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6.1 Allgemeines

Der Stromwächter ist eine elektronische Schaltung, die es ermöglicht einen Gleichstromkreis auf Stromfluss zu überwachen. In Abhängigkeit von einer definierbaren Stromschwelle wird beim Erreichen des Schwellwertes ein Schalter (Transistor) geschlossen. Zudem wird der aktuelle Betriebzustand durch eine Leuchtdiode angezeigt. Eine zweifarbige Leuchtdiode weist dabei auf ordentlichen Stromfluss (grün) oder eine Unterbrechung (ein Unterschreiten der Stromschwelle) des Stromkreises (rot) hin.
Der Stromwächter ist geeignet für die Hutschienenmontage. Der Betriebsspannungsbereich reicht von 16V-32V. Die zu überwachenden Ströme liegen im Bereich zwischen 0..1A und können von Aussen über ein Potentiometer eingestellt werden. Der aktuelle Zustand des Stromflusses ist über schraubbare Anschlussklemmen als Open-Collektor (invertiert) und einmal als TTL-Ausgang oder mit Pull-Up-Widerstand herausgeführt. Die Betriebsart kann durch Setzen eines Jumpers eingestellt werden. In einem Gehäuse sind zwei Stromüberwachungsmodule eingebaut. Die Stromüberwachungsmodule sind auch ohne Gehäuse lieferbar. Die Befestigung sind an den Ecken vier Montagebohrungen vorgesehen.
Abbildung 1 zeigt den Aufbau und die Anschlussbelegung des Stromwächters.

Abbildung 1: Aufbau und Anschlussbelegung eines Stromwächters

6.2 Schaltung und Funktionsweise

Der Stromwächter arbeitet mit einem Differenzverstärker als Eingang. Dabei fliesst der zu überwachende Strom über den Widerstand RM. Durch den Spannungsabfall an RM entsteht eine Differenzspannung +?U= RM * I. Diese Spannnungsdifferenz wird von der Schaltung verstärkt und der Ausgang einem Komparator zugeführt Ua1= ?U R1/R2. Die verstärkte Ausgangsspannung Ua1 wird mit einer vordefinierten Spannung verglichen und bei Über- bzw. Unterschreiten die Transistor Q1, Q2 und Q3 angesteuert. Q2 und Q3 arbeiten invertierend. Wenn an Ua1 eine Spannung anliegt, dann ist Q2 durchgeschaltet und die Leuchtdiode D1 leuchtet in grüner Farbe. Im anderen Fall leuchtet sie in roter Farbe.
Abbildung 2 zeigt den Schaltplan für ein Stromüberwachungsmodul.

Die Zenerdiode D2 bewirkt, dass die Spannung am Kollektor von Q3 den Wert von 5,1V nicht überschreitet. Der Ausgang kann dann direkt an ein TTL-kompatibles Gerät angeschlossen werden. Je nach Betriebsspannung können die Widerstände R8 und R9 angepasst werden, damit die Leuchtdiode entsprechend hell leuchtet. Die dargestellte Schaltung entspricht nicht genau der tatsächlich implementierten Schaltung. Hier sind u.a. noch Jumper (J1, J2) zum Umschalten auf TTL-Kompatibilität angebracht.
Abbildung 3 zeigt die Platine eine Stromwächters mit zwei Stromüberwachungsmodulen.

Alternativ kann die Platine anstatt mit einer Doppel-Led auch mit zwei Einzel-Leds bestückt werden.

6.3 Vorgehen beim Einstellen des Messstromes

1. Schliessen sie am Stromüberwachungsmodul die Leitungen für die Betriebsspannung an.
2. Schliessen sie an den Strommesseingängen Ue1+ und Ue1- bzw. Ue2+ und Ue2- die zu überwachende Schaltung oder ein Netzgerät mit einstellbarem Strom an.
3. Berechnen sie den Prüfstrom: Der eingestellte Strom errechnet sich aus Iprüf = Ua1 * R1/R2/RM bzw. I = 0.444 * Ua. Bei einem Ampere Prüfstrom ergibt sich demnach eine Prüfspannung von Ua = 2.25V.
4. Legen sie an der zu prüfenden Schaltung die Betriebsspannung an.
5. Die Leuchtdiode sollte nun in grüner oder roter Farbe leuchten.
6. Messen sie mit Hilfe eines Spannungsmessgerätes (z.B. Multimeter) die Prüfspannung zwischen dem Prüfpin (USchalt1 oder USchalt2), direkt angebracht unter den Potentiometern und dem Masseanschluss.
7. Drehen sie am Potentiometer so lange bis die gewünschte Stromschwelle eingestellt ist.
8. Legen sie am Stromüberwachungsmodul die Betriebsspannung an und testen sie die Schaltung.

6.4 Beispiel einer Stromüberwachung

Die in Abbildung 4 dargestellte Schaltung zeigt die Anwendung des Stromüberwachungsmoduls. Im Beispiel soll der Stromfluss durch eine Lampe überwacht werden und bei Lampenbruch bzw. Störung eine Warnmeldung ausgelöst werden. Im dargestellten Fall bewirkt ein Lampenbruch, dass eine Sirene eingeschaltet wird.Zur Verfügung stehen zwei Varianten:

Mit einem Stromwächter können zwei Lampen überwacht werden.

6.5 Spezifikation

• Zwei Stromüberwachungsmodule

• Maximale Strombelastung 1A, Strom stufenlos einstellbar

• Betriebsspannung 16-36V

• Stromverbrauch 5mA

• Verlustleistung am Stromüberwachungsmodul bei 1 A Eingangsstrom: 100mW

• 1-TTL-kompatibler Ausgang oder mit Betriebsspannung, durch Jumper einstellbar

• 1 Open Collector-Ausgang, max. Strombelastung 20mA, Umax 24V

• Montage auf Hutschiene

• Abmessungen: H=90mm, B=60mm, T ca. 70mm

6.6 Lieferung und Preis

Das Stromüberwachungsmodul ist als Platine, als Bausatz oder als Fertiggerät erwerbbar. Die Schaltung lässt sich mit etwas handwerklichem Geschick in kurzer Zeit selbst aufbauen.