DE4430025A1 - Anordnung zur potentialfreien Messung des Ausgangsstromes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur potential freien Messung des Ausgangsstromes eines Schaltumrichters nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei den meisten Schaltumsetzern wird die gewünschte Aus­ gangsgröße, Spannung oder Strom, durch eine Regelung kon­ stant gehalten. Hierzu ist die Messung der entsprechenden Ausgangsgröße erforderlich. Aus dem US-Patent 4,649,464 ist es bekannt, die Ausgangsgröße zu messen und über einen der Potentialtrennung dienenden optischen Koppler der Regelschal­ tung zuzuführen. Dieser beeinflußt die Schließdauer oder Schließhäufigkeit eines elektronischen Schalters und bestimmt hierdurch die Ausgangsgröße.

Bei optischen Kopplern treten jedoch Probleme mit der Tempe­ raturstabilität auf.

Aus der deutschen Patentschrift DE 37 32 334 C2 ist eine "Schutzeinrichtung gegen Überstrom und Überspannung" eines Schaltumrichters beschrieben. Diese verwendet zum potential­ freien Übertragen einer dem Ausgangsstrom entsprechenden Meß­ spannung einen Übertrager, dessen Ausgang mit einer Gleich­ richterschaltung verbunden ist. Bei dieser Schaltung wird der Spitzenwert gemessen, der jedoch von der Flußspannung der Gleichrichterdiode und einer weiteren Diode abhängig ist und sich nicht für Regelzwecke eignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur genauen po­ tentialfreien Messung des Ausgangsstromes eines Schaltumrich­ ters anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Patentan­ spruch 1 gelöst.

Besonders vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Schaltungsan­ ordnung ist die hohe Genauigkeit, die mit geringem Schal­ tungsaufwand erreicht wird.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer aktiven (gesteuerten) Klemmschaltung. Diese ist bei minimalen Aufwand äußerst temperaturstabil. Zur Ansteuerung kann ebenfalls das Steuersignal für den elektronischen Schalter des Schaltum­ richters verwendet werden. Zur Bildung des arithmetischen Mittelwertes ist ein RC-Glied ausreichend.

Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine alternative Anschaltung des Meßwiderstandes und des Meßtransformators und

Fig. 3 bis 5 Spannungsdiagramme.

In Fig. 1 ist das Prinzip eines Schaltumrichters darge­ stellt. Dieser enthält einen Transformator TR1, dessen erste Wicklung W1 über einen elektronischen Schalter S1 an eine Spannungsquelle U angeschaltet ist. An die Sekundärwicklung W2 ist über eine Diode D ein Ladekondensator C1 angeschaltet. An diesen sind meist unterschiedliche oder variable Lasten L angeschaltet.

Zur Messung des Ausgangsstromes I ist in den Ausgangsstrom­ kreis als Meßeinrichtung ein Meßwiderstand R1 zwischen einem Anschlußpunkt a der Sekundärwicklung W2 und einem Anschluß­ punkt b für die Last L eingeschaltet. Parallel zu diesem (eventuell über einen Koppelkondensator CK) liegt die Primär­ wicklung W3 eines Meßtransformators TR2, dessen Sekundärwick­ lung W4 einmal mit dem Bezugspotential (Masse) des Primär­ stromkreises ist, das auch das Bezugspotential einer Regelung R ist. Der andere Anschluß c der Sekundärwicklung W4 ist an eine gesteuerte Klemmschaltung C2, S2 geführt, deren Ausgang über eine Siebschaltung R4, C3 mit einem Steuereingang der Regelschaltung R verbunden ist. Diese steuert durch ein Steu­ ersignal ST den elektronische Schalter S1 im Primärstromkreis und die Klemmschaltung C2, S2 durch schließen des elektroni­ schen Schalters S2 (Transistor).

Die Anordnung zur Messung des Ausgangsstromes umfaßt die Meß­ einrichtung R1, den Meßtransformator TR2, die Klemmschaltung C2, S2 und die Siebschaltung R4, C3.

Selbstverständlich kann die Meßanordnung bei beliebigen Schaltumrichtern eingesetzt werden. Es können sowohl passive als auch aktive (d. h. gesteuerte) Klemmschaltungen verwendet werden. Temperaturstabile passive Klemmschaltungen erfordern in der Regel einen höheren Aufwand als aktive Klemmschaltun­ gen, bei denen während vorbestimmter Zeiten das Potential auf das Bezugspotential, hier Masse, "geklemmt", d. h. festgelegt, wird.

Die Funktion der Anordnung wird anhand der Spannungsdiagramme Fig. 3 bis Fig. 5 näher erläutert. In Fig. 3 ist der Stromverlaufin der Sekundärwicklung des Transformators TR1 und damit der Verlauf der Meßspannung U1 am Meßwiderstand R1 dargestellt. Während der elektronische Schalter S1 geschlos­ sen ist, fließt kein Strom in der Sekundärwicklung W2. Nach dem Öffnen des elektronischen Schalters fließt zunächst ein maximaler Strom, der dann langsam abnimmt, um bei erneuten Schließen des elektronischen Schalters wieder auf Null abzu­ sinken. Dieser Vorgang wiederholt sich periodisch.

In Fig. 4 ist die vom Mittelwert befreite Ausgangsmeßspan­ nung U2 an der Sekundärwicklung des Meßtransformators darge­ stellt. Durch die Klemmschaltung C2, S2 wird der Ausgangs­ spannung U2 als neues Bezugspotential das Massepotential hin­ zugefügt. Die am Ausgang der Klemmschaltung anliegende Span­ nung U3 ist in Fig. 5 dargestellt. Aus dieser wird durch die Siebschaltung R4, C3 der arithmetische Mittelwert Um gebil­ det, der der Regelung R zugeführt wird.

In Fig. 2 ist eine äquivalente Meßanordnung dargestellt. Anstelle eines ohmschen Meßwiderstandes ist die Primärwick­ lung W3 des Meßtransformators TR2 in dem Ausgangsstromkreis eingeschaltet. Die Meßspannung U1 fällt an einem auf die Primärwicklung transformierten Meßwiderstand R1T ab, dessen Wert von dem sekundärseitig angeschalteten Widerstand R5 und dem Übersetzungsverhältnis abhängt. Diese Schaltung weist die gleiche Funktion wie die Schaltung nach Fig. 1 auf.

Claims (6)

1. Anordnung zur potentialfreien Messung des Ausgangsstromes (I) eines einen Transformator (TR1) aufweisenden Schaltum­ richters (TR1, S1, D1),
bei der in einem Ausgangsstromkreis (W2, D, L) eine Meßein­ richtung (R1) vorgesehen ist,
die Primärwicklung (W3) eines Meßtransformators (TR2) an die Meßeinrichtung (R1) angeschaltet ist,
an die Sekundärwicklung (W4) des Meßübertragers (TR2) eine Klemmschaltung (C2, S2) angeschaltet ist und
an den Ausgang der Klemmschaltung (C2, S2) eine Siebschaltung (R4, C3) angeschaltet ist, die eine dem Ausgangsstrom (I) proportionale Regelspannung (Um) abgibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßeinrichtung ein ohmscher Meßwiderstand (R1) vorge­ sehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (W3) des Meßtransformators (TR2) in den Ausgangsstromkreis (W2, D, L) eingeschaltet ist und ein transformierter Widerstand (R1T) als Meßeinrichtung dient.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmschaltung (C2, S2) als aktive Klemmschaltung ausgebildet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Klemmschaltung einen an die Sekundärwicklung (W4) des Meßtransformators (TR2) angeschalteten Klemmkonden­ sator (C2) und einen zwischen dem anderen Anschluß des Klemm­ kondensator (C2) und einem Bezugspotential (Masse) liegenden gesteuerten elektronischen Schalter (S2) aufweist.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Siebschaltung (R4, C3) ein RC-Glied (R4, C3) vorgese­ hen ist.