DE1934234C

DE1934234C - Circuit arrangement for measuring the reactive or active current in an alternating current system

Info

Publication number: DE1934234C
Authority: DE
Inventors: Erich 8834 Pappenheim. GOIr 27-22 Zlatusska
Original assignee: Hermann Modi KG, Apparatebau, 8834 Pappenheim
Publication date: 1971-07-01

Description

Die Erfindung betrifft eine Schallungsanordnung keil erreichen. Dies macht sich besonders dünnThe invention relates to a formwork wedge achieve. This makes you particularly thin

zur Messung des Blind- oder Wirkstromes in einem störend bemerkbar, wenn die bekannte bchultungsan-for measuring the reactive or active current in a disturbing noticeable way, if the known training instruction

Weehsflslromsystem unter Verwendung von vier Ordnung in einer für die VollwcllcngleiehncimiugWeehsflslromsystem using four orders in one for the fullwoolcngleiehncimiug

Dioden in Graelz-Schnllung. unbedingt erforderlichen Gegentuktscnallung betriebenGraelz diodes. absolutely necessary Gegenentuktscnallung operated

Die Messung des Wirk- und insbesondere des Blind- 5 wird, du dann nur ausgesuchte Transistorpaare Vcrslromes ist hilullg erwünscht. So kann bei fester Wendung finden können und im Falle der Ucschüdi-Spanniing des Nelzes aus der Messung des Wirk- bzw. gung eines Transistors auch der zwei'.e ausgewechselt Blindstromes die entsprechende Leistung ermittelt werden muß. Weilerhin bereitet es bei der bekannten werden, so daß es möglich ist, durch geeignete Schul- Schallungsanordnung Schwierigkeiten, eine genaue tungsmaßnahmen die Wirk- bzw. Blindleistung auf io Messung der unsymmetrischen Wechselspannung, die einen gewünschten Wert einzustellen. Darüber hinaus am Luslwidersland auftritt, vorzunehmen,
ist es möglich, bei unterschiedlich belasteten Netzen Wohl der sehwerwiegensle Nachteil der bekannten in Abhängigkeit von der auftretenden Wirk- bzw. Schaltungsanordnung ist jedoch darin zu sehen, daß Blindleistung durch Zu- oder Abschalten von Konden- bei der zur Vollwcllengicichrichtung erforderlichen saloren oder Drosseln die Blindleistung möglichst 15 Gegenlaktschaltung ein Wandler mit einer mittengering zu halten. angezapften Sekundärwicklung Verwendung lindenThe measurement of the active and especially the reactive voltage is then only desired transistor pairs Vcrslromes. In this way, with a fixed turn, and in the case of Ucschüdi-Spanniing des Felzes, the corresponding power must be determined from the measurement of the action or action of a transistor, also of the two exchanged reactive current. Weilerhin it prepares to be known, so that it is possible, through a suitable school sound arrangement, difficulties, an exact processing measures the active or reactive power on io measurement of the asymmetrical alternating voltage, which set a desired value. In addition, occurs at the Luslwidersland, to make
it is possible, with differently loaded networks, the sehwerwiegensle disadvantage of the known depending on the occurring active or circuit arrangement is to be seen in the fact that reactive power by connecting or disconnecting condensers in the required for Vollwcllengicichrichtung saloren or throttles the reactive power if possible 15 counter-act circuit to keep a converter with a middle ring. tapped secondary winding use linden

Es ist bekannt, die Wirk- oder Blindleistung durch muß. Die Herstellung von Wandlern mit einer_ MiUeI-sogenannlc »Ferraris Meßwerke« zu messen. Diese anzapfung gestaltet sich jedoch unverhältnismäßig Meßvverkc sind jedoch verhältnismäßig aufwendig kompliziert, wodurch der Aufwand vergrößert wird, in ihrem Aufbau, da sowohl Strom als auch Spannung ao Insbesondere ist durch die ungünstige Wickelraumgemessen werden müssen. Darüber hinaus ist der von ausnutzung eine größere Ausführung notwendig, den Meßvvcrken angezeigte Wert sehr stark von der Außerdem bereitet der Abgleich der Tcilwickiungen Umgebungstemperatur und der Frequenz des Wechsel- Schwierigkeiten. Dies gilt selbstverständlich auch für Stromnetzes abhängig. Schaltungsanordnungen, bei denen ein Wandler mitIt is known that the real or reactive power must go through. The production of converters with a_ MiUeI-so-called "Ferrari's measuring units" to measure. However, this tapping is disproportionate Messvverkc are, however, relatively complex, which increases the effort. in their structure, since both current and voltage ao in particular is measured by the unfavorable changing room Need to become. In addition, the exploitation of a larger design is necessary, The value displayed on the measurementvcrken is very different from the value. In addition, the compensation of the partial windings prepares Ambient temperature and the frequency of the alternating difficulties. Of course, this also applies to Power grid dependent. Circuit arrangements in which a converter with

Um dies zu vermeiden, wurde auch schon verschie- as mehreren, meist vier Sekundärwicklungen VerwendungTo avoid this, several, mostly four, secondary windings have already been used

deutlich versucht, die Blindleistung auf elektronischem findet.clearly tried to find the reactive power on electronic.

Wege zu messen. Die Notwendigkeit der Verwendung eines Trans-Ways to measure. The need to use a trans-

So ist beispielsweise eine zur Messung der Last forinators mit einer Mittelanzapfung der Sekundär-For example, one for measuring the load forinators with a center tap of the secondary

in einem Wechselstromsystem dienende Schaltungs- wicklung ist schließlich auch bei einer weiterenThe circuit winding used in an alternating current system is also in another

anordnung bekannt, bei welcher ein aus vier Dioden 30 bekannten Schaltungsanordnung gegeben, bei welcherarrangement known in which given a circuit arrangement known from four diodes 30, in which

bestehender Gleichrichlcr-Ringmodulator an die Se- die Enden der Sekundärwicklung des Transformatorsexisting rectifier ring modulator to the ends of the secondary winding of the transformer

kuiulärwicklung eines Transformators angeschlossen über zwei gleichsinnig geschaltete Dioden zusannven-Kuiular winding of a transformer connected via two diodes connected in the same direction.

ist, dessen Primärwicklung im Wechselstromsystem geschaltet sind. Dabei ist weiterhin als nachteilig anzu-whose primary windings are connected in the alternating current system. This is still to be regarded as disadvantageous.

liegt. Zur Messung der Last ist bei der bekannten führen, daß bei dieser bekannten Schaltungsanordnunglocated. To measure the load is the known lead that in this known circuit arrangement

Schaltungsanordnung ein Vergleich zweier Spannungen 35 lediglich eine Halbwelle zur Messung herangezogenCircuit arrangement a comparison of two voltages 35 only used a half-wave for the measurement

erforderlich, der aber mit ausreichend hoher Genauig- wird, also eine einwandfreie Messung nur dannrequired, which is however with a sufficiently high accuracy, i.e. a perfect measurement only then

keit nur dann möglich ist, wenn die Schaltungs- möglich ist, wenn der Laststrom gleichmäßig auf dieis only possible if the switching is possible when the load current is evenly distributed over the

anordnung einwandfrei abgeglichen ist. Dieses Er- positve und negative Halbwelle verteilt ist. Dieserarrangement is perfectly matched. This positive and negative half-wave is distributed. This

fordcrnis erschwert zweifellos den Aufbau und die Idealfall liegt aber praktisch nie vor, so daß dieThe requirement undoubtedly complicates the construction and the ideal case is practically never present, so that the

Bedienung der Schaltungsanordnung erheblich. Ins- 40 Messung stets mit einer großen Ungenauigkeit behaftetOperation of the circuit arrangement considerably. Ins- 40 measurement always fraught with great inaccuracy

besondere wird der Einsatz besonders ausgesuchter ist. Sie kann insbesondere beispielsweise nicht fürspecial, the use is especially selected. In particular, for example, it cannot be used for

Bauelemente notwendig. Dabei ist ein weiterer Nach- Thyristorsteuerungen eingesetzt werden,Components necessary. Another post-thyristor controls are used,

teil der bekannten Schaltungsanordnung darin zu Es wäre zwar theoretisch möglich, die Mittel-part of the known circuit arrangement in it It would be theoretically possible to

ZU scheu daß sie nur die Feststellung der gleich- anzapfung der Sekundärwicklung eines TransformatorsTOO shy that they just find the tamper-evident tapping of the secondary winding of a transformer

phasigen Komponente des Stromes ermöglicht, nicht 45 durch Anschluß einer entsprechenden Widerstands-phase component of the current, not 45 by connecting a corresponding resistor

jedoch sowohl die Messung des Wirk- als auch des schaltung an die Sekundärwicklung des Transfornu-however, both the measurement of the active and the switching to the secondary winding of the transformer

Blindstrom-Antcils, Außerdem ist es mit der bekannten tors zu umgehen und dadurch einen künstlichenReactive current-Antcils, In addition, it is to bypass the well-known tor and thereby an artificial one

Schaltungsanordnung nicht möglich, entsprechende Mittelpunkt zu schaffen. In diesem Fall müßten jedochCircuit arrangement not possible to create a corresponding center point. In this case, however, would have to

Absolutwerte der Last festzustellen, weshalb im allge- die zur Sekundärwicklung parallelliegenden Wider-Determine the absolute values of the load, which is why the resistances that are generally parallel to the secondary winding

nicinen das Meßinstrument in Anpassung an die jeweils 50 stände verhältnismäßig niederohmig sein, so daß sichnicinen the measuring instrument in adaptation to the respective 50 stands be relatively low resistance, so that

verwendete Schaltungsanordnung geeicht werden muß. ein erheblicher Lcistungsvcrlust in den Widerständencircuit arrangement used must be calibrated. a significant loss of power in the resistors

Bei einer weiteren bekannten Schaltungsanordnung ergäbe. Im Falle der Leistungsanpassung (miximale zur phasenselektiven Gleichrichtung ist ein Wechsel- Leistung am Arbeitswiderstand) ergäbe sich beispielsstromkrcis aus einer Reihenschaltung einer Wechsel- weise nur ein Wirkungsgrad von etwa 16 bis 17°/,,. spaniumgsquclle, eines Lastwiderstandes und eines 55 Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungs-Brückunglcichrichters, in dessen Brückcndiagonale ein anordnung zu schaffen, welche unter Vermeidung der Transistor angeordnet ist, gebildet. An die Basis des oben erläuterten Nachteile der bekannten Schaltungs-Traiisislors ist die Sekundärwicklung eines Übertragers anordnungen, insbesondere ohne Verwendung eines angeschlossen, dessen Primärwicklung mit der phasen- Wandlers mit Mittelanzapfung und bei ausreichendem selektiv gleichzurichtenden Wechselspannung beauf- 60 Wirkungsgrad, die Messung des Blind- oder Wirkschlagt wird. Diese Schaltungsanordnung hat ebenfalls stromes in einem Wechselstromsystem mit hoher eine Reihe von Nachteilen. Zum einen wird der Genauigkeit gestattet.In a further known circuit arrangement would result. In the case of performance adjustment (miximale for phase-selective rectification there is an alternating power at the working resistor) would result in an example current circuit from an alternating series connection only an efficiency of about 16 to 17 ° / ,,. spaniumgsquclle, a load resistor and a 55. The object of the invention is therefore to provide a circuit bridge rectifier, to create an arrangement in the bridge diagonal which avoiding the Transistor is arranged, formed. To the basis of the disadvantages of the known circuit tracers explained above is the secondary winding of a transformer arrangements, especially without using one connected, its primary winding with the phase converter with center tap and with sufficient Selectively rectified alternating voltage applied, the measurement of reactive or active impact will. This circuit arrangement also has high currents in an AC system a number of disadvantages. On the one hand, the accuracy is allowed.

Transistor im normalen Verslärkungsbereich betrieben. Diese Aufgabe wird erlindungsgemäß dadurch ge-Transistor operated in the normal amplification range. According to the invention, this task is

Es machen sich somit Veränderungen der Kennlinie, löst, daß die Eingänge der Graetz-Schaltung einerseitsThere are thus changes in the characteristic curve, that solves the inputs of the Graetz circuit on the one hand

wie sie beim normalen Betrieb des Transistors unver- 65 direkt mit der Sekundärwicklung eines Mcßwandlers,as they do in normal operation of the transistor not directly with the secondary winding of a transducer,

meidbar sind, in einer Verfälschung der Meßergebnisse dessen Primärwicklung im Wechselstromsystem liegtare avoidable, in a falsification of the measurement results whose primary winding is in the alternating current system

bemerkbar. Infolgedessen läßt sich mit dieser bekann- und mit der Meßgröße beaufschlagt ist, und anderer-noticeable. As a result, this can be known and applied to the measured variable, and other

ten Schaltungsanordnung nur eine begrenzte Genauig- seits durch zwei in Reihe liegende und mit der Netz-th circuit arrangement only a limited accuracy due to two in series and connected to the network

frequenz abwechselnd jeweils eine halbe Periode dem gegebenenfalls beide Schuller geöffnet .sind, keinefrequency alternately half a period each time both Schuller are open if necessary, none

öffnende bzw. schließende Synchronschalter verbunden schädliche Überspannung am Sekundilrkreis desOpening or closing synchronous switch connected harmful overvoltage on the secondary circuit of the

sind und dalldie den Ausgang bildenden beiden anderen Wandlers auftreten, da die nmximal auftretendeand that the two other transducers forming the output occur, since the nmximally occurring

Anschlüsse der Graetz-Schallung kurzgeschlossen und Spannung durch , die Reihenschaltung der bsiilenConnections of the Graetz-Schallung short-circuited and voltage through, the series connection of the bsiilen

über einen gemeinsamen Arbeitswidersland an die 5 Zcnerdioden begrenzt sind.are limited to 5 generator diodes via a common working country.

Verbindungsleilung zwischen den beiden Synchron- Hs ist an und für sich möglich, für die beiden schaltern angeschlossen sind, wobei die durch den Synchronschalter mechanische, beispielsweise durch Arbeilswidcrstand verursachte und an der bei gesehlos- einen Synchronmotor angetriebene, Schaller zu versenein Schaller dem Widerstund paralielliegenden wenden. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch Diode in Durchlaßrichtung anstehende Spannung io erwiesen, wenn die Synchronschalter aus kontaktlos^ kleiner ist als die die Diode in den !eilenden Zustand Bauelementen aufgebaut sind, da in diesem Fall keine steuernde Spannung (sogenannte Schwellenspannung). zusätzliche Leistung zum Antrieb des Motors erforder-Durch diese Schaltungsanordnung wird erreicht, lieh und außerdem ein wesentlich saubereres und zeildall jeweils während einer halben Periode der Aus- lieh genaueres Schalten gewährleistet ist.
gangsstrom des Wandlers mit richtiger Polarität, 15 Die Synchronschalter sind nach einer weiteren während der anderen Periode mit umgekehrter Polari- Ausgestaltung der Erfindung so aufgebaut, dall sie tat am Arbeitswiderstand anliegt. Die am Arbeits- jeweils einen Brüekenglcichrichtcr aufweisen, in dessen widerstand auftretende Spannung kann gemessen BrUckendiagonale ein Schalttransistor liegt. Dadurch werden und ist je nach der Phasenverschiebung wird erreicht, daß durch den Schalter Strom beider zwischen dem Nulldurchgang der Spannung im ao Richtungen Hießen kann, solange der Schalttransistor Wechselstromsystem und dem Ein- bzw. Ausschalte- geöffnet ist, obwohl der Transistor selbst nur für Zeilpunkt der Synchronschalter dem »lind- oder Strom einer Polarität durchlässig ist.
Wirkstrom direkt proportional. Es werden also bei Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn die der Messung sowohl die positiven als auch die nega- Schalttransistoren abwechselnd über je eine eigene tivcn Halbwellen erfaßt, so dall eine Messung mit as Sekundärwicklung eines gemeinsamen Wandlers angehoher Genauigkeit gewährleistet ist. Dabei hängt der steuert werden, da in diesem Fall das synchrone angezeigte Meßwert lediglich von der im allgemein«:!! Schalten beider Schalter sicher gewährleistet ist.
bekannten Charakteristik des verwendeten Meß- Es ist nach einer Weiterbildung der lirlindung instrumentes ab. Dabei macht sich weiterhin vorteil- vorgesehen, daß als Schalttransisloren npn-Transislohaft bemerkbar, daß sich Veränderungen der Ampli- 30 ren dienen und Basis- und Emitteranschluß jedes tude der zum Betrieb der Synchronschalter dienenden Transistors über eine Diode verbunden sind. Die Wechselspannung im allgemeinen nicht störend be- Dioden zwischen Emitter und Basis dienen zur Bemerkbar machen, so daß die Schaltungsanordnung grenzung der Basis-Emittcr-Spannung am gesperrten weitgehend von Störungen im Hilfssystcm unabhängig Transistor, so daß dessen Beschädigung ausgeschlossen ist. Ein weiterer Vorzug der erfmdungsgemällen 35 ist.Connection between the two synchronous Hs is possible in and of itself, for the two switches are connected, whereby the synchronous switch mechanical, for example caused by working resistance and driven by a synchronous motor, is parallel to the Schaller to versenein Schaller to the resistance . However, it has proven to be particularly advantageous for the diode in the forward direction if the synchronous switch is made up of contactless components and is smaller than the diode in the hurrying state, since in this case there is no controlling voltage (so-called threshold voltage). additional power is required to drive the motor. This circuit arrangement achieves, and also ensures a much cleaner and more precise switching during half a period of the loan.
output current of the converter with correct polarity, 15 The synchronous switches are constructed after a further period with reversed polar configuration of the invention during the other period so that it actually is applied to the load resistance. Each of which has a bridge rectifier on the working bridge, in whose resistance the voltage that occurs can be measured by a switching transistor. As a result, depending on the phase shift, it is achieved that through the switch both currents can flow between the zero crossing of the voltage in the ao directions as long as the switching transistor AC system and the switch-on or switch-off is open, although the transistor itself is only open for target point the synchronous switch is permeable to the »lind- or current of one polarity.
Active current directly proportional. It has thus been found to be particularly advantageous when the measurement includes both the positive and the negative switching transistors alternately over their own tivcn half-waves, so that a high accuracy measurement is guaranteed with the secondary winding of a common converter. In this case, the one to be controlled depends, since in this case the synchronous measured value displayed only depends on the generally «: !! Switching of both switches is guaranteed.
known characteristic of the measurement used It is based on a development of the lirlinding instrument. It is furthermore advantageous that npn transistors are used as switching transistors, that changes in the amplitudes are used and that the base and emitter connection of each part of the transistor used to operate the synchronous switch are connected via a diode. The alternating voltage is generally not disruptive. Diodes between emitter and base are used to make noticeable, so that the circuit arrangement limits the base-emitter voltage on the blocked transistor, largely independent of interference in the auxiliary system, so that damage is excluded. Another advantage of the 35 according to the invention is.

Schaltungsanordnung ist darin zu sehen, daß sich ein Soll die Schaltungsanordnung zur Messung des Wirkungsgrad von etwa 50"/₀ erreichen läßt, weshalb Blindstromes dienen, so ist vorgesehen, daß die für die Messung nur eine sehr geringe Leistung Synchronschalter mit einer Phasenverschiebung von erforderlich ist. Ein besonders wesentlicher Vorzug des 90 bzw. 2⁷0° gegenüber dem Nulldurchgang der Erfindungsgegenstandes ist schließlich darin zu sehen, 4" Spannung im Wechselstromsystem öffnen bzw. schiiedaß die erfmdungsgemäße Schaltungsanordnung mit Ilen. Soll dagegen der Wirkstrom gemessen werden, eingeprägtem Strom arbeitet. Dadurch können sich so werden die Synchronschalter mit einer Phascnver-Differenzen in den Durchlaßspannungen bzw. Innen- Schiebung von 0 bzw. 180° gegenüber dem Nulldurchwiderständen der Schalter, falls diese aus Halbleitern gang der Spannung im Wechselstromsystem öffnen gebildet sind, nicht verfälschend auf das Meßergebnis 45 bzw. schließen.Circuit arrangement can be seen in the fact that the circuit arrangement for measuring the efficiency of about 50 "/ ₀ can be achieved, which is why reactive current is used, so it is provided that the synchronous switch with a phase shift of only a very low power is required for the measurement . A particularly important advantage of the 90 and 2 ⁷ 0 ° relative to the zero crossing of the subject invention is finally to be seen in 4 open "voltage of the AC system or schiiedaß the inventive circuit arrangement with Ilen. If, on the other hand, the active current is to be measured, impressed current works. As a result, the synchronous switches with a phase converter difference in the forward voltages or internal shift of 0 or 180 ° compared to the zero resistance of the switch, if these are formed from semiconductors to open the voltage in the AC system, do not falsify the measurement result 45 or close.

auswirken. Es ist somit nicht erforderlich, die Bau- Eine besonders günstige Schaltung ergibt sich dann, elemente der Schalter besonders auszusuchen, wodurch wenn der Bildstrom in einer Phase eines dreiphasigen sich Herstellung und etwaige Reparaturen erheblich Drehstromsystems gemessen werden soll, wobei die vereinfachen. ' Primärwicklung des Meßwandlers des Wechselstrom-Ist der Ausgang der Graetz-Schaltung kurzge- 5" systems in dieser Phase liegt. In diesem Fall ist nach schlossen, so kann die Spannung am Arbeitswider- einer Fortbildung der Erfindung vorgesehen, dall die stand, falls keine Verfälschung des Meßergebnisses Primärwicklung des zur Ansteuerung der Schaltauftreten soll, höchstens gleich der Schwellenspannung transistoren dienenden Wandlers an die beiden anderen der dem Arbeitswiderstand bei geschlossenem Schalter Phasen angeschlossen ist. Durch den Anschluß der parallelliegenden Diode sein. Diese Spannung in der 55 Primärwicklung des dia Transistoren beaufschlagenden Größenordnung von 0,4 bss 0,6 Volt ist häufig nicht Wandlers an die beiden anderen Phasjn des D.e'istromausreichend. Um die Möglichkeit zu bieten, dall am netzes erhält man eine Phasenverschiebung von ¹W Arbeitswiderstand auch höhere Spannungen auftreten, gegenüber der Spannung in der die Primärwicklung ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, des Meilwandlers aufweisenden Phase,
daß zwischen den nicht kurzgeschlossenen Ausgangs- 60 Soll jedoch der Wirkslrom gemessen werden, so anschmissen der Graetz-Schaltung in Reihe zwei in genügt ein einphasiges Wechselstromnetz. In diesem Spcrrichtung beanspruchte Zeneidiodcn liegen, deren Fall wird die Primärwicklung des zur Ansteuerung Verbindungspuiikt über den Arbeitswiderstand an die der Transistoren dienenden Wandlers mit der Speisebeiden Synchronschalter gelegt ist. In diesem Fall spannung des Wechselstromsystems beaufschlagt, erhöht sich die höchste am Arbeitswiderstand ohne 65 Dadurch wird erreicht, daß die Schalter konphus mit Verfälschung des Meßergebnisses zulässige Spannung der Spannung des Wechselstromsystems arbeiten, um die Zenerspannung. Außerdem kann bei Ver- Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der wendung der Zenerdioden im Umschaltzeitpunkt, in Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibungimpact. It is therefore not necessary to select the construction A particularly favorable circuit results in particular to select elements of the switch, whereby if the image current is to be measured in a phase of a three-phase production and any repairs considerably three-phase system, which simplify. If the output of the Graetz circuit is short-circuited in this phase, the primary winding of the transducer of the alternating current is in this phase. In this case, the voltage at the working resistor can be provided Falsification of the measurement result of the primary winding of the transducer serving to control the switching, at most equal to the threshold voltage transistors to the other two which is connected to the load resistor when the switch is closed. By connecting the parallel diode. This voltage in the 55 primary winding of the dia transistors acting on bss order of 0.4 0.6 volts is often not. in order to offer the possibility converter to the other two of the Phasjn D.e'istromausreichend, Dall on the network to obtain a phase shift of ¹ W load resistor higher voltages occur with respect to the Voltage in the primary winding is after a training tion of the invention provided, the phase converter having the mileage,
However, if the active current is to be measured between the output circuits that are not short-circuited, then connecting the Graetz circuit in series two in a single-phase alternating current network is sufficient. Zeneidiodcn are claimed in this Spcrrichtung, the case of which is the primary winding of the connection point for the control is connected via the working resistor to the converter serving the transistors with the supply of both synchronous switches. In this case the voltage of the AC system is applied, the highest on the working resistance increases without 65. This ensures that the switches work conphus with falsification of the measurement result permissible voltage of the voltage of the AC system to the Zener voltage. Further features, details and advantages of using the Zener diodes at the time of the switchover in the invention can also be found in the following description

I 934 234I 934 234

der prinzipiellen Wirkungsweise der Schaltung und bevorzugter Ausführiingsbcispielc sowie an Hand der Zeichnung.' Hierbei zeigtthe principle of operation of the circuit and preferred execution example as well as on the basis of the Drawing.' Here shows

F i g. 1 den Verlauf des Stromes .über eine Periode,F i g. 1 the course of the current over a period,

F i g. 2 den Verlauf des Stromes über eine halbe Periode, wobei nach einer Viertclperiode umgepolt wird,F i g. 2 shows the course of the current over half a period, the polarity reversed after a fourth period will,

l·' i g. 3 den Verlauf des Stromes, wenn die Umpolung zu einem anderen Zeitpunkt erfolgt,l · 'i g. 3 the course of the current when the polarity reversal takes place at a different point in time,

F i g. 4 das Prinzipschallbild einer Anordnung gemäß der Erfindung,F i g. 4 shows the schematic diagram of an arrangement according to the invention,

1·" i g. 5 eine Abwandlung der Anordnung nach F i g. 4 und1 · "i g. 5 a modification of the arrangement according to FIG. 4 and FIG

F i g. 6 eine Abwandlung der Schaltung nach F i g. 5.F i g. 6 shows a modification of the circuit according to FIG. 5.

Zuerst sei theoretisch die Wirkungsweise der Schaltung dargelegt. ' ■·First, the principle of operation of the circuit is presented. '■ ·

In F i g. 1 ist der Verlauf eines Wechselstromes über eine Zeitdauer von einer Periode aufgezeichnet. Dabei wird angenommen, daß es sich um reinen Wirkstrom handelt.In Fig. 1 is the course of an alternating current over recorded for a period of one period. It is assumed that it is a pure active current acts.

In F i g. 2 wird dagegen davon ausgegangen, daß durch beliebige, an sich bekannte Hinrichtungen der Strom so umgepolt wird, daß die der Fläche F₂ entsprechende zweite Hälfte der Halbwelle verkehrt gcpolt auftritt und z. B. so gemessen wird.In Fig. 2, on the other hand, it is assumed that the polarity of the current is reversed by arbitrary executions known per se so that the second half of the half-wave corresponding to _{the area F 2 occurs with the wrong polarity and z.} B. is measured like this.

Es ist aus F i g. .2 leicht ersichtlich, daß der Absolutwert des Flächeninhalts der Fläche F₁ gleich ist dem Absolutwert des Flächeninhalts der Fläche F₂. Es gilt also:It is from FIG. .2 it is easy to see that the absolute value of the area of the area F _{1 is} equal to the absolute value of the area of the area F ₂ . The following applies:

F₁ = -F₁.F ₁ = -F ₁ .

Daraus folgt:It follows:

"ECS"ECS

= F₁ + F₂ = 0.= F ₁ + F ₂ = 0.

Bei dem Stromvcrlaiif nach F i g. 3 sei nunmehr angenommen, daß die Uniichaltungum einen Winkel ψ vor 90° erfolgt. Es ist nun die Summe des Flächcninhaltr. der durch die ausgezogene Linie umrissencn Flachen F₃ und F₄ zu bestimmen. Dabei ergibt sich folgende Berechnung:In the current circuit according to FIG. 3 it is now assumed that the uni-locking takes place at an angle ψ before 90 °. It is now the sum of the area. _{of the areas F 3} and F ₄ outlined by the solid line. The following calculation results:

F₄ - F₂ -I- F₆.F ₄ - F ₂ -I- F ₆ .

Daraus folgt:It follows:

Fgo, =-- /■', H- F_t = F₁ - F₆ H- F₂ H- F₆.Fgo, = - / ■ ', H- F _t = F ₁ - F ₆ H- F ₂ H- F ₆ .

Da die zu F i g. 2 angestellte Berechnung ergeben hat, daßSince the to F i g. 2 made calculation has shown that

F₁ H- F₂ « 0,F ₁ H- F ₂ «0,

so folgt:so follows:

/'s H- l\ ■■= F, - F₆./ 's H- l \ ■■ = F, - F ₆ .

Die Absolutwerte der Flüchen Fi und F₀ sind gleich. Daraus ergibt sich:The absolute values of the curses Fi and F ₀ are the same. This results in:

l-\ ~ -F»
somit l- \ ~ -F »
therewith

F₈ H- F₄--2F₆.F ₈ H- F ₄ --2F ₆ .

Die Flüche F₆ läßt sich folgcndcrinuUcii berechnen:The curses F ₆ can be calculated as follows:

!ItI"! ItI "

. F_n: ■ f χύχ' «»(DO⁰-?·)*-· situ/;. F _n : ■ f χύχ ' «» (DO ⁰ -? ·) * - · situ /;

(Kl-(P(Kl- (P

somittherewith

F₈ H F₄ =■ 2 sin ψ. F ₈ HF ₄ = ■ 2 sin ψ.

Wird nun der Hffektivwert des Stromes mitNow the RMS value of the current becomes with

^JeB= \h ^{JeB =} \ h

'"'"

eingesetzt, so ergibt sichused, it results

F₃-I F₁, - 2/sin?'= - 2· ]>2 ■ J-sinq> = -2· \'ϊ Jn. F ₃ -IF ₁ , - 2 / sin? '= - 2 · ]> 2 ■ J-sinq> = -2 · \' ϊ Jn.

Die Summe der beiden Teilflächen F₃ und F₄ ist also direkt proportional dem Blindstrom Jn- The sum of the two partial areas F ₃ and F ₄ is therefore directly proportional to the reactive current Jn-

Für die obige theoretische Erörterung wurde angenommen, daß der Strom zeitlich feststeht, während sich der Umschallzeitpunkl und somit der Winkel 9- verändert.For the above theoretical discussion it was assumed that the current is fixed in time, while the Umschallzeitpunkl and thus the angle 9- changes.

Die Erfindung geht jedoch davon aus, daß der Umschaltwinkcl gegenüber dem Nulldurchgang der Spannung feststeht, während sich die Phasenlage des Stromes infolge unterschiedlicher Belastung mit Blindwiderständen ändert. Dadurch ergeben sich jedoch keine Veränderungen in den oben angeführten Beziehungen. However, the invention assumes that the Switching angle is fixed with respect to the zero crossing of the voltage, while the phase position of the Current changes as a result of different loads with reactances. However, this results no changes in the above relationships.

Wird in den Berechnungen der Umschaitzeitpunkt um 90° \erschoben, so ergibt sich an Stelle der Größe sin (j die Größe sin (q H- 90°) = cos 9. In diesem Fall ist es aiso möglich, den Wirkstrom zu messen.If the changeover time is shifted by 90 ° \ in the calculations, then instead of the variable sin (j the variable sin (q H- 90 °) = cos 9. In this case it is also possible to measure the active current.

In F i g. A ist die einfachste Ausführungsform einer erfmdungsgcmaßen Meßeinrichtung dargestellt. Es ist aus den \ier Dioden 1, 2, 3, 4 eine Gractz-Schallung 5 aufgebaut. Ihre Eingänge 6 und 7 sind einerseits mit der Sekundärwicklung 8 eines Mcßwandlers 9 verbunden, dessen Primärwicklung 10 in einem Wechselstromsystem 11 liegt. Andererseits sind die Eingänge 6 und 7 der Graclz-Schaltung 5 über zwei abwechselnd eine halbe Periode öffnende bzw. schließende, in Reihe liegende Schalter 12 und 13 miteinander verbunden. Die Schalter 12 und 13 arbeiten dabei synchron mit der Nctzfrcqucnz des Wcchselstromsystimsl !,jedoch unter einer gewissen Phasenvci Schiebung. Diese Phasenverschiebung beträgt bei Messung des Blindstromes 90" gegenüber dem Nulldurchgang der Spannung im Wechselstromsystem 11. während sie bei Messung des Wirkstromes im Wcchsclstromsystem sich auf 0° belauft. Die den Ausgang 14 bildenden beiden anderen Anschlüsse 15 und 16 der üiaetz-Schaltung 5 sind über einen gemeinsamen Arbcilswidcrstand 17 an die Verbindungsicitung 18 zwischen den beiden Synchronschaltern 12 und 13 angeschlossen.In Fig. A the simplest embodiment of a measuring device according to the invention is shown. A Gractz circuit 5 is made up of the diodes 1, 2, 3, 4. Their inputs 6 and 7 are connected on the one hand to the secondary winding 8 of a transducer 9, the primary winding 10 of which is in an alternating current system 11. On the other hand, the inputs 6 and 7 of the Graclz circuit 5 are connected to one another via two switches 12 and 13 in series, which alternately open and close for half a period. The switches 12 and 13 work synchronously with the frequency of the alternating current system, but with a certain phase shift. When measuring the reactive current, this phase shift amounts to 90 ″ compared to the zero crossing of the voltage in the alternating current system 11, while it amounts to 0 ° when measuring the active current in the alternating current system. The two other connections 15 and 16 of the üiaetz circuit 5 forming the output 14 are over a common Arbcilswidcrstand 17 is connected to the connection 18 between the two synchronous switches 12 and 13.

Am Arbeitswiderstand 17 kann eine dem Strom durch den Arbeitswidcrslnnd 17 proportionale Spannung abgenommen und zu Meßzwecken verwendet weiden. F.s ist jedoch auch möglich, statt des Arbeits-Widerstandes 17 ein Strornmcßgcrüt einzuschalten.A voltage proportional to the current through the working resistor 17 can be applied to the working resistor 17 removed and used for measuring purposes. However, it is also possible instead of work resistance 17 to switch on a power supply unit.

Die Stiomrichlung im Arbcitswidcrsland 17 ist abhängig von der Richtung des Stromes in der Sekundärwicklung 8 des Wandlers 9 und davon, welcher der Schalter 12 bzw. 13 gerade geschlossen ist. Der Strom fließt im Arbcilswidcrstand in Richtung des Pfeiles 19, wenn in der Sekundärwicklung ein Strom in Richtung des Pfeiles 20 Hießt und der Schalter 13 geschlossen ist oder bei Stromrichtung entsprechend dem Pfeil 21, falls der Schalter 12 gcschlossen ist. In den anderen Füllen, d. h. Slromrichlung 20 und Schalter 12 geschlossen oder Stromrichtung 21 und Schaller 14 geschlossen, Hießt der Strom im Arheitswidersland 17 in Richtung des Pfeiles 22.The Stiomrichlung in Arbcitswidcrsland 17 is depending on the direction of the current in the Secondary winding 8 of the converter 9 and which of the switches 12 and 13 is currently closed. The current flows in the Arbcilswidcrstand in the direction of arrow 19 when in the secondary winding Current in the direction of arrow 20 is called and the switch 13 is closed or in the direction of current according to the arrow 21, if the switch 12 is closed. In the other fills, i.e. H. Slrom direction 20 and switch 12 closed or current direction 21 and Schaller 14 closed, the current is called in Arheitswidersland 17 in the direction of arrow 22.

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Durch die Verwendung der Graetz-Schaltung 5 ergibt sich jeweils parallel zum Arbeitswiderstand 17 ein weiterer Strompfad über eine der Dioden 1 bis 4. Aus diesem Grunde kann der Spannungsabfall am Arbeitswiderstand 17, falls keine Verfälschungen der Meßergebnisse auftreten sollen, maximal der Schwellenspannung der Dioden 1 bis 4 entsprechen, d. h. der in Durchlaßrichtung anliegenden Spannung, bei der die Dioden in den leitenden Zustand gesteuert werden. 'The use of the Graetz circuit 5 results in parallel to the working resistor 17 in each case another current path via one of the diodes 1 to 4. For this reason, the voltage drop on the Working resistance 17, if the measurement results are not to be falsified, at most the threshold voltage of diodes 1 to 4 correspond, d. H. the voltage applied in the forward direction, in which the diodes are switched to the conductive state. '

Um hier Abhilfe zu schaffen, ist bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 5 der Arbeitswiderstand 17 nicht direkt an den Ausgang 14 angeschlossen. Es liegen vielmehr zwischen den Ausgangsanschlüssen 15, 16 in Reihe zwei in Sperrichtung beanspruchte Zenerdioden 23 und 24, an deren Verbindungspunkt 25 der Arbeitswiderstand 17 angeschlossen ist. Dadurch wird erreicht, daß an dem Arbeitswiderstand 17 eine Spannung auftreten kann, die der Summe aus der Zenerspannung einer der Zenerdioden 23 und 24 und »o der Schwellenspannung einer der Dioden 1 bis 4 entspricht. Dies hat natürlich zur Folge, daß die Sekundärwicklung 8 des Meßwandlers 9 für eine höhere Ausgangsspannung ausgelegt werden muß, da eine der Zenerdioden 23, 24 im Sekundärkreis des «5 Wandlers 9 liegt. Es können dafür aber keine Überspannungen am Sekundärkreis des Wandlers 9 auftreten, da die maximal auftretende Spannung durch die Summe der Spannungen der beiden Zenerdioden 23, 24 bestimmt ist. 3< >To remedy this, see the circuit arrangement according to FIG. 5 the working resistor 17 is not connected directly to the output 14. It rather, two zener diodes stressed in the reverse direction lie in series between the output connections 15, 16 23 and 24, at the connection point 25 of which the working resistor 17 is connected. Through this it is achieved that a voltage can occur at the load resistor 17, which is the sum of the Zener voltage of one of the Zener diodes 23 and 24 and »o corresponds to the threshold voltage of one of the diodes 1 to 4. Of course, this has the consequence that the Secondary winding 8 of the transducer 9 must be designed for a higher output voltage because one of the Zener diodes 23, 24 is in the secondary circuit of the converter 9. But there are no overvoltages occur on the secondary circuit of the converter 9, as the maximum voltage occurring through the sum of the voltages of the two Zener diodes 23, 24 is determined. 3 < >

Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 6 sind die beiden mechanischen Schalter 12 und 13 durch aus kontaktlosen Bauelementen aufgebaute Schalter 26 und 27 ersetzt.In the circuit arrangement according to FIG. 6, the two mechanical switches 12 and 13 are off Switches 26 and 27 built on contactless components replaced.

Jeder der beiden Schalter weist einen npn-Transistor 28 auf. Die Kollektor-Emitter-Strecke dieses Schalttransistors 28 liegt in der Brückendiagonale 29 eines Brückengleichrichters 30. Die beiden anderen Anschlüsse der Brückengleichrichter 30 sind mit der Sekundärwicklung 8 des Wandlers 9 und untereinander über die Verbindungsleitung 18 verbunden.Each of the two switches has an npn transistor 28. The collector-emitter range of this Switching transistor 28 is located in the bridge diagonal 29 of a bridge rectifier 30. The other two Connections of the bridge rectifiers 30 are with the secondary winding 8 of the converter 9 and with each other connected via the connecting line 18.

Zur Ansteuerung der Schalttransistoren 28 dient je eine eigene Sekundärwicklung 31 eines Wandlers 32. Dabei ist das eine Ende 33 der Sekundärwicklungen 31 über einen Widerstand 34 mit dem' Emitter 35 des jeweiligen Schalttransistors 28 verbunden, während das andere Ende 36 der Sekundärwicklungen 31 an die Basis 37 gelegt ist. Zwischen Emitter 35 und Basis 37 jedes Schalttransistors 28 ist eine Diode 38 eingeschaltet, die zur Begrenzung der Basis-Emitter-Spannung am jeweils gesperrten Transistor 28 dient.A separate secondary winding 31 of a converter 32 is used to control the switching transistors 28. One end 33 of the secondary windings 31 is connected to the emitter 35 of the via a resistor 34 respective switching transistor 28 connected, while the other end 36 of the secondary windings 31 to the base 37 is laid. A diode 38 is switched on between emitter 35 and base 37 of each switching transistor 28, which is used to limit the base-emitter voltage at the respective blocked transistor 28.

Die Sekundärwicklungen 31 des Wandlers 32 sind gcgenphasig gewickelt, so daß jeweils nur einer der Transistoren 28 geöffnet ist, während der andere sperrt.The secondary windings 31 of the converter 32 are wound in opposite phase so that only one of the Transistors 28 is open, while the other blocks.

Zur Messung von Wirkstrom ist nur ein einphasiger Wechselstrom erforderlich. In diesem Fall liegt die Primärwicklung 10 des Meßwandlcrs 9 im Wechselstromkreis 11, wahrend die Primärwicklung 39 des Mcßwandlcrs 32 mit der Spannung des Wechselstromsystems beaufschlagt ist.Only single-phase alternating current is required to measure active current. In this case the Primary winding 10 of the transducer 9 in the AC circuit 11, while the primary winding 39 of the Mcßwandlcrs 32 is applied with the voltage of the AC system.

Soll mit der Meßeinrichtung jedoch Blindstrom gemessen werden, so ergibt sich eine besonders einfache Schaltung dnnn, wenn dreiphasiger Drehstrom zur Verfügung steht. In diesem Fall liegt die Primärwicklung 10 des Mcßwandlcrs 9 im Kreis 11 einer Phase, wahrend die Primärwicklung 39 des Wandlers 32 nn die zwischen den beiden anderen Phasen auftretende Spinnning gelegt ist. If, however, reactive current is to be measured with the measuring device, a particularly simple circuit results when three-phase three-phase current is available. In this case, the primary winding 10 of the converter 9 lies in the circle 11 of one phase, while the primary winding 39 of the converter 32 is placed in the spinning which occurs between the two other phases.

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for measuring the reactive or active current in an alternating current system using four diodes in a Graetz circuit, characterized in that that the inputs (6, 7) of the Graetz circuit (5) on the one hand directly to the secondary winding (8) a transducer (9) whose primary winding (10) is in the alternating current system (11) and with the Measured variable is applied, and on the other hand by two lying in series and with the network frequency Alternating synchronous switches (12, 13) each opening and closing a half period are connected are and that ciie the output (14) forming the other two connections (15, 16) of the Graetz circuit short-circuited and connected to the connection line via a common working resistor (17) (18) are connected between the two synchronous switches, the one caused by the working resistance and the at closed switch to the resistor parallel diode (1, 2, 3, 4) in the forward direction applied voltage is lower than the voltage that controls the diode in the conductive state.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that between the not short-circuited output terminals (15, 16) of the Graetz circuit (5) in series two in the reverse direction claimed Zener diodes (23, 24), the connection point (25) of which is via the working resistance (17) is placed on the two synchronous switches (12, 13).

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the synchronous switch (26, 27) are constructed from contactless components (28, 30).

4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that each synchronous switch (26, 27) has a bridge rectifier (30), in the bridge diagonal (29) of which a switching transistor (28) lies.

5. Circuit arrangement according to claim 3 and 4, characterized in that the sound transistors (28) alternately via a separate secondary winding (31) each of a common converter (32) can be controlled.

6. Circuit arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that the switching transistors (28) npn transistors are used and the base (37) and emitter connection (35) of each transistor via a Diode (38) are connected.

7. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that at Measurement of the reactive current the synchronous switch (12, 13; 26, 27) with a phase shift of 90 or 270 ° with respect to the zero crossing of the voltage in the alternating current system (11). shut down.

8. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that at Measurement of the active current of the synchronous switches (12, 13; 26, 27) with a phase shift of 0 or 180 "with respect to the zero crossing of the voltage in the AC system (11) open or shut down.

9. Circuit arrangement according to claim 5 and 7, characterized in that at three

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phase three-phase current, the transducer (9) of the alternating current system (11) in the circle of the one Phase lies, to measure the reactive current, the primary winding (39) of the to control the Switching transistors (28) serving converter (32), is connected to the other two phases.

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10. Circuit arrangement according to claim 5 and 8, characterized in that for measuring the Active current, the primary winding (39) of the one used to control the switching transistors (28) Converter (32) is supplied with the supply voltage of the alternating current system (11).

1 sheet of drawings