DE10101513A1

DE10101513A1 - Verfahren zur Ermittlung der Größe einer sinusförmigen Netzeingangsspannung

Info

Publication number: DE10101513A1
Application number: DE2001101513
Authority: DE
Inventors: Wenzel Meierfrankenfeld
Original assignee: Miele und Cie KG
Current assignee: Miele und Cie KG
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2002-07-25
Anticipated expiration: 2021-01-13
Also published as: DE10101513B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Größe einer sinusförmigen Netzeingangsspannung in einer Schaltungsanordnung, in der diese zur Speisung einer elektrischen Last unter Verwendung eines Netzteiltransformators (1) und einer Graetz-Brückenschaltung (2) mit parallel angeordnetem Glättungskondensator (C) in eine Gleichspannung gewandelt wird. Ein Verfahren, welches genau arbeitet und gleichzeitig ohne Messung des Stroms in der Sekundärwicklung und des Innenwiderstands auskommt, ist dadurch charakterisiert, dass eine Auswerteschaltung (AS) in Phasen, in denen der Betrag der sekundärseitigen Wechselspannung u¶Sek¶(t) vor der Graetz-Brückenschaltung (2) kleiner als die Summe aus der Spannung U¶C¶ am Glättungskondensator und der Durchlassspannung U¶F¶ von zwei Dioden (21) in der Graetz-Brückenschaltung (2) ist und folglich kein Ausgangsstrom I¶Sek¶ auf der Sekundärseite des Transformators (1) fließt, aus dem Signalverlauf der sekundärseitigen Wechselspannung u¶Sek¶(t) und der Frequenz den Effektiv- oder Maximalwert ermittelt und hieraus unter Berücksichtigung des Übertragungsfaktors den Effektiv- oder Maximalwert der Netzeingangsspannung berechnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Größe einer sinusförmigen Netzein gangsspannung in einer Schaltungsanordnung, in der diese zur Speisung einer elektrischen Last unter Verwendung eines Netzteiltransformators und einer Graetz-Brückenschaltung mit parallel angeordnetem Glättungskondensator in eine Gleichspannung gewandelt wird.

Bei Geräten, in denen mindestens ein Teil der elektrischen Verbraucher mit einer geregelten oder gesteuerten Netzspannung betrieben wird, ist es wünschenswert, die Größe der Netz spannung (Maximalwert oder Effektivwert) zu kennen. Bei solchen Geräten ist es allgemein bekannt, zur Regelung oder Steuerung Stellelemente (Relais', Thyristoren. . .) zu verwenden und diese durch Gleichspannungen anzusteuern. Dies kann beispielsweise in einer Schal tungsanordnung der eingangs genannten Art erfolgen. Neben den Stellelementen können in einer solchen Schaltungsanordnung andere elektrische Lasten mit Kleinspannung betrieben werden.

Wird der Effektivwert einer Netzspannung (U_Netz) aus dem Effektivwert der sekundärseitigen Wechselspannung (U_Sek) bei bekanntem Übertragungsfaktor (ü) eines Netzteiltransformators berechnet, so ist zu berücksichtigen, dass die Messung von U_Sek aus folgenden Gründen sehr ungenau ist:
Betrachtet man den Transformator sekundärseitig als Spannungsquelle mit einem immer vor handenen Innenwiderstand R_i, der erheblich durch die jeweiligen Wicklungstemperaturen be einflusst wird, so errechnen sich die Effektivwerte der Ausgangsspannung:

U_Sek = (U_Netz.ü) - (I_Sek.R_i) (1.1).

I_Sek = Strom in der Sekundärwicklung des Netzteiltransformators;
das ergibt aufgelöst nach U_Netz:

U_Netz = (U_Sek + I_Sek.R_i)/ü (1.2).

Diese Formel zeigt, dass bei der Bestimmung von U_Netz große Fehler (bis ca. i: 35%) auftreten, wenn I_Sek und R_i nicht genau bekannt sind. Eine Verkleinerung des Messfehlers ist bei diesem Verfahren nur durch eine aufwendige Ermittlung der jeweils aktuellen I_Sek- und R_i-Werte mög lich.

Der Erfindung stellt sich somit das Problem, ein Verfahren zur Ermittlung der Größe einer sinusförmigen Netzeingangsspannung in einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu offenbaren, welches genau arbeitet und gleichzeitig ohne Messung des Stroms in der Sekundärwicklung und des Innenwiderstands auskommt.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentan spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäß arbeitende Verfahren vermeidet die vorbeschriebenen Nachteile da durch, dass eine spezielle Sekundärspannungsgröße des Transformators in Zeiträumen ge messen wird, in denen kein sekundärseitiger Transformatorausgangsstrom fließt. Die sehr ge naue Bestimmung der Netzspannung wird deshalb nicht beeinflusst von:

1. dem Laststrom der zu versorgenden Schaltung,
2. dem Innenwiderstand des Transformators,
3. den Wicklungstemperaturen des Transformators,
4. der Toleranz des Glättungskondensators.

Es ist nur ein relativ geringer Hard- und Softwareaufwand zur Durchführung des Verfahrens erforderlich; somit entstehen nur geringe, zusätzliche Kosten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer Zeichnung rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Die Figur zeigt eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung der Größe einer sinusförmigen Netzeingangsspannung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung wird die eingangsseitige Netzspannung u_Netz(t) durch einen Netzteiltransformator (1) in eine sinusförmige Klein-Wechselspannung u_Sek(t) transformiert. Zur Umwandlung in eine Gleichspannung ist der Sekundärwicklung (11) eine Graetz-Brückenschaltung (2) mit Glättungskondensator (C) nachgeschaltet. Die Schal tungsanordnung beinhaltet außerdem einen Mikroprozessor (3), in welchem eine Auswerte schaltung (AS) integriert ist. Der Mikroprozessor (3) steuert in bekannter Weise eine elektrisch Last an, die in der Zeichnung durch Treiber (4) mit nachgeschalteten Relais' (5) symbolisiert ist. Zusätzlich können weitere elektrische Verbraucher (nicht dargestellt) durch den Mikropro zessor (3) oder andere Steuereinrichtungen mit Gleichspannung gespeist werden. u_Sek(t) wird durch einen Differenzverstärker (6) aufbereitet und als Eingangssignal der im Mikroprozes sor (3) integrierten Auswerteschaltung (AS) zugeleitet. Dort erfolgt eine Ermittlung des Effek tivwerts der Netzeingangsspannung U_Netz nach dem nachfolgend beschriebenen Verfahren:
Bei der Gleichrichterschaltung (2) fließt in der Sekundärwicklung des Transformators (1) nur in den Zeiträumen ein Strom I_Sek, in denen der Betrag der Ausgangsspannung u_Sek(t) größer ist als die Summe aus der Durchlassspannung U_F von zwei in der Graetz-Brückenschaltung ver wendeter Dioden (21) und der Spannung am Glättungskondensator (C) U_C. Hat die Spannung U_C am Glättungskondensator z. B. einen Wert von 10 V, so fließt in den Zeiträumen, in denen u_Sek(t) zwischen +11,4 V und -11,4 V liegt, kein Transformatorausgangsstrom I_Sek. Das bedeutet, dass in diesen Zeiträumen I_Sek den Wert Null hat und somit eine Multiplikation mit dem unbe kannten Wert von R_i immer Null ergibt. Deshalb kann U_Sek in Zeiten, in denen u_Sek(t) im Bereich von +11,4 V und -11,4 V liegt, unbeeinflusst vom Laststrom der zu versorgenden Schaltung und vom Innenwiderstand des Netzteiltransformators (1) bestimmt werden. Da sich bei größeren Lasten die Spannung am Glättungskondensator (C) und folglich auch die Summe verringert, kann als Referenzspannung ein ausreichend kleiner Wert, im vorliegenden Fall beispielsweise U_ref = 8 Volt gewählt werden. Um aus dem Signalverlauf der sekundärseitigen Wechselspan nung u_Sek(t) in der Phase, in der diese kleiner als U_ref ist, den Effektiv- oder Maximalwert zu be rechnen gibt es, da die Spannungsform (sinusförmige Wechselspannung) und deren Frequenz (50 Hz) bekannt sind, folgende Möglichkeiten:

1. Differenzierung von u_Sek(t) im Bereich des Nulldurchgangs, solange:
|u_Sek(t)| ≦ U_ref (2.1).
2. Messung der Länge der Zeitspanne t₂ bzw. t₃, in der entweder:
|u_Sek(t)| ≦ U_ref (2.2)
oder
U_ref ≦ u_sek(t) ≦ 0 (2.3).

Aus t₃ (Gleichung 2.3) lässt sich dann beispielsweise der Effektivwert U_Sek berechnen nach:

Die so berechnete sekundärseitige Wechselspannung entspricht immer der Leerlaufspannung, unbeeinflusst vom Laststrom der zu versorgenden Schaltung und vom temperaturabhängigen Innenwiderstand Ri des Transformators (1). Jetzt lässt sich der Effektivwert der Netzeingangs spannung U_Netz mit Hilfe des nur sehr kleinen Toleranzen unterliegendem Übertragungsfaktors berechnen:

U_Netz = U_Sek/ü (3.1).

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung der Größe einer sinusförmigen Netzeingangsspannung in einer Schaltungsanordnung, in der diese zur Speisung einer elektrischen Last unter Verwendung eines Netzteiltransformators (1) und einer Graetz-Brückenschaltung (2) mit parallel ange ordnetem Glättungskondensator (C) in eine Gleichspannung gewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteschaltung (AS) in Phasen, in denen der Betrag der sekundärseitigen Wechselspannung (u_Sek(t)) vor der Graetz-Brückenschaltung (2) kleiner als die Summe aus der Spannung (U_C) am Glättungskondensator und der Durchlassspannung (U_F) von zwei Dio den (21) in der Graetz-Brückenschaltung (2) ist und folglich kein Ausgangsstrom (I_Sek) auf der Sekundärseite des Transformators (1) fließt, aus dem Signalverlauf der sekundärseitigen Wechselspannung (u_Sek(t)) und der Frequenz den Effektiv- oder Maximalwert ermittelt und hieraus unter Berücksichtigung des Übertragungsfaktors den Effektiv- oder Maximalwert der Netzeingangsspannung berechnet.

2. Verfahren zur Ermittlung der Größe einer sinusförmigen Netzeingangsspannung in einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (AS) den Effektiv- oder Maximalwert durch Differenzieren des Spannungssignals der sekundärseitigen Wechselspannung (u_Sek(t)) im Bereich des Null durchgangs ermittelt.

3. Verfahren zur Ermittlung der Größe einer sinusförmigen Netzeingangsspannung in einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (AS) den Effektiv- oder Maximalwert aus der Zeitdauer ermit telt, in der die Größe der sekundärseitigen Wechselspannung (u_Sek(t)) zwischen zwei festge legten Spannungswerten liegt, deren Betrag jeweils kleiner als die Summe aus der Spannung am Glättungskondensator (C) (U_C) und der Durchlassspannung (U_F) von zwei Dioden (21) in der Graetz-Brückenschaltung (2) ist.

4. Verfahren zur Ermittlung der Größe einer sinusförmigen Netzeingangsspannung in einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Spannungswerte gleich Null ist.