DE1616063A1

DE1616063A1 - Electronic electricity meter for measuring the three-phase apparent work

Info

Publication number: DE1616063A1
Application number: DE19671616063
Authority: DE
Inventors: Christof Gebsattel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-09-16
Filing date: 1967-09-16
Publication date: 1971-01-14

Description

Elektronischer Elektrizitätszähler zur Messung der Drehstrom-Scheinarbeit Es ist vorgeschlagen worden, Elektrizitätszähler bei Vermeidung rotierender Teile, wie z.B. des @äufers eines Induktions-Elektrizitätszählers, mit elektronischen BaueIementen aufzubauen. Insbesondere ist vorgeschlagen worden, einen Elektrizitätszähler zur Messung der Scheinarbeit unter Verwendung elektronischer Bauelemente aufzubauen, weil der herkömmliche Aufbau solcher Scheinverbrauehszähler als Induktions-Elektrizitätszähler mit Ferraristriebsystem kompliziert und aufwendig ist. Electronic electricity meter for measuring three-phase apparent work It has been proposed to use electricity meters while avoiding rotating parts, such as the runner of an induction electricity meter, with electronic components build up. In particular, it has been proposed to use an electricity meter To set up measurement of the dummy work using electronic components, because of the conventional construction of such bill of consumption meters as induction electricity meters with a Ferrari drive system is complicated and expensive.

Bekannt ist beim Aufbau elektronischer Elektrizitätszähler die Verwendung von Hallgeneratoren, mit denen eine dem Produgt der Augenblickswerte der als Eingangsgrößen am Hall generator liegenden Verbraucherspannung und des Verbraucherstromes entsprechende Hallaus-, gangsspannung gebildet wird. Diese Hallausgangsspannung enthält eine Wechselspannung doppelter Netzfrequenz,- der eine dem Wirk- bzw.It is known to be used in the construction of electronic electricity meters of reverb generators, with which one of the production of the instantaneous values the the consumer voltage and the consumer current lying on the Hall generator as input variables corresponding Hall output, output voltage is formed. This Hall output voltage contains an alternating voltage of double the network frequency, - the one corresponding to the active resp.

Blindleistungsanteil der Scheinleistung entsprechende Gleichspannung überlagert ist.Reactive power component of the apparent power corresponding DC voltage is superimposed.

Die bekannte Lösung, zur Messung der Drehstrom-Scheinarbeit die Hallausgangsspannungen der drei je einer Phase zugeordneten Hallgeneratoren gleichgerichtet und in Reihe geschaltet als Summe einem Integrationsmotor (ankergespeister, konstant erregter Gleichstrommotor) mit nachgeschaltetem Zählwerk zuzuführen, hat zwei Nachteile: Erstens ist der Mittelwert, der-am Intagrat4cnsmotor liegenden Gleichspannung nicht eindeutig der Scheinleistung im Drehstromsystem proportional, sondern er ist aueh abhängig vom Verhältnis der Scheinleistung zu ihrem Wirk- bzw. Blindleistungsanteil. Zweitens wirken sich die Schwellwerte der Gle-ichrichterdiöden und die Bürstenspannung des Integrationsmotors nachteilig auf die Meßgenauigkeit aus, weil die Hallausgangsspannungen sehr klein sind.The well-known solution for measuring the three-phase apparent work, the Hall output voltages of the three Hall generators assigned to each phase are rectified and in series switched as the sum of an integration motor (armature-fed, constantly excited DC motor) with a downstream counter has two disadvantages: First, the mean value of the DC voltage across the integral motor is not clearly proportional to the apparent power in the three-phase system, but it is aueh depending on the ratio of the apparent power to its active or reactive power component. Second, the threshold values of the rectifier diodes and the brush voltage have an effect of the integration motor has a detrimental effect on the measurement accuracy, because the Hall output voltages are very small.

Diese Nachteile werden bei an sich bekannter Erfassung nur des Wechselspannungsanteils der Hallausgangsspannung über einen Übertrager nach Verstärkung und Gleichrichtung der übertragenen Spannung erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Ausgangsspannung der Gleichrichter je über einen Kondensator geglättet ist, daß die geglätteten Ausgangsspannungen der Gleichrichter über je einen Widerstand dem Eingang eines Stromfrequenzwandlers zugeführt sind und da# an den Ausgang des Stromfrequenzwandlers eine Zähleinrichtung angeschlossen ist.These disadvantages are only the ac voltage component when the detection is known per se the Hall output voltage via a transformer after amplification and rectification the transmitted voltage avoided according to the invention in that the output voltage the rectifier is smoothed over a capacitor that the smoothed output voltages the rectifier via a resistor each to the input of a current frequency converter are supplied and there is a counter at the output of the current frequency converter connected.

Lurch den Stromfrequenzwandler wird ein der Summe der Scheinleistungen in den drei Phasen des Drehstromverbrauchers entsprechender, dem -Eingang des Stromfrequenzwandlers über drei Widerstände zugeführter Summenstrom in eine Impulsfolge mit einer von der Größe des Summenstromes abhängigen Frequenz verwandelt, so da# jeder Impuls einer bestimmten Stromzeitfläche und damit einem Scheinverbrauchsquantum entspricht.The current frequency converter becomes the sum of the apparent powers In the three phases of the three-phase consumer, the input of the current frequency converter corresponds Total current supplied via three resistors into a pulse train with one of the size of the total current dependent frequency converted, so that # every pulse corresponds to a certain electricity-time area and thus an apparent consumption quantum.

Ein für den Erindugsgegenstand gut geeigneter Stromfrequenzwandler ist mit- einer Eisendrossel aufgebaut, an deren Wicklung über einen elektronischen Umschalter eine der Scheinleistung entsprechende Gleichspannung gelegt ist. Diese Gleichspannung kann aus dem Summenstrom durch Zwischenschalten eines spannungsgegengekoppelten Gleichstromverstärkers gewonnen werden. Der bei Sättigung ansteigende Drosselstrom wird dabei über eine Triggerschaltung zur Betätigung des elektronischen Umschalters herangezogen, in der Weise, da# die-Drossel~nach-Erreichen des Sättigungszustandes durch die Änderung des Polarität der an der Drossel liegenden Spannung wieder in der anderen Richtung magnetisiert wird.A current frequency converter well suited for the subject of the invention is built up with an iron choke, whose winding has an electronic Switch a DC voltage corresponding to the apparent power is applied. These DC voltage can be obtained from the total current by interposing a voltage negative feedback DC amplifier can be obtained. The inductor current that increases when saturated a trigger circuit is used to actuate the electronic switch used in such a way that # die-throttle ~ after reaching the saturation state by changing the polarity of the voltage across the choke back to the other direction is magnetized.

Anhand der Figuren 1 und 2 der Zeichnung wird der Erfindungsgegenstand näher erläutert.The subject of the invention is based on FIGS. 1 and 2 of the drawing explained in more detail.

Es zeigen:-Fig. 1 den Aufbau eines elektrischen Scheinleistungszählers nach der Erfindung, Fig. 2 den Aufbau eines Stromfrequenzwandlers. It show: -Fig. 1 shows the structure of an electrical apparent power meter according to the invention, Fig. 2 shows the structure of a current frequency converter.

In Fig. 1 Sind die Phasenspannungen UR0, US0 und UT0 je über einen Widerstand 1, 2, 3 an die als Eingang dienenden Elektrodenachsen 4, 5, 6 der Hallplättchen 7, 8, 9 gelegt. Die Phasenströme IR, IS und IT sind je an die EFregerwicklung 10, 11, 12-des Hallplättchens gelegt, an dessen als Eingang dienender Elektrodenachse die Phasenspannung UR0, US0 und UT0 des gleichen Drehstromstranges liegt. Die als Ausgang dienenden Elektrodenachsen 13, 14, 15 der Hallplättchen sind je an die Primärwicklung 16, 17, 18 der Übertrager 19, 20, 21 angeschlossen. Die Sekundärwicklungen 22, 23, 24 sind je mit dem Eingang eines Wechqelspannungsverstärkers 25, 26, 27 verbunden, dessen Ausgang an die Primärwicklungen 28, 29, 30 der Übertrager 31, 32, 33 führt. Die Sekundärwicklungen 34, 35, 36 dieser Übertrager sind je mit dem Eingang der Gleichrichterstufen 40, 41, 42 verbunden, die über die Hilfswicklungen 37, 38, 39 gesteuert sind. Die Ausgänge der Gleichrichterstufen 40, 41, 42 sind je mit einem Glättungskondensator 48, 49, 50 versehen. Die einen gleichnamigen Pole der Gleichrichterausgänge sind gemeinsam mit dem Bezugspotential (M) verbunden, die anderen gleichnamigen Pole sind über je einen Widerstand 43, 44, 45 mit einer ersten Eingangsklemme des Stromfrequenzwandlers 46 verbunden, dessen zweite Eingangsklemme mit dem Bezugspotential M verbunden und an dessen Ausgang die Zähleinrichtung 47 angeschlossen ist. In Fig. 1, the phase voltages UR0, US0 and UT0 are each over one Resistance 1, 2, 3 to the electrode axes 4, 5, 6 of the Hall plate serving as input 7, 8, 9 laid. The phase currents IR, IS and IT are each to the E excitation winding 10, 11, 12 - of the Hall plate placed on its electrode axis serving as an input the phase voltage UR0, US0 and UT0 of the same three-phase current is located. As The output electrode axes 13, 14, 15 of the Hall plates are each attached to the primary winding 16, 17, 18 of the transformers 19, 20, 21 are connected. The secondary windings 22, 23, 24 are each connected to the input of an alternating voltage amplifier 25, 26, 27, the output of which leads to the primary windings 28, 29, 30 of the transformer 31, 32, 33. The secondary windings 34, 35, 36 of these transformers are each connected to the input of the Rectifier stages 40, 41, 42 connected via the auxiliary windings 37, 38, 39 are controlled. The outputs of the rectifier stages 40, 41, 42 are each with one Smoothing capacitor 48, 49, 50 provided. One of the poles of the rectifier outputs with the same name are connected to the reference potential (M), the others have the same name Poles are connected to a first input terminal of the via a resistor 43, 44, 45 each Current frequency converter 46 connected, the second input terminal of which is connected to the reference potential M connected and at the output of which the counter 47 is connected.

Fig. 2 zeigt den Aufbau eines Stromfrequenzwandlers 46, bei dem der über die Widerstände- 43, 44, 45 dem Wandler zufließende dummenstrom den Eingang eines Gleichstromverstärkers 51 zuflie#t, dessen Ausgang über den Gegenkopplungswiderstand 52 mit dem Eingang verbunden ist. Die Ausgangsspannung des Gleichstromverstärkers 51 ist dem elektronischen Umschalter 53 zugeführt, an dessen Ausgangsklemmen 54 und 55 die Drossel 56 angeschlossen ist. Die Mittelanzapfung der Drossel 56 ist iiber den Eingang der Trigger-und Impulsformerstufe 57 geführt, dessen Ausgang einerseits zur Zähleinrichtung 4'7 führt, andererseits auf einen Hilfseingang 58 der elektronischen Umschaltstufe 53 geführt ist. Der Aufbau einer solchen elektrischen Umschaltstufe 53 ist bekannt. (Z.B. kann das Ausgangssignal der Trigger- und Impulsformerstufe 57 innerhalb des elektronischen Umschalters 57 gleichzeitig dem Eingang zweier Binäruntersetzer zugeführt sein, denen je eine Kippstufe nachgeschaltet ist. Die Ausgangssignale dieser beiden-Kippstufen sind einem elektronischen Umschalter zugeführt, an dessen Eingang die Ausgangsspannung des Verstärkers 51 liegt, die in Abhängigkeit von den ausgangssignalen der Kippstufen abwechselnd an d-ie A-usgangsklemme, 54- und 55 derelektronischen Hmschaltstufe 53 gelegt sind.) Die Ausgangsklemmen 54 und 55 der elektronischen Umschaltstufe 53 sind je. an ein Wicklungsende der vorzugsweise bifilar gewickelten Drossel 56 gelegt. Der -ausgehend von der Mittelanzapfung. der Drossel 56---ilber den~Eingang der Trigger- und Impulsformferstufe 57 geführte Drosselstrom ist innerhalb dieser Stufe einer an sich bekannten Auswerteschaltung zugeführt, durch die bei einem Ansteigen des Drosselmagnetisierungsstromes. infolge Sättigung über eine nachgeschaltete an sich bekannte Impulsformerschaltung ein Ausgangsimpuls gebildet wird.Fig. 2 shows the structure of a current frequency converter 46, in which the Dummy current flowing to the converter via the resistors 43, 44, 45 enters the input a direct current amplifier 51, the output of which flows through the negative feedback resistor 52 is connected to the input. The output voltage of the DC amplifier 51 is fed to the electronic changeover switch 53, at its output terminals 54 and 55 the choke 56 is connected. The center tap of the throttle 56 is passed through the input of the trigger and pulse shaper stage 57, the output of which on the one hand leads to the counter 4'7, on the other hand to an auxiliary input 58 of the electronic Switching stage 53 is performed. The construction of such a electrical Switching stage 53 is known. (E.g. the output signal of the trigger and pulse shaper stage 57 within the electronic switch 57 at the same time the input of two binary coasters be fed, each of which is followed by a flip-flop. The output signals these two flip-flops are fed to an electronic switch, at which Input is the output voltage of the amplifier 51, which depends on the output signals of the multivibrators alternately to the output terminal, 54 and 55 derelectronic Hmschaltstufe 53.) The output terminals 54 and 55 of the electronic switching stage 53 are each. at one end of the winding which is preferably bifilar wound choke 56 placed. The - starting from the center tap. the throttle 56 --- Choke current fed through the input of the trigger and pulse shaping stage 57 is fed to an evaluation circuit known per se within this stage, due to an increase in the inductor magnetizing current. due to saturation an output pulse via a downstream pulse shaping circuit known per se is formed.

2 Figuren 6 Patentansprüche2 figures 6 claims

Claims

Device for electronic counting of bill consumption in a multi-phase system with Hall generators assigned to each phase, with which one of the product of the instantaneous values of the input variables on the Hall generator Phase voltage and the phase current a corresponding Hall output voltage formed which is connected via a transformer to the input of an amplifier with a downstream Rectifier is supplied, characterized in that the output voltage of the Rectifier (40, 41, 42) is smoothed each via a capacitor (48, 49, 50), that the smoothed output voltages of the rectifiers (40, 4t, 42 over each one Resistor (43, 44, 45) are fed to the input of a current frequency converter (46) and that a counting device (47) is connected to the output of the current frequency converter (46) is (Fig. 1).

2. Device according to claim 1, characterized in that the Rectifiers (40, 41, 42) each via a transformer (31, 32, 33Y) to the output of the AC voltage amplifier (25, 26, 27) are connected (Fig. 1).

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the rectifiers (40, 41, 42) from the output voltage of the alternating voltage amplifier (25, 26, 27) are guided in a manner known per se in a phase-sensitive manner (Fig. 1).

'4. Device according to Claims 1 to 3, characterized in that the current frequency converter (46) has a negative feedback amplifier (51), an electronic one Changeover switch (53) an iron choke (56) and a Trigger level (57) contains (Fig. 2).

5. Device according to claim 1 to 4, characterized in that the counter (47) is an electromagnetic counter with a numeric display (Fig. 1).

6. Device according to claim 1 to 4, characterized in that the counting device (47) a. electronic counting device with downstream electronic numeric display is (Fig. 1).

L e r s e i t e