专利名称：运用信号技术处理电压的装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种运用信号技术处理输入电压的装置，其中，根据渐变的线性赋值
函数使每个输入电压值都精确地对应指派一个输出电压值，其中，所述赋值函数具有至少 两个彼此相邻的赋值区域，所述赋值区域分别通过各自的极限电压来设定，其中，所述赋值 函数在具有极限电压最低值的赋值区域中为直线函数，所述直线函数由斜率和偏移量来限 定，其中，每个附加的赋值区域的赋值函数通过相关联的彼此相邻的赋值区域的赋值函数 得出附加的直线函数，相邻的赋值区域具有接下来的、较小的极限电压值。
背景技术：
公知技术中，为了对电负载进行过载保护，特别是用于异步电机的过载保护，通常 采用计算模块来模拟热量。这种计算模块的输入值通常为表示异步电机三相电流在时间上 的测量值。异步电机的端值可以从至少几kW直到若干丽。 另外，异步电机的热量产生还取决于时间、功率，所述时间和功率是指形成在异步 电机内部的欧姆电阻上的作为热损耗(Eintrag)的时间和功率，热量产生还取决于其它的 热影响因素，诸如热容量、热导性能、热辐射和/或环境温度。在计算模块的转换过程中，根 据所需的计算模块的精确度要考虑到这些影响因素。 特别是在计算功率热损耗的情况下，具有优势的是，可以根据公知的公式p(t)= i、t^R来进行计算，其中，p(t)表示即时功率，i(t)表示即时电流以及R表示产生热损耗 功率的异步电机内部的等效电阻。这些因素通常也都通过测量技术来供以使用。
由此，为了确保和简化热过载保护操作在过载保护装置中的执行过程，例如在过 载继电气中，重要的是使三相电路中的至少一相所测得的电信号进行自乘。通常是采用一 般公知的二极管电路进行上述自乘。然而，这种方法的缺点是环境温度会对二极管电路产 生显著影响，由此使计算出的数值的精确性明显降低。
发明内容
由现有技术可知，本发明的目的在于提供一种运用信号技术处理电学参数的装置 和系统，特别指进行自乘处理，该装置和系统的传递函数不受到或仅在很小的程度上受到 环境温度的影响。 本发明的目的通过具有权利要求1的技术特征的运用信号技术处理电压的装置 来实现。 这种开始所述类型的运用信号技术处理电压的装置，其特征在于，所述装置还设 有至少一个极限值模块，所述极限值模块接收输入电压和分别预设的极限电压并分别输出 极限值模块输出电压，所述极限值模块输出电压既输送给基准模块又输送给输出模块，而 且，所述基准模块还分别将由各个极限值模块输出电压产生的电压作为偏移量而加入到输 入电压中，并且将所得到的总电压作为辅助电压而输送给输出模块，所述输出模块通过一 个因数与所述总电压相乘，所述因数由各个极限值模块输出电压来提供并且对应于各个直
4线的斜率，从而使所述输出模块提供输出电压。 因此，通过本发明的装置使传递函数分成多个赋值区域，在所述赋值区域的内部， 根据电压输入值而对应指派输出值的赋值与一直线函数相对应，该直线函数分别通过偏移 量和斜率来表示。各个赋值区域的上方的电压极限值通过预设的电压值来确定，下方的电 压极限值对应于下方相邻的赋值区域的上方极限值。最下方的赋值区域向下不受到限制， 最上方的赋值区域向上不受到限制。 赋值区域的数量是极限值模块的数量加一，其中，本发明具有至少一个极限值模 块，由此得出本发明具有至少两个赋值区域。通过对应的极限值模块的较高数量，以具有优 势的方式实现了由此表示出的赋值函数的任意较高的精确度。 因此通过偏移量和斜率来表示各条直线。各个偏移量通过基准模块来确定，各条 直线的斜率通过输出模块来确定。 特别地，本发明的装置利用标准电气元件来实现，所述标准电气元件例如为电阻、 电容器或运算放大器，由此实现了一个坚实的构造并且还实现了使赋值函数不受到环境温 度限制的较高的独立性，其中，使可能出现的标准元件的温度依赖性相对地得到补偿。
以这种方式可以实现具有任意精确度的赋值函数，特别地实现一条二级原始抛物 线，该二级原始抛物线对应于所实现的电压信号的自乘。 在具有优势的方法中，提供给本发明装置的输入电压与所测量的异步电机的至少 一相的负载电流成比例。 以这种方式特别简明地表示出异步电机中的热功率损耗。 在本发明装置的另一个实施例中，输入电压的信号首先是可整流的，因此所示出 的赋值函数提供了与输入电压相等的输出电压值。例如在二级原始抛物线函数中示出了这 种情况。 通过这种方式使用于赋值函数模拟的消耗特别少。单独地通过直线对函数的各个 正值或负值区域进行近似计算。 在该实施例的扩展方案中，使本发明中多个运用信号技术处理输入电压的装置并 联设置。 由此还实现了，确定出异步电机的所有三相电路产生的热损耗，特别是在处于非 对称负载状态下也能够确定出热损耗。 特别有利的是，当要进一步处理电压时，使本发明的装置接下来再连接一个分析装置。 在该分析装置中，例如根据异步电机的特征参数以及根据异步电机成比例导引的
电流和自乘信号来表示损耗的热功率。据此，在一个附加步骤中，根据热量模型借助于在一
确定时间段上的集成而实现了取决于时间的异步电机的温度确定。以这种方式实现了异步
电机的热过载保护，这种热过载保护能够在过载的情况下触发异步电机断路。 在另一个具有优势的实施例中，由分析装置得出的异步电机的温度是作为输出值
来应用。 由此，所述装置和/或单独的模块具有至少一个标准电气元件，所述电气元件例 如为电阻、电容器、二极管和/或差动放大器。通过使用这类标准构件使单个模块的组建和 /或联系特别简单，并且用粗简的方式就能实现。
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在本发明的又一扩展方案中，一个和/或多个模块、进一步还包括对装置组成十 分重要的元件共同设置在一个壳体中，所述元件例如为一个或多个安全装置、开关装置和/ 或显示装置。 通过这种方式，使用于对一个或多个电负载装置特别是指对异步电机进行保护和
/或监控的主要共同元件的数量减少，并且简化了装置的安装以及维护。 特别有利的是，如果要实现一个或多个电负载装置特别是指对异步电机进行保护
和/或监控的其它的函数特征时，装置的模块化组建可以采用多个壳体。这些函数特征共
同反馈到装置中用于电压信号的部分上。通过这种模块化组成使重要的单个模块和/或元
件的数量以具有优势的方式减少。 在一个具有优势的实施例中，在相同的壳体中集成有附加的函数特征，如本发明 的装置所示。当多个函数特征大多数共同使用时，例如在异步电机中进行受热保护和不平 衡负载保护，这样的设计特别有利。
由此，以更加有利的方式进一步减少使用的壳体的数量。 在又一个实施例中，所述壳体内设有一个和/或多个模块和/或元件，所述壳体还 具有尽可能灵活的连接件，所述连接件例如为至少一个可螺接的和/或可固定的连接件。 还可以考虑使共同的可插入的连接件系统用于信息、电流和/或电压传递。
本发明的目的进一步通过在异步电机中用于热损耗功率计算的系统来实现，其 中，电流的测量信号通过所述异步电机的三条供给电路中的至少一条以与电压信号成比例 的形式而表示，其特征在于，所述电压信号在输出端提供给根据权利要求1至14所述的运 用信号技术处理电压的装置使用，并且所述电压信号通过所述装置进行自乘，从而使自乘 的电压信号通过分析装置而与其它参数相关联。 因此，通过这样具有优势的方式，S卩，特别使异步电机等效的欧姆电阻的电压信号
相乘，从而确定电有效功率，该电有效功率对应于热损耗。 其它具有优势的结构方案在其它的从属权利要求中给出。
明。
接下来，通过附图所示的实施例对本发明、其它实施结构和其它优点进行详细说 图中示出了
图1为本发明运用信号技术处理输入电压的装置的原理框图2为本发明赋值函数的一个实施例的示意图；以及
图3为本发明装置的具有三个赋值区域的实施例的框图。
附图标记说明
I 处理输入电压装置 10_1 第一极限值模块 10_2 第二极限值模块 10_n 第n极限值模块
II 基准模块 12 输出模块
13——1附加的第一极限值模块13——2附加的第二极限值模块14附加基准模块15附加输出模块30输入电压31——1第一极限电压31——2第二极限电压31——n第n极限电压32——1第一极限值模块的输出电压32——2第二极限值模块的输出电压32——n第n极限值模块的输出电压33辅助电压34输出电压40模拟输入电压41——1模拟的第一极限电压41——2模拟的第二极限电压41——3模拟的第三极限电压44模拟输出电压50附加输入电压51——1附加的第一极限电压51——2附加的第二极限电压52——1附加的第一极限值模块的输出电压52——2附加的第二极限值模块的输出电压53附加辅助电压54附加输出电压60——1第一赋值区域60——2第二赋值区域60——3第三赋值区域60——4第四赋值区域60——n第n赋值区域
具体实施例方式
图1示出了本发明装置1的实施例结构的原理框图，通过该装置实现了一个渐变 的线性函数，该函数具有多个赋值区域。 一输入电压30作为第一极限值模块输入值提供给 多个极限值模块10_1，， 10_n，图中仅示出三个模块，然而原理上可以安装/并联任意多 的极限值模块10_1， 10_2，， 10_n，并且以这种方式实现了赋值函数的任意精确的近似值。 对于每个极限值模块10_1，， 10_n还分别作为第二极限值模块输入值而提供有分别预设 的极限电压31_1，…，31—n。如果输入电压30大于各个预设的极限电压31_1，…，31—n， 那么对应的极限值模块10_1，…，1(Ln就分别输出作为极限值模块输出值32J，…，32—n的各个第一电压值，否则就分别输出第二电压值，该第二电压值优选为OV。对于实际电压可 进行替换地，还可以考虑采用电压信息，例如数字化数值。 极限值模块的最少数量是逻辑上为一个，从而由此提供最少的两个赋值区域，也 就是指一个第一区域和一个第二区域，该第一区域用于所有小于或等于预设的极限电压的 输入电压值，而第二区域用于所有大于极限电压的输入电压值。 输入电压30还进一步输送给基准模块11 。其它输送给基准模块11的输入值是极 限值模块输出值32_1，…，32—n。在基准模块ll中，通过输入电压30增设了预设的偏移 量，也就是指为每个极限值模块输出值32_1，…，32—n都精确设置了偏移量。用于各个极 限值模块输出值32_1，…，32—n的各个偏移量的大小以及基准偏移量(Basis-Offset)固 定设置在基准模块中，也就是指作为数值存储在基准模块中。因此，通过用于各个赋值区域 的不同赋值区域中的不同偏移量的联系而实现了单独的偏移量。基准模块ll的输出值为 辅助电压33，该辅助电压又输送给输出模块12。 其它供给输出模块12的输入值是各个极限值模块10_1，…，10_n的极限值模块输 出值32_1，…，32—n。输出模块12的输出值为输出电压34，该输出电压与辅助电压33借 助于一个预设在输出模块中的基准倍乘因数而相关联。使输出电压34的操作影响到辅助 电压33的另一个倍乘因数是由输送给输出模块12的极限值模块输出值32_1，…，32—n产 生的。上述各个输入值都具有一个独立的、可预设在输出模块12中的倍乘因数。因此，通 过用于各个赋值区域的不同赋值区域中的不同倍乘因数的联系而实现了独立的倍乘因数， 该倍乘因数与赋值函数的直线斜率相对应。 以这种方式，在输入电压30和输出电压34之间形成了一个预设的赋值函数。本 发明的这种装置的电压值通常在OV和IOV之间。 图2示出了模拟的输出电压44对于模拟的输入电压40的赋值函数的示意图表， 其中，输出电压具有三个模拟的极限电压41_1，41_2，41_3，并且由此得出四个赋值区域 60_1， 60_2， 60_3， 60_4。各个赋值区域和各个赋值函数是这样进行选择的，即，示出了二级 原始抛物线的近似值，如该近似值用于信号的自乘。该实施例中未示出抛物线的负值部分， 因为所考虑到的这种情况下的输入信号首先进行整流，并由此可以使模拟的输入电压40 的数值只能大于或等于零。 图3示出了本发明的运用信号技术处理另一输入电压50的装置的具体电路图，其 中还示出了两个附加极限值模块13_1、13_2。 在该实施例中，这两个附加极限值模块13_1、13_2各自通过一个标准的运算放大 器来实现，在所示实施例中，第一运算放大器N3用于附加的第一极限值模块13J，而第二 运算放大器N4用于附加的第二极限值模块13_2。运算放大器的电压供给通过所示的接线 端子VCC来实现。附加的第一极限电压15_1和附加的第二极限电压15_2的预设通过一个 独立的电压源来实现，该独立的电压源在图中未详细示出。 附加基准模块14同样设有运算放大器，该运算放大器用Nl表示。运算放大器通 过电阻R7和R8固定设置的放大作用通过电阻Rl和R2进行补偿，从而使附加基准模块14 的放大因数为1。通过适宜选择电阻R1、R2、R7和R8还可以使因数任意改变。考虑到偏移 量还需要设置R3至R6，其中，R5和R6用于解决附加基准模块14的基准偏移量，而R3和R4 用于解决通过附加模块13_1和13_2所确定的偏移量。附加基准模块14为附加输出模块
815提供了附加辅助电压53。 在该实施例中，附加输出模块15也设有如以N2表示的运算放大器。该附加输出 模块15的基准运算放大器通过电阻Rll和R12来确定。该因数还能够通过电阻R9和/或 R10到Rll的并联来改变。在R9和R10的串联电路上还分别设有晶体管VI和V2，这些晶 体管的传导值分别取决于输送给附加输出模块15的附加极限值模块输出电压52_1、52_2， 并且这些晶体管可以采用传导状态或非传导状态。
权利要求
一种运用信号技术处理输入电压(30，50)的装置(1)，其中，根据渐变的线性赋值函数使每个输入电压值都精确地对应指派一个输出电压(34，54)值，其中，所述赋值函数具有至少两个彼此相邻的赋值区域(60_1，…，60_n，)，所述赋值区域分别通过各自的极限电压(31_1，…，31_n，51_1，…，51_n)来设定，其中，所述赋值函数在具有极限电压(31_1，51_1)最低值的赋值区域(60_1)中为直线函数，所述直线函数由斜率和偏移量来限定，其中，每个附加的赋值区域的赋值函数通过相关联的彼此相邻的赋值区域的赋值函数得出附加的直线函数，所述相邻的赋值区域具有接下来的、较小的极限电压值，其特征在于，所述装置还设有至少一个极限值模块(10_1，…，10_n，13_1，…，13_n)，所述极限值模块接收输入电压(30，50)和分别预设的极限电压(31_1，…，31_n，51_1，…，51_n)并分别输出极限值模块输出电压(32_1，…，32_n，52_1，…，52_n)，所述极限值模块输出电压既输送给基准模块(11，14)又输送给输出模块(12，15)，而且，所述基准模块(11，14)还分别将由各个极限值模块输出电压(32_1，…，32_n，52_1，…，52_n)产生的电压作为偏移量而加入到输入电压(30，50)中，并且将所得到的总电压作为辅助电压(33，53)而输送给输出模块(12，15)，所述输出模块通过一个因数与所述总电压相乘，所述因数由各个极限值模块输出电压(32_1，…，32_n，52_1，…，52_n)来提供并且对应于各个直线的斜率，从而使所述输出模块提供输出电压(34，54)。
2. 根据权利要求l所述的装置(l)，其特征在于，所述输入电压(30,50)与所测得的电 流是成比例的。
3. 根据权利要求1或2所述的装置(l)，其特征在于，所述输入电压(30,50)是整流电压。
4. 根据前述任意一项权利要求所述的装置(l)，其特征在于， 多个赋值函数由多个并联设置的独立装置体现。
5. 根据前述任意一项权利要求所述的装置(l)，其特征在于， 将至少一个输出电压(34,54)输送给分析模块。
6. 根据权利要求5所述的装置(l)，其特征在于，通过所述分析模块得出与功率成比例 的数值。
7. 根据权利要求6所述的装置(l)，其特征在于，由所述分析模块得出的与功率成比例 的数值通过一确定的时间段而进一步进行集成处理。
8. 根据权利要求7所述的装置(l)，其特征在于，所述分析模块的至少一个输出值表示 电消耗热量。
9. 根据前述任意一项权利要求所述的装置(l)，其特征在于， 至少一个模块具有至少一个独立的电气元件。
10. 根据前述任意一项权利要求所述的装置(l)，其特征在于， 多个模块设置在一个独立的共同的模块中。
11. 根据前述任意一项权利要求所述的装置(l)，其特征在于， 所采用的模块和/或元件设置在一个共同的壳体中。
12. 根据权利要求8至11所述的装置(1)，其特征在于，所采用的模块和/或其它元件 设置在至少两个不同的壳体中。
13. 根据前述任意一项权利要求所述的装置(l)，其特征在于，用于附加功能性能的附加模块和/或元件集成和/或可以集成设置在至少一个壳体中。
14. 根据权利要求11至13所述的装置(l)，其特征在于，一个壳体具有至少一个用于 连接导线的可固定的插入式连接件和/或可螺接的连接件。
15. —种用于异步电机中热损耗功率计算的系统，其中，电流的测量信号通过所述异步 电机的三条供给电路中的至少一条以与电压信号成比例的形式而表示，其特征在于，所述 电压信号在输出端提供给根据权利要求1至14所述的运用信号技术处理电压的装置使用， 并且所述电压信号通过所述装置进行自乘，从而使自乘的电压信号通过分析装置而与其它 参数相关联。
全文摘要
本发明涉及一种运用信号技术处理输入电压(30，50)的装置(1)，其中，根据渐变的线性赋值函数使每个输入电压值都精确地对应指派一个输出电压(34，54)值，其中，赋值函数具有至少两个彼此相邻的赋值区域(60_1，…，60_n，)，赋值区域分别通过各自的极限电压(31_1，…，31_n，51_1，…，51_n)来设定，其中，赋值函数在具有极限电压(31_1，51_1)最低值的赋值区域(60_1)中为直线函数，该直线函数由斜率和偏移量来限定，其中，每个附加的赋值区域的赋值函数通过相关联的彼此相邻的赋值区域的赋值函数得出附加的直线函数，所述相邻的赋值区域具有接下来的、较小的极限电压值；其中，还设有至少一个极限值模块(10_1，…，10_n，13_1，…，13_n)，极限值模块接收输入电压(30，50)和分别预设的极限电压(31_1，…，31_n，51_1，…，51_n)并分别输出极限值模块输出电压(32_1，…，32_n，52_1，…，52_n)，极限值模块输出电压既输送给基准模块(11，14)又输送给输出模块(12，15)，而且，基准模块(11，14)还分别将由各个极限值模块输出电压(32_1，…，32_n，52_1，…，52_n)产生的电压作为偏移量而加入到输入电压(30，50)中，并且将所得到的总电压作为辅助电压(33，53)而输送给输出模块(12，15)，该输出模块通过一个因数与总电压相乘，该因数由各个极限值模块输出电压(32_1，…，32_n，52_1，…，52_n)来提供并且对应于各个直线的斜率，从而使输出模块提供输出电压(34，54)。
文档编号H02H6/00GK101790826SQ200880104608
公开日2010年7月28日 申请日期2008年8月20日 优先权日2007年8月30日
发明者瓦尔德马·劳, 英戈·贝茨 申请人:Abb股份有限公司