DD269538A3 - Schaltungsanordnung zur potentialgetrennten Messung des Ausgangsstromes in Gleichspannungsinvertern - Google Patents

Abstract

Schaltungsanordnung zur potentialgetrennten Messung des Ausgangsstromes in Gleichspannungsinvertern. Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik und ihre Anwendung ist bei der Energieumwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom moeglich und zweckmaessig. Wesentliche Merkmale der Erfindung sind das Anordnen von Stromwandlern (SW 1, SW 2) zur Erfassung der auf der Sekundaerseite eines Transformators (Tr) durch Dioden (V 1, V 2) fliessenden Teilstroeme (ID, IF) zwischen den beiden Wicklungsanschluessen (SA 1, SA 2) und den Dioden (V 1, V 2) und das Verbinden der Stromwandler ueber weitere Dioden (V 3, V 4) mit einem Summierwiderstand (RS). Fig. 1

Description

Freilauf strom kreis entspricht. Am Ausgang des Operationsverstärkers steht danach das erforderliche, die Polarität des Laststromes repräsentierende Signal an. Diese beiden letzten Schaltungsanordnungen haben den Nachteil, daß sie nurfür einen speziellen Anwendungsfall einsetzbar sind und in einem bestimmten Zeitabschnitt allein ein Meßwert gewonnen werden kann.

Aus der DE-OS 3414145; G 01R19/20 ist ein Stromwandler für Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer bekannt, der einen Stromfühler zum Abführen des gesamten, durch die Gleichstromschienen eines mehrphasigen Umsetzerschaltkreises mit Thyristoren fließenden Gleichstromes enthält. Der Stromfühler umfaßt zwei Stromwandler, die mit den Wechselstromleistungsleitungen des Umsetzers verbunden sind, sowie einen weiteren Stromwandler, der mit dem Schaltkreisweg einer Freilaufdiode verkoppelt ist, die über den Gleichstromschienen des Umsetzers angeschlossen ist. Eine Anzeige des gesamten Gleichstroms, der durch den Umsetzer fließt, wird durch ein Summieren der Signale des Stromflusses in den Wechselstromleistungsleitungen des Umsetzers und des momentan gepulsten Gleichstromes, der durch den Gleichstromweg des Umsetzers wähend der Perioden des Nichtleitens der schaltenden Thyristoren im Umsetzer fließt. Die Summe der beiden Stromsignale wird durch einen Summierwiderstand erhalten. Auf diese Weise wird ein Spannungssignal erzeugt, das proportional zu dem augenblicklichen Pegel des Gesamtgleichstromes ist, der durch den Umsetzer fließt. Die Stromwandler sind für den Einsatz in einem mehrphasigen Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer, beispielsweise für Wechselstrommotorsteuerungseinrichtungen, vorgesehen, und über steuerbare Gleichrichter wird eine lastgemäß gesteuerte Stromwandlung durchgeführt. Der Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht darin, daß sie durch ihren genau festgelegten Aufbau und ihr Einbringen nur an bestimmten Leitungsabschnitten als eine spezielle Kombination von auf der Wechsel- und Gleichstromseite befindlichen Wandleranordnungen lediglich für diesen einen gezielten Anwendungsfall verwendbar ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei einer Schaltungsanordnung zur potentialgetrennten Messung des Ausgangsstromes in Gleichspannungsinvertern den Aufwand zu senken, die Funktionssicherheit zu erhöhen und das Anwendungsgebiet zu erweitern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zur potentialgetrennten Messung des Ausgangsstromes in Gleichspannungsinvertern zu schaffen, die aus sich in einer aus einem primärseitig über einen Leistungstransistor mit impulsförmigen Signalen gespeisten und sekundärseitig durch einen Wicklungsanschluß über eine erste Diode und eine Drossel und durch einen anderen über die Anode einer zweiten Diode zur Anode der ersten Diode geführten Wicklungsanschluß mit einem parallel zu einem Kondensator liegenden Lastwiderstand verbundenen Transformator und aus an einen gemeinsamen Summierwiderstand zum Messen des Ausgangsstromes angeschlossenen Stromwandlern aufgebauten Stromversorgungseinheit befindet und unipolare Impulsströme hoher Frequenz erfaßt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Stromwandler zur Erfassung der auf der Sekundärseite des Transformators durch die erste und zweite Diode fließenden Teilströme zwischen den beiden Wicklungsanschlüssen und der ersten und zweiten Diode liegen und über weitere Dioden mit dem Summierwiderstand verbunden sind. Damit werden Stromwandler für hochdynamische Vorgänge eingesetzt, wobei die zusätzlichen Dioden eine Regenerierung des Gleichstrom-Mittelwertes bei wechselndem Tastverhältnis bewirken.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: ein Schaltnetzteil mit Anwendung der erfindungsgemäßen Strommeßanordnung, Fig. 2: eine graphische Darstellung der Teilströme und des Laststromes.

Fig. 1 enthält eine Schaltungsanordnung für ein Schaltnetzteil, die zur Messung des Laststromes die erfindungsgemäße Lösung benutzt. Ein Transformator Tr ist primärseitig über einen Leistungstransistor LST und einen Wicklungsanschluß AP sowohl mit einer Quelle für rechteckförmige Impulse als auch mit dem Massepotential MP verbunden. Auf der Sekundärseite des Transformators Tr sind ein erster Wicklungsanschluß AS 1 über eine erste Diode V1 und eine Drossel Dr und ein zweiter Wicklungsanschluß AS2 direkt mit einem Lastwiderstand Rl verbunden. Außerdem ist der zweite Anschluß AS2 der Sekundärwicklung des Transformators Tr über die Anode einer zweiten Diode V2 zur Anode der zweiten Diode V2 geführt und parallel zum Lastwiderstand R_L ist ein Kondensator C geschaltet. Zwischen dem ersten Wicklungsanschluß AS 1 auf der Sekundärseite und der ersten Diode V1 liegt ein erster Stromwandler SW1 und zwischen dem zweiten Wicklungsanschluß AS2 und der zweiten Diode V2 ein zweiter Stromwandler SW2. Diesen beiden Stromwandlem SW1, SW2 ist eine dritte bzw. vierte Diode V3, V4 nachgeschaltet, und die Ausgangsleitungen der beiden Stromwandler SW1; SW2 sind parallel auf einen Summierwiderstand R_s geführt.

In Fig. 2 ist der Verlauf der beiden sekundärseitig am Transformator Tr fließenden Teilströme l_D; I_F und des durch den Lastwiderstand R_L fließenden Laststromes I_L dargestellt.

Die Anordnung arbeitet auf folgende Weise.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, setzt sich der Ausgangsstrom I_L aus den beiden Impulsanteilen, den Teilströmen I₀ und I_F zusammen. Zur Erfassung von Betrag und Richtung des Ausgangsstromes I_L werden über die beiden Stromwandler SW1; SW2 die Teilströme I₀; I_F überwacht und über die Dioden V3; V4 zum Summierwiderstand R_s geleitet. Dieser Widerstand R₃ bewirkt ein Summieren der Teilströme I₀; If. so daß der Spannungsabfall U über dem Summierwiderstand R₅ proportional dem Laststrom I_L durch den Lastwiderstand R_L im Ausgangskreis ist. Diese in Form einer Spannung U an den Anschlußklemmen ARs 1; AR₅2 des Summierwiderstandes Rs kann ohne Einschränkungen für weitere Regelzwecke oder zur Anzeige genutzt werden, da durch das induktive Ankoppeln des Meßkreises an den Stromrichterkreis über die Stromwandler SW1; SW2 eine Potentialtrennung gewährleistet ist. Durch eine entsprechende Auslegung des Meßkreises kann der Leistungspegel niedrig gehalten werden

Damit wird auch der Wirkungsgrad des Wandlers nicht beeinflußt, und es können in der Schwachstromtechnik übliche Bauelemente eingesetzt werden.

Claims (1)

1. Schaltungsanordnung zur potentialgetrennten Messung des Ausgangsstromes in Gleichspannungsinvertern, die sich in einer aus einem primärseitig über einen Leistungstransistor mit impulsförmigen Signalen gespeisten und sekundärseitig durch einen Wicklungsanschluß über eine erste Diode und eine Drossel und durch einen anderen über die Anode einer zweiten Diode zur Anode der ersten Diode geführten Wicklungsanschluß mit einem parallel zu einem Kondensator liegenden Lastwiderstand verbundenen Transformator und aus an einen gemeinsamen Summierwiderstand zum Messen des Ausgangsstromes angeschlossenen Stromwandlern bestehenden Stromversorgungseinheit befindet, gekennzeichnet dadurch, daß die Stromwandler (SW 1; SW2) zur Erfassung der auf der Sekundärseite des Transformators (Tr) durch die erste und zweite Diode (V 1,V2) fließenden Teilströme (Ь; If) zwischen den beiden Wicklungsanschlüssen (SA1 SA2) und der ersten und zweiten Diode (V 1; V2) liegen und über weitere Dioden (V3; V4) mit dem Summierwiderstand (Rs) verbunden sind.

   Hierzu 1 Seite Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik und ihre Anwendung ist bei der Energieumwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom möglich und zweckmäßig.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   In Gleichspannungsinvertern ist zum Schutz der an der Energieumwandlung beteiligten Bauelemente, wie Transformatoren, Drosseln, Transistoren, Dioden usw., und gleichzeitig zum Schutz der angeschlossenen Verbraucher, beispielsweise Rechner, Lichtbogenschweißgeräte, Motoren usw., eine Erfassung und gegebenenfalls eine Regelung oder Abschaltung des Ausgangsstromes erforderlich. Allgemein bekannt ist es, zum Überwachen des Ausgangsstromes einen Meßwiderstand in den Lastkreis zu schalten und den dem Strom proportionalen Spannungsabfall als Meßgröße zu benutzen. Eine derartige Lösung ist in der DD-PS 88823, H02P7/28 beschrieben, die eine Schaltungsanordnung zur Steuerung von Gleichstrommotoren mit einer Brückenschaltung aus Leistungsschalttransistoren zum Ansteuern des Motors beinhaltet. Ein Rückführungszweig ist zur Übertragung des Drehzahlistwertes angeordnet, indem der Gleichstrommotor über einen Tachogenerator mit einem ersten Eingang eines Reglers verbunden ist. In einem weiteren Rückführzweig wird aus dem Ankerkreis der Stromistwert zu einem zweiten Eingang des Reglers geleitet. Die Erfassung des Ankerstromistwertes erfolgt zu diesem Zweck direkt über einen Meßwiderstand in dem Querzweig der Brückenschaltung, in dem der Gleichstrommotor sich befindet. Diese Anordnung zur Stromistwerterfassung ermöglicht es, nur eine potentialbehaftete Stromistwertmessung durchzuführen. Bei Invertern mit größerer Leistung sind entsprechend zu bemessende Widerstände erforderlich, die eine den Wirkungsgrad des Inverters reduzierende Verlustwärme erzeugen.

   Des weiteren ist aus der Anmeldung beim Europäsichen Patentamt EP 82391; H02P7/00 eine Schaltungsanordnung zur Laststromerfassung in einem Gleichstromumkehrsteller bekannt, der eine aus vier Brückenzweigen bestehende und an eine Versorgungsspannungsquelle angeschlossene Brückenschaltung enthält. Jeder dieser vier Brückenzweige besteht aus der Antiparatlelschaltung eines elektronischen Schalters und eines Freilaufventils, und in zwei Brückenzweigen sind Meßfühler vorgesehen. Als Meßfühler ist ein Stromwandler mit zwei Primärwicklungen vorgesehen, die gegensinnig in zwei diagonale Brückenzweige geschaltet sind. Weiterhin sind die Sekundärwicklungen des Stromwandlers über einen Gleichrichter und einen Brückenwiderstand mit dem Eingang einer Abtast- und Haltestufe verbunden, die mit einem elektronischen Abtastschalter versehen ist, und an deren Ausgang der Laststromwert ansteht. In Abhängigkeit von den Steuersignalen für die elektronischen Schalter von zwei mit der gleichen Sammelschiene verbundenen Brückenzweigen ist der Abtastschalter über digitale Verknüpfungsglieder während einer vorgegebenen Zeitspanne in jedem Zeitraum geschlossen, in der der Iststrom über eine Freilaufdiode zirkuliert. Am Ausgang der Abtast- und Haltestufe steht der Betrag des Laststrom wertes an, wobei zu dessen Auswertung der elektronische Abtastschalter in dem Zeitpunkt geschlossen wird, in dem der schmale, an der Sekundärwicklung vorhandene Impuls repräsentativ für den Laststrom ist. Eine weitere Voraussetzung ist das Magnetisieren des Wandlerkernes ausschließlich in dem Zeitintervall, in dem der Laststrom während einer Ansteuerpause in einem der beiden Freilaufkreise des Gleichstromumkehrstellers zirkuliert. Auf diese Weise wird eine betragsmäßige Erfassung des Laststromistwertes mit Hilfe von Wechselstromwandlern in ausgewählten Zeitbereichen ermöglicht, indem der Abtastschalter über eine mit den gleichzeitig auch den elektronischen Schaltern zugeführten Steuerimpulsen beaufschlagten Logikschaltung angesteuert wird. Weiterhin ist in der Europäischen Patentanmeldung 82392; H02P7/00 eine Schaltungsanordnung zur Erfassung der Polarität des Laststromes eines Gleichstromumkehrstellers beschrieben, mit deren Hilfe sowohl der Betrag als auch gleichzeitig die Polarität des Laststromistwertes ermittelt werden können. Im Vergleich zu der bereits beschriebenen bekannten Lösung arbeitet diese Anordnung ohne einen Gleichrichter und mit einem Operationsverstärker in der Abtast- und Haltestufe, der zusätzlich eine ebenfalls durch die Logikschaltung steuerbare Rückkopplung besitzt. Mit Hilfe der Logikschaltung wird dabei ein in der Rückkopplungsleitung liegender Schalter immer dann geschlossen, wenn der Laststrom in gleichem, vorgegebenem Freilaufkreis zirkuliert. Damit wird jedes dieser Zirkulation des Laststromes entsprechende Stromwandlerausgangssignal invertiert, während die Polarität des Stromwandlerausgangssignales unverändert bleibt, das der Zirkulation ein anderer