EP4406087A1 - Stromversorgungseinrichtung - Google Patents

Stromversorgungseinrichtung

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Publication number
EP4406087A1
EP4406087A1 EP22783492.6A EP22783492A EP4406087A1 EP 4406087 A1 EP4406087 A1 EP 4406087A1 EP 22783492 A EP22783492 A EP 22783492A EP 4406087 A1 EP4406087 A1 EP 4406087A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
network
power supply
supply device
output
voltage converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22783492.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nicola HERBST
Hartmut Henkel
Jochen Zeuch
Stephan Sagebiel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Publication of EP4406087A1 publication Critical patent/EP4406087A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J4/00—Circuit arrangements for mains or distribution networks not specified as AC or DC; Circuit arrangements for mains or distribution networks combining AC and DC sections or sub-networks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40—Testing power supplies
    • G01R31/42—AC power supplies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16547—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies voltage or current in AC supplies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2506—Arrangements for conditioning or analysing measured signals, e.g. for indicating peak values ; Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing
    • G01R19/2509—Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing

Definitions

  • the invention relates to a power supply device for supplying at least one consumer from a supply network.
  • Power supply devices in the form of switched-mode power supplies are known from the prior art, which are fed from a supply network on the input side and supply at least one electrical load on the output side. It is also known to monitor the network quality of the supply network on the input side in such a power supply device. For example, network parameters such as the harmonic content, the quality of the sinusoidal oscillation, phase and zero point shifts, the number and height of surge pulses, the direction of rotation or the insulation or earthing resistance are of interest.
  • Separate network analysis devices which are very complex and expensive, are known for measuring these network parameters. These are portable devices that are temporarily connected to the supply network and can record and store network profiles with high temporal resolution over a certain period of time. However, this known type of network analysis is relatively complex, since complex and correspondingly expensive network analysis devices are required.
  • FIG. 1 shows a likewise known power supply device 1 according to the prior art, which is fed on the input side via a plurality of input connections 2-6 from a supply network.
  • the supply network can be, for example, a three-phase network with an additional neutral conductor and a protective conductor.
  • the power supply device 1 feeds at least one consumer via two output connections 7 , 8 . This is at the entrance of the
  • Power supply device 1 to an AC voltage, while at the output of the power supply device 1, a DC voltage is output.
  • a switching power supply 9 is arranged in the power supply device 1 for conversion.
  • the power supply device 1 also contains a signaling device 10, which can control a relay 11 in order to be able to output a binary signal at two signaling connections 12, 13.
  • the power supply device 1 contains a Communication interface 14 via which the power supply device 1 can be controlled and queried. In this case, however, no network parameters can be output via the communication interface 14 .
  • power supply devices 1 of this type are also known, which measure network parameters of the supply network on the input side and can control the relay 11 accordingly. However, it is not possible to output the network parameters themselves in this way either.
  • the known power supply device 1 according to FIG. 1 therefore also does not enable a satisfactory network analysis.
  • the object of the invention is therefore to improve the network analysis on a power supply device.
  • the power supply device is fed from a supply network on the input side.
  • the supply network is an AC voltage network.
  • the AC network is a three-phase AC network, in which case the supply network can also have a neutral conductor and/or a protective conductor.
  • the power supply device feeds at least one electrical consumer.
  • a DC voltage is preferably output on the output side.
  • the invention is not limited to direct current with regard to the type of current delivered on the output side. Alternatively, there is also the possibility that an alternating current is output on the output side.
  • the power supply device also includes a voltage converter with an input for connection to the supply network and an output for supplying the at least one consumer.
  • Voltage converter can be, for example, a power pack, such as a switched-mode power pack.
  • the invention is therefore not limited to certain types of voltage converter.
  • the power supply device in accordance with the known power supply device described above, has an integrated network analysis device that is used for network analysis and determines at least one network parameter that characterizes the supply network present on the input side or the output of the power supply device.
  • the power supply device according to the invention also contains a signaling output in order to be able to emit an output signal.
  • the invention provides that the network parameter determined by the integrated network analysis device is output at the signaling output on the output side. This enables a simple network analysis by simply querying the network parameter from an external monitoring unit. It is therefore no longer necessary for network analysis to temporarily connect a complex and correspondingly expensive network analysis device to the supply network in order to carry out the network analysis. It is provided that the at least one network parameter includes the direction of rotation of the three-phase supply network at the input of the voltage converter.
  • the network analysis device is therefore designed to determine the direction of rotation of the three-phase supply network by means of the network analysis. For example, when an electric motor is connected to the supply network, it can be ensured in this way that the motor is only operated in a predetermined direction of rotation.
  • the network analysis device integrated into the power supply device determines a further network parameter of the supply network at the Voltage converter input.
  • the network analysis device integrated into the power supply device determines a further network parameter at the output of the power supply device.
  • the integrated network analysis device performs the network analysis both on the input side and on the output side.
  • a network parameter of the at least one network parameter can also be a derived variable that is calculated from variables measured on the input side and variables measured on the output side.
  • the network analysis device integrated in the power supply device can measure current and/or voltage with a specific time resolution at specific time intervals, corresponding measured values of the current and/or voltage being determined.
  • the time intervals can be less than 50 ms, 20 ms, 10 ms, 5 ms, 1 ms or 10 ps in order to enable the desired high temporal resolution of the measurement.
  • the network analysis device can then determine the network parameter from the measured values determined in succession over time. For example, statistical parameters can be calculated from the measured values.
  • the invention is not limited to certain specific network parameters.
  • the following network parameters can also be determined, with any combination being possible:
  • phase position of the supply network at the input of the voltage converter phase position at the output of the voltage converter
  • the power supply device can have a switching output in order to output a switching signal depending on the determined network parameter, the switching signal optionally being binary and assuming either an on state or an off state.
  • the switching signal optionally being binary and assuming either an on state or an off state.
  • an integrated relay can be controlled according to the switching signal.
  • the power supply device can contain an optical display in order to display the network parameter.
  • the optical display can contain a light-emitting diode, which can indicate an error status, for example.
  • the optical display contains a display (e.g. LCD display) on which the network parameter can be displayed.
  • the power supply device can also have a communication interface in order to control the power supply device from the outside and/or to output the network parameter or other data.
  • the communication interface can therefore optionally enable unidirectional data transmission or bidirectional data transmission.
  • the voltage converter can be designed to provide a DC voltage of 24 V (or 12 V or 48 V) at the output. This can be used to supply a motor, for example. This can in particular be a safe direct voltage (SELV).
  • SELV safe direct voltage
  • the invention also claims protection for a switch cabinet with such a power supply device in the switch cabinet. Finally, the invention also claims protection for a system with such a power supply device and/or such a switch cabinet.
  • the system may include a mains-connected or connectable motor.
  • the motor can be set up to only start up if a predetermined direction of rotation is output at the signaling output and/or if a predetermined switching signal is present at a switching output of the power supply device (e.g. a signal that indicates that the correct direction of rotation is present, e.g. in the form of of a binary signal)
  • a predetermined switching signal is present at a switching output of the power supply device (e.g. a signal that indicates that the correct direction of rotation is present, e.g. in the form of of a binary signal)
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a known power supply device according to the prior art.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a power supply device according to the invention.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a system with the power supply device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a preferred exemplary embodiment of a power supply device 1 according to the invention, which partially corresponds to the known power supply device 1 described at the outset according to FIG. 1, so that to avoid repetition, reference is made to the above description of FIG.
  • a special feature of the power supply device 1 according to the invention is that a network analysis device 15 is integrated on the input side, which carries out a network analysis on the supply network present at the input connections 2-6 and determines one or more network parameters, namely the direction of rotation of the three-phase supply network at the input of the voltage converter and optionally additionally, for example, one or more of the following network parameters:
  • phase position of the supply network at the input of the voltage converter phase position at the output of the voltage converter
  • Insulation resistance of at least one phase of the supply network is Insulation resistance of at least one phase of the supply network
  • a network analysis device 16 is also provided on the output side, which analyzes the output network at the output connections 7, 8 and determines at least one corresponding network parameter.
  • the two network analysis devices 15, 16 are connected to the signaling device 10, which can output the network parameters via the communication interface 14.
  • the signaling device 10 can link the network parameters measured by the two network analysis devices 15, 16 with one another and calculate an output variable which is then output via the communication interface 14. For example, the efficiency of the power supply device 1 can be calculated in this way, or the losses in the power supply device 1 can be determined. However, the network parameter or the output variable derived from it cannot only be output via the communication interface 14 .
  • the signaling device 10 can also correspondingly control the relay 11 as a function of the network parameter.
  • the signaling connections 12, 13 can be parameterized as desired by the network analysis device 15, 16 with individual or multiple sizes of the measurements.
  • the power supply device 1 has an optical display 17 which is connected to the signaling device 10 and makes it possible to display the measured network parameters or parameters derived therefrom.
  • the optical display can be, for example, a light-emitting diode (LED) or a display (e.g. LCD display).
  • the network analysis device 15, 16 integrated into the power supply device 1 can measure current and/or voltage with a specific temporal resolution at specific time intervals, corresponding measured values of the current and/or the voltage being determined.
  • the time intervals are less than or equal to 6 ms, in particular less than or equal to 10 ps.
  • the network analysis device 15 is designed to monitor the relative phase position of the three phases of the supply network. Furthermore, the network analysis device 15 is designed to filter out high-frequency interference, e.g. a surge pulse and/or a burst pulse.
  • high-frequency interference e.g. a surge pulse and/or a burst pulse.
  • FIG. 3 shows a system 20 which includes the power supply device 1 and a motor 22 .
  • the motor 22 is connected to the supply network in parallel with the power supply device 1, in this case to a three-phase network.
  • the motor 22 receives a signal from the power supply device 1 via the communication interface 14 and/or the signaling connections 12, 13 which indicates whether the correct (predetermined) direction of rotation of the three-phase supply network is present at the input 2-6 of the voltage converter 9 or not.
  • the power supply device 1 is arranged in a switch cabinet 21 .
  • a power supply device for supplying at least one consumer from a supply network, which does not necessarily have the direction of rotation of a three-phase supply network at the input of a voltage converter.
  • This power supply device includes a voltage converter 9 with an input 2-6 for connection to the supply network and an output 7, 8 for supplying at least one consumer, a network analysis device 15, 16 for network analysis and for generating at least one network parameter, and a signaling output 12, 13 , 14, wherein the network analysis device 15, 16 outputs the network parameter at the message output 12, 13, 14.
  • This voltage converter 9 can be a DC voltage converter, with the supply network being a DC network.
  • the supply network can be a single-phase AC network or a three-phase AC network.
  • the at least one network parameter can be the voltage type of the supply network to differentiate between AC voltage and DC voltage.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung (1) zur Versorgung von mindestens einem Verbraucher aus einem Versorgungsnetz, mit einem Spannungswandler (9) mit einem Eingang (2-6) zum Anschluss an das Versorgungsnetz und einem Ausgang (7, 8) zur Versorgung des mindestens einen Verbrauchers, einer Netzanalyseeinrichtung (15,16) zur Netzanalyse und zur Erzeugung mindestens einer Netzkenngröße, sowie mit einem Meldeausgang (12, 13, 14). Die Erfindung sieht vor, dass die Netzanalyseeinrichtung (15,16) die Netzkenngröße an dem Meldeausgang (12, 13, 14) ausgibt, wobei die mindestens eine Netzkenngröße die Drehrichtung des dreiphasigen Versorgungsnetzes an dem Eingang (2-6) des Spannungswandlers (9) angibt.

Description

Stromversorgungseinrichtung
Beschreibung
Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung zur Versorgung von mindestens einem Verbraucher aus einem Versorgungsnetz.
Hintergrund der Erfindung
Aus dem Stand der Technik sind Stromversorgungseinrichtungen in Form von Schaltnetzteilen bekannt, die eingangsseitig aus einem Versorgungsnetz gespeist werden und ausgangsseitig mindestens einen elektrischen Verbraucher versorgen. Es ist weiterhin bekannt, bei einer solchen Stromversorgungseinrichtung die Netzqualität des eingangsseitigen Versorgungsnetzes zu überwachen. Beispielsweise interessieren hierbei Netzkenngrößen wie der Oberwellenanteil, die Güte der Sinusschwingung, Phasen- und Nullpunktverschiebungen, Anzahl und Höhe von Surge-Impulsen, die Drehrichtung oder der Isolations- bzw. Erdungswiderstand. Zur Messung dieser Netzkenngrößen sind separate Netzanalysegeräte bekannt, die sehr komplex und teuer sind. Hierbei handelt es sich um tragbare Geräte, die temporär an das Versorgungsnetz angeschlossen werden und Netzverläufe in hoher zeitlicher Auflösung über einen gewissen Zeitraum erfassen und speichern können. Diese bekannte Art der Netzanalyse ist jedoch relativ aufwendig, da komplexe und entsprechend teure Netzanalysegeräte benötigt werden.
Figur 1 zeigt eine ebenfalls bekannte Stromversorgungseinrichtung 1 gemäß dem Stand der Technik, die eingangsseitig über mehrere Eingangsanschlüsse 2-6 aus einem Versorgungsnetz gespeist wird. Bei dem Versorgungsnetz kann es sich beispielsweise um ein Dreiphasennetz mit einem zusätzlichen Neutralleiter und einem Schutzleiter handeln. Ausgangsseitig speist die Stromversorgungseinrichtung 1 über zwei Ausgangsanschlüsse 7, 8 mindestens einen Verbraucher. Hierbei liegt am Eingang der
Stromversorgungseinrichtung 1 eine Wechselspannung an, während am Ausgang der Stromversorgungseinrichtung 1 eine Gleichspannung ausgegeben wird. Zur Umwandlung ist in der Stromversorgungseinrichtung 1 ein Schaltnetzteil 9 angeordnet. Darüber hinaus enthält die Stromversorgungseinrichtung 1 auch eine Signalisierungseinrichtung 10, die ein Relais 11 ansteuern kann, um an zwei Signalisierungsanschlüssen 12, 13 ein binäres Signal ausgeben zu können. Weiterhin enthält die Stromversorgungseinrichtung 1 eine Kommunikationsschnittstelle 14, über die die Stromversorgungseinrichtung 1 gesteuert und abgefragt werden kann. Über die Kommunikationsschnittstelle 14 können hierbei jedoch keine Netzkenngrößen ausgegeben werden. Allerdings sind auch derartige Stromversorgungseinrichtungen 1 bekannt, die Netzkenngrößen des eingangsseitigen Versorgungsnetzes messen und das Relais 1 1 entsprechend ansteuern können. Auch auf diese Weise ist es jedoch nicht möglich, die Netzkenngrößen selbst auszugeben. Die bekannte Stromversorgungseinrichtung 1 gemäß Figur 1 ermöglicht also auch keine befriedigende Netzanalyse.
Weitere Stromversorgungseinheiten sind in der WO 2010/102150 A1 , der US 2005/101 193 A1 und der US 2005/094336 A1 beschrieben. Diese sind in ihren Fähigkeiten allerdings begrenzt.
Beschreibung der Erfindung
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Netzanalyse an einer Stromversorgungseinrichtung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung wird eingangsseitig aus einem Versorgungsnetz gespeist. Bei dem Versorgungsnetz handelt es sich um ein Wechselspannungsnetz. Bei dem Wechselstromnetz handelt es sich um ein dreiphasiges Wechselstromnetz, wobei das Versorgungsnetz zusätzlich einen Neutralleiter und/oder einen Schutzleiter aufweisen kann.
Ausgangsseitig speist die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung mindestens einen elektrischen Verbraucher. Hierbei ist zu erwähnen, dass ausgangsseitig vorzugsweise eine Gleichspannung ausgegeben wird. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der ausgangsseitig abgegebenen Stromart nicht auf Gleichstrom beschränkt. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass ausgangsseitig ein Wechselstrom ausgegeben wird.
In Übereinstimmung mit dem eingangs beschriebenen bekannten Stand der Technik umfasst auch die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung einen Spannungswandler mit einem Eingang zum Anschluss an das Versorgungsnetz und einem Ausgang zur Versorgung des mindestens einen Verbrauchers. Bei dem Spannungswandler kann es sich beispielsweise um ein Netzteil handeln, wie beispielsweise ein Schaltnetzteil. Die Erfindung ist also hinsichtlich des Typs des Spannungswandlers nicht auf bestimmte Typen von Spannungswandler beschränkt.
Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung in Übereinstimmung mit der eingangs beschriebenen bekannten Stromversorgungseinrichtung eine integrierte Netzanalyseeinrichtung auf, die zur Netzanalyse dient und mindestens eine Netzkenngröße ermittelt, die das eingangsseitig anliegende Versorgungsnetz oder den Ausgang der Stromversorgungseinrichtung kennzeichnet.
Weiterhin enthält auch die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung in Übereinstimmung mit der eingangs beschriebenen bekannten Stromversorgungseinrichtung einen Meldeausgang, um ein Ausgangssignal abgeben zu können.
Die Erfindung sieht vor, dass die von der integrierten Netzanalyseeinrichtung ermittelte Netzkenngröße ausgangsseitig an dem Meldeausgang ausgegeben wird. Dies ermöglicht eine einfache Netzanalyse, indem die Netzkenngröße einfach von einer externen Überwachungseinheit abgefragt wird. Es ist also zur Netzanalyse nicht mehr erforderlich, ein komplexes und entsprechend teures Netzanalysegerät temporär an dem Versorgungsnetz anzuschließen, um die Netzanalyse vorzunehmen. Dabei ist vorgesehen, dass die mindestens eine Netzkenngröße die Drehrichtung des dreiphasigen Versorgungsnetzes an dem Eingang des Spannungswandlers umfasst. Die Netzanalyseeinrichtung ist also dazu ausgebildet, mittels der Netzanalyse die Drehrichtung des dreiphasigen Versorgungsnetzes zu ermitteln. Beispielsweise bei einem Anschluss eines Elektromotors an das Versorgungsnetz kann auf diese Weise sichergestellt werden, dass der Motor nur in einer vorgegebenen Drehrichtung betrieben wird. Das basiert auf der Erkenntnis, dass es vorkommen kann, dass eine Steckdose falsch angeschlossen ist. Bei vielen Verbrauchern, z.B. Heizungen oder dergleichen, fällt ein solcher Fehler typischerweise nicht auf. Bei Motoren kann ein solcher Fehler allerdings zu einer falschen Drehrichtung und dadurch zu Folgefehlern kommen. Mit der beschriebenen Lösung kann dies durch eine einfache Prüfung verhindert werden, sodass eine verbesserte Netzanalyse an einer Stromversorgungseinrichtung erzielt werden kann.
In einer Variante der Erfindung ermittelt die in die Stromversorgungseinrichtung integrierte Netzanalyseeinrichtung eine weitere Netzkenngröße des Versorgungsnetzes an dem Eingang des Spannungswandlers. Es besteht im Rahmen der Erfindung jedoch alternativ oder zusätzlich auch die Möglichkeit, dass die in die Stromversorgungseinrichtung integrierte Netzanalyseeinrichtung eine weitere Netzkenngröße am Ausgang der Stromversorgungseinrichtung ermittelt. Darüber hinaus besteht im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass die integrierte Netzanalyseeinrichtung die Netzanalyse sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig vornimmt.
Bei einer Netzanalyse sowohl an Eingang der Stromversorgungseinrichtung als auch am Ausgang der Stromversorgungseinrichtung besteht im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass die eingangsseitig gemessenen Größen mit den ausgangsseitig gemessenen Größen verknüpft werden, um die auszugebende Netzkenngröße zu ermitteln. Beispielsweise ist es so möglich, den Wirkungsgrad der Stromversorgungseinrichtung oder die Verluste in der Stromversorgungseinrichtung als Netzkenngröße zu ermitteln. Bei einer Netzkenngröße der mindestens einen Netzkenngröße kann es sich auch um eine abgeleitete Größe handeln, die aus eingangsseitig gemessenen Größen und ausgangsseitig gemessenen Größen berechnet wird.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die in die Stromversorgungseinrichtung integrierte Netzanalyseeinrichtung Strom und/oder Spannung mit einer bestimmten zeitlichen Auflösung in bestimmten Zeitintervallen messen kann, wobei entsprechende Messwerte des Stroms und/oder der Spannung ermittelt werden. Beispielsweise können die Zeitintervalle kleiner sein als 50 ms, 20 ms, 10 ms, 5 ms 1 ms oder 10 ps, um die gewünschte hohe zeitliche Auflösung der Messung zu ermöglichen. Die Netzanalyseeinrichtung kann dann aus den zeitlich aufeinanderfolgend ermittelten Messwerten die Netzkenngröße ermitteln. Beispielsweise können so statistische Kenngrößen aus den Messwerten berechnet werden.
Hinsichtlich der ermittelten mindestens einen Netzkenngröße ist die Erfindung nicht auf bestimmte konkrete Netzkenngrößen beschränkt. Beispielsweise können folgende Netzkenngrößen zusätzlich ermittelt werden, wobei auch beliebige Kombinationen möglich sind:
Phasenlage des Versorgungsnetzes an dem Eingang des Spannungswandlers, Phasenlage an dem Ausgang des Spannungswandlers,
Spannungen zwischen den einzelnen Phasen des dreiphasigen Versorgungsnetzes an dem Eingang des Spannungswandlers (z.B. in Kombination mit der Phasenlage des Versorgungsnetzes an dem Eingang des Spannungswandlers),
Spannungen zwischen den einzelnen Phasen des dreiphasigen
Versorgungsnetzes und einem Neutralleiter an dem Eingang des
Spannungswandlers, Isolationswiderstand von mindestens einer Phase des Versorgungsnetzes,
- Spannungsart des Versorgungsnetzes zur Unterscheidung von Wechselspannung und Gleichspannung, Frequenz des Versorgungsnetzes.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung einen Schaltausgang aufweisen, um in Abhängigkeit von der ermittelten Netzkenngröße ein Schaltsignal auszugeben, wobei das Schaltsignal optional binär ist und entweder einen Einschaltzustand oder einen Ausschaltzustand annimmt. Beispielsweise kann hierbei ein integriertes Relais entsprechend dem Schaltsignal angesteuert werden.
Ferner kann die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung eine optische Anzeige enthalten, um die Netzkenngröße anzuzeigen. Beispielsweise kann die optische Anzeige eine Leuchtdiode enthalten, die beispielsweise einen Fehlerzustand anzeigen kann. Es besteht jedoch im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass die optische Anzeige ein Display (z.B. LCD-Display) enthält, auf dem die Netzkenngröße angezeigt werden kann.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung auch eine Kommunikationsschnittstelle aufweisen, um die Stromversorgungseinrichtung von außen zu steuern und/oder um die Netzkenngröße oder andere Daten auszugeben. Die Kommunikationsschnittstelle kann also wahlweise eine unidirektionale Datenübertragung oder eine bidirektionale Datenübertragung ermöglichen.
Der Spannungswandler kann dazu ausgebildet sein, am Ausgang eine Gleichspannung von 24 V (oder 12 V oder 48 V) bereitzustellen. Hiermit kann z.B. ein Motor versorgt werden. Dabei kann es sich insbesondere um eine sichere Gleichspannung (SELV) handeln.
Schließlich beansprucht die Erfindung auch Schutz für einen Schaltschrank mit einer derartigen Stromversorgungseinrichtung in dem Schaltschrank. Schließlich beansprucht die Erfindung auch Schutz für ein System mit einer derartigen Stromversorgungseinrichtung und/oder einen derartigen Schaltschrank.
Das System kann einen an das Versorgungsnetz angeschlossenen oder anschließbaren Motor umfassen.
Der Motor kann dazu eingerichtet sein, nur dann anzufahren, wenn an dem Meldeausgang eine vorbestimmte Drehrichtung ausgegeben wird und/oder wenn an einem Schaltausgang der Stromversorgungseinrichtung ein vorbestimmtes Schaltsignal anliegt (z.B. ein Signal, das anzeigt, dass die richtige Drehrichtung anliegt, z.B. in Form eines binären Signals)
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer bekannten Stromversorgungseinrichtung gemäß dem Stand der Technik.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems mit der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die bekannte Stromversorgungseinrichtung 1 gemäß Figur 1 wurde bereits eingangs bei der Beschreibung des Standes der Technik erläutert. Figur 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung 1 , die teilweise mit der eingangs beschriebenen bekannten Stromversorgungseinrichtung 1 gemäß Figur 1 übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung zu Figur 1 verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung 1 besteht darin, dass eingangsseitig eine Netzanalyseeinrichtung 15 integriert ist, die an dem eingangsseitig an den Eingangsanschlüssen 2-6 anliegenden Versorgungsnetz eine Netzanalyse vornimmt und eine oder mehrere Netzkenngrößen ermittelt, nämlich die Drehrichtung des dreiphasigen Versorgungsnetzes an dem Eingang des Spannungswandlers und optional zusätzlich beispielsweise eine oder mehrere der folgenden Netzkenngrößen:
Phasenlage des Versorgungsnetzes an dem Eingang des Spannungswandlers, Phasenlage an dem Ausgang des Spannungswandlers,
Spannungen zwischen den einzelnen Phasen des dreiphasigen
Versorgungsnetzes an dem Eingang des Spannungswandlers,
Spannungen zwischen den einzelnen Phasen des dreiphasigen
Versorgungsnetzes und einem Neutralleiter an dem Eingang des
Spannungswandlers,
Isolationswiderstand von mindestens einer Phase des Versorgungsnetzes,
- Spannungsart des Versorgungsnetzes zur Unterscheidung von Wechselspannung und Gleichspannung,
Frequenz des Versorgungsnetzes.
Eine weitere Besonderheit der Stromversorgungseinrichtung 1 besteht darin, dass auch ausgangsseitig eine Netzanalyseeinrichtung 16 vorgesehen ist, die das Ausgangsnetz an den Ausgangsanschlüssen 7, 8 analysiert und mindestens eine entsprechende Netzkenngröße ermittelt.
Die beiden Netzanalyseeinrichtungen 15, 16 sind hierbei mit der Signalisierungseinrichtung 10 verbunden, die die Netzkenngrößen über die Kommunikationsschnittstelle 14 ausgeben kann.
Darüber hinaus kann die Signalisierungseinrichtung 10 hierbei die von den beiden Netzanalyseeinrichtungen 15, 16 gemessenen Netzkenngrößen miteinander verknüpfen und eine Ausgangsgröße berechnen, die dann über die Kommunikationsschnittstelle 14 ausgegeben wird. Beispielsweise kann so der Wirkungsgrad der Stromversorgungseinrichtung 1 berechnet werden oder es können die Verluste in der Stromversorgungseinrichtung 1 ermittelt werden. Die Netzkenngröße bzw. die daraus abgeleitete Ausgangsgröße kann jedoch nicht nur über die Kommunikationsschnittstelle 14 ausgegeben werden. Darüber hinaus kann die Signalisierungseinrichtung 10 auch das Relais 1 1 in Abhängigkeit von der Netzkenngröße entsprechend ansteuern. So können die Signalisierungsanschlüsse 12, 13 beliebig mit einzelnen oder mehreren Größen der Messungen durch die Netzanalyseeinrichtung 15, 16 parametriert werden.
Schließlich weist die Stromversorgungseinrichtung 1 eine optische Anzeige 17 auf, die mit der Signalisierungseinrichtung 10 verbunden ist und es ermöglicht, die gemessenen Netzkenngrößen oder daraus abgeleitete Größen anzuzeigen. Bei der optischen Anzeige kann es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode (LED) oder um ein Display (z.B. LCD- Display) handeln.
Die in die Stromversorgungseinrichtung 1 integrierte Netzanalyseeinrichtung 15, 16 kann Strom und/oder Spannung mit einer bestimmten zeitlichen Auflösung in bestimmten Zeitintervallen messen, wobei entsprechende Messwerte des Stroms und/oder der Spannung ermittelt werden. Im vorliegenden Beispiel sind die Zeitintervalle kleiner oder gleich 6 ms, insbesondere kleiner oder gleich 10 ps.
Die Netzanalyseeinrichtung 15 ist dazu ausgebildet, die relative Phasenlage der drei Phasen des Versorgungsnetzes zu überwachen. Ferner ist die Netzanalyseeinrichtung 15 dazu ausgebildet, hochfrequente Störungen herauszufiltern, z.B. einen Surge-Impuls und/oder einen Burst-Impuls.
Figur 3 zeigt ein System 20, welches die Stromversorgungseinrichtung 1 und einen Motor 22 umfasst. Der Motor 22 ist parallel zur Stromversorgungseinrichtung 1 an das Versorgungsnetz angeschlossen, hier also an ein dreiphasiges Netz. Der Motor 22 erhält von der Stromversorgungseinrichtung 1 über die Kommunikationsschnittstelle 14 und/oder die Signalisierungsanschlüsse 12, 13 ein Signal, welches anzeigt, ob die richtige (vorbestimmte) Drehrichtung des dreiphasigen Versorgungsnetzes an dem Eingang 2-6 des Spannungswandlers 9 anliegt oder nicht.
Die Stromversorgungseinrichtung 1 ist in einem Schaltschrank 21 angeordnet.
Gemäß einem weiteren Beispiel wird eine Stromversorgungseinrichtung zur Versorgung von mindestens einem Verbraucher aus einem Versorgungsnetz vorgeschlagen, welche nicht zwingend die Drehrichtung eines dreiphasigen Versorgungsnetzes an dem Eingang eines Spannungswandlers ermittelt. Diese Stromversorgungseinrichtung umfasst einen Spannungswandler 9 mit einem Eingang 2-6 zum Anschluss an das Versorgungsnetz und einem Ausgang 7, 8 zur Versorgung des mindestens einen Verbrauchers, eine Netzanalyseeinrichtung 15, 16 zur Netzanalyse und zur Erzeugung mindestens einer Netzkenngröße, und einen Meldeausgang 12, 13, 14, wobei die Netzanalyseeinrichtung 15, 16 die Netzkenngröße an dem Meldeausgang 12, 13, 14 ausgibt.
Dieser Spannungswandler 9 kann ein Gleichspannungswandler sein, wobei das Versorgungsnetz ein Gleichstromnetz ist. Alternativ kann das Versorgungsnetz ein einphasiges Wechselstromnetz sein oder ein dreiphasiges Wechselstromnetz sein. Ferner kann die mindestens eine Netzkenngröße die Spannungsart des Versorgungsnetzes zur Unterscheidung von Wechselspannung und Gleichspannung sein.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehende beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die einzelnen Merkmale der Unteransprüche unabhängig von der technischen Lehre des Hauptanspruchs. Die Erfindung umfasst also verschiedene Erfindungsaspekte, die unabhängig voneinander Schutz genießen.
Bezugszeichenliste
I Stromversorgungseinrichtung
2-6 Eingangsanschlüsse 7, 8 Ausgangsanschlüsse
9 Schaltnetzteil
10 Signalisierungseinrichtung
12, 13 Signalisierungsanschlüsse
I I Relais 14 Kommunikationsschnittstelle
15 Netzanalyseeinrichtung am Eingang
16 Netzanalyseeinrichtung am Ausgang
17 Anzeige
20 System 21 Schaltschrank
22 Motor

Claims

Patentansprüche
1. Stromversorgungseinrichtung (1 ) zur Versorgung von mindestens einem Verbraucher aus einem Versorgungsnetz, mit a) einem Spannungswandler (9) mit einem Eingang (2-6) zum Anschluss an das Versorgungsnetz und einem Ausgang (7, 8) zur Versorgung des mindestens einen Verbrauchers, b) einer Netzanalyseeinrichtung (15, 16) zur Netzanalyse und zur Erzeugung mindestens einer Netzkenngröße, und c) einem Meldeausgang (12, 13, 14), d) wobei die Netzanalyseeinrichtung (15, 16) dazu eingerichtet ist, die mindestens eine Netzkenngröße an dem Meldeausgang (12, 13, 14) auszugeben, dadurch gekennzeichnet, e) dass die mindestens eine Netzkenngröße die Drehrichtung des dreiphasigen Versorgungsnetzes an dem Eingang (2-6) des Spannungswandlers (9) anzeigt.
2. Stromversorgungseinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, a) dass die Netzanalyseeinrichtung (15, 16) dazu eingerichtet ist, eine weitere Netzkenngröße des Versorgungsnetzes an dem Eingang (2-6) des Spannungswandlers (9) zu ermitteln, und/oder b) dass die Netzanalyseeinrichtung (15, 16) dazu eingerichtet ist, eine weitere Netzkenngröße an dem Ausgang (7, 8) des Spannungswandlers (9) zu ermitteln, insbesondere die Auslastung der Stromversorgungseinrichtung (1 ).
3. Stromversorgungseinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Netzanalyseeinrichtung (15, 16) dazu eingerichtet ist, mindestens eine elektrische Größe des Versorgungsnetzes an dem Eingang (2-6) des Spannungswandlers (9) zu messen, b) dass die Netzanalyseeinrichtung (15, 16) dazu eingerichtet ist, mindestens eine elektrische Größe an dem Ausgang (7, 8) des Spannungswandlers (9) zu messen, und c) dass die Netzanalyseeinrichtung (15, 16) dazu eingerichtet ist, die eingangsseitig gemessenen Größe mit der ausgangsseitig gemessenen Größe zu verknüpfen, um die Netzkenngröße zu ermitteln, insbesondere den Wirkungsgrad der Stromversorgungseinrichtung (1 ) oder die Verluste in der Stromversorgungseinrichtung (1 ).
Stromversorgungseinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Netzanalyseeinrichtung (15, 16) dazu eingerichtet ist, Strom und/oder Spannung mit einer bestimmten zeitlichen Auflösung in bestimmten Zeitintervallen zu messen und entsprechende Messwerte des Stroms und/oder der Spannung zu ermitteln, insbesondere in Zeitintervallen von weniger als 50 ms, 20 ms, 10 ms, 5 ms oder 1 ms, insbesondere von 10 ps oder weniger und b) dass die Netzanalyseeinrichtung (15, 16) dazu eingerichtet ist, aus den Messwerten die mindestens eine Netzkenngröße zu berechnen. Stromversorgungseinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (9) ein Netzteil (9) ist, insbesondere ein Schaltnetzteil (9), wobei das Versorgungsnetz ein Wechselstromnetz ist. Stromversorgungseinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Netzkenngröße mindestens eine der folgenden Größen ist: a) Phasenlage des Versorgungsnetzes an dem Eingang (2-6) des Spannungswandlers (9), b) Phasenlage an dem Ausgang (7, 8) des Spannungswandlers (9), c) Spannungen zwischen den einzelnen Phasen des dreiphasigen
Versorgungsnetzes an dem Eingang (2-6) des Spannungswandlers (9), d) Spannungen zwischen den einzelnen Phasen des dreiphasigen
Versorgungsnetzes und einem Neutralleiter an dem Eingang (2-6) des
Spannungswandlers (9), e) Isolationswiderstand von mindestens einer Phase des Versorgungsnetzes, f) Frequenz des Versorgungsnetzes. Stromversorgungseinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schaltausgang zur Ausgabe eines Schaltsignals in Abhängigkeit von der mindestens einen Netzkenngröße, wobei das Schaltsignal optional binär ist und entweder einen Einschaltzustand oder einen Ausschaltzustand annimmt.
8. Stromversorgungseinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine optische Anzeige (17), insbesondere mit einer Leuchtdiode, zur Zustandsanzeige entsprechend der Netzkenngröße.
9. Stromversorgungseinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kommunikationsschnittstelle (14) zur Steuerung der Stromversorgungseinrichtung (1 ) von außen und/oder zur Ausgabe der Netzkenngröße als Meldeausgang.
10. Stromversorgungseinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (9) dazu ausgebildet ist, am Ausgang (7, 8) eine sichere Gleichspannung von 12 V, 24 V oder 48 V bereitzustellen.
1 1. Schaltschrank (21 ) mit einer Stromversorgungseinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. System (20) mit einer Stromversorgungseinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder den Schaltschrank (21 ) nach Anspruch 1 1 .
13. System (20) nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen an das Versorgungsnetz angeschlossenen oder anschließbaren Motor (22).
14. System (20) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (22) dazu eingerichtet ist, nur dann anzufahren, wenn an dem Meldeausgang (12, 13, 14) eine vorbestimmte Drehrichtung ausgegeben ist.
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