DE1184006B

DE1184006B - Device for measuring the active AC power with a Hall generator

Info

Publication number: DE1184006B
Application number: DES74978A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Walter Engel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-07-25
Filing date: 1961-07-25
Publication date: 1964-12-23

Description

Einrichtung zur Messung der Wechselstromwirkleistung mit einem Hallgenerator Es ist bekannt, daß man mit Hallgeneratoren auf einfache Weise Wechselstromleistungen messen kann.Device for measuring the active alternating current power with a Hall generator It is known that with Hall generators, alternating current powers can be achieved in a simple manner can measure.

Hierzu wird der Hallgenerator proportional zu Spannung oder Strom magnetisch er-regt und von einem Steuerstrom durchflossen, der strom- oder spannungsproportional ist. Die abgegebene Hallspannung setzt sich aus einem Gleich- und einem Wechselspannungsanteil zusammen, wobei der Gleichspannungsanteil ohne weiteres ein Maß für das Produkt U 1 cos darstellt. Der Wechselspannungsanteil wird ausgesiebt bzw. unterdrückt. Leistungsmeßgeräte auf dieser Basis haben sich in verschiedenen Anwendungsfällen bereits gut bewährt.For this purpose, the Hall generator is proportional to the voltage or current magnetically excited and traversed by a control current that is proportional to the current or voltage is. The Hall voltage emitted is made up of a direct and an alternating voltage component together, whereby the direct voltage component is easily a measure of the product U represents 1 cos. The alternating voltage component is filtered out or suppressed. Power meters based on this have proven themselves in various applications already well proven.

Nachteilig wirkt sich jedoch die geringe Größe der abgegebenen Gleichspannung aus, die etwa im Bereich von 500 IlV bis 500 mV liegt. Solche Gleichspannungen lassen sich bei hohen Genauigkeitsansprüchen nur mit verhältnismäßig großem Aufwand verarbeiten. However, the small size of the direct voltage output has a disadvantage from, which is approximately in the range from 500 IlV to 500 mV. Let such DC voltages can only be processed with relatively great effort in the case of high accuracy requirements.

Der Wechselspannungsanteil der Hallspannung, der wesentlich leichter auszuwerten wäre, ist dem Produkt U 1 proportional, enthält jedoch den Phasenfaktor nicht. Es ist bekannt, diesen Anteilmittels eines Transformators aus der Hallspannung auszusieben und zur Messung der Scheinleistung in einem Wechselstromkreis heranzuziehen. The alternating voltage component of the Hall voltage, which is much lighter would be evaluated is proportional to the product U 1, but contains the phase factor not. It is known to convert this proportion from the Hall voltage by means of a transformer sifted out and used to measure the apparent power in an alternating current circuit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile, die die Verarbeitung eines Wechselspannungssignals bietet, auch bei der Wirkleistungsmessung nutzbar zu machen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Wechselspannungsanteil der Hallspannung und eine aus der Lastspannung abgeleitete Spannung doppelter Netzfrequenz einem phasenempfindlichen Gleichrichter zugeführt sind, dessen Ausgangsgleichspannung den Meßwert bildet. The invention is based on the advantages, the processing an alternating voltage signal, can also be used for active power measurement close. This object is achieved according to the invention in that the alternating voltage component the Hall voltage and a voltage derived from the load voltage of double the mains frequency are fed to a phase-sensitive rectifier, the output DC voltage forms the measured value.

Beim Erfindungsgegenstand wird also auf die Verarbeitung des Gleichspannungsteils völlig verzichtet. Der beim Wechselspannungsanteil fehlende Phasenfaktor wird mit Hilfe eines phasenempfindlichen Gleichrichters eingeführt, wie er an sich zur Auswertung des Ausgangssignals eines Hallmodulators bekannt ist. Das neue Meßverfahren ermöglicht mit relativ geringem Aufwand sehr hohe Genauigkeiten, insbesondere dann, wenn man den Wechselspannungsanteil der Hallsp annung durch einen Aufwärtstransformator auf hohe Werte bringt. The subject matter of the invention therefore focuses on the processing of the DC voltage part completely dispensed with. The phase factor that is missing for the AC voltage component is included with Using a phase-sensitive rectifier introduced as it is used for evaluation the output signal of a Hall modulator is known. The new measuring method makes it possible very high accuracies with relatively little effort, especially if you the AC voltage component of the Hall voltage through a step-up transformer brings high values.

Zur näheren Erläuterung der Eigenschaften und Vorteile des Erfindungsgegenstandes sei im folgenden ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist. For a more detailed explanation of the properties and advantages of the subject matter of the invention an exemplary embodiment is described below, which is shown schematically in the drawing is shown.

An die Klemmen 1 und 2, die die Wechselspan- nung U führen, ist ein Verbraucher 3 angeschlòssen; dessen Leistungsaufnahme gemessen werden soll. Zu diesem Zweck ist ein Hallgenerator 4 vorgesehen, dessen Steuerstrom is mit Hilfe eines Meßwandlers 5 aus dem Laststrom abgeleitet wird. Zur magnetischen Erregung des Hallgenerators dient eine Erregerwicklung 6, die über einen Vorwiderstand 7 an die Netzspannung U angeschlossen ist und eine dieser Spannung proportionale Erregerinduktion B liefert. To terminals 1 and 2, which connect the AC voltage tion U lead is a Consumer 3 connected; whose power consumption is to be measured. To this Purpose is a Hall generator 4 is provided, the control current is with the help of a Transducer 5 is derived from the load current. For magnetic excitation of the Hall generator An excitation winding 6 is used, which is connected to the mains voltage via a series resistor 7 U is connected and delivers an excitation induction B proportional to this voltage.

Durch Einprägen des Steuerstroms über einen Stromwandler wird der Widerstandseffekt im Halbleitermaterial des Hallgenerators eliminiert. Außerdem geht auch der Temperaturgang des spezifischen Widerstandes des Halbleitermaterials nicht in das Meßergebnis ein. Die Schaltung hat gegenüber einer laststromproportionalen magnetischen Erregung und einem spannungsproportionalen Steuerstrom noch den weiteren Vorteil, daß im normalen Schwankungsbereich von Netzspannung bzw. Induktion B (-+15 O/o) Linearisierungsprobleme praktisch keine Rolle spielen. Außerdem erzielt man galvanische Trennung der Meßeinrichtung vom Hauptstromkreis. By impressing the control current via a current transformer, the Resistance effect in the semiconductor material of the Hall generator eliminated. aside from that is also the temperature response of the specific resistance of the semiconductor material is not included in the measurement result. The circuit has compared to a load current proportional magnetic excitation and a voltage-proportional control current still the other Advantage that in the normal fluctuation range of mains voltage or induction B (- + 15 O / o) Linearization problems play practically no role. In addition, one achieves galvanic separation of the measuring device from the main circuit.

Die an den Hallelektroden 8 und 9 entstehende Hallspannung UH hat einen Gleichspannungsanteil, der nicht ausgewertet wird, und einen Wechselspannungsanteil, der U I cos (2 w t + (p) proportional ist; bei einer Netzfrequenz von 50 Hz hat der Wechselspannungsanteil demnach eine Frequenz von 100 Hz. Er wird zweckmäßig über einen Aufwärtstransformator 10 geführt, dessen Ausgangsspannung UH' in die Diagonale einer Gleichrichterphasenbrücke 11 geschaltet ist. The Hall voltage arising at the Hall electrodes 8 and 9 has UH a DC voltage component, which is not evaluated, and an AC voltage component, which is proportional to U I cos (2 w t + (p); at a mains frequency of 50 Hz the AC voltage component therefore has a frequency of 100 Hz. It is useful out through a step-up transformer 10, the output voltage UH 'in the Diagonal of a rectifier phase bridge 11 is connected.

Aus der Netz- bzw. Lastspannung wird mit Hilfe eines Gleichrichtersatzes 12 mit nachgeschaltetem Kondensator 13 eine Spannung UO gebildet, die ebenfalls eine Frequenz von 100 Hz hat und der der Phasenwinkel Null zugeschrieben wird. Die Gleichrichterphasenbrücke 11 bekannten Aufbaus erzeugt aus den Spannungen U0 und Ufl' eine Gleichspannung UA, die U I cosç proportional ist. Der Gleichrichterphasenbrücke können die üblichen, nicht näher bezeichneten Schaltungselemente zur Glättung zugeordnet sein. The line or load voltage is converted into with the help of a rectifier set 12 with a downstream capacitor 13 formed a voltage UO, which also has a frequency of 100 Hz and to which the phase angle zero is assigned. the Rectifier phase bridge 11 of known structure generated from the voltages U0 and Ufl 'is a direct voltage UA that is proportional to U I cosç. The rectifier phase bridge can be assigned the usual, unspecified circuit elements for smoothing be.

Mißt man die Spannung UA mit einem geeigneten Meßgerät, so erhält man unmittelbar ein Maß für die von der Last 3 aufgenommene Leistung. Besondere Bedeutung hat die Meßeinrichtung nach der Erfindung für elektronische Elektrizitätszähler, die ohne Zählermotor arbeiten. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise an die Spannung UA, gegebenenfalls über einen Verstärker, einen Transistoroszillator 14 anschließen, dessen Frequenz der Speisespannung proportional ist. Derartige Transistoroszillatoren sind allgemein bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden. Eine an die Ausgangsspannung des Oszillators angeschlossene Zähleinrichtung 15 liefert unmittelbar eine Anzeige für die verbrauchte elektrische Energie. Die Zähleinrichtung kann auf mechanischer oder elektronischer Grundlage nach bekannten Richtlinien aufgebaut sein. If one measures the voltage UA with a suitable measuring device, then one obtains a measure for the power consumed by the load 3 is immediately available. Special The measuring device according to the invention is important for electronic electricity meters, that work without a counter motor. For this purpose, for example, you can use the voltage UA connect a transistor oscillator 14, if necessary via an amplifier, whose frequency is proportional to the supply voltage. Such transistor oscillators are generally known and do not need to be explained in more detail here. One on the output voltage of the oscillator connected counter 15 supplies directly an indicator for the electrical energy used. The counter can be on mechanical or electronic basis based on known guidelines be.

Abweichend vom Ausführungsbeispiel lassen sich grundsätzlich auch andere Mittel zum Phasenvergleich der Haliwechselspannung und einer Bezugswechselspannung verwenden. Wesentlich ist dabei, daß die Auswertung der Hallwechselspannung eine Möglichkeit gibt, den Spannungspegel mittels eines Transformators zu erhöhen. - Pateatansprüche: 1. Einrichtung zur - Messung der Wechselstromwirkleistung mit einem Hallspannungserzeuer, der vorzugsweise von einem laststromproporç tignalen Steuerstrom durchflossen und lastr spannungsproportional magnetisch erregt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselspannungsanteil der Hallspannung und eine aus der Lastspannung abgeleitete Spannung doppelter Netzfrequenz einem phasenempfindlichen Gleichrichter zugeführt sind, dessen Ausgangsgleichspannung den Meßwert bildet. Notwithstanding the exemplary embodiment, in principle other means for phase comparison of the halide alternating voltage and a reference alternating voltage use. It is essential that the evaluation of the Hall alternating voltage is a There is a possibility to increase the voltage level by means of a transformer. - Patent Claims: 1. Device for - measurement of the ac active power with a Hall voltage generator, which preferably flowed through by a load current proporç t signals control current and loadr is magnetically excited proportional to the voltage, characterized in that the AC voltage component of the Hall voltage and one derived from the load voltage Voltage twice the mains frequency fed to a phase-sensitive rectifier whose output DC voltage forms the measured value.

Claims

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the AC voltage component of the Hall voltage via a step-up transformer of a rectifier phase bridge is fed.

3. Measuring device according to claims 1 and 2, characterized in that that the voltage doubles the line frequency through full wave rectification and suppression of the DC voltage component is derived from the load voltage.

4. Measuring device according to claims 1 to 3 for the construction of an electronic kWh meter, characterized in that the phase-sensitive rectifier a well-known transistor oscillator with a voltage-dependent frequency is connected, the output voltage of which - operates a counter.

References considered: U.S. Patents No. 2550492, 2645748, 2919408.