DE19642871C2

DE19642871C2 - Meßschaltung für Spannungsregler

Info

Publication number: DE19642871C2
Application number: DE1996142871
Authority: DE
Inventors: Kurt Kugler
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 1996-10-17
Filing date: 1996-10-17
Publication date: 2001-06-13
Anticipated expiration: 2016-10-18
Also published as: DE19642871A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßschaltung zur Messung von Wechselspannung, -strom und Phasenwinkel für einen elektronischen Spannungsregler zur automatischen Steuerung von Transformatoren mit Stufenschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein elektronischer Spannungsregler zur automatischen Steuerung von Transformatoren mit Stufenschaltern, die durch einen Motorantrieb betätigt werden, ist aus der Firmenschrift "Elektronischer Spannungsregler MK30 - Betriebsanweisung", Impressum BA114/93de- 1293/1000 der Anmelderin bekannt.

Bei solchen Spannungsreglern werden Wechselspannung, -strom und Phasenwinkel der Meßsignale erfaßt, um nachfolgend durch Vergleich mit den entsprechenden Regelsollwerten Regelsignale generieren zu können, die dann auf den Motorantrieb wirken, d. h. diesen ansteuern. Die Ansteuerung des Motorantriebes wiederum, der nach dem Prinzip der Schrittschaltung arbeitet, bewirkt eine Spannungsänderung der Transformatorenwicklung um eine Stufe.

Die Erfassung von Spannung bzw. Strom erfolgt dabei auf bekannte Weise mittels Spannungs- und Stromwandlern.

Fig. 2 zeigt einen Teil einer Meßschaltung des bekannten Spannungsreglers in schematischer Darstellung. Der obere Teil der Schaltung betrifft die Verarbeitung der vom Spannungswandler erhaltenen Spannungssignale U, der untere Teil die Verarbeitung der vom Stromwandler erhaltenen Stromsignale I.

Die vom Spannungswandler erhaltenen Spannungssignale U werden sowohl für die Spannungsmessung als auch für die Ermittlung des entsprechenden Phasenwinkels ϕ(U) weiterverarbeitet. R1 ist dabei ein Belastungswiderstand, R2 ein Vorwiderstand für diese Spannungsmessung. In einem Komparator K1 werden die Nulldurchgänge erfaßt. Der dem Stromwandler nachgeschaltete Widerstand R3 erzeugt eine proportionale Spannung, die ebenfalls sowohl für die Strommessung als auch für die Ermittlung des entsprechenden Phasenwinkels ϕ(I) weiterverarbeitet wird. Der Widerstand R4 ist wiederum ein Belastungswiderstand. Der Komparator K2 erfaßt auf analoge Weise wiederum die entsprechenden Nulldurchgänge.

Der Phasenwinkel ϕ wird bei bekannten Spannungsreglern - wie erläutert - durch Erfassung des Zeitpunktes des Nulldurchgangs von Spannung und Strom ermittelt. Eine bekannte Schaltung dazu ist beispielsweise aus der DE-PS 36 14 419 bekannt; eine verbesserte Schaltung dazu ist aus der DE-PS 44 24 059 bekannt.

Diese bekannten Schaltungen setzen zur einwandfreien Funktion einen streng sinusförmigen Verlauf von Spannung und Strom voraus.

In der Praxis tritt nun allerdings häufig das Problem auf, daß die zu regelnden Spannungen gerade nicht sinusförmig sind. Insbesondere durch im Netz befindliche Stromrichter mit Thyristoren kommt es immer wieder vor, daß Kommutierungsspitzen Abweichungen verursachen, die sich nicht als "klassische" Oberwellen, sondern vielmehr als störende Peaks darstellen.

Fig. 3 zeigt einen tatsächlich gemessenen Spannungsverlauf in einem zu regelnden Netz mit zahlreichen solchen Peaks.

Diese Peaks verursachen, wie aus Fig. 3 ersichtlich, ungewollte Nulldurchgänge, die erfaßt werden und zu Fehlern fuhren, da, wie oben dargestellt, im Spannungsregler gerade die Nulldurchgänge von Spannung und Strom zur Ermittlung des Phasenwinkels ϕ herangezogen werden. Weiterhin sind bei den bekannten Spannungsreglern die ermittelten Nulldurchgänge Grundlage der nachfolgenden Triggerung.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine gattungsgemäße Meßschaltung anzugeben, bei der die unvermeidlichen Peaks im real zu regelnden Netz nicht zu fehlerhaft erkannten Nulldurchgängen und damit Regelfehlern fuhren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

In die Meßschaltung ist jeweils sekundärseitig hinter dem Spannungs- und Stromwandler nur in die Teile der Schaltung, in denen der Nulldurchgang der jeweils gemessenen elektrischen Größe erfaßt wird, ein Filter geschaltet. Besonders geeignet ist dabei ein Filter zweiter Ordnung mit einer Resonanzstelle, etwa ein Besselfilter.

Dadurch wird erreicht, daß der tatsächliche Nulldurchgang der jeweiligen elektrischen Größe, bedingt durch die Laufzeit des Filters, um eine frequenzabhängige Zeit verschoben wird und somit ein fehlerfreier Phasenbezug möglich bleibt.

Solche Filter sind in der Nachrichtentechnik bereits seit langem bekannt, und es existiert dazu ein, breiter Stand der Technik. Hierzu wird beispielsweise verwiesen auf das Buch "Tietze/Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik; Springer Verlag 1985". Dort sind auf Seite 376 ff zahlreiche Filter zweiter Ordnung, auch die erwähnten Besselfilter, beschrieben und Hinweise zur Dimensionierung solcher Filter gegeben.

Für die Verbesserung der Funktion gattungsgemäßer Spannungsregler jedoch sind solche Filter bislang nicht verwendet worden.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Teil einer ersten erfindungsgemäßen Meßschaltung eines Spannungsreglers

Fig. 2 zeigt einen Teil einer Meßschaltung nach dem eingangs erläuterten Stand der Technik

Fig. 3 zeigt einen, ebenfalls bereits erläuterten, tatsächlich gemessenen Spannungsverlauf an einem real zu regelnden Netz

Fig. 4 zeigt einen Teil einer zweiten erfindungsgemäßen Schaltung eines Spannungsreglers.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß erfindungsgemäß sekundärseitig hinter dem Spannungswandler ein erstes Filter zweiter Ordnung, bestehend aus einer in Reihe mit einem Widerstand RF1 geschalteten Induktivität L1 und einer dazu parallel geschalteten Kapazität C1, angeordnet ist. Sekundärseitig hinter dem Stromwandler ist erfindungsgemäß ein zweites Filter zweiter Ordnung, bestehend aus einer in Reihe mit einem Widerstand RF2 geschalteten Induktivität L2 und einer dazu parallel geschalteten Kapazität C2, angeordnet.

Das Wesen der Erfindung besteht demnach darin, die Weiterverarbeitung des vom Spannungswandler sekundärseitig erhaltenen Spannungssignales und des vom Stromwandler sekundärseitig erhaltenen dem Strom proportionalen Spannungssignales jeweils aufzuspalten: Einerseits erfolgt jeweils eine direkte, unverzögerte Weiterverarbeitung zur U- bzw. I- Messung. Andererseits erfolgt eine mittels des erfindungsgemäß zwischengeschalteten Filters verzögerte Weiterverarbeitung jeweils in einem Komparator zur Erfassung der jeweiligen Nulldurchgänge.

Durch diese Aufspaltung ist es möglich, einerseits die entsprechende Größe unverzögert zu messen und andererseits, bedingt durch die Laufzeit des Filters, bei der Erfassung des jeweiligen Nulldurchganges im Komparator den tatsächlichen Phasenbezug zu wahren und dadurch Fehlerfassungen vermeintlicher Nulldurchgänge, die tatsächlich durch Peaks verursacht sind, zu vermeiden.

Fig. 4 zeigt schließlich eine weitere, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Dabei wird im unteren, der Strommessung dienenden Teil der Meßschaltung die dem Strom proportionale Spannung mittels einer Reihenschaltung aus einem Widerstand R4 und einem antiparallel geschalteten Diodenpaar D1, D2 erzeugt. Durch diese Anordnung ist eine genauere Erfassung der exakten Nulldurchgänge besonders auch bei kleinen Werten mit sehr flachem Kurvenverlauf möglich.

Claims

1. Messschaltung zur Messung von Wechselspannung, Wechselstrom und Phasenwinkel für einen elektronischen Spannungsregler zur automatischen Steuerung von Transformatoren mit Stufenschalter,
mit einem Spannungswandler, der sekundärseitig sowohl mit einer Einrichtung zur Spannungsmessung als auch mit einem ersten Komparator zur Erfassung der Nulldurchgänge in Verbindung steht
und mit einem Stromwandler, der sekundärseitig sowohl mit einer Einrichtung zur Strommessung als auch mit einem zweiten Komparator zur Erfassung der Nulldurchgänge in Verbindung steht,
dadurch gekennzeichnet,
dass Spannungswandler und Stromwandler jeweils direkt mit der Einrichtung zur Spannungsmessung bzw. zur Strommessung in Verbindung stehen
und dass zwischen Spannungswandler und erstem Komparator (K1) sowie zwischen Stromwandler und zweitem Komparator (K2) jeweils ein Filter zur Beseitigung von Störimpulsen geschaltet ist.

2. Messschaltung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Filter um ein Filter 2. Ordnung mit einem LRC-Tiefpass (L1, RF1, C1 bzw. L2, RF2, C2) handelt.