DE19536782C2 - Schaltungsanordnung für ein Strommeßrelais - Google Patents
Schaltungsanordnung für ein StrommeßrelaisInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Strommeßrelais
für aktive Schaltgeräte.
Aktive Schaltgeräte benötigen für ihren Betrieb Hilfsenergie. Für die
Speisung dieser Einrichtungen aus dem stromdurchflossenen Leiter ist
die Verwendung von Sättigungswandlern bekannt.
Problematisch ist hierbei die Dimensionierung der dem Sättigungs
wandler nachgeschalteten Aufbereitungsbaugruppe für die
Hilfsspannungen.
Aus der DD 225 538 A1 ist eine Hilfsenergieversorgungs
einrichtung für elektronische Baugruppen bekannt, die nach dem Prinzip
eines kapazitiven Tellers aufgebaut ist. Hierbei dient eine Reihen
schaltung von zwei Kondensatoren und zwei Transformatorenprimär
teilwicklungen gleichzeitig zur Spannungsteilung und zur Hilfsenergie
bereitstellung, wobei zwischen Hochspannungs- und Niederspannungs
kondensator die Primärwicklungen des Transformators angeordnet sind,
der mindestens eine Sekundärwicklung für die Entnahme der Energie für
die Meßwertverarbeitung besitzt. Die Windungszahlen der Teilprimär
wicklungen verhalten sich umgekehrt proportional zu den Werten der
Kapazitäten der Kondensatoren. Mit dieser Anordnung, die eine
Integration der Funktionen Energiebereitstellung und Meßwertbereit
stellung ineinander bewirken soll, ist eine
Meßwertverfälschung jedoch nicht zu vermeiden.
Eine zu der soeben beschriebenen Einrichtung analoge Einrichtung zur
Hilfsenergiebereitstellung ist der DD 266 894 A1 zu entnehmen. Hier
besteht ein Sensor aus einem gemischten Teiler aus einem Ober
spannungskondensator, einem Transformator mit einer angezapften
Primärwicklung und einer Sekundärwicklung und einem Unter
spannungskondensator. An die Anzapfung der Primärwicklung ist
ein Verstärker für die Meßwertverarbeitung und an die Sekundär
wicklung ist eine Schaltung zur Hilfsenergiebereitstellung
angeschaltet. Auch hier ist durch die Hilfsenergiebereitstellung eine
Meßwertverfälschung, nicht zu vermeiden.
Schließlich ist aus der DD 234 746 A1 eine Schaltungsanordnung für
eine autarke Hilfsenergiebereitstellung bekannt, bei der ein induktiver
Meßwertübertrager vorgesehen ist, der zwei Sekundärwicklungen besitzt.
An der ersten Sekundärwicklung liegt ein Diac, ein Gleichrichter und ein
Kondensator, an dem die Hilfsenergie abgegriffen wird. Das Diac liefert
einen Zündimpuls für ein Triac im Kreis der zweiten Sekundärwicklung,
welches einen Widerstand an diese zweite Sekundärwicklung anschaltet,
wobei die Spannung am Widerstand als Repräsentant für den Meßwert
dient. Die Aussteuerung des Triac erfolgt so, daß der Strom im
Sekundärkreis der zweiten Sekundärwicklung und damit im Widerstand
nur im Bereich des Maximalstromes fließt, während im Bereich des
Nullpunktes des Primärstromes der Kondensator der Hilfsenergie
bereitstellung
geladen wird. Damit ist eine kontinuierliche Meßwertüberwachung nicht
möglich, d. h. sie wird nahe dem Nullpunkt des Primärstromes unterbrochen.
Wenn auch in diesem Zeitbereich kaum Überströme auftreten, ist diese
Anordnung für Fälle, bei denen eine kontinuierliche Meßwertüberwachung
erforderlich oder wünschenswert ist, nicht einsetzbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für ein
Strommeßrelais anzugeben, bei der die Hilfsenergieversorgung in einem weiten
Bereich des Primärstromes, d. h. von Bruchteilen bis zu einem Vielfachen
desselben gewährleistet ist, bei der ferner ein schnelles Einschwingen der
Hilfsspannung in einem Bruchteil der Periodendauer selbst
bei Primärströmen kleiner 5 Prozent gesichert ist, die außerdem resistent
gegenüber Transienten ist und die keine Verlustleistungen im zu speisenden
Gerät durch die Hilfsenergiebaugruppen verursacht.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe durch die im ersten Patentanspruch
angegebenen technischen Mittel gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die in den
Patentansprüchen 2 und 3 dargelegten technischen Mittel beschrieben.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung für ein Strommeßrelais ohne zusätzliche Hilfs
energiequelle.
Die Sekundärwicklung eines Sättigungsstromwandlers 1 ist an eine
Gleichrichterbrücke 2 angeschlossen. Parallel zu dieser Brücke ist ein
Feldeffekttransistor 3 geschaltet. Der Feldeffekttransistor 3 wird von
einem Komparator 4 angesteuert. An die Eingänge des Komparators 4
sind einerseits eine Z-Diode 5 mit einem Vorwiderstand 6, anderseits
ein Teiler 7, 8 angeschaltet.
An dem positiven Ausgang der Gleichrichterbrücke 2 und einen Kondensator 10
ist eine Diode 9 geschaltet. Über die Klemmen des Kondensators 10 ist
eine Schaltung zur Spannungssymmetrierung 11 angeschaltet. Die bis
jetzt genannten Elemente stellen die Hilfsenergieversorgung 12 des
Strommeßrelais dar.
Einen zweiten Wandler 13, der mit einem Element zur Überspannungs
begrenzung 14 und einem Widerstand 15 bebürdet, ist ein
Gleichrichter 16 nachgeschaltet. Dieser Gleichrichter 16
arbeitet auf Komparatoren 17, 18, 19 die auch an eine Spannungsreferenz 20
über ein Potentiometer 21 angeschlossen sind. Ein Eingang des Komparators
17 ist über ein Potentiometer 22 an den Gleichrichter 16
angeschlossen. An die Ausgänge der Komparatoren 17, 18, 19 sind.
Widerstände 23, 24, 26 und 27 eine Diode 25 und ein Transistor 28, der
ein Relais 29 mit Schutzdiode 30 treibt, angeschlossen. Die Elemente 13 bis
30 bilden die Schaltung des Strommeßrelais 31.
Wenn ein Primärstrom durch den Sättigungswandler 1 fließt, so wird der
Kondensator 10 über die Diode 9 aufgeladen. Bis zum Erreichen der Schalt
schwelle des Komparators 4 ist der der Gleichrichterbrücke 2 parallel
geschaltete Feldeffekttransistor 3 gesperrt und der gesamte Strom steht
als Ladestrom für den Kondensator 10 zur Verfügung. Die Schaltschwelle
des Komparators 4 wird durch die Durchbruchspannungen der Z-Diode 5
bestimmt. Bei Überschreiten der Grenzspannung schaltet der Komparator 4
und der Feldeffekttransistor 2 wird leitend. Ab diesem Zeitpunkt arbeitet
der Sättigungswandler 1 als bebürdeter Stromwandler mit kleiner Bürde.
Der Kondensator 10 ist über die Diode 9 von der Gleichrichterbrücke 2
abgetrennt und wird somit durch den leitenden Feldeffekttransistor 3
nicht entladen. Die Entladung findet nur durch den Innenwiderstand der
angeschlossenen Schaltung statt. Nach Unterschreiten der unteren
Schaltschwelle des Komparators 4 sperrt der Feldeffekttransistor 3 wieder.
Damit steht am Kondensator 10 eine konstante Spannung, die höchstens um
Wert der Schalthysterese des Komparators 4 schwankt, zur Verfügung. Alle
der Diode 9 nachgeschalteten Bauelemente werden maximal mit der
Betriebsspannung der angeschlossenen Schaltung belastet.
Zu beachten ist aber, daß die Strombelastbarkeit so hoch angesetzt wird,
daß Impulsströme bis zum Ansprechen der Spannungsbegrenzung sicher von
den Bauelementen (vor allem Gleichrichterbrücke 2 und Feldeffekttransistor 3)
getragen werden können.
Mit der Schaltung zur Spannungssymmetrierung 11 wird die über dem
Kondensator liegende Spannung symmetriert. Für die Speisung der
Schaltung des Strommeßrelais 31 steht nun eine symmetrische Spannung
mit einem schwebenden Bezugspotential, welches elektronisch an einem
Bezugspunkt mit geringer Beeinflussung von der Seite des Sättigungs
wandlers her, angekoppelt werden kann, zur Verfügung. Dabei ist
dieser Bezugspunkt der Ausgang der Schaltung zur
Spannungssymmetrierung 11.
Der durch den Sättigungswandler 1 fließende Strom fließt auch durch
den Wandler 13. Über den Widerstand 15 steht eine stromportionale
Spannung zur Verfügung. Eine Pegelbegrenzung wird durch ein
Element zur Überspannungsbegrenzung z. B. eine Supressordiode 14
vorgenommen.
Nach der Gleichrichtung der Spannung über dem Widerstand 15 mit dem
Gleichrichter 16 steht an dessen Ausgang eine stromproportionale
Gleichspannung zur Verfügung. Die Schaltung mit den Komparatoren 17,
18 und 19 erlaubt das Einstellen von einander unabhängigen Schaltschwellen.
Wenn die Spannung am Ausgang des Gleichrichters 16 genau so groß ist wie
die Referenzspannung, gemessen am Schleifer des
Potentiometers 21, nimmt der Ausgang des Komparators 19
tiefes Potential ein. Damit ist die Diode 25 in jedem Fall gesperrt. Der
Komparator 17 führt an seinem Ausgang noch hohes Potential, da die
Spannung an seinem invertierenden Eingang auf Grund der
Spannungsteilung mittels Potentiometer 22 noch kleiner ist als die
Referenzspannung. Mithin herrscht am Ausgang des Komparators 18
auch hohes Potential, weil über den Widerstand 24 der nicht
invertierende Eingang auf hohem Potential liegt. Eine Zusammen
schaltung der Komparatoren 17 bis 19 in der gezeigten Weise
ist zulässig, wenn diese über einen "open-Collector"-Ausgang verfügen.
Steigt der Strom im Primärleiter an und erreicht dadurch die Spannung
am Abgriff des Potentiometers 22 die Referenzspannung am nicht
invertierenden Eingang des Kornparators 17, so wechselt dessen
Ausgangspotential von High nach Low. Damit wird der Transistor 28
leitend und das Relais 29 zieht an. Weil nun aber der Ausgang des
Kornparators 17 Low-Potential führt, wechselt auch der Komparator 18
von High nach Low wegen des Unterschreitens der Referenzspannung an
seinem nichtinvertierenden Eingang. Durch diese Latch-Schaltung ist
gewährleistet, daß auch bei Absenkung des Potentials am Invertierenden
Eingang des Komparators 17 unter die Referenzspannung das Relais 29
weiter angezogen bleibt. Sinkt allerdings die Spannung soweit, daß am
invertierenden Eingang des Kornparators 19 die Referenzspannung
unterschritten wird, so wechselt das Potential an dessen Ausgang von
Low nach High. Damit wird die Diode 25 leitend und steuert jetzt auch
den Komparator 18 um. An dessen Ausgang liegt jetzt hohes Potential
und das Relais 29 fällt ab.
Während der Phase, in der das Relais 29 angezogen ist, wird der
Schaltung zur
Hilfsenergieversorgung 12 auch mehr Leistung abverlangt. Diese Mehr
leistung wird durch Veränderung des Schaltverhältnisses des Feld
effekttransistors 3 erreicht, so daß auch in diesem Betriebszustand die
Höhe der Versorgungsspannung gleich bleibt.
1
Sättigungsstromwandler
2
Gleichrichterbrücke
3
Feldeffekttransistor
4
Komparator
5
Z-Diode
6
Vorwiderstand
7
Teiler
8
Teiler
9
Diode
10
Kondensator
11
Schaltung zur Spannungssymmetrierung
12
Hilfsenergieversorgung
13
zweiter Wandler
14
Element zur Überspannungsbegrenzung
15
Widerstand
16
Gleichrichter
17
Komparatoren
18
Komparatoren
19
Komparatoren
20
Referenzspannungsquelle
21
Potentiometer
22
Potentiometer
23
Widerstand
24
Widerstand
25
Diode
26
Widerstand
27
Widerstand
28
Transistor
29
Relais
30
Schutzdiode
31
Strommeßrelais
Claims (3)
1. Schaltungsanordnung für ein Strommeßrelais mit induktiver
Ankopplung für die Meßwertverarbeitung und die Hilfsenergie
bereitstellung.
dadurch gekennzeichnet,
- 1. - daß zwei induktive Wandler (1; 13) vorgesehen sind, von denen der Wandler (13) zur Meßwertbereitstellung als bebürdeter Strom wandler mit nachgeschaltetem Gleichrichter (16) geschaltet ist und der andere Wandler (1) zur Hilfsenergiebereitstellung ein Sättigungsstromwandler mit einem zugeordneten Komparator (4) ist,
- 2. - daß dem Wandler (1) zur Hilfsenergiebereitstellung ein Gleichrichter (2) nachgeschaltet ist und diesem Gleichrichter (2) ein Schalter (3) parallel liegt, der an den Komparator (4) angeschaltet ist,
- 3. - daß ferner an den Gleichrichter (2) ein weiterer Gleichrichter (9) und ein Kondensator (10) angeschaltet sind,
- 4. - und daß dem Gleichrichter (16) des Stromwandlers (13) mindestens ein Komparator mit einstellbarer Schaltschwelle nachgeschaltet ist.
2. Schaltungsanordnung für ein Strommeßrelais nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- 1. - daß zu dem an den Gleichrichter (2) der Hilfsenergiebereitstellung angeschalteten Kondensator (10) eine Schaltung zur Spannungssymmetrierung (11) parallel liegt.
3. Schaltungsanordnung für ein Strommeßrelais nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- 1. - daß dem Gleichrichter (16) des Stromwandlers (13) zur Meßwertbereitstellung drei Komparatoren (17 bis 19) nachgeschaltet sind, deren einer Eingang über einen einstellbaren Widerstand (21) an eine Spannungsreferenz (20) angeschaltet ist, während die noch unbeschalteten Eingänge des ersten und dritten Komparators (17; 19) über einen einstellbaren Widerstand (22) bzw. direkt mit dem Ausgang des Gleichrichters (16) verbunden sind,
- 2. - daß die Ausgänge zweier Komparatoren (17, 18) zusammengeschaltet über einen Treibertransistor (28) ein Strommeßrelais (29) ansteuern,
- 3. - und daß der Ausgang des dritten Komparators (19) über eine Diode (25) mit dem noch unbeschalteten Eingang des zweiten Komparators (18) verbunden ist.
Priority Applications (1)
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DE19536782A1 DE19536782A1 (de) | 1997-03-27 |
DE19536782C2 true DE19536782C2 (de) | 1998-07-23 |
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- 1995-09-21 DE DE1995136782 patent/DE19536782C2/de not_active Expired - Fee Related
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |