DE2003405C3

DE2003405C3 - Anordnung zur Feststellung der Phasenvoreilung bzw. Phasennacheilung einer elektrischen Wechselgröße in bezug auf eine Bezugsgröße gleicher Frequenz

Info

Publication number: DE2003405C3
Application number: DE2003405A
Authority: DE
Inventors: Claude Vitry Queron
Original assignee: Compteurs Schlumberger SA
Current assignee: Compteurs Schlumberger SA
Priority date: 1969-01-28
Filing date: 1970-01-27
Publication date: 1981-06-11
Also published as: SE358737B; GB1297674A; US3634762A; FR2029839A5; DE2003405B2; DE2003405A1; CA921572A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Feststellung der Phasenvoreilung bzw. Phasennacheilung einer elektrischen Wechselgröße in bezug auf eine Bezugsgröße gleicher Frequenz, mit Wandlern, die jede Größe in ein Rechtecksignal entsprechender Phasenlage

so umwandeln, einer Koinzidenzschaltung, die bei Koinzidenz zwischen einer Halbperiode eines Rechtecksignals und einer Flanke einer Halbpcriode eines anderen Rechtecksignals ein Ausgangssignal liefert, und mit einem bistabilen Speicher mit einem Einstelleingang und einem Rückstelleingang, der am Einstelleingang bei einer Flanke eines Rechtecksignals in den Arbeitszustand und am Rückstelleingang bei einer Flanke eines Rechtecksignals in den Ruhezustand gebracht wird. Eine solche Anordnung ist aus der GB-PS 9 94 966 bekannt. Dort hat sie die Aufgabe, die Feststellung zu ermöglichen, ob ein Reaktorstab eine Höhe zwischen zwei Grenzwerten einnimmt.

Bei zahlreichen Anwendungen, beispielsweise in Meßrelais oder irgendeinem anderen Phasenwähler, ist

f>5 es oftmals erforderlich, die Vektorstellung einer elektrischen Größe bezüglich einer oder mehrerer elektrischer Bezugsgrößen festzustellen und in der Lage zu sein, diese Vektorstellung in einen vorbestimmten

Phasenverschiebungsbereich zu bringen.

In bestimmten Fällen ist es auch vorteilhaft, ständig und mit großer Genauigkeit die Phasenverschiebung einer elektrischen Größe bezüglich einer anderen festzustellen und gegebenenfalls der Phasenverschie- ■> bung der zu regelnden elektrischen Größe zu folgen, so daß beispielsweise die anschließende Steuerung von Einrichtungen möglich ist, die dazu bestimmt sind, diese Phasenverschiebung innerhalb einen bezüglich der Phase der Bezugigröße festgelegten Grenzwert zurück- ι ο zubringen. Eine solche Phasenvergleichsanordnung ist aus der DE-AS 11 79 634 bekannt

Bei den bekannten Phasenvergleichsanordnungen erfolgt die Einstellung des bistabilen Speichers durch das die Koinzidenz anzeigende Signal. Besonders bei Vergleich derselben Wechselgröße mit mehreren gegeneinander phasenverschobenen Bezugsgrößen ist es vorteilhaft, am Ausgang des bistabilen Speichers über ein Signal zu verfugen, das unmittelbar anzeigt, ob eine bestimmte Phasenbeziehung vorhanden ist

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung zur Feststellung der Phasenbeziehung zwischen elektrischen Wechselgrößen gleicher Frequenz, die am Ausgang des bistabilen Speichers eine unmittelbare Aussage über die Phasenbeziehung liefert.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 ein Fresnel-Diagramm zur Erläuterung des Erfindungsgegenstandes,

Fig.2 ein logisches Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, J5

Fig.3 ein Kurvendiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig.2 dargestellten Anordnung in Verbindung mit dem Fresnel-Diagramm gemäß F i g. 1,

F i g. 4 ein Schaltbild einer logischen Schaltung, die eine Weiterentwicklung der in Fig.2 gezeigten Schaltung bildet,

Fig.5 ein Schaltbild einer logischen Schaltung, die eine leichte Abänderung der in Fig.2 gezeigten Schaltung bildet,

Fig.6 ein der Fig. 1 entsprechendes Fresnel-Dia- ■»"> gramm, das jedoch eine Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes zeigt,

Fig.7 das Schaltbild einer Ausführungsform einer logischen Schaltung, bei der die aus F i g. 6 hervorgehenden Eigenschaften verwirklicht sind, so

Fig.8 ein Kurvendiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig.7 gezeigten logischen Schaltung in Verbindung mit dem Fresnel-Diagramm gemäß F i g. 6 und

Fig. 9 und 10 Schaltbilder von logischen Schaltungen, « die zwei Weiterbildungen der in Fig.7 dargestellten Schaltung bilden.

In F i g, 1 ist ein Fresnel-Kreis dargestellt, in welchem der Vektor Vk einer Wechselspannung Vr entspricht, die im folgenden als Bezugsspannung betrachtet wird. Außerdem ist in ausgezogener Linie ein Vektor Vc dargestellt, der einer Spannung V_c entspricht, deren Phasenverschiebung bezüglich der Phasenlage der Spannung Vn zu überwachen ist. In dem betreffenden Fall stellt man unter Berücksichtigung der auf diesem Gebiet üblichen Darstellungen fest, daß die Spannung V( bezüglich der Spannung V« verzögert ist.

Im folgenden werden ledglich Spannungen betrach

tet, es ist jedoch klar, daß es sich auch um andere elektrische Größen und insbesondere um Ströme handeln kann, deren Phasenverschiebung bezüglich der Phase eines Bezugsstroms oder mehrerer Bezugsströme festzustellen oder zu überwachen ist, wie es aus den folgenden Ausführungen hervorgeht.

Wenn man den in F i g. 1 dargestellten einfachen Fall betrachtet, bei dem nur eine einzige Bezugsspannung Vr vorhanden ist, so bestimmt man, ob die Phasenverschiebung der Spannung Vc bezüglich der Phase der Spannung Vr nacheilt oder voreilt, oder mit anderen Worten, ob der Vektor Vc sich im Kreissektor ADB befindet, wie in ausgezogener Linie dargestellt, oder ob er sich im Gegenteil in dem Kreissektor BEC befindet, wie in gestrichelter Linie in dem schraffierten Bereich dargestellt

Um abzuschätzen, ob der Vektor Vcsich in dem einen oder anderen obengenannten Sektor des Fresnel-Krcises befindet, und zwar bei Durchführung einer ständigen Überwachung und Ausführung einer Messung in einer Zeitspanne, die gleich einer Periode d,;> Wechselstroms oder der Wechselspannung ist, verfährt man in der folgenden Weise:

Man gibt wie in F i g. 2 gezeigt, die Spannungen Vr und Vc auf den Eingang von Wandlern 1 und 2, welche beispielsweise jeweils aus einem Transistor oder aus einem Thyristor bestehen, der bei dem in Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispiel bei Beginn jeder Halbperiode derart gesteuert wird, daß er nur die positiven Halbperioden der Spannungen Vr und Vc auswählt und für jede dieser positiven Halbperioden einen Impuls V_r mit steiler Vorderflanke erzeugt der genauso breit ist wie die betreffende Halbperiode der Spannung Vr, wie in der ersten Kurve der Fig.3 dargestellt, die zeigt, daß die der Breite des Impulses V, entsprechende Strecke AB dem Vektor Vr in Fig. 1 entspricht, während die Strecke BC der Breite des negativen Impulses entspricht welcher vom Wandler 1 ausgeschaltet wird. In gleicher Weise erzeugt der Wandler 2, auf den die Spannung Vc gegeben wird, für jede positive Halbperiode einen Impuls V_c mit steiler Vorcsrflanke, wobei dieser Impuls durch die zweite Kurve in F i g. 3 wiedergegeben wird, aus der ersichtlich ist, daß dieser zweite Impuls bezüglich des Impulses V_r verzögert ist.

Die Impulse V_c werden nacheinander auf den Eingang einer Differenzierschaltung 3 gegeben, welche die Ableitung V'_c dieser Impulse bildet, d. h., wie es in der Elektrotechnik bekannt ist, einen kurzen Impuls, welcher in der dritten Kurve der F i g. 3 dargestellt ist, wobei dieser kurze Impuls offensichtlich zu gleicher Zeit gebildet wird, in der die Erzeugung des Impulses K beginnt. Die Differenzierschaltung 3 sowie der Ausgang des Windlers 1 sind mit den Eingängen einer als Und'Schaltung 4 ausgebildeten Koinzidenzschaltung verbunden, deren »Ausgang mit einem Eingang eines bistabilen Speichers 5 verbunden ist, welcher in verschiedenen Arten ausgebildet sein kann und beispielsweise aus einer Widerstands-Kapazitäts-Schallung besteht, die mit einer Schmitt-Trigger-Schaltung verbunden ist, Der Speicher 5 empfängt an seinem Eingang auch die Impulse V_n die auf denselben von einem Leiter 6 gegeben werden, welcher an den Ausgang des Wandlers 2 angeschlossen ist. Beispielsweise wird der Speicher 5 derart ausgelegt, daß sein Ausgang 5· ein Gleichspannungs- oder Gleichstromsignal mit einem gewählten Wert abgibt, wenn dieser Speicher keine Information von der Und-Schaltung

empfängt, und man bildet ihn so aus, wie es der Fall ist, wenn er aus einer Widerstands-Kapazitäts-Schaltung in Verbindung mit einer Schmitt-Trigger-Schaltung besteht, daß die Impulse V_n die direkt auf denselben gegeben werden können, seinen Zustand und daher das > Signal, das er an seinem Ausgang 5, abgibt, nicht verändern, daß er dagegen seinen Zustand und infolgedessen das Signal an seinem Ausgang Si ändert, wenn ein Impuls von der Und-Schaltung ankommt.

Bei abermaliger Betrachtung des in Fig. 1 gezeigten ι« und der mit der Klammer I in F i g. 3 zusammengefaßten Gruppe von Kurven entsprechenden Beispiels in Verbindung mit der Kurve Vg der Bezugsspannung stellt man fest, daß im Zeitpunkt der Ausbildung des Impulses K die Differenzierschaltung 3 den Impuls V, < ■ erzeugl, welcher auf einen der beiden F.ingänge der IJndSchaltung gegeben wird. Da der Bezugsimpuls V_r bereits auf den anderen Eingang der Und-Schaltung

ι ι ■ - *-l 1' j L "CC λ " -4

der Impuls V',-auf den Eingang des Speichers 5 gegeben. ." welcher so kippt, daß das von ihm ausgegebene Gleichspannungs- oder Gleichstromsignal zu Null wird, wie es bei St in der letzten Kurve der mit der Klammer I zusammengefaßten Gruppe von Kurven in F i g. 3 gezeigt ist. Dieser neue Zustand des Speichers 5 wird beibehalten, solange der Impuls V₁ aufgegeben wird, und nach Ablauf desselben nimmt der Speicher 5 wieder seinen Ausgangszustand ein und gibt daher wiederum das Signal mit vorbestimmtem Wert ab. Der Impuls V₁ wird daher als Zeitbasis verwendet. '

Man sieht, daß die gleichen Arbeitsvorgänge sich bei jeder Wiederholung der Impulse V₁.und V, wiederholen, wenn die Phasenverschiebung der Spannung V, sich bezuglich der Phase der Bezugsspannung \'g nicht ändert. Daraus folgt, daß die Phasenverschiebung bei ■ jeder Periode überprüft wird.

Fig. 3 zeigt, daß die oben beschriebenen Arbeitsbe dingungen identisch wiederholt werden, vorausgesetzt, daß eine zeitliche Koinzidenz /wischen den ImpuKcn V- und V₁ vorhanden ist. d. h vorausgeset/l. daß der abgeleitete Impuls V, während der Dauer des Bezugsimpuises V, erzeugt wird, was durch die gestrichelte Gerade D gezeigt ist. wobei die Lage dieser Geraden D dem Ausmaß der Phasenverzögerung der Spannung VV bezüglich der Phase der Bezugsspannung ^: Vo und infolgedessen dem Bogen AD in F i g. 1 entspricht.

Da soeben gezeigt wurde, daß die Arbeitsbedingungen des Speichers 5. d. h. noch einfacher, daß die Bedingungen, bei denen die Und-Schaltung geöffnet "" sein kann. s:ch in gleicher Weise wiederholen, vorausgesetzt, daß Koinzidenz zwischen dem Impuls V, und dem abgeleiteten Impuls V₁ vorhanden ist. so sieht man. daß der Bogen AD beliebig sein kann, jedoch im Bogen A B der F i g. 1 eingeschlossen. ν

Wenn man jetzt die durch die Klammer Il in F i g. 3 zusammengefaßte Gruppe von Kurven betrachtet, und zwar stets bezüglich der Bezugsspannung V_R. so sieht man. daß die Spannung Vr der Bezugsspannung V ■'<? um mehr ais ί 60" nacheilt oder auch umgekehrt, daß sie um <-'■ weniger als 180' voreilt. In diesem Fall, der durch die gestrichelte Gerade E dargestellt wird, findet keine Koinzidenz zwischen dem Impuls V,und dem abgeleiteten Impuls V₁- mehr statt. Infolgedessen ist ein Eingang der Und-Schaltung während der Dauer des Impulses Vg -'-

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Zeit nicht geöffnet, so daß die Und-Schaltung niemals auf Durchlaß geschaltet wird. Daraus folgt, daß der Impuls V₀ wenn er erzeugt wird, zwar auf den Zwischenspeicher 5 gegeben wird, der Zustand des letzteren jedoch nicht verändert wird, und infolgedessen ist das Signal an seinem Ausgang Si ein Gleichspannungs- oder Gleichstromsignal. Man ist daher in diesem Fall sicher, daß der gestrichelte Vektor V_cin F i g. 1 sich im Sektor BEC an einer beliebigen Stelle desselben befindet, da diese letzteren Arbeitsbedingungen beibehalten werden, solange keine Koinzidenz zwischen dem abgeleiteten Signal V',. und dem Bezugsimpuls V, besteht.

Wenn aus einem beliebigen Grund die Phasenverschiebung der Spannung! V, sich plötzlich ändert und von einem der beiden Bereiche des Fresnel-Kreises in Fi g. I in den anderen übergeht, so wird dies in einem Zeitraum festgestellt, der höchstens gleich einer Periode ist. indem einfach das Ausgangssignal des Speichers 5 überwacht wird, wobei dieses Ausgangssignal beispiels-

det werden kann. Es ist ersichtlich, daß der Speicher 5. wenn gewünscht, weggelassen werden kann, wobei das wesentliche darin besteht, zu prüfen, ob ein Ausgangssignal an der Und Schaltung auftritt oder nicht, da das Vorhandensein dieses Signals erkennen läßt, ob der Vektor V₁ sich auf der einen oder anderen Seite des Bezugsvektors Vgbefindet.

In gewissen Fällen kann es vorteilhaft erscheinen, noch s*-melier eine Phasenverschiebung einer elektrischen Größe in bezug auf eine Bezugsgröße abzuschätzen und Gleichspannungs- oder Glcichstromsignale zu erhalten, welche für das Überschreiten eines Schwellwerts der Phasenverschiebung charakteristisch sind.

F i g. 4 zeigi eine Ausgestaltung der Erfindung, welche die Durchführung einer Prüfung bei jeder Halbperiode im gleichen Zeitpunkt, in dem Gleichspannungs- oder Gleichstromsignale verschiedener Höhe erzeugt werden, für zwei charakteristische Phasenvcrschicbungszustände gestattet. Bei dieser Ausführungsform werden gleichzeitig die positiven und die negativen Halbpcrioden verwendet. Zu diesem Zweck weist die Anordnung zunächst die gleichen Einrichtungen auf. wie sie in bezug auf F i g. 2 beschrieben wurden, wobei diese Einrichtungen in ausgezogenen linien dargestellt und mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Außerdem wird eine weitere gleiche Untcranordnung vorgesehen, deren Wandler Ii und 2i. welche ebenfalls jeweils die Bezugsspannungen Vg bzw. die zu regelnde Spannung V₁■■ empfangen, jedoch Impulse in Abhängigkeit von den negativen Halbperioden der Spannungen Vg und V, erzeugen. Aus diesem Grund sind in Fig. 4 die verschiedenen Bezeichnungen mit den Vorzeic' en ->und - versehen.

Die die Halbpenoden Vr+ und V,+ empfangende Unteranordnung arbeitet genau in der gleichen Weise, w ie es vorher in bezug auf F i g. 2 beschrieben wurde, und die andere Unteranordnung, welche die Halbperioden Vp- und Vf- empfängt, arbeitet in vollständig analoger Weise, und infolgedessen sind die Signale, welche erzeugt werden, wenn Koinzidenz zwischen den impulsen VV und den abgeleiteten Impulsen V₁- besieht, jeweils die mit der Klammer I in Fig. 3 zusammengefaßten, aber da auch die negativen Halbperioden untersucht werden, wobei die Ausgänge Si und S'j der Speicher 5 und Si verbunden werden, erhält man ein kontinuierliches Signal statt eines unterbrochenen Signals. Wenn die Phasenverschiebung zwischen den Spannungen l> und Vf sich plötzlich ändert, wird dies entweder von der die Halbperioden -f- verarbeitenden

Unteranordnung oder von der die Halbperioden verarbeitenden Unteranordnung derart festgestellt daB die Feststellung in einer Zeit erfolgt, die höchstens gleich einer halben Periode ist. Das gleiche gilt für die in Verbindung mit der Klammer Il in Fig.3 erläuterte ■-, Arbeitsweise, jedoch ist die Höhe des Signals sodann verändert Indem man an den Speichern 5 und S₍ zwei Ausgange Si, Si bzw. 5Ί, S'2 vorsieht und diese Aus&äAge miteinander verbindet, erhält man ständig zwei verschiedene logische Informationen, welche aus den gleichen Gründen erkennen lassen, daB die Phase der Spannung Vc der Phase der Bezugsspannung Vr vor- oder nacheilt.

F i g. 5 zeigt eine andere Ausführungsform des in F i g. 2 dargestellten logischen Schaltbildes, wobei diese \ -. Ausführungsform ermöglicht, daß man als Speicher eine einfache bistabile Kippschaltung 5a verwendet. In diesem Fall ist die Und-Schaltung 4 an ihrem Ausgang mit einem der Eingänge ei der bistabilen Kippschaltung 5a verbunden, während der Ausgang der die Abieiitmg >n V'c bildenden Differenzierschaltung 3 einerseits mit einem der Eingänge der Und-Schaltung und andererseits mit dem anderen Eingang C₂ der Kippschaltung Sa verbunden ist, jedoch über einen Widerstand 7 oder ein anderes, gegebenenfalls mit einer Negalorschallung .>-, verbundenes Dämpfungsglied. Bei dieser Ausführungsform ist es nicht mehr erforderlich, den Ausgang des Wandlers 2 mit dem Speicher zu verbinden, wie es bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform der Fall ist. Wenn Koinzidenz zwischen den Impulsen V_r und den abgeleiteten Impulsen V'_c vorhanden ist, dann ist wie bei den vorangehenden Beispielen die Und-Schaltung 4 geöffnet, und es wird ein Impuls auf den Eingang ei der Kippschaltung 5a gegeben. Der abgeleitete Impuls V'_c wird ebenfalls auf den zweiten Eingang e? der » Kippschaltung 5a im gleichen Zeitpunkt wie der von der Und-Schaltung abgegebene Impuls gegeben, aber die Höhe dieses Impulses ist niedriger, da er ja über den Widerstand 7 geleitet wird. Auf diese Weise wird die bistabile Kippschaltung 5a auf ihrer schraffierten Seite 4η aktiviert und man erhält an den Ausgängen dieser Kippschaltung die logischen Zustände t und 0, welche Hen nhierpn Knin7ir1pn7Tii«tanrt prltpnnpn la«pn nnri infolgedessen auch erkennen lassen, ob der Vektor V_c aus F i g. 1 sich im Sektor AB befindet. Man sieht daß für jede positive Halbperiode eine Ordnungsbestätigung am Eingang ei der Kippschaltung 5a auftritt Wenn in einem bestimmten Zeitpunkt die Phasenverschiebung der Spannung Vc bewirkt daB der dieser Spannung entsprechende Vektor in den Sektor BC der F i g. 1 übergeht was dem Fall der mit der Klammer II in F i g. 3 zusammengefaßten Gruppe von Kurven entspricht so kann die Und-Schaltung nicht geöffnet sein und infolgedessen wird kein Ordnungsbestätigungsimpuls auf den Eingang ei der Kippschaltung gegeben. 5s Infolgedessen wird der abgeleitete Impuls V'_c auf den Eingang e* gegeben und infolgedessen wechseln plötzlich die logischen Zustände am Ausgang dieser Kippschaltung.

In bestimmten Fällen ist es vorteilhaft oder sogar erforderlich, daB man genau die Phasenverschiebung einer elektrischen Größe erkennt oder auch diese Phasenverschiebung in einer beliebigen Anzahl von Sektoren des Fresnel-Kreises lokalisieren kann. Zur Erläuterung des folgenden gibt F i g. 6 eine der F i g. 1 entsprechende Fresnel-Darsteilung wieder, auf der jedoch vier Sektoren Λ,β,γ,δ dargestellt sind, wobei in einem dieser Sektoren festgestellt wird, wo sich der Vektor V_c befindet Um dies durchzuführen, wie in F i g. 7 gezeigt verwendet man zwei Bezugsspannungen V/n und Vk₁, welche in gleicher Weise wie die zu regelnde Spannung V_c wie bei den vorangehenden Beispielen auf Wandler I für die Spannung Vj_n, la für die Spannung Vm und 2 für die Spannung Vc gegeben werden. Die Wandler 1, la sind mit einer Und-Schaltung 4a Ober Nein-Schaltungen 8, Sa verbunden, welche mittels mit Schaltern 10,10a versehenen Nebenschlußkreisen 9,9« kurzgeschlossen sein können.

Wie in F i g. 2 ist der die zu regelnde Spannung V_c empfangende Wandler 2 mit der die Ableitung V₁-bildenden Differenzierschaltung 3 verbunden, wobei diese Differenzierschaltung selbst mit einem dritten Eingang E3 der Und-Schaltung 4a verbunden ist, deren Ausgang mit einem Eingang des Speichers 5 verbunden ist. Ebenfalls wie in F i g. 2 ist der zweite Eingang des Speichers 5 mit dem Ausgang des die Spannung V₁ empfangenden Wandlers 2 verbunden.

um die Arbeitsweise tier in F i g. 7 gc/cigicit Anordnung unter der beispielsweisen Annahme zu verstehen, daß sich der Vektor Vc im Sektor α (F i g. 6) befindet, wird zunächst auf F i g. 8 Bezug genommen, in der bei III die Bezugsspannung Vr 1, bei IV die Bezugsspannung V* 2, bei V die zu regelnde Spannung V_c bei Vl die von der Differenzierschaltung 3 abgegebenen abgeleiteten Impulse V'_c und bei VII die vom Ausgang S\ des Speichers S gelieferten Signale dargestellt sind.

Es läßt sich zunächst feststellen, daß die Wandler 1,1a und 2 jeweils die Rechteckimpulse V_r\, V_r2 und V_c liefern. Wenn man annimmt daß die Spannung V/n als Ausgangsspannung und die Spannung Vr₂ als Grenzspannung gemäß der Fresnel-Darsteilung in Fig.6 genommen wird, so muß die Phasenverschiebung der Spannung Vczwischen der Phase der Spannung Vn \ und der Phase der Spannung Vr₂ liegen, damit sie sich im Sektor « befindet d. h, zwischen den Grenzen A und B, die sowohl in F i g. 6 wie in F i g. 8 dargestellt sind.

Um diesen Betriebszustand unter Berücksichtigung der obigen Erläuterungen zu prüfen, muß notwendigerweise ein Koinzidenzzustand erhalten werden, welcher hpwirlct. HaQ die beiden Eingänge £Ί und £■> der Und-Schaltung 4a geöffnet sind.

Wenn man von den Nein-Schaltungen 8 und 8a absieht so sieht man aus F i g. 8, daß es nicht möglich ist diesen Zustand zu erhalten, da der Vektor der Bezugsspannung Vr 2 beim gewählten Beispiel notwendigerweise mehr nach rückwärts versetzt ist als der Vektor Vo wodurch sich eine Verzögerung der zu regelnden Spannung bezüglich der Ausgangsspannung V#t 1 ergibt Da jedoch bei der in F i g. 7 gezeigten Anordnung eine Nein-Schaltung zwischen der Und-Schaltung und jedem Wandler 1 bzw. la angeordnet ist so sieht man, daB durch Schließen des Schalters 10 im Nebenschlußkreis 9 die Nein-Schaltung 8 abgetrennt wird, d. h, daB man für den Eingang £Ί der Und-Schaltung den Impuls V_r\ erhält und daß man dagegen durch Offenhalten des Schalters 10a des Nebenschlußkreises 9a am Eingang E₂ einen komplementären logischen Impuls Vri erhält, welcher in Fig.7 sowie in gestrichelter linie in der Kurve IV in F i g. 8 dargestellt ist, so daB man durch diesen Kunstgriff die öffnung des Eingangs E₂ der Und-Schaltung 4a erzielen kann.

Unter diesen Umständen sieht man, daB der Beginn des Impulses V_cdie Ableitung V'_c entstehen läßt welche die Öffnung des dritten Eingangs £3 der Und-Schaltung Aa bewirkt. Diese Und-Schaltung wird sodann auf

Durchgang geschaltet, und aus den oben erläuterten Gründen wechselt der Speicher 5 seinen Zustand und IaBt an seinem Ausgang S\ wahrend der ganzen Dauer des Impulses V_c das charakteristische Signal Su auftreten.

Die vorangehenden Erläuterungen lassen sich einfach in Binärschreibweise wiedergeben. FQr alle Phasenverschiebungswerte »tfs Vektors Vc im Sektor « kann man die folgende Beziehung verwirklichen:

Vr₁- Vr₂,

wobei V anzeigt, daß die Nein-Schaltung Sa verwendet wurde. Unter Verwendung der gleichen Binärschreibweise kann man. wenn man eine Phasenverschiebung des Vektors V_c im Sektor β zu überwachen wünscht, verwirklichen:

Vr,- Vr₂,

-i 1. j_n j:_ ki.:_ ci_l._i. β .._j o_ I :.J_ J L.

U. I!., UdU UIC l^CIII'iH.tt<lllUllgCII O UIfU OA LTCIUC UUIV-II

Schließen der Schalter 10 und 10a kurzgeschlossen sind. Dieser Fall kann mit Bezug auf F i g. 8 nachgeprüft werden, aus welcher hervorgeht, daß in dem die gestrichelten Linien B und C trennenden Raum eine Überlagerung der Impulse V_r, und V_r2 stattfindet

In entsprechender Weise muß für den Beweis, daß sich der Vektor Vc im Sektor γ befindet, die Beziehung erfüllt werden:

Vr, ■ Vr₁.

Mit anderen Worten, in diesem Fall wird die Nein-Schaltung 8 verwendet und die Nein-Schaltung 8a ist kurzgeschlossen.

Schließlich muß für den Sektor δ die Beziehung erfüllt werden:

Vr, ■ Vr₁.

was bedeutet, daß in diesem Fall die zwei Nein-Schaltungen 8 und 8a in den Stromkreis eingeschaltet sind.

Bei dem in F i g. 7 dargestellten Beispiel ist der Speicher S mit zwei Ausgängen Si und Sj dargestellt, wobei diese beiden Ausgänge offensichtlich Signale abgeben, die zueinander komplementär sind und die während jeder Periode ein Bild des Sektors darstellen, in welchem sich der Vektor Vc bezüglich der Bezugsvektoren Vr, und Vr₇ befindet, wobei die Auswahl des einen oder anderen Vektors berücksichtigt wird, indem die eine und/oder die andere Nein-Schaltung 8 und 8a in den Stromkreis geschaltet oder von demselben abgetrennt wird. Es wurde oben erläutert, daß durch Abtrennen der Nein-Schaltung 8 in jeder Periode kontrolliert wird, ob sich der Vektor V_c im Sektor « befindet, daß durch Abtrennen der beiden Nein-Schaltungen 8 und 8a kontrolliert wird, ob sich der Vektor Vb hn Sektor β befindet, durch Abtrennen der Nein-Schaltung 8a der Sektor y kontroffiert wird und durch Abtrennen der Nein-Schahungen 8 und 8a der Sektor δ kontrolliert wird.

Infolgedessen ist es, wenn man die Lage des Vektors Vc vollständig außer acht läßt, leicht möglich, eine aufeinanderfolgende Oberprüfung der verschiedenen Sektoren durchzuführen, indem die Schaher 10 und 10a betätigt werden.

Fig.9 zeigt eine Weiterbildung der in Fig.7 gezeigten Anordnung mit zwei Bezugsspannungen, wobei diese Weiterbildung eine Einstellung des Bogens des Sektors, beispielsweise des Sektors λ, ermöglicht, welcher zwei Schwellwerte der Phasenverschiebung begrenzt, die in der eiticn oder anderen Richtung vom Vektor Vc der zu regelnden Spannung nicht überschritten werden dürfen. Bei dieser Weiterbildung der Erfindung werden genau die gleichen Einrichtungen

to verwendet wie bei der in Fig.7 gezeigten Anordnung, und diese Einrichtungen sind infolgedessen mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Zusätzlich wird beispielsweise vor dem Wandler la eine geeichte Phasenschieberschaltung H vorgesehen. Dadurch wird,

ι -, wobei beispielsweise auf F i g. 6 Bezug genommen wird, die Bezugsspannung Vr , als Ausgangsspannung genommen, und da die Phase der Bezugsspannung Vr₂ durch die Phasenschieberschaltung 11 in gewünschter Weise

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dem Vektor Vr , anzunähern oder ihn von demselben zu entfernen, so daß der Bogen AB den gewünschten öffnungswinkel erhält, der gegebenenfalls sehr klein sein kann. Es ist ersichtlich, daß eine entsprechende Phasenschieberschaltung auch vor dem Wandler 1

2^ angeordnet werden kann. Wenn man den Wert der Phasenverschiebung von einem der Vektoren Vr , oder Vr2 genau kennt, wird es möglich, unmittelbar mit Genauigkeit die Phasenverschiebung des Vektors Vc zu erkennen und gegebenenfalls derselben zu folgen,

in indem lediglich überprüft wird, daß die Und-Schaltung in jeder Periode oder auch gegebenenfalls in jeder Halbperiode geöffnet oder im Gegenteil geschlossen ist Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 10 dargestellt, welche zeigt, daß mehr als zwei Bezugsspannungen verwendet werden können. In der dargestellten Weise können Bezugsspannungen Vjn, Vr₁. ■■ Vr₁, auf Wandler 1,1 a... 1 η gegeben werden, welche jeweils mit einer Nein-Schaltung 8, 8a ... Sn verbunden sind, während die Spannung Vc auf den Wandler 2 gegeben wird. Obwohl verschiedene Schaltanordnungen möglich sind, ist es oftmals vorteilhaft wie in d"r Figur dargestellt die Spannung V_R, als Ausgangssoannung zu betrachten, und infolgedessen ist die Nein-Schaltung 8 direkt mit einem der Eingänge Ei der Und-Schaltung 4a verbunden, von welcher ein weiterer Eingang £j selektiv über einen Umschalter 12 mit den Nein-Schaltungen 8a ...Sn verbunden sein kann, wobei der dritte Eingang Ei der Und-Schaltung Aa mit der Differenzierschaltung 3 verbunden ist Die zu den verschiedenen Bezugsspannungen gehörigen Nein-Schaltungen sind außerdem mit ihren Nebenschlußkreisen 9,9a... 9n versehen.

Bei dieser Ausfflhrungsform wird, wie aus den vorangehenden Ausführungen zu entnehmen ist, die Anzahl der Sektoren <x,ß... des Fresnel-Kreises in der gewünschten Weise vervielfacht, und man wählt durch Einwirkung auf den Umschalter 12 die Lage des Bezugsvektors Vr₂, welcher mit dem Ausgangsbezugsvektor Vjm einen Sektor nut gewünschtem öffnungswinkel begrenzt Gegebenenfalls wird es durch Emwirkung einerseits auf den Umschalter 12 und andererseits nacheinander auf die Schalter 10,10a... 1On möglich, den ganzen Fresnel-Kreis zu überprüfen.

Βίαζα 6 Blatt Zeichg

Claims

Patentansprüche;

1. Anordnung zur Feststellung der Phasenvoreilung bzw, Phasennacheilung einer elektrischen Wechselgröße in bezug auf eine Bezugsgröße gleicher Frequenz, mit Wandlern, die jede Größe in ein Rechtecksignal entsprechender Phasenlage umwandeln, einer Koinzidenzschaltung, die bei Koinzidenz zwischen einer Halbperiode eines Rechtecksignals und einer Flanke einer Halbperiode eines anderen Rechtecksignals ein Ausgangssignal liefert, und mit einem bistabilen Speicher mit einem Einstelleingang und einem Rückstelleingang, der am Einstelleingang bei einer Flanke eines Rechtecksignals in den Arbeilszustand und am Rückstelleingang bei einer Flanke eines Rechtecksignals in den Ruhezustand gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Koinzidenzschaltung (4) das Ausgangssignal bei Koinzidenz einer Halbperiode des der Be^igsgröße (Vr) entsprechenden Rechtecksignals (Vr) mit einer Flanke der entsprechenden Halbperiode des der Wechselgröße (Vc) entsprechenden Rechteckiiignals (V_c) abgibt, daß der Einstelleingang des bistabilen Speichers (5) an den Ausgang der Koinzidenzschaltung (4) angeschlossen ist, und daß der Rückstelleingapg (6) des bistabilen Speichers (5) durch die andere Flanke des der Wechselgröße (Vc) entsprechenden Rechtecksignals (Vc) gesteuert ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Jie an die Koinzidenzschaltung (4) angelegte Flanke des der i^echselgröße (Vc) entsprechenden Rechtecksignals (V_c) die ansteigende Flanke ist, daß an den Rücks^Ueingang (6) des bistabilen Speichers (5) das der Wechselgröße (Vc) entsprechende Rechtecksignal (VJ angelegt ist, und daß der Speicher (5) so ausgebildet ist, daß er durch die abfallende Flanke des an seinem Rückstelleingang anliegenden Rechtecksignals in den Ruhezustand zurückgestellt wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des der Wechselgröße (Vc) zugeordneten Wandlers (2) eine Differenzierschaltung (3) angeschlossen ist, deren Ausgang mit einem Eingang der Koinzidenzschaltung (4) verbunden äst, deren anderer Eingang mit dem Ausgang des der Bezugsgröße (Vr)zugeordneten Wandlers (1) verbunden ist, und daß der Rückstelleingang (6) des bistabilen Speichers (5) mit dem Ausgang des der Wechselgröße (V_c) zugeordneten Wandlers (2) verbunden ist (F i g. 2).

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des der Wechselgröße (V_c) zugeordneten Wandlers (2) eine Differenzierschaltung (3) angeschlossen ist, deren Ausgang mit einem Eingang der Koinzidenzschaltung (4) verbunden ist, deren anderer Eingang mit dem Ausgang des der Bezugsgröße (Vr) zugeordneten Wandlers (1) verbunden ist, daß der Rückstelleingang (ei) des bistabilen Speichers (5a) an den Ausgang der Differenzierschaltung (3) angeschlossen ist, und daß der Speicher (SaJ so ausgebildet ist, daß er bei gleichzeitigem Anliegen von Impulsen am Einstelleingang (e\) und am Rückstelleingang (c₂) in den Arbeitszustand gebracht wird (F i g. 5).

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung zwischen dem

Ausgang der Differenzierschaltung (3) und dem Rückstelleingang (e$ des Speichers (Sa) ein Dämpfungsglied (7) eingefügt ist,

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleichartige Schaltungen mit Wandlern (1,2; Ij, 2|), einer Koinzidenzschaltung (4, 4|) und einem bistabilen Speicher (5, 5|) vorgesehen sind, welche die gleiche Bezugsgröße (Vr) und die gleiche Wechselgröße (Vc) empfangen, die aber auf entgegengesetzte Halbperioden der Rechtecksignale (Vr, Vc) ansprechen.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gegeneinander phasenverschobene Bezugsgrößen (Vru Vr2 ... Vr„) vorhanden sind, daß für jede Bezugsgröße ein Wandler (1, la... in) vorgesehen ist, der die Bezugsgröße in ein phasengleiches Rechtecksignal (V_r\, V_ri-.. V_n,)umwandelt, daß die Koinzidenzschaltung (4a) drei Eingänge (E%, E₂, Ej) hat, von denen zwei Eingänge (E₁, E₂) mit den Ausgängen von zwei den Bezugsgrößen zugeordneten Wandlern verbunden sind, und daß Schaltvorrichtungen (10, 10a ... ΙΟπ,Ι vorgesehen sind, mit denen der Ausgang jedes einer Bezugsgröße zugeordneten Wandlers (1, la ... in) wahlweise direkt oder über einen Negator (8, 8a ... 8n) mit einem Eingang der Koinzidenzschaltung (4a^ verbindbar ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von mehr als zwei phasenverschobenen Bezugsgrößen (Vri, Vr₂ ... Vr„) ein Wählschalter (12) zur wahlweisen Verbindung der zwei Eingänge (E_u E₂) der Koinzidenzschaltung mit zweien der Wandler (1, la ... In) vorgesehen ist.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang von wenigstens einem der den Bezugsgrößen zugeordneten Wandler (1,1 a... 1 η)ein einsteilbarer Phasenschieber (U) vorgeschaltet ist.