DE2155470B2

DE2155470B2 - Verfahren zum digitalen Bestimmen der Lage der Nulldurchgange eines sinus förmigen Wechselstromsignals

Info

Publication number: DE2155470B2
Application number: DE2155470A
Authority: DE
Inventors: Junichi Makino; Haruo Nohara
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1970-11-09
Filing date: 1971-11-08
Publication date: 1973-11-29
Also published as: DE2155470A1; JPS4942713B1; US3758763A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum gitalen Bestimmen der Lage der Nulldurchgänge nes sinusförmigen Wechselstromsignals.

In der deutschen Auslegeschrift 1 176254 ist eine Schaltungsanordnung zur Überwachung von Maximal- bzw. Minimal-Werten der Wechselstromgröße eines von dieser Schaltungsanordnung galvanisch getrennten Steuerkreises beschrieben, die neben anderen Bauteilen eine Impulsformerstufe enthält, die auf die Nulldurchgänge der Wechselstromgröße anspricht.

In elektrischen Starkstromnetzen treten verschiedene Betriebsstörungen oder Fehler auf, von denen insbesondere Kurzschlüsse zwischen Starkstromleitungen untereinander oder zwischen Starkstromleitungen und Erde infolge von Blitzeinschlägen als wichtige Beispiele zu nennen sind. Gegen derartige Störungen bedürfen die Starkstromnetze eines wirksamen Schutzes. Für diesen Zweck sind bisher Schutzrelais üblich, die je nach der Art des zu schützenden Starkstromnetzes zu unterschiedlichen Schutzrelaissystemen zusammengefaßt werden.

Meist werden Schutzrelais, die sich beispielsweise zum Erfassen einer auf eine Störung zurückgehenden Unterspannung sowie des Abstandes oder der Richtung der Störung eignen, durch entsprechende analoge Schaltkreise realisiert, die auf die entsprechende Funktion eingerichtet sind. In der Praxis erweisen sich daher für den wirksamen Schutz eines Starkstromnetzes Schutzrelais dieser Art in großer Anzahl als notwendig. Dies ist insofern nachteilig, als solche Schutzrelais nicht nur hohe Fertigungskosten verursachen, sondern auch bei ihrer Überwachung und Wartung erhebliche Schwierigkeiten bereiten können.

Ausgehend von der neueren Entwicklung von Digitalrechnern ist daher bereits versucht worden, die bekannten Schutzrelais durch universelle Digitalrechner zu ersetzen. Angesichts der von einem Schutzrelais geforderten hohen Betriebszuverlässigkeit sind entsprechende Anforderungen naturgemäß auch an einen als Ersatz für Schutzrelais eingesetzten Digitalrechner zu stellen, über entsprechende Versuche wurde von G. D. Rock fei !er in einer Arbeit mit dem Titel »Fault Protection with a Digital Computer« (Paper Nr. 68 TP 625-PWR) auf dem IEEE Summer Power Meeting, vom 23. bis 28. Juli 1968, und von G. D. Rock fei ler und E.A. Udren in einer Arbeit mit dem Titel »High-speed Distance Relaying Using a Digital Computer« (Paper Nr. 71 TP567-PWR) auf dem IEEE Summer Meeting and International Symposium on High Power Testing, vom 18. bis 23. JuIi 1970, berichtet.

Beide Arbeiten lassen klar erkennen, daß ein starkes Bedürfnis für den Ersatz der bekannten Schutzrelais durch Digitalrechner besteht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg anzugeben, auf dem sich die Kenngrößen von Wechselstromsignalen, wie sie beispielsweise für den Funktionsablauf in Schutzrelais von Bedeutung sind, und insbesondere die zeitliche Lage der Nulldurchgänge der Wechselstromsignale in rein digitaler Weise bestimmen lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Wechselstromsignal mit einer festen Abtastperiodendauer Ii = t„ — („_!, die kleiner ist als die Hälfte der Periodendauer T des Wechselstromsignals, in seiner Amplitude A(t) abgetastet wird, daß die ermittelten Amplitudenwerte über eine vorgebbare Zeit hinweg gespeichert und für jeweils zwei aufeinanderfolgende Abtastungen paarweise miteinander multipliziert werden, daß das Vorzeichen der erhaltenen Ampliludenwertprodukte bestimmt wird und daß

für jedes Amplitudenwertpaar/l(t_n_i) und A(I_n), für das sich ein Produkt A(^₁)-A(t_n) s? 0 ergibt, der Abszissenschnittpunkt für eine durch diese Amplitudenwerte hindurchgehende Gerade berechnet wird.

Mit Hilfe der im Rahmen der Erfindung unmittelbar bestimmten Amplitudenwerte einerseits und der an Hand dieser Amplitudenwerten berechneten Nullstellen der behandelten Wechselstromsignale andererseits lassen sich praktisch alle interessierenden Bestimmungsgrößen fur die Wechselstromsignale ge- ίο winnen, wobei als Beispiele die Frequenz und die Maximalwerte eines Wechselstromsignals, die Phasendifferenz zwischen zwei verschiedenen Wechselstromsignalen und die Wechselstromimpedanz und die Wechselstromleistung für einen Verbraucher genannt werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also eine rein digitale Erfassung aller Bestimmungsstücke · Tür ein Wechselstromsignal und dairit beispielsweise auch die Nachbildung der analogen Funktionen von Schutzrelais, wie sie bisher für den Schutz von Starkstromnetzen üblich sind.

Für die nachfolgende weitere Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen; dabei zeigt in der Zeichnung

Fig. 1 ein Signaldiagramm zur Erläuterung des Grundprinzips der Erfindung,

F i g. 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung, wie die Erfindung insbesondere zur Erfassung der Frequenzen von Sinussignalen benutzt wird,

F i g. 3 ein Signaldiagramm zur Erläuterung, wie die Erfindung insbesondere zur Erfassung einer Phasendifferenz zwischen Sinussignalen benutzt wird,

Fig. 4a bis 4k Signaldiagramme zur Erläuterung der möglichen Diskriminierung oder Unterscheidung von Signalverläufen, die zwischen, Sinussignalen im Fall von Pnasendifferenzerfassung wie in F i g. 3 auftreten,

F i g. 5 das grundlegende Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung,

F i g. 6 ein ImpedanzdiagramiE zur Erläuterung der Leitwertkennlinie eines Schutzrelais,

Fig. 7 einen Programmablaufplan für die Erfassung der Nullstellen von Wechselstromsignalen,

Fig. 8 einen Programmablaufplan für die Erfassung von Phasendifferenzen zwischen Sinus-Wechselstromsignalen,

F i g. 9 einen Programmablaufplan, der die Funktion eines Frequenzrelais darstellt,

Fig. 10 einen Programmablaufplan, der die Funktion eines Spitzenwerterfassungsrelais darstellt,

Fig. 11 einen Programmablaufplan, der die Funktion eines Leistungserfassungsrelais darstellt,

Fig. 12 einen Programmablaufplan, der die Funktion eines Impedanzrelais darstellt, und

Fig. 13 den Aufbau der Diskriminator- oder Entscheiderstufe im Blockschaltbild in Fig. 5, und zwar mit Einheiten, die jeweils eine einzige Funktion ausführen und den Programmablaufplan in F i g. 8 realisieren.

F i g. 1 zeigt in einem cartesischen Koordinatensystem ein Sinus-Wechselstrcmsignal A (t), im folgenden kurz Wechselstrom-Signal genannt, dessen Amplitude mit der Zeit variiert, wobei die Abszisse und die Ordinate die Zeit bzw. die Amplitude angeben. F i g. 1 gibt an, wie die Nullstellen des Wechselstromsignals A (ή nach dem erfindungsgemäßem Verfahren erfaßt werden.

Es sei zunächst angenommen, daß die Amplitude des Wechselstromsignals A(t) zu einem Zeitpunkt I₁ /4U₁) beträgt, während sie zu einem anderen Zeitpunkt t₂ den Wert A(I₂) hat, wie ohne weiteres aus F j g 1 ersichtlich ist. Wenn die folgende Ungleichung gilt:

A(I₁)-A(I₂)^O, (1)

muß eine Nullstelle des Wcchselstromsignals^U) zwischen den beiden Zeitpunkten t_x und t₂ liegen, d.h., A(t) wird gleich Null für einen Zeitpunkt t, der der Gleichung genügt: t_t^i^ r₂. Dies ist immer richtig, wenn das Intervall A t zwischen I₁ und t₂ kürzer als die Periode T des Wechselstromsignals A(t) ist.

Unter der Annahme, daß die Nullstelle des Wechselstromsignals Λ (t) zwischen r, und t₂ liegt, sei jetzt betrachtet die Beziehung zwischen einerseits einem Zeitpunkt t_u (der Null sein soll) auf der Abszisse, wo eine Gerade durch den Punkt, der A(I₁) darstellt, und dem Punkt, der A(t₂) darstellt, die Abszisse schneidet und andererseits einem Zeitpunkt t₁₂ (tatsächlich Null) auf der Abszisse, wo A U) Null wird, d. h., ,4(J₁₂) = 0. Es ist bekannt, daß, wenn die Punktet! und t₂ geeignet gewählt werden, die Punkte t_n und i₁₂ zusammenfallen können. Bei einer beliebigen Wahl von I₁ und t₂ unterscheiden sie sich jedoch gewöhnlich voneinander. Das Zeitintervall A t_n von T₁ bis I₁₁ und das Zeitintervall Δ t_l2 von t_n bis I₂ sind durch folgende Ausdrücke gegeben:

^Ahl ~

At„ =

Uu₂)I

At, (2)

At. (3)

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 folgt daraus, daß hi = h + Δ t_n ist. Daher kann die angenommene Nullstelle A U₁,) des WecbselstromsignalsXU) erhalten werden. Es sei jetzt die Differenz zwischen den Punkten t_u und t₁₂ untersucht, d. h. die Abweichung Δ t_a in dem Fall, daß die Abszisse t₁₂, die den tatsächlichen Nullwert A(t_l2) ergibt, ungefähr durch Verwendung der Abszisse I₁₁ gewonnen wird, die den angenommenen Nullwert A(t_n) ergibt, und der Ausdrücke (2) und (3) von oben. Es folgt aus Näherungsoder rekursiven Rechnungen, wenn viele willkürliche Werte, die kleiner als die Hälfte der Periode 7 des Wechselstroms A (t) sind, für At eingesetzt werden, daß die Abweichung A t_a höchstens gleich etwa V₃₆ sr Radian (= 5°) in Termen der Phasenwinke! ist, die dem Wechselstromsignal A (t) zugeordnet sind, wenn /11 Werte kleiner T/4 annimmt.

Entsprechend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Berechnung der Nullstelle des Wechselstromsignals A(t) über die oben angeführten Ausdrücke(1). (2) und (3), wobei ein Abtastsignal verwendet wird, das eine Abtastperiode .11 hat, die kürzer als ein Viertel der Periode T des Wechselstromsignals A (t) ist. Durch die Erfindung wird auch ein Verfahren zur digitaler Verarbeitung von Wechselstrom auf der Grundlage vn derartigen Nullstellen angegeben, wie sie auf dem vorher erläuterten Wege erhalten werden, wobei durch dieses Verfahren dasselbe Ergebnis erzielt werden kann, wie mit einem gegenwärtig in Gebrauch befindlichen Schutzrelaissystem.

F i g. 2 ist ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Gewinnung der Nullstellenabweichung, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist, speziell für die Frequenzerfassung des Wechselstromsignals A(t). Das Wechselstromsignal A(i) wird zu Zeitpunkten r,, t₂, f₃ ... t₁₄ ... abgetastet, wobei die

Abtastperiode,Ir so gewählt ist, daß ..Ir <χΓ gilt.

wenn T die Periode des Wechselstromsignals A (t) ist. Wie aus der vorangegangenen Erläuterung in Bezugnähme auf F ig. 1 hervorgeht, sind die Produkte/Kr₁) · A(t₂), AU₁) · /IU₈) und A(t_l3) · A(t_l4) sämtlich negativ: wobei /IUi), ^U₇) und -4(t₁₃) die Momentanwerte des Wechselstromsignals A(r) sind, das in den Zeitpunkten r,, r₇ und r,₃ abgetastet ist, und ferner A(I₂), /IU₈) und A(t_lA) die Momentanwerte von A(t), abgetastet in den Zeitpunkten r₂, r₈ und r₁₄, die nach einer Abtastperiode I f auf die Zeitpunkte r,, r₇ bzw. f₁₃ folgen. Es ist ferner ersichtlich, daß bei r₂, r₈ und I₁₄ Nullstellen zwischen r, und r₂, r₇ und r₈ sowie r_I3 und t₁₄ auftreten. Infolgedessen können die Zeiten ,U₁₁, If₁₂, .It₁',, IrJ₂, .U₁" bzw. At{'₂ von r, bis zur ersten Nuilstelle, von r₂ bis zur ersten Nullstelle, von r₇ bis zur zweiten Nullstelle, von r₈ bis zur zweiten Nullstelle bzw. von r₁₃ bis zur dritten Nullstelle und von f₁₄ bis zur dritten Nullstelle (vgl. Fig. 1) über das in F i g. 1 erklärte Verfahren gewonnen werden. Die

Periode T und deren Halbperiode -y sind dann durch die folgenden Gleichungen gegeben:

— = 5 Ir + Ir₁₂ + W₁',,

T = ll.fi+ 1 f_]2 + Ir₁','

(4)

(5)

35

Entsprechend kann durch Berechnung des Kehrwerts von T aus der obigen Formel 4 oder 5 die Frequenz des Wechselstromsignals A (t) bestimmt werden. Der Multiplikationsfaktor, d. h. der Zahlenkoeffizient. von .1 r in der Gleichung 4 ist gleich der Anzahl k der Abtastimpulse, die nicht zur Herleitung der Nullstellen des Wechselstromsignals A(t) gehören, während der Multiplikationsfaktor von If in der Gleichung 5 gleich k + 1 ist. Obwohl die Periode Γ des Wechselstromsignals A (r) aus beiden Formeln 4 und 5 gewonnen werden kann, sollte die Formel 5 benutzt werden, wenn der Wechselstrom A(t) eine transienle GleichstromVcrnponente enthält.

Es 3oi jetzt F i g. 3 betrachtet, mit deren Hilfe die Erfassung der Phasendifferenz zwischen den Wechselstromsignalen AU) und B(r) durch gleichzeitige Abtastung mit einer vorbestimmten Abtastperiode 11 beschrieben werden soll. Gemäß Fig. 2 sind die Wechselströme A (t) und ß(r) gleichzeitig Abtastungen bei fj, r₂ ... f,₃, f₁₄ ... ausgesetzt, um die entsprechenden Momentanwerte AU₁), B(I₁), A(t₂), B(t₂) ... A(t_n), B(I_n), /4(f₁₄), B(r₁₄) ... zu erzeugen. Für den Wechselstrom AU) ist die Bestimmung der Nullstellen zu den Zeitpunkten r₂ und ?_g möglich, während für das Wechselstromsignal B(t) die Nullstellen bei <₅ und t_n erfaßt werden können. Wenn also die Zeiten.It₁₁, At₁₂, If,',, ,ItJ₂, ,-Ii₁" und Ir₁₂ usw. aus den entsprechenden Abtastpunkten zu den zugehörigen Nullstellen gewonnen werden können, betragen die Phasendifferenzen ψ zwischen den Wechselstromsignalen A (t) bzw. B(t) für die Zeitpunkte f₅ und r₈:

9 = U₁₂ + 2.If + IfJ₁. (6)

9 = .7 - (.lr;₂ + 2.Ir + Jr₁O- (7)

Hier sind also die Koeffizienten von .Ir in den obigen Gleichungen 6 und 7 gleich der Anzahl der Abtastimpulse, die nicht für die Nullstellengewinnung des Wechselstromsignals einschlägig sind, wie die vorhergehende Erläuterung mit Hilfe von Fig. 2 gezeigt hat.

Infolgedessen nehmen die Ausdrücke für die Berechnung der Phasendifferenz zwischen A(t) und ß(r) die beiden Formeln 6 und 7 an. die von den Nullstellen der Nullstellenberechnung abhängt, obwohl die Korrelation zwischen den Wechselstromsignalen A(t) und ß(r) invariant bleibt. Das ist der Fall, weil erfindungsgemäß, wie aus der Erklärung von F i g. 1 ersichtlich ist. die Ermittlung der Nullstellen unabhängig davon durchgeführt wird, ob die Amplitude des Wechselstromsignals A(ί) von einem negativen zu einem positiven Wert variiert oder umgekehrt. Daher ist es notwendig, die Beziehung zwischen A(i) und ß(r) zu berücksichtigen, wenn eine der Formeln 4 und 5 verwendet werden soll.

Welche dieser Formeln zu wählen ist, kann leicht bestimmt werden, indem die in Fig. 4a bis 4k gezeigten Signalverläufe untersucht werden.

Fig. 4 a bis 4d zeigen Signal verlaufe, bei denen die Phasendifferenz 9- zwischen den Wechselstromsignalen

/I U) und ß(r) gleich oder kleiner y ist. wobei die Signalverläufe in Fig. 4a und 4b dem Fall V ^ 9- > Jr (Ir ist die Abtastperiode mit

-^- > Ir > O) und die Signalverläufe in Fig. 4c

und 4d dem Fall U 2: 9 > 0 entsprechen. Fig. 4e und 4f geben die Signalverläufe an. bei denen die Phasendifferenz η gleich Null ist, während Fig. 4g den Fall 9- = π erfaßt. In den Signalverläufen von

Fig. 4h bis 4k gilt y < 9 < τι. Genauer gesagt.

-5- < 9 g (.-τ — U) für Fig. 4h und 4i. und weiter

{n — Ir) < ψ g .-7 für F i g. 4j und 4k. Zusammenfassend ist also zu sagen, daß die Signalverläufe ir Fig. 4a bis 4d den Fällen entsprechen, wo das Wechselstromsignal A (t) in Phase gegenüber dem Wechselstromsignal B(t) verzögert ist, in F i g. 4g A (t in Gegenphase zu B(r) liegt, und in F i g. 4a bis 4k A (t in der Phase B(r) voreilt. Die Bedingungen oder Zu stände a, b und c, die in F i g. 4a bis 4k jedem Signal-Verlaufsdiagramm zugeordnet sind, geben eine quanti tative Basis für die Diskriminierung oder Unterschei dung in der Phasenrelation zwischen A(t) und ß(f) Selbst wenn die Phasenbeziehungen zwischen A(t und B(f), wie in F i g. 4a bis 4k gezeigt ist, umgekehr werden, ist die Phasendiskriminierung möglich durcl bloßes Vertauschen der Rollen von A(t) und B(r) ii den Zuständen α und b. Infolgedessen sollte, wie au F i g. 3 und den Formeln 5 und 7 ersichtlich ist, dl· Phasendifferenz ψ über die Formel 6 errechnet wer den, wenn einer der Signalverläufe von Fig. 4; bis 4d vorliegt, oder mittels der Formel 7 zu einen der Signalverläufe von Fig. 4h bis 4k.

Es sei jetzt erörtert, wie die Signalverlüufe von Fig. 4a bis 4k zu interpretieren sind. Die Ablastpunkte t, und t₂ entsprechen t₄ und I₅, I₁ und r_a oder I₁₀ und J_n in Fig. 3. Die Abtastperiode ist If. Die Punkte i₀₁ und J₀₂ sind die Punkte, bei denen das Wechselstromsignal B(f) bzw. A{t) vom negativen Pegel auf positiven Pegel oder vom positiven Pegel auf negativen Pegel kommt. Die Wechselstromsignaleß(f) und A(t) werden nämlich bei (₀₁ bzw. f₀₂ Null. In Fig. 4a bis 4k sind t_m und f₀₂ tatsächliche oder wirkliche Nullstellen von B(t) und ~A(t\ sie können jedoch als die vermuteten oder angenommenen Nullstellen angesehen werden, wie sie entsprechend dem Vorgehen von F i g. 1 erhalten weiden, d. h. T₁₁ in Fig. 1. Die Zeitintervalle , 1T₁ und Ii₀₁ werden von i₀₁ bis r₂ bzw. von i₀₂ bis t₂ gemessen.

Es sei jetzt die Phasendifferenz zwischen den Wechselstromsignalen A(t) und B(t) berechnet, nachdem im Zeitpunkt t₂ die Nullstelle von A (t) als zwischen f, und t₂ liegend ermittelt worden ist. Wenn in diesem Fall gleichzeitig die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

a) AU₁) >0, /4(T₂) gO,

b) BO₁) ^ 0, B(t₂) < 0,

c) It₀, > C₀₂,

wird die relative Lage von AU) und B(O im Signaldiagramm von Fig. 4d dargestellt. Die Formel 6 wird dann für die Berechnung der Phasendifferenz benutzt. Andere Signaldiagramme werden für andere Zustände genommen.

F i g. 5 ist das Blockschaltbild eines grundlegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei dieses Ausfuhrungsbeispiel die Frequenz des Wechselstromsignals und die Phasendifferenz zwischen verschiedenen Wechselstromsignalen erfassen kann. Die Anordnung in F i g. 5 hat zwei Eingänge Pur Wechselstromsignale A (t) und B(t), jedoch braucht nur eines der beiden Signale A(t) und ß(f) verwendet zu werden. Ein Taktimpulsgenerator 11 erzeugt eine Folge von Taktimpulsen mit einer vorbestimmten Abtastperiode,It. Abtastspeicher 13 und 15 speichern bei Empfang der Taktimpulse vom Taktimpulsgenerator 11 die Momentanwerte der Eingangssignale A U) und B{t) entsprechend den Taktimpulsen, die empfangen werden, bis der Betrieb eines Analog-Digital-Umsetzers, der noch zu beschreiben ist, beendet ist. Eine Steuerschaltung 17 liefert an verschiedene Stufen, die noch erläutert werden, vorbestimmte Steuersignale, die sich in einer vorbestimmten zeitlichen Lage zu den Taktimpulsen vom Generator 11 befinden. Eine Abtastschaltung 19 gibt die Ausgangssignale von den Abtastspeichern 13 und 15 abwechselnd in Abhängigkeit von einem Signal S, von der Steuerschaltung 17 weiter. Ein Analog-Digital-Umsetzer 21 setzt in Abhängigkeit von einem Signal S₂ von der Steuerschaltung 17 die Ausgangssignale der Abtastspeicher 13 und 15 um, wobei die Ausgangssignale der Abtastspeicher 13 und 15, die über die Abtastschaltung 19 übertragen sind, in entsprechende Digitalsignale umgesetzt werden. Ein Pufferspeicher 23 speichert die Ausgangssignale des Analog-Digital-Umsetzers 21 in Abhängigkeit von einem Signal S₃ von der Steuerschaltung 17. Ein Diskriminator 25 liest die Daten, die die Wechselstromsignale A(t) und BU) betreffen, aus dem Pufferspeicher 23 in Abhängigkeit von einem Signal S₄ von der Steuerschaltung 17 aus und führt dann eine vorbestimmte arithmetische und eine diskriminierende Operation durch.

Die von der Steuerschaltung 17 abgegebenen Signale S₁, S₂, S₃ und S₄ sind nicht von derselben Art, sondern verschieden, so daß der Diskriminator 25 die gewünschten Diskriminationsoperationen durchführen kann, wie noch beschrieben werden wird. Die Erläuterung des Blockschaltbilds in Fig. 5 und der Signalverläufe in F i g. 1 bis 4 wird zeigen, wie die

ίο Nullstellen, die Periode des Wechselstromsignals A(t) und die Phasendifferenz zwischen den Wechselstromsignalen AU) und ß(f) zu bestimmen sind. Operationen zur Bestimmung von Größen wie der Periode und der Phasendifferenz allein erfüllen jedoch nicht die Funktion eines Schutzrelais, wie es gegenwärtig verwendet wird. Es wird daher nun beschrieben, wie die aus der Schaltung mit dem obigen Aufbau gewonnenen Daten zu verwenden sind, um die Funktionen von verschiedenen Schutzrelais zu erfüllen.

1. Phasendifferenzerfassungs-Relais

Der Diskriminator 25 ist so ausgelegt, daß er ein Ausgangssignal nur dann erzeugt, wenn die Phasendifferenz?, die entsprechend dem Vorgehen von F i g. 3 und F i g. 4 a bis 4 k erhalten wird, größer oder kleiner als ein vorgegebener Wert ^₀ ist,

2. Frequenzerfassungs-Relais

Der Diskriminator 25 ist so ausgelegt, daß er ein Ausgangssignal nur dann erzeugt, wenn die Periode Γ

oder y T, die entsprechend dem Vorgehen von F i g. 2 erhallen wird, größer oder kleiner als ein gegebenes Zeitintervall T₀₁ oder -j T₀₁ (oder T₀₂ oder y T₀₂) ist,

3. Spitzenwerterfassungs-Relais

Die Erregung oder Aberregung eines Relais, wie eines Uberspannungsrelais, eines Uberstromrelaisodei eines Unterspannungsrelais, das bei einer Erfassung eines Spitzenwerls in einem Wechselstromsignal A (t betätigt wird, wird folgendermaßen bestimmt:

Wie aus dem Signaldiagramm von F i g. 2 hervor geht, kann die Zeit. If₁₂ vom Zeitpunkt r₂ bis zu Nullstelle des Wechselstromsignals A U) entsprechenc dem in F i g. 1 beschriebenen Vorgehen abgeleite werden, nachdem das Wechselstromsignal AU) bei f abgetastet worden ist. Der Momentanwert oder Ab tastwert AU2) ^des Wechselstromsignals AU) zum Zeit punkt f₂ ist gegeben durch die Gleichung:

AU₂) = A_max sin (Jf₁₂),

wobei A_max der Amplitudenspitzenwert des Wechsel Stromsignals A(t) ist. Daher ist der Spitzenwert A_mc durch den Ausdruck gegeben:

A max —

\ A(I₂)]

I sin (.If₁₂) I

der mittels allein der Daten ausgedrückt werden kam die zur Zeit f₂ verfügbar sind. Auch die" Ablas werte A(I₃) und A(U) des Wechselstromsignals A ( zu den Zeiten f₃ und i₄ werden entsprechend durch d^; Formel berechnet:

AU₃) = A_maxsm (Jf + ,If₁₂)
Λ (U) = Λ»« sin (2 Jf + ..H₁₂).

(8") 309548/3

Entsprechend kann der Spitzenwert durch die folgenden Formeln gewonnen werden:

A —

" max

A —

^¹ max

I AU₃)

I sin (.,Ir + Ji₁₂)I

\A(t_A)\
I sin (2.If + .Ji₁₂)I ·

selstromkreis, angegeben werden durch Fsin™ι bzw. 1 sin mi — 7, die ImpedanzZ, die Reaktanz X und der Widerstandswert R des Stromkreises durch folgende Formeln bestimmt sind:

Für andere Abtastpunkte I₅. t_b ... werden ähnliche Formeln über ähnliche Untersuchungen bestimmt.

Der Spitzenwert kann also für jeden Abtastpunkt erhalten werden, so daß eine Schutzeinrichtung, die auf den Spitzenwert des Eingangs- oder Eingabesignals anspricht, durch ein derartiges Vorgehen realisiert werden kann. In diesem Fall könnte eine zuverlässigere Diskriminierung erwartet werden, wenn vor dem Betrieb der Schutzeinrichtung sichergestellt wird, daß alle berechneten Ergebnisse für einige aufeinanderfolgende Abtastpunkte einer vorgegebenen Bedingung genügen, oder wenn der Spitzenwert für fc.If + If₁₂

in nächster Nähe von y als Diskriminationskriterium der Anomalität verwendet wird, wobei k die Anzahl der Abtastimpulse ist, die nichts mit der Ableitung der Nullstellen des Signals zu tun haben.

4. Leistungserfassungs-Relais

Die Erregung oder Aberregung eines derartigen Relais als Leistungsrichtungsrelais oder als Leistungsaustauschüberwachungsrelais, das durch Erfassen einer Größe entsprechend dem Produkt von Spannung und Strom dient, wird folgendermaßen bestimmt:

Es sei angenommen, daß die Wechselstromsignale AU) und B(t) in Fig. 3 die Spannung Fsinmf bzw. der Strom / sin (o>t — 9-) sind: in diesem Fall kann die Phasendifferenz 7 zwischen der Spannung und dem Strom entsprechend dem Vorgehen von F i g. 3 und 4 gewonnen werden. Aus der obigen Erläuterung des Spitzenwerterfassungs-Relais ist auch ersichtlich, daß der Spitzenwert der Spannung oder des Stroms für jeden Abtastpunkt ermittelt werden kann.

Andererseits ist die Leistung P als das Produkt von Spannung und Strom durch den Ausdruck gegeben:

P = V-I cos<f. (10)

Daher kann die Leistung P aus getrennt erhaltenen Größen V, I und φ gewonnen werden, indem zunächst cos φ aus φ und dann das Produkt von V, I und cos 9 gebildet wird. Die so berechnete Leistung wird dann als Diskriminationskriterium für die Störung benutzt. In diesem Fall kann ein besonderer Wert von cos 7 aus einem der vorher gespeicherten Daten von cos 7 abgeleitet werden, der einem besonderen Wert von ψ entspricht, um die Berechnung von cos 9 zu vereinfachen.

5. Impedanzerfassungs-Relais

Die Erregung oder Aberregung von einem derartigen Relais als einem Impedanzrelais, um als Entfernungsrelais oder als Leitwertrelais, als Richtungscntfernungsrelais zu dienen, das eine Größe entsprechend dem Verhältnis von Spannung zu Strom erfaßt, wird folgendermaßen bestimmt:

Es ist allgemein bekannt, daß, wenn die Spannung und der Strom, gemessen in einem bestimmten Wech-

V T

sin ψ, R = — sin 7 . (11)

Daher braucht nur das Verhältnis von Spannung zu Strom für das Impedanzrelais berechnet zu werden. Für das Reaktanzrelais oder das Widerstandswertrelais ist es ebenfalls nur notwendig, sin 9 oder cos <f

aus 7 zu ermitteln und das Produkt -y- sin 9 oder

¹S ycos? zu berechnen. In diesem Fall wird beim Leistungserfassung-Relais ein besonderer Wert von sin 9 oder cos 7 aus einem der Daten von sin 9 oder cos φ erhalten, die vorher für verschiedene Werte von ψ gespeichert worden sind, das einem besonderen Wert von ψ entspricht.

F i g. 6 zeigt ein Impedanzdiagramm eines Leitwert-Relais, wobei der Widerstand auf der Abszisse und die Reaktanz auf der Ordinate aufgetragen sind.

Aus F i g. 6 ist ersichtlich, daß das Leitwert-Relais einem Impedanzrelais (mit einer Einstellimpedanz Z₀) entspricht, das parallel aus dem Koordinatenursprung in einen Punkt verschoben worden ist, dessen Abszisse und Ordinate gleich einem Einstellwidersfand R₀ bzw. einer Einstellreaktanz X₀ sind. Daher wird durch Verwendung von Z, X und R, erhalten aus den Gleichungen 11, die folgende Beziehung gewonnen:

(X₀ - Xf + (K₀ - R)² ^

(12)

Um die Funktion eines Leitwert-Relais auszuüben, ist der Diskriminator 25 so ausgelegt, daß er ein Ausgangssignal nur dann abgibt, wenn die Bedingung gemäß der Gleichung 12 erreicht wird.

Es ist also ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Anordnung (gemäß Fig. 5) die Funktionen von verschiedenen Arten von Schulzrelais erfüllen kann, indem der Diskriminator geeignet ausgelegt wird. Im folgenden soll beschrieben werden, wie tatsächlich die verschiedenen Größen berechnet werden, die erhalten werden müssen, um die Funktionen der Schutzrelais zu analysieren.

Wie aus F i g. 5 ersichtlich ist. wird das Wechselstromsignal mit einer konstanten Periode abgetastet, um die entsprechende Digitalinformation zu liefern.

die dann in den Diskriminator eingespeist wird, dei auf Grund der erhaltenen Digitalinformation entscheidet, ob eine vorbestimmte Bedingung erfüllt wire oder nicht, wobei der Gesamtbetrieb der einzelner Stufen durch die Steuerschaltung gesteuert wird. Die weiter unten angegebenen Programmlaufpläne entsprechen den Diskriminations- oder Entscheidungsoperationen, die hauptsächlich dem Diskriminatoi zugeordnet sind.

1. Programmablaufplan zur Nullstellenerfassung

Fig. 7 zeigt einen Programmablaufplan für di< Erfassung der Nullstellen eines Wechselstromsignals Durch eine Operation 101 wird ein Beginn wie durcl eine Unterbrechung ausgelöst. Eine derartige Unter brechung kann einer der Abtastimpulse I₁, t₂ ... sein die an Hand von Fig. 1 bis 4 beschrieben worden sin< und die dazu dienen, diesen Programmablauf für di Nullstellenerfassung auszulösen; es kann sich abe

auch um andere Signale handeln, durch die der Rechner anderen Zwecken angepaßt wird.

Durch eine Verzweigung 103 wird eine Entscheidung darüber getroffen, ob die Unterbrechung für den Beginn des Nullstellenerfassungs-Programmablaufs ist oder nicht. Der Programmablauf folgt der Ablauflinie JA, wenn die Unterbrechung für den Beginn des Nullstellen-Erfassungsablaufs vorgesehen ist, ansonsten der anderen Ablauflinie NEIN. Wenn der Programmablauf entlang der Ablauflinie NEIN fortschreitet, und zwar infolge der durch die Verzweigung 103 getroffenen Entscheidung, beendet der Rechner den Entscheidungsbetrieb und wendet sich einem anderen Auftrag oder Job durch die Operation 104 zu. Wenn das Ergebnis der Entscheidung durch die Verzweigung 103 JA ist, wird der Momentanwert eines Wechselstromsignals A(t) im Zeitpunkt i„, d.h. A(t„), durch eine Operation 105 gelesen. Durch eine Operation 107 wird das Produkt AU_n- U^- A(I_n) des Momenlanwerts /!((„_,) an einem Abtastpunkt i„_, unmittelbar vor dem Abtastpunkt t„ mit dem Wert A(t„) gebildet. An einer Verzweigung 109 wird entschieden, ob der Wert des durch die Operation 107 berechneten Produkts gleich oder kleiner Null oder größer als Null ist. Wenn das Produkt gleich oder kleiner als Null ist, d.h. /4(i„_,)· AU_n) < 0, dann folgt der Programmablauf der JA-Ablauflinie und gelangt zu einer Operation 111. Wenn das Produkt größer als Null ist, d.h. AU„-_X) · AU_n) > 0. folgt der Programmablauf der NEIN-Ablauflinie, um zu einer Operation 110 zu gelangen, wo der Rechner diesen Auftrag beendet und einen anderen Auftrag aufnimmt. Wenn das Ergebnis der Entscheidung in der Verzweigung 109 JA ist, werden durch die Operation 111 K₁₁ und Ir₁₂ entsprechend dem Verfahren von F i g. 1 berechnet. Die Nullstelle des Wechselstromsignals A U) kann also aus den Daten in bezug auf den Abtastpunkt t„^_l oder f„ berechnet werden. Dann beendet der Rechner diesen Auftrag und nimmt einen anderen Auftrag durch eine Operation 113 auf.

2. Programmablaufplan für die
Pasendifferenzerfassung

F i g. 8 zeigt einen Programmablaufplan für die Erfassung der Phasendifferenz zwischen den beiden Wechselstromsignalen A(t) und ß(i). In diesem Programmablaufplan sind die Operationen 101 bis 111 ähnlich den mit den gleichen Bezugszahlen im Programmablauf von F i g. 7 bezeichneten. Ein größerer Unterschied besteht nur darin, daß zwei Wechselstromsignale A U) und B(t) eingegeben werden. Ferner wird, nachdem /Jf_n und At_n durch die Operation 111 berechnet worden sind, die Operation der Verringerung des Koeffizienten k von .1 f auf Null vorgenommen wird, wie noch später beschrieben wird, und zwar durch eine Operation 112: selbst wenn das Ergebnis der Entscheidung durch die Operation 109 NEIN ist. nimmt der Rechner nicht sofort einen anderen Auftrag auf, sondern eine Operation 115 wird erreicht, um das Produkt B(f_n_,) · B(f„) zu berechnen. Durch eine Operation 117 wird entschieden, ob das Produkt gleich oder kleiner Null oder größer Null ist. ähnlich wie durch die Operation 109. Wenn das Entscheidungsergebnis der Operation 117 JA ist, d.h. B(t„~\) ■ B(t_n) ^ 0, werden .It₁', und Ii₁', durch eine Operation 119 berechnet, um die Nullstellen des Wechselstromsignals B(I) zu gewinnen. Durch eine Operation 120, die später genauer erläutert werden wird, wird die Verringerung des Koeffizienten k von It auf Null vorgenommen. Wenn das Entscheidungsergebnis der Operation 117 NEIN ist, was dem Punkt f₃ in F i g. 3 entspricht, wird der Koeffizient k von If in k + 1 geändert, indem Eins durch eine Operation 121 dazuaddiert wird, wobei k der Faktor von It ist, der bei der Phasendifferenzberechnung auftritt. Wenn das Entscheidungsergebnis der Operation 119 und der Operation 117 JA ist, werden nicht nur /If₁₁ und .It₁₂

ίο oder .IfJ₁ und At'_n durch die Operation 111 bzw. 119 berechnet, sondern es wird auch die Operation 133 erreicht, wo die Phasenvoreilung oder -verzögerung zwischen den Wechselstromsignalen AU) und BU) erfaßt wird. Diese Erfassung wird entsprechend dem Verfahren von Fig. 4a bis 4k durchgeführt. Durch eine Operation 125 wird das Produkt k ■. 11 der Anzahl k der Abtastimpulse, die nicht für die Gewinnung

■ der Nullstelle einschlägig sind, und der Abtastperiode. If berechnet. Durch eine Operation 127 wird die Phasendifferenz q auf der Grundlage der Formeln 6 und 7 berechnet. An der Operation 121 oder 127 kann diese Phasendifferenzberechnung enden, jedoch ist zur genauen Simulation der Funktion eines Relais, das ein Ausgangssignal nur dann erzeugt, wenn die Beziehung zwischen der Phasendifferenz γ und einem vorgegebenen Wert q₀ so ist, daß q ^ 9 ₀ oder ψ < 9Ό ist, eine andere Operation 129 vorgesehen, um diese Beziehung zu prüfen. Entsprechend den Ergebnissen der vorhergehenden Prüfung werden die entsprechenden Ausgangssignale abgegeben oder kann eine Operation 131 für einen anderen Auftrag erreicht werden.

3. Programmablaufplan für die Frequenzerfassung

F i g. 9 zeigt einen Programmablaufplan für die Frequenzerfassung eines Wechselstromsignals A U)- In diesem Programmablaufplan haben die Operationen 101 bis 109 und die Operation 111 die gleiche wie die entsprechenden Operationen 101 bis 109 sowie 111 im Programmablaufplan für die Nullstellenerfassung. Wenn AU„-\)· AU_n) > 0 ist. folgt der Programmablauf der NEIN-Ablauflinie, um die Operation 121 zu erreichen, wo eine Eins zu der gespeicherten Zahl k der Abtastimpulse addiert wird, die nicht für die Gewinnung der Nullstelle einschlägig sind, um k + 1 zu bilden. Der Rechner nimmt dann einen anderen Auftrag durch die Operation 130 auf. Wenn das Entscheidungsergebnis der Operation 109 JA ist, wird die Operation 111 erreicht, um If₁₁ und If₁₂ zu erzeugen. Dann wird eine Operation 133 erreicht, um eine Periode T zu berechnen, die z. B. aus der Formel 5 errechnet wird. Der Faktor von ,11 an einem bestimmten, speziellen Abtastpunkt ist der Wert am speziellen Abtastpunkt der Zahl fc, gespeichert im Rechner bei der Operation 121. Durch eine Operation 135 wird die Differenz zwischen der Periode T. erhalten durch die Operation 133, und einem vorgegebenen Wert T₀, gewonnen. Es wird dann entschieden durch eine Operation 137, ob T - T₀₁ ^ 0 ist oder nicht. Wenn das Entscheidungsergebnis JA ist, folgt der Programmablauf der Ablauflinic JA. um ein Ausgangssignal 1 abzugeben, das anzeigt, daß die Frequenz unter einen bestimmten Pegel gefallen ist. Wenn die Bedingung T - 7"₀₁ ^ 0 nicht erfüllt wird, läuft das Programm entlang der NEIN-Ablaufiinic. um zu einer Operation 139 zu gelangen. Durch die Operation 139 wird T - T₀₁ aus der Periode 7' und dem vorgegebenen Wert 7J_n berechnet und durch eine Operation 141

wird entschieden, ob das berechnete Ergebnis der Bedingung T — T₀₁ ^O genügt. Wenn diese Bedingung erfüllt wird, läuft das Programm entlang der JA-Ablauflinie, um ein Ausgangssignal 2 abzugeben, das anzeigt, daß die Frequenz über einen bestimmten Pegel hinaus angestiegen ist. Andererseits, wenn diese Bedingung nicht erfüllt wird, läuft das Programm entlang der NEIN-Ablaufiinie, um die Operation 130 zu erreichen. Durch die Operation 130 nimmt der Rechner einen anderen Auftrag oder Job auf.

4. Programmablaufplan Tür die Spitzenwerterfassung

Fig. 10 zeigt einen Programmablaufplan für die Simulation der Funktion eines Spitzenwerterfassungsrelais. Auch in diesem Fall haben die Operationen 101 bis 109 sowie 111 dieselbe Bedeutung wie die entsprechenden Operationen im Programmablaufplan für die Nullstellenerfassung. Wenn das Entscheidungsergebnis der Operation 109 NEIN ist, wird die Operation 129 erreicht, um k + 1 zu speichern, welcher Wert gewonnen worden ist, indem eine Eins zur Anzahl k der Abtastimpulse addiert worden ist, die für die Gewinnung der Nullstelle nicht einschlägig sind. Wenn das Entscheidungsergebnis der Operation 109 JA ist und daher J t_n und J t₁₂ ddrch die Operation 111 berechnet werden, wird die gespeicherte Anzahl k durch eine Operation 149 auf Null gelöscht. Durch eine Operation 151 wird At_n + k ■ At berechnet, durch eine Operation 153 sin (Ji₁₂ + k · A r). Schließlich wird ein Spitzenwert A_max über die Formeln 9, 9' und 9" durch die Operation 155 berechnet. Da erfindungsgemäß der Zeitpunkt, zu dem die Folge von Rechnungen begonnen wird, jedesmal erneuert wird, wenn das Wechselstromsignal Null wird, wird der Absolutwert von A„_mx durch eine Operation 157 berechnet. Durch eine Operation 159 wird die DifferenzU,„_aJ — A₀₁ zwischen A_max und einem vorgegebenen ^'ert/I₀₁ berechnet. Durch eine Operation 161 wird entschieden, ob der Zustand\A_max\ — A₀₁ ^ 0 erfüllt ist oder nicht. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird ein Ausgangssignal 1 abgegeben. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, wird eine Operation 163 erreicht, um Umaxl — Λ02 zu berechnen, wobei A₀₂ ein anderer Einstellwert ist. Es wird dann durch eine Operation 165 entschieden, ob die Bedingung\A_ma J — A₀₂ ^ 0 erfüllt ist oder nicht. Wenn die Bedingung erfüllt ist, wird ein Ausgangssignal 2 abgegeben, während sonst eine Operation 167 erreicht wird, so daß der Rechner einen anderen Auftrag aufnimmt. Da also das Ausgangssignal 1 erhalten wird, wenn \A_m

selbst nach denjenigen Operationen durchgeführt, durch die der Spannungsspitzenwert, der Stromspitzenwert und die Phasen-Differenz erhalten werden. In dem Programmablaufplan von Fig. 11 tritt zunächst eine Operation zur Gewinnung der Phasendifferenz φ auf, zweitens eine Operation zur Gewinnung von Spitzenwerten und schließlich eine Operation zur Leistungsberechnung. Entsprechend sind die Operationen vor einer Operation 171, wo sin At₁₂ + k· At + φ berechnet wird, äquivalent bis auf eine zusätzliche Operation 124 den entsprechenden Operationen im Programmablauf in F i g. 8. Die Beschreibung der Operation 124 soll weiter unten erfolgen. Durch die Operationen 171 bis 177 werden die Spitzenwerte von Spannung und Strom gewonnen, jedoch ist die Gewinnung der Spitzenwerte die gleiche wie in dem Fall, daß zwei Eingangssignale den Operationen 153 und 157 im Programmablauf von Fig. 10 zugeführt werden. Die Ursache dafür, daß die Berechnung durch die Operation 171 verknüpft ist mit einem Winkel(Af₁₂ + k-.it+ ψ) und jede Operation 175 mit einem WinkeUJtu + k- At + ψ) wird weiter unten erläutert werden. Es soll jetzt der Fall betrachtet werden, daß die Berechnung unter Bezugnahme auf den Abtastpunkt I₆ durchgeführt wird. Bezüglich B{t) ist der Spitzenwert B_max durch die folgende Formel gegeben:

A₀₁ S 0

ist, tritt das Ausgangssignal 1 für \A_max] — A₀₁ auf. Das Ausgangssignal 1 ist äquivalent dem Ausgangssignal von einem Relais wie einem Unterspannungsrelais. Ähnlich wird das Ausgangssignal 2 abgegeben, ^wenn UmJ - A₀₁ ^ 0 gilt, d.h. \A_mJ ^ A₀₁, daher entspricht das Ausgangssignal 2 dem Ausgangssignal von einem Relais wie einem Uberspannungsrelais oder einem Uberstromrelais.

5. Programmablaufplan für die Leistungserfassung

Fig. 11 zeigt einen Programmablaufplan für die Simulation der Funktion des oben beschriebenen Leistungserfassungs-Relais. Wie bereits im Zusammenhang der Erläuterung eines Leistungserfassungs-Relais ausgeführt worden ist, sind die Spitzenwerte der Spannung und des Stroms zusammen mit der Phasendifferenz φ dazwischen erforderlich, um die Leistung zu berechnen. Daher wird die Berechnung der Leistung

55

60

IJ ' * ^o/ '

^Dma* - |sin(ir;₂+ li)| '

während der Spitzenwert von A(t), d.h. A_max berechnet werden sollte:

"max ~

\A(t_b)\

I sin ( IiZ₂ + Ii + ψ)\ '

Die Formen dieser Formeln werden bei der Berechnung im Abtastpunkt t_g vertauscht, d. h., die Phasendifferenz q wird bei der Berechnung von B_max berücksichtigt. Durch die Operation 124 wird bestimmt, welcher der Operationen 171 und 175 die Phasendifferenz ψ zugeführt werden sollte. Das heißt, für jeden Abtastpunkt nach der Nullstelle von A(t) wird die Phasendifferenz der Operation 175 zugeführt, wo die Berechnung von B_max vorbereitet wird, während für jeden Abtastpunkt nach der Nullstelle von B(t) die Phasendifferenz der Operation 171 zugeführt wird, wo die Berechnung von A_max vorbereitet wird. A(tf und ß(f) bedeuten entsprechend Spannung und Strom- bzw. Strom und Spannung. Durch eine Operation 179 wird P=VI cos y berechnet. In diesem Fall kann ein spezieller Wert von cos γ von einem der cos ir-Werte erhalten werden, die vorher gespeichert worden sind, und zwar entsprechend einem speziellen Wert von φ. Durch eine Operation 181 wird die Differenz zwischen der so erhaltenen Leistung P und einem vorgegebenen Wert F₀₁ erfaßt, anschließend wird entschieden, ob die Differenz Null oder negativ ist, und zwar durch eine Operation 183. Wenn die Differenz Null oder positiv ist, wird ein Ausgangssignal abgegeben, ansonsten wird eine Operation 185 erreicht, so daß der Rechner einen anderen Auftrag aufnimmt.

6. Programmablaufplan für Impedanzerfassung

Fig. 12 zeigt einen Programmablaufplan für die Simulation der Funktion des oben beschriebenen Impedanzrelais. Aus der Formel 11 ist ersichtlich, daß das Impedanzrelais auch simuliert werden kann

(O

durch Gewinnung von V, I und cos φ, so daß die Operationen 101 bis 177 in F ig. 12 vollständig durch die entsprechenden Operationen im Programmablaufplan von Fig. 11 ersetzt werden können. Durch Operationen 191, 193 und 195 werden Z, X bzw R berechnet. Durch eine Operation 197 wird entschieden, ob die Leitwert-Kennlinie von F i g. 6 erfüllt wird oder nicht, eine weitere Entscheidung erfolgt durch eine Operation 199. Wenn das Entscheidungsergebnis JA ist, wird ein Ausgangssignal abgegeben, ansonsten ,0 wird eine Operation 201 erreicht, und der Rechner nimmt einen anderen Auftrag auf.

F i g. 13 zeigt ein Ausmhrungsbeispiel des Diskriminators 25, der aus einigen Einheiten besteht, welche ieweils eine einzelne Funktion aufweisen, und der fiir ,5 die PhasendifTerenzerfassung, die an Hand von F i g. 8 beschrieben wurde, ausgelegt ist. Normalerweise wird das Rechenwerk eines Digitalrechners als Disknminatör verwendet. Zur besseren Erläuterung ist jedoch die Stufe als Zusammenschaltung von Einfunkt.onse.nheiten dargestellt. In Fig. 13 sind, soweit möglich, dieselben Bezugszeichen wie in F i g. 5 verwendet. Ein Unterbrechungsfaktoranalysator J liefert z. B. in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Generators 11 ein Autgangssignal J₁, das die Steuerschaltung 17 an- ,5 steuert. Entsprechend sendet die Steuerschaltung 17 an einen Speicher K einen Befehl £„ daß der Speieher K Digitaldaten speichern soll, die über d^e Eingabeschaltung in Fi g. 5 erhalten werden. Die Steuerfchaltungl7 sendet nach Empfang eines Signal Kl darüber, daß die Speicherung durch den Speicher K beendet worden ist, an einen Multiplizierer L einen Befehl E₂, daß das Produkt A(Q ■ A(I_n^₁) zu bilden ist [im Fall von Bit) das Produkt B(I_n)-B(I_n^)I

Wie bereits beschrieben worden ist, ist ersichtlich, daß für A(Q · A(^₁) g 0 die Nullstelle des Wechselstromsignals A(t) zwischen t. und f_n_, hegt Ein Vorzeichendiskriminator M unterscheidet das Vorzachen des Produkts A(Q -A(^₁) auf der Grundlage der vom Multiplizierer L erhaltenen Daten. Wenn das Produkt positiv ist, wird ein Ausgangssignal M₁ ab-

und Se ^;

den Wechsebtromsi
zugehörigen Formen^£
knmiⁿator ermittelt werden

zah t die

nachbarten d.h. die Ana hl der

winaung der Nullst eile

wacht standig ^ Au

»erwende, werde. W- fcA^gl S

diese Signaldiagramme^(O und B(Q odeτ /U,- J und Btf.-i) verglichen und die Zeiten I₀₁ und I₀₂ hallen werden. , Fig. 4

ng im Phasendis-Bezugnahme auf 4 a bis 4 k. Ein Zähler 0 η zwischen zwei be-Wechselstromsignals, „jlse, die nicht zur Ge-_C11C6—en. Der Zähler 0 über-Ausgangssignal des Vorze.chen-• Eins zur Anzah! ""■· dort gespeicherten Abtastimpulse, wenn d

gangssignal positiv ist, d.h. M₁, und ^ ges,xicLte Anzahlinformation wenn das Ausgangs

signal Null oder negativ ist, d.h. M₂. Das^ Inter vall r₂ - r₄ in F i g. 3, d. h. 2 A t m der Formel 6, kann

ΪΑίίίϊβϊβ

ablaufplans von Fig. 8. Ein Phasendifferenzrechenglied Q berechnet die Phasendifferenz zwischen WechfelstromsignalenAW und B(t) aus dem Ausgangssignal des Zählers 0, dem Ausgangssignal des Phasen diskriminator* JV, A(t) und B(t), A(Q sowie A(l,-i und BU ,) Der Phasendisknminator N zeigt nicht nur die Phasenlage zwischen den Wechsdstromsignalen A(t) und B(t) an. sondern liefert auch die ge-

30

35

₄o

der Analogdaten in die entsprechenden Difitaldaten B

nen können auch im Fall des Wechselstromsignals B(t) Zahlers U.

aus

¹ *-

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum digitalen Bestimmen der Lage der Nulldurchgänge eines sinusförmigen Wechselstromsignals, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselstromsignal mit einer festen Abtastperiodendauer Ji = t„ — t_n__lt die kleiner ist als die Hälfte der Periodendauer T des Wechselstromsignals, in seiner Amplitude A(t) abgetastet wird, daß die ermittelten Amplitudenwerte über eine vorgebbare Zeit hinweg gespeichert und für jeweils zwei aufeinanderfolgende Abtastungen paarweise miteinander multipliziert werden, daß das Vorzeichen der erhaltenen Amplitudenwertprodukte bestimmt wird und daß für jedes Amplitudemvertpaar A(I_n^₁) und A(t_n), für das sich ein Produkt -4(t„_i) - A{t„) < 0 ergibt, der Abszissenschnittpunkt für eine durch diese Amplitudenwerte hindurchgehende Gerade berechnet wird (Fig. ]).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Wechselstromsignals ermittelt wird, indem die Periodendauer T des Wechselstromsignals aus dem Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nullstellen des Wechselstromsignals gewonnen wird (F i g. 2).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendifferenz zwischen zwei verschiedenen Wechselstromsignalen ermittelt wird aus zwei aufeinanderfolgenden Nullstellen des einen der beiden Wechselstromsignale und der Nullstelle des anderen der beiden Wechselstromsignale, die in das Zeitintervall zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Nullstellen des erstgenannten Wechselstromsignals fällt (F i g. 3).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus zwei Wechselstromsignalen, von denen das eine der Wechselspannung an den Enden eines Verbrauchers und das andere dem durch den Verbraucher fließenden Wechselstrom entspricht, die Impedanz des Verbrauchers ermittelt wird dmch Berechnung des Quotienten aus Spannung und Strom unter Berücksichtigung der erhaltenen Phasendifferenz.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus zwei Wechselstromsignalen, von denen das eine der Wechselspannung an den Enden eines Verbrauchers und das andere dem durch den Verbraucher fließenden Wechselstrom entspricht, die Leistung im Verbraucher als das Produkt aus Wechselstrom, Wechselspannung und Kosinus der erhaltenen Phasendifferenz berechnet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwert des Wechselstromsignals gewonnen wird als der Quotient aus einem Abtastwert des Wechselstromsignals und dem Sinus eines Winkels, der dem Zeitintervall zwischen dem diesem Abtastwert entsprechenden Ablastzeitpunkt und der nächstgelegenen Nullstelle des Wechselstromsignals entspricht.