DE19802188C2 - Spannungswandler für Meßfunktionen in Niederspannungs-Leistungsschaltern - Google Patents

Spannungswandler für Meßfunktionen in Niederspannungs-Leistungsschaltern

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungswandler für Meßfunktionen in Leistungsschaltern und ist anwendbar insbesondere integriert in einem Niederspannungs- Leistungsschalter zur Messung der Spannung am Ort des Leistungsschalters, um beispielsweise eine Leistungsmessung vornehmen oder die Netzspannung anzeigen zu können.
Herkömmliche Spannungswandler werden außerhalb der Leistungsschalter angeordnet. Nachteilig dabei ist, daß die Spannungswandler vom Betreiber montiert und verdrahtet werden müssen.
Mit der DE 195 07 934 A1 wurde ein Spannungswandler mit erhöhter Spannungsfestigkeit zur Verwendung in einem Niederspannungs-Leistungsschalter bekannt, bei welchem einem Widerstandsteiler aus ohmschen Widerständen ein Operations­ verstärker nachgeschaltet ist, an dessen Ausgang die Primärwicklung eines induktiven Übertragers angeschlossen ist und dessen Sekundärwicklung die Unterspannungsseite des Spannungswandlers bildet. Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß der Betreiber den Spannungswandler definitiv an der Einspeiseseite anschließen muß, da die Einspeiserichtung bei herkömmlichen Niederspannungsschaltern nicht festliegt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Spannungswandler zur Realisierung von Meßfunktionen in Leistungsschaltern zu schaffen, welcher eine Spannungsmessung unabhängig von der Richtung der Einspeisung bei vergleichs­ weise geringem Schaltungsaufwand ermöglicht. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum effektiven Betreiben von in Leistungsschaltern integrierten Spannungswandlern anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 6 im Zusammen­ wirken mit den Merkmalen im jeweiligen Oberbegriff. Zweck­ mäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen enthalten.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß unabhängig von der Einspeiseseite bei ausgeschaltetem Leistungsschalter die anliegende Spannung gemessen werden kann, indem beidseitig der Schaltkontakte des Leistungsschalters je eine Teilspannung abgegriffen wird, diese Teilspannungen verglichen werden und das höhere Spannungspotential weiterverarbeitet wird, wobei für mindestens eine Phase des Netzes voneinander getrennt durch den Schaltkontakt ein erster Spannungsteiler und ein zweiter Spannungsteiler angeordnet ist, deren Ausgänge über einen Umschalter mit einem Potentialtrennungsbauelement verbunden sind und der Umschalter durch einen Komparator, welcher mit den Ausgängen der Spannungsteiler verbunden ist, gesteuert wird derart, daß der das höhere Spannungspotential besitzende Ausgang auf das gemeinsame Potentialtrennungsbauelement geschaltet wird.
An sich ist eine Treiberschaltung für einen Halbleiter- Leistungsschalter bekannt, die einen Kurzschlussstrom- Detektor aufweist. Dabei wird einem Komparator des Kurzschlussstrom-Detektors die Spannung am Kollektor des Halbleiter-Leistungsschalters zur Feststellung eines möglichen Kurzschlusses zugeführt. Im Falle eines Kurzschlusses gibt der Komparator ein Signal zur Absenkung der Spannung am Gitter des Halbleiter-Leistungsschalters aus. Ein Vergleich von zwei Spannungspotentialen an den Ausgängen von zwei Spannungsleitern und die Steuerung eines Umschalters mittels des Komparators ist hierbei nicht vorgesehen (EP 0 748 045 A2).
Der erfindungsgemäße Spannungswandler wird durch eine einfache elektronische Schaltung automatisch wahlweise mit der Einspeiseseite verbunden. An beide Anschlußseiten des Leistungsschalters wird ein Spannungsteiler angeschlossen (zwei Spannungsteiler je Phase). Die Ausgänge der Spannungsteiler werden über einen Umschalter mit dem Potentialtrennungsbauelement, beispielsweise einem Transformator mit vorgeschaltetem Verstärker, verbunden. Der als Halbleiterschalter ausgebildete Umschalter wird durch einen Komparator gesteuert, der die Einspeiseseite durch den Spannungsvergleich der beiden Spannungsteiler­ ausgänge feststellt. Der Spannungsteilerausgang, der das höhere Spannungspotential besitzt, wird damit über den Halbleiterschalter auf den Eingang des Potentialtrennungs­ bauelementes geschaltet.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines zumindest teilweise in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt die einpolige Darstellung der Schaltungs­ anordnung, welche automatisch den Spannungswandler mit der Einspeiseseite des Leistungsschalters verbindet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Leistungsschalter ausgeschaltet, daß heißt, die hier dargestellte Phase des Netzes L ist durch den geöffneten Schaltkontakt SK unterbrochen. Beidseitig des Schaltkontaktes SK ist je ein Spannungsteiler ST1 und ST2 angeordnet, wobei der Spannungs­ teiler ST1 aus der Reihenschaltung der Widerstände R1 und R2 und der Spannungsteiler ST2 aus der Reihenschaltung der Widerstände R3 und R4 gebildet wird. Am Ausgang A1 des Spannungsteilers ST1 sowie am Ausgang A2 des Spannungsteilers ST2 wird die jeweils dort anliegende Spannung abgegriffen und einerseits den Eingängen KE1 und KE2 des Komparators K, andererseits den Eingängen SE1 und SE2 des Umschalters S1 zugeführt. Der Umschalter S1, im vorliegenden Ausführungs­ beispiel ein Halbleiterschalter, ist mit seinem Steuereingang SE3 mit dem Ausgang des Komparators K verbunden. Der Komparator K vergleicht die an den Ausgängen A1 und A2 anliegenden Spannungen und schaltet den Ausgang SA1 oder SA2, je nachdem welcher das höhere Spannungspotential besitzt, über den Halbleiterschalter S1 auf das Potentialtrennungs­ bauelement PT. Das Potentialtrennungsbauelement PT besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Operationsver­ stärker V mit nachgeschaltetem Trenntransformator T.
In der Fig. 1 ist lediglich eine Phase des Netzes dargestellt. Selbstverständlich ist es möglich, an jeder Phase des Netzes eine derartige Schaltungsanordnung zu betreiben.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das hier dargestellte Ausführungsbeispiel. Viel mehr ist es möglich, durch Kombination und Modifikation der genannten Mittel und Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (7)

1. Spannungswandler für Meßfunktionen in Leistungsschaltern mit Schaltkontakten, mit einem ersten aus Widerständen gebildeten Spannungsteiler sowie einem aus Verstärker und Trenntransformator bestehenden Potentialtrennungsbauelement, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens eine Phase des Netzes (L) voneinander getrennt durch den Schaltkontakt (SK) zusätzlich zu dem ersten Spannungsteiler (ST1) ein zweiter Spannungsteiler (ST2) angeordnet ist und die Ausgänge (A1) und (A2) der Spannungsteiler (ST1) und (ST2) über einen Umschalter (Sl) mit dem Potentialtrennungsbauelement (PT) verbunden sind, und der Umschalter (S1) durch einen Komparator (K), welcher ebenfalls mit den Ausgängen (A1) und (A2) der Spannungsteiler (ST1) und (ST2) verbunden ist, gesteuert wird derart, daß der das höhere Spannungspotential besitzende Ausgang (A1, A2) auf das Potentialtrennungsbauelement (PT) geschaltet wird.
2. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (A1) des ersten Spannungsteilers (ST1) mit dem ersten Eingang (KE1) des Komparators (K) und dem ersten Eingang (SE1) des Umschalters (S1) und der Ausgang (A2) des zweiten Spannungsteilers (ST2) mit dem zweiten Eingang (KE2) des Komparators (K) und dem zweiten Eingang (SE2) des Umschalters (S1) verbunden ist.
3. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (S1) ein Halbleiterschalter ist.
4. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentialtrennungsbauelement (PT) aus einem Verstärker (V) und einem Trenntransformator (T) besteht.
5. Spannungswandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (V) ein Operationsverstärker ist.
6. Verfahren zum Betreiben von in Leistungsschaltern integrierten Spannungswandlern dadurch gekennzeichnet, daß
beidseitig der Schaltkontakte des Leistungsschalters je eine Teilspannung abgegriffen wird,
diese Teilspannungen verglichen werden und
die Teilspannung mit dem höheren Spannungspotential weiterverarbeitet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Weiterverarbeitung das höhere Spannungspotential einem gemeinsamen Potentialtrennungsbauelement zugeführt wird.
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DE19507934A1 (de) * 1995-02-24 1996-09-05 Siemens Ag Spannungswandler mit erhöhter Spannungsfestigkeit
EP0748045A2 (de) * 1995-06-06 1996-12-11 York International Corporation Treiberschaltkreis für einen Schalter

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