DE3129021A1

DE3129021A1 - Schaltungsanordnung zur messung der durchgangsleistung in gleichstrom-transformatoren

Info

Publication number: DE3129021A1
Application number: DE19813129021
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. 8407 Obertraubling Hollaus
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-07-22
Filing date: 1981-07-22
Publication date: 1983-02-10

Description

Schaltungsanordnung zur Messung der Durchgangsleistung
in Gleichstrom-Tranformatoren Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung der Durchgangsleistung in Gleichstrom-Transformatoren und zur Einstellung der einer Strom- bzw. Spannungsquelle, insbesondere einem Solargenerator, maximal entnehmbaren Leistung.
Ein optimaler Betrieb von Solargeneratoren setzt voraus, daß diesen immer die maximal mögliche Leistung entnommen wird. Hierzu werden elektronische Anpaßschaltungen verwendet, die die Belastung der Solargeneratoren über steuerbare Gleichstrom/Gleichstrom-Transformatoren so variieren, daß die Solargeneratoren gerade diese maximale Leistung abgeben. Dazu muß aber die durch den Gleichstrom-Transformator übertragene Leistung ständig gemessen werden, um auf eine Steuereinheit einwirken zu können, die ihrerseits den dem Solargenerator entnommenen Strom einstellt.
Bisher wird die übertragene Leistung einerseits durch Messung des Gleichstroms über einen Shuntwiderstand sowie andererseits durch Messung der Gleichspannung und mittels Multiplikation der beiden Meßwerte in einem analog oder digital arbeitenden Multiplizierer gewonnen.
Dieses Vorgehen verursacht aber beträchtliche Verlustleistungen im Shuntwiderstand, in einem Vorverstärker für das Strommeßsignal und im Multiplizierer. Auch ist der Aufwand für die genannten Funktionsbaugruppen erheblich.
In Fig. 1 ist eine bestehende Schaltungsanordnung dargestellt.
Zwischen Eingangsanschlüssen 1, 2, die mit dem Solargenerator (nicht dargestellt) verbunden sind, liegt ein Elektrolytkondensator C1. Der Anschluß 2 ist über einen Leistungs-Feldeffekttransistor (SIPMOS) Tr, einen Gleichrichter bzw. eine Diode D1 und einen Shuntwiderstand Sh mit einem Ausgangsanschluß 4 verbunden, während der Anschluß 1 direkt an einen Ausgangsanschluß 3 angeschlossen ist. Zwischen den Ausgangsanschlüssen 3, 4 liegt ein Verbraucher (nicht dargestellt). Die Gate-Elektrode des Transistors Tr ist über eine Steuereinheit St mit der Verbindungsleitung zwischen den Anschlüssen 1 und 3 verbunden. Parallel zu dieser Steuereinheit liegen eine Spule und ein zweiter Elektrolytkondensatbr C2. Dem Shuntwiderstand Sh sind ein Vorverstärker V und ein Multiplizierer M nachgeschaltet. Im Shuntwiderstand wird der zwischen den Anschlüssen 2 und 4 fließende Gleichstrom gemessen. Dieser Strommeßwert J wird im Vorverstärker V verstärkt und dem Multiplizierer M zugeführt. Außerdem wird an den Multiplizierer der Spannungswert U gelegt, der auch dem Anschluß 4 zugeführt wird. Der Multiplizierer berechnet das Produkt U . J und speist ein entsprechendes Stellsignal zur Steuereinheit St, die ihrerseits auf den Transistor Tr einwirkt, um den zwischen den Anschlüssen 2 und 4 fließenden Strom entsprechend zu verändern.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die mit möglichst geringer Verlustleistung arbeitet und nur wenige Bauelemente benötigt.
Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung zur Messung der Durchgangsleistung in Gleichstrom-Transformatoren und zur Einstellung der einer Strom- bzw. Spannungsquelle, insbesondere einem Solargenerator, maximal entnehmbaren Leistung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die im Gleichstrom-Transformator maximal gespeicherte Energie gemessen wird, die zur umgesetzten Leistung in dem mit konstanter Frequenz getakteten Gleichstrom-Transformator proportional ist.
Die Erfindung nutzt die Erkenntnis aus, daß in einem mit konstanter Frequenz getakteten Gleichstrom/Gleichstrom-Transformator die umgesetzte Leistung der maximal gespeicherten Energie proportional ist. Im Falle einer magnetischen Energiespeicherung läßt sich dann die gespeicherte Energie über eine verlustarme Gleichrichtung der Spulenspannung mit anschließender Integration messen.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht die Gleichstrom-Leistungsmessung mittels nur einer Diode, eines Kondensators und zweier Widerstände. Bei der Leistungsmessung entstehen lediglich die Verluste einer hochhomigen Spannungsmessung.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine bestehende Schaltungsanordnung, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig. 3 den zeitlichen Verlauf des Spulenstroms, Fig. 4 den zeitlichen Verlauf der Spulenspannung, und Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Eingangsspannung Ue und der gemessenen Gleichspannung UM.
In Fig. 2 sind für einander entsprechende Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1.
In Fig. 2 sind anstelle des Shuntwiderstands Sh, des Vorverstärkers V und des Multiplizierers M ein Integrierglied I und ein Gleichrichter G vorgesehen. Das Integrierglied I liegt zwischen dem Verbindungspunkt der Diode D1 mit dem Transistor Tr und dem Anschluß 1 auf der einen Seite und dem Gleichrichter G auf der anderen Seite. Der Gleichrichter G besteht aus einer zweiten Diode D2 und einem ersten Widerstand R1, die in Reihe geschaltet' sind. Das Integrierglied weist dagegen einen zweiten Widerstand R2 und einen Kondensator C auf. Der zweite Widerstand R2 liegt zwischen dem Verbindungspunkt des ersten Widerstands R1 mit der Diode D2 und der Steuereinheit St, während der Kondensator C parallel zum ersten Widerstand R1 vorgesehen ist. Zwischen den Anschlüssen 1 und 2 liegt die vom Solargenerator gelieferte.Eingangsspannung Ue, während zwischen den Anschlüssen 3 und 4 die den Verbraucher beaufschlagende Spannung Ua erzeugt wird.
Der Betrieb dieser Schaltung wird im folgenden an Hand der Fig. 3 bis 5 naher erläutert: In Fig. 3 ist der zeitliche Verlauf des durch die Spule L fließenden Spulenstroms 1L füp einen Taktzyklus-T dargestellt, der durch die Steuereinheit St einstellbar ist. Während einer Aufladephase T1 der Spule L steigt der Strom 1L an und es gilt dIL Ue dt L Wenn die Spule L aufgeladen ist, folgt die Entladephase T2, für die entsprechend dIL ~ Ua dt L gilt. Der maximale Strom ILmax hat dabei den Wert Da die in der~Spule L gespeicherte Energie dieser auch wieder entnommen wird, ergibt sich für die an der Spule L liegende Spannung UL (vgl. Fig. 4) U T1 =UaT2 bzw.
F = F2, wenn mit F1 und F2 die Flächeninhalte der Jeweiligen Rechtecke in Fig. 4 bezeichnet werden.
Für die übertragene Leistung P und die maximal in der Spule L gespeicherte Energie Emax ergibt sich: Das Spannungszeitprodukt Ue . T1 läßt sich durch Gleichrichtung und Integration messen, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, für die Ue . T1 = UM . To gilt, wobei UM die gemessene Spannung bedeutet. Damit liegt folgende Beziehung zwischen der gemessenen Gleichspannung UM und der gesuchten Leistung P vor: oder Die gemessene Spannung UM ist also propörtional zur Wurzel aus der Leistung P. Da aber ein Maximum der Leistung P auch ein Maximum der Spannung UM bedingt, kann die Spannung UM zur Einstellung des Leistungsmaximums herangezogen werden.
5 Figuren 6 Patentansprüche Leerseite

Claims

Patentansprüche Schaltungsanordnung zur Messung der Durchgangsleistung in Gleichstrom-Transformatoren und zur Einstellung der einer Strom- bzw. Spannungsquelle, insbesondere einem Solargenerator, maximal entnehmbaren Leistung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die im Gleichstrom-Transformator maximal gespeicherte Energie gemessen wird, die zur umgesetzten Leistung in dem mit konstanter Frequenz getakteten Gleichstrom-Transformator proportional ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Energiespeicherung in einer Induktivität (L) erfolgt und daß die an der Induktivität (L) liegende Spannung verlustarm mittels eines Gleichrichters (G) gleichgerichtet und sodann in einem Integrierglied (1). integriert wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gleichrichter (G) aus einer Reihenschaltung einer Diode (D2) und eines ersten Widerstands (R1) besteht.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Integrierglied (I) aus einem Kondensator (C) und einem zweiten Widerstand (R2) besteht.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zweite Widerstand (R2) einerseits mit der Mittelanzapfung zwischen der Diode (D2) und dem ersten Widerstand (R1) und andererseits mit einer Steuereinheit (St) verbunden ist, die über einen Leistungs-Feldeffekttransistor (Tr) die der Strom- bzw. Spannungsquelle entnehmbare Leistung einstellt.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kondensator (C) einerseits mit dem von der Diode (D2) abgewandten Ende des ersten Widerstands (R1) und andererseits mit der Mittelanzapfung zwischen dem zweiten Widerstand (R2) undder Steuereinheit (St) verbunden ist.