Verfahren zur Bestimmung des Drehsinnes eines Drehstromnetzes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Drehsinnes der Phasen eines Drehstromnetzes.

Für den genannten Zweck ist die Benutzung elektromechanischer Drehfeldanzeiger bekannt. Diese enthalten um 120° versetzt angeordnete Magnetspulen für die Phasen des Netzes und eine drehbar angeordnete Metallscheibe. Ein Pfeilsymbol auf der Metallscheibe veranschaulicht den Drehsinn des Netzes. Ein solches Gerät ist bei der Errichtung elektrischer Anlagen zweckmäßig verwendbar, eignet sich jedoch aufgrund seiner Größe insbesondere nicht zum festen Einbau in kompakte Geräte, z. B. Niederspannungs-Leistungsschalter.

Durch die japanische Patentanmeldung JP 55-2963 (A) (vgl. Patents Abstracts of Japan, March 7, 1980, Vol. 4, Nr. 27 „Phase rotation detecting circuit for three phase power supply") ist eine Schaltung mit einem Transformator bekannt geworden, der eine Eingangswicklung mit zwei Ausgangs- Wicklungen aufweist. Die Eingangswicklung ist an zwei Phasen eines Drei-Phasen-Netzes angeschlossen. An die Ausgangs- Wicklungen sind jeweils Tyristoren angeschlossen, die ihrerseits antiparallel geschaltet sind. Beim Null-Durchgang an der Eingangswicklung wird die AusgangsSpannung erzeugt, die einen Tyristor durchschaltet und somit die Polarität und damit dem Fachmann die Zuordnung zum Drehsinn ermöglicht.

Eine weitere bekannte Schaltungsanordnung (DD 254 088 Bl) arbeitet unter Zuhilfenahme von drei Triggern, aus denen den jeweiligen Phasenleitern phasengleiche Impulsfolgen gewonnen werden. Diese Impulsfolgen werden jeweils auf den Takteingang eines D-Flipflop geschaltet, wobei der D-Eingang des ersten Flipflop mit einer logischen 1 belegt ist, während die D- Eingänge des zweiten und dritten D-Flipflop mit den Q-

_A usgängen des ersten und des zweiten D-Flipflop verbunden sind und die Rücksetzeingänge des ersten und zweiten D- Flipflop mit dem Takteingang des dritten D-Flipflop verbunden ist, so daß der logische Pegel am Q bzw. Q-Ausgang des dritten D-Flipflop als Merkmal für die Phasenfolge dient.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mit möglichst geringem Aufwand durchführbares Verfahren anzugeben, das von der Frequenz des zu prüfenden Netzes unabhängig ist und auch bei unsymmetrischer Phasenbelastung eine fehlerfreie Anzeige ergibt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch folgende Schritte gelöst: - es wird ein Nulldurchgang einer der Phasen ermittelt,

- im Zeitpunkt der Ermittlung eines Nulldurchganges in der einen Phase wird die Polarität der beiden verbleibenden Phasen ermittelt,

- aus der Zuordnung der Polarität zu den betreffenden Phasen wird der Drehsinn als "RECHTS" oder "LINKS" bestimmt,

- die vorstehenden Schritte werden nach Bedarf einmalig bzw. in bestimmten Abständen periodisch durchgeführt.

Im Unterschied zu den eingangs erwähnten bekannten Vefahren genügt es somit, gewissermaßen eine Momentaufnahme des

Zuεtandes der Phasen des Netzes durchzuführen. Damit ist es nicht erforderlich, einen ständig arbeitenden Mikroprozessor bzw. Mikrokontroller bereitzustellen. Vielmehr kann ein bereits vorhandener und für andere Aufgaben vorgesehener Prozessor die durchzuführenden Schritte ohne Nachteil für seine Hauptaufgabe zusätzlich übernehmen. Ferner kann die Bestimmung des Drehsinns auch ohne Verwendung eines Mikro¬ prozessors durch eine einfache eigenständige Schaltungs¬ anordnung erfolgen.

Eine zur Durchführung des erläuterten Verfahrens geeignete Schaltungsanordnung kann zur Bestimmung des Nulldurchgangeε

in der einen Phase einen Komparator aufweisen und kann eine weitere Komparatorschaltung zur Ermittlung der Polarität der verbleibenden Phasen sowie eine erste Logikschaltung zur Verarbeitung der AusgangsSignale aller vorhandenen Komparatorschaltungen aufweisen, wobei eine weitere, durch die erste Logikschaltung gesteuerte Logikschaltung Ausgangsgrößen für die Gültigkeit der jeweils vorgenommenen Messung und für den Drehsinn als logische "0"- bzw. "i"- Signale erzeugt.

Wie schon erwähnt, kann im Rahmen der Erfindung vorteilhaft ein bereits für andere Zwecke vorgesehener Mikroprozessor bzw. Mikrokontroller mitbenutzt werden. Hierbei kommt insbesondere der Mikroprozessor im elektronischen Auslöser eines Niederspannungs-Leistungsschalters in Betracht. Dieser kann vorteilhaft folgende Schritte veranlassen:

- Abgabe eines Startbefehls zur Bestimmung eines Nulldurch¬ ganges einer ausgewählten Phase und zur gleichzeitigen Bestimmung der Polarität der beiden verbleibenden Phasen, - Aktivierung einer Interruptserviceroutine zum Vergleich von Polarität und zugeordneter Phase,

- Abgabe von Steuerbefehlen zur Darbietung benutzer¬ orientierter Symbole mittels einer Anzeigevorrichtung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Figur 1 zeigt schematisch den Kurvenverlauf der Phasen eines Drehstromnetzes bei unsymmetrischer Belastung.

In der Figur 2 ist schematisch ein mit einer Anzeigevor¬ richtung für den Drehsinn des Netzes versehener Nieder- spannungs-Leistungsschalter.

In der Figur 3 ist als Blockschaltbild eine Schaltungsan¬ ordnung zur Bestimmung des Drehsinns unter Verwendung eines Mikroprozessors gezeigt.

Die Figur 4 zeigt ein weiteres Beispiel für die Bestimmung des Drehsinns mit einer eigenständigen Schaltungsanordnung.

Die in der Figur 1 gezeigten Phasen Ll, L2 und L3 eines

Drehstromnetzes können eine beliebige Frequenz im technischen Bereich, d. h. zwischen etwa 16 2/3 Hz und 400 Hz aufweisen. Die gezeigten unterschiedlichen Amplituden beruhen auf un¬ symmetrischer Belastung des Netzes. Daher kann in wechselnder Folge jede der Phasen Ll, L2 und L3 betroffen sein.

Der in der Figur 2 schematisch gezeigte Niederspannungs- Leistungsschalter LS umfaßt in bekannter Weise Schaltkontakte SK, die durch ein Schaltschloß SS steuerbar sind. Ein elektronischer Auslöser EA enthält einen Mikroprozessor P sowie eine Anzeigevorrichtung AV. Auf dieser kann neben anderen für den Benutzer wesentlichen Größen auch der Drehsinn des Netzes als Zeichen oder Symbol dargestellt werden. Beispiele für die Betätigung der Anzeigevorrichtung AV werden nun anhand der Figuren 3 und 4 erläutert.

Die nachfolgend anhand der Figuren 3 und 4 zu erläuternden Schaltungsanordnungen werden weder durch die Frequenz, noch durch eine Unsymmetrie der in Figur 1 gezeigten Art beein- flußt.

Gemäß der Figur 3 wird dem positiven Eingang eines Komparatorε VI ein von der Phase Ll abgeleitetes Signal zugeführt, während an dem negativen Eingang ein Bezugs- potential angelegt ist. Am Ausgang des Komparators VI erscheint somit jeweils im Nulldurchgang der Phase Ll ein schematisch gezeigter Rechteckimpuls RI.

Ein Mikroprozessor V2 verarbeitet den in der Figur 3 ge- zeigten Rechteckimpuls RI zugleich mit analogen Signalen, die von den Phasen L2 und L3 abgeleitet sind und einem zu dem Mikroprozessor V2 gehörenden A/D-Wandler AD zugeführt werden.

Durch den Rechteckimpuls RI wird eine in dem Mikroprozessor _V 2 hinterlegte Interruptserviceroutine ISR aktiviert. Dies kann in geeigneten Abständen geschehen, z. B. einmal pro Sekunde. Die ISR hat folgenden Aufbau: WANDELN(PhaseL2) ; WANDELN(PhaseL3) ; IF (PhaseL2<0) THEN

IF (PhaseL3>0) THEN {Drehsinn=rechts}

ELSE {Drehsinn=0}

IF (PhaseL2>0) THEN

IF (PhaseL3<0) THEN {Drehsinn=links>

ELSE {Drehsinn=0}

END.

In der ISR ist als mögliches Ergebnis auch der Wert "0" für den Drehsinn vorgesehen. Dies stellt ein ungültiges Ergebnis dar, das insbesondere durch den Ausfall einer Phase oder durch eine ungewöhnlich große Phasenverschiebung verursacht sein kann.

Die in der Figur 3 gezeigte Schaltungsanordnung eignet sich besonders für den Fall, daß der Mikroprozessor V2 in einer elektrischen Anlage oder einem Schaltgerät bereits vorhanden ist. Durch die im Rahmen der Ermittlung des Drehsinnes nur kurzdauernde und in Abständen durchzuführende Interrupt- serviceroutine ISR wird die Rechenleistung des Mikro¬ prozessors nur geringfügig in Anspruch genommen. Daher kann die gezeigte Schaltung vorteilhaft in Niederspannungs- Leistungsεchaltern eingesetzt werden, deren elektroniεche

Auslöser einen für den Schutz gegen Überströme eingesetzten Mikroprozessor enthalten.

Für den Fall, daß ein Mikroprozessor nicht zur Verfügung steht oder für die Ermittlung des Drehsinnes nicht benutzt werden soll, eignet εich die in der Figur 4 gezeigte Schaltungsanordnung. In dieser wird von jeder der Phasen Ll,

L2 und L3 ein Signal abgeleitet und dem positiven Eingang eines Komparators V3, V4 bzw. V5 zugeführt. Eine erste Logikschaltung Dl wird durch das Nulldurchgangs-Signal des Komparators V3 getriggert und vergleicht die Polarität der von den Komparatoren V4 und V5 gelieferten Signale der Phasen L2 und L3. Die Ausgangsgrößen Ql und Q2 der Logikschaltung Dl werden in einer zweiten Logikschaltung D2 gemäß der zu der Figur 4 gehörenden Wahrheitstabelle verarbeitet. Dazu gibt der Ausgang AI den Drehsinn in der Form 0=RECHTS und l--LINKS wieder. Am Ausgang A2 wird ausgegeben, ob ein gültiger

Drehsinn ermittelt werden konnte. Ist A2=0, so liegt einer der vorstehend bereits erläuterten Gründe vor, die einer Er¬ mittlung des Drehsinnes entgegenstehen.