DE2939517C2 - Anordnung zum Messen von Strömen mit Gleichanteil - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen von Strömen mit Gleichanteil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei bekannten Anordnungen solcher Art zum Messen von Strömen, die z. B. einen im Diagonalkreis eines Gleichstromstellers in Brückenschaltung liegenden Gleichstrommotor durchfließen, ist ein Shunt in Reihe zum Motor im Diagonalkreis vorgesehen, dessen Spannungsabfall von einem Differenzverstärker gemessen wird.

Da aus Gründen einer nur begrenzt zulässigen Verlustleitung im Shunt dessen Spannungsabfall als Nutzsignal auf etwa 1 Volt begrenzt bleiben muß und die den Gleichstromsteller speisende Spannung meist einige hundert Volt beträgt, muß der Differenzverstärker, um brauchbare Meßergebnisse erzielen zu können, eine extrem hohe Gleichtaktunterdrückung aufweisen, die mit vertretbarem Aufwand in den meisten praktischen Fällen nicht möglich ist.

In der US-PS 37 39 274 ist eine Schaltung zur Messung von impulsartigen Gleichströmen in einem Dreiphasengleichrichter beschrieben. Zur Messung sind in jedem einzelnen Brückenzweig des Dreiphasengleichrichters induktive Aufnehmer angeordnet, deren den Stromänderungen entsprechende Spannungsimpulse jeweils einem integrierenden Verstärker zugeführt werden. Das Ausgangssignal jedes Verstärkers entspricht dem ursprünglichen impulsartigen Gleichstrom in einem der Brückenzweige. Bei Absinken eines Verstärkerausgangssignals unter einen bestimmten vorgegebenen Wert liefert ein Korrekturschaltglied ein Korrektursignal an den Eingang des Verstärkers, wodurch das Ausgangssignal des Verstärkers auf den vorgegebenen Wert angehoben wird. Die Ausgangssignale aller drei Verstärker werden in einem Summierschaltglied zu einem Meßsignal zusammengefaßt, das dem vom Gleichrichter erzeugten Strom entspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sowohl den Gleichanteil des Stromes richtig zu erfassen, als auch die hohe Gleichtaktspannung mit einfacheren Mitteln sicher zu unterdrücken.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Den Meßwert liefert dabei der in Reihe mit dem Verbraucher liegende Stromwandler, dessen sekundärseitiger Strom in Abhängigkeit vom shuntseitigen Strom durch Regelung im Sinne eines Verschwindens der Stromdifferenz nachgestellt wird, um die von der endlichen Zeitkonstante des Stromwandlc-rs bedingte Meßwertverfälschung zu beseitigen.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Anhand der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Anordnung für einen Gleichstromsteller in Brückenschaltung mit einem im äußeren Stromkreis liegenden Shunt und

Fig.2 eine Anordnung für einen Gleichstromsteller in Brückenschaltung mit in zwei Brückenzweigen liegenden Shunts.

Gemäß Fig. 1 ist an die Gleichspannung U eine Gleichspannungsquelle (z. B. Gleichrichter) über eine einseitig mit Masse verbundene Zuleitung (als Stromkreisabschnitt) ein Gleichstromsteller in Brückenschaltung angeschlossen, in dessen Diagonalpfad mit dem Strom A/die Reihenschaltung eines Gleichstrommotors M mit der Primärwicklung eines Stromwandlers 5VV bestimmter Auslegung liegt. Die einzelnen Brückenzweige enthalten nur in einer Richtung durchlassende steuerbare Halbleiterschalter SI bis S4, zu denen jeweils Freilaufdioden D\ bis D4 parallelgeschaltet sind. Die unteren beiden Brückenzweige mit den Schaltern 52 und S4 und den Freilaufdioden D2 und D4 sind über je eine Leitung /*> und Pa, die die Ströme /p2bzw. Jp4 führen, an die mit Masse verbundene, den

Strom /ζführende Zuleitung Zangeschlossen. Es gilt bei stromführenden Schaltern 51 und 54, bzw. Freilaufdioden D1 und D 4 dann Jm = Jz = Jp*- Falls im unteren Freilauf die Schalter 52 und 54 bzw. die Freilaufdioden D2 und DA Strom führen, gilt Jm = Jp* = -J_Pi und bei 5 stromführenden Schaltern 52 und 53 bzw. Freilaufdioden D 2 und D 3 gilt Jm= -Jz= -J_P2- Entsprechendes gilt auch für einen oberen Freilauf mit stromführenden Schaltern 51 und 53.

Die zeitliche Aufeinanderfolge der Ansteuerung der ι ο einzelnen Halbleiterschalter 51 bis 54 wird durch entsprechende Steuersignale 1 bis 4 erzwungen. Durch Zuführung dieser Steuersignale an eine Logikschaltung kann ermittelt werden, welche Halbleiterschalter 51 bis 54 stromdurchlässig sind und ob beziehungsweise in welcher Richtung der Diagonalpfad vom Strom Jm durchflossen wird, der beim Anschluß des Motorstromkreises an die Gleichspannung i/auch in der Zuleitung Z fließt

Zum Messen des wahren Motorstromis während des Anschlusses des Diagonalpfades an die Gleichspannung t/ist in der mit Masse verbundenen unteren Zuleitung Z ein Shunt Sh eingefügt, dessen Spannungsabfall als stromproportionaler Wert einem Differenzverstärker I zugeführt ist Der Ausgang des Differenzverstärkers I ist mit dem Eingang eines gesteuerten Inverters II mit der Verstärkung +1 oder — 1 verbunden, je nachdem welche der Schalterpaare in den diagonalen Brückenzweigen stromführend gesteuert sind. Von einer von den Steuersignalen 1 bis 4 beaufschlagten Logikschaltung III wird das Vorzeichen der Verstärkung des Inverters II jeweils bestimmt, so daß am Ausgang des Inverters II stets ein dem den Shunt Sh durchfließenden wahren Motorstrom proportionaler Meßwert auftritt.

Der Motorstrom fließt abwechselnd in einer der Diagonalen und im Freilauf. Durch diese Umschaltung wird der Mittelwert der Motorspannung festgelegt. Da die Messung des Stromes Jm mit dem Shunt Sh nicht während der Freilaufphase möglich ist, wird zur Messung des Stromes Jm zu allen Zeitpunkten und bei allen Betriebsphasen der Sekundärstrom des Stromwandlers 5Wherangezogen.

Der Stromwandler SW weist im Verhältnis zu den Intervallabständen von z. B. 1 ms der Steuersignale für die Halbleiterschalter 51 bis 54 eine große Zeitkonstante von beispielsweise 100 ms auf, um die Gleichanteüe des Stromes auf den Sekundärkreis während der kurzen Schailtintervalle übertragen zu können. Damit der im Sekuindärkreis fließende Gleichstromanteil auch langfristig richtig übertragen wird, muß der Wandlerse- ->o kundärstrom in Zeitabständen, die wesentlich kürzer sind als die Zeitkonstante des Stromwandlers, nachgestellt werden. Die Nachstellung des Stromes im Sekundärkreis ist dabei in den Zeitabschnitten möglich, in denen der Strom durch den Shunt Sh fliePt, d. h. wenn zwei diagonale Brückenzweige stromdurchlässig gesteuert sind. Der im Sekundärkreis des Stromwandlers SW fließende Strom Jmw wird ebenso wie der vom Shunt Sh abgeleitete Strom Jms einer Vergleichsanordnung IV zur Differenzbildung Jms — Jmw zugeführt. Das ausgangsseitige Differenzsignal wird einem Regler V, (z. B. in Gestalt eines realtiv hochverstärkenden Proportionalreglers) zugeführt, dessen Ausgangssignal über einen von der Logikschaltung III abhängig steuerbaren Schalter 55 während der Stromführung des Verbraucherstromes über diagonale Brückenzweige ein Stellglied VI im SekundärkreiR so beeinflußt daß der Strom im Sekundärkreis im Sinne eines Verschwindens der Stromdifferenz geregelt wird. Damit ist der im Sekundärkreis des Stromwandlers SW fließende Strom Jmw stets gleich dem Jm- Der Sekundärstrom wird durch einen an die Bürde Ä_fldes Stromwandlers angeschlossenen Verstärker VII in eine proportionale Spannung umgewandelt, die das Ausgangsmeßsignal darstellt

Zur Verbesserung der Meßgenaugikeit bei Verwendung einfacherer Stromwandler mit niedrigerer Eigenzeitkonstante ist das Stellglied VI als stromgesteuerte Spannungsquelle mit Entdämpfungswiderstand Rd ausgebildet Zusätzlich zum Spannungsanteil, der durch den Regler V hervorgerufen wird, erzeugt sie eine Spannung, die gleich der am Innenwiderstand des Stromwandlers 5VV abfallenden Spannung und dieser entgegengerichtet ist so daß der Stromwandler entdämpft wird, was seine Eigenzeitkonstante praktisch um den Faktor 10 bis 100 verlängert.

Eine Entdämpfung der genannten Art ist auch bei Meßanordnungen möglich, in denen niederfrequente Wechselströme ohne Gleichanteil und somit ohne Shuntkorrektur mit einem Stromwandler gemessen werden.

Ohne den eingangsseitigen Entdämpfungswiderstand Rd ist die am Ausgang des mit dem Sekundärkreis verbundenen Stellgliedes VI vorhandene Reglerkorrekturspannung Ukf = 0 bei stromsperrendem Schalter 55. Mit dem Entdämpfungswiderstand Rd wird der Reglerkorrekturspannung U^r eine stromabhängige Entdämpfungsspannung Und überlagert, die die inneren Spannungsabfälle des Stromwandlers und an der Bürde Rb kompensiert, wobei diese entdämpfende Mitkopplung dauernd wirksam ist. Der entdämpfte Stromwandler 5VV stellt regelungstechnisch ein Integralglied dar, dessen Ausgang der von der Primärseite übertragene Strom Jm überlagert ist. Damit bleibt der Regelkreis auch bei beliebig hoher Verstärkung des Reglers V stabil.

Eine Abänderung der Erfindung ist in F i g. 1 gezeigt, bei der der Shunt Sh in der Zuleitung Z entfällt und stattdessen die Shunts Sh 1 und Sh 2 in den Leitungen pi und pt vorgesehen sind. Die Spannungsabfälle beider Shunts werden in einem Differenzverstärker IX subtrahiert und dessen Ausgang einem steuerbaren Verstärker X mit der unterschiedlichen Verstärkung + 1 und —0,5 zugeführt, da der Strom während des unteren Freilaufes (bei stromführenden Schaltern 52 und 54 bzw. Freilaufdioden Dl und D4) doppelt gemessen wird. Die entsprechend gewählte Logikschaltung XI steuert den Schalter 55 immer dann in den stromdurchlässigen Zustand, wenn zwei diagonale Brückenzweige oder die beiden unteren Brückenzweige stromführend sind. Bei dieser Anordnung der Shunts werden also zusätzliche Korrekturphasen für den Stromwandler SW erhalten. Die in F i g. 1 gezeigten übrigen Schaltungselemente bleiben auch bei der Schaltung nach Fig. 2 unverändert.

Am Ausgangssignal des Sekundärkreises, das dem wahren Motorstrom Jm entspricht, sind die Korrekturphasen durch die Reglernachstellung des Sekundärkreises nicht bemerkbar, d. h. es steht ein störungsfreies Meßsigr.al zur Verfugung. Die Schaltung nach der Erfindung läßt sich mit einfachen handelsüblichen bauelementen ohne aufwendigen Abgleich einfach realisieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Messen von Strömen mit Gleichanteil von Verbrauchern in Stromkreisabschnitten mit sich abrupt ändernder hoher Spannung gegen ein Bezugspotential, mit einem Shunt als Meßwertaufnehmer sowie einem mit dem Shunt verbundenen Differenzverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Shunt (SA; Sh 1, Sh 2) in nur intervallweise stromdurchflossenen Stromkreisabschnitten (Z; ρ 2, ρ 4) mit geringer Spannung gegen das Bezugspotential angeordnet und in Reihe zum Verbraucher (M) als zusätzlicher Meßwertaufnehmer ein Stromwandler (SW) mit im Verhältnis zu den Invervallabständen großer Zeit- '5 konstante vorgesehen ist und daß die Signale der Meßwertaufnehmer (SA; Sh 1, SA 2; SW) über eine Vergleichsanordnung (IV) einem Regler (V) zugeführt sind, der die Differenz beider Signale im Sekundärkreis des Stromwandlers (SW) auf Null regelt, so daß der am Sekundärkreis abgenommene Meßwert (Jmw) dem jeweiligen Verbraucherstrom entspricht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis (V, VI, VII) nur in den Zeitabschnitten geschlossen ist (S5), in denen der wahre Verbraucherstrom (Jm) durch mindestens einen Shunt (Sh; Sh 1, Sh 2) in einem Stromkreisabschnitt (Z; ρ 2, ρ 4) mit geringer Spannung gegen das Bezugspotential erfaßt ist

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem den Sekundärstrom des Stromwandlers (SW) beeinflussenden Stellglied (VI) ein von diesem Sekundärstrom abgeleitetes Signal im Sinne einer Wandlerentdämpfung zugeführt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem mit Masse verbundenen Stromkreisabschnitt (Z) angeordneten Shunt (Sh) abgenommene Strom einem steuerbaren Inverter (II) zugeführt ist, dessen Ausgang mit der Vergleichsanordnung (I V) verbunden ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in zwei auf gleicher Seite zum Diagonalpfad eines Gleichstromstellers (S 1 bis 54; D1 bis D4) liegenden Brückenzweigen jeweils ein Shunt (Shi, Sh2) vorgesehen ist und beide gegeneinander auf einen Differenzverstärker (IX) geschaltet sind, der über einen Verstärker (X) mit umschaltbarer Verstärkung an die Vergleichsanordnung (IV) geschaltet ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Logikschaltung (III; XI) die Steuersignale für die Schalter (Si bis S4) des Gleichstromstelles sowie den intervallweise betätigten Schalter (55) im Regelkreis (V bis VII) und den Inverter (II) bzw. den Verstärker (X) koordiniert liefert.