DE1295072B

DE1295072B - Arrangement for measuring consumption in direct current networks

Info

Publication number: DE1295072B
Application number: DE1964L0047328
Authority: DE
Inventors: Hermann; Dr-Ing Peter Konrad
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1964-03-19
Filing date: 1964-03-19
Publication date: 1969-05-14

Description

Die Messung von Gleichstrom und insbesondere diejenige von hohen Gleichströmen, wie sie in Elektrolysebetrieben benötigt werden, bereitet große Schwierigkeiten. Es ist bekannt, für die Messung hoher Gleichströme sogenannte Krämer-Wandler zu benutzen, die nachstehend allgemein als Gleichstromwandler bezeichnet werden. Diese liefern in einem mit Wechselstrom gespeisten Hilfsstromkreis zunächst rechteckförmige bzw. trapezförmige Stromzeitfunktionen eines Meßstromes, der über Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt wird. Dieser sekundäre Meßgleichstrom ist dem zu messenden primären Gleichstrom proportional mit einem Übersetzungsfaktor ü, der wie bei einem Wechselstromwandler direkt durch das Windungsverhältnis des Gleichstromwandlers gegeben ist. Es ist naheliegend, die Aufgabe der Messung von Amperestunden und Kilowattstunden über Gleichstromzähler durchzuführen, die diesen Meßgleichstrom messen. Für die Kilowattstundenzählung wird der Spannungspfad des Zählers direkt von der Speisespannung des Gleichstromnetzes gespeist. The measurement of direct current and especially that of high Direct currents, as they are required in electrolysis plants, cause great difficulties. It is known to use so-called Krämer converters for measuring high direct currents which are generally referred to below as DC / DC converters. These supply initially square-wave in an auxiliary circuit fed with alternating current or trapezoidal current-time functions of a measuring current, which is supplied via rectifier is converted into direct current. This secondary measuring direct current is the one to be measured primary direct current proportional with a translation factor ü, the same as with a AC converter directly through the turns ratio of the DC converter given is. Obviously, the task of measuring ampere-hours and kilowatt-hours to be carried out via direct current meters that measure this measuring direct current. For the Kilowatt hour metering is the voltage path of the meter directly from the supply voltage fed by the direct current network.

Dynamische Amperestundenzähler und Kilowattstundenzähler für Gleichstrom sind jedoch wegen der erforderlichen Kollektoren weniger genau und unzuverlässiger als Wechselstromzähler nach dem Ferrarisprinzip. Elektrolytische Amperestundenzähler sind ebenfalls für viele Zwecke nicht hinreichend genau. Dynamic ampere-hour meters and kilowatt-hour meters for direct current however, are less accurate and unreliable because of the collectors required as an alternating current meter based on the Ferrari principle. Electrolytic ampere-hour meters are also not sufficiently accurate for many purposes.

Es ist bereits bekannt, die Gleichstrom-Wattstundenmessung unter Verwendung von Wechselstromzählern, insbesondere nach dem Ferrarisprinzip arbeitenden Wechselstromzählern, in Verbindung mit Gleichstromwandlern durchzuführen. Dabei sind dieWechselstromzähler in Verbindung mit zwei Gleichstromwandlern verwendet worden, wobei die Wechselströme für die beiden Pfade des Zählers von den nicht gleichgerichteten rechteck- oder trapezförmigen Wechselströmen der Gleichstromwandler derart abgeleitet sind, daß auf jeden Fall in einem Zählerpfad ein Strom fließt, der dem Sekundärwechselstrom des einen der beiden Gleichstromwandler proportional ist. It is already known to take the DC watt-hour measurement Use of alternating current meters, especially those working according to the Ferraris principle AC current meters, to be carried out in connection with DC current converters. Included the alternating current meters are used in connection with two direct current converters been, the alternating currents for the two paths of the meter from the non-rectified Square or trapezoidal alternating currents of the direct current converters are derived in this way are that in any case a current flows in a meter path that corresponds to the secondary alternating current of one of the two DC / DC converters is proportional.

Ferner ist eine Vorrichtung zum Messen des Verbrauchers in elektischen Gleichstromnetzen mittels eines Einphaseninduktionszählers als Anzeigeorgan bekannt, dessen Strom- oder Spannungsspule über einen Transduktor gespeist ist und bei der die Spannungs- oder Stromspule des Zählers durch einen von der Netzgleichspannung gesteuerten Multivibrator gespeist und die Wechselstromhilfsspannung für den Transduktor vom Multivibrator abgeleitet ist.Furthermore, a device for measuring the consumer in electrical DC networks by means of a single-phase induction meter known as a display device, whose current or voltage coil is fed via a transducer and in the the voltage or current coil of the meter by one of the DC mains voltage controlled multivibrator and the AC auxiliary voltage for the transducer is derived from the multivibrator.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Messen des Verbrauchers in Gleichstomnetzen, insbesondere bei großen Strömen, mittels eines Einphasen-Induktionszählers und zweier primärseitig vom Strom bzw. von der Spannung des Gleichstromnetzes und sekundärseitig von einer Hilfswechselstromquelle beaufschlagter Gleichstromwandler, wobei dieWechselströme für die beiden Pfade des Zählers von den sekundären Rechteckströmen der beiden Gleichstromwandler abgeleitet sind und in einem Pfad des Zählers ein dem sekundären Rechteckstrom des einen Gleichstromwandlers proportionaler Strom fließt. The invention relates to an arrangement for measuring the consumer in direct current networks, especially with large currents, by means of a single-phase induction meter and two on the primary side from the current or from the voltage of the direct current network and DC / DC converter charged on the secondary side by an auxiliary AC power source, where the alternating currents for the two paths of the meter are from the secondary square-wave currents of the two DC converters are derived and in a path of the meter The current proportional to the secondary square-wave current of a direct current converter flows.

Die Erfindung besteht darin, daß mittels einer an den Sekundärkreis des anderen Gleichstromwandlers geschalteten Integrationsschaltung eine dem Zeitintegral des sekundären Rechteckstromes dieses Gleichstromwandlers proportionaler Strom abgeleitet ist, welcher den anderen Pfad des Zählers durchfließt. Zur Amperestundenmessung kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine Umschaltung vorgesehen sein, wobei im Primärkreis des einen Wandlers ein aufgeteilter Vorwiderstand angeordnet ist, von dessen Abgriff ein Glimmstreckenstabilisator über einen Schalter an die zu dem anderen Wandler führende Leitung des Gleichstromnetzes angeschlossen ist.The invention consists in that by means of a to the secondary circuit of the other DC converter connected integration circuit to the time integral derived from the secondary square wave current of this DC converter proportional current is which flows through the other path of the meter. For ampere-hour measurement can according to a development of the Invention a switch can be provided, wherein A split series resistor is arranged in the primary circuit of one converter, from whose tap a glow path stabilizer via a switch to the to the other converter leading line of the direct current network is connected.

Die Erfindung wird an Hand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention is shown schematically with reference to in the drawing Embodiments explained in more detail.

In der F i g. 1 speist eine Gleichstromquelle 1 über die Leitungen 2, 3 einen Verbraucher 4. Der Verbraucher-Gleichstrom wird mit einem Gleichstromwandler5 gemessen, dessen Primärwicklungen6, 7 in die Leitung 3 gelegt sind. Die an den Leitungen 2, 3 auftretende Gleichspannung wird mit einem weiteren Gleichstromwandler 8 gemessen, dessen Primärwicklunge9, 10 über einen Widerstand 11 an die Leitungen 2, 3 geschaltet sind. Die Sekundärwicklungen 12, 13 und 14, 15 der beiden Wandler 5, 8 sind je über einen Widerstand 16 bzw. 17 von einer gemeinsamen Hilfswechselstromquelle 18 gespeist. Der Sekundärstrom des primärseitig an die Gleichspannung geschalteten Wandlers 8 durchfließt den Spannungspfad 19 eines Zählers 20. Der primärseitig vom Gleichstrom durchflossene Wandler 5 erzeugt an dem sekundärseitig angeordneten Bürdenwiderstand 16 eine Spannung. Diese Spannung ist in Reihe geschaltet mit einer an der Sekundärwicklung 21 einer Gegeninduktivität22 entstandenen Spannung. Die Reihenschaltung dieser Spannungen ist dem Eingang 23 eines hochverstärkenden integrierenden Verstärkers 24 zugeführt. Der am Ausgang 25 dieses Verstärkers auftretende Strom durchfließt den Strompfad 26 des Zählers 20 sowie die Primärwicklung 27 der Gegeninduktivität 22. Die Wirkungsweise der Anordnung nach der F i g. 1 ist folgende: Der zu messende Gleichstrom 1 wird durch den Gleichstromwandler 5 mit dem Übersetzungsverhältnis üz in einen rechteck- bzw. trapezförmigen Wechselstrom mit dem Scheitelwert -I abgebildet. In FIG. 1 feeds a direct current source 1 via the lines 2, 3 a consumer 4. The consumer direct current is converted with a direct current converter5 measured, whose primary windings 6, 7 are placed in the line 3. The ones on the lines 2, 3 occurring direct voltage is measured with a further direct current converter 8, its primary windings 9, 10 are connected to lines 2, 3 via a resistor 11 are. The secondary windings 12, 13 and 14, 15 of the two converters 5, 8 are each over a resistor 16 or 17 fed by a common auxiliary AC power source 18. The secondary current of the converter 8 connected to the direct voltage on the primary side flows through the voltage path 19 of a counter 20. The primary side of the direct current Transducer 5 through which the flow passes generated at the burden resistor arranged on the secondary side 16 a tension. This voltage is connected in series with one on the secondary winding 21 a mutual inductance22 generated voltage. The series connection of these voltages is fed to the input 23 of a high-gain integrating amplifier 24. The current occurring at the output 25 of this amplifier flows through the current path 26 of the counter 20 and the primary winding 27 of the mutual inductance 22. The mode of operation the arrangement according to FIG. 1 is as follows: The direct current to be measured becomes 1 through the DC converter 5 with the transformation ratio üz into a square-wave or trapezoidal alternating current with the peak value -I.

Hat der auf der Sekundärseite des Gleichstromwandlers 5 angeordnete Widerstand 16 den Wert R und der Verstärker 24 den Stromverstärkungsfaktor I, der das Verhältnis des Ausgangsstromes ia zur Eingangsspannung Ue angibt, also 1 ~~ ia Rv Ue und wird der Wert der Gegeninduktivität 22 mit M und die Kreisfrequenz der Hilfsstromquelle 18 mit w bezeichnet, so gilt: R dja ue = 1 -M = Rvia. dt DerVerstärkungsfaktor 1 wird so groß gewählt, daß so M > Rr. Dann gilt mit hinreichender Genauigkeit wobei das Integral jeweils über eine Halbwelle des erzeugten trapezförmigen Wechselstromes mit dem einen und in der nächsten Halbwelle mit dem anderen Vorzeichen einzusetzen ist. Außerdem gilt die Gleichung nur innerhalb der Zeitabschnitte, in denen der trapezförmige Strom einen Scheitelwert hat und dem zu messenden Gleichstrom proportional ist, nicht jedoch für die durch die Restinduktivitäten im Sättigungsbereich der Kerne des Gleichstromwandlers bedingten Zeitintervalle der Kommutierung. Der im Spannungspfad 19 des Zählers 20 fließende Strom ib ergibt sich in entsprchender Weise zu ib = U/@. ü,r worin r der Vorwiderstand 11 des Primärkreises des Gleichspannungswandlers 8 ist und üu das Übersetzungsverhältnis dieses Wandlers.If the resistor 16 arranged on the secondary side of the direct current converter 5 has the value R and the amplifier 24 has the current gain factor I, which indicates the ratio of the output current ia to the input voltage Ue, i.e. 1 ~~ ia Rv Ue and the value of the mutual inductance 22 is M and the angular frequency of the auxiliary power source 18 is designated by w, the following applies: R dja ue = 1 -M = Rvia. dt The gain factor 1 is chosen to be so large that M> Rr. Then the following applies with sufficient accuracy whereby the integral is to be used over a half-wave of the generated trapezoidal alternating current with one sign and in the next half-wave with the other sign. In addition, the equation only applies within the time segments in which the trapezoidal current has a peak value and is proportional to the direct current to be measured, but not for the commutation time intervals caused by the residual inductances in the saturation area of the cores of the direct current converter. The current ib flowing in the voltage path 19 of the counter 20 results in a corresponding way as ib = U / @. ü, r where r is the series resistor 11 of the primary circuit of the DC voltage converter 8 and üu is the transmission ratio of this converter.

Wird nun durch passende Wahl der Bürden R für den Wandler 5 und der durch den Spannungspfad 19 des Zählers 20 und den Vorwiderstand 17 gebildeten Bürde Rb des Wandlers 8 dafür gesorgt, daß die Phasenlagen der Kommutierung beider Wandler zusammenfallen, so gilt für beide Halbwellen des Wechselstromes, abgesehen von den kurzen Kommutierungszeiten, daß das an der Ferrarisscheibe des Zählers 20 wirksame antreibende Drehmoment Md, das dem Produkt des Stromes im einen Pfad und der zeitlichen Ableitung des Stromes im anderen Pfad proportional ist, der Leistung Ul proportional wird. Wird der Proportionalitätsfaktor mit k bezeichnet, so wird das Drehmoment Md = üsM ü,r Diesem Drehmoment ist auf Grund der normal üblichen temperaturkompensierten permanentmagnetischen Dämpfung des Ferrariszählers auch die Drehzahl proportional, so daß der Zählerstand der geleisteten Arbeit SUldt proportional ist. Die kurzen Kommutierungszeitabschnitte zwischen den Stromblöcken, für die die obigen Gleichungen nicht gelten, reduzieren das mittlere Drehmoment nur um einen geringen Prozentsatz, der konstant ist und daher eingeeicht werden kann. Da es auf genaue Einhaltung der Phasengleichheit der Kommutierungsvorgänge in beiden Systemen des Zählers sehr ankommt, kann es vorteilhaft sein, diese Kommutierungszeiten künstlich durch zusätzliche Induktivitäten zu verlängern, um die relative Phasengleichheit besser garantieren zu können. Is now through a suitable choice of the burden R for the converter 5 and the burden formed by the voltage path 19 of the counter 20 and the series resistor 17 Rb of the converter 8 ensures that the phase positions of the commutation of both converters coincide, then applies to both half-waves of the alternating current, apart from the short commutation times that the on the Ferraris disk of the counter 20 is effective driving torque Md, which is the product of the current in a path and the temporal Derivation of the current in the other path is proportional, the power Ul proportional will. If the proportionality factor is denoted by k, the torque becomes Md = üsM ü, r This torque is due to the normal temperature-compensated permanent magnetic damping of the Ferrari meter also proportional to the speed, so that the counter reading is proportional to the work performed SUldt. The short ones Commutation periods between the current blocks for which the above equations do not apply, reduce the mean torque only by a small percentage, which is constant and can therefore be calibrated. As it is based on strict adherence to the Phase equality of the commutation processes is very important in both systems of the meter, it can be advantageous to use additional commutation times artificially To lengthen inductors in order to better guarantee the relative phase equality to be able to.

Soll nicht die Arbeit, sondern Amperestunden gemessen werden, so kann gemäß der Erfindung eine Schaltung angewendet werden, die aus der oben beschriebenen Anordnung abgeleitet ist. Es ist möglich, die Anordnung nach der Erfindung so abzuwandeln, daß von der kWh-Messung zur Ah-Messung umgeschaltet werden kann. Dies ist von Bedeutung bei der Elektrolyse z. B. von Metallen. If the work is not to be measured, but ampere-hours, so According to the invention, a circuit derived from that described above can be applied Arrangement is derived. It is possible to modify the arrangement according to the invention so that you can switch from kWh measurement to Ah measurement. This is important in electrolysis, for. B. of metals.

Es ist dabei möglich, die Primärwicklungen 9, 10 des Wandlers 8 mit einem stabilisierten Gleichstrom zu speisen, der aus der Stromquelle 1 für denVerbraucher4 abgeleitet ist. Die F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel. Hier ist ein aufgeteilter Vorwiderstand 11 im Primärkreis des Wandlers 8 vorgesehen. Ein Glimm- streckenstabilisator 31 ist über einen Schalter 32 an den Abgriff30 und an die Leitung 3 angeschlossen. It is possible to use the primary windings 9, 10 of the converter 8 to feed a stabilized direct current from the power source 1 for the consumer4 is derived. The F i g. 2 shows an embodiment. Here's a split one Series resistor 11 is provided in the primary circuit of converter 8. A glow distance stabilizer 31 is connected to tap 30 and to line 3 via a switch 32.

Steht der Schalter 32 in der gezeichneten Stellung, so werden Amperestunden gezählt, in der anderen Schalterstellung entsteht dagegen eine der Schaltung nach der F i g. 1 ähnliche Schaltung, in der Kilowattstunden gezählt werden. In allen Fällen, in denen es genügt, entweder Amperestunden oder Kilowattstunden zu zählen, kann auf diese Weise der Aufwand für die Meßeinrichtung entsprechend reduziert werden.If the switch 32 is in the position shown, ampere-hours will be counted, in the other switch position, on the other hand, there is one according to the circuit the F i g. 1 similar circuit in which kilowatt hours are counted. In all Cases in which it is sufficient to count either ampere hours or kilowatt hours, In this way, the cost of the measuring device can be reduced accordingly.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann so abgewandelt werden, daß der integrierende Verstärker 24 dem Wandler 8 für die Spannungsmessung nachgeschaltet ist und den Spannungspfad 19 speist, während der Strompfad 26 direkt von dem Wandler 5 gespeist wird, ferner dadurch, daß an die Stelle einer integrierenden Verstärkerschaltung mit Gegeninduktivität nach Fi g. 1 ein an sich bekannter Miller-Integrator mit kapazitiver Gegenkopplung tritt. The inventive arrangement can be modified so that the integrating amplifier 24 connected downstream of converter 8 for voltage measurement and the voltage path 19 feeds, while the current path 26 directly from the converter 5 is fed, further in that in place of an integrating amplifier circuit with mutual inductance according to Fi g. 1 a known Miller integrator with capacitive Negative coupling occurs.

Claims

Claims: 1. Arrangement for measuring consumption in direct current networks, especially with large currents, by means of a single-phase induction meter and two on the primary side from the current or the voltage of the direct current network and on the secondary side Direct current converter acted upon by an auxiliary alternating current source, the alternating currents for the two paths of the meter from the secondary square-wave currents of the two direct current converters are derived and in a path of the counter a secondary rectangular current of the a direct current converter proportional current flows, characterized in that by means of one connected to the secondary circuit of the other direct current converter (5) Integration circuit (22, 24) in the time integral of the secondary square-wave current this direct current converter (5) proportional current is derived, which the other path (26) of the counter (20) flows through.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the secondary current of the converter (8) connected to the DC voltage on the primary side, the voltage path (19) of the counter (20) flows through it, while the direct current flows through the primary side Transducer (5) generates a voltage on its secondary burden (16) which is in series with a voltage that arises at a mutual inductance (22) on the secondary side in the input circuit and on the primary side in the one containing the current path (26) of the meter Output circuit of an amplifier (24) is arranged.

3. Modification of the arrangement according to claim 1, characterized in that that a switchover is provided for the ampere-hour measurement, with the primary circuit of the one converter (8) a split series resistor (11) is arranged, of which Tap (30) a glow path stabilizer (31) via a switch (32) to the connected to the other converter leading line (3) of the direct current network is.