DE102020131512A1 - Device for generating a compensation current - Google Patents

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DE102020131512A1
DE102020131512A1 DE102020131512.0A DE102020131512A DE102020131512A1 DE 102020131512 A1 DE102020131512 A1 DE 102020131512A1 DE 102020131512 A DE102020131512 A DE 102020131512A DE 102020131512 A1 DE102020131512 A1 DE 102020131512A1
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Tim Pfizenmaier
Daniel Spesser
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Dr Ing HCF Porsche AG
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Dr Ing HCF Porsche AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/26Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks

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 US 2011/0057707 A1 zeigt einen Multiplexer mit einer Ableitstromerfassung.the US 2011/0057707 A1 shows a multiplexer with leakage current detection.

Die US 2014/0327371 A1 zeigt ein Netzteil für eine LED mit Phasenanschnittsteuerung und einer Kompensation.the US 2014/0327371 A1 shows a power supply for an LED with phase control and compensation.

Die US 2016/0154047 A1 zeigt eine Ableitstromerfassung mit einem Testschaltkreis.the U.S. 2016/0154047 A1 shows leakage current detection with a test circuit.

Die US 2013/0043880 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Bestimmung und Kompensation eines Fehlerstroms.the US2013/0043880A1 shows a device for determining and compensating for a fault current.

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 claim 1.

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.
According to a preferred embodiment, at least one of the current control devices has a bridge rectifier, which bridge rectifier has a first bridge rectifier connection, a second bridge rectifier connection, a first line, a second line and the switch arrangement, which first bridge rectifier connection is connected to the associated connection, which second bridge rectifier connection is connected to the first point is connected, which bridge rectifier is designed to
  • - 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

  • 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 die Stromsteuervorrichtungen von 1 erzeugten Strom,
  • 6 eine Ausführungsform der Stromsteuervorrichtung 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 der Stromsteuervorrichtung von 1,
  • 12 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zur Erzeugung eines Kompensationsstroms,
  • 13 eine Ausführungsform der Spannungsregelungsvorrichtung von 1 zur Ansteuerung der Vorrichtung von 12, und
  • 14 eine Ausführungsform einer Ansteuervorrichtung von 11.
Further details and advantageous developments of the invention result from the exemplary embodiments described below and illustrated in the drawings, which are in no way to be understood as limiting the invention, and from the dependent claims. It shows
  • 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 of 1 generated electricity,
  • 6 an embodiment of the current control device of FIG 1 ,
  • 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 FIG 1 ,
  • 12 a further embodiment of the device for generating a compensation current,
  • 13 an embodiment of the voltage regulation device of FIG 1 for controlling the device from 12 , and
  • 14 an embodiment of a control device from 11 .

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.

1 zeigt eine Vorrichtung 20 zur Erzeugung eines Kompensationsstroms 62. Die Vorrichtung 20 hat einen Anschluss 21 mit einer Leitung 51, einen Anschluss 24 mit einer Leitung 54 sowie einen Schutzleiteranschluss 25 mit einer Leitung 55. Der Schutzleiteranschluss 25 ist mit einem Schutzleitersymbol 99 verbunden, das auch an anderer Stelle der Schaltung als Symbol für eine leitende Verbindung mit dem Schutzleiteranschluss 25 verwendet wird. 1 shows a device 20 for generating a compensation current 62. The device 20 has a connection 21 with a line 51, a connection 24 with a line 54 and a protective conductor connection 25 with a line 55. The protective conductor connection 25 is connected to a protective conductor symbol 99, which also is used elsewhere in the circuit as a symbol for a conductive connection to the protective conductor terminal 25.

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 device 20 is connected to a split-phase type power supply network 10, such as is used in particular in the United States. Such a supply network 10 is also referred to as a single-phase three-wire network. A point 13 is connected to terminal 21 (HOT1) via a first AC voltage source 11 and to terminal 24 (HOT2) via an AC voltage source 12. The point 13 is grounded via a ground terminal 199 and connected to the protective conductor terminal 25 (PE). The AC voltage sources 11, 12 are, for example, the secondary side of a transformer and the point 13 is a center tap on the secondary side.

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/DC converter 190 is connected, for example, via a line 151 to the connection 21, via a line 154 to the connection 24 and via a line 155 to the protective earth connection 25 and can thus draw power from the supply network 10 or from the supply network 10 are fed. A direct current line 191 and a direct current line 192 are provided on the direct current side of the AC/DC converter 190, and the direct current lines 191, 192 are connected—possibly via a DC/DC converter (not shown) provided for voltage adjustment - A battery 194 and a consumer 15 connected.

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 current detection device 17 is provided and measures the differential current in the supply lines 151, 154 of the phases to the AC/DC converter 190, which characterizes the leakage currents that occur. The resulting residual current measurement signal can, for example, be converted in the residual current detection device 17 into a compensation current specification signal I_COMP_S, which characterizes the level of the required compensation current 62 . The level of the compensation current can be up to 150 mA (effective value), for example. The conversion can be carried out, for example, by simple inversion, or more complicated calculations can be carried out using Fourier transformation and filtering to generate the compensation current specification signal I_COMP_S.

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 device 20 has a voltage regulation device 30, a compensation current generation device 60, a first point 50 and two current control devices 41, 42. The current control devices 41, 42 are each connected to an associated terminal 21, 24 on the one hand and to the first point 50 on the other hand and are designed to to allow a current flow 141, 142 between the first point 50 and the associated terminal 21, 24.

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 current generation device 60 is designed to generate the compensation current 62 between the protective conductor connection 25 and the first specified point 50 as a function of the compensation current specification signal I_COMP_S. The compensation current specification signal I_COMP_S is preferably generated by the differential current detection device 17 and fed to the compensation current generation device 60 via a line 18 . If, on the other hand, the magnitude of the leakage currents that occur are known or can be determined in some other way, the compensation current specification signal I_COMP_S can be generated in a different way.

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 voltage regulation device 30 has a comparator 30A and the actual voltage regulator 30B. The voltage control device 30 is connected on the input side via a line 251 to the point 50 and to the protective conductor connection 25 (protective conductor symbol 99), and the voltage control device 30 can thus carry out a comparison between a first voltage U50 at the first point 50 and a second voltage U25 at the protective conductor connection 25 . A signal U_DIFF, which characterizes the control difference, is generated at the output of the comparator 30A. The signal U_DIFF is fed to the voltage regulator 30B. The tension control device 30 a selection device 32 is assigned. The selection device 32 can also be considered part of the voltage regulation device 30 . The selection device 32 has two voltage measuring devices 35 , 36 . The voltage measuring device 35 is connected to the terminal 21 via a line 33 and designed to generate a value characterizing the voltage U21 at the terminal 21, and the voltage measuring device 36 is connected to the terminal 24 via a line 34 and to detect the voltage U24 at the terminal 24 characterizing value formed. The selection device 32 is connected to the current control devices 41, 42 via lines 243, 244 and, depending on the values of the voltage measuring devices 35, 36, determines through which current control device 41, 42 a suitable current can flow in order to adjust the voltage at point 50 to the voltage approach the protective conductor connection 25.

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 control device 400 is preferably provided, which is connected to a measuring point 401 on the line 51 , to a measuring point 404 on the line 54 and to a measuring point 405 on the line 55 . The control device 400 can detect via the measuring points 401, 404, 405 whether a neutral conductor N is connected to one of the conductors 51, 54. In addition, the control device 400 enables a monitoring of the protective conductor connection PE on the line 55 and, if necessary, a measurement of a loop resistance. The control device 400 can also be integrated into the selection device 32 .

2 zeigt ein Diagramm, bei dem die Differenz U21 - U24 der Spannung U21 am Anschluss 21 und der Spannung U24 am Anschluss 24 über die Zeit t als Linie 181 aufgetragen ist. Da bei einem Versorgungsnetz vom Typ US split phase die Phasen HOT1 (U21) und HOT2 (U24) eine Phasenverschiebung von 180° haben, entspricht die Amplitude der Differenz U21 - U24 der doppelten Amplitude der Spannung U21. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Amplitude der Spannungsdifferenz U21 - U24 350 V. Die Zeitdauer vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t2 beträgt ca. 20 ms, und zum Zeitpunkt t1 tritt ein Nulldurchgang der Spannung U21 und der Spannung U24 auf. Dies entspricht einer Frequenz von 50 Hz, es sind aber auch Frequenzen von 60 Hz möglich. 2 shows a diagram in which the difference U21-U24 of the voltage U21 at connection 21 and the voltage U24 at connection 24 is plotted over time t as line 181. Since the phases HOT1 (U21) and HOT2 (U24) have a phase shift of 180° in a supply network of the US split phase type, the amplitude of the difference U21 - U24 corresponds to twice the amplitude of the voltage U21. In the exemplary embodiment, the amplitude of the voltage difference U21-U24 is 350 V. The time from time t0 to time t2 is approximately 20 ms, and at time t1 a zero crossing of voltage U21 and voltage U24 occurs. This corresponds to a frequency of 50 Hz, but frequencies of 60 Hz are also possible.

3 zeigt mit der Linie 182 beispielhaft ein Kompensationsstromvorgabesignal I_COMP_S, wie es von der Differenzstromerfassungsvorrichtung 17 von 1 erzeugt wird. Die Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung 60 soll bevorzugt einen Kompensationsstrom 62 erzeugen, welcher proportional zum Kompensationsstromvorgabesignal I_COMP_S ist. Im Ausführungsbeispiel verursacht der Verbraucher 15 bzw. der AC/DC-Wandler 190 von 1 einen sinusförmigen Ableitstrom, welcher eine höhere Frequenz hat als die Frequenz der Phase HOT1. 3 shows with the line 182 an example of a compensation current specification signal I_COMP_S, as it is from the residual current detection device 17 of FIG 1 is produced. The compensation current generation device 60 should preferably generate a compensation current 62 which is proportional to the compensation current specification signal I_COMP_S. In the exemplary embodiment, the consumer 15 or the AC/DC converter 190 causes 1 a sinusoidal leakage current which has a higher frequency than the frequency of phase HOT1.

4 zeigt die Spannung U50 am Punkt 50. In der durchgeführten Simulation schwankt die als Linie 183 eingezeichnete Spannung U50 sinusförmig mit einer Amplitude von 80 mV. Die Schwankung der Spannung U50 resultiert aus dem durch die Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung 60 erzeugten Kompensationsstrom 62. Die Spannungsregelungsvorrichtung 32 ist allenfalls bei einem konstanten Kompensationsstrom 62 in der Lage, die Spannung U50 exakt bei 0 mV zu halten. Bei einem zeitabhängigen
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.
4 shows the voltage U50 at point 50. In the simulation carried out, the voltage U50 plotted as line 183 fluctuates sinusoidally with an amplitude of 80 mV. The fluctuation in the voltage U50 results from the compensation current 62 generated by the compensation current generation device 60. The voltage regulation device 32 is at best able to keep the voltage U50 at exactly 0 mV when the compensation current 62 is constant. With a time-dependent
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 current generating device 60. The
Compensation current generation device 60 itself can be operated with a comparatively low voltage (eg 10 V or 20 V), so no large or powerful power pack is required. In addition, the potential difference between the voltages U25 and U50 is low, and this makes it easier to impress the desired compensation current, since this does not have to be impressed once at, for example, 0 V and once at 120 V potential difference, depending on the connected phase. In addition, the regulation of the voltage U50 by the voltage regulator 30 is more economical than providing different voltages for the voltage regulator 30.

5 zeigt den Strom, der durch die Stromsteuervorrichtungen 41 und 42 erzeugt wird. Eine Linie 184 ist bei einer Stromstärke von 0 mA eingezeichnet. Zwischen dem Zeitpunkt t0 und dem Zeitpunkt t1 hat die Phase HOT1 eine negative Halbwelle, und die Phase HOT2 eine positive Halbwelle. Daher werden in diesem Zeitfenster die positiven Halbwellen des Stroms 185 durch die Stromsteuervorrichtung 42 erzeugt, und die negativen Halbwellen werden durch die Stromsteuervorrichtung 41 erzeugt. Im Zeitfenster vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 ist die Phase HOT1 positiv, und die Phase HOT2 ist negativ. Daher werden in diesem Zeitfenster die positiven Halbwellen des Stroms 185 über die Stromsteuervorrichtung 41 bewirkt, und die negativen Halbwellen werden durch die Stromsteuervorrichtung 42 bewirkt. 5 12 shows the current generated by the current controllers 41 and 42. FIG. A line 184 is drawn at a current of 0 mA. Between time t0 and time t1, phase HOT1 has a negative half cycle and phase HOT2 has a positive half cycle. Therefore, in this time window, the positive half-waves of the current 185 are generated by the current control device 42 and the negative half-waves are generated by the current control device 41 . In the time window from time t1 to time t2, phase HOT1 is positive and phase HOT2 is negative. Therefore, in this time window, the positive half cycles of the current 185 are effected via the current control device 41 and the negative half cycles are effected by the current control device 42 .

6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Stromsteuervorrichtung 41. Die Stromsteuervorrichtung 42 ist bevorzugt in gleicher Weise aufgebaut. Die Stromsteuervorrichtung 41 ist einerseits mit dem Anschluss 21 und andererseits mit dem Punkt 50 verbunden. Der Anschluss 21 ist direkt oder indirekt (beispielsweise über einen Widerstand) mit einem Punkt 113 verbunden. Der Punkt 113 ist über eine Diode 101 mit einer Leitung 111 verbunden und über eine Diode 102 mit einer Leitung 112. Die Leitung 111 ist über eine Diode 103 mit einem Punkt 114 verbunden, und die Leitung 112 ist über eine Diode 104 mit dem Punkt 114 verbunden. Der Punkt 114 ist über einen Widerstand 115 mit dem Punkt 50 verbunden. 6 shows an embodiment of the current control device 41. The current control device 42 is preferably constructed in the same way. The current control device 41 is connected to the terminal 21 on the one hand and to the point 50 on the other hand. The terminal 21 is connected to a point 113 directly or indirectly (e.g. via a resistor). Point 113 is connected through a diode 101 to a line 111 and through a diode 102 to a line 112. Line 111 is connected through a diode 103 to a point 114 and line 112 is through a diode 104 to point 114 tied together. Point 114 is connected to point 50 via a resistor 115 .

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 line 111 is connected to the line 112 via a voltage limiter 45 and a switch arrangement 47 . A setpoint value U_S, which specifies the maximum voltage at the switch arrangement 47, is supplied to the voltage limiter 45 via a line 46. The switch arrangement 47 has a switch 48 which can be controlled via a galvanic isolating device 49 . The switch arrangement 47 has an input 43A and an input 43B, via which the galvanic isolating device 49 can be controlled. In the exemplary embodiment, the galvanic isolating device 49 is designed as an optocoupler. Training as a transformer is also possible.

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.Diode 101 is forward-biased from point 113 to line 111 and diode 103 is forward-biased from point 114 to line 111 . A current can thus flow from terminal 21 to line 111 and a current from point 50 to line 111. However, the diodes 101, 103 prevent a current in the reverse direction.

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.Diode 102 allows current from line 112 to terminal 21 and diode 104 allows current from line 112 to point 50. Current in the reverse direction, however, is prevented by diodes 102 and 104, respectively.

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 diodes 101, 103 are connected to line 111 and the anodes of diodes 102, 104 are connected to line 112. As a result, the diodes 101, 102, 103, 104 form a bridge rectifier 100.

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 switch arrangement 47 is designed to enable a current flow from the line 111 to the line 112 in a first state Z1 and to interrupt the current flow from the line 111 to the line 112 in a second state Z2.

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 switch 48 is unidirectional, and the bridge rectifier 100 ensures that the switch 48 is only operated in the forward direction. If a bidirectional switch arrangement 47 is used, the bridge rectifier 100 can be omitted and the bidirectional switch arrangement 47 is connected between the connection 21 and the point 50 .

7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 20 zur Erzeugung eines Kompensationsstroms 62 (vgl. 1). Neben den Anschlüssen 21, 24 und 25 sind zusätzlich Anschlüsse 22 und 23 vorgesehen. Es ist möglich, an die Anschlüsse 21 und 24 die Phasen HOT1 und HOT2 wie in 1 anzuschließen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedoch ein Versorgungsnetz 10 mit den Phasen L1, L2, L3, einem Neutralleiter N und einem Schutzleiter PE vorgesehen. Die Phase L1 ist mit dem Anschluss 21 verbunden, die Phase L2 mit dem Anschluss 22 und die Phase L3 mit dem Anschluss 23. Der Neutralleiter N ist mit dem Anschluss 24 verbunden, und der Schutzleiter PE ist mit dem Schutzleiteranschluss 25 verbunden. Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel von 1 sind zusätzliche Leitungen 152 und 153 vorgesehen, welche eine Verbindung des AC/DC-Wandlers 190 mit den Phasen L2 und L3 ermöglichen. Die Vorrichtung 20 benötigt dagegen nicht unbedingt eine Verbindung mit den Phasen L2, L3, sodass beim Versorgungsnetz 10 mit drei Phasen die Grundschaltung der Vorrichtung unverändert bleiben kann. Die Differenzstromerfassungsvorrichtung 17 ermittelt den Differenzstrom aller aktiven Leiter L1, L2, L3, N. 7 shows a further exemplary embodiment of the device 20 for generating a compensation current 62 (cf. 1 ). In addition to the connections 21, 24 and 25, additional connections 22 and 23 are provided. It is possible to connect phases HOT1 and HOT2 to terminals 21 and 24 as in 1 to connect. In the present exemplary embodiment, however, a supply network 10 with the phases L1, L2, L3, a neutral conductor N and a protective conductor PE is provided. Phase L1 is connected to terminal 21, phase L2 to terminal 22, and phase L3 to terminal 23. Neutral conductor N is connected to terminal 24, and protective conductor PE is connected to protective conductor terminal 25. Compared to the embodiment of 1 Additional lines 152 and 153 are provided to allow AC/DC converter 190 to be connected to phases L2 and L3. The device 20, on the other hand, does not necessarily need a connection to the phases L2, L3, so that the basic circuit of the device can remain unchanged in the case of the supply network 10 with three phases. The differential current detection device 17 determines the differential current of all active conductors L1, L2, L3, N.

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 device 20 for a single-phase connection to the supply network 10, in which case the connection 21 can be connected to the phase L1 and the connection 24 to the neutral conductor N, or vice versa.

8 zeigt die Auswahllogik der Auswahlvorrichtung 32 beim Anschluss der Vorrichtung 20 an ein Versorgungsnetz 10 vom Typ US split phase mit den Phasen HOT1 und HOT2. Die Spannung U21 am Anschluss 21 entspricht der Spannung der Phase HOT1, und die Spannung U24 am Anschluss 24 entspricht der Spannung der Phase HOT2. Da die Phase HOT2 eine Phasenverschiebung von 180° gegenüber der Phase HOT1 hat, ist das Vorzeichen der Phase HOT2 umgekehrt wie das Vorzeichen der Phase HOT1. Eine positive Spannung ist durch ein Plus-Zeichen dargestellt, und eine negative Spannung durch ein Minus-Zeichen. Die dritte Spalte zeigt die Differenz U21 - U24 zwischen der Spannung U21 und der Spannung U24. Aufgrund der Phasenverschiebung von 180° entspricht die Differenz U21 - U24 vom Vorzeichen her der Spannung U21. 8th FIG. 12 shows the selection logic of the selection device 32 when the device 20 is connected to a US split phase type supply network 10 with the phases HOT1 and HOT2. The voltage U21 at terminal 21 corresponds to the voltage of the HOT1 phase, and the voltage U24 at terminal 24 corresponds to the voltage of the HOT2 phase. Since the HOT2 phase has a phase shift of 180° with respect to the HOT1 phase, the sign of the HOT2 phase is opposite to that of the HOT1 phase. A positive voltage is represented by a plus sign and a negative voltage by a minus sign. The third column shows the difference U21 - U24 between the voltage U21 and the voltage U24. Due to the phase shift of 180°, the sign of the difference U21 - U24 corresponds to the voltage U21.

In der vierten Spalte ist die Differenz U25 - U50 dargestellt, wie sie vom Vergleicher 30A von 1 ermittelt wird. Eine positive Differenz (+) bedeutet somit, dass die Spannung am Punkt 50 kleiner ist als die Spannung am Schutzleiteranschluss 25. Daher muss zur Spannungsregelung ein Strom von einem der Anschlüsse 21, 24 zum Punkt 50 fließen. Da bei der positiven Halbwelle der Phase HOT1 ein entsprechender Strom fließen kann, wird die Stromsteuervorrichtung 41 eingeschaltet („41 ON“). Wenn dagegen bei der positiven Halbwelle der Phase HOT1 die Differenz U25 - U50 negativ ist, ist die Spannung am Punkt 50 zu hoch, und bei der positiven Halbwelle der Phase HOT1 erfolgt eine Verbindung mit der Phase HOT2 durch Aktivierung der Stromsteuervorrichtung 42. Bei der negativen Halbwelle der Phase HOT1 kehren sich die Aktivierung der Stromsteuervorrichtungen 41, 42 entsprechend um.In the fourth column, the difference U25 - U50 is shown, as determined by the comparator 30A of 1 is determined. A positive difference (+) therefore means that the voltage at point 50 is lower than the voltage at the protective conductor connection 25. Therefore, a current must flow from one of terminals 21, 24 to point 50 for voltage regulation. Since a corresponding current can flow during the positive half-wave of the HOT1 phase, the current control device 41 is switched on (“41 ON”). If, on the other hand, the difference U25 - U50 is negative in the positive half-wave of the HOT1 phase, the voltage at point 50 is too high, and in the positive half-wave of the HOT1 phase there is a connection to the HOT2 phase by activating the current control device 42. At the negative Half-wave of the HOT1 phase, the activation of the current control devices 41, 42 are reversed accordingly.

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: U50 U25 = ( U25 U50 ) .

Figure DE102020131512A1_0001
Instead of the difference U25 - U50, the difference U50 - U25 can of course also be used, with the signs changing accordingly from plus to minus or minus to plus. This follows from the fact that the difference is: U50 U25 = ( U25 U50 ) .
Figure DE102020131512A1_0001

9 zeigt die Auswahllogik der Auswahlvorrichtung 32 für einen Anschluss der Vorrichtung 20 an ein Versorgungsnetz 10 mit einer Phase L1 und einem Neutralleiter N. Die Spannung U21 (Phase L1) hat eine positive Halbwelle (+) und eine negative Halbwelle (-). Der Neutralleiter N bzw. die Spannung U24 hat relativ zum Schutzleiter PE bzw. zum Anschluss 25 eine Spannung von ca. 0 V. Die Spannungsdifferenz U21 - U24 entspricht vom Vorzeichen her ebenfalls dem Vorzeichen der Spannung U21. Die Auswahl der Stromsteuervorrichtung 41 bzw. 42 kann in gleicher Weise über die Betrachtung der Differenz U25 - U50 einerseits und der Spannung U21 bzw. der Spannungsdifferenz U21 - U24 andererseits erfolgen und entspricht der beschriebenen Auswahl von 8. 9 shows the selection logic of the selection device 32 for connecting the device 20 to a supply network 10 with a phase L1 and a neutral conductor N. The voltage U21 (phase L1) has a positive half-cycle (+) and a negative half-cycle (-). The neutral conductor N or the voltage U24 has a voltage of approx. 0 V relative to the protective conductor PE or to the connection 25. The sign of the voltage difference U21 - U24 also corresponds to the sign of the voltage U21. The current control device 41 or 42 can be selected in the same way by considering the difference U25-U50 on the one hand and the voltage U21 or the voltage difference U21-U24 on the other hand and corresponds to the described selection of 8th .

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-phase supply networks 10, for example in Germany with claims L1 and N, it is not always clearly specified by the plug whether the respective connections are connected to L1 and N or vice versa. The device 20 also works when the neutral conductor N is present at terminal 21 and the phase L1 is present at terminal 24. In order to achieve this, the voltage U24 can be used for selection by the selection device 32 in such a case, or the possibility of evaluating the difference U21 - U24 is possible, which also occurs when the phase L1 and the neutral conductor N are swapped over to form a usable result.

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.

10 zeigt eine alternative Auswahllogik für die Auswahlvorrichtung 32, wenn an einen der Anschlüsse 21, 24 ein Neutralleiter N angeschlossen ist. Im Ausführungsbeispiel ist am Anschluss 21 die Phase L1 angeschlossen, und die Spannung U21 hat daher eine positive Halbwelle (+) und eine negative Halbwelle (-). Der Neutralleiter N ist am Anschluss 24 angeschlossen, und die Spannung U24 beträgt daher ca. 0 Volt. Es kann wie bei 9 die Differenz U21 - U24 berechnet werden, und zusammen mit der Differenz U25 - U50 kann eine Auswahl wie in 9 erfolgen. Da aber mit dem Neutralleiter N bereits ein Anschluss mit niedriger Spannung vorliegt, kann bei Erkennung des Anschlusses des Neutralleiters N alternativ die dem entsprechenden Anschluss zugeordnete Stromsteuervorrichtung 41 bzw. 42 leitend geschaltet werden, und hierdurch wird der Punkt 50 ebenfalls auf eine Spannung gesetzt, welche nah an der Spannung des Schutzleiteranschlusses 25 liegt. Im Ausführungsbeispiel ist der Neutralleiter N mit dem Anschluss 24 verbunden, und daher wird die Stromsteuervorrichtung 42 dauerhaft leitend geschaltet. 10 12 shows an alternative selection logic for the selection device 32 when a neutral conductor N is connected to one of the terminals 21, 24. In the exemplary embodiment, phase L1 is connected to terminal 21, and voltage U21 therefore has a positive half-cycle (+) and a negative half-cycle (-). The neutral conductor N is connected to terminal 24, and the voltage U24 is therefore approximately 0 volts. It can be like 9 the difference U21 - U24 can be calculated, and together with the difference U25 - U50 a selection can be made as in 9 take place. However, since the neutral conductor N is already a connection with a low voltage, when the connection of the neutral conductor N is detected, the current control device 41 or 42 assigned to the corresponding connection can alternatively be switched on, and this also sets the point 50 to a voltage which is close to the voltage of the protective conductor connection 25. In the exemplary embodiment, the neutral conductor N is connected to the terminal 24, and the current control device 42 is therefore permanently switched to the on state.

11 zeigt eine konkrete Ausführungsform der Stromsteuervorrichtung 41 von 6. Es wird im Folgenden nur auf die Unterschiede zu 6 eingegangen. Die Schalteranordnung 47 hat neben dem ersten Schalter 48 einen zweiten Schalter 148. Die Schalter 48 und 148 sind zueinander parallelgeschaltet. Dem Schalter 148 ist eine galvanische Trennvorrichtung 149 zugeordnet, und es sind entsprechende Steueranschlüsse 143A und 143B vorgesehen. 11 12 shows a concrete embodiment of the current control device 41 of FIG 6 . In the following only the differences apply 6 received. In addition to the first switch 48, the switch arrangement 47 has a second switch 148. The switches 48 and 148 are connected in parallel with one another. A galvanic isolation device 149 is associated with the switch 148 and corresponding control terminals 143A and 143B are provided.

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 voltage limiter 45 has a field effect transistor (FET) 160 whose drain terminal D is connected to the line 111 and whose source terminal S is connected to a point 161. The point 161 is connected via a resistor 162 to the switch arrangement 47. The gate G of FET 160 is connected to line 46 . A capacitor 165 is preferably provided between point 161 and line 46 . Preferably, a diode 164 is connected across capacitor 165 with the anode connected to point 161 . The diode 164 acts as additional protection for the gate terminal G. The line 46 is connected to the line 112 via a drive device 166, which drive device 166 serves as a voltage source for the transistor 160. A Schottky diode (not shown) can preferably be used as the diode 164, possibly without the capacitor 165. Schottky diodes enable a very fast switching speed and thus improve the voltage limitation. As an alternative to the field effect transistor 169, another switch can be used, for example a bipolar transistor. However, a field effect transistor is advantageous for high currents.

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 drive device 166 generates a predetermined voltage, for example 5 V. If the voltage at the source terminal S is also 5 V, the gate-source voltage is 0 V and the FET 160 is blocked. On the other hand, if the voltage at point 161 is less than the voltage on line 46, a current will flow through FET 160, thereby increasing the voltage at point 161. This will regulate the voltage between point 161 and line 112 to 5 volts, or 5 volts . limited.

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 switches 48 and 148 preferably have a largely proportional transmission ratio with a predetermined gain. The voltage between the connections 43A and 43B or the voltage between the connections 143A and 143B determine the current strength of the current flowing through the switches 48 or 148 with the predetermined transformation ratio.

Das Vorsehen der beiden Schalter 48 und 148 ist technisch nicht zwingend notwendig, es erleichtert jedoch die Ansteuerung durch die Auswahlvorrichtung 32 von 1.The provision of the two switches 48 and 148 is not absolutely necessary from a technical point of view, but it facilitates activation by the selection device 32 of FIG 1 .

12 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 20, bei dem die Stromsteuervorrichtungen 41, 42 wie in 11 beschrieben eine Schalteranordnung 47 mit zwei Schaltern 48, 148 aufweisen. Die Ausbildung der Stromsteuervorrichtung 41 entspricht der Ausführungsform von 11, wobei der Spannungsbegrenzer 45 schematisch dargestellt ist. Die Ausbildung der Stromsteuervorrichtung 42 entspricht ebenfalls der Ausführungsform von 11, wobei im Unterschied hierzu die Anschlüsse 43A, 43B am Optokoppler 49 vertauscht sind. Wenn also der Anschluss 43A gegenüber dem Anschluss 43B positiver ist, leitet der Schalter 48 der Stromsteuervorrichtung 41, und der Schalter 48 der Stromsteuervorrichtung 43 ist gesperrt, und umgekehrt. In gleicher Weise sind die Anschlüsse 143A, 143B der Stromsteuervorrichtung 42 im Vergleich zu den Anschlüssen 143A, 143B der Stromsteuervorrichtung 41 vertauscht. Hierdurch ist sichergestellt, dass durch das Signal an den Anschlüssen 43A, 43B maximal einer der Schalter 48 der Stromsteuervorrichtungen 41, 42 aktiviert werden kann, und durch das Signal an den Anschlüssen 143A, 143B kann maximal einer der Schalter 148 der Stromsteuervorrichtungen 41, 42 aktiviert werden. 12 shows an embodiment of the device 20, in which the current control devices 41, 42 as in FIG 11 described a switch arrangement 47 with two switches 48, 148 have. The design of the current control device 41 corresponds to the embodiment of FIG 11 , wherein the voltage limiter 45 is shown schematically. The design of the current control device 42 also corresponds to the embodiment of FIG 11 , the difference being that the connections 43A, 43B on the optocoupler 49 are reversed. Thus, when terminal 43A is more positive than terminal 43B, switch 48 of current controller 41 conducts and switch 48 of current controller 43 is blocked, and vice versa. Likewise, the terminals 143A, 143B of the current controller 42 are reversed compared to the terminals 143A, 143B of the current controller 41. This ensures that at most one of the switches 48 of the current control devices 41, 42 can be activated by the signal at the connections 43A, 43B, and at most one of the switches 148 of the current control devices 41, 42 can be activated by the signal at the connections 143A, 143B will.

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 capacitor 133 is connected in parallel with the current control device 41 , and a capacitor 134 is connected in parallel with the current control device 42 . The capacitors 133, 134 also enable a current to flow through the compensation current generating device 60 when the phase present at the terminals 21, 24 is just passing through zero. In this case, the required current flow cannot be guaranteed or can only be guaranteed with a low current intensity via the current control devices.

13 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Spannungsregelungsvorrichtung 30 und der Auswahlvorrichtung 32 von 1, welche zum Zusammenwirken mit der Ausführungsform von 12 ausgebildet sind. 13 12 shows an embodiment of the voltage regulation device 30 and the selection device 32 of FIG 1 , which are designed to cooperate with the embodiment of 12 are trained.

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 circuit 30, 32 is denoted by 200A and the lower part of the circuit by 200B. The upper part 200A will be described below, and the lower part 200B may have the same structure.

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 upper part 200A has a comparator 201, an optocoupler 208 with a diode 215 and a switch 204, a diode 203, an optocoupler 209 with a diode 213 and a switch 207, a diode 206, a comparator 210, a first drive circuit 218 with a connection 219, a second control circuit 220 with a connection 221 and a resistor 212.

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 connection 21 is present at the plus input of the comparator 210, ie at the non-inverting input, and the voltage U24 of the connection 24 is present at the minus input, ie at the inverting input. The output 211 of the comparator 210 is connected to the protective conductor symbol 99 via the resistor 212, the diode 213, a line 214 and the diode 215. The anodes of the diodes 213, 215 point towards the output 211 of the comparator 210.

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 comparator 201 is connected to point 50, so that voltage U50 is present. The minus input of the comparator 201 is connected to the connection 143A and via a resistor 216 to the protective conductor symbol 99, so that the voltage U25 of the protective conductor connection 25 is present. The output 202 of the comparator 201 is connected to a line 205 via a diode 203 and a switch 204 connected in anti-parallel to diode 203, and the line 205 is connected via diode 206 and a switch 207 connected in anti-parallel to diode 206 to terminal 143B.

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 first drive circuit 218, which can be driven via a connection 219, is preferably provided between resistor 212 and diode 213, and a second drive circuit 220, which can be driven via a connection 221, is preferably provided between point 50 and comparator 201.

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 lower part 200B of the circuit 30, 32 has a comparator 301, a diode 303, a Optocoupler 308, a diode 306, an optocoupler 309, a resistor 312, a resistor 316, a comparator 310, a first drive circuit 318 with a connection 319 and a second drive circuit 320 with a connection 321. These components correspond to the components 201, 203, 208, 206, 209, 212, 216 and 210, 218, 219, 220, 221, the reference numbers are therefore increased by the number 100 for the lower components. The interconnection of these components corresponds to the interconnection of the upper part 200A. In contrast to the upper part 200A, however, the assignment is reversed at the comparator 310, i.e. the voltage U24 is at the plus input and the voltage U21 is at the negative input of the comparator 310. In addition, the connection 143A of the upper part is provided in the lower part as 43B, and the terminal 143B of the upper part is provided in the lower part as 43A. The second drive circuit 320 has a different structure than the second drive circuit 220.

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 8 bis 10. Der obere Teil der Schaltung 30, 32 ist bspw. bei einem Anschluss vom Typ US split phase ( 8) für die positive Halbwelle der Phase HOT1 zuständig, und da beim unteren Teil die Eingänge des Vergleicher 310 im Vergleich zum oberen Teil vertauscht sind, ist der untere Teil der Schaltung 30, 32 für die negative Halbwelle der Phase HOT1 zuständig.The voltage U21 and the voltage U24 are compared via the comparator 210 of the upper part 200A. If the voltage U21 is greater than the voltage U24, a current can flow through the diodes 213, 215, and the optocouplers 208, 209 are activated. This comparison U21 - U24 thus corresponds to the third column in the selection logic of FIG 8th until 10 . The upper part of the circuit 30, 32 is, for example, with a connection of the US split phase ( 8th ) is responsible for the positive half-wave of the HOT1 phase, and since the inputs of the comparator 310 are swapped over in the lower part compared to the upper part, the lower part of the circuit 30, 32 is responsible for the negative half-wave of the HOT1 phase.

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 comparator 201 carries out a comparison between the voltage U50 at point 50, which is present at the non-inverting input, and the protective conductor voltage U25 at the protective conductor connection 25 plus the voltage drop across the resistor 216 as a result of a current 1201, which is present at the inverting input of the comparator 201, and the comparator 201 produces the current 1201 at the output 202 depending on the result of this comparison.

Der Vergleicher 201 führt somit dazu, dass die Spannungen an den Eingängen aneinander angeglichen werden. Es gilt also U50 = U25 + I201*R216

Figure DE102020131512A1_0002
mit R216: Widerstand 216The comparator 201 thus results in the voltages at the inputs being matched to one another. So it applies U50 = U25 + I201*R216
Figure DE102020131512A1_0002
with R216: resistor 216

Hieraus ergibt sich der Strom 1201 zu I201= ( U50 U25 ) /R216

Figure DE102020131512A1_0003
This results in the stream 1201 to I201= ( U50 U25 ) /R216
Figure DE102020131512A1_0003

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 output 202 of the comparator 201. If the voltage U50 is greater than the voltage U25, a current can flow from the comparator 201 via the line 202, the diode 203, the line 205 and the switch 207 to the terminal 143B when the upper part of the circuit 30, 32 through the comparator 210 is activated, ie when there is a positive half-wave at phase HOT1.

Im Ergebnis ist das Potenzial am Anschluss 143B größer als am Anschluss 143A. Dies hat bei den Stromsteuervorrichtungen 41, 42 von 12 den Effekt, dass der Schalter 148 der Stromsteuervorrichtung 41 gesperrt ist auf Grund der Diode im Optokoppler 149, dass jedoch der Schalter 148 der Stromsteuervorrichtung 42 leitend geschaltet ist, da dort die Diode des Optokopplers 149 in Durchlassrichtung angeordnet ist. Dies führt zu einem Stromfluss über die zweite Stromsteuervorrichtung 42, und da am Anschluss 24 eine negative Halbwelle vorliegt, kann die Spannung U50, die zu hoch war, erniedrigt werden.As a result, the potential at terminal 143B is greater than that at terminal 143A. This has the power control devices 41, 42 of 12 the effect that the switch 148 of the current control device 41 is blocked due to the diode in the optocoupler 149, but that the switch 148 of the current control device 42 is turned on because the diode of the optocoupler 149 is arranged in the forward direction there. This leads to a current flow via the second current control device 42, and since there is a negative half-wave at the terminal 24, the voltage U50, which was too high, can be reduced.

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 comparator 201 generates a negative voltage at the output 202 compared to the plus input, and a current can flow from the connection 143B via the diode 206, the line 205 and the switch 204 (at a positive half-wave) flow to the comparator 201. As a result, the switch 148 of the current control device 41 is turned on, and since there is a positive half-wave at the terminal 21, the voltage U50, which was too low, can be increased. The switch 148 of the power controller 42 remains locked.

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 lower part 200B of the circuit 30, 32 functions accordingly, being only active when the HOT1 phase has a negative half-cycle or when the voltage U24 is greater than the voltage U21. The lower part 200B controls the switches 48 of the current control devices 41, 42 accordingly via the terminals 43A, 43B.

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 comparator 201 and the comparator 301 regulate the voltage U50 to the voltage U25. The current 1201 is output as the control value of the comparator 201, which--within the control range--is largely proportional to the voltage difference and leads to an adjustment of the voltage U50 to the voltage U25. Alternatively, it would also be possible to carry out a comparison between the voltages U50 and U25 at the comparator 201 (or 301) and the resulting differential voltage to process. For driving the optocouplers 49, 149, however, the output of the control value as a current 1201 is advantageous.

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 selection device 32 is thus implemented by comparatively simple hardware means. Of course, it is also possible to implement the selection device 32 using a microcontroller. However, this must work quickly and safely, and the hardware solution shown is therefore advantageous.

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 supply network 10 of the US split phase type and also in other networks, there are asymmetries between the individual phases, for example different amplitudes. This can cause problems with other solutions. A great advantage of the device 20 described in this application is that the voltage at the point 50 can be well regulated even in the presence of unbalances. The device 20 is thus comparatively robust and also functions under poor conditions.

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 lines 51 or 54 . In this case, however, the corresponding line 51 or 54 can be connected to point 50 without further testing.

Die erste Ansteuerschaltung 218 und die zweite Ansteuerschaltung 220 ermöglichen eine Leitendschaltung der Stromsteuervorrichtung 41 (vgl. 12) durch ein erstes logisches Signal, ein Nicht-Leitendschalten der Stromsteuervorrichtung 41 durch ein zweites logisches Signal und ein Durchlassen des eingangsseitigen Signals vom Vergleicher 210 (vgl. 13) bzw. vom Punkt 50 durch ein drittes logisches Signal.The first drive circuit 218 and the second drive circuit 220 enable the current control device 41 to be switched on (cf. 12 ) by a first logic signal, a non-conducting switching of the current control device 41 by a second logic signal and the passage of the input-side signal from the comparator 210 (cf. 13 ) or from point 50 by a third logic signal.

In gleicher Weise ermöglichen die erste Ansteuerschaltung 318 und die zweite Ansteuerschaltung 320 eine Leitendschaltung der Stromsteuervorrichtung 42 (vgl. 12) durch ein erstes logisches Signal, ein Nicht-Leitendschalten der Stromsteuervorrichtung 42 durch ein zweites logisches Signal und ein Durchlassen des eingangsseitigen Signals vom Vergleicher 310 (vgl. 13) bzw. vom Punkt 50 durch ein drittes logisches Signal.In the same way, the first drive circuit 318 and the second drive circuit 320 enable the current control device 42 to be switched on (cf. 12 ) by a first logic signal, a non-conducting switching of the current control device 42 by a second logic signal and a passage of the input-side signal from the comparator 310 (cf. 13 ) or from point 50 by a third logic signal.

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 control device 400 detects a neutral conductor N on line 51, it sends a second logic signal to control circuits 318 and 320 and a first logic signal to control circuits 218 and 220. On the other hand, if control device 400 detects that no neutral conductor is connected is, it sends the third logic signal to all drive circuits 218, 220, 318, 320.

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 drive circuit 218 can set the input of the diode 213 to +5 V and the positive input of the comparator 201 to -15 V in order to permanently activate the switch 148 of the current control device 41 at the first logic signal. In contrast to the current control device 41, in the case of the current control device 42 the positive input of the comparator 301 would have to be set to +15 V by the control circuit 320.

Eine Deaktivierung der Stromsteuervorrichtung 41 bei einem zweiten logischen Signal kann durch Verbindung des Eingangs der Diode 213 von 13 mit dem Punkt 99 erfolgen.A deactivation of the current control device 41 at a second logic signal can by connecting the input of the diode 213 of 13 done with the point 99.

Die logischen Signale von der Steuereinrichtung 400 können als Steuereinrichtungssignale bezeichnet werden.The logical signals from controller 400 may be referred to as controller signals.

14 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Ansteuervorrichtung 166. Die Ansteuervorrichtung 166 ist eingangsseitig mit den Gleichstrom-Leistungen 191 und 192 auf der Gleichstromseite des AC/DC-Wandlers 190 verbunden, vergleiche 1. Ausgangsseitig ist die Ansteuervorrichtung 166 mit der Leitung 46 und der Leitung 112 verbunden und erzeugt als Spannungsquelle eine Spannung zwischen den Leitungen 46 und 112. 14 12 shows an exemplary embodiment of the drive device 166. The drive device 166 is connected on the input side to the direct current power supplies 191 and 192 on the direct current side of the AC/DC converter 190, compare 1 . On the output side, control device 166 is connected to line 46 and line 112 and, as a voltage source, generates a voltage between lines 46 and 112.

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 drive device 166 has a galvanic isolating device 330 which electrically isolates a first side 345 of the drive device 166 from a second side 346 . In the exemplary embodiment, the galvanic isolating device 330 is designed as a transformer with a first winding 327 and a second winding 328 . On the first side 345, the DC lines 191 and 192 are connected to a driver module 320, and the driver module 320 enables the voltage on the DC lines 191, 192 to be switched through or blocked to output-side lines 323, 324 of the driver module 320, depending on a signal on a line 322, which signal is specified, for example, as a clocked signal by a control device.

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 line 323 is connected to a first terminal of the first winding 327 via a capacitor 325 and the line 324 is connected to the other terminal of the first winding 327 . The second winding 328 is connected to a line 331 on the one hand and to a line 332 on the other hand. Line 331 is connected through a diode 333 to a line 337 and through a diode 334 to a line 338 . Line 332 is connected through a diode 335 to line 337 and through a diode 336 to line 338 .

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 diodes 333 and 335 are connected to line 337 and the anodes of diodes 334 and 336 are connected to line 338 . A capacitor 339 is provided between the lines 337 and 338 and the line 337 is connected to a line 341 through a resistor 340 . Line 341 is connected to line 338 via a zener diode 343 , the cathode of zener diode 343 being connected to line 341 .

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 driver module 320 switches the voltage on the direct current lines 191, 192 through to the lines 323, 324 in a clocked manner as a function of the signal at connection 322, and as a result a current flows via the first winding 330 to the capacitor 325 and then from the capacitor 325 in the opposite direction. The current that changes over time results in an inductive transmission into the second winding 328, and an AC voltage (or at least a pulsating DC voltage) is produced on the lines 331, 332, which is rectified again by the bridge rectifier with the diodes 333, 334, 335, 336 becomes.

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.Capacitor 339 smoothes the voltage between lines 337 and 338, and Zener diode 343 limits the voltage at outputs 341 and 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 driver module 320 is, for example, of the MCP1416 type from Microchip. The transformer 330 is, for example, of the type PA2001NL from Pulse Electronics Power. The zener diode 343 is, for example, of the type PTV7.5B-M3/84A from Vishay and results in a voltage limitation at approximately 7.5 volts. The control device 166 shown in the exemplary embodiment is made up of a number of components. Alternatively, for example, DC/DC converter ICs with a built-in galvanic isolation device can be used, and the DC lines 191, 192 and the lines 46 and 112 can be connected directly to such ICs. A suitable DC/DC converter IC is the 1 S4E_1207S1 U from GAPTEC-Electronic GmbH & Co. KG. A transformer as a galvanic isolation device 330 facilitates energy transmission. However, other galvanic isolating devices 330 are also possible, for example optocouplers designed for energy transmission or isolating devices with capacitive isolation.

In ersten Versuchsaufbauten war als Energiequelle für die Ansteuervorrichtung 166 die Spannung an den Leitungen 51 und 54 von 1 verwendet worden. Die Qualität der Ansteuerung der Spannungsbegrenzer 45 war hierbei nicht optimal. Eingehende Untersuchungen haben ergeben, dass bei einem Versorgungsnetz 10 vom Typ US split phase, bei dem die Aktivleiter HOT1 und HOT2 gleichzeitig einen Nulldurchgang der Spannung aufweisen, im Bereich dieser Nulldurchgänge ein sicheres Schalten der Transistoren 160 nicht gewährleistet ist. Da es sich bei den durch die Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung 60 zu kompensierenden Ableitströmen um kapazitive Ströme handelt, die eine Phasenverschiebung von 90 Grad zur Netzspannung haben, sind gerade bei den Nulldurchgängen der Netzspannung große Kompensationsströme aus dem virtuellen Neutralleiter 50 zum Schutzleiter PE hin notwendig, und die Transistoren 160 sollten im Bereich der Nulldurchgänge der Netzspannung gut funktionieren. Durch eine Speisung der Ansteuervorrichtung 166 aus den Gleichstrom-Leitungen 191,192 hinter dem AC/DC-Wandler 190 kann eine hochqualitative Ansteuerung des Transistors 160 gewährleistet werden. Die galvanische Trennung durch die galvanische Trennvorrichtung 330 führt zu einer sicheren Trennung des Wechselstrom-Versorgungsnetzes vom Gleichstrom-Netz an den Gleichstrom-Leitern 191, und 192. Dies erhöht die Sicherheit des Gesamtsystems. Sofern die Gleichstrom-Leitungen direkt oder indirekt über einen DC/DC-Wandler mit der Batterie 194 von 1 verbunden sind, wie dies beispielsweise bei Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen der Fall ist, ist eine gute Stromversorgung bzw. Spannungsversorgung über die Ansteuervorrichtung 166 möglich.In the first test setups, the energy source for the control device 166 was the voltage on the lines 51 and 54 of 1 been used. The quality of the control of the voltage limiter 45 was not optimal here. Detailed investigations have shown that in a supply network 10 of the US split phase type, in which the active conductors HOT1 and HOT2 simultaneously have a zero crossing of the voltage, reliable switching of the transistors 160 is not guaranteed in the region of these zero crossings. Since the leakage currents to be compensated for by the compensation current generating device 60 are capacitive currents which have a phase shift of 90 degrees to the mains voltage, large compensation currents from the virtual neutral conductor 50 to the protective conductor PE are required, especially when the mains voltage crosses zero, and the transistors 160 should work well around the zero crossings of the mains voltage. By feeding the control device 166 from the direct current lines 191, 192 behind the AC/DC converter 190, high-quality control of the transistor 160 can be ensured. The galvanic separation by the galvanic separation device 330 leads to a secure separation of the AC supply network from the DC network at the DC conductors 191 and 192. This increases the safety of the overall system. If the direct current lines are connected directly or indirectly via a DC/DC converter to the battery 194 1 are connected, as is the case, for example, in electric vehicles or hybrid vehicles, a good power supply or voltage supply via the control device 166 is possible.

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 7 ganz oder teilweise entsprechende Stromsteuervorrichtungen zugeordnet werden.Two current control devices 41, 42 are basically sufficient. To increase the maximum possible performance or in the case of unusual supply networks, the other connections 22, 23 can also be used 7 corresponding current control devices are assigned in whole or in part.

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 device 49 makes it easier to control the individual switches. Other drive circuits are also possible, but they often require more circuitry.

Bei der Schaltung von 12 fließt der Hauptstrom für den virtuellen Neutralleiter direkt über die Schalter 148 bzw. 149. Alternativ kann ein zusätzlicher gemeinsamer Schalter vorgesehen werden, über den der Hauptstrom fließt, und der über die Schalter 148 und 149 angesteuert wird. Dies ermöglicht das Vorsehen eines hochwertigen gemeinsamen Schalters.When switching from 12 the main current for the virtual neutral conductor flows directly via switches 148 and 149. Alternatively, an additional common switch can be provided, via which the main current flows and which is controlled via switches 148 and 149. This enables the provision of a high quality common switch.

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 comparators 201, 210, 301, 310 the. However, comparators are preferably used, and the faster switching time has had a qualitatively advantageous effect.

Die galvanische Trennvorrichtung 49 kann zusätzlich mit einer Darlington-Stufe versehen werden, um einen höheren Maximalstrom zu ermöglichen.The galvanic isolation device 49 can also be provided with a Darlington stage in order to enable a higher maximum current.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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Claims (17)

Vorrichtung (20) zur Erzeugung eines Kompensationsstroms (62) an einem Versorgungsnetz (10), welche Vorrichtung (20) eine Spannungsregelungsvorrichtung (30), eine Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung (60), einen AC/DC-Wandler (190), einen ersten Punkt (50), mindestens zwei Anschlüsse (21, 24) und einen Schutzleiteranschluss (25) aufweist, welcher AC/DC-Wandler (190) auf der Wechselstromseite mit den zwei Anschlüssen (21, 24) verbunden ist und auf der Gleichstromseite eine erste Gleichstrom-Leitung (191) und eine zweite Gleichstrom-Leitung (192) aufweist, welche Spannungsregelungsvorrichtung (30) dazu ausgebildet ist, eine erste Spannung (U50) am ersten Punkt (50) auf eine zweite Spannung (U25) am Schutzleiteranschluss (25) zu regeln, welcher Spannungsregelungsvorrichtung (30) zur Beeinflussung der ersten Spannung (U50) am ersten Punkt (50) mindestens zwei Stromsteuervorrichtungen (41, 42) zugeordnet sind, welche Stromsteuervorrichtungen (41, 42) jeweils mit einem zugeordneten Anschluss (21; 24) und mit dem ersten Punkt (50) verbunden und dazu ausgebildet sind, in Abhängigkeit von einem zugeordneten Ansteuersignal (43A, 43B; 143A; 143B) einen Stromfluss zwischen dem ersten Punkt (50) und dem zugeordneten Anschluss (21, 24) zu ermöglichen oder zu unterbinden, welche Stromsteuervorrichtungen (41, 42) zumindest teilweise einen Spannungsbegrenzer (45) aufweisen, welcher Spannungsbegrenzer (45) einen Transistor (160) und eine Ansteuervorrichtung (166) zur Ansteuerung des Transistors (160) aufweist, welche Ansteuervorrichtung (166) eine erste Seite (345) und eine durch eine erste galvanische Trennvorrichtung (330) von der ersten Seite (345) galvanisch getrennte zweite Seite (346) aufweist, welche Ansteuervorrichtung (166) auf der ersten Seite (345) mit der ersten Gleichstrom-Leitung (191) und der zweiten Gleichstrom-Leitung (192) verbunden ist, welche Ansteuervorrichtung (166) dazu ausgebildet ist, über die erste galvanische Trennvorrichtung (330) eine Energieübertragung von der ersten Seite (345) zur zweiten Seite (346) zu ermöglichen und auf der zweiten Seite (346) eine Ansteuerspannung für den Spannungsbegrenzer (45) zu erzeugen, und welche 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.Device (20) for generating a compensation current (62) on a supply network (10), which device (20) has a voltage regulation device (30), a compensation current generating device (60), an AC/DC converter (190), a first point (50 ), has at least two connections (21, 24) and a protective conductor connection (25), which AC/DC converter (190) is connected to the two terminals (21, 24) on the AC side and has a first DC line (191) and a second DC line (192) on the DC side, which voltage regulation device (30 ) is designed to regulate a first voltage (U50) at the first point (50) to a second voltage (U25) at the protective conductor connection (25), at least two current control devices (41, 42) are assigned to which voltage control device (30) for influencing the first voltage (U50) at the first point (50), which current control devices (41, 42) are each connected to an associated terminal (21; 24) and to the first point (50) and are designed to cause a current flow between the enable or disable the first point (50) and the associated connection (21, 24), which current control devices (41, 42) at least partially have a voltage limiter (45), which voltage limiter (45) has a transistor (160) and a drive device (166) for driving the transistor (160), which drive device (166) has a first side ( 345) and a second side (346) which is galvanically isolated from the first side (345) by a first galvanic isolating device (330), which control device (166) on the first side (345) is connected to the first direct current line (191) and the second direct current line (192), which control device (166) is designed to enable energy transmission from the first side (345) to the second side (346) via the first galvanic isolation device (330) and on the second side (346) to generate a control voltage for the voltage limiter (45), and which compensation current generation 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). Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Spannungsregelungsvorrichtung (30) zur Beeinflussung der Spannung (U50) am ersten Punkt (50) mindestens zwei Stromsteuervorrichtungen (41, 42) zugeordnet sind.device after claim 1 , in which at least two current control devices (41, 42) are assigned to the voltage control device (30) for influencing the voltage (U50) at the first point (50). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, welche eine Batterie (194) aufweist, welche Batterie (194) auf der Gleichstromseite des AC/DC-Wandlers (190) angeschlossen ist.device after claim 1 or 2 comprising a battery (194), which battery (194) is connected on the DC side of the AC/DC converter (190). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher mindestens eine der Stromsteuervorrichtungen (41, 42) eine Schalteranordnung (47) aufweist, welche Schalteranordnung (47) einen ersten Schalter (48) umfasst, welche Schalteranordnung (47) durch das zugeordneten Ansteuersignal (43A, 43B; 143A; 143B) ansteuerbar ist und dazu ausgebildet ist, in einem ersten Zustand (Z1) einen Stromfluss zwischen dem ersten Punkt (50) und dem zugeordneten Anschluss (21; 24) zu ermöglichen, und in einem zweiten Zustand (Z2) den Stromfluss zwischen dem ersten Punkt (50) und dem zugeordneten Anschluss (21; 24) zu verhindern.Device according to one of the preceding claims, in which at least one of the current control devices (41, 42) has a switch arrangement (47), which switch arrangement (47) comprises a first switch (48), which switch arrangement (47) by the assigned control signal (43A, 43B; 143A; 143B) can be controlled and is designed to enable a current flow between the first point (50) and the associated connection (21; 24) in a first state (Z1), and in a second state (Z2) the To prevent current flow between the first point (50) and the associated terminal (21; 24). Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die Schalteranordnung (47) dazu ausgebildet ist, im ersten Zustand (Z1) die Größe des Stromflusses in Abhängigkeit von der Regelabweichung (U_DIFF) der Spannungsregelungsvorrichtung (30) zu beeinflussen.device after claim 4 , in which the switch arrangement (47) is designed to influence the magnitude of the current flow in the first state (Z1) as a function of the control deviation (U_DIFF) of the voltage control device (30). Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher die Spannungsregelungsvorrichtung (30) über mindestens eine zweite galvanische Trennvorrichtung (49) mit der Schalteranordnung (47) verbunden ist, welche zweite galvanische Trennvorrichtung (49) bevorzugt als Optokoppler oder als Transformator ausgebildet ist.device after claim 4 or 5 , in which the voltage regulating device (30) is connected to the switch arrangement (47) via at least one second galvanic isolating device (49), which second galvanic isolating device (49) is preferably designed as an optocoupler or as a transformer. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei welcher die Schalteranordnung (47) einen zweiten Schalter (148) aufweist, welcher zweite Schalter (148) parallel geschaltet ist zum ersten Schalter (48).Device according to one of Claims 4 until 6 , wherein the switch arrangement (47) has a second switch (148), which second switch (148) is connected in parallel to the first switch (48). Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher die Spannungsregelungsvorrichtung (30) dazu ausgebildet ist, den Stromfluss über den ersten Schalter (48) zu beeinflussen, wenn die Phase am zugeordneten Anschluss (21; 24) eine positive Halbwelle aufweist, und den Stromfluss über den zweiten Schalter (148) zu beeinflussen, wenn die Phase am zugeordneten Anschluss (21; 24) eine negative Halbwelle aufweist.device after claim 7 , in which the voltage regulating device (30) is designed to influence the current flow via the first switch (48) when the phase at the associated connection (21; 24) has a positive half-wave, and the current flow via the second switch (148) to influence when the phase at the associated terminal (21; 24) has a negative half-cycle. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei welcher mindestens eine der Stromsteuervorrichtungen (41, 42) einen Brückengleichrichter (100) aufweist, welcher Brückengleichrichter (100) einen ersten Brückengleichrichteranschluss (113), einen zweiten Brückengleichrichteranschluss (114), eine erste Leitung (111), eine zweite Leitung (112) und die Schalteranordnung (47) aufweist, welcher erste Brückengleichrichteranschluss (113) mit dem zugeordneten Anschluss (21; 24) verbunden ist, welcher zweite Brückengleichrichteranschluss (114) mit dem ersten Punkt (50) verbunden ist, welcher Brückengleichrichter (100) dazu ausgebildet ist, - einen Stromfluss von mindestens einem der Brückengleichrichteranschlüsse (113, 114) zur ersten Leitung (111) zu ermöglichen, aber einen Stromfluss von der ersten Leitung (111) zu den Brückengleichrichteranschlüssen (113, 114) zu verhindern, - einen Stromfluss von der zweiten Leitung (112) zu mindestens einem der Brückengleichrichteranschlüsse (113, 114) zu ermöglichen, aber einen Stromfluss von den Brückengleichrichteranschlüssen (113, 114) zur zweiten Leitung (112) zu verhindern, - im ersten vorgegebenen Zustand (Z1) der Schalteranordnung einen Stromfluss zwischen dem ersten Brückengleichrichteranschluss (113) und dem zweiten Brückengleichrichteranschluss (114) in mindestens eine Richtung zu ermöglichen, und - im zweiten vorgegebenen Zustand (Z2) der Schalteranordnung (47) einen Stromfluss zwischen den zwei Brückengleichrichteranschlüssen (113, 114) zu verhindern.Device according to one of Claims 4 until 8th , In which at least one of the current control devices (41, 42) has a bridge rectifier (100), which bridge rectifier (100) has a first bridge rectifier connection (113), a second bridge rectifier connection (114), a first line (111), a second line (112) and the switch arrangement (47), which first bridge rectifier connection (113) is connected to the associated connection (21; 24), which second bridge rectifier connection (114) is connected to the first point (50 ) is connected, which bridge rectifier (100) is designed to - allow a current flow from at least one of the bridge rectifier terminals (113, 114) to the first line (111), but a current flow from the first line (111) to the bridge rectifier terminals (113 , 114), - to allow a current flow from the second line (112) to at least one of the bridge rectifier terminals (113, 114), but to prevent a current flow from the bridge rectifier terminals (113, 114) to the second line (112), - in the first predetermined state (Z1) of the switch arrangement, a current flow between the first bridge rectifier connection (113) and the second bridge rectifiera Connection (114) to allow in at least one direction, and - in the second predetermined state (Z2) of the switch arrangement (47) to prevent a current flow between the two bridge rectifier terminals (113, 114). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher mindestens eine der Stromsteuervorrichtungen (41, 42) dazu ausgebildet ist, einen Stromfluss zwischen dem ersten Punkt (50) und dem zugeordneten Anschluss (21, 24) in beide Richtungen zu ermöglichen.Device according to one of the preceding claims, in which at least one of the current control devices (41, 42) is adapted to allow a current flow between the first point (50) and the associated terminal (21, 24) in both directions. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher zu mindestens einer der Stromsteuervorrichtungen (41, 42) ein Kondensator (133, 134) parallel geschaltet ist.Device according to one of the preceding claims, in which at least one of the current control devices (41, 42) is connected in parallel with a capacitor (133, 134). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche mindestens eine Spannungsmessvorrichtung (35, 36) aufweist, welche Spannungsmessvorrichtung (35, 36) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von der Spannung an mindestens einem der Anschlüsse (21, 24) einen die Spannung charakterisierenden Spannungsmesswert zu erfassen, und bei welcher die Spannungsregelungsvorrichtung (30) dazu ausgebildet ist, die Stromsteuervorrichtungen (41, 42) in Abhängigkeit von dem Spannungsmesswert anzusteuern.Device according to one of the preceding claims, which has at least one voltage measuring device (35, 36), which voltage measuring device (35, 36) is designed to determine a voltage value characterizing the voltage as a function of the voltage at at least one of the terminals (21, 24). detect, and in which the voltage control device (30) is designed to drive the current control devices (41, 42) depending on the measured voltage value. Vorrichtung nach Anspruch 12, welche dazu eingerichtet ist, bei Erkennung eines angeschlossenen Neutralleiters (N) an einem der Anschlüsse (21; 24) die diesem Anschluss (21; 24) zugeordnete Stromsteuervorrichtung (41; 42) leitend zu schalten, um eine andauernde Verbindung dieses Anschlusses (21, 24) mit dem ersten Punkt (50) zu bewirken.device after claim 12 which is set up to turn on the current control device (41; 42) assigned to this connection (21; 24) when a connected neutral conductor (N) is detected at one of the connections (21; 24) in order to ensure a permanent connection of this connection (21 , 24) with the first point (50). Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei welcher die Spannungsregelungsvorrichtung (30) einen ersten Spannungsregler (201) und einen zweiten Spannungsregler (301) aufweist, und bei welcher die Spannungsregelungsvorrichtung (30) in Abhängigkeit vom Spannungsmesswert (U21, U24; U21-U24) entweder den ersten Spannungsregler (201) oder den zweiten Spannungsregler (301) aktiviert.device after claim 12 or 13 , in which the voltage control device (30) has a first voltage regulator (201) and a second voltage regulator (301), and in which the voltage control device (30) depending on the measured voltage value (U21, U24; U21-U24) either controls the first voltage regulator (201 ) or the second voltage regulator (301) activated. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei welcher die mindestens eine Spannungsmessvorrichtung (35, 36) eine erste Spannungsmessvorrichtung (35) und eine zweite Spannungsmessvorrichtung (36) umfasst, und bei welcher die Spannungsregelungsvorrichtung (30) dazu ausgebildet ist, die Stromsteuervorrichtungen (41, 42) in Abhängigkeit von der Differenz des Spannungsmesswerts der ersten Spannungsmessvorrichtung (35) und des Spannungsmesswerts der zweiten Spannungsmessvorrichtung (36) anzusteuern.Device according to one of Claims 12 until 14 , in which the at least one voltage measuring device (35, 36) comprises a first voltage measuring device (35) and a second voltage measuring device (36), and in which the voltage control device (30) is designed to control the current control devices (41, 42) as a function of the To control the difference between the measured voltage value of the first voltage measuring device (35) and the measured voltage value of the second voltage measuring device (36). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Anschlüsse (21, 24) einen ersten Anschluss (21) und einen zweiten Anschluss (24) aufweisen, welche im Betrieb derart an ein Versorgungsnetz anschließbar sind, dass am ersten Anschluss (21) eine erste Phase (HOT1) und am zweiten Anschluss (24) eine zweite Phase (HOT2) anliegt, welche zweite Phase (HOT2) um 180° phasenverschoben zur ersten Phase ist.Device according to one of the preceding claims, in which the connections (21, 24) have a first connection (21) and a second connection (24), which can be connected to a supply network during operation in such a way that the first connection (21) has a first Phase (HOT1) and at the second terminal (24) a second phase (HOT2) is present, which second phase (HOT2) is 180° out of phase with the first phase. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche eine Steuereinrichtung (400) aufweist, und bei welcher die Stromsteuervorrichtungen (41, 42) zumindest teilweise mindestens eine Ansteuerschaltung (218, 220; 318, 320) aufweisen, welche mindestens eine Ansteuerschaltung (218, 220; 318, 320) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Steuereinrichtungssignal der Steuereinrichtung (400) ein Leitend-Schalten oder Nicht-Leitend-Schalten der zugeordnete Stromsteuervorrichtung (41, 42) zu ermöglichen, um hierdurch eine Verbindung eines Neutralleiters mit dem ersten Punkt (50) zu ermöglichen.Device according to one of the preceding claims, which has a control device (400), and in which the current control devices (41, 42) at least partially have at least one drive circuit (218, 220; 318, 320), which at least one drive circuit (218, 220; 318, 320) is designed to enable the associated current control device (41, 42) to be switched conductive or non-conductive as a function of a control device signal from the control device (400), in order to thereby connect a neutral conductor to the first point ( 50) to allow.
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