| JP3486552 | DRIVE DEVICE FOR IGBT |
| JP10080133 | SYNCHRONOUS CIRCUIT FOR COMMERCIAL POWER SUPPLY |
| JP2006246617 | POWER CONVERTER |
HALLAK, Jalal (Donaustadtstr. 30/15/14, Wien, A-1220, AT)
| Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung zur Erkennung von Netznulldurchgängen einer Netzspannung (U NETZ ) eines Wechselspannungsnetzes, wobei ein durch die Netzspannung (U NETZ ) hervorgerufener Messstrom
(i, i R , i F , i FP , i FN ) einem Nulldurchgangsdetektor (31, 32) zur Bildung eines Netznulldurchgangsignals zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Leiter (L) und Nullleiter (N) des Wechselspannungsnetzes eine Stromsenke (1, Ia, Ib, 11, 12) angeordnet ist, mittels welcher der Verlauf des Stromwertes des durch die Netzspannung (U NETZ ) hervorgerufenen Messstromes (i, i R , i F , i FP , i FN ) festgelegt ist .
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsenke (1, Ia, Ib, 11, 12) als variable Stromsenke ausgebildet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die variable Stromsenke (1, Ia, Ib, 11, 12) bewirkte Verlauf des Stromwertes des Messstromes (i, i R , i F , i FP , i FN ) indirekt proportional zum Verlauf der Netzspannung (U NETZ ) ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die variable Stromsenke (1, Ia, Ib, 11, 12) bewirkte Verlauf des Stromwertes mit einem Mindestwert (i M m) begrenzt ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsenke (1, 11, 12) in Reihe mit einem Widerstand (R) angeordnet ist und dass parallel zu dem Widerstand (R) ein als Komparator oder Operationsverstärker ausgebildeter Nulldurchgangsdetektor angeordnet ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Komparators bzw. des Operationsverstärkers mit einem Element zur galvanischen Trennung (OPTO) verbunden ist.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsenke (1, Ia, Ib, 11, 12) in Reihe mit einem Element zur galvanischen Trennung (OPTO, OPTOl, 0PT02) angeordnet ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Element zur galvanischen Trennung als Optokoppler (OPTO, OPTOl, 0PT02) ausgebildet ist.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsenke (1, Ia, Ib, 11, 12) als unidirektionale oder als bidirektionale Stromsenke ausgebildet ist.
10. Wechselrichter zur Einspeisung elektrischer Energie in ein Wechselspannungsnetz, dadurch gekennzeichnet, dass die Netznulldurchgänge der Netzspannung (U NE τz) mittels einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 erfasst sind. |
Schaltungsanordnung zur Erkennung von Netznulldurchgängen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erkennung von Netznulldurchgängen einer Netzspannung eines Wechselspannungsnetzes, wobei ein durch die Netzspannung hervorgerufener Messstrom einem Nulldurchgangsdetektor zur Bildung eines Netznulldurchgangsignals zugeführt ist.
Schaltungsanordnungen zur Erkennung von Netznulldurchgängen einer Netzspannung eines Wechselspannungsnetzes werden überall dort eingesetzt, wo ein zur Wechselspannung synchrones Signal benötigt wird.
Ein Einsatzgebiet ist die phasenrichtige Ansteuerung von Leistungsteilen eines Umrichters oder Wechselrichters in Abhängigkeit von den Netznulldurchgängen der Netzspannung.
Dabei dient ein Umrichter bzw. Wechselrichter beispielsweise der Bereitstellung elektrischer Energie in Form eines Wechselstromes, welcher zur Einspeisung in ein Wechselspannungsnetz geeigneten ist. Ein Anwendungsgebiet hierfür ist die Anbindung alternativer Stromquellen an ein zumeist öffentliches Wechselspannungsnetz. Derartige Stromquellen können Solarpaneele, Brennstoffzellen, Windkraftgeneratoren oder sonstige Stromquellen wie Akkumulatoren sein.
Nach dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Wechselrichterschaltungen mit unterschiedlichen Anwendungsmöglichkeiten bekannt. Verwendet werden dabei verschiedene Grundtypen elektronsicher Wandler wie z.B. Hochsetzsteller, Tiefsetzsteiler oder Hochtiefsetzsteiler zur Erzeugung eines halbwellenförmigen Stromes, kombiniert mit Voll- oder Halbbrücken zur Invertierung jeder zweiten
Halbwelle mit dem Resultat eines ein- oder mehrphasigen Wechselstroms .
Insbesondere in Photovoltaikanlagen sind verschiedene Auflagen der Netzbetreiber und der Behörden zu erfüllen, beispielsweise die Einspeisung eines sinusförmigen Stromes. Die Sinusform wird dabei in der Regel aus der Netzspannung abgeleitet .
Ein wesentliches Kriterium für eine netzsynchrone Einspeisung ist die genaue Erkennung der Netznulldurchgänge zur phasenrichtigen Ansteuerung der Leistungsteile. Die Netznulldurchgänge in der Netzspannung definieren für die Wechselrichtersteuerung die Zeitpunkte zur Umschaltung von einer positiven zur negativen Halbwelle und vice versa.
Die phasenrichtige Ansteuerung der Leistungsteile eines Wechselrichters ist aber auch für die Gerätesicherheit wesentlich. Ein fehlerhaftes Umschalten von einer positiven zur negativen Halbwelle bzw. umgekehrt führt ohne entsprechende Absicherungsmaßnahmen zu einem Netzkurzschluss im Leistungsteil des Wechselrichters, welcher die Beschädigung bzw. Zerstörung der Leistungskomponenten zur Folge haben kann.
Eine bekannte Schaltungsanordnung zur Erkennung von Nulldurchgängen besteht aus einem Spannungsteiler und einem Komparator oder Operationsverstärker (vgl. Fig. 1 und 2). Dabei liegt am Ausgang des Komparators bzw. Operationsverstärkers ein Rechtecksignal an, wobei beispielsweise dessen Low-Wert eine negative Halbwelle und dessen High-Wert eine positive Halbwelle der Netzspannung anzeigt. Der Signalwert ändert sich also mit jedem Nulldurchgang der Netzspannung. Die Widerstände des Spannungsteilers sind dabei hochohmig um die Verlustleistung gering zu halten.
Derartige Schaltungen sind aufgrund der hochohmigen Eingänge des Komparators bzw. Operationsverstärkers anfällig für Fehlerfassungen der Netznulldurchgänge. Auslöser für solche Fehlerfassungen können elektromagnetische Störungen oder Störungen im Netz sein. Dabei kann es vorkommen, dass am Eingang des Komparators bzw. Operationsverstärkers ein Stromwert anliegt, dessen Vorzeichen nicht der momentanen Sollphasenlage der Netzspannung entspricht, wodurch ein falscher Netznulldurchgang registriert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, welche eine störungssichere Erfassung der Netznulldurchgänge ermöglicht .
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Schaltungsanordnung zur Erkennung von Netznulldurchgängen einer Netzspannung eines Wechselspannungsnetzes, wobei ein durch die Netzspannung hervorgerufener Messstrom einem Nulldurchgangsdetektor zur Bildung eines
Netznulldurchgangsignals zugeführt ist und wobei zwischen Leiter und Nulleiter des Wechselspannungsnetzes eine Stromsenke angeordnet ist, mittels welcher der Verlauf des Stromwertes des durch die Netzspannung hervorgerufenen Messstromes festgelegt ist.
Der Einsatz der Stromsenke stellt sicher, dass der Betrag des Messstromwertes auch bei niedrigen Netzspannungswerten im Bereich der Nulldurchgänge groß genug ist, um bei auf den Messstrom einwirkenden Störungen das phasenrichtige Vorzeichen des Messstromes beizubehalten. Bewirkt beispielsweise während einer positiven Netzhalbwelle eine elektromagnetische Störung am Eingang des Nulldurchgangsdetektors eine Absenkung des Messstromwertes, bleibt dieser trotzdem positiv und es kommt nicht zu einer fehlerhaften Erkennung eines Nulldurchganges.
Die erfindungsgemäße Anordnung stellt also im kritischen Bereich nahe den Netznulldurchgängen der Netzspannung einen ausreichend hohen Messstrom bereit um die Nulldurchgänge unbeeinflusst von einwirkenden Störungen sicher zu erkennen. Andererseits wird aber auch durch eine entsprechende
Begrenzung des Messstromes im Bereich der Scheitelpunkte der Netzspannung die Verlustleistung niedrig gehalten.
In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung ist die Stromsenke als variable Stromsenke ausgebildet, um die
Verlustleistung durch einen variablen Verlauf des Messstromes zu optimieren.
Dabei ist es zum Beispiel vorteilhaft, wenn der durch die variable Stromsenke bewirkte Verlauf des Stromwertes indirekt proportional zum Verlauf der Netzspannung ist. Das Signal zur Steuerung der Stromsenke und damit zur Festlegung des Verlaufes des Messstromwertes kann dann direkt vom Verlauf der Netzspannung abgeleitet werden.
Um im Bereich der Netznulldurchgänge einen besonders ausgeprägten Anstieg des Messstromes bereitzustellen ist es günstig, einen entsprechend hohen Proportionalfaktor einzustellen und dabei den Verlauf des Messstromwertes für hohe Netzspannungswerte mit einem Mindestwert zu begrenzen.
In einer vorteilhaften Schaltungsanordnung ist die Stromsenke in Reihe mit einem Widerstand angeordnet und parallel zu dem Widerstand ist ein als Komparator oder Operationsverstärker ausgebildeter Nulldurchgangsdetektor angeordnet. Diese Anordnung ist mit einfachen Bauteilen realisierbar und liefert am Ausgang des Nulldurchgangsdetektors ein Rechtecksignal, dessen High-Wert eine positive Halbwelle der Netzspannung und dessen Low-Wert eine negative Halbwelle der Netzspannung anzeigt.
Dabei ist es günstig, wenn der Ausgang des Komparators bzw. des Operationsverstärkers mit einem Element zur galvanischen Trennung, z.B. einem Optokoppler verbunden ist.
In einer anderen Schaltungsanordnung ist die Stromsenke in
Reihe mit einem Element zur galvanischen Trennung, z.B. einem Optokoppler angeordnet. Bei dieser Anordnung liegt am Ausgang des Optokopplers ein invertiertes Rechtecksignal an. Der Low- Wert zeigt demnach eine positive Halbwelle und der High-Wert eine negative Halbwelle der Netzspannung an. Diese Anordnung liefert mit wenigen Bauteilen ein galvanisch getrenntes Netznulldurchgangssignal .
Die Stromsenke selbst ist als unidirektionale oder als bidirektionale Stromsenke ausgebildet, je nach dem, welches Nulldurchgangssignal erwünscht ist. In einer Schaltung mit unidirektionaler Stromsenke bleibt der Messstrom solange ungleich Null, solange die Netzspannung größer als Null ist bzw. für die Ausführungsform mit in Reihe zur Stromsenke angeordnetem Optokoppler die Netzspannung größer als die Durchlassspannung der Optokopplerdiode ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Wechselrichter, dessen Leistungsteil in Abhängigkeit von den Netznulldurchgängen einer Netzspannung eines
Wechselspannungsnetzes angesteuert ist. Dabei ist ein Wechselrichter zur Einspeisung elektrischer Energie in ein Wechselspannungsnetz vorgesehen, bei welchem die Nulldurchgänge der Netzspannung mittels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erfasst sind.
Vor allem bei Wechselrichtern zur Anschaltung von alternativen Stromquellen an ein Wechselstromnetz ist es wichtig, einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, um die Wirtschaftlichkeit alternativer Stromerzeugung sicherzustellen. Deshalb werden in Leistungsteilen derartigen Wechselrichter besonders verlustarme Bauteile eingesetzt.
Solche Bauteile sind sehr sensibel gegenüber fehlerhaften Phasenumschaltungen und daraus resultierenden Netzkurzschlüssen. Es ist deshalb wichtig, dass die Netznulldurchgänge sicher erkannt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 Schaltungsanordnung mit Spannungsteiler und Komparator (Stand der Technik)
Fig. 2 Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 erweitert um einen Optokoppler (Stand der Technik)
Fig. 3 Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit Komparator
Fig. 4 Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit Optokoppler
Fig. 5 Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung mit zwei Stromsenken und zwei Optokopplern
Fig. 6 Ansteuerung einer spannungs- oder stromgesteuerten unidirektionalen Stromsenke
Fig. 7 Signalverläufe bei Verwendung einer unidirektionalen Stromsenke Fig. 8 Ansteuerung einer spannungs- oder stromgesteuerten bidirektionalen Stromsenke
Fig. 9 Signalverläufe bei Verwendung einer bidirektionalen Stromsenke
Figur 1 zeigt eine einfache Schaltungsanordnung zur Erkennung von Netznulldurchgängen nach dem Stand der Technik. Dabei bilden zwei Widerstände Rl und R2 einen Spannungsteiler zwischen Leiter L und Nullleiter N eines Wechselspannungsnetzes. Ausgehend vom Leiter L wird die
Netzspannung U NE τz über den ersten Widerstand Rl und den zweiten Widerstand R2 abgebaut, wobei ein Messstrom i durch die Widerstände Rl, R2 fließt. Parallel zum zweiten Widerstand R2 ist ein Komparator oder Operationsverstärker als Nulldurchgangsdetektor geschaltet, an dessen Ausgang das Nulldurchgangssignal als Rechtecksignal anliegt. Der High- Wert entspricht einer positiven Halbwelle der Netzspannung U NETZ und der Low-Wert einer negativen Halbwelle der Netzspannung U NE τz • Die Eingänge des Komparators bzw. Operationsverstärkers können mit Schutzdioden geschützt sein.
Um die sich ergebende Verlustleistung gering zu halten, sind die beiden Widerstände Rl, R2 in der Regel hochohmig ausgebildet (z.B. 200kω bis 300kω für den ersten Widerstand Rl und 2kω bis 5kω für den zweiten Widerstand R2) . Bei einem 230V Wechselspannungsnetz ergibt sich daraus eine maximale Gesamtverlustleistung von 0,26W (ohne Berücksichtigung der Schutzdioden) .
Für den Messstrom i ergibt sich damit im Scheitelwert der
Netzspannung U NE τz ein Wert von 1,6ImA (ohne Berücksichtigung der Schutzdioden) und im Nulldurchgangsbereich bei einer Netzspannung U NE τz von IV ein Wert von 5μA (ohne Berücksichtung der Schutzdioden) .
In Figur 2 ist wiederum eine Schaltung nach dem Stand der Technik mit einem Spannungsteiler und einem Komparator bzw. Operationsverstärker dargestellt, wobei der Ausgang des Komparators bzw. Operationsverstärkers mit einem Optokoppler OPTO zur galvanischen Trennung vorgesehen ist. Da der
Optokoppler OPTO eine Invertierung des Signals bewirkt, sind die Eingänge des Komparators bzw. Operationsverstärkers vertauscht, sodass als Nulldurchgangssignal am Ausgang des Optokopplers OPTO das gleiche Signal wie am Ausgang des Komparators bzw. Operationsverstärkers in Figur 1 anliegt.
Die in Figur 1 und 2 dargestellten Schaltungen nach dem Stand der Technik sind sehr empfindlich gegenüber Störungen, wenn sich die Netzspannung U NE τz einem Nulldurchgang nähert und damit der Messstrom i im Spannungsteiler sehr klein wird. Es genügen dann z.B. geringe elektromagnetische Störungen, die auf die hochohmigen Eingangsverbindungen des Komparators bzw. Operationsverstärkers einstrahlen um eine fehlerhafte Auswertung des Komparators bzw. Operationsverstärkers herbeizuführen. Ebenso können geringfügige Störungen im Netz selbst zu einem Fehler bei der Nulldurchgangserkennung führen, da aufgrund des geringen Messstromes i bereits Störungen geringer Leistung zu einem Vorzeichenwechsel am Eingang des Komparators bzw. Operationsverstärkers führen können .
Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, dargestellt in Figur 3, weist diese Nachteile nicht auf. Diese Schaltungsanordnung unterscheidet sich von der in Figur 1 dargestellten dadurch, dass anstelle des ersten Widerstands Rl eine Stromsenke 1, d.h. eine elektronische Last mit gesteuertem Strom oder Spannung, vorgesehen ist.
Die Stromsenke 1 ist im einfachsten Fall so eingestellt, dass bei einer Netzspannung U NE τz ungleich Null ein konstanter Messstrom i R fließt. Die Stromsenke 1 kann dabei als unidirektionale oder als bidirektionale Stromsenke ausgebildet sein. Im ersten Fall fließt nur bei einer positiven (oder nur bei einer negativen) Halbwelle der Netzspannung U NE τz ein konstanter Messstrom i R . Der Beginn bzw. das Ende einer Nullwertphase des Messstromes i R gibt bei einer unidirektionalen Stromsenke 1 den Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der Netzspannung U NE τz an. Bei einer bidirektionalen Stromsenke 1 dreht sich die Flussrichtung des Messstromes i R mit jedem Nulldurchgang der Netzspannung U NET z um. Somit zeigt der Vorzeichenwechsel des Messstromes i R den Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der Netzspannung U NET z an.
Eine andere erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist in Figur 4 dargestellt. Dabei ist eine Stromsenke 1 in Reihe mit einer Diode D und einem Optokoppler OPTO als Nulldurchgangsdetektor zwischen den Leiter L und den Nullleiter N eines Wechselspannungsnetzes geschaltet. Durch diese
Reihenschaltung fließt im einfachsten Fall wieder ein konstanter Messstrom i F , wenn die Netzspannung U NE τz größer ist als die Summe der Durchlassspannung der Diode D und der Durchlassspannung der Diode des Optokopplers OPTO. Der Anfang bzw. das Ende einer Nullwertphase des Messstromes i F zeigt dabei einen Nulldurchgang der Netzspannung U NE τz an. Die sich aus den Durchlassspannungen der Dioden ergebenden Ungenauigkeiten können von einer nachgeschalteten analogen oder digitalen Kompensationseinheit ausgeglichen werden, da die bekannten Durchlassspannungen der Dioden in der Regel nur minimalen änderungen (z.B. bei Temperaturschwankungen) unterliegen .
Am galvanisch vom Eingang getrennten Ausgang des Optokopplers OPTO liegt demnach ein invertiertes Nulldurchgangssignal in
Rechtecksform an. Der High-Wert zeigt eine negative Halbwelle und der Low-Wert eine positive Halbwelle der Netzspannung U NETZ an. Um die Detektiersicherheit der Netznulldurchgänge zu steigern, wird zur Erfassung der negativen Halbwelle und zur Erfassung der positiven Halbwellen der Netzspannung U NE τz je eine Reihenschaltung aus einem Stromwandler Ia, Ib und einem Optokoppler OPTOl, 0PT02 eingesetzt. Eine derartige Schaltungsanordnung ist in Figur 5 dargestellt. Während einer positiven Halbwelle der Netzspannung U NE τz fließt ein positiver Messstrom i FP durch einen ersten Optokoppler OPTOl und eine erste Stromsenke Ia. Während einer negativen Halbwelle der Netzspannung U NE τz fließt ein negativer Messstrom i FN durch eine zweite Stromsenke Ib und einen zweiten Optokoppler 0PT02. Die Ausgangssignale der beiden Optokoppler OPTOl, 0PT02 sind einer Logikschaltung 4 zugeführt, in der die beiden Signale z.B. zu einem gemittelten Nulldurchgangssignal verarbeitet werden.
Somit liegt der Vorteil einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in der hohen Verstärkung des Messstroms i R bzw. i F im Bereich der Netznulldurchgänge des Netzspannung U NETZ • Durch den hohen Messstrom i R bzw. i F in der Stromsenke bis in unmittelbare Nähe eines Netznulldurchgangs und dem schlagartigen Wegschalten des Messstromes i R bzw. i F bei Polaritätswechsel der Netzspannung U NE τz kann ein wesentlich eindeutigeres Nulldurchgangssignal gewonnen werden als es mit einem Spannungsteiler nach dem Stand der Technik möglich ist.
Vor allem für Wechselrichter ist es wichtig, auch bei stark gestörten Netzen mit Oberwellen in der Netzspannung U NE τz die tatsächliche Polarität (d.h. die Polarität der Grundschwingung) der Netzspannung U NE τz sicher zu erkennen. Abhängig vom Leistungsteil eines Wechselrichters kann bereits eine Fehlerkennung eines Netzdurchganges bei einer tatsächlichen Netzspannung U NE τz von wenigen Volt einen Bauteile schädigenden Kurzschlussstrom infolge falsch geschalteter Leistungstransistoren herbeiführen.
Die Netznulldurchgangserkennung wird dabei mit steigendem Messstrom i R bzw. i F zunehmend sicherer gegenüber Netzstörungen. Dabei ist jedoch zu beachten, dass mit steigendem Strom durch die Stromsenke 1 auch die Verlustleistung in der Stromsenke 1 größer wird.
In einer vorteilhaften Ausprägung ist deshalb vorgesehen, den Messstrom i R bzw. i F in der Weise variabel vorzugeben, dass er im Bereich der Netznulldurchgänge hoch ist und im Bereich der Scheitelwerte der Netzspannung U NE τz gering ist. Ein entsprechendes Beispiel für eine unidirektionale Stromsenke ist in den Figuren 6 und 7 angegeben.
Figur 6 zeigt in vereinfachter Weise die Signalverarbeitung in den einzelnen Elementen einer erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung. Die spannungs- oder stromgesteuerte Stromsenke 11 ist in Reihe mit einem Nulldurchgangsdetektor
31 zwischen den Leiter L und den Nullleiter N eines Wechselspannungsnetzes geschaltet. Zudem ist die Netzspannung U NETZ einer Steuerungseinheit 21 der Stromsenke zugeführt. In der Steuerungseinheit 21 wird der Stromsenke eine Stromsenkenspannung U s als Funktion U s =f (1 /UNETZ) der Netzspannung U NE τz vorgegeben. Diese Funktion bestimmt beispielsweise für die Netzspannung U NE τz gleich Null einen Höchstwert für die Stromsenkenspannung U s . Im weiteren Verlauf fällt die Stromsenkenspannung U s linear mit steigender Netzspannung U NE τz ab, wobei eine untere Begrenzung vorgesehen ist.
In der Stromsenke 11 wird der Messstrom i durch die Stromsenke 11 als Produkt der Stromsenkenspannung U s mit einem konstanten Faktor K vorgegeben. Somit ist auch der
Messstrom das Resultat einer Funktion des Reziprokwertes der Netzspannung U NET z (i=f (1/UNETZ) ) •
Die Signalverläufe mit verschiedenen Funktionen für den Messstrom i=f (1 /U NETZ ) sind in der Figur 7 dargestellt. In den Diagrammen ist auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen. Das erste Diagramm zeigt den Verlauf der Netzspannung U NET z über der Zeit t, wobei eine unidirektionale Stromquelle mit Durchlassrichtung bei positiven Halbwellen der Netzspannung U NET z angenommen ist.
So lange die Netzspannung U NET z negativ ist, bleibt der Wert des Messstromes i gleich Null. Im zweiten Diagramm ist ein Verlauf a für den Messstrom i über der Zeit t dargestellt, wobei diesem Verlauf a eine lineare Funktion des Messstromes i über der Netzspannung U NET z zugrunde liegt. Mit dem Nulldurchgang der Netzspannung U NET z spring der Messstrom i auf einen vorgegeben Maximalwert i Ma χ und verläuft dann indirekt proportional zum Verlauf der Netzspannung U NET z • Zum Zeitpunkt des Erreichens des Netzspannungsscheitelpunktes erreicht der Messstrom i einen Minimalwert i M m •
Im dritten Diagramm ist ein Verlauf b mit linearer Funktion des Messstromes i über der Netzspannung U NE τz und einem unteren Begrenzungswert i M m des Messstromes i dargestellt. Ein derartiger Verlauf b erlaubt gegenüber dem vorangestellten Verlauf a einen steileren Abfall des
Messstromes i bei steigender Netzspannung U NE τz und damit eine Verringerung der Verlustleistung. Die Verlustleistung beträgt zum Beispiel bei einem 230V Wechselspannungsnetz 0,39W, wenn als Maximalwert i Ma χ der Messspannung 6mA und als Minamalwert i M in der Messspannung 3mA vorgegeben sind und der Minimalwert i M in bei einem Netzspannungswert von 100V erreicht wird. Damit ist die Verlustleistung im Bereich des oben angegeben Beispiels für eine Schaltung nach dem Stand der Technik, wohingegen der Messstrom i nahe der Netznulldurchgänge den 1200-fachen Wert (6mA/5μA) des Messstromes nach dem Stand der Technik erreicht.
In einem weiteren Diagramm ist ein Verlauf c des Messstromes i über der Zeit t mit nichtlinearer Funktion des Messstromes i von der Netzspannung U NE τz dargestellt.
Die Signalverarbeitung und der Signalverlauf für eine bidirektionale Stromsenke sind in den Figuren 8 und 9 dargestellt .
In Figur 8 ist die spannungs- oder stromgesteuerte Stromsenke 12 in Reihe mit einem Nulldurchgangsdetektor 32 zwischen Leiter L und Nullleiter N eines Wechselspannungsnetzes geschaltet. Die Netzspannung U NE τz ist einer Steuereinrichtung 22 der Stromsenke 12 zugeführt. In der Steuereinrichtung 22 wird eine Stromsenkenspannung U s als Funktion des Reziprokwertes der Netzspannung U NET z gebildet, wobei hier anders als bei einer unidirektionalen Stromsenke für beide Polaritäten der Netzspannung U NET z eine Funktion angegeben ist. In Figur 8 sind sowohl für die negativen als auch für die positiven Netzspannungswerte lineare Funktionen mit Begrenzung der Stromsenkenspannung U s dargestellt.
Die Stromsenkenspannung U s ist der Stromsenke 12 zugeführt, wobei durch Multiplikation derselben mit einem Faktor K der Verlauf des Messstromes i durch die Stromsenke 12 vorgegeben ist.
In Figur 9 sind wieder drei unterschiedliche Beispiele für einen Messstromverlauf a, b, c über der Zeit t, indirekt proportional zur Netzspannung U NE τz dargestellt. Dabei ist ein der jeweiligen Funktion f (1/UNETZ) entsprechende Verlauf a, b, c sowohl für die positive als auch für die negative Halbwelle der Netzspannung U NE τz angegeben.
Der erste Verlauf a entspricht einer linearen Funktion des Messstromes i über der Netzspannung U NE τz mit einem vorgegeben Maximalwert i Ma χ und einem Minimalwert i M m • Dem zweiten Verlauf b liegt ebenfalls einer linearen Funktion zugrunde, wobei jedoch für die positive Halbwelle der Netzspannung U NE τz ein positiver Wert mit Minimalbetrag i M in und für die negative Halbwelle der Netzspannung U NET z ein negativer Wert mit
Minimalbetrag vorgegeben ist. Dem dritten beispielhaften Verlauf c des Messstromes i über der Zeit t liegt eine nichtlineare Funktion des Messstromes i von der Netzspannung U NET z zugrunde .
Sowohl für unidirektionale als auch für bidirektionale Stromsenken können beliebige andere Funktion gewählt werden. Dabei ist lediglich die Vorgabe eines hohen Messstromes im Bereich geringer Netzspannung U NET z bei gleichzeitig geringer Verlustleistung durch die Stromsenke zu berücksichtigen.
Next Patent: THERMAL FUSE FOR USE IN ELECTRIC MODULES