DE2508586C3

DE2508586C3 - Electronic three-phase phase monitor

Info

Publication number: DE2508586C3
Application number: DE19752508586
Authority: DE
Inventors: Wilhelm 5200 Siegburg Koch
Original assignee: Rheinisch-Westfälische Isolatoren-Werke GmbH, 5200 Siegburg
Filing date: 1975-02-27
Publication date: 1977-11-10

Description

Die Erfindung betrifft einen elekiroiii^die!¹. Drehstrom-Phasenwächter nach dem Oberbegriff des AnThe invention relates to an elekiroiii ^ the! ^1st Three-phase phase monitor according to the generic term An

Spruchs 1.Proverb 1.

Bekannt sind Motorschutz-Schaltgeräte, die mit einem Thermokontakt ausgerüstet sind, und den Motor, bzw. Verbraucher vom Netz trennen, sobald der s eingestellte Strom überschritten wird. Diese Geräte sind in vielen Anwendungsfällen zu träge und bei großer Schaltfolge nicht einsetzbar, da der Anlaufstrom eines Drehstrommotors bis zum zehnfachen Nennstrom betragen kann und daher bei Einstellung des Motor-Schutzschalters auf den Nennstrom der Motorschutzschalter abschaltet, weil der Nennstrom dem Anlaufstrom nahe kommen kann und die Abkühlzeiten für den Thermokontakt bei hoher Schaltfolge zu gering sind. Wird jedoch der Motorschutzschalter auf einen höheren Strom eingestellt, schützt er nicht mehr die Motorwicklungen. Known are motor protection switching devices that are equipped with a thermal contact, and the motor, or disconnect the consumer from the mains as soon as the current set s is exceeded. These devices are Too sluggish in many applications and cannot be used with a large switching sequence because the starting current of a Three-phase motor can be up to ten times the rated current and therefore when the motor protection switch is set the motor protection switch switches off at the rated current, because the rated current corresponds to the starting current can come close and the cooling times for the thermal contact are too short with a high switching sequence. However, if the motor protection switch is set to a higher current, it no longer protects the motor windings.

Schließlich ist ein Drehstrom-Phasenwächter der eingangs genannten Art bekanntgeworden (vgl. DT-AS 10 47 931), bei dem die Sekundärwicklung von drei, den drei Verbraucherphasen zugeordneten Stromwandlern einerseits über je einen Einweggleichrichter in Stern geschaltet und andererseits durch eine gemeinsame Ableitung unmittelbar miteinander verbunden sind, und bei dem der Sternpunkt und die gemeinsame Ableitung an ein frequenzempfindliches, die zugeführten Frequenzen addierendes Gerät angeschlossen sind, das bei Änderung der normalen Summenfrequenz beispielsweise von 150Hz in 100 Hz ein Signal und/oder die Abschaltung des überwachten Verbrauchers auslöst, jo Das frequenzempfindliche Gerät kann ein oder mehrere auf die auftretenden Frequenzen abgestimmte elektrische Schwingungsglieder, /.. B. Resonanzkreise, oder mechanische Schwingungsglieder, z. B. nach Art der Zungen von Frequenzmeßgerälen, enthalten. Λ5 Dieser bekannte Drehstrom-Phasenwächter ist ersichtlich aufwendig, da er drei Stromwandler benötigt, die im übrigen auch einer Miniaturisierung des Drehstrom-Phasenwächters entgegenstehen, und ferner das ebenfalls verhältnismäßig komplizierte frequenzempfindliche Gerät. Hinzu kommt, daß zwar bei Ausfall einer beliebigen Phase des Drehstrom-Netzes das gesamte Drehstrom-Netz abgeschaltet wird, da 'nfo!g<· der Verminderung der Summenfrequenz von z. B. 150Hz auf 100 Hz die Selbsthaltung des frequenzempfindlichen Geräts unterbrochen wird, jedoch dieses nicht anspricht, wenn über die Verbraucher — insbesondere Motorenwicklungen — ein Schluß zwischen den Phasen entsteht, da dadurch die Summenfrequenz überhaupt nicht oder nur wenig geändert wird. Trotz des Ausfalls einer Phase wird also dann der Verbraucher nicht abgeschaltet, da die Selbsthaltung des frequenzabhängigen Geräts nicht aufgehoben wird. Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen elektronischen Drehstrom-Phasenwächter der eingangs S5 genannten Art zu schaffen, der ein anderes, einfacheres und genaueres Meßprinzip verwendet und darüber hinaus nicht nur beträchtlich einfacher aufgebaut ist, insbesondere Stromwandler vermeidet, sondern auch eine höhere Abschallsicherheit erzielt, insbesondere ein ίο unbeabsichtigtes Wiedereinschalten sicher ausschließt.Finally, a three-phase phase monitor of the type mentioned at the beginning has become known (cf. are connected, and in which the star point and the common derivation are connected to a frequency-sensitive device that adds the supplied frequencies, which triggers a signal and / or the shutdown of the monitored consumer when the normal sum frequency changes, for example from 150Hz to 100 Hz, jo Das Frequency-sensitive device can have one or more electrical oscillating elements that are matched to the frequencies occurring, / .. B. resonance circuits, or mechanical oscillating elements, e.g. B. in the manner of the tongues of frequency meters included. Λ5 This well-known three-phase phase monitor is obviously expensive because it requires three current transformers, which also oppose miniaturization of the three-phase phase monitor, and also the relatively complicated frequency-sensitive device. In addition, if any phase of the three-phase network fails, the entire three-phase network is switched off because the reduction in the sum frequency of z. B. 150Hz to 100 Hz, the self-holding of the frequency-sensitive device is interrupted, but this does not respond when the consumer - especially motor windings - a conclusion between the phases is created, as the total frequency is not changed or only slightly. In spite of the failure of a phase, the consumer is not switched off, since the self-holding of the frequency-dependent device is not canceled. In contrast, it is the object of the invention to create an electronic three-phase phase monitor of the type S5 mentioned at the beginning, which uses a different, simpler and more precise measuring principle and, moreover, is not only considerably simpler, in particular avoids current transformers, but also achieves a higher level of soundproofing, in particular, ίο reliably excludes unintentional restart.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Anspruchs 1.This object is achieved according to the invention by the characterizing part of claim 1.

Erfindungsgemäß ist der von den drei Dioden gebildete Sternpunkt nämlich zwischen zwei der Dioden <>5 durch das erste Sleuerelektroden-Halbleiterbauclement auftrennbar, so daß die zwei weiteren Steuerelektroden-Halbleiterbauelemente keinen reinen Gleichstrom über die drei Dioden erlial.cn. Damit wird ein Null-Durch-According to the invention, the star point formed by the three diodes is namely between two of the diodes <> 5 by the first sleuer electrode semiconductor component separable, so that the two further control electrode semiconductor components no pure direct current through the three diodes. This creates a zero-through

gang erzwungen, der die beiden weiteren Steuerelektroden-Halbleiterbauelemente sicher absehaltet. Die Abschaltung erfolgt aber nicht nur durch den erzwungenen Null-Durchgang, sondern auch bei Unterschreiten eines Mindestwerts des durch die beiden weiteren Steuerelek- s troden-Halbleiterbauelemente fließenden Stroms, auf Grund dessen diese in Selbsthaltung bleiben.gang forced of the two other control electrode semiconductor components safe stay away. The shutdown is not only done by the forced one Zero crossing, but also when the value falls below a minimum value through the two further control elements Trode semiconductor components flow current, due to which they remain in self-retention.

Das Trigger-Halbleiterbauelemcnt ist so bemessen, daß es bei Unterschreiten einer bestimmten Gesamtspannung gesperrt wird und damit kein Steuerstrom mehr über die Steuerelektrode des ersten Steuerelektroden-Halbleiterbauelements fließen kann, so daß dieses ebenfalls gesperrt wird und den Sternpunkt zwischen den beiden benachbarten Dioden auftrennt. In diesem Fall kann nur noch eine Halbwelle über die in Reihe mit den beiden weiteren Steucrelektroden-Halbleiterbauelementen liegende Diode, diese beiden weiteren Steuerclektroden-Halbleiterbauelemente selbst und die Schürzspule zum Mittelpunktleiter fließen, sofern diese Phase nicht ausgefallen ist. Der Null-Durchgang des Wechselstroms wird sicher erzwungen, so daß die beiden weiteren Steuerelektroden-Halbleiterbauelemcnte gesperrt werden, das Schallschutz abfällt und somit über seine Schutzkontakte alle drei Drehstrom-Netz-Phascn unterbricht.The trigger semiconductor component is dimensioned in such a way that when the voltage drops below a certain total voltage is blocked and thus no more control current via the control electrode of the first control electrode semiconductor component can flow so that this is also blocked and the star point separates between the two adjacent diodes. In this case, only one half-wave can be passed through the in Row with the two other control electrode semiconductor components lying diode, these two other control electrode semiconductor components themselves and the Schürzspule to the center conductor flow, provided this phase has not failed. The zero crossing of the alternating current is safely forced, so that the two further control electrode semiconductor components are blocked, the sound insulation drops and thus interrupts all three three-phase mains phases via its protective contacts.

Selbst wenn die ausgefallene Phase wiederkehrt, bleibt der Verbraucher so lange vom Drehstrom-Nctz abgetrennt, wie der EIN-Taster unbetätigt isi. Auf diese Weise wird ein unkontrolliertes Wieder-Einschalten sicher vermieden, und der Drehsirom-Phasenwächter dient gleichzeitig als Netztrennschalter. Netzrückspeisungen in die ausgefallene Phase sind daher unmöglich.Even if the failed phase recurs, the consumer remains on the three-phase network for so long separated as the ON button is not pressed. To this In this way, an uncontrolled restart is safely avoided, and the rotary sirom phase monitor also serves as a mains disconnector. It is therefore impossible to feed back into the failed phase.

Der erfindungsgemäße Drehstrom-Phascnwächter weist also keine teuren Stromwandler und kein kompliziertes frequenzabhängiges Gerät auf, so daß er sehr kostengünstig herstellbar ist, abgesehen davon, daß er eine größere Abschaltsicherhcit zeigt und überhaupt ein unbeabsichtigtes Wieder-Einschalten verhindert.The three-phase phase monitor according to the invention therefore has no expensive current transformers and none complicated frequency-dependent device, so that it is very inexpensive to manufacture, apart from the fact that it shows a greater switch-off safety and prevents an unintentional switch-on at all.

Ausgestaltungen der Erfindung, insbesondere Beispiele für die Stcuerelektroden-Halblehcrbauelemcnte und das Trigger-Halbleiterbauelemenl, sind in den Unteransprüchen angegeben.Refinements of the invention, in particular examples for the control electrode semiconductor components and the trigger semiconductor component are specified in the subclaims.

Die Erfindung wird anhand der aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing consisting of a single figure.

Gemäß dem abgebildeten Ausführungsbeispiel liegt in jedem Strom/.weig (ohne Bezugvzeiehen) von den Phasen R, S, T eines Drehsirum-Nei/.es jeweils eine Diode Dl, D2 bzw. D3, welche Dioden an ihren anderen Enden zu einem Sternpunkt Sp zusammengefaßt sind, wenn ein Triac Tr 1 leitend und ein AUS-Taster oder öffner 55 geschlossen ist. Vom Sternpunkt Sp aller drei Dioden Cl- D 3 liegen in Reihe mit der Diode D 3 und dem AUS-Taster 55 zwei Triacs Tr 2 und Tr3 und eine Schützspule L eines abzuschaltenden elektromechanischen Schaltschützes, js deren anderes Ende an einem ivlittelpunktlciter MP liegt. Die beiden Triacs TR 2 und Tr 3 werden (ausgehend von deren voneinander abgewandten Kathoden) durch einen hochohmigen Widerstand R überbrückt, der /.. B. einen Wert von 70 kQ haben kann. <so Der Widerstand R kann jedoch in geeigneten Anwendungsfällen auch weggelassen werden (vgl. dazu auch weiter unten).According to the illustrated embodiment, a Drehsirum-Nei / .es is in each stream / .weig (without Bezugvzeiehen) of the phases R, S, T, respectively, a diode Dl, D2 and D3, diodes which at their other ends to form a star point Sp are summarized when a triac Tr 1 is conductive and an OFF button or breaker 55 is closed. From the star point Sp of all three diodes Cl- D 3, in series with the diode D 3 and the OFF button 55, there are two triacs Tr 2 and Tr3 and a contactor coil L of an electromechanical contactor to be disconnected, the other end of which is connected to a central point MP . The two triacs TR 2 and Tr 3 are bridged (starting from their cathodes facing away from each other) by a high-resistance resistor R , which / .. can have a value of 70 kΩ. <see above The resistor R can, however, also be omitted in suitable applications (see also below).

Der Triac Tr 1 öffnet oder schließt den Sternpunkt Sp der drei Dioden D1-D3 einseitig zwischen den (λ Dioden Dl und Γ>\ Die Steuerelektrode des Triacs Tr 1 liegt über einen Diac D/ an der Kathode des Triues Tr 2. Wenn die Schützspule L Spannung erhält, schließen Schützkontakte si-S3, so daß Drehstrom-Verbraucher Lai, La 2 bzw. La 3 an die einzelnen Phasen R, S, T des Drehstrom-Netzes angeschlossen werden.The triac Tr 1 opens or closes the star point Sp of the three diodes D1-D3 on one side between the (λ diodes Dl and Γ> \ The control electrode of the triac Tr 1 is via a diac D / on the cathode of the triangle Tr 2. When the contactor coil L receives voltage, contactor contacts Si-S3 close so that three-phase loads Lai, La 2 or La 3 are connected to the individual phases R, S, T of the three-phase network.

Wird ein die beiden Steuerelektroden der beiden Triacs Tr 2, Tr3 verbindender EIN-Taster oder Schließer 54 gedrückt, fließt Strom von der Phase T über die Diode D3 und den in Schließstellung befindlichen (vgl. Zeichnung) AUS-Taster 55 zur Kathode des Triacs Tr 2 und von dort über dessen Steuerelektrode und den EIN-Taster 54 zur Steuerelektrode des Triacs Tr 3 und weiter über dessen Kathode durch die Schützspule L zum Mitielpunklleiter MP. Die Triacs Tr 2 und Tr 3 steuern sich in weitgehend an sich bekannter Weise gegenseitig auf und werden leitend.If an ON button or make contact 54 connecting the two control electrodes of the two triacs Tr 2, Tr3 is pressed, current flows from phase T via diode D3 and the OFF button 55, which is in the closed position (see drawing), to the cathode of triac Tr 2 and from there via its control electrode and the ON button 54 to the control electrode of the triac Tr 3 and further via its cathode through the contactor coil L to the central point conductor MP. The triacs Tr 2 and Tr 3 control each other in a largely known manner and become conductive.

Gleichzeitig fließt von den Phasen R und S über die Dioden D\ und D 2 ein zum Mitlelpunktleiter MP phasenverschiedener Strom durch die Kathode des Triacs TrI zu dessen Steuerelektrode unu über den Diac D/zur Kathode des Triacs Tr2 und steuert den Triac Tr 1 auf, so daO dieser leitend wird (Überkopfzündung). Vom Diac Di fließt ein sehr kleiner Strom über den hochohmigen Widerstand R mit gleicher Polarität zur Kathode des Triacs Tr3 und von dort über die Schützspule L zum Mittelpunktleiter MP. Dc-r Stern punk» Sp, der durch die Dioden D1-D3 gebildet ist, wird durch das Leitendwerden des Triacs Tr 1 geschlossen, so daß alle drei um 120° gegeneinander verschobenen Halbwellcn durch dieTriacs Tr 2 und Tr3 über die Schützspule L zum Mittelpunktleiter MP fließen. Da die Halbwellen dieses Gleichstroms sich gegenseitig überlappen, wird der Augenblickswert des Gleichstroms niemals Null, so daß die Triacs Tr2 und Tr 3 nicht in den Sperrzustand übergehen können und in Selbsthahung auch dann gehen, wenn der EIN-Taster 54 wieder geöffnet ist. Die Schützspule L, die von den drei Halbwellcn durchflossen wird, wird erregt und schließt damit die drei Schützkontakte sl-s3, so daß die Verbraucher La 1 — Lu 3 an die Spannung der drei Phasen R, 5, Tgclegt werden.At the same time, a current of different phases flows from the phases R and S via the diodes D \ and D 2 to the central point conductor MP through the cathode of the triac TrI to its control electrode and via the diac D / to the cathode of the triac Tr2 and controls the triac Tr 1, so that it becomes conductive (overhead ignition). A very small current flows from the diac Di via the high-value resistor R with the same polarity to the cathode of the triac Tr3 and from there via the contactor coil L to the center conductor MP. The star point Sp, which is formed by the diodes D1-D3, is closed when the triac Tr 1 becomes conductive, so that all three half-waves displaced by 120 ° from one another through the triacs Tr 2 and Tr3 via the contactor coil L to the center conductor MP flow. Since the half-waves of this direct current overlap each other, the instantaneous value of the direct current never becomes zero, so that the triacs Tr2 and Tr 3 cannot go into the blocking state and also go into action when the ON button 54 is opened again. The contactor coil L, through which the three half-waves flow, is excited and thus closes the three contactor contacts sl-s3, so that the loads La 1 - Lu 3 are connected to the voltage of the three phases R, 5, Tgclegt.

Wird der AUS-Taster 55 gedrückt, so wird die Phase T zum Sternpunkt Sp unterbrochen, und durch die beiden Triacs Tr 2, Tr 3 fließen nur noch zwei Halbwellen des Stroms. Wegen der fehlenden Halbwel-Ie geht die resultierende Spannung des Gleichstroms durch Null, so daß die Triacs Tr2 und Tr 3 in den Sperrzustand übergehen und die Schützspule L keine Spannung mehr erhält, demgemäß entregt wird und damit die Schützkontakte vl-s3 öffnet. Durch kurzzeitiges Drücken des EIN-Tasters 54 bzw. des AUS-Tasters 55 kann also die Schützspule L ab- oder angeschaltet werden.If the OFF button 55 is pressed, the phase T to the star point Sp is interrupted, and only two half-waves of the current flow through the two triacs Tr 2, Tr 3. Because of the missing Halbwel-Ie, the resulting voltage of the direct current goes through zero, so that the triacs Tr2 and Tr 3 go into the blocking state and the contactor coil L no longer receives voltage, is accordingly de-energized and thus the contactor contacts vl-s3 opens. By briefly pressing the ON button 54 or the OFF button 55, the contactor coil L can be switched off or on.

Fällt nun im erregten Zustand der Schützspule L eine beliebige der Phasen R, 5, Taus, dann verringert sich die Spannung an der Schützspule L so, daß die Schützspule L entregt wird.If any of the phases R, 5, Tau falls in the energized state of the contactor coil L, then the voltage across the contactor coil L is reduced so that the contactor coil L is de-energized.

Genauer gesagt, der Widerstand R ist so bemessen, daß bei Phasenausfall die Triacs TrI und Tr 2 abgeschaltet werden, weil der Strom durch Null gehen muß (vgl. auch oben), wobei die Schützspule L selbst eine Gegeninduktivität erzeugt, die mithilft, den Nulldurchgang des Stroms zu erzwingen. Damit läßt sich bei Ausfall irgendeiner der Phasen das Abfallen bzw. Entregen der Schützspule L sehr einfach, aber trotzdem sicher erzwingen, auch wenn über die Drehstrom-Verbraucher La 1 — La 3, z. B. Motorentwicklungen. Rückspeisungen von Spannungen in das Drehstrom- bzw. Speise-Netz auftreten.More precisely, the resistor R is dimensioned so that in the event of a phase failure, the triacs TrI and Tr 2 are switched off because the current has to go through zero (see also above), the contactor coil L itself generating a mutual inductance that helps ensure the zero crossing to force the current. In this way, in the event of failure of any of the phases, the drop-out or de-energization of the contactor coil L can be forced very easily, but still safely, even if the three-phase loads La 1 - La 3, e.g. B. Engine developments. Voltages are fed back into the three-phase or supply network.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Electronic three-phase monitor that a power-phase rotary current disconnects the load or loads from the three-phase AC power upon failure of, is at the in each Stromzwc on the phases of a diode connected at their, netzabgcwandten ends to form a star point are, characterized in that the star point (Sp) can be separated on one side between two of the diodes (D2, D3) by a first control leakage electrode semiconductor component (Tr 1), that the star point (Sp) is connected to one (D 3) of the two diodes a series circuit, consisting of two further control electrode semiconductor components (7> 2, 77-3), the anodes of which face each other, and the contactor coil (L) of a contactor whose contactor contacts (s 1, s2, i3) the loads ( La 1, Ln 2, Ln 3) with the phases (R, S, T) connect, to a center conductor (MP) is that on the control electrode side the first control electrode semiconductor component (TrI) via a trigger semiconductor component (Di) with high reverse voltage the cathode of the network-facing control electrode semi-conductor component of the two further control electrode semiconductor components (7> 2, 7> 3) and can thus be controlled via the head that the cathodes of the two further control electrode semiconductor components (Tr2, 7V3) via a resistor (R) are connected that cüe one (D3) of the two diodes can be separated from the star point (Sp) via an OFF button (S 5) and that to ignite the two further control electrode semiconductor components (Tr2, 7> 3) these control electrode side by an ON Button (54) can be connected.

2. Three-phase phase monitor according to claim 1, characterized in that the three control leakage current semiconductor components (771, 772, 77 \ 3) are triacs.

3. Three-phase phase monitor according to claim 1, characterized in that the three control electrode semiconductor components (Tr 1, 7> 2, 7> 3) thyristors, possibly with two control electrodes.

4. Three-phase phase monitor according to one of the preceding claims, characterized in that the trigger · semiconductor component (Di) is a diac.

5. Three-phase phase monitor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Triggcr half-citer component (Di) is a VDR resistor.

6. Three-phase phase monitor according to one of claims 1-3, characterized in that the trigger semiconductor component (Di) is e'mc Z-diode.

7. Three-phase phase monitor according to one of the preceding claims, characterized in that that the resistance f / ty is high.

8. Three-phase phase monitor according to one of the preceding claims, characterized in that the resistor (R) is adjustable for different voltages.