WO1998013921A1 - Schaltungsanordnung zur stromerfassung eines stromleiters zur ansteuerung elektronisch steuerbarer auslöseeinrichtungen - Google Patents

Schaltungsanordnung zur stromerfassung eines stromleiters zur ansteuerung elektronisch steuerbarer auslöseeinrichtungen Download PDF

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    • H02H3/006—Calibration or setting of parameters

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for current detection of a current conductor for controlling electronically controllable triggering devices with a mains voltage supply device, the operating voltage generated by the mains voltage supply device being compared with a reference voltage and the triggering device being activated by a limit voltage which forms in the event of overcurrent.
  • a circuit arrangement of the type defined at the outset is known from EP 0 687 050 A2.
  • the generation of the operating voltage and the current detection take place here with analog-controlled switching means, which are provided separately for each current conductor.
  • pure AC measurements with corresponding evaluation circuits are also known, in which a separate so-called burden resistor is provided for each current conductor. Since the burden resistors also have resistance values that are subject to tolerances, the measurement results for current detection are also correspondingly inaccurate.
  • a power supply device for overcurrent releases is known from DE 32 23 687 AI which, in conjunction with a microprocessor, regulates the required operating voltage.
  • the measuring circuit for current detection is not decoupled from the circuit for generating the operating voltage here, so that mutual effects and thus less precise measurement results are achieved.
  • the object on which the invention is based is to define a circuit arrangement for current detection of current conductors in which, on the one hand, the expense of expensive precision components, in particular burden resistors, is reduced, and on the other hand, the measuring process for current detection and evaluation is considerably improved. According to the invention, this is due to the features
  • the circuit arrangement has a microprocessor device with a number of measurement potential inputs corresponding to the number of secondary phase windings
  • each secondary phase winding is connected to a corresponding rectifier device, the positive outputs of which are connected to an input of a control transistor via a corresponding downstream diode, 1.3 the negative outputs of the corresponding rectifier devices are connected to an output of the control transistor which is electrically conductively connected to a supply voltage output of the microprocessor device and a connection of a single burden resistor,
  • the redesigned diodes form an operating voltage on an operating voltage charging capacitor, which by means of a voltage regulating device supplies a supply voltage voltage input of the microprocessor device is supplied, 1.7 respective control inputs of the measuring transistors are connected to a respective corresponding measuring potential input such that only one measuring transistor can be switched for current detection.
  • the current detection is realized by an interrupt-controlled background process.
  • the microprocessor device now controls the regulated operating voltage in such a way that the AC voltage component of the one secondary phase winding selected for current detection by the microprocessor device is not used at the time of measurement to generate the operating voltage. The result is considerably more accurate when the secondary phase winding is not loaded. It is also to be regarded as essential to the invention that the circuit arrangement, as a precision component with high electrical resilience, requires only a single burden resistor, since the microprocessor device requires only a single measuring channel for the internally running measuring process.
  • the internal control of the microprocessor device selects the AC voltage of one secondary phase winding for current detection, the other AC voltages of the remaining secondary phase windings are available for generating the operating voltage.
  • the current acquisition and the generation of the operating voltage take place here in contrast to the analog controlled switching processes in synchronized order
  • An advantageous embodiment of the invention provides feature 2.1.
  • the measuring transistors can be controlled in such a way that the function of the control transistor is replaced, so that the additional control circuit is omitted.
  • the measuring transistors can be controlled in such a way that the function of the voltage regulating device is replaced. This is associated with a further saving in switching elements which, with appropriate control of the measuring transistors, has no adverse effect on the measurement result.
  • FIGS. 1 and 2 show two exemplary embodiments shown in FIGS. 1 and 2, the current detection for a mains voltage supply consisting of three secondary phase windings being indicated in FIG. 1, while FIG. 2 shows part of the current detection for a mains voltage supply consisting of four secondary -Phase windings is formed.
  • the mains voltage supply shown in FIG. 1 has the first, the second and the third secondary phase winding PH1, 2, 3, the alternating voltage of which is rectified by the respectively connected first, second and third rectifier device GE1, 2, 3 and via the respective first, second and third diode Dl, 2, 3 is connected to the common operating voltage charging capacitor CL.
  • this connection fertilize simultaneously with the output side of the control transistor
  • the operating voltage UB forming at the operating voltage charging capacitor is connected to the voltage regulating device SRE, the output of which leads to the supply voltage input Vcc of the microprocessor device MPE.
  • the positive output of the respective first, second and third rectifier devices GE1, 2, 3 is electrically conductively connected to the corresponding output of the respective first, second and third measuring transistors MT1, 2, 3, the respective control input of which is connected to the respective first, second and third measuring potential input P0.1, 02, 03 of the microprocessor device MPE is in conductive connection.
  • two conductively connected inputs of each measuring transistor TM1, 2, 3 are led to the common network potential input PO.G of the microprocessor device MPE. Between the mains potential input PO.G and the supply voltage output Vss of the microprocessor device MPE, the only burden resistor RB required for the measuring process is arranged.
  • the control input of the control transistor TR is connected to the measurement potential output
  • the microprocessor device MPE essentially serves to regulate the operating voltage as
  • FIG. 2 shows a similar exemplary embodiment for the circuit arrangement for current detection of a current conductor. The main difference to the embodiment in the
  • Figure 1 consists only in the fact that in the mains power supply shown here, the neutral conductor is also monitored via the secondary winding PHn with regard to an overcurrent occurring in the event of a fault.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Stromerfassung eines Stromleiters zur Ansteuerung elektronisch steuerbarer Auslöseeinrichtungen mit einer Netzspannungsversorgungseinrichtung, wobei die von der Netzspannungsversorgungseinrichtung erzeugte Betriebsspannung mit einer Referenzspannung verglichen und durch eine bei Überstrom sich bildende Grenzspannung die Auslöseeinrichtung wirksam geschaltet ist. Die über Sekundär-Phasenwicklungen (PH1, 2, 3, n) übertragende Wechselspannung wird gleichgerichtet und einer Mikroprozessoreinrichtung (MPE) von den nicht im Meßzustand befindlichen Phasen als Betriebsspannung (UB) zugeführt. Die prozessorgesteuerte Messung der Phasen erfolgt lastfrei mit präzisem Meßergebnis. Derartige Schaltungsanordnungen werden zur Ansteuerung von Überstromauslösern eingesetzt.

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung zur Stromerfassung eines Stromleiters zur Ansteuerung elektronisch steuerbarer Auslδseeinrichtungen
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Stromerfassung eines Stromleiters zur Ansteuerung elektronisch steuerbarer Auslöseeinrichtungen mit einer Netzspannungsversorgungseinrichtung, wobei die von der Netzspannungsversorgungs- einrichtung erzeugte Betriebsspannung mit einer Referenzspannung verglichen und durch eine bei Überstrom sich bildende Grenzspannung die Auslδseeinrichtung wirksam geschaltet ist. Eine Schaltungsanordnung der eingangs definierten Art ist durch die EP 0 687 050 A2 bekannt. Die Erzeugung der Be- triebsspannung und die Stromerfassung erfolgen hier mit analog gesteuerten Schaltmitteln, die für jeden Stromleiter separat zur Verfügung gestellt sind. Es sind in diesem Zusammenhang auch reine Wechselstrom-Messungen mit entsprechenden Auswerteschaltungen bekannt, bei denen für jeden Stromleiter ein eigener sogenannter Bürden-Widerstand vorgesehen ist. Da auch die Bürden-Widerstände toleranzbehaftete Widerstandswerte aufweisen, sind auch die Meßergebnisse bei der Stromerfassung entsprechend ungenau.
Desweiteren ist durch die DE 32 23 687 AI eine Stromversor- gungεeinrichtung für Überstromauslöser bekannt, die in Verbindung mit einem Mikroprozessor die Regelung der benötigten Betriebsspannung bewirkt. Allerdings ist hier der Meßkreis zur Stromerfassung von dem Stromkreis zur Erzeugung der Betriebsspannung nicht entkoppelt, so daß gegenseitige Rückwir- kungen und damit ungenauere Meßergebnisse erzielt werden. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Schaltungsanordnung zur Stromerfassung von Stromleitern zu definieren, bei der einerseits der Aufwand von teuren Präzisionsbauelementen, insbesondere von Bürden-Widerständen, re- duziert ist, bei denen andererseits der Meßvorgang zur Stromerfassung und Auswertung erheblich verbessert ist. Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale
1.1 die Schaltungsanordnung weist eine Mikroprozessoreinrichtung mit einer der Anzahl von Sekundär-Phasenwicklungen entsprechenden Zahl von Meßpotential-Eingängen auf,
1.2 jede Sekundär-Phasenwicklung steht mit einer entsprechenden Gleichrichtereinrichtung in Verbindung, deren positive Ausgänge über eine entsprechend nachgeschaltete Diode mit einem Eingang eines Regel-Transistors verbunden sind, 1.3 die negativen Ausgänge der entsprechenden Gleichrichtereinrichtungen sind gemeinsam mit einem Ausgang des Regel-Transistors verbunden, der mit einem Versorgungsspan- nungs-Ausgang der Mikroprozessoreinrichtung und einem Anschluß eines einzigen Bürden -Widerstands elektrisch lei- tend verbunden ist,
1.4 ein weiterer Anschluß des einzigen Bürden-Widerstands bildet gleichzeitig jeweilige erste Eingänge von einer der Anzahl der Sekundär-Phasenwicklungen entsrechenden Zahl von Meß-Transistoren und einem gemeinsamen Netzpo- tential-Eingang der Mikroprozessoreinrichtung,
1.5 jeweilige zweite Eingänge der Meß-Transistoren sind mit den jeweiligen positiven Ausgängen der jeweiligen Gleichrichtereinrichtungen verbunden,
1.6 die nachgestalteten Dioden bilden an einem Betriebsspan- nungs-Ladekondensator eine Betriebsspannung, die mittels einer Spannungsregeleinrichtung einem Versorgungsspan- nungs-Eingang der Mikroprozessoreinrichtung zugeführt ist, 1.7 jeweilige Steuer-Eingänge der Meßtransistoren sind mit einem jeweilig entsprechenden Meßpotential-Eingang derart verbunden, daß zur Stromerfassung nur ein Meß-Transistor schaltbar ist, erreicht .
Durch die Verwendung der Mikroprozessoreinrichtung, die praktisch zur Regelung der Betriebsspannung beiträgt, ist die Stromerfassung durch einen interruptgesteuerten Hintergrund- prozess realisiert. Im Gegensatz zu den bisher analog gesteuerten Meßabtastungen und Spannungsregelungen steuert nunmehr die Mikroprozessoreinrichtung die geregelte Betriebsspannung derart, daß gerade der zur Stromerfassung von der Mikropro- zessoreinrichtung ausgewählte Wechselspannungsanteil der einen Sekundär-Phasenwicklung für den Zeitpunkt der Messung gerade nicht zur Erzeugung der Betriebsspannung herangezogen wird. Das Ergebnis ist bei unbelasteter Netzspannung der Sekundär-Phasenwicklung erheblich genauer. Als erfindungswe- sentlich ist außerdem anzusehen, daß die Schaltungsanordnung als Präzisionsbauelement mit hoher elektrischer Belastbarkeit nur einen einzigen Bürden-Widerstand benötigt, denn die Mikroprozessoreinrichtung benötigt für den intern ablaufenden Meßvorgang nur einen einzigen Meßkanal. Während die interne Steuerung der Mikroprozessoreinrichtung die WechselSpannung jeweils einer Sekundär-Phasenwicklung zur Stromerfassung auswählt, stehen die anderen Wechselspannungen der restlichen Sekundär-Phasenwicklungen der Erzeugung der Betriebsspannung zur Verfügung. Die Stromerfassung und die Erzeugung der Be- triebsspannung erfolgt hier im Gegensatz zu den analog- gesteuerten SchaltVorgängen in synchronisierter Reihenfolge
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht das Merkmal 2.1 die Meß-Transistoren sind derart steuerbar, daß die Funktion des Regel-Transistors ersetzt ist, vor, so daß der zusätzliche Regelkreis entfällt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht das Merkmal
3.1 die Meß-Transistoren sind derart steuerbar, daß die Funktion der Spannungsregeleinrichtung ersetzt ist, vor. Damit ist eine weitere Einsparung von Schaltelementen verbunden, die bei entsprechender Ansteuerung der Meß- Transistoren keine nachteilige Auswirkung auf das Meßergebnis hat.
Die Erfindung wird durch zwei in den Figuren 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei in Figur 1 die Stromerfasssung für eine aus drei Sekundär-Phasenwicklungen bestehende Netzspannungsversorgung angegeben ist, während die Figur 2 die Stromerfassung auszugsweise für eine Netzspannungsversorgung zeigt, die aus vier Sekundär-Phasenwicklungen gebildet ist. Die in Figur 1 dargestellte Netzspannungsversorgung weist die erste, die zweite und die dritte Sekundär-Phasenwicklung PH1, 2, 3 auf, deren WechselSpannung durch die jeweils nachgeschaltete erste, zweite und dritte Gleichrichtereinrichtung GE1, 2, 3 gleichgerichtet und über die jeweils erste, zweite und dritte Diode Dl, 2, 3 an den gemeinsamen Betriebspanungs- Ladekondenεator CL geschaltet ist . Außerdem ist diese Verbin- düng gleichzeitig mit der Ausgangsseite des Regel-Transitors
TR verbunden. Die am Betriebsspannungs-Ladekondensator sich bildende Betriebsspannung ÜB ist mit der Spannungsregeleinrichtung SRE verbunden, deren Ausgang an den Versorgungsspan- nungs-Eingang Vcc der Mikroprozessoreinrichtung MPE führt. Die positiven Ausgang der jeweiligen erste, zweite und dritten Gleichrichtereinrichtung GE1, 2, 3 ist mit dem entsprechenden Ausgang des jeweiligen ersten, zweiten und dritten Meß-Transitors MT1, 2, 3 elektrisch leitend verbunden, deren jeweiliger Steuer-Eingang mit dem jeweiligen ersten, zweiten und dritten Meßpotential-Eingang P0.1, 02, 03 der Mikroprozessoreinrichtung MPE in leitender Verbindung steht. Des weiteren ist ersichtlich, daß zwei leitend miteinander verbundene Eingänge eines jeden Meß-Transistorε TMl, 2, 3 an den ge- meinsamen Netzpotential-Eingang PO.G der Mikroprozessoreinrichtung MPE geführt sind. Zwischen dem Netzpotential -Eingang PO.G und dem Versorgungsspannungs-Ausgang Vss der Mikroprozessoreinrichtung MPE ist der für den Meßvorgang benötigte einzige Bürden-Widerstand RB angeordnet . Der Steuer-Eingang des Regel-Transistors TR ist mit dem Meßpotential -Ausgang
PO .0 verbunden, während die miteinander verbundenen Eingänge des Regel-Transistors TR ebenfalls an den Versorgungsspannungs-Ausgang Vss der Mikroprozessoreinrichtung MPE geführt sind. Wie bereits erwähnt, dient die Mikroprozessoreinrich- tung im wesentliche zur Regelung der Betriebsspannung als
Versorgungsspannung, mit der die Stromerfassung der Stromleiter der Netzspannungsversorgung praktisch taktweise errechenbar ist.
Die Figur 2 zeigt ein ähnliches Ausführungsbeispiel für die Schaltungsanordnung zur Stromerfassung eines Stromleiters. Der wesentliche Unterschied zum Ausführungsbeispiel in der
Figur 1 besteht lediglich darin, daß in der hier dargestellten Netzstromversorgung auch der Nulleiter über die Sekundärwicklung PHn hinsichtlich eines im Fehlerfall auftretenden Überstromes überwacht ist. Mit den Leitungs-Widerständen
RLl,2,3,n wird im Zusammenhang mit dem entsprechenden ersten, zweiten, dritten und n-ten Ladekondensator CLl,2,3,n jeweils eine zusätzliche WechselSpannung an nichtbezeichnete Wechselspannungs-Eingänge der Mikroprozessoreinrichtung MPE zur Berechnung der Ströme in den Stromleitern übertragen.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung zur Stromerfassung eines Stromleiters zur Ansteuerung elektronisch steuerbarer Auslδseeinrichtungen mit einer NetzSpannungsversorgungseinrichtung, wobei die von der Netzspannungsversorgungseinrichtung erzeugte Betriebsspannung mit einer Referenzspannung verglichen und durch eine bei Überstrom sich bildende Grenzspannung die Auslöseeinrichtung wirksam geschaltet ist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Merkmale
1.1 die Schaltungsanordnung weist eine Mikroprozesssorein- richtung (MPE) mit einer der Anzahl von Sekundär-Phasen- Wicklungen (PH 1, 2, 3, n) entsprechenden Zahl von Meßpotential-Eingängen (P0.1, PO.2, PO.3, POn) auf, 1.2 jede Sekundär-Phasenwicklung (PHl, 2, 3, n) steht mit einer entsprechenden Gleichrichtereinrichtung (GEl, 2, 3, n) in Verbindung, deren positive Ausgänge über eine entsprechend nachgeschaltete Diode (Dl, 2, 3, n) mit einem Eingang eines Regel-Transistors (TR) verbunden sind, 1.3 die negativen Ausgänge der entsprechenden Gleichrichtereinrichtungen (GEl, 2, 3, n) sind gemeinsam mit einem Ausgang des Regel-Transistors (TR) verbunden, der mit einem Versorgungsspannungs-Ausgang (Vss) der Mikroprozessoreinrichtung (MPE) und einem Anschluß eines einzigen Bürden -Widerstands (RB) elektrisch leitend verbunden ist,
1.4 ein weiterer Anschluß des einzigen Bürden-Widerstands
(RB) bildet gleichzeitig jeweilige erste Eingänge von einer der Anzahl der Sekundär-Phasenwicklungen (PHl, 2, 3, n) entsrechenden Zahl von Meß-Transistoren (TMl, 2, 3, n) und einem gemeinsamen Netzpotential-Eingang (PO.G) der Mikroprozessoreinrichtung (MPE) ,
1.5 jeweilige zweite Eingänge der Meß-Transistoren (TMl, 2,
3, n) sind mit den jeweiligen positiven Ausgängen der jeweiligen Gleichrichtereinrichtungen (GEl, 2, 3, n) ver- bunden,
1.6 die nachgeschalteten Dioden (Dl, 2 , 3, n) bilden an einem Betriebsspannungs-Ladekondensator (CD eine Betriebsspannung (ÜB) , die mittels einer Spannungsregeleinrichtung (SRE) einem Versorgungsspannungs-Eingang (Vcc) der Mikro- Prozessoreinrichtung (MPE) zugeführt ist,
1.7 jeweilige Steuer-Eingänge der Meßtransistoren (TMl, 2, 3, n) sind mit einem jeweilig entsprechenden Meßpotential - Eingang (P01, 2, 3, n) derart verbunden, daß zur Stromerfassung nur ein Meß-Transistor (TMl, oder 2, oder 3, oder 4) schaltbar ist.
2. Schaltungsanordnung zur Stromerfassung eines Stromleiters nach Patentanspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h das Merkmal 2.1 die Meß-Transistoren (TMl, 2, 3, n) sind derart steuerbar, daß die Funktion des Regel -Transistors (TR) ersetzt ist.
3. Schaltungsanordnung zur Stromerfassung eines Stromleiters nach Patentanspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h das Merkmal 3.1 die Meß-Transistoren (TMl, 2, 3, n) sind derart steuerbar, daß die Funktion der Spannungsregeleinrichtung (SRE) ersetzt ist.
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