DD292576A5 - Schaltungsanordnung fuer einen hochspannungs-mess-und -indikatorkreis - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, mit der das Vorhandensein einer Hochspannung festgestellt und deren Hoehe bestimmt werden kann und die insbesondere fuer den Einsatz in Hochspannungsbordnetzen von Schienenfahrzeugen geeignet ist. Es soll eine Schaltungsanordnung zur Signalisierung und Messung von Hochspannungen im Hochspannungsbordnetz von Schienenfahrzeugen entwickelt werden, die eine zuverlaessige und leistungsarme Betriebsweise gestattet sowie eine sichere Trennung zwischen Hoch- und Niederspannungsteil gewaehrleistet. Sie soll einen einfachen konstruktiven Aufbau besitzen. Das wird dadurch erreicht, dasz eine elektrische Ultraschallschwingschaltung, im Diagonalzweig eines Brueckengleichrichters in bekannter Weise durch einen hochspannungsfesten, hochohmigen Vorwiderstand aus der Hochspannung eines Schaltkopplers verbunden ist. Dem Schallaufnehmer des Schallkopplers ist ein Filter- und Huellkurvenverstaerker zur Demodulation des Empfangssignals nachgeschaltet, dessen Ausgang gleichzeitig mit einem Meszwertintegrator und einem Spitzenwerttrigger verbunden ist. In einem nachgeschalteten Mikroprozessorsystem erfolgt die Weiterverarbeitung der Signale.{Mesz-, Steuer- und Regelungstechnik; Hochspannungs-Indikationskreis; Schaltungsanordnung; Schienenfahrzeuge; Bordnetz; Hochspannung; Ultraschallschwingschaltung; Brueckengleichrichter; Meszwertintegrator; Spitzenwerttrigger}

Description

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Darlegung dos Wosons dor Erfindung

Dor Erfindung liogt dio Aufgabe zugrunde, olno Schaltungsanordnung zu schaffon, dlo auf dor potontialfrolon Übortragungsmögllchkoit von Signaion durch plozokoramlecho Qobor und goolgnoto Koppolmodlon aufbaut und mit olnor goolgneton Auswertung kombiniert Ist und mit dor das Ziel der Erfindung orrolcht wird.

Erfindungsgomäß wird dlo Aufgabe dadurch gelöst, daß olno elektroakustisch«) Schwingschaltung, vorzugswoiso olno piezokeramische Ultraschallschwingschaltung, im Diagonalzwolg oinos BrUckonglolchrlchtors in bekonntor Wolso durch oinon hochspannungsfoston, hochohmlgen Vorwldorstand aus dor Hochspannung gespeist wird und mit dom sundosoitigon Schwingungserzeuger eines Schallkopplors vorbunclon 1st. Dom Schollaufnohmor des Schallkopplore ist ein Filtor- und Hüllkurvenverstärker zur Demodulation des Empfangssignals nachgoschaltot, dosson Ausgang gleichzeitig mit einem Meßwertintegrator und einem Spitzenworttriggor verbundon ist. Am Ausgang dos Moßwirtlntegrators entsteht oin dor Hochspannung äquivalenter Gloichspannungswort, am Ausgang dos Spitzenwerttriggors <iino Impulsfolge zur Erkennung der Spannungsart. In einem nachgeschaltoton Mikroprozessorsystem erfolgt die Woitorverarbeitung der Signale, doron Anzeige und Signalisierung mit üblichen Anzeige- und Schnittstellenzeichnungon vorgenommen wird. Dio Niederspannungssoite wird aus einer entsprechenden Stcuorstromversorgung gespeist,

Ausführungsboisplol

Die Erfindung sol! nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und der zugehörigen Zeichnung näher erläutert werden.

Fig. 1: zeigt dio erfindungsgemäßo Schaltungsanordnung

Fig. 2: zeigt die Oszillogramme bei einor Wechselspannung als Eingangs-Hochspannung.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besteht aus den beiden Vorwiderständen 1, der Gleichrichterschaltung 2, der Schwingschaltung 3, dem Hochspannungsschallkoppler 4, dem Filter- und Hüllkurvenverstärker 5, dem Meßwertintegrator 6 und dem Spitzenwerttrigger 7.

Der Hochspannungsschallkoppler 4 auf piezokeramischer Basis besteht aus einem Glaskörper, auf dem die Resonatoren angebracht sind.

Die von der Hochspannung betriebene Schwingschaltung 3 gibt eino der Hochspannung äquivalente Amplitude zwischen 1V und 10V bei einer konstanten Schwingfrequenz von 100KHz ab. In dem nachgeschalteten Filter- und Hüllenkurvenverstärker 5, der mit Operationsverstärkern aufgebaut ist, wird die vom empfängerseitigen Piezokristall abgegebene elektrische Spannung auf die Sendeschwingfrequenz selektiv abgestimmt und gleichzeitig so verstärkt, daß eine Hüllkurve der gleichgerichteten Meßspannung mit einem entsprechenden Gleichspannungsanteil (Oszillogramm D) entsteht.

Das so gewonnene Signal gelangt zum Meßwertintegrator 6 und gleichzeitig auf den Spitzenwerttrigger 7. Am Ausgang des Meßwertintegrators 6 steht eine der Eingangshochspannung äquivalente Meßspannung U_M für die Weiterverarbeitung zur Verfügung (Oszillogramm E), die einem Analog-Digitalumsetzer zugeführt wird. Am Ausgang des Spitzenwerttriggers 7 stehen Impulse der doppelten Netzfrequenz beim Wechselspannungsbetrieb an (Oszillogramm F), welche in einer nachgeschalteten Zählschaltung ausgewertet werden.

Die Steuerspannung U_s von +5V wird von einem Zentralen Stromversorgungsteil bereitgeätellt, der die Schaltungsteile 5,6 und 7 versorgt. In einem Mikroprozessor werden die Meßsignale (Oszillogramm E und F) weiterverarbeitet. Noch vorhandene Störungen im Meßsignal können auf diese Weise programmtechnisch unterdrückt werden.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung für einen Hochspannungs-Meß- und -Indikatorkreis zur potb.Uialfreien Übertragung einer spannungsabhängigen Meßgröße, insbesondere für den Einsatz in Hochspannungsbordnetzen des Schienenfahrze'jgbaus, der hochspannungssoitig über einen hochspannungsfesten, hochohmlgen Vorwiderstand und eine Gleichrichterschaltung gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektroakustisch^ Schwingschaltung (3), vorzugsweise eine piezokeramische Ultraschallschwingschaltung, die über Vorwiderstand (1) und Brückengleichrichterschaltung (2) aus der Hochspannung (Um) gespeist wird, mit dem sendeseitigen Schwingungserzeuger eines Hochspannungsschaltkopplers (4) verbunden ist und daß dem Schalaufnehmer des Hochspannungsschaltkopplers (4) ein Filter- und Hüllkurvenverstärker (5) zur Demodulation der Empfangssignale (D) nachgeschaltet ist, dessen Ausgang gleichzeitig mit einem Meßwertintegrator (6) und einem Spitzenwerttrigger (7) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßwertintegrator (6) und dem Spitzenwerttrigger (7) ein Mikroprozessorsystem nachgeschaltet ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet dor Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, mit der das Vorhandensein einer Hochspannung festgestellt und deren Höhe bestimmt werden kann und die insbesondere für den Einsatz in Hochspannungsbordnetzen von Schienenfahrzeugen geeignet ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist seit langem eine technische Lösung, nach welcher bei anliegender Hochspannung (Wechsel- oder Gleichspannung) an der Hochspannungsanlage von Schienenfahrzeugen eine Meldeeinrichtung derart im Hochspannungsstromkreis geschaltet wird, daß über einen hochspannungsfesten Vorwiderstand eine Brückengleichrichterschaltung geschaltet ist, in deren gleichgerichteten Diagonalzweig ein modifiziertes Relais betrieben wird, welches über einen hochspannungsfesten Stößel einen Schalter mit Sprungkontakt im Niederspannungskreis betätigt (siehe Schaltbild des Hochspannungsfühlkreises des VEB Fahrzeugausrüstung Berlin). Diese Schaltungsanordnung hat den Nachteil, daß die hochspannungsmäßig erforderliche Energie relativ hoch ist und damit zu konstruktiven Problemen führt. Darüber hinaus weist das Hochspannungsrelais eine geringe Schaltzuverlässigkeit auf.

Im WP 153739 wird eine Hochspannungsfühlschaltung beschrieben, bei der ein Optokoppler über einen Vorwiderstand an das Hochspannungsnetz geschaltet ist und dessen hochspannungsabhängige Lichtstrahlung einem Empfängertransistor mit nachgeschalteter Auswerteschaltung zugeführt wird.

Zur Ausschaltung der Unzuverlässigkeit und Schaltunsicherheit durch die offene Anordnung des lichtemittierenden Elementes wurde auch schon vorgeschlagen, diese Bauelemente In einem aus lichtleitendem und elektrisch isolierendem Material bestehenden Gehäuse, dessen Außenwände mit weißer, hochspannungsfester Folie überzogen sind, anzuordnen (WP 214936). Der Nachteil solcher Schaltungsanordnungen besteht in dem relativ hohen Strombedarf der Sendedlode, was zu hohen Verlustleistungen im Vorwiderstand führt. Zur Hochspannungskontrolle bei Schienenfahrzeugen ist bereits eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der eine als Schaltverstärker zur Anwendung kommende Darlingtonanordnung von einer Triggerschaltung gesteuert wird, die aus zwei Transistoren und Widerständen gebildet ist, und dem ein zur Feineinstellung dienender regelbarer Widerstand über einen weiteren Transistor vorgeschaltet ist. Zur Herstellung einer konstanten Betriebsspannung für die Triggerschaltung ist in der an der Versorgungsanlage angeschlossenen Leitung mit positivem Potential eine Zenerdiode und das Relais angeordnet, welches mit der Darlington-Anordnung geschaltet wird (WP 125303). Diese Anordnung erfordert einen hohen Schaltungsaufwand, ausgesuchte Bauelemente und zwei getrennte Spannungsquellen. Ihr wesentlichster Nachteil ist die fehlende Potentialtrennung von Niederspannung und Hochspannung. Es sind auch Schaltungsanordnungen bekannt, welche die vorhandene Hochspannung auf elektronischem Wege in der Weise erfassen, daß eine elektronische Schwingschaltung einen hochspannungsfesten Übertrager speist, auf dessen Sekundärseite dann eine der Hochspannung äquivalente Wechselspannung entsteht, die nach Gleichrichtung und Integration in einer Triggerschaltung zum Auslösen einer Schaltungsfunktion führt. (AWO-M4 der Firma ZWAR, VR Polen) Nachteilig bei dieser Schaltungsanordnung ist der Übertrageraufbau, der die entsprechende Hochspannungsfestigkeit aufweisen muß, was bei magnetischen Koppelbaugruppen konstruktiv problematisch ist.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zur Signalisierung und Messung von Hochspannungen im Hochspannungsbordnetz von Schienenfahrzeugen zu entwickeln, die eine zuverlässige und leistungsarme Betriebsweise gestattet sowie eine sichere Trennung zwischen Hoch- und Niederspannungsteil gewährleistet. Sie soll einen einfachen konstruktiven Aufbau besitzen.