CH658520A5

CH658520A5 - Schaltungsanordnung zur speisung eines messgroessenumformers.

Info

Publication number: CH658520A5
Application number: CH43483A
Authority: CH
Inventors: Zur Gathen Guenter Von
Original assignee: Hartmann & Braun Ag
Priority date: 1982-03-04
Filing date: 1983-01-26
Publication date: 1986-11-14
Also published as: DE3207785C2; DE3207785A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Speisimg eines Messgrössenumformers nach der Gattung des Patentanspruches 1.

Aus der DE-OS 2 135 426 ist ein mV/I-Messgrössenum-former bekannt geworden, bei dem der Messstromkreis durch einen Übertrager galvanisch vom Speisestromkreis getrennt ist. Die Primärwicklung des Übertragers weist eine Mittelanzapfung auf, der der Ausgangsstrom entnommen wird, während den beiden Enden der Primärwicklung eine Versorgungswechselspannung zugeführt wird. Zur galvanischen Trennung des Speisestromkreises vom Ausgangsstromkreis ist ein weiterer Übertrager für die Versorgungsspannung erforderlich. Aus der DE-OS 2 847 206 ist eine Schaltungsanordnung zur galvanischen Trennung von analogen Gleichstrom-Signalen mit einem Trenntransformator bekannt, bei dem eine Hilfsgleichspannung über eine Zerhackerschaltung in die einzige Sekundärwicklung des Trenntransformators eingespeist wird. Der sekundärseitige Speisestromkreis liegt in Reihe mit dem Ausgangsstromkreis, so dass keine galvanische Trennung zwischen Hilfsenergiekreis und Ausgangsstromkreis gegeben ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Speisung eines Messgrössenumformers zu schaffen, die mit einem Trennübertrager auskommt und die eine galvanische Trennung zwischen dem Hilfsenergie-stromkreis, dem Eingangs- bzw. Messumformerstromkreis und dem Ausgangsstromkreis gewährleistet. Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur 1 ein Blockschaltbild einer Messumformerspeisung gemäss der Erfindung,

Figur 2 eine Eingangsschaltung zur Übertragung von eingeprägten Gleichströmen, und

Figur 3 eine Eingangsschaltung zur Messung von Strom, Spannung oder Widerstand mit einem Vorverstärker.

Figur 1 zeigt einen Übertrager 7 mit einer Primärwicklung Wl sowie zwei Sekundärwicklungen W2 und W3. Der mit der Primärwicklung Wl verbundene Speisestromkreis besteht aus einer Hilfsspannungsquelle mit der Spannung s Uh, einer Konstant-Stromquelle 10 und einem Zerhacker 1. Der Eingangsstromkreis enthält einen Messgrössenumformer MU, der über die Sekundärwicklung W2 mit dem Eingangsstrom IE versorgt wird. Die zweite Sekundärwicklung W3 versorgt den Ausgangsstromkreis mit Spannungsbegren-io zer 4, Referenzspannung 5 und Ausgangsverstärker 6 mit dem Ausgangsstrom IA.

Die Hilfsspannung UH wird mit Hilfe der Konstantstromquelle 10 in einen eingeprägten Gleichstrom I von beispielsweise 80 mA umgeformt. Ein Zerhacker 1 schaltet die-is sen Gleichstrom I mit einer Zerhackerfrequenz von z. B. 5 kHz auf die Primärwicklung Wl des Übertragers 7. Der Übertrager ist so ausgelegt, dass er bei dieser Frequenz einen sehr geringen Magnetisierungsstrom aufnimmt und der Übertragerkern nicht in der Sättigung betrieben wird. Hier-20 durch wird der eingeprägte und zerhackte Gleichstrom I verlustarm auf die beiden Sekundärwicklungen W2 und W3 übertragen. Je nach Belastung des an die Sekundärwicklung W2 bzw. W3 angeschlossenen Stromkreises teilt sich der eingeprägte Speisestrom I unter Berücksichtigung des Überset-25 Zungsverhältnisses in zwei eingeprägte Teilströme auf, welche die Sekundärwicklung W2 des Eingangsstromkreises und die Sekundärwicklung W3 des Ausgangsstromkreises durchmessen. Beide eingeprägten Ströme werden mit Hilfe einer Gleichrichterbrücke 2 bzw. 3 gleichgerichtet und mit 3o Kondensatoren C geglättet. Der gleichgerichtete Strom der Sekundärwicklung W2 ist mit Eingangsstrom IE und der Strom der Wicklung W3 mit Ausgangsstrom IA bezeichnet.

Das Übertragungsprinzip beruht darauf, dass bei dem beschriebenen Übertrager die Summe der Ausgangsströme 35 in den Sekundärwicklungen W2 und W3 unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses W1/W2 und W1/W3 einen konstanten Wert annimmt, da der durch die Wicklung Wl fliessende Speisestrom I konstant ist. Der Eingangsstrom IE im Messumformer-Stromkreis wird durch den vor-40 geschalteten Messumformer MU vorgegeben und beträgt beispielsweise 4 bis 20 mA. Wird W2 = W3 gewählt, so fliesst bei einem Eingangsstrom IE von vorzugsweise 4... 20 mA ein Ausgangsstrom IA von 40... 24 mA, wenn das Übersetzungsverhältnis Wl/W2 = Wl/W3 mit 1,8TF 45 festgelegt ist. Die Summe der Sekundärströme IA und IE ist stets konstant und beträgt im gewählten Beispiel 44 mA, woraus sich ein Speisestrom I von 1,8T8 x 44 mA = 80 mA errechnet. Diese Bedingung gilt, solange die Bürdenspannung für den Ausgangsstrom IA insbesondere bei grossem IA so nicht zu gross wird. Um die Bürdenspannung auf einen maximal zulässigen Wert zu begrenzen, ist im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 der Gleichrichterbrücke 3 ein Spannungsbegrenzer 4 nachgeschaltet. Der den Spannungsbegrenzer 4 durchfliessende Ausgangsstrom IA verhält sich streng pro-55 portional nach folgender Beziehung:

6o das heisst mit steigendem Eingangsstrom IE wird der Ausgangsstrom IA kleiner. Über einen Sekundärwiderstand R wird der Gleichstrom IA in eine Spannung umgeformt, die der Aussteuerung eines Ausgangsverstärkers 6 dient. An dessen Ausgang steht eine Gleichspannung Ua oder ein Gleiches ström Ia zur Verfügung, die dem Ausgangsstrom IA gemäss der genannten Beziehung proportional folgt.

Die zwischen dem Spannungsbegrenzer 4 und dem Ausgangsverstärker 6 geschaltete Referenzspannungsquelle 5

hat die Aufgabe, den Nullpunkt des Ausgangsverstärkers derart zu unterdrücken, dass bei Messanfang, z.B. bei IE = 4 mA bzw. Ia = 40 mA die Ausgangsgrösse auf einen gewünschten Anfangswert von Ia = 0 mA oder Ia = 4 mA eingestellt werden kann. Damit die Ausgangsgrösse Ua oder Ia ein hinreichend gutes Messergebnis darstellt, ist der Versorgungsstrom der Referenzspannungsquelle 5 und des Ausgangsverstärkers 6 auf einen definierten Wert von z.B. 2 mA einzustellen. Jedoch können vorteilhafterweise Referenzspannungsquellen und Operationsverstärker mit niedrigem Eigenverbrauch eingesetzt werden.

Die gewählten Ströme dienen lediglich zur Erläuterung eines bevorzugten Anwendungsbeispieles. Im Prinzip ist jedoch die Grösse des Konstantstromes I und das Übersetzungsverhältnis ^ und frei wählbar. W2 W3

3 658 520

Durch das Einschalten der in Figur 2 dargestellten Eingangsschaltung 8 in den Eingangsstromkreis gemäss Figur 1 lässt sich die Funktion des Messgrössenumformers in eine reine Messfunktion für eingeprägte Gleichströme abwan-5 dein. An die Stelle des Messgrössenumformers MU tritt ein aktiver Gleichstromgeber, der einen Strom I* in die Eingangsschaltung 8 generiert. Deren Darlington-Stufe stellt einen veränderlichen Widerstand dar, dessen Wert sich in Abhängigkeit von I* derart verändert, dass ein dem Strom I* io entsprechender Eingangsstrom in der Sekundärwicklung W2 fliesst. Figur 3 zeigt schliesslich eine Eingangsschaltung 9, die eine Messung von Strömen, Spannungen oder Widerständen ermöglicht. Sie wird in gleicher Weise wie die Eingangsschaltung 8 in den Eingangsstromkreis gemäss Figur 1 15 geschaltet.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

658 520 PATENTANSPRÜCHE

1. Schaltungsanordnung zur Speisung eines Messgrössen-umformers mit gleichzeitiger galvanischer Trennung eines Eingangs- und eines Ausgangsstromkreises, wobei der Mess-grössenumformer im Eingangsstromkreis liegt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übertrager (7) vorgesehen ist mit einer Primärwicklung (Wl) für den Speisestromkreis, mit einer ersten Sekundärwicklung (W2) für den Eingangsstromkreis sowie mit einer zweiten Sekundärwicklung (W3) für den Ausgangsstromkreis, dass der Speisestrom ein Konstantstrom (I) ist, der über einen Zerhacker (2) auf die Primärwicklung (Wl) geschaltet ist, dass der Messgrössenumformer (MU) über eine Gleichrichterbrücke mit der ersten Sekundärwicklung (W2) verbunden ist und dass die zweite Sekundärwicklung (W3) des Übertragers mit einer Gleichrichterbrücke zur Erzeugung eines Ausgangsgleichstromes (Ia) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungszahlen der Primärwicklung (Wl) und der Sekundärwicklungen (W2 und W3) frei wählbar sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speisestrom einer Konstantstromquelle (1) entnommen ist, die von einer Spannungsquelle (Uh) gespeist ist.