WO2002071080A1

WO2002071080A1 - Elektronischer spannungswandler

Info

Publication number: WO2002071080A1
Application number: PCT/DE2002/000736
Authority: WO
Inventors: Holger Hochgraef; Andreas Pancke; Hans Rehaag; Wolfgang Roehl; Peter Schust
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2002-09-12
Also published as: DE10111816A1; EP1364218A1

Abstract

Bei einem elektronischen Spannungswandler mit ohmschen Eingangsspannungsteiler werden zur Kompensation von Störspannungen, die bei fehlendem Neutralleiter (N) auftreten, vorgeschlagen die Eingangsschaltungsmasse (4) mit einem Hauptleiter (L1) zu verbinden und die beiden übrigen Hauptleiter (L2, L3) mit zwei (2, 3) der drei Eingangsklemmen zu verbinden. Ein eventuell vorhandener Neutralleiter (N) wird an die dritte Eingangsklemme (1) gelegt. Ist kein Neutralleiter vorhanden, wird diese Eingangsklemme in drei Alternativschaltungen betrieben. In der ersten Alternative wird dieser Eingang (1) kurzgeschlossen und sekundärseitig ein Widerstandssternpunkt (18, 19 ,20) gebildet. Gemäß der zweiten Alternative wird ebenfalls der Eingang (1) kurzgeschlossen und sekundärseitig softwaremäßig ein künstlicher Sternpunkt gebildet. Bei der dritten Alternative wird auf der Primärseite ein künstlicher Sternpunkt (21, 22) erzeugt.

Description

Elektronischer Spannungswandler

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektronischen Spannungswandler mit oh schen Spannungsteiler.

Elektronische Spannungswandler mit ohmschen Spannungsteiler, z. B. nach der DE 195 07 934 C2 , haben den Vorteil, dass der Eingangswiderstand extrem hoch gewählt werden kann z. B. zu 10 MΩ. Verbindet man die Schaltungsmasse mit dem Neutrallei- ter, so kann relativ genau die Spannung der drei Phasen gegen Null gemessen werden. Ist hingegen kein Neutralleiter vorhanden, sodass die Schaltungsmasse nicht an diesem angeschlossen werden kann, führen die stets vorhandenen Störkapazitäten zwischen der Schaltungsmasse und den Hauptleitern und dem üb- rigen Umfeld zur Beaufschlagung der Schaltungsmasse mit hochfrequenten und niederfrequenten Störspannungen. Je nach Frequenz und Amplitude können diese nicht immer von der nachgeschalteten Elektronik verarbeitet und kompensiert werden.

Nach der eingangs genannten DE 195 07 934 C2 ist es bekannt, drei getrennte Spannungswandler zwischen den drei Hauptlei- tern zur Messung "der verketteten Spannung zu verwenden. Diese Maßnahme ist sehr aufwändig, da drei unabhängige PrimärSchaltungen erforderlich sind. Ferner ist keine Messung gegen ei- nen eventuell vorhandenen Neutralleiter möglich.

Eine andere bekannte Möglichkeit zur Verringerung von Störeinflüssen besteht darin, die auf die Schaltungsmasse wirkenden Störspannungen durch Steuerkapazitäten parallel zu den Messwiderständen zu reduzieren oder kapazitive Spannungsteiler zu verwenden (DE 28 16 647 A) . Ein Nachteil dieser Maßnahme liegt in dem hohen Preis der hierfür erforderlichen großen Kondensatoren. Schließlich ist es bekannt, die primärseitig entstandene Störspannung auf der Sekundärseite durch einen künstlichen Sternpunkt (DE 195 07 934 C2 , CH 532 858) oder vektorielle Kompensation im angeschlossenen Mikroprozessor zu kompensieren. Wird jedoch die Elektronik durch einen hohen Hochfrequenzanteil oder eine zu hohe Amplitude übersteuert, so entstehen in den drei Phasen unterschiedliche Störungen, die dann nicht mehr kompensiert werden können. Genauso verhält es sich, wenn sich in den drei Übertragungsgliedern Tiefpässe befinden, die aufgrund ihrer Toleranzen geringfügig unterschiedliches Frequenzverhalten zeigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Spannungswandler mit ohmschen Spannungsteiler anzugeben, der auch bei nicht vorhandenem Neutralleiter genaue und problemlose Spannungsmessungen gestattet und die genannten Nachteile bekannter Spannungswandler vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen elektronischen Spannungswandler mit ohmschen Spannungsteiler, bei dem erfindungsgemäß die Masseeingangsklemme des Spannungs- wandlers mit einem Hauptleiter des Netzes und zwei der drei Eingangsklemmen mit den beiden weiteren Hauptleitern verbun- den sind, während die dritte Eingangsklemme mit einem eventuell vorhandenen Neutralleiter verbunden ist.

Für den Fall des fehlenden Neutralleiters gibt die Erfindung drei alternative Schaltungsmöglichkeiten an.

Gemäß der ersten und zweiten Schaltungsalternative wird der dritte Eingang des Spannungswandlers kurzgeschlosse und auf der Sekundärseite ein künstlicher Sternpunkt erzeugt . Nach der ersten Alternative wird dieser Sternpunkt durch einen Widerstandsternpunkt gebildet. Gemäß der zweiten Alternative wird der Sternpunkt softwaremäßig erzeugt .

Nach der dritten Alternative wird bei Netzen ohne Neutralleiter auf der Primärseite ein künstlicher Sternpunkt gebildet.

Durch die vorliegende Erfindung werden nicht nur alle Nachteile der eingangs genannten bekannten Spannungswandler ver- mieden, sondern darüber hinaus erreicht, dass auf der Sekundärseite sämtliche primärseitig vorhandenen Werte direkt er- fasst oder als Differenz gebildet werden. Auf keinen Fall gehen hierbei Informationen verloren.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Figuren beschrieben.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, für Netze mit einem Neutralleiter; Figur 2 - Figur 4 zeigen drei Ausführungsbeispiele der Erfindung für Netze ohne Neutralleiter.

Der in den Figuren dargestellte Spannungs andler weist drei Eingänge 1, 2 und 3 auf mit aus den Widerständen 5, 6 sowie 7, 8 und 9,1 0 gebildeten ohmschen Spannungsteilern. Beispielsweise können die Widerstände 5, 7 und 9 einen Widerstandswert von 8 MΩ aufweisen, während die Widerstände 6, 8 und 10 einen Widerstandswert von 80 kΩ besitzen. Am Eingang der drei Operationsverstärker 11, 12 und 13 liegt somit eine Spannung an, die gegenüber der Netzspannung im Verhältnis

1:100 geteilt ist. Die Ausgänge der drei Operationsverstärker sind über je ein Trennelement 14, 15 und 16 mit dem Mikroprozessor 17 verbunden. Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung liegt neben den drei Hauptleitern Ll, L2 und L3 ein Neutralleiter N vor. Dieser ist mit der Eingangsklemme 1 des elektronischen Spannungswandlers verbunden, während der Hauptleiter L3 mit der Eingangsklemme 2 und der Hauptleiter L2 mit der Eingangsklemme 3 verbunden ist. Der verbleibende Hauptleiter Ll ist schließlich mit der Masseklemme 4 des Spannungswandlers verbunden.

Bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig.2 dargestellt ist, fehlt der Neutralleiter. Die Eingangsklemme 1 des Spannungswandlers liegt an Masse, sodass dieser Eingang kurzgeschlossen ist. Auf der Sekundärseite bilden die Widerstände 18, 19 und 20 einen künstlichen Sternpunkt. Das Bezugspotential dieses künstlichen Sternpunktes ist aufgrund der Trennelemente 14, 15 und 16 von dem eingangsseitigen Bezugspotential verschieden, wie durch ein abweichend gewähltes Erdungssymbol veranschaulicht ist. Die übrigen Bestandteile des Spannungs- wandlers stimmen mit dem in Fig.l dargestellten Ausführungsbeispiel überein.

Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel fehlt ebenfalls der Neutralleiter. Auch hier liegt die Eingangs- klemme 1 des Spannungswandlers an Masse, die Bildung eines künstlichen Sternpunkts erfolgt hier jedoch nicht wie in Fig.2 aus drei Widerständen sondern softwaremäßig. In dem sonstigen Aufbau entspricht der Spannungswandler der Darstellung in Figur 1.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 wird auf der Primärseite ein künstlicher Sternpunkt aus den Widerständen 21 und 22 gebildet, wobei der Widerstand 21 zwischen die Eingän- ge 1 und 3 und der Widerstand 22 zwischen die Eingänge 1 und 2 des elektronischen Spannungswandlers gelegt sind. Hinsichtlich der übrigen Einzelheiten der Schaltung des Spannungswandlers sei auf die Beschreibung zu Fig. 1 Bezug genommen.

Bezugszeichenliste

1 Eingangsklemme des Spannungswandlers,

2 Eingangsklemme des Spannungswandlers, 3 Eingangsklemme des Spannungswandlers,

4 Masseklemme des Spannungswandlers,

5 Spannungsteilerwiderstand,

6 Spannungsteilerwiderstand,

7 Spannungsteilerwiderstand, 8 Spannungsteilerwiderstand,

9 Spannungsteilerwiderstand,

10 Spannungsteilerwiderstan,

11 Operationsverstärker,

12 Operationsverstärker, 13 Operationsverstärker,

14 Trenne1ement ,

15 Trennelement,

16 Trenne1ement,

17 Mikroprozessor, 18 Widerstand,

19 Widerstand,

20 Widerstand,

21 Widerstand,

22 Widerstand, Ll, L2, L3 Hauptleiter,

N Neutralleiter

Claims

Patentansprüche

1. Elektronischer Spannungswandler mit einem ohmschen Eingangsspannungsteiler, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Masseeingangsklemme (4) des Spannungswandlers mit einem Hauptleiter (Ll) des Netzes und zwei (2, 3) der drei Eingangsklemmen mit den beiden weiteren Hauptleitern (L2, L3) verbunden sind, während die dritte Eingangsklemme (1) mit ei- nem eventuell vorhandenen Neutralleiter (N) verbunden ist.

2. Elektronischer Spannungswandler nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei Netzen ohne Neutralleiter der dritte Eingang (1) des elektronischen Spannungswandlers kurzgeschlossen ist und auf der Sekundärseite ein künstlicher Sternpunkt gebildet ist .

3. Elektronischer Spannungswandler nach Patentanspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der künstliche Sternpunkt durch einen Widerstandssternpunkt (18, 19 20) gebildet ist. (Fig.2 )

4. Elektronischer Spannungswandler nach Patentanspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der künstliche Stempunkt softwaremäßig gebildet ist. (Fig. 3)

5. Elektronischer Spannungswandler nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei Netzen ohne Neutralleiter auf der Primärseite des

Spannungswandlers ein künstlicher Sternpunkt gebildet ist. (Fig. 4)