DE19916111A1

DE19916111A1 - Vorrichtung zum Einspeisen von Strom

Info

Publication number: DE19916111A1
Application number: DE1999116111
Authority: DE
Inventors: Philippe Pretre; Beat Kramer; Paul Rudolf
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2000-10-12

Abstract

Die Vorrichtung zum Einspeisen von Strom in eine elektronische Komponente eines Schalters enthält einen Stromwandler (2) mit einem ringförmig ausgebildeten Kern (5), einer dreiphasigen Primärwicklung (7) und einer Sekundärwicklung (8). Die Ströme (I¶R¶, I¶S¶, I¶T¶) in den Phasen (R, S, T) der Primärwicklung (7) sind in entgegengesetzter Richtung durch die Öffnung (6) des Kerns (5) geführt, damit der aus den einzelnen Strömen zusammengesetzte Summenstrom, der im Kern (5) den magnetischen Fluss (9) erzeugt, nicht null wird. Somit induziert der magnetische Fluss (9) in der Sekundärwicklung (8) einen Speisestrom (I¶2¶).

Description

Technisches Gebiet

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Vorrichtung zum Einspeisen von Strom in eine elektronische Komponente eines Schalters gemäss dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein solcher elektronisch gesteuerter Schalter wird u. a. in Überstromschutzschaltern zum Schutz von unter Niederspannung stehender Leitungen, Motoren, Apparaten und Anlagen vor den Folgen von Überlast- und Kurzschlussströmen verwendet.

Stand der Technik

Eine Vorrichtung der obengenannten Art ist in DE 197 21 591 A1 beschrieben. Diese Vorrichtung enthält einen Stromwandler, dessen Primärwicklung an einer stromführenden Leitung angeschlossen ist und dessen Sekundärwicklung eine elektronische Komponente mit Strom versorgt. Die Primär- und Sekundärwicklung sind über einen ein Joch und einen beweglichen Anker enthaltenden, ringförmigen, ferromagnetischen Kern gewunden.

Solche Vorrichtungen werden für die Einspeisung von Strom in die Elektronik von Schutzschaltungen für Dreiphasensysteme eingesetzt. Um die Stromversorgung durch alle drei Phasen zu gewährleisten, wird für jede Phase ein eigener Stromwandler benötigt. Dies bedeutet hohe Produktionskosten und grosser Platzbedarf im Gehäuse.

Kurze Darstellung der Erfindung

Der Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, die Einspeisevorrichtung der obengenannten Art, bei der der Speisestrom aus mehreren Phasen einer stromführenden Leitung erzeugt wird, zu vereinfachen.

Dabei wird nur ein Stromwandler eingesetzt, dessen Primärwicklung sich aus mehreren Phasen des stromführenden Leiters zusammensetzt. Ein Vorteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass bei einem Stromausfall in einem Teil der Phasen des stromführenden Leiters in der Sekundärwicklung weiterhin ein Speisestrom erzeugt wird. Ein weiterer Vorteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass sich der Platzbedarf im Gehäuse verringert, da mehrerer Stromwandler durch einen einzigen ersetzt werden. Schliesslich können dadurch auch Produktionskosten gesenkt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 einen als Schaltungsanordnung dargestellten elektronisch gesteuerten Schalter mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Einspeisen von Strom in eine elektronische Komponente,

Fig. 2 bis 4 drei verschiedene Ausführungsformen eines Stromwandlers mit dreiphasiger Primärwicklung für die Einspeisevorrichtung nach Fig. 1, und

Fig. 5 ein Diagramm, in dem die Amplituden der drei Phasenströme des Stromwandlers gemäss der Fig. 2 und der aus den Phasenströmen gebildeten Summenströme, in Abhängigkeit des Phasenwinkels dieser Ströme dargestellt sind.

Wege zur Ausführung der Erfindung

In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen auch gleichwirkende Teile.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einer stromführenden, mehrphasigen Leitung 1, einem Stromwandler 2, einer elektronischen Komponente 3 und einer von der elektronischen Komponente angesteuerten Schaltstelle 4. Diese Schaltstelle 4 ist vorzugsweise Teil eines Schutzschalters, welcher durch Überströme ausgelöst wird. Der Stromwandler 2 bezieht aus der Leitung 1 Energie und gibt sie an die elektronische Komponente 3 weiter. Die elektronische Komponente steuert die Schaltstelle 4, über die die Ströme in der Leitung 1 unterbrochen werden können.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführung des Stromwandlers 2. Ein aus je zwei kurzen und zwei langen Schenkeln bestehender und als geschlossener Ring ausgebildeter, ferromagnetischer Kern 5 weist in seiner Mitte eine Öffnung 6 auf. Die Phasen R, S, T der stromführenden, dreiphasigen Leitung 1 sind als Primärwicklung 7 durch die Öffnung 6 geführt. Um den einen langen Schenkel ist eine Sekundärwicklung 8 gewunden.

Die Wirkungsweise des Stromwandlers gemäss Fig. 2 ist wie folgt:
Die Ströme I_R, I_S, I_T in den Phasen R, S, T der Primärwicklung 7 induzieren im Kern 5 einen magnetischen Fluss 9, der wiederum in der Sekundärwicklung 8 einen Strom 12 induziert. Die summierte induktive Wirkung der Ströme I_R, I_S, I_T kann in guter Näherung durch die induzierte Wirkung der Summe der einzelnen Ströme I_R + I_S + I_T beschrieben werden. Würden die Ströme I_R, I_S, I_T in den drei Phasen R, S, T der Primärwicklung 7 in der gleichen Richtung durch die Öffnung 6 geführt, wäre mit keiner Energieauskoppelung zu rechnen, da die Summe der Ströme verschwindet. Durch eine Änderung der gegenseitigen Phasenbeziehung kann ein Nullsummenstrom umgangen werden. Um dies zu erreichen, wird der Strom I_T in der Phase T der Primärwicklung 7 in entgegengesetzter Richtung durch die Öffnung 5 geführt und der Phasenwinkel damit um π verschoben.

Die Amplitude der Summe der Ströme ist, auch wenn nur eine Phase Strom führt, mindestens so gross wie die kleinste der Amplituden der drei Ströme. Führen alle drei Phasen Strom, wird die Amplitude der Summe der Ströme höchstens doppelt so gross wie die Amplituden der einzelnen Ströme. Dies ist aus Fig. 5 ersichtlich.

Diese Figur zeigt ein Diagramm mit den Amplituden der Ströme I_R, I_S, I_T in den Phasen R, S, T der Primärwicklung 7 sowie daraus zusammengesetzte Summenströme I_R + I_T, I_S + I_T, I_R + I_S + I_T in Abhängigkeit des Phasenwinkels.

In Fig. 3 setzen sich die einzelnen Phasen der Primärwicklung 7 aus verschieden vielen Windungen zusammen. Dadurch kann einer Nullstromlage entgegengewirkt werden, die durch Phasenverschiebungen, die von stark induktiven oder kapazitiven Lasten verursacht werden, entstehen kann.

Um den Strom I_T der Phase T der Primärwicklung 7 in umgekehrter Richtung durch die Öffnung 6 zu führen, können gemäss Fig. 2 und Fig. 3 die Anschlüsse der Leitung 1 and die Wicklung vertauscht werden, oder es kann gemäss Fig. 4 der Wicklungssinn der betreffenden Wicklung 10 geändert werden.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Kerne 5 jeweils als geschlossene Ringe ausgebildet. In Abwandlung dieser Ausführungsbeispiele kann der Kern 5 aber auch offen sein und beispielsweise einer der kurzen Schenkel einen Luftspalt oder ein nichtferromagnetisches Material enthalten.

Bezugszeichenliste

1

dreiphasige, stromführende Leitung

2

Stromwandler

3

elektronische Komponente

4

Beschaltung

5

ferromagnetischer Ringkern

6

Öffnung im Ringkern

7

Primärwicklungen

8

Sekundärwicklung

9

magnetischer Fluss

10

Wicklung mit geändertem Wicklungssinn
R, S, T Phasen der stromführenden Leitung
I_R

, I_S

, I_T

Phasenströme
I₂

induzierter Strom in der Sekundärwicklung

Claims

1. Vorrichtung zum Einspeisen von Strom in eine elektronische Komponente (3) eines Schalters (4), enthaltend einen die elektronische Komponente (3) mit Strom (I₂) versorgenden Stromwandler (2) mit einem ringförmig ausgebildeten, ferromagnetischen Kern (5), einer durch die Öffnung (6) des Kerns (5) geführten, stromdurchflossenen Primärwicklung (7) und mit einer um einen Abschnitt des Kerns (5) gewundenen Sekundärwicklung (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung (7) mindestens dreiphasig ausgebildet ist, dass mindestens drei der Phasen (R, S. T) durch die Öffnung (6) geführt sind und dass die in den durch die Öffnung geführten Phasen (R, S, T) wirkenden Ströme (I_R, I_S, I_T) wenigstens teilweise entgegengesetzt gerichtet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen der Phasen (R, S, T) der Primärwicklung (7) aus mehreren Windungen bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Wicklungen der Phasen (R, S, T) der Primärwicklung (7) aus unterschiedlich vielen Windungen bestehen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste der mindestens drei durch die Öffnung (6) geführten Phasen (R, S, T) einen anderen Wicklungssinn aufweist, als eine zweite dieser Phasen.