DE19532197A1 - Stromwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stromwandler aus wenig­ stens einer primären und wenigstens einer sekundären Wick­ lung, welche beide transformatorisch mit einander gekoppelt sind, wobei der sekundären Wicklung in einem Sekundärzweig eine Last (sogenannte Bürde) mit vorgegebenem ohm′schen Widerstandswert nachgeschaltet ist.

In energietechnischen Stromkreisen treten häufig Überströme auf, beispielsweise beim Anlauf von Motoren oder auch beim Einschalten von Glühlampen. Die elektrischen Betriebsmittel und hier insbesondere die Leitungen müssen derartige Über­ ströme für eine gewisse Zeit führen können. Bei Fortdauer der Überlast soll aber die Leitung abgeschaltet werden.

Will man das Abschalten durch eine mikroprozessor-gesteuerte elektronische Einrichtung bewerkstelligen, so benötigt man einen Stromwandler, der für Meßzwecke den Nennstrom genau mißt und insbesondere aber auch den Überstrom richtig erfaßt.

Vom Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, statt Verwendung eines Stromwandlers eine direkte Überlasterfassung durch Bimetallauslöser zu bewerkstelligen. Speziell in der Hochspannungstechnik werden dagegen mehrere, beispielsweise zwei, Magnetkerne der Stromwandler, von denen einer geschlos­ sen ist, der den Nennstrom mißt und beim Überstrom in die Sättigung geht, verwendet. Dabei hat einer der Magnetkerne einen Luftspalt und mißt den Überstrom.

Schließlich ist aus der US-PS 4 454 557 ein Meßwandler mit nichtlinearem Ausgang bekannt, der für obigen Anwendungszweck einsetzbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Stromwandler vorzugschlagen, mit dem die gleichzeitige genaue Erfassung des Nennstromes und seines Vielfaches, d. h. des Überstromes, möglich ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Last von einem ersten Widerstandswert auf einen zweiten Wider­ standswert umschaltbar ist. Die Umschaltung erfolgt vorzugs­ weise in Binärschritten. Dabei kann vorzugsweise ein Mikro­ prozessor vorhanden sein, mit dem die Umschaltung software­ mäßig gesteuert ist. Alternativ kann aber auch eine Logik­ schaltung aus einzelnen Komparatoren verwendet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Stromwandler ist im Sekundärzweig eine Gleichrichterschaltung zur Gleichrichtung des Ausgangs­ stromes der sekundären Induktivität vorhanden. Die Umschal­ tung der Bürde erfolgt insbesondere mit einem Transistor.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungs­ beispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Dynamikkompression eines Stromwandlers durch eine Bürdenumschaltung und

Fig. 2 das zugehörige Flußdiagramm beim Betrieb einer Schaltung gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Stromschleife bezeichnet, die eine primäre Wicklung bildet, und mit 2 eine sekundäre Wicklung, wobei die Wicklungen 1 und 2 über einen geschlossenen Trafo­ kern miteinander transformatorisch gekoppelt sind. Die sekun­ däre Induktivität 2 ist Teil eines Sekundärzweiges 5, in dem ein Gleichrichter 6 eingeschaltet ist, von dem eine gleich­ berichtete Spannung über einen ersten parallelgeschalteten ohm′schen Widerstand 7 und einen zweiten ohm′schen Widerstand 8 mit nachgeschaltetem Transistor in einen Mikroprozessor 10 eingegeben wird. Neben dem Eingang 11 für Masse hat der Mikroprozessor 10 einen Eingang 12 für den Meßwert und einen weiteren Eingang 13 für das Vorzeichen des gleichgerichteten Spannungssignals. Ein Ausgang 14 ist zur Bürdenumschaltung vorhanden, welcher den Transistor 9 ansteuert.

Bei einem gegebenen Stromwandler mit geschlossenem Kern gemäß Fig. 1 ist maßgeblich für das Auftreten der Sättigung die Höhe der Sekundärspannung bei einer bestimmten Temperatur, die im idealen Wandler gleich Null wäre. Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 kann die Bürde durch den Mikroprozessor 10 von einem ohm′schen Widerstandswert von beispielsweise 10 Ω auf 1 Ω umgeschaltet werden. Letzteres ergibt sich aus dem Fluß­ diagramm gemäß Fig. 2.

Durch das Umschalten der Bürde von einem ersten Widerstands­ wert auf einen zweiten Widerstandswert wird die Sekundärspan­ nung im Sekundärzweig ebenfalls umgeschaltet, so daß die Sät­ tigung vermieden wird und sowohl im Nennbereich als auch im Überlastbereich des Wandlers eine hohe Genauigkeit vorhanden ist.

Da für den Überlastschutz das Vorzeichen des Stromes unerheb­ lich ist, wird eine Gleichrichtung des Ausgangssignals der Sekundärinduktivität vorgenommen. Dies hat den Vorteil, daß nur unipolare Spannungen zu verarbeiten sind und der Transi­ stor 9 zur Bürdenumschaltung ausreicht. Zur Auswertung für andere Zwecke steht aber das Vorzeichen am Eingang 13 des Mikroprozessors 10 zur Verfügung.

Bei der beschriebenen Anordnung ist die Schwellspannung der Dioden im Gleichrichterkreis 6 unerheblich, da der Wandler einen eingeprägten Strom liefert.

Im selbsterklärenden Flußdiagramm gemäß Fig. 2 wird der Wert eingelesen und anschließend anhand des vorgegebenen Bürden­ wertes, beispielsweise alternativ von 10 Ω oder 1 Ω die Aus­ gangsspannung bewertet. Diese kann bei einem Widerstandswert von 10 Ω, beispielsweise < 5 V oder < 5 V sein. Ist sie < 5 V, wird die Bürde von 10 Ω auf 1 Ω umgeschaltet. Ist der Spannungswert dagegen < 5 V, wird der Wert mal 10 multipli­ ziert.

Ein entsprechendes Vorgehen ergibt sich bei einer Bürde von 1 Ω, wobei hier ein entsprechendes Vorgehen hinsichtlich des Spannungswertes < 0,5 V durchgeführt wird. Ist die Spannung < 0,5 V, wird von der Bürde 1 Ω auf 10 Ω umgeschaltet. Ent­ sprechend kann der Wert ausgegeben werden.

Anhand Fig. 1 wird der Wandler mit großer Dynamik durch Bürdenumschaltung anhand des Mikroprozessors 10 gesteuert. Statt dessen ist ein sinngemäß gleiches Verfahren auch durch eine Logikumschaltung mit Komparatoren realisierbar. Speziell bei Einsatz eines Mikroprozessors kann es günstig sein, binä­ re Verhältnisse, wie 1 : 8, 1 : 16 oder 1 : 32 für die Weiterver­ arbeitung der Signale zu wählen, da hierbei die Multiplika­ tion/Division sehr einfach durch Shiften erfolgen kann.

Claims (6)

1. Stromwandler aus wenigstens einer primären und wenigstens einer sekundären Wicklung, welche beide transformatorisch miteinander gekoppelt sind, wobei der sekundären Wicklung in einem Sekundärzweig eine Last (sog. Bürde) mit vorgegebenem ohm′schen Widerstandswert nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Last im Sekundärzweig (5) von einem ersten Widerstandswert (7) auf einen zweiten Widerstandswert (8) umschaltbar ist.

2. Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Sekundärzweig (5) eine Gleichrichterschaltung (6) zur Gleichrichtung des Ausgangs­ stromes der sekundären Induktivität (2) vorhanden ist.

3. Stromwandler nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Umschaltung ein Tran­ sistor (9) vorhanden ist.

4. Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Mikroprozessor (10) im der sekundären Induktivität nachgeschalteten Sekundärzweig vorhanden ist, der die Umschaltung softwaremäßig steuert.

5. Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Umschaltung eine Logik­ schaltung mit Komparatoren vorhanden ist.

6. Stromwandler nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Um­ schaltung in Binärschritten, insbesondere 1 : 8, 1 : 16, 1 : 32, erfolgt.