DE102004058763A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Verstärkung der Eingangssignale eines elektronischen Überstromauslösers von Niederspannungs-Leistungsschaltern mit wählbarem Verstärkungsgrad - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Verstärkung der Eingangssignale eines elektronischen Überstromauslösers von Niederspannungs-Leistungsschaltern mit wählbarem Verstärkungsgrad, wobei der elektronische Überstromauslöser eingangsseitig mindestens einen Integrierkondensator aufweist, sowie mindestens einen Vorverstärker und einen Mikroprozessor. DOLLAR A Vorgeschlagen wird, dass parallel zu einem Integrierkondensator ein Widerstand mit in Reihe liegendem Schalter geschaltet und der Schalter über den Mikroprozessor pulsweitenmoduliert getastet wird. Hierdurch kann der effektiv wirkende Widerstandswert der eingefügten Widerstände umgekehrt proportional zum Tastverhältnis erhöht werden und somit ein extrem weiter Regelbereich erzielt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Verstärkung der Eingangssignale eines elektronischen Überstromauslösers von Niederspannungs-Leistungsschaltern mit wählbarem Verstärkungsgrad, wobei der elektronische Überstromauslöser eingangsseitig mindestens einen Integrierkondensator aufweist sowie mindestens einen Vorverstärker und einen Mikroprozessor.
  • Elektronische Überstromauslöser dienen zur Überwachung des Stromes in einem ein- oder mehrphasigen Netz hinsichtlich des Auftretens von Überströmen und Kurzschlussströmen. Je nach der Höhe eines unzulässig hohen, über Stromwandler gemessenen Stromes bewirkt der Überstromauslöser eine verzögerte oder unverzögerte Auslösung des Niederspannungs-Leistungsschalters. Die Eingangssignale für den elektronischen Auslöser werden den Stromwandlern entnommen. Als Stromwandler dienen beispielsweise Rogowskispulen, die zwar ein ungedämpftes Übertragungsverhalten aufweisen, deren Ausgangssignale aber nur eine geringe Leistung haben, so dass sie vor der Übergabe an eine Auslöseschaltung, die üblicherweise durch einen Mikroprozessor mit vorgeschaltetem A/D-Wandler realisiert wird, verstärkt werden müssen. Im Mikroprozessor wird das gemessene Stromsignal nach A/D-Wandlung zu einer Referenzspannung ins Verhältnis gesetzt, so dass am Ausgang des elektronischen Überstromauslösers ein zum Beispiel auf den Nenn strom einer zu schützenden Anlage normierter Wert zur Verfügung steht.
  • Die Verstärkung der Eingangssignale des elektronischen Auslösers erfolgt über einen Operationsverstärker. Die Verstärkungseinstellung in diesem Vorverstärker erfolgt bisher über durch Analogschalter geschaltete Rückkopplungswiderstände, wie beispielsweise DE 198 25 384 A1 oder DE 199 59 787 A1 zeigen.
  • Es ist auch eine Lösung bekannt, nach der mehrere mit Operationsverstärkern aufgebaute Verstärker eingangsseitig parallel geschaltet sind. Die Operationsverstärker besitzen unterschiedliche Verstärkungsfaktoren und werden je nach der Höhe des Eingangspegels von dem Mikroprozessor über den Verstärkern nachgeordnete Schalter als Signalquellen ausgesucht. Nachteilig hierbei sind die hohen Kosten für den Mehrfachaufbau.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, mit der die Einstellung der Verstärkung eines Vorverstärkers in elektronischen Überstromauslösern schnell, einfach und preiswert erfolgt.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2. Eine zweckmäßige Ausgestaltung ist Gegenstand des Unteranspruchs.
  • Danach wird parallel zu einem Integrierkondensator ein Widerstand mit in Reihe liegendem Schalter geschaltet und der Schalter über den Mikroprozessor pulsweitenmoduliert getastet. Hierdurch kann der effektiv wirkende Widerstandswert der eingefügten Widerstände umgekehrt proportional zum Tast verhältnis erhöht werden und somit ein extrem weiter Regelbereich erzielt werden. Dadurch, dass die Anbindung direkt an den Integrierkondensatoren erfolgt, kann der Störeinfluss auf das Analogsignal verschwindend klein gehalten werden. Vorteil dieser Schaltung ist weiter die verringerte EMV-Empfindlichkeit gegenüber der bisherigen Umschalteinrichtung der Rückkopplungswiderstände der Operationsverstärker. Außerdem ist nur ein Widerstand für unterschiedliche Verstärkungsfaktoren erforderlich. Für den Fall, dass Widerstandtoleranzen der Widerstände in den einzelnen Phasen stören, kann auch ein gemeinsamer Widerstand für alle drei beziehungsweise vier Verstärkungspfade der vorhandenen Phasen verwendet werden.
    •
  • Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine erfindungsgemäße Schaltung mit drei Verstärkern, jeweils ein Verstärker für eine Stromphase und
  • 2 eine Variante der Schaltung gemäß 1 mit einem gemeinsamen Widerstand für alle Stromphasen.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltung für einen Überstromauslöser eines dreiphasigen Leistungsschalters. Zur Stromerfassung in einem durch den Leistungsschalter überwachten Netz dienen Stromsensoren in Form von Rogowskispulen L1...L3. Das Signal jeder Rogowskispule L1...L3 wird über jeweils einen Widerstand R1...R3 und über einen parallel angeordneten Integrierkondensator C1...C3 an einen Vorverstärker V1...V3 geführt. Die Ausgänge der Vorverstärker V1...V3 sind auf einen Mikroprozessor μP geschaltet. Der Mikroprozessor μP bewertet taktweise das Stromsignal in den drei Phasen und entscheidet im Überstromfall über eine Ausschaltung des Leistungsschalters durch ein Signal an einen Auslösemagneten.
  • Zur Einstellung der Verstärkung der Vorverstärker V1...V3 sind Widerstände R4...R6 vorgesehen, die gemeinsam mit Schaltern S1...S3 parallel zu den Integrierkondensatoren C1...C3 angeordnet sind.
  • Die Schalter S1...S3 werden von dem Mikroprozessor μP pulsweitenmoduliert getastet. Durch Veränderung des Tastverhältnisses kann der Widerstandswert der Widerstände R4...R6 umgekehrt proportional zum Tastverhältnis und damit die Höhe des Eingangssignals für die Vorverstärker V1...V3 geändert werden.
  • 2 zeigt eine Variante der Schaltung. Da für den Mikroprozessor μP ohnehin immer nur jeweils einer der Vorverstärker V1...V3 wirksam ist und somit auch aktuell immer nur jeweils einer der Schalter S1...S3 getastet werden muss, während die anderen beiden sich in AUS-Stellung befinden können, ist es möglich, für alle Phasen einen gemeinsamen Widerstand R7 vorzusehen. Die Schalter S1...S3 werden hierbei mit einer Seite jeweils an den gemeinsamen Widerstand R7 und dieser dann gegen Masse geschaltet.
    • L1...L3
    Rogowskispulen
    R1...R3
    Widerstand
    C1...C3
    Integrierkondensator
    V1...V3
    Vorverstärker
    μP
    Mikroprozessor
    R4...R6
    Widerstand
    S1...S3
    Schalter
    R7
    Widerstand

Claims (3)

  1. Verfahren zur Verstärkung der Eingangssignale eines elektronischen Überstromauslösers von Niederspannungs-Leistungsschaltern mit wählbarem Verstärkungsgrad, wobei der elektronische Überstromauslöser eingangsseitig mindestens einen Integrierkondensator aufweist sowie mindestens einen Vorverstärker und einen Mikroprozessor, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu einem Integrierkondensator ein Widerstand mit in Reihe liegendem Schalter geschaltet und der Schalter über den Mikroprozessor pulsweitenmoduliert getastet wird.
  2. Schaltungsanordnung zur Verstärkung der Eingangssignale eines elektronischen Überstromauslösers von Niederspannungs-Leistungsschaltern mit wählbarem Verstärkungsgrad, wobei der elektronische Überstromauslöser eingangsseitig mindestens einen Integrierkondensator aufweist sowie mindestens einen Vorverstärker und einen Mikroprozessor zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu einem Integrierkondensator ein Widerstand und ein zu dem Widerstand in Reihe liegender, über den Mikroprozessor pulsweitenmoduliert getasteter Schalter geschaltet ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Pol der Schalter über einen gemeinsamen Widerstand gegen Masse geschaltet ist.
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