DE2105492B2

DE2105492B2 - Elektronischer wechselstrom-zaehler

Info

Publication number: DE2105492B2
Application number: DE19712105492
Authority: DE
Priority date: 1970-02-09
Filing date: 1971-02-05
Publication date: 1977-11-03
Also published as: FR2079323B1; CH528739A; FR2079323A1; DE2105492A1; US3710254A; GB1330584A; JPS5113432B1; DE2105492C3

Description

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Die Erfindung betrifft einen elektronischen Wechsel strom-Zähler zur Messung des elektronischen Verbrauchs nach einem Verfahren, gemäß dem zunächst aus einer der Verbraucherspannung und einer dem Verbraucherstrom proportionalen Wechselspannung zwei Wechselspannungen hergeleitet werden, von denen die eine der Vektorsumme und die andere der Vektordifferenz dieser Spannungen entspricht, diese zusammengesetzten Wechselspannungen anschließend jeweils für sich mit Hilfe von zwei Dioden-Widerstands-Netzwerken in Gleichströme umgewandelt werden, die dem Quadrat der Beträge ihrer Eingangswechselspannungen proportional sind, und schließlich durch Differenzbildung der so gewonnenen Gleichströme ein Gleichstrom erhalten wird, der der Verbraucherleistung proportional ist und der nach anschließender Zeitintegration als Meßwert für den elektrischen Verbrauch zur Anzeige gebracht wird.

Ein derartiger Wechselstrom-Zähler ist aus der DT-AS 12 14 322 bekannt. Dabei arbeitet das Quadrierungs-Netzwerk mit einer besonderen Gleichspaniiuiigsqueiie, was Einsatzmögüchkeiter, des bekannten Zählers begrenzt.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, den Wechselstrom-Wattstundenzähler der eingangs erwähnten Art in der Weise zu verbessern, daß er ohne besondere Gleichspannungsquelle auskommt, zugleich aber eine

erhöhte Genauigkeit besitzt.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jedes der beiden Dioden-Widerstands-Netzwerke aus einem basisgeschalteten Transistor besteht, dessen Emitter mehrere gleichgepolte Dioden in Serie vorgeschaltet sind und dem die Steuerwechselspannung über ein Netzwerk zugeführt ist, das aus von einem gemeinsamen Verbindungspunkt abgehenden Widerständen besteht, deren freie Enden an die beiden Anschlußpunkte der Dioden-Serienschaltung und an gegenseitige Verbindungspunkte der Dioden führen.

Bei dem erfindungsgemäßen Zähler ist eine besondere Gleichspannungsquelle nicht erforderlich. Es wird die quadratische Charakteristik eines Netzwerks ausgenutzt, bei welchem die Dioden mit der Emitterseite eines Transistors verbunden sind, der Emitter-Basis-Übergang des Transistors ebenfalls als Diode dient und die Spannungs-Strom-Charakteristik der Diode aufaddiert wird. Der Quadrierungsvorgang unterscheidet sich somit grundlegend von demjenigen beim vorbekannten Gerät, bei welchem eine aus einzelnen Geraden zusammengesetzte Annäherung erhalten wird. Weiterhin ergibt sich beim erfindungsgemäßen Gerät ein Stromausgang mit hohem Widerstand an der Koilektorseite, so daß ein Operationsverstärker nicht erforderlich ist. Der Differenzstrom-Ausgang wird ebenfalls direkt erhalten, und darüber hinaus wird die Aufladung des Kondensators in linearer Weise bewirkt, mit der Folge, daß das Umsetzen in Einzelimpulse mit hoher Genauigkeit erfolgt. Dadurch, daß der Spannungsabfall der Dioden selbst und deren exponentiell Charakteristik ausgenutzt werden, ist es möglich, eine erhöhte Genauigkeit zu erhalten. Das erfindungsgemäße Gerät eignet sich insbesondere für vergleichsweise billige Wattstundenzähler, weil, wie erwähnt, keine besondere Gleichspannungsquelle benötigt wird. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild des Wattstundenzählers,

F i g. 2 ein Schaltbild zur Erläuterung des Dioden-Widerstands-Netzwerks und

F i g. 3 eine Spannung/Strom-Kennlinie des Kreises von F i g. 2.

In F i g. 1 stellt die Seite IVlinks von der gestrichelten Linie einen Leistungsmeßkreis mit Dioden dar, die Seite A rechts dieser gestrichelten Linie dagegen einen Differenzstrom-Impulsumsetzer.

Bei dieser Schaltung werden die Spannungsabfälle in Anschlußrichtung von Dioden nacheinander addiert. Dabei wird die Tatsache ausgenützt, daß die Dioden d\ (Basis-Emitter-Verbindung eines Transistors), d₂ bis d„ mit Widerständen n, r₂ bis r„ gemäß F i g. 2 kombiniert werden, wobei dann ein Strom in der angegebenen Richtung durch die Dioden d\, d₂ bis d„ fließt, und zwar in Abhängigkeit vom Zuwachs einer angelegten Spannung. Als Folge davon werden die Spannungsabfälle in Durchlaßrichtung der Reihe nach addiert, um so eine Spannung/Strom-Kennlinie zu erhalten, wie sie in Fig.3 dargestellt ist, d.h. eine quadratische Kennlinie. In diesem Fall kann eine solche quadratische Kennlinie hoher Genauigkeit dadurch erreicht werden, daß die Werte der Widerstände r\, r₂ bis r_n entsprechend eingestellt werden, mit der Folge eines völlig quadratischen Gleichrichtungsbetriebes. Wenn zwischen die Klemmen 1 —2 oder 1 —3 von F i g. 2 eine Gleichstromquelle gelegt wird, ergibt sich ein Kollektiv-Ausgangsstrom ic Die Bezugszeichen Da\ und Da₂ in F i g. 1 bezeichnen die Dioden-Widerstands-Netzwerke zur

Ergänzung einer solchen quadratischen Gleichrichtungskennlinie. An das Netzwerk Da\ wird eine Spannung (e + Ri) gelegt, woduich ein Strom /ι proportional (e + Ri)¹ hindurchfließt, während an das Netzwerk Da₂ eine Spannung (e - Ri)² gelegt wird mit der Folge, daß ein Strom /2 proportional (e -Ri)² hindurchfließt. In Fig. 1 bezeichnet e eine Sekundärspannung tines Transformators Ti, /den Sekundärstrom eines Transformators T₂, R einen Lastwiderstand des Transformators T₂, ν eine Eingangsspannung und / einen Eingangssi rom. Die Ströme /1 und I₂ werden durch die Transistoren Tn und Tr₂ in Ströme Iw und h\ umgesetzt, und der Differenzstrom (In - /₂₁) entlädt bzw. lädt einen Kondensator C. Die Ströme Iw und /21 sind proportional zu den Strömen I₁ und K und damit gilt für den Differenzstrom (Iw - /21) das folgende:

(Iw - h\) ~ (l\ - h) ~ 4R ■ e ■ i

In anderen Worten, der Differenzstrom ist proportional einer Leistung ei.

Wenn die Ladespannung des Konsators C größer wird als die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter eines Transistors T/3, wodurch der Transistor Tri leitend gemacht wird, dann wird der Kondensator C plötzlich in umgekehrter Richtung aufgeladen, und zwar durch einen Rückkopplungsstrom, der von einem Transformator Tf herrührt, wodurch der Transis'or Tr₃ in den nichtleitenden Zustand übergeht, und zwar zu der Zeit, zu welcher ein Impulsstrom zur Kollektorseite fließt. Der gleiche Betrieb, wie oben beschrieben, wird wiederholt, somit der Kondensator durch den Differenzstrom (Iu - h\) entladen (geladen). In diesem Falle wird die Spitzenspannung der Rückkopplungsspannung konstant gehalten, und zwar durch eine Diode D_z konstanter Spannung, mit dem Ergebnis einer zu jeder Zeit konstanten umgekehrten Ladespannung für den Kondensator und einer Entladungsfolge dieses Kondensators proportional zum Differenzstrom (In — /21). Folglich ergibt sich eine Lade- und Entladefolgefrequenz, d. h. eine Frequenz /eines an der Kollektorseite des Transistors Tr^ erzeugten Stromimpulses, für die gilt:

f~ (In - /21) ~ 4Ä · e· /.

In anderen Worten, die Frequenz ist proportional einer Leistung. Durch Zählen der sich wiederholenden Impulse mittels eines Zählers F wird eine elektrische Verbrauchsmessung erreicht.

Eine Diode D\ dient als Schutz gegen übermäßige Spannungseinwirkungen, während eine Diode D₂ dazu dient, die Kennlinie zu verbessern. Mit S ist ein Gleichrichter für eine Gleichstromquelle der Transistoren Tn, Tr₂ und Tr₃ bezeichnet. Darüber hinaus wird bei den Transistoren Tn und Tr₂ gemäß F i g. 1 der Basis-Emitterpfad als eine Diode benutzt, und den Transistoren wird ein hoher Widerstand gegeben, und zwar mit Hilfe des Kollektors, wodurch sie als Stromquelle für den Kondensator C dienen. Es ist nicht erforderlich, einen Verstärker einzusetzen, die Anordnung wird vielmehr in einfacher Weise durch die Transistoren Tn und Tr₂ vervollständigt.

Bei der beschriebenen Vorrichtung arbeiten die Netzwerke Da\ und Da₂ während entsprechender Halbwellen. Wenn somit geradzahlige Harmonische auftreten, dann ergibt sich ein unerwünschter Fehler. Dies, kann dadurch vermieden werden, daß die von der Vektorsumme oder Vektordifferenz abgeleitete Steuerwechselspannung einer Vollwellen-Gleichrichtung unterworfen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronischer Wechselstrom-Zähler zur Messung des elektrischen Verbrauchs nach einem Verfahren, gemäß dem zunächst aus einer der Verbraucherspannung und einer dem Verbraucherstrom proportionalen Wechselspannung zwei Wechselspannungen hergeleitet werden, von denen die eine der Vektorsumme und die andere der Vektordifferenz dieser Spannungen entspricht, diese zusammengesetzten Wechselspannungen anschließend jeweils für sich mit Hilfe von zwei Dioden-Widerstands-Netzwerken in Gleichströme umgewandelt werden, die dem Quadrat der Beträge ihrer Eingangswechselspannungen proportional sind, und schließlich durch Differenzbildung der so gewonnenen Gleichströme ein Gleichstrom erhalten wird, der der Verbraucherleistung proportional ist und der nach anschließender Zeitintegration als Meßwert für den elektrischen Verbrauch zur Anzeige gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Dioden-Widerstands-Netzwerke (Da\, Da₂) aus einem basisgeschalteten Transistor (Tn, Tr₂) besteht, dessen Emitter mehrere gleichgepolte Dioden (du d₂,... d„)in Serie vorgeschaltet sind und dem die Steuerwechelspannung über ein Netzwerk zugeführt ist, das aus von einem gemeinsamen Verbindungspunkt abgehenden ohmschen Widerständen (r_u r₂,... r_m)besteht, deren freie Enden an die beiden Anschlußpunkte der Dioden-Serienschaltung und an gegenseitige Verbindungspunkte der Dioden führen.

2. Elektronischer Wechselstrom-Zähler nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwechselspannung (V) einer Vollwellewgleichrichtung unterworfen wird.