DD258662A1 - Leistungs-frequenz-wandler insbesondere fuer elektroenergiezaehler - Google Patents

Abstract

Der Leistungs-Frequenz-Wandler findet insbesondere in Verbindung mit elektronischen Energiezaehlern Anwendung. Bei geringem Schaltungsaufwand wird eine Leistungs-Frequenz-Wandlung erreicht, die eine notwendige Langzeitstabilitaet gewaehrleistet.

Description

u(t) und i(t) multiplikativ verknüpfende Time-Divisions-Verfahren realisiert. Der Ausgang der Umschalteinrichtung 1 ist mit dem Eingang eines RC-Tiefpasses 4 verbunden. Der ausgangsseitige Kurzschlußstrom des RC-Tiefpasses 4 ist bei sinusförmigen Eingangssignalen bekanntlich nach der Beziehung

i_k = ku icos (1)

proportional zur Wirkleistung, die in einem Verbraucher umgesetzt wird, wenn u(t) die am Verbraucher liegende Spannung und i(t) der durch ihn fließende Strom ist. Dieser Strom wird durch eine bestimmte Zeit über einen Timer 5 eingeschaltete Stromquelle 6 so kompensiert, daß am Ausgang des RC-Tiefpasses 4 eine Spannung nahe null entsteht. Durch einen an den Ausgang des RC-Tiefpasses 4 angeschlossenen Komparator 7 wird diese Spannung laufend kontrolliert und bei Abweichung über einen bestimmten Sollwert durch den Komparator 7 über den Start-Eingang des Timers 5 jeweils ein neuer Impuls ausgelöst. Zusätzlich ist natürlich der Zähleingang des Timers 5 mit dem Ausgang eines langzeitstabilen Generators verbunden. Bei Kompensation des am RC-Tiefpasses auftretenden Kurzschlußstromes durch den mittleren Strom einer Strom-Impulsfolge konstanter Impulsbreite muß nach der Beziehung

kuicos = I — (2)

k u i cos = I t,f (3)

die am Ausgang des Komparators 7 auftretende Impulsfolge in ihrer Folgefrequenz direkt proportional zur Wirkleistung sein. Figur 2 zeigt die beschriebene zeitliche Abhängigkeit.

Claims (1)

1. Schaltungsanordnung zur Realisierung des Time-Divisions-Verfahrens^estehend aus einer Umschalteinrichtung 1, einem Dreieckspannungsgenerator 3, einem Pulsbreitenmodulator 3 und einem RC-Tiefpaß 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umwandlung des am Ausgang des RC-Tiefpasses 4 in einer frequenzproportionale Impulsfolge der Eingang eines Komparators 7 mit dem Ausgang des RC-Tiefpasses 4 verbunden ist und der Ausgang des Komparators 7 mit dem Start-Eingang eines Timers 5 verbunden ist und daß der Zähleingang des Timers 5 am Ausgang eines langzeitstabilen Generators 8 liegt und daß der Ausgang des Timers 5 auf einen Schalter 9 wirkt, der den Ausgang einer Stromquelle 6 eine bestimmte Zeit an die Verbindung Ausgang RC-Tiefpaß 4-Eingang Komparator 7 zur Stromkompensation legt.

   Hierzu 1 Seite Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die erfindungsgemäße Lösung ist geeignet zur Umwandlung des Produktes zweier elektrischer Signale in eine Impulsfolge mit zur Größe des Produkts proportionaler Folgefrequenz. Spezielle Ausführungen finden zur Wirkleistungs-Frequenz-Wandlung in Energiezählern Anwendung.

   Charakteristik bekannter technischer Lösungen

   Bisher bekannte Verfahren zur Leistungs-Frequenz-Wandlungjnsbesondere für Elektroenergiezähler_#basieren vornehmlich auf dem Time-Division-Verfahren. Hierbei wird ein rechteckförmiges Signal näherungsweise konstanter Folgefrequenz durch eine Größe (meist den Strom) in der Impulsbreite moduliert. Dieses impulsbreitenmodulierte Trägersignal wird durch die andere Größe (meist die Spannung) amplitudenmoduliert. Der Mittelwert dieses in der Amplitude und in der Impulsbreite modulierten Signals ist direkt proportional zur Wirkleistung der Modulationssignale und gelangt nach Integration in einem Miller-Integrator auf den Eingang eines Hysteresekomparators. Dieser Komparator schaltet bei seinen beiden Ausgangspegeln eines der beiden Modulationssignale in der Phase um 180° um und erzeugt somit ein der Wirkleistung der Modulationssignale proportionale Folgefrequenz. Die Anzahl der in einer bestimmten Zeit erzeugten Impulse ist damit ein Maß für die Energie. Die Schaltungsanordnung ist durch ihren einfachen Aufbau sehr gut zur Leistungs-Frequenz-Wandlung bei mittlerer Genauigkeit im Elektroenergiezähler geeignet, besitzt aber den Nachteil, daß Kapazitätsänderungen des Integrationskondensators direkt in das Ergebnis eingehen.

   Ein weiteres bekanntes Verfahren benutzt zur Produktbildung die Vier-Quadranten-Multiplikation mit anschließender Spannungs-Frequenz-Wandlung nach dem oben beschriebenen Verfahren mit dem Miller-Integrator und Hysterese-Komparator. Bedingt durch Kennlinienfehler ist die Genauigkeit des Verfahrens schlechter als beim"Time-Divisions-Verfahren. Da die Frequenzwandlung auf dem gleichen Prinzip durchgeführt wird, bleiben auch die gleichen Probleme hinsichtlich Alterungs-und Temperaturverhalten bestehen.

   Ziel der Erfindung '

   Die Erfindung verfolgt das Ziel, die vorgenannten Nachteile und die des Standes der Technik zu vermeiden und stellt sich die Aufgabe, mit relativ geringem Schaltungsaufwand eine Anordnung zu finden, die eine Leistungs-Frequenz-Wandlung bei geringer Alterungsabhängigkeit gestattet.

   Wesen der Erfindung

   Erfindungsgemäß wird an einer Anordnung^bestehend aus einer zwischen den beiden Signalen u(t) und -u(t) periodisch schaltenden Umschalteinrichtung, einem die Umschlageinrichtung auslösenden Impulsbreitenmodulator und einem Dreieckspannungsgenerator die Aufgabe dadurch gelöst, daß das am Ausgang der Umschalteinrichtung anstehende in der Amplitude und in der Impulsbreite modulierte Signal über einen Tiefpaß gegeben wird und deren Mittelwert durch eine periodisch und eine definierte Zeit durch einen Timer mit dazugehörigem Generator und einem Komparator eingeschalteter Stromquelle kompensiert wird. Dadurch, daß die Stromquelle relativ konstant gehalten werden kann und nur eine definierte Zeit zugeschaltet wird, muß das am Ausgang des Komparators anstehende Signal in seiner Folgefrequenz direkt am Mittelwert des am Ausgang der Umschalteinrichtung anstehenden Signal und damit der Wirkleistung proportional sein.

   Ausführungsbeispiel

   Imfolgenden soll die erfindungsgemäße Lösung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Figur 1 zeigt die dazugehörige Anordnung. In bekannter Weise wird durch eine zwischen den Signalen u(t) und -u(t) periodisch umschaltenden Umschalteinrichtung 1, durch einen Dreieckspannungsgenerator 2 und einem Impulsbreitenmodulator 3 das die Eingangsgröße