DE102020131512A1 - Device for generating a compensation current - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung (20) zur Erzeugung eines Kompensationsstroms (62) an einem Versorgungsnetz (10) mit einer Spannungsregelungsvorrichtung (30), einer Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung (60), einem ersten Punkt (50), mindestens zwei Anschlüssen (21, 24) und einen Schutzleiteranschluss (25) vorgeschlagen, wobei die Spannungsregelungsvorrichtung (30) dazu ausgebildet ist, eine erste Spannung (U50) am ersten Punkt (50) auf eine zweite Spannung (U2) am Schutzleiteranschluss (25) zu regeln, und wobei eine Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung (60) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Kompensationsstromvorgabesignal (I_COMP_S) einen Kompensationsstrom (62) zwischen dem Schutzleiteranschluss (25) und dem ersten vorgegebenen Punkt (50) zu erzeugen.A device (20) for generating a compensation current (62) in a supply network (10) with a voltage regulation device (30), a compensation current generating device (60), a first point (50), at least two terminals (21, 24) and one Proposed protective conductor connection (25), wherein the voltage control device (30) is designed to regulate a first voltage (U50) at the first point (50) to a second voltage (U2) at the protective conductor connection (25), and wherein a compensation current generating device (60) is designed to generate a compensation current (62) between the protective conductor connection (25) and the first specified point (50) as a function of a compensation current specification signal (I_COMP_S).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Kompensationsstroms.The invention relates to a device for generating a compensation current.
Die
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Vorrichtung zur Erzeugung eines Kompensationsstroms bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide a new device for generating a compensation current.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1.The object is solved by the subject matter of
Eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Kompensationsstroms an einem Versorgungsnetz hat eine Spannungsregelungsvorrichtung, eine Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung, einen AC/DC-Wandler, einen ersten Punkt, mindestens zwei Anschlüsse und einen Schutzleiteranschluss, welcher AC/DC-Wandler auf der Wechselstromseite mit den zwei Anschlüssen verbunden ist und auf der Gleichstromseite eine erste Gleichstrom-Leitung und eine zweite Gleichstrom-Leitung aufweist, welche Spannungsregelungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, eine erste Spannung am ersten Punkt auf eine zweite Spannung am Schutzleiteranschluss zu regeln, welcher Spannungsregelungsvorrichtung zur Beeinflussung der ersten Spannung am ersten Punkt mindestens zwei Stromsteuervorrichtungen zugeordnet sind, welche Stromsteuervorrichtungen jeweils mit einem zugeordneten Anschluss und mit dem ersten Punkt verbunden und dazu ausgebildet sind, in Abhängigkeit von einem zugeordneten Ansteuersignal einen Stromfluss zwischen dem ersten Punkt und dem zugeordneten Anschluss zu ermöglichen oder zu unterbinden, welche Stromsteuervorrichtungen zumindest teilweise einen Spannungsbegrenzer aufweisen, welcher Spannungsbegrenzer einen Transistor und eine Ansteuervorrichtung zur Ansteuerung des Transistors aufweist, welche Ansteuervorrichtung eine erste Seite und eine durch eine erste galvanische Trennvorrichtung von der ersten Seite galvanisch getrennte zweite Seite aufweist, welche Ansteuervorrichtung auf der ersten Seite mit der ersten Gleichstrom-Leitung und der zweiten Gleichstrom-Leitung verbunden ist, welche Ansteuervorrichtung dazu ausgebildet ist, über die erste galvanische Trennvorrichtung eine Energieübertragung von der ersten Seite zur zweiten Seite zu ermöglichen und auf der zweiten Seite eine Ansteuerspannung für den Spannungsbegrenzer zu erzeugen, und welche Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Kompensationsstromvorgabesignal einen Kompensationsstrom zwischen dem Schutzleiteranschluss und dem ersten vorgegebenen Punkt zu erzeugen.A device for generating a compensation current in a supply network has a voltage regulation device, a compensation current generation device, an AC/DC converter, a first point, at least two terminals and a protective conductor terminal, which AC/DC converter is connected to the two terminals on the AC side and has a first direct current line and a second direct current line on the direct current side, which voltage control device is designed to regulate a first voltage at the first point to a second voltage at the protective conductor connection, which voltage control device has at least two current control devices for influencing the first voltage at the first point are assigned, which current control devices are each connected to an assigned connection and to the first point and are designed to cause a current flow between the first point depending on an assigned control signal and to enable or prevent the associated connection, which current control devices at least partially have a voltage limiter, which voltage limiter has a transistor and a drive device for driving the transistor, which drive device has a first side and a second side that is galvanically isolated from the first side by a first galvanic isolating device side, which control device is connected to the first direct current line and the second direct current line on the first side, which control device is designed to enable energy transmission from the first side to the second side via the first galvanic isolating device and on the second Page to generate a drive voltage for the voltage limiter, and which compensation current generating device is designed to, depending on a compensation current default signal, a compensation current between the Schu tzconductor connection and the first specified point.
Es wird somit quasi durch die Spannungsregelungsvorrichtung am ersten Punkt ein virtueller Neutralleiter bereitgestellt, und über diesen kann aufgrund der geringen Spannungsdifferenz zwischen dem Schutzleiteranschluss und dem ersten Punkt in einfacher Weise und gut reproduzierbar ein Kompensationsstrom erzeugt werden.A virtual neutral conductor is thus provided by the voltage regulation device at the first point, and a compensation current can be generated easily and reproducibly via this due to the small voltage difference between the protective conductor connection and the first point.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat die Spannungsregelungsvorrichtung einen Vergleicher, welcher dazu ausgebildet ist, die erste Spannung und die zweite Spannung miteinander zu vergleichen. Dies ist eine bevorzugte Lösung zur Bestimmung einer Regelabweichung. Als Vergleicher wird bevorzugt ein Komparator verwendet, da dieser einen besonders schnellen Vergleich ermöglicht.According to a preferred embodiment, the voltage regulation device has a comparator which is designed to compare the first voltage and the second voltage with one another. This is a preferred solution for determining a control deviation. A comparator is preferably used as the comparator, since this enables a particularly fast comparison.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der Spannungsregelungsvorrichtung zur Beeinflussung der Spannung am ersten Punkt mindestens zwei Stromsteuervorrichtungen zugeordnet, weiter bevorzugt mindestens drei Stromsteuervorrichtungen.According to a preferred embodiment, at least two current control devices, more preferably at least three current control devices, are assigned to the voltage control device for influencing the voltage at the first point.
Das Vorsehen einer größeren Anzahl von Stromsteuervorrichtungen kann bei einigen Versorgungsnetzen die Spannungsregelung verbessern.Incorporating a larger number of current control devices may improve voltage regulation on some utility grids.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Batterie auf, welche Batterie auf der Gleichstromseite des AC/DC-Wandlers angeschlossen ist. Dies ermöglicht eine sichere Stromversorgung bzw. Spannungsversorgung.According to a preferred embodiment, the device has a battery, which battery is connected on the DC side of the AC/DC converter. This enables a safe power supply or power supply.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist mindestens eine der Stromsteuervorrichtungen eine Schalteranordnung auf, welche Schalteranordnung einen ersten Schalter umfasst, welche Schalteranordnung durch das zugeordneten Ansteuersignal ansteuerbar ist und dazu ausgebildet ist, in einem ersten Zustand einen Stromfluss zwischen dem ersten Punkt und dem zugeordneten Anschluss zu ermöglichen, und in einem zweiten Zustand den Stromfluss zwischen dem ersten Punkt und dem zugeordneten Anschluss zu verhindern. Durch die Schalteranordnung kann die Stromsteuervorrichtung vorteilhaft angesteuert werden.According to a preferred embodiment, at least one of the current control devices has a switch arrangement, which switch arrangement comprises a first switch, which switch arrangement can be controlled by the associated control signal and is designed to enable a current flow between the first point and the associated connection in a first state, and in a second state, preventing current flow between the first point and the associated terminal. The current control device can advantageously be controlled by the switch arrangement.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schalteranordnung dazu ausgebildet, im ersten Zustand die Größe des Stromflusses in Abhängigkeit von der Regelabweichung der Spannungsregelungsvorrichtung zu beeinflussen. Hierdurch kann eine vergleichsweise schnell reagierende Regelung der Spannung erfolgen.According to a preferred embodiment, the switch arrangement is designed to influence the size of the current flow in the first state as a function of the control deviation of the voltage control device. As a result, the voltage can be regulated with a comparatively rapid response.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spannungsregelungsvorrichtung über mindestens eine zweite galvanische Trennvorrichtung mit der Schalteranordnung verbunden, welche zweite galvanische Trennvorrichtung bevorzugt als Optokoppler oder als Transformator ausgebildet ist. Durch die galvanische Trennung können aufwendige Treiberstufen zwischen der Spannungsregelungsvorrichtung und der Schalteranordnung vermieden werden.According to a preferred embodiment, the voltage regulation device is connected to the switch arrangement via at least one second galvanic isolating device, which second galvanic isolating device is preferably designed as an optocoupler or as a transformer. The galvanic isolation means that complex driver stages between the voltage regulation device and the switch arrangement can be avoided.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Schalteranordnung einen zweiten Schalter auf, welcher zweite Schalter parallel geschaltet ist zum ersten Schalter. Das Vorsehen eines zweiten Schalters erleichtert die Ansteuerung durch eine Hardware-Ansteuervorrichtung der Spannungsregelungsvorrichtung.According to a preferred embodiment, the switch arrangement has a second switch, which second switch is connected in parallel with the first switch. The provision of a second switch facilitates control by a hardware control device of the voltage regulation device.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spannungsregelungsvorrichtung dazu ausgebildet, den Stromfluss über den ersten Schalter zu beeinflussen, wenn die Phase am zugeordneten Anschluss eine positive Halbwelle aufweist, und den Stromfluss über den zweiten Schalter zu beeinflussen, wenn die Phase am zugeordneten Anschluss eine negative Halbwelle aufweist. Dies erleichtert die Ansteuerung der Schalter.According to a preferred embodiment, the voltage regulation device is designed to influence the current flow via the first switch when the phase at the associated connection has a positive half-cycle and to influence the current flow via the second switch when the phase at the associated connection has a negative half-cycle . This makes it easier to control the switches.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist mindestens eine der Stromsteuervorrichtungen einen Brückengleichrichter auf, welcher Brückengleichrichter einen ersten Brückengleichrichteranschluss, einen zweiten Brückengleichrichteranschluss, eine erste Leitung, eine zweite Leitung und die Schalteranordnung aufweist, welcher erste Brückengleichrichteranschluss mit dem zugeordneten Anschluss verbunden ist, welcher zweite Brückengleichrichteranschluss mit dem ersten Punkt verbunden ist, welcher Brückengleichrichter dazu ausgebildet ist,
- - einen Stromfluss von mindestens einem der Brückengleichrichteranschlüsse zur ersten Leitung zu ermöglichen, aber einen Stromfluss von der ersten Leitung zu den Brückengleichrichteranschlüssen zu verhindern,
- - einen Stromfluss von der zweiten Leitung zu mindestens einem der Brückengleichrichteranschlüsse zu ermöglichen, aber einen Stromfluss von den Brückengleichrichteranschlüssen zur zweiten Leitung zu verhindern,
- - im ersten vorgegebenen Zustand der Schalteranordnung einen Stromfluss zwischen dem ersten Brückengleichrichteranschluss und dem zweiten Brückengleichrichteranschluss in mindestens eine Richtung zu ermöglichen, und
- - im zweiten vorgegebenen Zustand der Schalteranordnung einen Stromfluss zwischen den zwei Brückengleichrichteranschlüssen zu verhindern. Durch diese Verschaltung fließt der Strom immer in der gleichen Richtung durch die Schalteranordnung, und es können unidirektionale Schalter verwendet werden, insbesondere elektronische Schalter.
- - allow current flow from at least one of the bridge rectifier terminals to the first line, but prevent current flow from the first line to the bridge rectifier terminals,
- - allow current flow from the second line to at least one of the bridge rectifier terminals, but prevent current flow from the bridge rectifier terminals to the second line,
- - to allow a current flow between the first bridge rectifier connection and the second bridge rectifier connection in at least one direction in the first predetermined state of the switch arrangement, and
- - to prevent a current flow between the two bridge rectifier terminals in the second predetermined state of the switch arrangement. As a result of this interconnection, the current always flows through the switch arrangement in the same direction, and unidirectional switches, in particular electronic switches, can be used.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine der Stromsteuervorrichtungen dazu ausgebildet, einen Stromfluss zwischen dem ersten Punkt und dem zugeordneten Anschluss in beide Richtungen zu ermöglichen. Dies ermöglicht eine Verbindung des Punkts mit dem zugeordneten Anschluss unabhängig von der Spannung an diesen Punkten, und die Spannung am zugeordneten Anschluss kann bei Bedarf genutzt werden.According to a preferred embodiment, at least one of the current control devices is designed to enable a current flow between the first point and the associated connection in both directions. This allows the point to be connected to the associated port regardless of the voltage at those points and the voltage at the associated port can be used when needed.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zu mindestens einer der Stromsteuervorrichtungen ein Kondensator parallel geschaltet. Der Kondensator ist insbesondere vorteilhaft, wenn an den Anschlüssen der Stromsteuervorrichtungen eine niedrige Spannung anliegt, da in diesem Zustand nur wenig Strom über die Stromsteuervorrichtung fließen kann. Hierdurch kann auch in diesem Zustand gut ein Kompensationsstrom fließen.According to a preferred embodiment, a capacitor is connected in parallel with at least one of the current control devices. The capacitor is particularly advantageous when a low voltage is present at the terminals of the current control devices, since only little current can flow via the current control device in this state. As a result, a compensation current can also flow well in this state.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens eine Spannungsmessvorrichtung auf, welche Spannungsmessvorrichtung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von der Spannung an mindestens einem der Anschlüsse einen die Spannung charakterisierenden Spannungsmesswert zu erfassen, und die Spannungsregelungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, die Stromsteuervorrichtungen in Abhängigkeit von dem Spannungsmesswert anzusteuern. Über die Spannungsmesswerte kann vorteilhaft entschieden werden, welche der Stromsteuervorrichtungen zur Beeinflussung der Spannung am ersten Punkt geeignet sind.According to a preferred embodiment, the device has at least one voltage measuring device, which voltage measuring device is designed to detect a measured voltage value that characterizes the voltage as a function of the voltage at at least one of the terminals, and the voltage control device is designed to control the current control devices as a function of the measured voltage value head for. The measured voltage values can advantageously be used to decide which of the current control devices are suitable for influencing the voltage at the first point.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, bei Erkennung eines angeschlossenen Neutralleiters an einem der Anschlüsse die diesem Anschluss zugeordnete Stromsteuervorrichtung leitend zu schalten, um eine andauernde Verbindung dieses Anschlusses mit dem ersten Punkt zu bewirken. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird in diesem Fall die diesem Anschluss zugeordnete Stromsteuervorrichtung unabhängig von der ersten Spannung am ersten Punkt leitend geschaltet. In einem solchen Fall kann der Neutralleiter direkt als „virtueller“ Neutralleiter verwendet werden. Sofern weitere Stromsteuervorrichtungen vorhanden sind, werden diese bevorzugt nichtleitend geschaltet.According to a preferred embodiment, the device is set up to turn on the current control device assigned to this connection when a connected neutral conductor is detected at one of the connections in order to bring about a permanent connection of this connection to the first point. According to a preferred embodiment, in this case the current control device assigned to this connection is switched on independently of the first voltage at the first point. In such a case can the neutral conductor can be used directly as a "virtual" neutral conductor. If further current control devices are present, these are preferably switched off.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Spannungsregelungsvorrichtung einen ersten Spannungsregler und einen zweiten Spannungsregler auf, und die Spannungsregelungsvorrichtung aktiviert in Abhängigkeit vom Spannungsmesswert entweder den ersten Spannungsregler oder den zweiten Spannungsregler. Dies ergibt eine klare Zuordnung der Spannungsregler zu den Spannungsmesswerten.According to a preferred embodiment, the voltage control device has a first voltage regulator and a second voltage regulator, and the voltage control device activates either the first voltage regulator or the second voltage regulator depending on the measured voltage value. This results in a clear assignment of the voltage regulator to the voltage measurement values.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die mindestens eine Spannungsmessvorrichtung eine erste Spannungsmessvorrichtung und eine zweite Spannungsmessvorrichtung, und die Spannungsregelungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, die Stromsteuervorrichtungen in Abhängigkeit von der Differenz des Spannungsmesswerts der ersten Spannungsmessvorrichtung und des Spannungsmesswerts der zweiten Spannungsmessvorrichtung anzusteuern. Die Bildung der Differenz bzw. die Betrachtung des Vorzeichens der Differenz ermöglicht in vorteilhafter Weise die Anwendung der Vorrichtung für unterschiedliche Spannungsversorgungen.According to a preferred embodiment, the at least one voltage measuring device comprises a first voltage measuring device and a second voltage measuring device, and the voltage control device is designed to control the current control devices depending on the difference between the measured voltage value of the first voltage measuring device and the measured voltage value of the second voltage measuring device. Forming the difference or considering the sign of the difference advantageously enables the device to be used for different voltage supplies.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Anschlüsse einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf, welche im Betrieb derart an ein Versorgungsnetz anschließbar sind, dass am ersten Anschluss eine erste Phase und am zweiten Anschluss eine zweite Phase anliegt, welche zweite Phase um 180° phasenverschoben zur ersten Phase ist. Bei einem solchen Versorgungsnetz ist die Erzeugung der Spannung am ersten Punkt durch die Spannungsregelungsvorrichtung besonders vorteilhaft, da häufig kein Neutralleiteranschluss vorhanden ist.According to a preferred embodiment, the connections have a first connection and a second connection, which can be connected to a supply network during operation in such a way that a first phase is connected to the first connection and a second phase is connected to the second connection, the second phase being phase-shifted by 180° to the first phase is. In such a supply network, the generation of the voltage at the first point by the voltage regulation device is particularly advantageous, since there is often no neutral conductor connection.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Steuereinrichtung auf, und die Stromsteuervorrichtungen weisen zumindest teilweise mindestens eine Ansteuerschaltung auf, welche mindestens eine Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Steuereinrichtungssignal der Steuereinrichtung ein Leitend-Schalten oder Nicht-Leitend-Schalten der zugeordnete Stromsteuervorrichtung zu ermöglichen, um hierdurch eine Verbindung eines Neutralleiters mit dem ersten Punkt zu ermöglichen. Sofern das Versorgungsnetz einen Neutralleiter bereitstellt, kann dieser direkt mit dem ersten Punkt verbunden werden. Durch die Ansteuerschaltungen kann das Einschalten bzw. Ausschalten direkt über eine Steuereinrichtung erfolgen, und diese kann beispielsweise ein TTL-Signal oder ein anderes Signal an die Ansteuerschaltungen ausgeben. Zudem kann der gleiche Schalter genutzt werden wie im normalen Betrieb. Alternativ könnte ein zusätzlicher Schalter vorgesehen werden, aber dies ist nicht erforderlich.According to a preferred embodiment, the device has a control device, and the current control devices at least partially have at least one control circuit, which at least one control circuit is designed to switch the associated current control device on or off, depending on a control device signal from the control device to allow a neutral wire to be connected to the first point. If the supply network provides a neutral conductor, this can be connected directly to the first point. The control circuits can be used to switch the device on or off directly via a control device, which can output a TTL signal or another signal to the control circuits, for example. In addition, the same switch can be used as in normal operation. Alternatively an additional switch could be provided but this is not required.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Stromsteuervorrichtungen in Abhängigkeit von der Spannung an mindestens einem der Anschlüsse angesteuert.According to a preferred embodiment, the current control devices are controlled as a function of the voltage at at least one of the terminals.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Stromsteuervorrichtungen in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz der ersten Spannung und der zweiten Spannung angesteuert.According to a preferred embodiment, the current control devices are controlled as a function of the voltage difference between the first voltage and the second voltage.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt
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1 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Kompensationsstroms mit einer Spannungsregelungsvorrichtung und Stromsteuervorrichtungen, -
2 ein Diagramm mit einer Differenzspannung zwischen zwei Phasen, aufgetragen über die Zeit, -
3 ein Kompensationsstromvorgabesignal, aufgetragen über die Zeit, -
4 ein Diagramm mit der Spannung an einem Punkt, aufgetragen über die Zeit, -
5 ein Diagramm mit einem durch dieStromsteuervorrichtungen von 1 erzeugten Strom, -
6 eine Ausführungsform derStromsteuervorrichtung von 1 , -
7 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zur Erzeugung eines Kompensationsstroms, welche für ein dreiphasiges Versorgungsnetz oder für ein einphasiges Versorgungsnetz geeignet ist, -
8 eine Tabelle mit einer Auswahllogik für ein Versorgungsnetz vom Typ US split phase, -
9 eine Tabelle mit einer Auswahllogik für ein Versorgungsnetz mit einer Phase L1 und einem Neutralleiter N, -
10 eine Tabelle mit einer alternativen Auswahllogik für ein Versorgungsnetz mit einer Phase L1 und einem Neutralleiter N, -
11 eine weitere Ausführungsform derStromsteuervorrichtung von 1 , -
12 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zur Erzeugung eines Kompensationsstroms, -
13 eine Ausführungsformder Spannungsregelungsvorrichtung von 1 zur Ansteuerung derVorrichtung von 12 , und -
14 eine Ausführungsformeiner Ansteuervorrichtung von 11 .
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1 a device for generating a compensation current with a voltage regulation device and current control devices, -
2 a diagram with a differential voltage between two phases, plotted over time, -
3 a compensation current specification signal plotted over time, -
4 a graph of the voltage at a point plotted against time, -
5 a diagram with a through the current control devices of1 generated electricity, -
6 an embodiment of the current control device of FIG1 , -
7 a further embodiment of the device for generating a compensation current, which is suitable for a three-phase supply network or for a single-phase supply network, -
8th a table with a selection logic for a US split phase type supply network, -
9 a table with a selection logic for a supply network with a phase L1 and a neutral conductor N, -
10 a table with an alternative selection logic for a supply network with a phase L1 and a neutral conductor N, -
11 another embodiment of the current control device of FIG1 , -
12 a further embodiment of the device for generating a compensation current, -
13 an embodiment of the voltage regulation device of FIG1 for controlling the device from12 , and -
14 an embodiment of a control device from11 .
Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen die gleichen Elemente, und diese werden üblicherweise nur einmal beschrieben.The figures are described coherently and comprehensively. Like reference numerals identify like elements, and these will typically be described only once.
Die Vorrichtung 20 ist beispielhaft an ein Versorgungsnetz 10 vom Typ split phase angeschlossen, wie es insbesondere in den USA verwendet wird. Ein solches Versorgungsnetz 10 wird auch als Einphasen-Dreileiternetz bezeichnet. Ein Punkt 13 ist über eine erste Wechselspannungsquelle 11 mit dem Anschluss 21 (HOT1) verbunden und über eine Wechselspannungsquelle 12 mit dem Anschluss 24 (HOT2). Der Punkt 13 ist über einen Erdungsanschluss 199 geerdet und mit dem Schutzleiteranschluss 25 (PE) verbunden. Die Wechselspannungsquellen 11, 12 sind beispielsweise die Sekundärseite eines Transformators, und der Punkt 13 ist eine Mittelanzapfung auf der Sekundärseite.By way of example, the
Ein AC/DC-Wandler 190 ist beispielhaft über eine Leitung 151 an den Anschluss 21, über eine Leitung 154 an den Anschluss 24 und über eine Leitung 155 an den Schutzleiteranschluss 25 angeschlossen und kann somit Leistung aus dem Versorgungsnetz 10 entnehmen bzw. aus dem Versorgungsnetz 10 gespeist werden. Auf der Gleichstromseite des AC/DC-Wandlers 190 sind eine Gleichstrom-Leitung 191 und eine Gleichstrom-Leitung 192 vorgesehen, und an die Gleichstrom-Leitungen 191, 192 sind - ggf. über einen nicht dargestellten, zur Spannungsanpassung vorgesehenen DC/DC-Wandler - eine Batterie 194 und ein Verbraucher 15 angeschlossen.An AC/
Eine Differenzstromerfassungsvorrichtung 17 ist vorgesehen und misst den Differenzstrom in den Zuleitungen 151, 154 der Phasen zum AC/DC-Wandler 190, der die auftretenden Ableitströme charakterisiert. Das resultierende Differenzstrommesssignal kann beispielsweise in der Differenzstromerfassungsvorrichtung 17 umgewandelt werden in ein Kompensationsstromvorgabesignal I_COMP_S, welches die Höhe des erforderlichen Kompensationsstroms 62 charakterisiert. Die Höhe des Kompensationsstroms kann beispielsweise bis zu 150 mA (Effektivwert) betragen. Die Umwandlung kann beispielsweise durch einfache Invertierung erfolgen, oder es können kompliziertere Berechnungen mit Fouriertransformation und Filterung zur Erzeugung des Kompensationsstromvorgabesignals I_COMP_S durchgeführt werden.A differential
Die Vorrichtung 20 hat eine Spannungsregelungsvorrichtung 30, eine Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung 60, einen ersten Punkt 50 und zwei Stromsteuervorrichtungen 41, 42. Die Stromsteuervorrichtungen 41, 42 sind jeweils mit einem zugeordneten Anschluss 21, 24 einerseits und mit dem ersten Punkt 50 andererseits verbunden und dazu ausgebildet, einen Stromfluss 141, 142 zwischen dem ersten Punkt 50 und dem zugeordneten Anschluss 21, 24 zu ermöglichen.The
Wenn in dieser Anmeldung von einem Strom zwischen zwei Punkten gesprochen wird, umfasst dies einen Strom in beide Richtungen. Wenn dagegen von einem Strom von einem Punkt A zu einem Punkt B gesprochen wird, umfasst dies nur eine Richtung von Punkt A zu Punkt B.When speaking of a flow between two points in this application, this includes a flow in both directions. On the other hand, when speaking of a flow from a point A to a point B, it only includes a direction from point A to point B.
Die Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung 60 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit vom Kompensationsstromvorgabesignal I_COMP_S den Kompensationsstrom 62 zwischen dem Schutzleiteranschluss 25 und dem ersten vorgegebenen Punkt 50 zu erzeugen. Das Kompensationsstromvorgabesignal I_COMP_S wird bevorzugt von der Differenzstromerfassungsvorrichtung 17 erzeugt und über eine Leitung 18 der Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung 60 zugeführt. Wenn die Höhe der auftretenden Ableitströme dagegen bekannt ist oder anderweitig bestimmbar ist, kann das Kompensationsstromvorgabesignal I_COMP_S entsprechend auf andere Art erzeugt werden.The compensation
Die Spannungsregelungsvorrichtung 30 hat einen Vergleicher 30A und den eigentlichen Spannungsregler 30B. Die Spannungsregelungsvorrichtung 30 ist eingangsseitig über eine Leitung 251 mit dem Punkt 50 und mit dem Schutzleiteranschluss 25 (Schutzleitersymbol 99) verbunden, und die Spannungsregelungsvorrichtung 30 kann somit einen Vergleich zwischen einer ersten Spannung U50 am ersten Punkt 50 und einer zweiten Spannung U25 am Schutzleiteranschluss 25 durchführen. Am Ausgang des Vergleichers 30A wird ein Signal U_DIFF erzeugt, welches die Regeldifferenz charakterisiert. Das Signal U_DIFF wird dem Spannungsregler 30B zugeführt. Der Spannungsregelungsvorrichtung 30 ist eine Auswahlvorrichtung 32 zugeordnet. Die Auswahlvorrichtung 32 kann auch als Teil der Spannungsregelungsvorrichtung 30 angesehen werden. Die Auswahlvorrichtung 32 weist zwei Spannungsmessvorrichtungen 35, 36 auf. Die Spannungsmessvorrichtung 35 ist über eine Leitung 33 mit dem Anschluss 21 verbunden und zur Erzeugung eines die Spannung U21 am Anschluss 21 charakterisierenden Werts ausgebildet, und die Spannungsmessvorrichtung 36 ist über eine Leitung 34 mit dem Anschluss 24 verbunden und zur Erfassung eines die Spannung U24 am Anschluss 24 charakterisierenden Werts ausgebildet. Die Auswahlvorrichtung 32 ist über Leitungen 243, 244 mit den Stromsteuervorrichtungen 41, 42 verbunden und bestimmt in Abhängigkeit von den Werten der Spannungsmessvorrichtungen 35, 36, über welche Stromsteuervorrichtung 41, 42 ein geeigneter Strom fließen kann, um die Spannung am Punkt 50 an die Spannung am Schutzleiteranschluss 25 anzunähern.The
Bevorzugt ist eine Steuereinrichtung 400 vorgesehen, welche mit einer Messstelle 401 an der Leitung 51, mit einer Messstelle 404 an der Leitung 54 und einer Messstelle 405 an der Leitung 55 verbunden ist. Über die Messstellen 401, 404, 405 kann die Steuereinrichtung 400 erkennen, ob an einem der Leiter 51, 54 ein Neutralleiter N angeschlossen ist. Zudem ermöglicht die Steuereinrichtung 400 eine Überwachung des Schutzleiteranschlusses PE an der Leitung 55 und ggf. eine Messung eines Schleifenwiderstands. Die Steuereinrichtung 400 kann auch in die Auswahlvorrichtung 32 integriert werden.A
Kompensationsstromvorgabesignal I_COMP_S wird dagegen trotz der Spannungsregelung immer eine gewisse Schwankung der Spannung U50 vorhanden sein. Die Amplitude der Spannung U50 von 80 mV ist jedoch zu vergleichen mit der Amplitude der Phase HOT1 von 175 V und damit sehr gering. Die niedrige Spannung U50 hat einen großen Vorteil bei der Erzeugung des Kompensationsstroms 62 durch die
Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung 60. Die
Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung 60 selbst kann mit vergleichsweise niedriger Spannung (z.B. 10 V oder 20 V) betrieben werden, es wird also kein großes bzw. leistungsstarkes Netzteil benötigt. Zudem ist die Potenzialdifferenz zwischen der Spannung U25 und U50 gering, und dies erleichtert das Einprägen des gewünschten Kompensationsstroms, da dieser nicht - abhängig von der angeschlossenen Phase - einmal bei beispielsweise 0 V und einmal bei 120 V Potenzialdifferenz eingeprägt werden muss. Zudem ist die Regelung der Spannung U50 durch den Spannungsregler 30 sparsamer als das Bereitstellen unterschiedlich hoher Spannungen für den Spannungsregler 30.
Compensation current specification signal I_COMP_S, on the other hand, will always have a certain fluctuation in voltage U50 despite the voltage regulation. However, the amplitude of the voltage U50 of 80 mV can be compared with the amplitude of the phase HOT1 of 175 V and is therefore very small. The low voltage U50 has a great advantage in generating the compensation current 62 through the
Compensation
Compensation
Die Leitung 111 ist über einen Spannungsbegrenzer 45 und eine Schalteranordnung 47 mit der Leitung 112 verbunden. Dem Spannungsbegrenzer 45 wird über eine Leitung 46 ein Sollwert U_S zugeführt, der die maximale Spannung an der Schalteranordnung 47 vorgibt. Die Schalteranordnung 47 hat einen Schalter 48, welcher über eine galvanische Trennvorrichtung 49 ansteuerbar ist. Die Schalteranordnung 47 hat einen Eingang 43A und einen Eingang 43B, über welche die galvanische Trennvorrichtung 49 ansteuerbar ist. Im Ausführungsbeispiel ist die galvanische Trennvorrichtung 49 als Optokoppler ausgebildet. Es ist auch eine Ausbildung als Transformator möglich.The
Die Diode 101 ist in Durchlassrichtung vom Punkt 113 zur Leitung 111 geschaltet, und die Diode 103 ist in Durchlassrichtung vom Punkt 114 zur Leitung 111 geschaltet. Es kann somit ein Strom vom Anschluss 21 zur Leitung 111 und ein Strom vom Punkt 50 zur Leitung 111 fließen. Die Dioden 101, 103 verhindern jedoch einen Strom in umgekehrter Richtung.
Die Diode 102 erlaubt einen Strom von der Leitung 112 zum Anschluss 21, und die Diode 104 erlaubt einen Strom von der Leitung 112 zum Punkt 50. Ein Strom in umgekehrter Richtung wird jedoch von den Dioden 102 bzw. 104 verhindert.
Anders ausgedrückt sind die Kathoden der Dioden 101, 103 zur Leitung 111 hin geschaltet, und die Anoden der Dioden 102, 104 sind zur Leitung 112 hin geschaltet. Hierdurch bilden die Dioden 101, 102, 103, 104 einen Brückengleichrichter 100.In other words, the cathodes of
Die Schalteranordnung 47 ist dazu ausgebildet, in einem ersten Zustand Z1 einen Stromfluss von der Leitung 111 zur Leitung 112 zu ermöglichen, und in einem zweiten Zustand Z2 den Stromfluss von der Leitung 111 zur Leitung 112 zu unterbrechen.The
Im Ausführungsbeispiel ist der Schalter 48 unidirektional ausgebildet, und durch den Brückengleichrichter 100 ist sichergestellt, dass der Schalter 48 nur in der Durchlassrichtung betrieben wird. Bei der Verwendung einer bidirektionalen Schalteranordnung 47 kann der Brückengleichrichter 100 entfallen, und die bidirektionale Schalteranordnung 47 wird zwischen dem Anschluss 21 und dem Punkt 50 verschaltet.In the exemplary embodiment, the
Es ist ebenso möglich, die Vorrichtung 20 für einen einphasigen Anschluss an das Versorgungsnetz 10 zu verwenden, wobei der Anschluss 21 mit der Phase L1 und der Anschluss 24 mit dem Neutralleiter N verbunden sein kann, oder umgekehrt.It is also possible to use the
In der vierten Spalte ist die Differenz U25 - U50 dargestellt, wie sie vom Vergleicher 30A von
Anstelle der Differenz U25 - U50 kann naturgemäß auch die Differenz U50 - U25 verwendet werden, wobei sich die Vorzeichen entsprechend von plus nach minus bzw. minus nach plus ändern. Dies ergibt sich daraus, dass für die Differenz gilt:
Bei einigen einphasigen Versorgungsnetzen 10 wie bspw. in Deutschland mit den Ansprüchen L1 und N ist nicht immer eindeutig durch den Stecker vorgegeben, ob an den jeweiligen Anschlüssen L1 und N oder aber umgekehrt N und L1 anliegen. Die Vorrichtung 20 funktioniert auch, wenn am Anschluss 21 der Neutralleiter N und am Anschluss 24 die Phase L1 anliegt. Um dies zu erreichen, kann in einem solchen Fall die Spannung U24 zur Auswahl durch die Auswahlvorrichtung 32 verwendet werden, oder es ist die Möglichkeit der Auswertung der Differenz U21 - U24 möglich, die auch bei einer Vertauschung der Phase L1 und des Neutralleiters N zu einem verwertbaren Ergebnis führt.In some single-
Die Auswahllogik funktioniert unabhängig davon, ob zusätzlich Phasen L2, L3 vorhanden sind oder nicht.The selection logic works regardless of whether additional phases L2, L3 are present or not.
Der Spannungsbegrenzer 45 hat einen Feldeffekttransistor (FET) 160, dessen Drain-Anschluss D verbunden ist mit der Leitung 111, und dessen Source-Anschluss S verbunden ist mit einem Punkt 161. Der Punkt 161 ist über einen Widerstand 162 mit der Schalteranordnung 47 verbunden. Der Gate-Anschluss G des FET 160 ist mit der Leitung 46 verbunden. Bevorzugt ist ein Kondensator 165 zwischen dem Punkt 161 und der Leitung 46 vorgesehen. Bevorzugt ist eine Diode 164 parallel zum Kondensator 165 geschaltet, wobei die Anode zum Punkt 161 hin geschaltet ist. Die Diode 164 wirkt als zusätzlicher Schutz des Gate-Anschlusses G. Die Leitung 46 ist über eine Ansteuervorrichtung 166 mit der Leitung 112 verbunden, welche Ansteuervorrichtung 166 als Spannungsquelle für den Transistor 160 dient. Als Diode 164 kann bevorzugt eine - nicht dargestellte - Schottky-Diode verwendet werden, ggf. ohne den Kondensator 165. Schottky-Dioden ermöglichen eine sehr schnelle Schaltgeschwindigkeit und verbessern damit die Spannungsbegrenzung. Alternativ zum Feldeffekttransistor 169 kann ein anderer Schalter verwendet werden, beispielsweise ein Bipolartransistor. Für hohe Ströme ist ein Feldeffekttransistor jedoch vorteilhaft.The
Im Betrieb erzeugt die Ansteuervorrichtung 166 eine vorgegebene Spannung, bspw. 5 V. Wenn die Spannung am Source-Anschluss S ebenfalls 5 V beträgt, beträgt die Gate-Source-Spannung 0 V, und der FET 160 sperrt. Wenn dagegen die Spannung am Punkt 161 kleiner ist als die Spannung an der Leitung 46, fließt ein Strom über den FET 160 und erhöht hierdurch die Spannung am Punkt 161. Hierdurch wird die Spannung zwischen dem Punkt 161 und der Leitung 112 auf 5 Volt geregelt bzw. begrenzt.During operation, the
Die Schalter 48 bzw. 148 haben bevorzugt ein weitgehend proportionales Übertragungsverhältnis mit einem vorgegebenen Verstärkungsfaktor. Die Spannung zwischen den Anschlüssen 43A und 43B bzw. die Spannung zwischen den Anschlüssen 143A und 143B bestimmen mit dem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis die Stromstärke des durch die Schalter 48 bzw. 148 fließenden Stroms.The
Das Vorsehen der beiden Schalter 48 und 148 ist technisch nicht zwingend notwendig, es erleichtert jedoch die Ansteuerung durch die Auswahlvorrichtung 32 von
Der Stromsteuervorrichtung 41 ist ein Kondensator 133 parallel geschaltet, und der Stromsteuervorrichtung 42 ist ein Kondensator 134 parallel geschaltet. Die Kondensatoren 133, 134 ermöglichen auch dann einen Stromfluss über die Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung 60, wenn die an den Anschlüssen 21, 24 anliegende Phase gerade einen Nulldurchgang hat. In diesem Fall kann der benötigte Stromfluss nicht oder nur mit geringer Stromstärke über die Stromsteuervorrichtungen gewährleistet werden.A
Der obere Teil der Schaltung 30, 32 ist mit 200A bezeichnet, und der untere Teil der Schaltung mit 200B. Es wird im Folgenden der obere Teil 200A beschrieben, und der untere Teil 200B kann gleich aufgebaut sein.The upper part of the
Der obere Teil 200A hat einen Vergleicher 201, einen Optokoppler 208 mit einer Diode 215 und einem Schalter 204, eine Diode 203, einen Optokoppler 209 mit einer Diode 213 und einem Schalter 207, eine Diode 206, einen Vergleicher 210, eine erste Ansteuerschaltung 218 mit einem Anschluss 219, eine zweite Ansteuerschaltung 220 mit einem Anschluss 221 und einen Widerstand 212.The
Am Plus-Eingang des Vergleichers 210, also am nicht-invertierenden Eingang, liegt die Spannung U21 des Anschlusses 21 und am Minus-Eingang, also am invertierenden Eingang, die Spannung U24 des Anschlusses 24 an. Der Ausgang 211 des Vergleichers 210 ist über den Widerstand 212, die Diode 213, eine Leitung 214 und die Diode 215 mit dem Schutzleitersymbol 99 verbunden. Die Anoden der Dioden 213, 215 zeigen in Richtung zum Ausgang 211 des Vergleichers 210.The voltage U21 of the
Der Plus-Eingang des Vergleichers 201 ist mit dem Punkt 50 verbunden, so dass die Spannung U50 anliegt. Der Minuseingang des Vergleichers 201 ist mit dem Anschluss 143A und über einen Widerstand 216 mit dem Schutzleitersymbol 99 verbunden, so dass die Spannung U25 des Schutzleiteranschlusses 25 anliegt. Der Ausgang 202 des Vergleichers 201 ist über eine Diode 203 und einen zur Diode 203 antiparallel geschalteten Schalter 204 mit einer Leitung 205 verbunden, und die Leitung 205 ist über die Diode 206 und den zur Diode 206 antiparallel geschalteten Schalter 207 mit dem Anschluss 143B verbunden.The plus input of
Zwischen dem Widerstand 212 und der Diode 213 ist bevorzugt eine erste Ansteuerschaltung 218 vorgesehen, welche über einen Anschluss 219 ansteuerbar ist, und zwischen dem Punkt 50 und dem Vergleicher 201 ist bevorzugt eine zweite Ansteuerschaltung 220 vorgesehen, welche über einen Anschluss 221 ansteuerbar ist.A
Der untere Teil 200B der Schaltung 30, 32 hat einen Vergleicher 301, eine Diode 303, einen Optokoppler 308, eine Diode 306, einen Optokoppler 309, einen Widerstand 312, einen Widerstand 316, einen Vergleicher 310, eine erste Ansteuerschaltung 318 mit einem Anschluss 319 und eine zweite Ansteuerschaltung 320 mit einem Anschluss 321. Diese Bauteile entsprechen den Bauteilen 201, 203, 208, 206, 209, 212, 216 und 210, 218, 219, 220, 221, die Bezugsziffern sind also bei den unteren Bauteilen um die Zahl 100 erhöht. Die Verschaltung dieser Bauteile entspricht der Verschaltung des oberen Teils 200A. Im Unterschied zum oberen Teil 200A ist jedoch am Vergleicher 310 die Zuordnung vertauscht, die Spannung U24 liegt also am Plus-Eingang und die Spannung U21 am Minuseingang des Vergleicher 310. Zudem ist der Anschluss 143A des oberen Teils im unteren Teil als 43B vorgesehen, und der Anschluss 143B des oberen Teils ist im unteren Teil als 43A vorgesehen. Die zweite Ansteuerschaltung 320 ist anders aufgebaut als die zweite Ansteuerschaltung 220.The
Funktionsweisefunctionality
Über den Vergleicher 210 des oberen Teils 200A erfolgt ein Vergleich der Spannung U21 und der Spannung U24. Wenn die Spannung U21 größer ist als die Spannung U24, kann ein Strom über die Dioden 213, 215 fließen, und die Optokoppler 208, 209 sind aktiviert. Dieser Vergleich U21 - U24 entspricht somit der dritten Spalte in der Auswahllogik von
Der Vergleicher 201 führt einen Vergleich zwischen der Spannung U50 am Punkt 50, die am nichtinvertierenden Eingang anliegt, und der Schutzleiterspannung U25 am Schutzleiteranschluss 25 zuzüglich der durch einen Strom 1201 am Widerstand 216 abfallenden Spannung, die am invertierenden Eingang des Vergleichers 201 anliegt, durch, und der Vergleicher 201 erzeugt den Strom 1201 am Ausgang 202 in Abhängigkeit vom Ergebnis dieses Vergleichs.The
Der Vergleicher 201 führt somit dazu, dass die Spannungen an den Eingängen aneinander angeglichen werden. Es gilt also
Hieraus ergibt sich der Strom 1201 zu
Am Ausgang 202 des Vergleichers 201 entsteht somit als Stellwert ein Strom I201, welcher proportional zur Spannungsdifferenz U50-U25 ist. Wenn die Spannung U50 größer ist als die Spannung U25, kann ein Strom vom Vergleicher 201 über die Leitung 202, die Diode 203, die Leitung 205 und den Schalter 207 zum Anschluss 143B fließen, wenn der obere Teil der Schaltung 30, 32 durch den Vergleicher 210 aktiviert ist, wenn also eine positive Halbwelle an der Phase HOT1 vorliegt.A current I201, which is proportional to the voltage difference U50-U25, is thus produced as a control value at the
Im Ergebnis ist das Potenzial am Anschluss 143B größer als am Anschluss 143A. Dies hat bei den Stromsteuervorrichtungen 41, 42 von
Wenn dagegen die Spannung U50 kleiner ist als die Spannung U25, erzeugt der Vergleicher 201 am Ausgang 202 eine gegenüber dem Plus-Eingang negative Spannung, und es kann ein Strom vom Anschluss 143B über die Diode 206, die Leitung 205 und den Schalter 204 (bei einer positiven Halbwelle) zum Vergleicher 201 fließen. Hierdurch wird der Schalter 148 der Stromsteuervorrichtung 41 leitend geschaltet, und da am Anschluss 21 eine positive Halbwelle vorliegt, kann die Spannung U50, die zu niedrig war, erhöht werden. Der Schalter 148 der Stromsteuervorrichtung 42 bleibt gesperrt.If, on the other hand, the voltage U50 is lower than the voltage U25, the
Der untere Teil 200B der Schaltung 30, 32 funktioniert entsprechend, wobei dieser nur aktiv ist, wenn die Phase HOT1 eine negative Halbwelle hat bzw. wenn die Spannung U24 größer ist als die Spannung U21. Durch den unteren Teil 200B werden die Schalter 48 der Stromsteuervorrichtungen 41, 42 entsprechend über die Anschlüsse 43A, 43B angesteuert.The
Im Ergebnis wird durch den Vergleicher 201 und den Vergleicher 301 eine Regelung der Spannung U50 auf die Spannung U25 durchgeführt. Als Stellwert des Vergleichers 201 wird der Strom 1201 ausgegeben, der - im Rahmen des Stellbereichs - weitgehend proportional zur Spannungsdifferenz ist und zu einer Angleichung der Spannung U50 an die Spannung U25 führt. Alternativ wäre es auch möglich, am Vergleicher 201 (bzw. 301) einen Vergleich zwischen den Spannungen U50 und U25 durchzuführen und die sich ergebende Differenzspannung weiterzuverarbeiten. Für die Ansteuerung der Optokoppler 49, 149 ist jedoch die Ausgabe des Stellwerts als Strom 1201 vorteilhaft.As a result, the
Die Auswahlvorrichtung 32 ist somit durch vergleichsweise einfache Hardwaremittel implementiert. Naturgemäß ist es auch möglich, die Auswahlvorrichtung 32 mit Hilfe eines Mikrocontrollers zu implementieren. Dieser muss jedoch schnell und sicher arbeiten, und daher ist die gezeigte Hardwarelösung vorteilhaft.The
In der Praxis treten beim Versorgungsnetz 10 vom Typ US split phase und auch bei anderen Netzen Unsymmetrien zwischen den einzelnen Phasen auf, beispielsweise unterschiedliche Amplituden. Dies kann bei anderen Lösungen zu Problemen führen. Ein großer Vorteil der in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtung 20 ist, dass die Spannung am Punkt 50 auch beim Vorhandensein von Unsymmetrien gut geregelt werden kann. Die Vorrichtung 20 ist somit vergleichsweise robust und funktioniert auch unter schlechten Bedingungen. In practice, in the
Wie ausgeführt arbeitet die Vorrichtung auch für den Fall, dass an einer der Leitungen 51 bzw. 54 ein Neutralleiter N angeschlossen ist. In diesem Fall kann aber die entsprechende Leitung 51 bzw. 54 ohne weitere Prüfung mit dem Punkt 50 verbunden werden.As stated, the device also works in the event that a neutral conductor N is connected to one of the
Die erste Ansteuerschaltung 218 und die zweite Ansteuerschaltung 220 ermöglichen eine Leitendschaltung der Stromsteuervorrichtung 41 (vgl.
In gleicher Weise ermöglichen die erste Ansteuerschaltung 318 und die zweite Ansteuerschaltung 320 eine Leitendschaltung der Stromsteuervorrichtung 42 (vgl.
Wenn die Steuereinrichtung 400 somit beispielsweise einen Neutralleiter N an der Leitung 51 erkennt, sendet sie ein zweites logisches Signal an die Ansteuerschaltungen 318 und 320 und ein erstes logisches Signal an die Ansteuerschaltungen 218 und 220. Wenn die Steuereinrichtung 400 dagegen erkennt, dass kein Neutralleiter angeschlossen ist, sendet er das dritte logische Signal an alle Ansteuerschaltungen 218, 220, 318, 320.For example, if
Die Ansteuerschaltung 218 kann beispielsweise den Eingang der Diode 213 auf + 5 V und den positiven Eingang des Vergleichers 201 auf - 15 V setzen, um den Schalter 148 der Stromsteuervorrichtung 41 beim ersten logischen Signal dauerhaft zu aktivieren. Im Gegensatz zur Stromsteuervorrichtung 41 müsste bei der Stromsteuervorrichtung 42 durch die Ansteuerschaltung 320 der positive Eingang des Vergleichers 301 auf + 15 V gesetzt werden.For example, the
Eine Deaktivierung der Stromsteuervorrichtung 41 bei einem zweiten logischen Signal kann durch Verbindung des Eingangs der Diode 213 von
Die logischen Signale von der Steuereinrichtung 400 können als Steuereinrichtungssignale bezeichnet werden.The logical signals from
Die Ansteuervorrichtung 166 weist eine galvanische Trennvorrichtung 330 auf, welche eine erste Seite 345 der Ansteuervorrichtung 166 von einer zweiten Seite 346 galvanisch trennt. Die galvanische Trennvorrichtung 330 ist im Ausführungsbeispiel als Transformator mit einer ersten Wicklung 327 und einer zweiten Wicklung 328 ausgebildet. Auf der ersten Seite 345 sind die Gleichstrom-Leitungen 191 und 192 mit einem Treiberbaustein 320 verbunden, und der Treiberbaustein 320 ermöglicht ein Durchschalten oder Sperren der Spannung an den Gleichstrom-Leitungen 191, 192 zu ausgangsseitigen Leitungen 323, 324 des Treiberbausteins 320 in Abhängigkeit von einem Signal an einer Leitung 322, welches Signal bspw. als getaktetes Signal von einer Steuervorrichtung vorgegeben wird.The
Die Leitung 323 ist über einen Kondensator 325 mit einem ersten Anschluss der ersten Wicklung 327 verbunden, und die Leitung 324 ist mit dem anderen Anschluss der ersten Wicklung 327 verbunden. Die zweite Wicklung 328 ist einerseits mit einer Leitung 331 und andererseits mit einer Leitung 332 verbunden. Die Leitung 331 ist über eine Diode 333 mit einer Leitung 337 verbunden und über eine Diode 334 mit einer Leitung 338 verbunden. Die Leitung 332 ist über eine Diode 335 mit der Leitung 337 und über eine Diode 336 mit der Leitung 338 verbunden.The
Die Kathoden der Dioden 333 und 335 sind mit der Leitung 337 verbunden, und die Anoden der Dioden 334 und 336 sind mit der Leitung 338 verbunden. Zwischen den Leitungen 337 und 338 ist ein Kondensator 339 vorgesehen, und die Leitung 337 ist über einen Widerstand 340 mit einer Leitung 341 verbunden. Die Leitung 341 ist über eine Z-Diode 343 mit der Leitung 338 verbunden, wobei die Kathode der Z-Diode 343 zur Leitung 341 hin geschaltet ist.The cathodes of
Im Betrieb schaltet der Treiberbaustein 320 in Abhängigkeit vom Signal am Anschluss 322 getaktet die Spannung an den Gleichstrom-Leitungen 191, 192 zu den Leitungen 323, 324 durch, und hierdurch fließt über die erste Wicklung 330 ein Strom zum Kondensator 325 und vom Kondensator 325 anschließend in die entgegengesetzte Richtung. Durch den sich zeitlich ändernden Strom erfolgt eine induktive Übertragung in die zweite Wicklung 328, und an den Leitungen 331, 332 entsteht eine Wechselspannung (oder zumindest eine pulsierende Gleichspannung), welche durch den Brückengleichrichter mit den Dioden 333, 334, 335, 336 wieder gleichgerichtet wird.During operation, the
Der Kondensator 339 führt zu einer Glättung der Spannung zwischen den Leitungen 337 und 338, und die Z-Diode 343 führt zu einer Spannungsbegrenzung an den Ausgängen 341 und 338.
Der Treiberbaustein 320 ist bspw. vom Typ MCP1416 der Firma Microchip. Der Transformator 330 ist bspw. vom Typ PA2001NL der Firma Pulse Electronics Power. Die Z-Diode 343 ist bspw. vom Typ PTV7.5B-M3/84A der Firma Vishay und führt zu einer Spannungsbegrenzung bei ca. 7,5 Volt. Die im Ausführungsbeispiel gezeigte Ansteuervorrichtung 166 ist aus mehreren Bauteilen aufgebaut. Alternativ können bspw. DC/DC-Wandler-ICs mit eingebauter galvanischer Trennvorrichtung genutzt werden, und an solche ICs können direkt die Gleichstrom-Leitungen 191, 192 und die Leitungen 46 und 112 angeschlossen werden. Ein geeigneter DC/DC-Wandler-IC ist der 1 S4E_1207S1 U von der Firma GAPTEC-Electronic GmbH & Co. KG. Ein Transformator als galvanische Trennvorrichtung 330 erleichtert eine Energieübertragung. Es sind jedoch auch eine andere galvanische Trennvorrichtungen 330 möglich, bspw. zur Energieübertragung ausgelegte Optokoppler oder Trennvorrichtungen mit kapazitiver Trennung.The
In ersten Versuchsaufbauten war als Energiequelle für die Ansteuervorrichtung 166 die Spannung an den Leitungen 51 und 54 von
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.A wide range of variations and modifications are of course possible within the scope of the present invention.
Zwei Stromsteuervorrichtungen 41, 42 sind grundsätzlich ausreichend. Zur Erhöhung der maximal möglichen Leistung oder bei ungewöhnlichen Versorgungsnetzen können auch den übrigen Anschlüssen 22, 23 von
Das Vorsehen der galvanischen Trennvorrichtung 49 erleichtert das Ansteuern der einzelnen Schalter. Es sind auch andere Ansteuerschaltungen möglich, die jedoch häufig einen höheren Schaltungsaufwand erfordern.The provision of the galvanic isolating
Bei der Schaltung von
Als Vergleicher 201, 210, 301, 310 können beispielsweise Operationsverstärker verwendet werden. Bevorzugt werden jedoch Komparatoren verwendet, und die schnellere Schaltzeit hat sich qualitativ vorteilhaft ausgewirkt.Operational amplifiers, for example, can be used as
Die galvanische Trennvorrichtung 49 kann zusätzlich mit einer Darlington-Stufe versehen werden, um einen höheren Maximalstrom zu ermöglichen.The
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- US 2014/0327371 A1 [0003]US 2014/0327371 A1 [0003]
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- US 2013/0043880 A1 [0005]US 2013/0043880 A1 [0005]
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