DE102007060948A1

DE102007060948A1 - Method for measuring an alternating voltage and corresponding measuring circuit

Info

Publication number: DE102007060948A1
Application number: DE200710060948
Authority: DE
Inventors: Georg Frank; Jochen Frank; Ulrich Single
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-06-25
Also published as: EP2223130A1; WO2009077230A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen oder Erfassen einer Wechselspannung, die - je Periode - um ein Bezugsniveau wechselnd eine erste Halbwelle und eine zweite Halbwelle aufweist. Es ist vorgesehen, dass für das innerhalb ein und desselben Mess-/Erfassungsbereichs (67) erfolgende Messen/Erfassen der beiden Halbwellen (58, 59) mindestens eine davon mittels einer in der zugehörigen Halbperiode (51, 52) wirkenden Hilfsspannung (99) verschoben wird.The invention relates to a method for measuring or detecting an alternating voltage, which - per period - by a reference level alternately has a first half-wave and a second half-wave. It is provided that, for the measurement / detection of the two half-waves (58, 59) taking place within one and the same measurement / detection area (67), at least one of them is shifted by means of an auxiliary voltage (99) acting in the associated half cycle (51, 52) becomes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer Wechselspannung, die – je Periode – um ein Bezugsniveau wechselnd, eine erste Halbwelle und eine zweite Halbwelle aufweist.The Invention relates to a method for measuring an alternating voltage, the - ever Period - around Reference level alternately, a first half-wave and a second half-wave having.

Stand der TechnikState of the art

Bei modernen Elektrogeräten oder Elektrowerkzeugen wird zumeist eine Elektronik verwendet, um eine Regelung, eine Leistungssteigerung, eine Schutzfunktion und/oder eine Zusatzfunktion zu realisieren. Hierbei werden häufig Mikrocontroller eingesetzt, mit dessen Hilfe diese Zusatzfunktionen durchgeführt werden können. Für die Durchführung dieser Zusatzfunktionen ist es oftmals erforderlich, bestimmte elektrische Größen als Eingangsgrößen für die Elektronik zu erfassen. So erfordert beispielsweise die Drehzahlregelung in einem Elektrogerät einen geschlossenen Regelkreis, der eine Istwerterfassung der Drehzahl benötigt. Weist das erwähnte Elektrogerät beispielsweise einen Reihenschlussmotor auf, so kann für den geschlossenen Regelkreis die Netz-, Anker- und/oder Leistungsbauelementspannung erfasst werden, um daraus die Drehzahl zu bestimmen. Es ist bekannt, derartig Größen analog aufzubreiten und anschließend zu digitalisieren, um sie der Elektronik, insbesondere dem Mikrocontroller, zuzuführen.at modern electrical appliances or power tools, most electronics are used to a regulation, an increase in performance, a protective function and / or to realize an additional function. These are often microcontrollers used to perform these additional functions can. For the execution Often these additional functions require certain electrical Sizes as Input variables for the electronics capture. For example, the speed control in an electrical appliance a closed loop, the actual value of the speed needed. Indicates the mentioned electrical appliance For example, a series motor, so may for the closed Control circuit the mains, armature and / or power component voltage be detected in order to determine the speed. It is known, such sizes analog spread out and then to digitize it to the electronics, especially the microcontroller, supply.

Die vorstehend erwähnten Beispiele erfordern mindestens eine Wechselspannungserfassung, die nach den bekannten Ausführungsformen einen entsprechenden Aufwand mit sich bringen und für ein möglichst genaues Messergebnis beziehungsweise Erfassungsergebnis eine nicht unerhebliche Anzahl von Bauteilen erfordern.The mentioned above Examples require at least one AC detection, the according to the known embodiments to bring a corresponding effort and for as possible exact measurement result or detection result one not require a negligible number of components.

Im Zuge dieser Anmeldung wird unter „Messen" verstanden, dass ein tatsächlicher Spannungswert ermittelt wird. Unter „Erfassen" wird verstanden, dass ein ermittelter Spannungswert nicht unmittelbar in seiner Größe abgelesen oder zur Verfügung gestellt wird, sondern vielmehr vorbereitet wird, um ihn beispielsweise einer weitergehenden Verarbeitungsstufe zuzuführen. In beiden Fällen ist es erforderlich, ihn mit einer möglichst großen Genauigkeit wiedergeben zu können, damit die Messung und/oder die anschließende Weiterverarbeitung im Wesentlichen fehlerfrei und abweichungsfrei durchgeführt werden kann. Insofern wird unter dem Begriff „Messbereich" auch immer der Begriff „Erfassungsbereich" verstanden und umgekehrt.in the In the course of this application, "measuring" means that an actual Voltage value is determined. By "capture" is meant that a determined Voltage value not directly read in size or provided rather, it is prepared, for example, to give it one supply advanced processing stage. In both cases It is necessary to use one as possible huge To be able to reproduce accuracy thus the measurement and / or the subsequent further processing in Essentially error-free and free of deviation can be performed. In this respect, the term "measuring range" always means the term "detection range" and vice versa.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem zum Messen oder Erfassen der Wechselspannung vorgesehen ist, dass für das innerhalb ein und desselben Messfensters in einem Messbereich erfolgende Messen/Erfassen der beiden Halbwellen mindestens eine davon mittels einer in der zugehörigen Halbperiode wirkenden Hilfsspannung verschoben wird, lässt sich mit wenig Aufwand ein relativ genaues Mess- beziehungsweise Erfassungsergebnis realisieren. Durch die Halbwellenverschiebung kann für jede der beiden Halbwellen der volle Messbereich beziehungsweise Erfassungsbereich verwendet werden, was eine entsprechend große Auflösung ermöglicht und daher zu einem genauen Ergebnis führt. Es ist möglich, das Messfenster beziehungsweise Erfassungsfenster derart zu positionieren, dass eine der beiden Halbwellen ohne Verschiebung das Messfenster im Wesentlichen bezüglich der Amplitude ausfüllt und die andere der beiden Halbwellen dann derart verschoben wird, dass sie ebenfalls das Messfenster im Wesentlichen bezüglich der Amplitude ausfüllt. Alternativ ist es selbstverständlich auch möglich, dass beide Halbwellen der Wechselspannung mittels entsprechend betragsmäßig unterschiedlich großen Hilfsspannungen und in der Polarität unterschiedlichen oder gleichen Hilfsspannungen verschoben werden, derart, dass wiederum der zur Verfügung stehende Mess- beziehungsweise Erfassungsbereich optimal genutzt werden kann, sodass eine hohe Auflösung besteht, die wiederum eine genaue Messung beziehungsweise Erfassung zulässt.by virtue of of the method according to the invention, in which provided for measuring or detecting the AC voltage is that for within one and the same measuring window in a measuring range taking measurements / detecting the two half waves at least one thereof by means of an associated one Half-period acting auxiliary voltage is shifted, can be with little effort a relatively accurate measurement or detection result realize. Due to the half-wave shift can for each of Both half-waves used the full measuring range or detection range which allows a correspondingly high resolution and therefore to an exact result leads. It is possible, position the measurement window or acquisition window in such a way that one of the two half-waves without displacement the measuring window essentially regarding the amplitude fills and the other of the two half-waves is then shifted in such a way that they also substantially the measuring window with respect to the Fills amplitude. Alternatively, it goes without saying also possible, that both half-waves of the AC voltage by means of correspondingly different amounts huge Auxiliary voltages and in the polarity different or the same Auxiliary voltages are shifted, such that in turn the to disposal Optimum use is made of standing measurement or detection areas can be so high resolution that in turn allows an accurate measurement or detection.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Halbwelle mit einem ersten Gleichspannungsniveau der Hilfsspannung und die zweite Halbwelle mit einem zweiten Gleichspannungsniveau der Hilfsspannung zum jeweiligen Verschieben beaufschlagt wird. Hier liegen also unterschiedliche Gleichspannungsniveaus bei der Hilfsspannung in Bezug auf die jeweilige Halbwelle vor, wobei zusätzlich die Polarität der jeweiligen Hilfsspannung zu berücksichtigen ist.To a development of the invention, it is provided that the first Half-wave with a first DC voltage level of the auxiliary voltage and the second half-wave with a second DC level the auxiliary voltage is applied to the respective displacement. Here are therefore different DC voltage levels in the Auxiliary voltage with respect to the respective half-wave before, in addition to the polarity the respective auxiliary voltage is taken into account.

Es ist vorteilhaft, wenn als Hilfsspannung eine Hilfswechselspannung, insbesondere eine Rechteckspannung und/oder eine Trapezspannung, verwendet wird. Dabei weist die Hilfswechselspannung vorzugsweise die gleiche Frequenz wie die zu messende Wechselspannung auf. Zusätzlich kann beachtet werden, dass die Hilfswechselspannung phasengleich oder um 180° phasenverschoben zur Wechselspannung verläuft. Durch die vorstehenden Maßnahmen wechselt das Gleichspannungsniveau der Hilfsspannung im Rhythmus der Halbperioden der Wechselspannung, sodass die jeweilige Halbwelle der Wechselspannung stets derart in der Amplitude verschoben wird, dass eine möglichst genaue Messung beziehungsweise Erfassung innerhalb des Messbereichs beziehungsweise Erfassungsbereichs zur Verfügung steht.It is advantageous if as an auxiliary voltage an auxiliary AC voltage, in particular a square-wave voltage and / or a trapezoidal voltage used becomes. In this case, the auxiliary AC voltage preferably has the same Frequency as the AC voltage to be measured. In addition, can be noted be that the auxiliary AC voltage in phase or phase-shifted by 180 ° to the AC voltage. By the above measures the DC voltage level of the auxiliary voltage changes in rhythm the half periods of the AC voltage, so that the respective half-wave the AC voltage is always shifted in amplitude, that one possible accurate measurement or detection within the measuring range coverage is available.

Es ist vorteilhaft, wenn mindestens eine der beiden Halbwellen durch Verstärkung oder Abschwächung innerhalb des Mess- beziehungsweise Erfassungsbereichs skaliert wird. Hierbei wird also die Wechselspannung gegenüber ihrem ursprünglichen Verlauf verstärkt oder abgeschwächt, jedoch jeweils derart, dass eine genauere Messung beziehungsweise Erfassung in dem Messfenster möglich wird.It is advantageous if at least one of the two half-waves through reinforcement or mitigation scaled within the measuring or detection range becomes. In this case, therefore, the AC voltage compared to their original course reinforced or weakened, However, each such that a more accurate measurement or Detection possible in the measurement window becomes.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist ferner von Bedeutung, dass sich die Halbwelle durch das Skalieren über den gesamten Messbereich oder größtenteils über den Messbereich erstreckt. Je größer die Halbwelle innerhalb des Mess- beziehungsweise Erfassungsbereichs ist, desto besser können Details erfasst und desto genauer kann das Ergebnis bestimmt werden.At the inventive method is also important that the half - wave by scaling over the entire measuring range or mostly over the Measuring range extends. The bigger the Half-wave within the measuring or detection range is, the better details can be and the more accurate the result can be determined.

Dabei kann von Bedeutung sein, dass der Messbereich eine obere und eine untere Messbereichsgrenze aufweist, an die sich jeweils eine wechselspannungsfreie Sicherheitszone anschließt. Die zu messende beziehungsweise zu erfassende Spannung soll demzufolge im Messbereich liegen und sich nicht bis in die Sicherheitszonen erstrecken. Da sich die Sicherheitszonen auf einen oberen und einen unteren Spitzenwert der Wechselspannung beziehen, ergibt sich in dem Messfenster, das eine nicht halbwellenweise verschobene Periode abbildet, eine obere und eine untere Sicherheitszone. Werden die Halbwellen in ihrem Bezugsniveau verschoben, ist in der zugehörigen Halbperiode nur ein Spitzenwert vorhanden, weshalb die Anzahl der Sicherheitszonen auf eine reduziert werden kann. Daraus ergibt sich eine weitere Verbesserung in der Ausnutzung des Mess- beziehungsweise Erfassungsbereichs.there may be significant that the measuring range is an upper and a has lower measuring range limit, to each of which an AC voltage-free Safety zone connects. The voltage to be measured or to be detected should accordingly within the measuring range and not down to the safety zones extend. Because the security zones are on top and one refer to lower peak value of the AC voltage results in the measurement window, which is a non-half-wave shifted period depicts an upper and a lower security zone. Be the half waves is shifted in their reference level, is in the associated half-period only a peak exists, which is why the number of security zones on one can be reduced. This results in a further improvement in the utilization of the measuring or detection area.

Für das Messen der Wechselspannung ist vorzugsweise eine mit einer Auflösung erfolgende Digitalisierung vorgesehen. Die Wechselspannung wird demzufolge mit der Auflösung zur Digitalisierung abgetastet. Insbesondere ist eine konstante Auflösung vorgesehen.For measuring the AC voltage is preferably one with a resolution Digitalization provided. The AC voltage is consequently with the resolution sampled for digitization. In particular, is a constant Resolution provided.

Mittels des erfindungsgemäßen Vorgehens kann bevorzugt eine Messung beziehungsweise Erfassung der Wechselspannung erfolgen, um die Drehzahl eines Elektromotors oder eines Generators, insbesondere eines Tachogenerators, zu bestimmen.through of the procedure according to the invention can preferably a measurement or detection of the AC voltage be done to the rotational speed of an electric motor or a generator, in particular a tachogenerator to determine.

Schließlich betrifft die Erfindung eine Messschaltung beziehungsweise Erfassungsschaltung zur Messung beziehungsweise Erfassung einer Wechselspannung, wobei dabei das vorstehend erwähnte Verfahren eingesetzt wird.Finally, concerns the invention a measuring circuit or detection circuit for measuring or detecting an AC voltage, wherein while the above-mentioned method is used.

Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, und zwar zeigt:The Drawings illustrate the invention with reference to an embodiment, and that shows:

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 ein Schaltbild einer Messschaltung zur Messung/Erfassung einer Wechselspannung, 1 a circuit diagram of a measuring circuit for measuring / detecting an AC voltage,

2 eine zu messende/erfassende Wechselspannung, 2 an AC voltage to be measured / detected,

3 eine gemessene/erfasste Wechselspannung in einem Messfenster, 3 a measured / detected AC voltage in a measurement window,

4 ein Ausführungsbeispiel der in 1 gezeigten Messschaltung mittels eines Mikrocontrollers. 4 an embodiment of in 1 shown measuring circuit by means of a microcontroller.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) the invention

Die 1 zeigt eine elektrische Schaltung 1, die zur Erfassung und/oder Messung einer Wechselspannung 2 dient. Die Wechselspannung 2 wird von einer Wechselspannungsquelle 96 zur Verfügung gestellt. Die Schaltung 1 weist eine Wechselspannungsmessvorrichtung 21 auf, mit der die ein relativ hohes Potential aufweisende Wechselspannung 2 im Spannungswert direkt angezeigt wird. Ferner verfügt die Schaltung 1 über eine Messdatenerfassung 26, an der die Wechselspannung 2 auf einem herabgesetzten, niedrigeren Potential zur Verfügung gestellt wird, um dort beispielsweise eine Weiterverarbeitung anzuschließen. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Anordnung dazu, an der Messdatenerfassung 26 hochgenau ein auf niedrigerem Potential liegendes Abbild der Wechselspannung 2 zur Verfügung zu stellen, um dieses Abbild beispielsweise einer Elektronik für eine Weiterverarbeitung zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise handelt es sich bei der genannten Elektronik um eine Drehzahlerfassungseinrichtung, das heißt, die auf höherem elektrischen Potential (zum Beispiel 220 V oder 380 V) liegende Wechselspannung 2 wird mittels der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung von ihrem relativ hohen elektrischen Potential auf das erwähnte Abbild mit niedrigem elektrischen Potential herabgesetzt, wobei diese Herabsetzung jedoch hochgenau ist, das heißt, an der Messdatenerfassung 26 steht ein Spannungssignal zur Verfügung, das aufgrund der hohen Genauigkeit beispielsweise geeignet ist in einem angeschlossenen Regelkreis eines Elektrogeräts als weiter zu verarbeitende Größe zu dienen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Regelkreis einer Drehzahlregelung eines Elektrowerkzeugs handeln, wobei für die Realisierung des erwähnten, geschlossenen Regelkreises eine Istwerterfassung nötig ist und für diese Istwerterfassung die Wechselspannung 2 nicht direkt, sondern mittels der elektrischen Schaltung – auf niedrigeres Potential – abgeschwächt an der Messdatenerfassung 26 zur Verfügung gestellt wird.The 1 shows an electrical circuit 1 for the detection and / or measurement of an alternating voltage 2 serves. The AC voltage 2 is from an AC source 96 made available. The circuit 1 has an AC voltage measuring device 21 on, with the relatively high potential alternating voltage 2 in the voltage value is displayed directly. Furthermore, the circuit has 1 via a measurement data acquisition 26 at which the AC voltage 2 is made available at a reduced, lower potential in order to connect there, for example, a further processing. In particular, the arrangement according to the invention is suitable for this at the measurement data acquisition 26 highly accurate an image of the AC voltage at a lower potential 2 to provide this image, for example, an electronics for further processing available. By way of example, the said electronics are a speed detection device, that is to say the alternating voltage lying at a higher electrical potential (for example 220 V or 380 V) 2 is reduced by the electrical circuit according to the invention from its relatively high electrical potential to the mentioned image with low electrical potential, but this reduction is highly accurate, that is, at the measurement data acquisition 26 is a voltage signal available, which is due to the high accuracy, for example, suitable in a connected control circuit of an electrical appliance to serve as a further processed size. This may be, for example, a control circuit of a speed control of a power tool, wherein for the realization of said closed loop feedback detection is necessary and for this actual value detection, the AC voltage 2 not directly, but by means of the electrical circuit - to lower potential - attenuated at the data acquisition 26 is made available.

Gemäß 1 ist die Wechselspannungsquelle 96 über eine Leitung 3 – einem Nulleiter 97 – mit einem Knotenpunkt 5 verbunden, der über eine elektrische Leitung 8 zu einem Knotenpunkt 9 führt. Der Knotenpunkt 9 steht über eine elektrische Leitung 10 mit einem Pluspol 11 einer Spannungsversorgung 12, beispielsweise einer Batterie, in Verbindung. Die Wechselspannungsquelle 96 ist ferner über eine Leitung 4 – einer Phase 98 – mit einem Knotenpunkt 6 verbunden. Ein Widerstand 23 ist an den Knotenpunkt 6 und an einen Knotenpunkt 24 angeschlossen, an den ferner ein weiterer elektrischer Widerstand 33 angeschlossen ist, der zu einer Schaltzunge 35 eines Wechselschaltrelais 46 führt. Ein mit der Schaltzunge 35 zusammenwirkender Schaltkontakt 36 führt über eine Leitung 37 zum Knotenpunkt 9. Der Knotenpunkt 24 steht über eine elektrische Leitung 25 mit einem Anschluss 27 der Messdatenerfassung 26 in Verbindung. Ein Anschluss 28 der Messdatenerfassung 26 ist über eine Leitung 29 mit einem Knotenpunkt 30 verbunden. Dieser steht über eine Leitung 31 mit einem Minuspol 32 der Spannungsversorgung 12 in Verbindung. Eine Leitung 39 führt vom Knotenpunkt 30 zu einem Schaltkontakt 38 des Wechselschaltrelais 46. Ein Elektromagnet 40 des Wechselschaltrelais 46 weist eine Spule auf, die über Leitungen 41 und 42 zu einem Knotenpunkt 18 beziehungsweise zu einem Anschluss 44 eines Taktgebers 43 führt. Der Taktgeber weist einen Anschluss 45 auf, der an einen Knotenpunkt 16 angeschlossen ist, wobei die beiden Knotenpunkte 16 und 18 über eine Leitung 17 in Verbindung stehen. Der Knotenpunkt 18 ist an Masse 19 angeschlossen. Vom Knotenpunkt 16 führt eine Leitung 15 zu einem Knotenpunkt 14, der über eine Leitung 13 mit dem Knotenpunkt 5 verbunden ist. Parallel zu den Knotenpunkten 5 und 6 liegt die Wechselspannungsmessvorrichtung 21 zur unmittelbaren Erfassung der Wechselspannung 2. Im Einzelnen ist hierzu der Knotenpunkt 6 über eine Leitung 20 mit einem Anschluss 100 und der Knotenpunkt 14 über eine Leitung 22 mit einem Anschluss 101 der Wechselspannungsmessvorrichtung 21 verbunden.According to 1 is the AC voltage source 96 over a line 3 - a neutral ladder 97 - with a node 5 connected via an electrical line 8th to a node 9 leads. The node 9 is via an electrical line 10 with a plus pole 11 a power supply 12 , For example, a battery, in conjunction. The AC voltage source 96 is also via a line 4 - a phase 98 - with a node 6 connected. A resistance 23 is at the junction 6 and to a node 24 connected to the further a further electrical resistance 33 connected to a switch tongue 35 a changeover relay 46 leads. One with the tongue 35 cooperating switching contact 36 leads over a line 37 to the junction 9 , The node 24 is via an electrical line 25 with a connection 27 the measurement data acquisition 26 in connection. A connection 28 the measurement data acquisition 26 is over a line 29 with a node 30 connected. This is over a line 31 with a negative pole 32 the power supply 12 in connection. A line 39 leads from the junction 30 to a switching contact 38 the changeover relay 46 , An electromagnet 40 the changeover relay 46 has a coil, which via lines 41 and 42 to a node 18 or to a connection 44 a clock 43 leads. The clock has a connection 45 on that to a node 16 connected, the two nodes 16 and 18 over a line 17 keep in touch. The node 18 is in mass 19 connected. From the junction 16 leads a line 15 to a node 14 who has a lead 13 with the node 5 connected is. Parallel to the nodes 5 and 6 lies the AC voltage measuring device 21 for direct detection of the AC voltage 2 , In detail, this is the node 6 over a line 20 with a connection 100 and the node 14 over a line 22 with a connection 101 the AC voltage measuring device 21 connected.

Die 2 verdeutlicht den zeitlichen Verlauf einer Periode 7 der Wechselspannung 2. Die 2 zeigt ein kartesisches Koordinatensystem 47 mit einer Abszisse 48, die den Verlauf der Zeit t wiedergibt, und eine Ordinate 49, der eine Spannung U zugeordnet ist. Eine Teilung der Periode 7 in eine erste Halbperiode 51 und eine zweite Halbperiode 52 ist durch zwei vertikale Begrenzungslinien 78 und 79 gekennzeichnet. In dem Koordinatensystem 47 ist ein konstantes Bezugsniveau 50 dargestellt. Das Bezugsniveau 50 ist durch kreisförmige Symbole 53 gekennzeichnet. Die kreisförmigen Symbole 53 in der ersten Halbperiode 51 erscheinen als vollständig ausgefüllte kreisförmige Symbole 54; die kreisförmigen Symbole 53 in der zweiten Halbperiode 52 erscheinen als kreisringförmige Symbole 55. Um das Bezugsniveau 50 verläuft die Wechselspannung 2 der Wechselspannungsquelle 96 (1). Die Wechselspannung 2 ist sinusförmig ausgebildet und weist eine erste Halbwelle 58 in der ersten Halbperiode 51 und eine zweite Halbwelle 59 in der zweiten Halbperiode 52 auf. Der Verlauf der Wechselspannung 2 ist durch quadratische Symbole 60 gekennzeichnet, die, analog zur Kennzeichnung des Bezugsniveaus 50, in der ersten Halbwelle 58 als ausgefüllte quadratische Symbole 61 und in der zweiten Halbwelle 59 als nicht ausgefüllte quadratische Symbole 62 ausgeführt sind.The 2 illustrates the time course of a period 7 the AC voltage 2 , The 2 shows a Cartesian coordinate system 47 with an abscissa 48 representing the course of time t and an ordinate 49 , which is assigned a voltage U. A division of the period 7 in a first half-period 51 and a second half-period 52 is by two vertical boundary lines 78 and 79 characterized. In the coordinate system 47 is a constant reference level 50 shown. The reference level 50 is by circular symbols 53 characterized. The circular symbols 53 in the first half period 51 appear as fully filled circular symbols 54 ; the circular symbols 53 in the second half period 52 appear as circular symbols 55 , To the reference level 50 runs the AC voltage 2 the AC voltage source 96 ( 1 ). The AC voltage 2 is sinusoidal and has a first half-wave 58 in the first half period 51 and a second half-wave 59 in the second half period 52 on. The course of the alternating voltage 2 is by square symbols 60 which, analogously to the marking of the reference level 50 in the first half-wave 58 as filled square symbols 61 and in the second half wave 59 as unfilled square symbols 62 are executed.

Die Wechselspannung 2 beginnt an der Ordinate 49 im Bezugsniveau 50, verläuft sinusförmig unterhalb des Bezugsniveaus 50 mit einer Amplitude 63 und schneidet das Bezugsniveau 50 am Ende der ersten Halbperiode 51 in einem Schnittpunkt 64 an der Begrenzungslinie 78. In der zweiten, stetig daran anschließenden Halbperiode 52 verläuft die Wechselspannung 2 sinusförmig oberhalb des Bezugsniveaus 50 mit einer Amplitude 65. Am Ende der zweiten Halbperiode 52 schneidet die Wechselspannung 2 das Bezugsniveau 50 an der Begrenzungslinie 79.The AC voltage 2 starts at the ordinate 49 at the reference level 50 , runs sinusoidally below the reference level 50 with an amplitude 63 and cuts the reference level 50 at the end of the first half-period 51 in an intersection 64 at the boundary line 78 , In the second, constantly following half-period 52 runs the AC voltage 2 sinusoidal above the reference level 50 with an amplitude 65 , At the end of the second half-period 52 cuts the AC voltage 2 the reference level 50 at the boundary line 79 ,

Die 3 zeigt eine Wechselspannung 70, wie sie an der Messdatenerfassung 26 vorliegt, wenn die Wechselspannung 2 aus 2 mittels der Messschaltung 1 gemessen/erfasst wird. Die Wechselspannung 70 ist in einem kartesischen Koordinatensystem 110 mit der Abszisse 48, die den Verlauf der Zeit t wiedergibt und einer Ordinate 66, der eine Spannung U zugeordnet ist, dargestellt. Sie besteht aus einer ersten Halbwelle 72 und einer zweiten Halbwelle 73, die innerhalb eines Messfensters 103 verlaufen. Das Messfenster 103 hat einen begrenzten Messbereich 67, der eine obere Messbereichsgrenze 68 und eine untere Messbereichsgrenze 69 aufweist. Eine Teilung der Periode 7 in eine erste Halbperiode 74 und eine zweite Halbperiode 75 ist durch zwei vertikale Begrenzungslinien 78 und 79 gekennzeichnet. Die erste Halbwelle 72 verläuft in der ersten Halbperiode 74 mit einer Amplitude 80 sinusförmig unterhalb eines Bezugsniveaus 71, das in der oberen Messbereichsgrenze 68 liegt. An der Begrenzungslinie 78 springt das Bezugsniveau 71 auf die untere Messbereichsgrenze 69. Die Wechselspannung 70 verläuft dann in der zweiten Halbperiode 75 mit einer Amplitude 81 sinusförmig oberhalb der unteren Messbereichsgrenze 69. Das Bezugsniveau 71 und die Wechselspannung 70 sind analog zu 2 mit kreisförmigen Symbolen 77 und mit quadratischen Symbolen 76 gekennzeichnet.The 3 shows an AC voltage 70 as they at the data acquisition 26 present when the AC voltage 2 out 2 by means of the measuring circuit 1 is measured / recorded. The AC voltage 70 is in a Cartesian coordinate system 110 with the abscissa 48 representing the course of time t and an ordinate 66 , which is assigned a voltage U, shown. It consists of a first half-wave 72 and a second half-wave 73 that within a measurement window 103 run. The measurement window 103 has a limited measuring range 67 , which is an upper measuring range limit 68 and a lower measuring range limit 69 having. A division of the period 7 in a first half-period 74 and a second half-period 75 is by two vertical boundary lines 78 and 79 characterized. The first half wave 72 runs in the first half period 74 with an amplitude 80 sinusoidal below a reference level 71 , which is in the upper measuring range limit 68 lies. At the boundary line 78 the reference level jumps 71 to the lower measuring range limit 69 , The AC voltage 70 then runs in the second half period 75 with an amplitude 81 sinusoidal above the lower measuring range limit 69 , The reference level 71 and the AC voltage 70 are analogous to 2 with circular symbols 77 and with square symbols 76 characterized.

Die Amplituden 63 und 65 der zu messenden/erfassenden Wechselspannung 2 können betragsmäßig größer oder kleiner sein als der Messbereich 67. Um diesen optimal nutzen zu können, müssen die Amplituden 63 und 65 durch Verstärkung oder Abschwächung auf eine optimale Darstellungsgröße gebracht werden. In dem Anwendungsbeispiel aus 1 übernimmt der Widerstand 23 die Aufgabe eines Spannungsteilers, wodurch die Amplituden 63 und 65 auf die kleineren Amplituden 80 und 81 abgeschwächt werden.The amplitudes 63 and 65 the measured / detected AC voltage 2 can amount to be larger or smaller than the measuring range 67 , To be able to use this optimally, the amplitudes must 63 and 65 be brought to an optimal display size by amplification or attenuation. In the application example out 1 takes over the resistance 23 the task of a voltage divider, reducing the amplitudes 63 and 65 to the smaller amplitudes 80 and 81 be weakened.

Um das Bezugsniveau 50 halbwellenweise in die obere Messbereichsgrenze 68 und in die untere Messbereichsgrenze 69 legen zu können, wird die bereits abgeschwächte Wechselspannung 2, in Abhängigkeit ihrer Phasenlage um das Bezugsniveau 50, mit einer Hilfsspannung 99 der Spannungsquelle 12 beaufschlagt. Zu diesem Zweck ist das Wechselschaltrelais 46 in der ersten Halbperiode 51 derart geschaltet, dass die Schaltzunge 35 mit dem Schaltkontakt 36 verbunden ist und somit die Wechselspannung 2 mit einem positiven Gleichspannungsniveau der Hilfsspannung 99 aus dem Pluspol 11 der Spannungsversorgung 12 beaufschlagt. Daraus ergibt sich eine Verschiebung des Bezugsniveaus 50 und damit der ersten Halbwelle 58 in positiver Richtung bezüglich der Ordinate 49. In der zweiten Halbperiode 52 ist das Wechselschaltrelais 46 derart geschaltet, dass die Schaltzunge 35 mit dem Schaltkontakt 38 verbunden ist und somit die Wechselspannung 2 mit einem negativen Gleichspannungsniveau der Hilfsspannung 99 aus dem Minuspol 32 der Spannungsversorgung 12 beaufschlagt. Daraus ergibt sich eine negative Verschiebung des Bezugsniveaus 50 und damit der zweiten Halbwelle 59 bezüglich der Ordinate 49. Um die abwechselnd positive oder negative Hilfsspannung mittels des Wechselschaltrelais 46 realisieren zu können, wird das Wechselschaltrelais 46 über einen Taktgeber 43 gesteuert. Der Taktgeber 43 stellt eine Rechteckspannung 104 zur Verfügung, deren Flanken mit Bezugsniveaudurchgängen der Wechselspannung 2 synchron verlaufen. Auf diese Weise wird eine Hilfswechselspannung durch das Wechselschaltrelais 46 erzeugt, die 180° phasenverschoben zur Wechselspannung 2 verläuft. Dadurch wird ermöglicht, die Wechselspannung 2 in Abhängigkeit ihrer Phasenlage in das Messfenster 103 zu verschieben. Der Betrag der Verschiebung um das ursprüngliche Bezugsniveau 50 herum ist mittels des Widerstands 33 bestimmt.To the reference level 50 half-wave into the upper measuring range limit 68 and in the lower measuring range limit 69 to be able to lay, is the already weakened AC voltage 2 , depending on their phase position around the reference level 50 , with an auxiliary voltage 99 the voltage source 12 applied. For this purpose, the changeover relay 46 in the first half period 51 switched such that the switching tongue 35 with the switching contact 36 is connected and thus the AC voltage 2 with a positive DC voltage level of the auxiliary voltage 99 from the positive pole 11 the power supply 12 applied. This results in a shift of the reference level 50 and thus the first half wave 58 in a positive direction with respect to the ordinate 49 , In the second half period 52 is the changeover relay 46 switched such that the switching tongue 35 with the switching contact 38 is connected and thus the AC voltage 2 with a negative DC voltage level of the auxiliary voltage 99 from the negative pole 32 the power supply 12 applied. This results in a negative shift of the reference level 50 and thus the second half-wave 59 concerning the ordinate 49 , To the alternating positive or negative auxiliary voltage by means of the changeover relay 46 To realize, is the changeover relay 46 via a clock 43 controlled. The clock 43 represents a square wave voltage 104 whose flanks with reference level crossings of the AC voltage 2 run synchronously. In this way, an auxiliary AC voltage through the changeover relay 46 generated, which is 180 ° out of phase with the AC voltage 2 runs. This will allow the AC voltage 2 depending on their phase position in the measurement window 103 to move. The amount of shift around the original reference level 50 around is by means of resistance 33 certainly.

Um Fehlmessungen durch Schwankungen der Amplituden 80 und 81 vorzubeugen, sind eine obere Sicherheitszone 85 und eine untere Sicherheitszone 84 vorgesehen. Die Sicherheitszonen 84 und 85 erscheinen als wechselspannungsfreie Bereiche 105 und 106. Sie liegen zwischen zwei Spitzenwerten 82 und 83 der Halbwellen 72 und 73 und den entsprechenden Messbereichsgrenzen 68 und 69.To erroneous measurements due to fluctuations in the amplitudes 80 and 81 to prevent, are an upper security zone 85 and a lower security zone 84 intended. The security zones 84 and 85 appear as AC-free areas 105 and 106 , They are between two peaks 82 and 83 the half waves 72 and 73 and the corresponding measuring range limits 68 and 69 ,

Zusammenfassend ermöglicht diese Vorgehensweise die Wechselspannung 2 der Wechselspannungsquelle 96 in der Messdatenerfassung 26 auszuwerten, die einen eingeschränkten Messbereich 67 zur Verfügung stellt und erlaubt gleichzeitig jede Halbwelle 72 und 73 über den gesamten Messbereich 67 mit einer entsprechend hohen Messauflösung auszuwerten und gegebenenfalls zu digitalisieren. Dies führt zu hochgenauen Messergebnissen.In summary, this approach allows the AC voltage 2 the AC voltage source 96 in the measurement data acquisition 26 to evaluate a limited measuring range 67 provides and allows at the same time each half wave 72 and 73 over the entire measuring range 67 be evaluated with a correspondingly high measurement resolution and digitized if necessary. This leads to highly accurate measurement results.

Überdies ermöglicht diese Messung den Verzicht auf eine weitere Sicherheitszone, die sich ergeben würde, wenn die Periode der Wechselspannung 2 mit einem konstantem Bezugsniveau in dem Messbereich 67 dargestellt werden würde, da gleichzeitig und nicht halbperiodenweise sowohl eine untere Sicherheitszone 84 als auch eine obere Sicherheitszone 85 berücksichtigt werden müsste.Moreover, this measurement makes it possible to dispense with a further safety zone, which would result if the period of the alternating voltage 2 with a constant reference level in the measuring range 67 would be represented as both a lower security zone at the same time and not half-period 84 as well as an upper security zone 85 would have to be considered.

Die 4 zeigt eine beispielhafte Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Mikrocontroller 86. Die Wechselspannungsquelle 96 ist einseitig mittels der elektrischen Leitung 3 – dem Nullleiter 97 – an den Knotenpunkt 5 angeschlossen. Der Knotenpunkt 5 steht ferner mit dem Pluspol 11 der Spannungsversorgung 12 in Verbindung. Ausgehend vom Knotenpunkt 5 verläuft eine weitere Leitung 87, die den Mikrocontroller 86 mit dem Pluspol 11 der Spannungsversorgung 12 verbindet und dadurch den Mikrocontroller 86 mit Arbeitsspannung versorgt. Die Spannungsversorgung 12 weist ferner den Minuspol 32 auf, welcher mit einem Knotenpunkt 88 und damit mit der Masse 19 verbunden ist. Der Mikrocontroller 86 steht zudem über eine Leitung 89 mit dem Knotenpunkt 88 und somit mit der Masse 19 in Verbindung, sodass ein Versorgungsstromkreis von der Spannungsversorgung 12 zum Mikrokontroller 86 gewährleistet ist.The 4 shows an exemplary implementation of the method according to the invention with a microcontroller 86 , The AC voltage source 96 is one-sided by means of the electrical line 3 - the neutral 97 - to the junction 5 connected. The node 5 also stands with the positive pole 11 the power supply 12 in connection. Starting from the node 5 runs another line 87 that the microcontroller 86 with the positive pole 11 the power supply 12 connects and thereby the microcontroller 86 supplied with working voltage. The power supply 12 also has the negative pole 32 on, which with a node 88 and thus with the crowd 19 connected is. The microcontroller 86 is also over a line 89 with the node 88 and thus with the crowd 19 in conjunction, so that a supply circuit from the power supply 12 to the microcontroller 86 is guaranteed.

Die zweite Leitung 4 – die Phase 98 – der Wechselspannungsquelle 96 ist mit dem Knotenpunkt 6 verbunden. Ausgehend von dem Knotenpunkt 6 verläuft eine elektrische Leitung 107 über einen Widerstand 90 in einen digitalen Synchronisationseingang 91. Aufgrund der am digitalen Synchronisationseingang 91 empfangenen Signale erzeugt der Mikrocontroller 86 an einem digitalen Nivellierungsausgang 92 die Hilfsspannung 99, die an einem Widerstand 93 reduziert wird. Ausgehend von dem Knotenpunkt 6 verläuft die Wechselspannung 2 der Wechselspannungsquelle 96 durch einen Widerstand 94, welcher die Amplituden 63 und 65 der Wechselspannung 2 skaliert. Am Knotenpunkt 95 wird die skalierte Wechselspannung 2 aus dem Widerstand 94 mit der reduzierten Hilfsspannung 99 aus dem Widerstand 93 beaufschlagt und über eine Leitung 108 in einen analogen Spannungsmesseingang 109 geleitet, um dort ausgewertet zu werden.The second line 4 - the phase 98 - the AC voltage source 96 is with the node 6 connected. Starting from the node 6 runs an electrical line 107 about a resistance 90 into a digital synchronization input 91 , Due to the digital synchronization input 91 received signals generated by the microcontroller 86 at a digital leveling output 92 the auxiliary voltage 99 who are at a resistance 93 is reduced. Starting from the node 6 runs the AC voltage 2 the AC voltage source 96 through a resistance 94 which the amplitudes 63 and 65 the AC voltage 2 scaled. At the junction 95 becomes the scaled AC voltage 2 from the resistance 94 with the reduced auxiliary voltage 99 from the resistance 93 charged and over a line 108 in an analogue voltage measuring input 109 headed to be evaluated there.

Das Verfahren eignet sich insbesondere für Messschaltungen, die galvanisch mit einem Pol der zu messenden Spannung verbunden sind. Zudem können gegenüber herkömmlichen Messverfahren Bauteile eingespart werden, wodurch der Stromverbrauch der Messschaltung stark reduziert werden kann. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, das Verfahren mit einem einfachen und wirtschaftlichen Netzteil durchführen zu können.The method is particularly suitable for measuring circuits which are galvanically connected to one pole of the voltage to be measured. In addition, components can be saved compared with conventional measuring methods, as a result of which the power consumption of the measuring circuit can be greatly reduced. This results in the possibility of the procedure with a simple and economical power supply.

Claims

Method for measuring or detecting an alternating voltage, which - per period - varies around a reference level, has a first half-wave and a second half-wave, characterized in that, for within one and the same measuring / detection area ( 67 ) taking measurements / detecting the two half-waves ( 58 . 59 ), at least one of them by means of one, in the associated half-period ( 51 . 52 ), auxiliary voltage ( 99 ) is moved.

Method according to Claim 1, characterized in that the first half-wave ( 51 ) with a first DC voltage level of the auxiliary voltage ( 99 ) and the second half wave ( 52 ) with a second DC voltage level of the auxiliary voltage ( 99 ) is applied to the respective displacement.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that as an auxiliary voltage ( 99 ) an auxiliary AC voltage, in particular a square-wave voltage and / or a trapezoidal voltage, is used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an auxiliary AC voltage is used which has the same frequency as the AC voltage to be measured ( 2 ) having.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the auxiliary AC voltage is in phase or 180 ° out of phase with the AC voltage ( 99 ) runs.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the two half-waves ( 51 . 52 ) by amplification or attenuation within the measuring / detection range ( 67 ) is scaled.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that by scaling the half-wave ( 51 . 52 ) over the entire measuring / detection area ( 67 ) or mostly over the measuring / detection area ( 67 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring / detection area ( 67 ) an upper and a lower measuring / detection range limit ( 68 . 69 ), to each of which an AC-free safety zone ( 84 . 85 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that for measuring / detecting the AC voltage ( 2 ) it is scanned with a measurement / detection resolution for digitization.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a constant measurement / detection resolution is used for the digitization becomes.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that by means of measurement / detection of the AC voltage ( 2 ) A speed of an electric motor or a generator, in particular Tachogenerators is determined.

Measuring circuit ( 1 ) or detection circuit for measuring or detecting an AC voltage ( 2 ) according to the method of one or more of the preceding claims.