AT397160B

AT397160B - Dreiphasig gespeistes netzgerät

Info

Publication number: AT397160B
Application number: AT55490A
Authority: AT
Inventors: Friedrich Ing Kalny
Original assignee: Uher Ag
Priority date: 1990-03-08
Filing date: 1990-03-08
Publication date: 1994-02-25
Also published as: ATA55490A

Description

AT397160 B

Dreiphasig gespeistes Netzgerät

Die Erfindung betrifft ein dreiphasig gespeistes Netzgerät, das besonders für Kleinverbraucher, wie Tarif· und Steuergeräte geeignet ist.

Bei dreiphasigen Verbrauchern kann der Fall eintreten, daß durch ausgelöste Sicherungen oder durch Kurzschlüsse (beispielsweise durch spannungslose Phasenleiter) die Stromversorgung über eine oder zwei Phasen ausfällt. Wenn ein solcher Stromausfall z. B. ein dreiphasig gespeistes Tarifgerät zur Messung dieses Verbrauchers betrifft, dann kann u. U. der Fall eintreten, daß eine richtige Vergebührung dieses Verbrauchers unmöglich wird und der Energiebezug bei unsymmetrischer Belastung von mechanischen Elektrizitätszählem erfaßt, von elektronischen Geräten aber nicht registriert werden kann. Zur Speisung von Steuer·, Überwachungs- und Tarifgeräten sind Drehstrom-Transformatoren mit Drehstrom-Brückengleichrichtem bzw. Schaltungen mit drei Einphasen-Transformatoren mit drei angeschlossenen Vollweggleichrichterbrücken bekannt. Der Einsatz von Vorschaltkondensatoren mit anschließender Gleichrichtung war bisher nur dort möglich, wo der Gleichstrombedarf direkt aus der Gleichrichterschaltung (aus einer Phase) gedeckt werden kann. Ferner sind Systeme bekannt, bei denen die Netzspannung zunächst direkt dreiphasig gleichgerichtet und danach durch einen Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler transformiert und geregelt wird.

Eine spezielle Ausführung eines mehrphasig gespeisten Netzgerätes ist in der US-PS 4,106,089 beschrieben. Es handelt sich hierbei um einen Transformator zur Umwandlung von Strömen eines Mehrphasennetzes in Ströme eines anderen Mehrphasennetzes, wobei diese Mehrphasennetze unterschiedliche Phasenanzahlen aufweisen. Durch eine spezielle Anordnung und Beschaltung entsprechend vieler Transformatorwicklungen werden weitgehend oberwellenfreie Ausgangsströme erzielt.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein dreiphasig gespeistes Netzgerät in Drei- und Vierleiter-Drehstromversorgung für die angegebenen Zwecke zu schaffen, das funktionsfähig bleibt, wenn auch nur eine einzige Phase ausreichend Spannung führt und das überdies ein geringes Volumen und Gewicht aufweist und kostengünstig herstellbar ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß über drei in Stern- oder Dreieckschaltungen angeordnete Vorschaltimpedanzen, z. B. Kondensatoren, die zugehörigen Phasenströme bzw. verketteten Ströme geleitet sind und daß diese Ströme Primärwicklungen einer transformatorischen Summierschaltung speisen, aus der durch Verkettung der Primärströme sekundärseitig ein Ausgangsstrom gewonnen ist, der gleich ist der vektoriellen Summe von drei um 60° bzw. 120° gegeneinander versetzten Strömen.

Da in der erfindungsgemäßen Schaltung nur solche Ströme in der transformatorischen Summierschaltung primärseitig auftreten, die mit dem Netz über die Kondensatoren verbunden sind, ergibt sich der weitere Vorteil, daß keine netzspannungsfesten Primärwicklungen (mit hoher Windungszahl, geringem Drahtquerschnitt und zusätzlich stoßspannungsfest ausgebildet) erforderlich sind. Die vorgesehenen Transformatoren können auch zugleich der Anpassung des Laststromes an den Wechselstrom des betreffenden Kondensators dienen, wobei überdies bei Bedarf auch eine galvanische Trennung zwischen dem Netzgerät und der Netzspannung erzielt wird.

Wenn die Vorschaltimpedanzen nicht durch Kondensatoren, sondern von den Spannungsspulen eines Drehstromzählers gebildet werden, ergibt sich der Vorteil, daß diese Elemente bei Einbau in Tarifgeräten in Ferariszähler bereits vorhanden sind und daß dann auf Stoßspannungs-begrenzende Bauelemente verzichtet werden kann.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Summierschaltung mindestens zwei Primärwicklungen auf, die von drei in ihrer vektoriellen Summe Null ergebenden Strömen durchflossen sind, die mit einer Sekundärwicklung magnetisch verkettet sind, in die zwei dieser Ströme gleichsinnig und einer gegensinnig transformiert sind. Wenn die Kondensatoren in Sternschaltung angeordnet sind, erweist es sich als zweckmäßig, die Ströme zweier Phasen über eine gemeinsame Primärwicklung und den Strom der dritten Phase über eine eigene Primärwicklung zu führen. Wenn die Kondensatoren in Dreieckschaltung angeordnet sind, erweist es sich zweckmäßig, den verketteten Strom zwischen zwei Phasen über eine Primärwicklung und den Strom der dritten Phase über eine zweite Primärwicklung zu führen. Wenn zwischen Primär- und Sekundärstromkreisen keine galvanische Trennung erforderlich ist, erweist es sich als vorteilhaft, die Wicklungen der Summierschaltung als Autotransformatorwicklungen zu schalten. Hierbei kann auch eine der Wicklungen mit einer Anzapfung für den Ausgangsstrom versehen werden. Zur Regelung des Ausgangsstromes ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dem Ausgangskreis ein vom angeschlossenen Gerät (Tarif- oder Überwachungsgerät) gesteuerter Überlauf-Schaltstromkreis parallel zu schalten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip ist anhand der Fig. 1 erklärt. Fig. 2 zeigt ein Netzgerät gemäß der Erfindung, bei dem die Kondensatoren in einer Dreieckschaltung angeordnet sind. Die Anordnung der Kondensatoren in Sternschaltung zeigen die Fig. 3,4 und 5. Weitere Anordnungen der Kondensatoren in Dreieckschaltung sind in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Bei den in Fig. 6, 8 und 9 gezeigten Ausführungen dient als Summierschaltung je ein Autotransformator. In Fig. 10 ist eine Schaltung zur Regelung der Ausgangsspannung dargestellt.

Die Fig. 1 zeigt zwei Vektordiagramme von Dreiphasenströmen (Jr), (J§), (Jy) und zwar im linken -2-

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Diagramm die Summe dieser Ströme, die bei symmetrischer Last gleich Null ist. Das rechte Vektordiagramm zeigt die Summe von drei Strömen (Jr), (J§), (-Jf), bei denen einer, nämlich der Strom (Jj) gegenüber der ursprünglichen Phasenlage um 180° phasenverschoben ist Dem Diagramm ist zu entnehmen, daß der Strom 0-Jt) gegenüber dem Strom (¾) um 60° vorauseilend und gegenüber dem Strom (Jg) um 60° nacheilend in der 5 Phase verschoben ist Die Phasendifferenz zwischen den Strömen (Jr) und (Jg) beträgt im linken sowie im rechten Diagramm 120°. Der Erfindungsgedanke besieht nun darin, aus den drei in ihrer Summe den Wert Null ergebenden Strömen (Jr), (Jg) und (Jj) durch eine transformatorische Summierschaltung einen Summenstrom (Jr + Jg · Jf) zu gewinnen, der, außer bei allphasigem Netzausfall, niemals verschwindet, auch wenn eine oder zwei Phasen ausfallen. Somit kann aus diesem Summenstrom mittels des Netzgerätes immer eine Spannung 10 gewonnen werden, die für die Speisung des angeschlossenen Kleingerätes ausreicht Im folgenden sind die diversen Schaltungen zur Gewinnung dieser Speisespannung bzw. des entsprechenden Speisestromes beschrieben.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 bilden drei Kondensatoren (CI), (C2) und (C3) eine Dreieckschaltung, die aus dem Dreiphasennetz (R), (S), (T) über drei Primärwicklungen (WR), (WS) und (WT) gespeist wird. Die IS letztgenannten Primärwicklungen bilden zusammen mit einer sekundären Ausgangswicklung (A) eine transformatorische Summierschaltung, in der alle vier Wicklungen einen gemeinsamen Magnetkern besitzen. In dieser Schaltung sind die Wicklungen (WR) und (WS) gleichsinnig und die Wicklung (WT) gegensinnig gewickelt Dadurch ergibt sich über die Ausgangswicklung (A) ein Ausgangsstrom, der der im rechten Vektordiagramm der Fig. 1 dargestellten Summe von drei Strömen entspricht, die um 60° bzw. 120° 20 gegeneinander phasenverschoben sind, wenn die drei die Primärwicklungen (WR), (WS) und (WT) durchfließenden Ströme ihrerseits die Vektorsumme null ergeben. Mit (RI), (R2) und (R3) sind drei zwischen die Phasen geschaltete Überspannungsableiter bezeichnet, mittels derer die Maximalspannung begrenzt werden kann. In die Netzzuleitungen sind Sicherungen (SD eingeschaltet

Bei der Ausführung nach Fig. 3 sind die Kondensatoren (CI), (C2) und (C3) zusammen mit den 25 Primärwicklungen (WR), (WS) und (WT) in einer Sternschaltung angeordnet. Die transformatorische Summierschaltung ist ebenso wie die bei der Ausführung nach Fig. 2 ausgebildet. Auch die Bezeichnungen der übrigen Bauteile entsprechen denen der Fig. 2,

Die Ausführung nach Fig. 4 entspricht im wesentlichen der nach Fig. 3 mit dem Unterschied, daß der Stempunkt die interne Gerätemasse darstellt und in diesem Sinn geerdet ist. In einem Drehstrom-30 Vierleitemetz wird dieser Punkt zweckmäßigerweise mit dem Mittelpunktleiter (Mp) verbunden. Einen ähnlichen Aufbau weist auch die Ausführung nach Fig. 5 auf. Bei dieser sind jedoch die Ströme zweier Phasen, wie der Phasen (R) und (S), über eine gemeinsame Primärwicklung (WRS) geführt, während für den Strom der Phase (T) eine eigene Wicklung (WT) vorgesehen ist. Zusätzlich ist hier die Verbindung mit dem Mittelpunktleiter eingezeichnet. 35 Fig. 6 zeigt drei in einer Dreieckschaltung angeordnete Kondenstoren (CI), (C2) und (C3), die durch die Wicklung (WRS) unmittelbar an die Phasen (R) und (S) und zum anderen Teil über die Wicklungen (WRS) bzw. eines Autotransformators an die dritte Phase (T) angeschlossen sind. Über die Wicklung (WRS) sowie über den Kondensator (C3) fließt der zwischen den Phasen (R) und (S) verkettete Strom, während die verketteten Ströme der Zweige (RT) und (ST) über die Wicklung (WT) geführt sind. Der Ausgangsstrom wird 40 von der Wicklung (WT) über den mit (A*) bezeichneten Ausgang abgenommen. Zwei gegensinnig gepolte Dioden (Dl), (D2) im Ausgangskreis ermöglichen z. B. die Abnahme gleichgerichteter Ströme entgegengesetzter Polaritäten. Durch eine Anzapfung im Autotransformator (WT) kann zusätzlich eine Strom- bzw. Spannungsanpassung durchgeführt werden.

Eine ähnlich aufgebaute, jedoch mit einem normalen Transformator ausgestattete Schaltung zeigt die Fig. 7. 45 Auch hier sind die Kondensatoren (CI), (C2) und (C3) in Dreieckschaltung angeordnet und die transforma-torische Summierschaltung weist zwei Primärwicklungen auf, von denen die Wicklung (WST) einen Strom führt, während die zweite Wicklung (WR) von zwei verketteten Strömen durchflossen wird. Der Ausgangsstrom wird über eine sekundäre Ausgangswicklung (A) abgenommen.

Mit einem Autotransformator mit den Wicklungen (WRS) und (WT) ist auch die Ausführung nach Fig. 8 50 ausgestattet, bei der die Kondensatoren (CI), (C2) und (C3) in Sternschaltung angeordnet sind. Die Ströme der Phasen (R) und (S) fließen über die gemeinsame Wicklung (WRS), die mit der nur vom Phasenstrom der Phase (T) durchflossenen Wicklung (WT) verkettet ist Die Verbindungsstelle beider Wicklungen (WRS) und (WT) liegt am Nullpotential (Mp). Der Ausgangsstrom wird von der Wicklung (WRS) äbgenommen.

Die Schaltung der Fig. 9 entspricht der der Fig. 8 bis auf den Unterschied, daß der Ausgangsstiom nur von 55 einem Teil der Wicklung (WRS) abgenommen wird, die dazu mit einer Anzapfung versehen ist Der Autotrafo könnte ebenso spannungserhöhend wirken.

Fig. 10 zeigt eine Sternschaltung mit drei primären Phasenwicklungen (WR), (WS) und (WT) und mit einer Auskopplungswicklung (A). Der Auskopplungswicklung (A) ist über zwei (HF-) Drosseln ein Schutzkondensator (C4) gegen hochfrequente Störungen parallel geschaltet Die Stromrichtung im Ausgangskreis ist 60 durch mindestens eine Diode (D3) bestimmt. Das in den Ausgangskreis geschaltete Gerät (Tarif-, Überwachungs- oder Steuergerät) ist mit (G) bezeichnet. Es hat einen vorgegebenen Strombedarf, der zur -3-

Claims

5 AT 397 160 B Verfügung gestellt werden muß. Im einfachsten Fall wird daher dem Speicherkondensator (C4) eine Zenerdiode (D4) parallel geschaltet, die die Stromzufuhr zum Gerät (G) durch Absaugung von überschüssigem Strom auf das erforderliche Maß beschränkt. PATENTANSPRÜCHE 10 1. Dreiphasig gespeistes Netzgerät für Kleinverbraucher, insbesondere für Tarif- und Steuergeräte, dadurch gekennzeichnet, daß über drei in Stern- oder Dreieckschaltungen angeordnete Vorschaltimpedanzen z. B. IS Kondensatoren (CI, C2, C3) die zugehörigen Phasenströme bzw. verketteten Ströme geleitet sind und daß diese Ströme Primärwicldungen (WR, WS, WT) einer transformatorischen Summierschaltung speisen, aus. der durch Verkettung der Primärströme sekundärseitig ein Ausgangsstrom gewonnen ist, der gleich ist der vektoriellen Summe von drei um 60° bzw. 120° gegeneinander versetzten Strömen.
2. Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summierschaltung mindestens zwei Primärwicklungen (WT... WRS) aufweist, die von drei in ihrer vektoriellen Summe Null ergebenden Strömen (Jr, Jg, Jj) derart durchflossen sind, daß zwei Ströme (Jr, Jg) gleichsinnig und einer (Jj) gegensinnig überlagert sind und die Summe mit einer Sekundärwicklung (A) magnetisch verkettet ist.
3. Netzgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Kondensatoren (CI, C2, C3) in Sternschaltung angeordnet sind und die Ströme (Jr, Jg) zweier Phasen über eine gemeinsame Primärwicklung (WRS), sowie der Strom der dritten Phase über eine eigene Primärwicklung (WT) geführt sind. (Fig. 5)
4. Netzgerät nach Anbruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Kondensatoren (CI, C2, C3) in 30 Dreieckschaltung angeordnet sind und daß der verkettete Strom zwischen zwei Phasen über eine Primärwicklung (WR) und der Strom der dritten Phase über eine zweite Primärwicklung (WST) geführt sind. (Fig-7)
5. Netzgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (WRS, WT) der 35 Summierschaltung als Autotransformatorwicklungen geschaltet sind. (Fig. 6, 8)
6. Netzgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Wicklungen (WRS) mit einer Anzapfung für den Ausgangsstrom versehen ist. (Fig. 9)
7. Netzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangskreis zur Regelung der Ausgangsspannung ein Oberlauf-Schaltstromkreis (D4) parallel geschaltet ist. (Fig. 10) 45 Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -4-