DD276534A1 - Schaltungsanordnung zur abtastenden messung von gepulsten stroemen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur abtastenden Messung von gepulsten Stroemen in leistungselektronischen Stellgliedern, z. B. bei Drehstromantrieben, die ueber Frequenzumrichter gespeist werden. Ziel der Erfindung ist ein Strommessglied, welches ein geringes Bauvolumen aufweist und preiswert ist. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass zwischen der Sekundaerwicklung eines Wandlers, der in einem Schalterzweig des Leistungskreises liegt, und dem ohmschen Widerstand der den Wandler sekundaerseitig abschliesst, ein Schalter angeordnet ist. Der Schalter wird mit dem Leistungstransistor geschaltet, in dessen Zweig sich der Wandler befindet. Zwei gegensinnig in Reihe liegende Z-Dioden sind parallel zur Sekundaerwicklung des Wandlers oder zum Schalter angeordnet. Die Spannung ueber dem ohmschen Widerstand liegt an einem Abtast- und Halteglied an. Dieses ist auf den Einschaltzeitpunkt des Transistors synchronisiert, in dessen Zweig sich der Wandler befindet. Der Ausgang des Abtast- und Haltegliedes liegt ueber einen Analog-Digital-Wandler an einem Rechnerregler an. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur abtestenden Messung von gepulsten Strömen in leistiingselektronischen Stellgliedern automatisierter Anlagen, bei denen die Energieaufnahme von Verbrauchern geregelt wird. Die Erfindung ist vorzugsweise bei Drehstromantrieben anw· ndbar, die über Frequemumrichter gespeist werden und bei denen sich die Frequenz des zu messenden Stromes zwischen einigen 1OuHz und Null ändern kann.

Charakteristik dor bekannten technischen Lösungen

Zum Messen von Strömen sind eine Reihe von Lösungen bekannt. Konventionelle Stromwandler nach dem Prinzip des Transformators sind nicht für Frequenzen nahe Null geeignot. Magnetische Gleichstromwandler nach dem Transduktorprinzip sind aufwendig und entsprechen nicht der notwendigen Dynamik, die in Anordnungen erforderlich ist, bei denen der Strom im Kilohertzbereich gepulst wird. Serienmäßig produzierte Allfrequenzstromwandler nach FP 132745, die nach dem Nullflußprinzip arbeiten, sind funktionell geeignet aber für Antriebe kleiner Leistung zu groß und zu teuer.

Bei digitaler Signalverarbeitung muß der Meßwert nicht ständig zur Verfügung stehen, sondern nur periodisch in den Abtastzeitpunkten. DE-OS 3712185 beschreib*, eine abtastende Meßeinrichtung. Eine wünschenswerte galvanische Trennung zwischen Leistungskreis und Signalverarbeitung ist nicht vorhandon. Anordnungen mit Meßshunt und Trennverstärker sind aufwendig, die Bereitstellung der Hilfsenergie auf Potential des Leistungskreises erfordert erheblichen Aufwand.

Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist ein Strommeßplied, welches ein geringes Bauvolumen aufweist und preiswert ist. Darlegung dos Wesens der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist et, unter Berücksichtigung der abtastenden Arbeitsweise ein dynamisch schnelles und hinreichend

genaues Strommeßglied, welches mit Frequenzen im Kilohertzbereich gepulste Ströme, deren Grundschwingungsfrequenz von einigen Hundort Hertz bis zu Null betragen kann, abtastend zu messen gestattet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen der Sekundärwicklung eines Wandlers, der in einem Schalterzweig des Leistungskreises liegt, und dem ohmschen Widerstand, der den Wandler sekundärseitig abschließt, ein Schalter angeordnet ist. Der Schalter vermag beide Richtungen des Stromes durch die Sekundärwicklung des Wandlers zu leiten

und wird mit dem Leistungstransistor geschaltet, in dessen Zweig sich der Wandler bofindet. Zwei gegensinnig in Reihe liegende -Z-Dioden sind parallel zur Sekundärwicklung des Wandlers oder zum Schalter angeordnet. Der Schalter kann aus zwei parallelen komplementären Transistoren, die jeweils in Reihe mit einer Hilfsdiode liegen, bestehen.

Die Spannung über dem ohmschen Widerstand, die dom zu messenden Strom entspricht, liegt an einem Abtast- und Halteglied

an. Das Abtast- und Halteglied ist auf den Einschaltzeitpunkt des Transistors synchronisiert, in dessen Zweig sich der Wandler befindet. Der Ausgang des Abtast· und Haltegliedes liegt über einen Analog-Digital-Wandler an einem Rechnerregler an.

Der Schalter wird so gesteuert, daß im Abtastzeitpunkt die spannung über dem ohmschen Widerstand dem zu messenden Strom entspricht. Die notwendige periodische Abmagnetisierung des Wandlers erfolgt in der stromlosen Pause der Primärwicklung über die Z-Dioden im Sekundärkreis des Wandlers. Zwischen rechnerregier und Analog-Digital-Wandler kann ein Addierglied geschaltet sein, dessen zweiter Eingang vom Rechncrecler beaufschlagt wird. Das Addierglied dient zur Fehlerkorrektur. Zum Ausgleich der pulsfrequenz Stromschwankungen wird zu dem am Beginn des Intervalls gemessenen Stromwert für die weitere Meßwertverarbeitung ein Korrekturwert hinzuaddiert. Weitere Ausführungen zur Funktion siehe Ausführungsbeispiel. Ausführungsbelsplel In den Zeichnungen zeigen Fig. 1: einen Zweig oi.ios Transistorwechselrichters mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig. 2: ein Spannungs-Zeit-Diagramm des Stromes iM, Fig. 3: eine er'indungsgemäße Ausgestaltung des Sekundärkreises von Wandler 1.

Die Erfindung sei am Beispiel eines Transistorvvechselrichters als Stellglied für einen elektrischen Antrieb erläutert. In Fig. 1 ist ein Zweig des Transistorwechselrichters, bestehend aus den Transistoren TI u,.d T2 sowie den Freilaufdioden D1 und D2 dargestellt. Der Zv/eig des Transistorwechselrichters speist einen Strom iM in eine Motorwicklung ein. Durch abwechselndes Einschalten der Transistoren T1 und T2 kann iM etwa sinusförmig geführt werden, wie aus Fig. 2 unter Angabe des jeweils stromführendon Bauelements ersichtlich ist. In einem Zweig des Transistorwechselrichters ist ein Wandler 1 angeordnet, der sekundärseitig mit einem ohmschen Widerstand R abgeschlossen ist. Zwischen der Sekundärwicklung des Wandlers 1 und dem ohmschen Widerstand R ist ein Schalter 5 angeordnet, der beide Richtungen des Stromes i 2 durch die Sekundärwicklung des Wandlers 1 zu leiten vermag. Er wird mit dam LeistungstrensistorTI geschaltet, in dessen Zweig sich der Wandler 1 befincet. Der Schalter 5 besteht aus zwei parallelen komplementären Transistoren TH1 und TH 2, die jeweils in Reihe mit einer Hilfsdiodo DH1 und DH2 liegen und gleichzeitig angesteuert werden. Jeder Transistor kann den Strom i2 in einer Richtung führen. Die Hilfsdioden entlasten die Transistoren von Spannungen der jeweils anderen Polarität.

Die Spannung UR über dem ohmschen Widerstand R, die dem zu messenden Strom entspricht, liegt an einem Abtast- und Halteglied 2 an. Das Abtast- und Halteglied 2 ist ebenso wie Schalter 5 auf den Einschaltzeitpunkt des Transistors T1 synchronisiert, in dessen Zweig sich der Wandler 1 befindet. Der Ausgang des Abtast- und Haltegliedes 2 liegt über einen Analog-Digital-Wandler 3 an einem Rechnerregler 4 an.

Der Wandler weist einen luftspaltlosen Kern mit einem Material geringer Remanenz auf. Ein positiver Strom i 1 auf der Primärseite des Wandlers 1 bewirkt einen positiven Strom ί 2 auf der Sekundärseite des Wandlers und en dem ohmschen Widerstand R einen dem Strom i 1 proportionalen Spannungsabfall UR, der durch das Abti st- und Halteglied 2 nach Einschalten des Transistors T1 periodisch erfaßt und bid zur nächsten Abtastung gespeichert wird. Der btrom schließt sich über den während der Messung durchgeschalteten Schalter 5. Nach der Sperrung von Transistor T1 wird der Strom i 1 zu Null, der Strom iM fließt über die Diode D 2. Der Sekundärstrom i 2 des Wandlers 1 ki hrt seine Richtung um und baut die magnetische Energie des Wandlers in den Z-Dioden DZ1 und DZ 2 ab, so daß der Wandlvr 1 den nächsten Stromimpuls des Stromes i 1 wieder übertragen kann. Die Z-Spannung der Z-Dioden ist so hoch gewählt, daß der Strom i 2 auf Null abgeklungen ist. bevor der Transis or T1 wieder durchschaltet. Ein negativer Strom iM wird vom Wane ler 1 in dem Zeitraum erfaßt, in dem iM durch die Diode D1 fließt. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eifaßt einen Strom, der im allgemeinen kleinor als der Mittelwert während dir Pulsperiode ist, da die Sample-and-Hold-Schaltung 2 auf den Einschaltzeitpunkt des Transistors 1 synchronisiert ist. Zum Ausgleich dieser pulsfroquenten Stromschwankungen ist zwischen Rechnerregler 4 und Analog-Digital-Wandler 3 ein Addierglied 6 geschaltet, dessen zweiter Eingang vom Rechnerregler 4 beaufschlagt wird. Zu dem am Beginn des Intervalls gemessenen Stromwert wird für die weitere rückverarbeitung ein Korrekturwert hinzuaddiert.

Dft Erfindung ermöglicht ein dynamisch schnelles und hinreichend genaue» Strommeßglied, welches mit Frequenzen im Kilohertzbereich gepulste Ströme, deren Grundschwingungsfrequenz von einigen Hundert Hertz bis zu Null betragen kann, abtastend zu messen gestattet. Der Aufwand ist relativ gering. Der einfache Aufbau ermöglicht ein preiswertes Strommeßglied mit geringem Bauvolumen.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur abtastenden Messung von gepu'sten Strömen in leisiungsele';tronischen Stellgliedern unter Verwendung eines in einem Schalterzweig des Leistungskreises angeordneten Wandlers, der sekundärseitig mit einem ohmschen Widerstand abgeschlossen ist, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen der Sekundärwicklung des Wandlers (1) und dem ohmschen Widerstand (R) ein Schalter (5) angeordnet ist, der boide Richtungen des Stromes (i2) durch die Sekundärwicklung des Wandlers (1)zu leiten vermag und mit dem Leistungstransistor (T 1) geschaltet wird, in dessen Zweig sich der Wandler (1) befindet, zwei gegensinnig in Reihe liegende Z-Dioden (DZ1, DZ2) parallel zur Sekundärwicklung des Wandlers (1) oder zum Schalter (5) angeordnet sind, die Spannung (UR) über dem ohmschen Widerstand (R), die dem zu messenden Strom entspricht, an einem Abtast- und Halteglied (2) anliegt, welches auf den Einschaltzeitpunkt des Transistors (T 1) synchronisiert ist, in dessen Zweig sich der Wandler (1) befindet, und der Ausgang des Abtast- und Haltegliedes (2) in bekannter Weise über einen Analog-Digital-Wandler (3) an einem Rechnerregler (4) anliegt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Schalter (5) aus zwei parallelen komplementären Transistoren (TH 1, TH 2) besteht, die jeweils in Reihe mit einer Hilfsdiode (DH 1,DH2) liegen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen Rechnerregler (4) und Analog-Digital-Wandler (3) ein Addierglied (6) geschaltet ist, dessen zweiter Eingang vom Rechnerregler (4) beaufschlagt wird.