DE102009022056A1 - Verfahren zur Erfassung und Überwachung einer elektrischen Wechselspannung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Erfassung und Überwachung einer elektrischen Wechselspannung (U), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Halbwelle der Wechselspannung (U) gleichgerichtet wird und die Spannung über einen Spannungsteiler (R, R) an einen Eingang eines Komparators (V) gelegt und mit einer am anderen Eingang des Komparators (V) anliegenden Referenzspannung (U) verglichen wird, wodurch ein pulsweitenmoduliertes Signal erhalten wird, das über einen Optokoppler zu einer Signalauswertungseinrichtung übertragen wird, die anhand der Einschaltdauer des pulsweitenmodulierten Signals die Höhe der Wechselspannung bestimmt und diese mit wenigstens einem Grenzwert vergleicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung und Überwachung einer elektrischen Wechselspannung und eine Schaltung zur Erfassung der elektrischen Wechselspannung.
  • Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anschlussüberwachung einer elektrischen Versorgungseinheit ist beispielsweise aus der DE 101 39 860 A1 bekannt. Die Vorrichtung weist eine Spannungserfassung auf, welche die Phasenspannungen eines dreiphasigen Drehstromnetzes ermittelt. Weiterhin ist eine Stromerfassung zur Ermittlung der jeweiligen Phasenströme vorgesehen. Eine Transformationseinheit setzt die Phasenströme nach der Theorie der feldorientierten Regelung in zumindest einen Querstrom um. Zur Überwachung eines Versorgungsanschlusses, über den die elektrische Versorgungseinheit gespeist ist, ist eine Überwachungseinrichtung vorgesehen, die den Verlauf des Querstroms zur Anschlussüberwachung auswertet.
  • Aus der EP 0 525 345 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung einer Flamme bekannt. Ein die Flamme erfassender Sensor erzeugt ein Messsignal, das an einen Eingang eines Komparators gelegt wird. An dem anderen Eingang des Komparators liegt eine Dreieckspannung, die fest vorgegeben ist. Wenn die Flamme nicht brennt, ergibt sich am betreffenden Eingang des Komparators kein Eingangssignal, womit am Ausgang des Komparators dann auch kein pulsweitenmoduliertes Signal auftritt. Nur wenn aufgrund der Flamme am betreffenden Eingang des Komparators eine Spannung entsteht, die größer als eine vorgegebene Minimalspannung ist, ergibt sich am Ausgang des Komparators ein pulsweitenmoduliertes Signal, welches über einen Optokoppler zu einer Signal verarbeitenden Einrichtung übertragen wird, die das Signal zur Erkennung einer Flamme auswertet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kostengünstigen Erfassung und Überwachung einer Wechselspannung vorzuschlagen, welches mit geringem Schaltungsaufwand realisierbar sein soll, wobei die Schaltung zur Erfassung der Wechselspannung von der Signalauswertung galvanisch getrennt sein soll.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
  • Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine Halbwelle einer Wechselspannung gleichgerichtet wird und die Spannung über einen Spannungsteiler an einen Eingang eines Komparators gelegt und mit einer am anderen Eingang des Komparators anliegenden Referenzspannung verglichen wird, wodurch ein pulsweitenmoduliertes Signal erhalten wird, das über einen Optokoppler zu einer Signalauswertungseinrichtung übertragen wird, die anhand der Einschaltdauer des pulsweitenmodulierten Signals die Höhe der Wechselspannung bestimmt und diese mit wenigstens einem Grenzwert vergleicht.
  • Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung kann auch die Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals erfasst und für die Überwachung der Frequenz der Wechselspannung verwendet werden. Vorzugsweise ist die Signalauswertungseinrichtung ein Miroprozessor, der beispielsweise die Spannungsversorgung eines Feuerungsautomaten für eine Heizungsanlage überwacht. Der Mikroprozessor bestimmt anhand der erfassten Einschaltdauer des pulsweitenmodulierten Signals die Höhe der Wechselspannung und vergleicht diese mit einem oder mehreren zur Überwachung der Spannungsversorgung des Feuerungsautomaten definierten Grenzwerten. Wenn ein Grenzwert über- bzw. unterschritten wird, erfolgt eine Alarmmeldung und/oder eine Sicherheitsabschaltung der Heizungsanlage durch den Feuerungsautomaten.
  • Die Erfindung ermöglicht somit mit geringem Schaltungsaufwand eine Erfassung einer Wechselspannung, wobei die Schaltung zur Erfassung der Wechselspannung von der Signalauswertung galvanisch getrennt ist. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Es zeigen:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung mit einem Brückengleichrichter und
  • 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem Einweggleichrichter.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Erfassung einer Wechselspannung Ue, die z. B. eine Netzspannung ist und einen sinusförmigen Verlauf hat. Die Wechselspannung Ue wird mittels eines Brückengleichrichters, der vier Dioden D1 umfasst, in eine pulsierende Gleichspannung umgewandelt. Die Funktionsweise eines Brückengleichrichters ist dem Schaltungsfachmann geläufig und wird daher nicht näher beschrieben. Die durch den Brückengleichrichter D1 gleichgerichtete Spannung wird über einen Spannungsteiler Rx, Ry auf den nichtinvertierenden Eingang eines Komparators V gelegt. Eine Referenzspannung Uref liegt am invertierenden Eingang des Komparators V. Der Komparator V wird mit einer Spannung Ub betrieben und vergleicht die am nichtinvertierenden Eingang liegende Spannung mit der Referenzspannung Uref, wodurch ein pulsweitenmoduliertes Signal am Ausgang des Komparators erhalten wird. Am Ausgang des Komparators V ist eine Sendediode D2 eines Optokopplers in Reihe mit einem Widerstand Rv geschaltet, der z. B. 2.4 Kilo-Ohm beträgt. Die Sendediode D2 überträgt das pulsweitenmodulierte Signal zu einer hier nicht dargestellten Signalauswertungseinrichtung.
  • Als Bauteil für die Umsetzung der Wechselspannung in ein pulsweitenmoduliertes Signal wird vorzugsweise ein handelsüblicher TL 431 verwendet, der eine integrierte Referenzspannungsquelle und einen Komparator aufweist.
  • Die Dimensionierung des Spannungsteilers ist abhängig von der zu erfassenden Wechselspannung. Bei einer Netzspannung von z. B. 230 Volt betragen die Widerstandswerte beispielsweise für Rx 680 Kilo-Ohm und für Ry 10 Kilo-Ohm.
  • 2 zeigt ein weiters Ausführungsbeispiel einer Schaltung. Diese unterscheidet sich gegenüber der in 1 gezeigten Schaltung dahingehend, dass anstelle eines Brückengleichrichters ein Einweggleichrichter in Form einer einzigen Diode D1 zur Gleichrichtung der Wechselspannung Ue verwendet wird. Für den Schaltungsfachmann ist es selbstverständlich, dass die in 2 gezeigte Diode D1 auch in Reihe mit dem Widerstand Rx geschaltet sein kann, wobei die Anode der Diode D1 an der Wechselspannung Ue liegt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10139860 A1 [0002]
    • - EP 0525345 A1 [0003]

Claims (5)

  1. Verfahren zur Erfassung und Überwachung einer elektrischen Wechselspannung (Ue), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Halbwelle der Wechselspannung (Ue) gleichgerichtet wird und die Spannung über einen Spannungsteiler (Rx, Ry) an einen Eingang eines Komparators (V) gelegt und mit einer am anderen Eingang des Komparators (V) anliegenden Referenzspannung (Uref) verglichen wird, wodurch ein pulsweitenmoduliertes Signal erhalten wird, das über einen Optokoppler zu einer Signalauswertungseinrichtung übertragen wird, die anhand der Einschaltdauer des pulsweitenmodulierten Signals die Höhe der Wechselspannung bestimmt und diese mit wenigstens einem Grenzwert vergleicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals erfasst und zur Überwachung der Frequenz der Wechselspannung verwendet wird.
  3. Schaltung zur Erfassung einer elektrischen Wechselspannung (Ue), dadurch gekennzeichnet, dass ein Gleichrichter (D1) wenigstens eine Halbwelle der Wechselspannung (Ue) gleichrichtet und die Spannung über einen Spannungsteiler (Rx, Ry) an einen Eingang eines Komparators (V) gelegt ist und dass der Komparator (V) die Spannung mit einer am anderen Eingang des Komparators (V) anliegenden Referenzspannung (Uref) vergleicht, wodurch ein pulsweitenmoduliertes Signal am Ausgang des Komparators (V) erhalten wird, welches über eine am Ausgang des Komparators (V) in Reihe mit einem Widerstand (Rv) geschaltete Sendediode (D2) eines Optokopplers zu einer Signalauswertungseinrichtung übertragen wird.
  4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter (D1) ein Brückengleichrichter oder ein Einweggleichrichter ist.
  5. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalauswertungseinrichtung ein Mikroprozessor ist.
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