers 0P1
liegt zur Bildung einer Referenzspannung an einem Spannungsteiler.
Tritt am Ausgang des Spannungskomperators SK ein eine falsche Phasenfolge kennzeichnendes Fehlersignal auf, dann
gibt auch der Operationsverstärker OPl ein Signal ab, das über eine Diode D23 der Leuchtdiode LD2 zugeführt wird.
Diese leuchtet auf. Da äoerbei einem Drehfeld mit falscher
Phasenfolge die Fehlersignale immer nur periodisch vorliegen, und R20 und C2 entsprechend diomensioniert sind, wird die
Leuchtdiode LD2 bei einem Phasenfolgefehler blinken.
zur Feststellung des Ausfalls von Phasen des Drehfeldes ist ein weiterer Operationsverstärker 0P2 vorgesehen. Dessen
Ausgang ist ebenfalls mit dem Integrator IG verbunden, wobei der Widerstand des Integrators jetzt von dem Widerstand R21
gebildet wird. Der eine Eingang des Operationsverstärkers 0P2 ist mit einem Knotenpunkt KP verbunden. Dieser Knotenpunkt
KP ist der Zusammenschluß des Verbindungspunktes VP der Diode DlO, D20 mit der Anschlußklemme einer Diode D30,
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die in Richtung der Dioden D1O,D2O gepolt ist und der die
Phase T zugeführt wird. An dem einen Eingang des Operationsverstärkers OP2 liegen somit die positiven Halbwellen
der Phasen R,S,T an.
5
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An den anderen Eingang des Operationsverstärkers OP2 wird
eine Vergleichsspannung angelegt, die mit Hilfe eines Spannungsteilers bestehend aus dem Widerstand R22 und den
Zenerdioden ZD1, ZD2 gebildet wird. Parallel zu diesem Spannungsteiler ist ein Sieb-Kondensator C3 angeordnet. In
dem Spannungsteiler kann weiterhin eine Leuchtdiode LD1 angeordnet werden, die nur dann aufleuchtet, wenn der Drehfeldprüfer
an mindestens einer Phase und am M angeschlossen ist.
Solange alle Phasen eines Drehfeldes vorhanden sind, ist der Kondensator C2 des Integrators IG aufgeladen. Fällt
jedoch eine Phase aus, dann wird der Kondensator C2 über den Operationsverstärker OP2 entladen. Die Folge ist, daß
in dem Ausgangszweig des Operationsverstärkers OP1 ein Strom über die Diode 23 und die Leuchtdiode LD2 fließt,
der die Leuchtdiode LD2 zum Leuchten bringt. Die Zeitkonstante des Integrators ist nun so gewählt, daß der Kondensator
C2 durch die noch vorhandenen Phasen des Drehfeldes nicht mehr soweit aufgeladen werden kann, daß der Strom
durch die Leuchtdiode LD2 unterbrochen würde. Die Folge ist, daß bei Ausfall mindestens einer Phase des Drehfeldes ein
Dauerstrom durch die Leuchtdiode LD2 fließt und somit die Leuchtdiode ständig leuchtet.
Bei der Erläuterung der Figur 7 sind nur die Bauelemente bezeichnet worden, die zur Beschreibung der Funktion er-
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forderlich sind. Die nicht benannten Dioden dienen zur
Entkopplung, die nicht benannten Widerstände zur Einstellung der Arbeitspunkte des Spannungskomperators SK, des
Inverters IV und der Operationsverstärker OP1, 0P2 bzw. zur Strombegrenzung.
In Serie zu der Leuchtdiode LD2 kann ein Optokoppler KO angeordnet werden. An den Ausgang des Optokopplers kann
dann eine Auswerteschaltung angeschlossen werden, in der das Signal im Ausgangskreis des Operationsverstärkers 0P1
weiter ausgewertet werden kann.
7 Patentansprüche
7 Figuren
7 Figuren
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Claims (7)
- Patentansprüche 78 P 2 0 Π BRD11J Schaltungsanordnung zur Überwachung der Phasenfolge eines Drehfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungskomperator (SK) vorgesehen ist, dem an seinem ersten Eingang (E1) zur Bildung einer Meß-Spannung (UM) von zwei Phasen die einen Halbwellen und von der dritten Phase die andere Halbwelle invertiert zugeführt wird und dem an seinem zweiten Eingang (E2) eine nichtinvertierte Halbwelle verzögert als Referenzspannung (UR) zugeleitet wird, und daß der Spannungskomperator so eingestellt ist, daß er ein eine falsche Phasenfolge kennzeichnendes Fehlersignal (Ui) abgibt, wenn die Referenzspannung (UR) die Meßspannung (UM) übersteigt.
- 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e .jtj kennzeichnet, daß vor dam zweiten Eingang (E2) des Spannungskomeprators (SK) ein RC-Glied (R1, C1) geschaltet ist, dem zur Bildung der Referenzspannung (UR) die eine Halbwelle einer nichtinvertierten Phase zugeführt wird.2Q
- 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Phase (R,S,T) an den einen Anschlußklemmen jeweils einer Diode (D1,D2,D3) angelegt ist, und daß die andere Anschlußklemmen dieser Dioden miteinander verbunden sind und der dadurch gebildete Ver-bindungspunkt (VP) an den ersten Eingang (E1) des Spannungskomperators (SK) angeschlossen ist.
- 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Phasen nichtinvertiertORiGSMAl- INSPECTEO 909835/0299an eine Anschlußklemme jeweils einer ersten und zweiten Diode (D1O, D20) angeschlossen ist/ deren andere Anschlußklemme miteinander verbunden sind und der dabei gebildete ■ Verbindungspunkt (VP) an den ersten Eingang (E1) des Spannungskomperators (SK) angeschlossen ist, und daß die dritte Phase über eine zu der ersten und zweiten Diode (D1O, D2O) gegenpolig geschalteten Diode (D4O) an einen Inverter (IV) angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem ersten Eingang (E1) des Spannungskomperators (SK) verbunden ist.
- 5. Anwendung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 bei einem Drehfeldprüfer, bei dem auch der Ausfall einer Phase feststellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Spannungskomperators (SK) mit einem Integrator (IG) verbunden ist, daß der Ausgang des Integrators an einem Operationsverstärker (OP1) anliegt, dessen Ausgang mit einem Ausgangskreis verbunden ist, in dem eine Anzeigeschaltung (LD2) angeordnet ist, daß der Eingang des Integrators (IG) weiterhin mit dem Ausgang eines weiteren Operationsverstärkers (OP2) verbunden ist, daß ein erster Eingang des weiteren Operationsverstärkers (OP2) an einen Knotenpunkt (KP) angeschlossen ist, der von dem Verbindungspunkt (VP) der ersten und zweiten Diode (D1O, D2O) und einer Anschlußklemme einer mit der ersten und der zweiten Diode (D1O, D2O) gleichgepolten Diode(D3O) gebildet ist, deren andere Anschlußklemme der dritten Phase zugeführt wird, und daß ein zweiter Eingang des weiteren Operationsverstärkers (OP2) zur Bildung einer Vergleichsspannung an einem Spannungsteiler (R22, ZD1, ZD2) anliegt, der mit dem Knotenpunkt (KP) verbunden ist und parallel zu dem ein Kondensator (C3) liegt.909835/029978P 2 0 1 1 BRD
- 6. Drehfeldprüfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spannungsteilerzweig eine Leuchtdiode (LD1) angeordnet ist.
- 7. Drehfeldprüfer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgangskreis des einen Operationsverstärkers (OP1) ein Optokoppler (KO) angeordndet ist.909835/0299
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