DE4109943A1

DE4109943A1 - Schaltungsanordnung zur spannungsanzeige

Info

Publication number: DE4109943A1
Application number: DE19914109943
Authority: DE
Inventors: Werner Ing Grad Kries; Gunter Dipl Ing Kries
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-03-26
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 1992-10-01

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung hoher Impedanz zur Spannungsanzeige in Energieversorgungsnet zen, enthaltend

a) einen mit einem aktiven Teil des Energieversorgungs netzes gekoppelten Spannungsabgriff,
b) wenigstens ein Anzeigeelement,
c) sowie eine zwischen dem Spannungsabgriff und dem An zeigeelement angeordnete Steuerschaltung.

Für Spannungsanzeigesysteme, die einpolig kapazitiv an aktive Teile angekoppelt werden, um Spannungsfreiheit bzw. Phasengleichheit von aktiven Teilen für Spannungen von 1 kV bis 52 kV und Nennfrequenzen von 16 2/3 Hz bis 60 Hz festzustellen, gilt DIN VDE 0681 Teil 7 (Entwurf).

Diese Norm definiert als HO-System ein Spannungsan zeigesystem, bei dem am Meßpunkt eine Spannung von 90 V bei einem Strom von 2,5 µA die Anzeigeschwelle kenn zeichnet. Als NO-System ist ein Spannungsanzeigesystem definiert, bei dem am Meßpunkt eine Spannung von 5 V bei einem Strom von 2,5 µA die Anzeigeschwelle kenn zeichnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schal tungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die zum Einsatz an HO- bzw. NO-Schnittstellen der vor stehend genannten Norm geeignet ist und es ermöglicht, das Anzeigeelement ohne Verwendung von Hilfsenergie quellen allein durch die aus dem Eingangssignal gewon nene Energie zu speisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerschaltung einen das Anzeigeelement ansteuern den Impulsgenerator aufweist, der einen Halbleiter mit Schwellwert- und negativer Widerstandscharakteristik sowie einen Speicherkondensator enthält.

Die Eigenimpedanz der erfindungsgemäßen Schaltungsan ordnung kann durch Einstellung der Ansprechschwelle des Halbleiters so groß gewählt werden, daß die Schaltungs anordnung zum Einsatz an HO- und NO-Schnittstellen (nach VDE 0681 Teil 7) geeignet ist. Die Verwendung ei nes Halbleiters mit Schwellwert- und negativer Wider standscharakteristik ermöglicht es dabei, einerseits während der Aufladung des Speicherkondensators eine sehr hohe Impedanz parallel zum Speicherkondensator aufrechtzuerhalten, andererseits während des Entlade vorganges diese Impedanz bis auf einen sehr kleinen Wert zu verringern. Auf diese Weise wird nahezu die ge samte eingespeiste Energie des Spannungssignals im Speicherkondensator gespeichert und anschließend nahezu verlustlos an das Anzeigeelement abgegeben. Der vom Im pulsgeber an das Anzeigeelement abgegebene Energieim puls ist dabei so groß, daß das Anzeigeelement seine optische bzw. akustische Anzeigefunktion hinreichend erfüllen kann.

Im Rahmen der Erfindung ist es dabei auch möglich, ein optisches Anzeigeelement (z. B. eine Lumineszenzdiode) und ein akustisches Anzeigeelement (z. B. einen Piezo- Signalgeber) in Reihe zu schalten.

Diese und weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der in den Fig. 1 bis 3 ver anschaulichten drei Ausführungsbeispiele der Erfindung hervor.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung hoher Impedanz zur Spannungsanzeige in Energieversorgungs netzen enthält einen Spannungsabgriff SA, der mit einem (nicht dargestellten) aktiven Teil des Energiever sorgungsnetzes (beispielsweise über eine Koppelelek trode und ein Koppeldielektrikum) gekoppelt ist.

Die Schaltungsanordnung enthält ferner zwei Anzeigeele mente, und zwar ein beispielsweise durch eine Lumines zenzdiode gebildetes optisches Anzeigeelement W₁ und ein in Reihe hiermit geschaltetes, beispielsweise durch einen Piezo-Signalgeber gebildetes akustisches Anzeige element W₂. Zwischen dem Spannungsabgriff SA und den Anzeigeelementen W₁, W₂ ist eine Steuerschaltung vorgesehen. Sie enthält einen mit dem Spannungsabgriff SA über einen Koppelkondensator C₁ und einen Widerstand R₁ verbundenen Brückengleichrichter B sowie einen par allel zu den Ausgangsanschlüssen des Brückengleichrich ters B angeordneten Glättungskondensator C₂.

Weiterhin enthält die Steuerschaltung einen die Anzei geelemente W₁ und W₂ ansteuernden Impulsgenerator, der einen durch eine Halbleiterdiode H₁ gebildeten Halblei ter mit Schwellwert- und negativer Widerstandscharakte ristik sowie einen Speicherkondensator C₃ enthält. Die Halbleiterdiode H₁ ist hierbei in Reihe zu den Anzeige elementen W₁, W₂ geschaltet. Der Speicherkondensator C₃ liegt parallel zu dieser Reihenschaltung.

Der Parallelschaltung der Elemente C₃ und H₁, W₁, W₂ ist ein Frequenzeinstellwiderstand R₂ vorgeschaltet.

Die Funktion der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 ist wie folgt: Das anzuzeigende Spannungssignal wird vom Spannungsab griff SA über den Koppelkondensator C₁ auf den Brücken gleichrichter B gekoppelt. Hinter dem Brückengleich richter B erfolgt durch den Kondensator C₂ eine Glät tung des Signals. Der Widerstand R₁ dient einerseits zur Erhöhung der Eigenimpedanz und andererseits als Schmelzsicherung bei Versagen der anderen Bauelemente.

Um eine möglichst hochohmige Schaltungsanordnung zu re alisieren und dennoch aktive Wandler einzusetzen, kommt in der Schaltungsanordnung ein Impulsgenerator zur An wendung, der die aufgenommene Energie zunächst über den Speicherkondensator C₃ speichert und der den Speicher kondensator C₃ bei Erreichen einer gewissen, einzustel lenden Spannungsschwelle entlädt. Damit ein für die An steuerung der Anzeigeelemente W₁ und W₂ ausreichend großer Energieimpuls gewonnen wird, muß die Impedanz parallel zum Speicherkondensator C₃ während des Lade vorganges möglichst groß und beim Entladevorgang mög lichst klein sein. Dieser Effekt wird mit Hilfe der Halbleiterdiode H₁ erreicht. Sie ist unterhalb des Schwellwertes hochohmig und wird bei Erreichen des Schwellwertes plötzlich niederohmig. Auf diese Weise wird nahezu die gesamte eingespeiste Energie des Span nungssignals im Speicherkondensator C₃ gespeichert und anschließend nahezu verlustlos an die Anzeigeelemente W₁ und W₂ abgegeben.

Als Halbleiterdioden H₁ kommen vorzugsweise Vier schichtdioden und symmetrische Triggerdioden (Diac) in Frage.

Die Frequenz des Impulsgenerators kann bei der Schal tungsanordnung gemäß Fig. 1 mit Hilfe des Widerstandes R₂ eingestellt werden. Die Ansprechschwelle ist durch den Eigenschwellwert der Halbleiterdiode H₁ festgelegt.

Eine weitere, in der Zeichnung nicht veranschaulichte Möglichkeit besteht darin, den Schwellwert mittels ei nes in Reihe zum Impulsgenerator angeordneten Schwell wertbauelementes (z. B. mittels einer Z-Diode) einzu stellen.

Bei dem in Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet. Als Halbleiter mit Schwellwert und negativer Widerstandscharakteristik ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Unÿunction-Transistor H₂ vorgesehen. Er ist mit seiner ersten Basis B₁ an die Reihenschaltung der Anzeigeelemente W₁, W₂, mit seiner zweiten Basis B₂ an einen Schwellwert-Einstellwider stand R₃ und mit seinem Emitter E an den Verbindungs punkt zwischen dem Frequenz-Einstellwiderstand R₂ und dem Speicherkondensator C₃ angeschlossen. Der Speicherkondensator C₃ liegt damit parallel zur Reihen schaltung der Strecke Emitter (E) - 1. Basis (B₁) und der Anzeigeelemente W₁, W₂.

Die Ansprechschwelle wird bei diesem Ausführungsbei spiel über den Widerstand R₃ eingestellt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 findet als Halbleiter mit Schwellwert- und negativer Widerstands charakteristik ein programmierbarer Unÿunction-Transi stor H₃ Verwendung. Er ist mit seinem Kathode K an die Anzeigeelemente W₁, W₂, mit seiner Anode A an den Ver bindungspunkt zwischen dem Frequenz-Einstellwiderstand R₂ und dem Speicherkondensator C₃ und mit seinem Gate G an den Verbindungspunkt zwischen zwei in Reihe geschal teten Schwellwert-Einstellwiderständen R₃ und R₄ ange schlossen. Der Speicherkondensator C₃ liegt damit par allel zur Reihenschaltung der Anode-Kathode-Strecke und der Anzeigeelemente W₁, W₂.

Claims

1. Schaltungsanordnung hoher Impedanz zur Spannungsan zeige in Energieversorgungsnetzen, enthaltend

a) einen mit einem aktiven Teil des Energieversor gungsnetzes gekoppelten Spannungsabgriff (SA),
b) wenigstens ein Anzeigeelement (W₁, W₂)
c) sowie eine zwischen dem Spannungsabgriff (SA) und dem Anzeigeelement (W₁, W₂) angeordnete Steuerschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß
d) die Steuerschaltung einen das Anzeigeelement (W₁, W₂) ansteuernden Impulsgenerator aufweist, der einen Halbleiter (H₁, H₂, H₃) mit Schwell wert- und negativer Widerstandscharakteristik sowie einen Speicherkondensator (C₃) enthält.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß als optisches Anzeigeelement (W₁) eine Lumineszenzdiode vorgesehen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß als akustisches Anzeigeelement (W₂) ein Piezo-Signalgeber vorgesehen ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein optisches und ein akustisches An zeigeelement (W₁, W₂) in Reihe geschaltet sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß als Halbleiter mit Schwellwert- und negativer Widerstandscharakteristik eine Halbleiter diode (H₁), vorzugsweise eine symmetrische Triggerdiode (Diac) oder eine Vierschichtdiode, vor gesehen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß als Halbleiter mit Schwellwert- und negativer Widerstandscharakteristik ein Unÿunction- Transistor (H₂) vorgesehen ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß als Halbleiter mit Schwellwert- und negativer Widerstandscharakteristik ein programmier barer Unÿunction-Transistor (H₃) vorgesehen ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Halbleiterdiode (H₁) in Reihe zum Anzeigeelement (W₁, W₂) geschaltet ist und parallel zu dieser Reihenschaltung der Speicherkondensator (C₃) vorgesehen ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Unÿunctiontransistor (H₂) mit seiner ersten Basis (B₁) an das Anzeigeelement (W₁, W₂), mit seiner zweiten Basis (B₂) an einen Schwell wert-Einstellwiderstand (R₃) und mit seinem Emitter (E) an den Verbindungspunkt zwischen einem Frequenz- Einstellwiderstand (R₂) und dem Speicherkondensator (C₃) angeschlossen ist, wobei der Speicherkondensa tor (C₃) parallel zur Reihenschaltung der Strecke Emitter-1. Basis und des Anzeigeelementes (W₁, W₂) liegt.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der programmierbare Unÿunction-Tran sistor (H₃) mit seiner Kathode (K) an das Anzeigee lement (W₁, W₂), mit seiner Anode (A) an den Verbin dungspunkt zwischen einem Frequenz-Einstellwider stand (R₂) und dem Speicherkondensator (C₃) und mit seinem Gate (G) an den Verbindungspunkt zwischen zwei in Reihe geschaltete Schwellwert-Ein stellwiderstände (R₃, R₄) angeschlossen ist, wobei der Speicherkondensator (C₃) parallel zur Reihen schaltung der Anode-Kathode-Strecke und des Anzeige elementes (W₁, W₂) liegt.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuerschaltung einen mit dem Spannungsabgriff (SA) über einen Koppelkondensator (C₁) und einen Widerstand (R₁) verbundenen Brücken gleichrichter (B) sowie einen parallel zu den Aus gangsanschlüssen des Brückengleichrichters angeord neten Glättungskondensator (C₂) enthält.