DE2229425C2

DE2229425C2 - Anordnung zum Vergleich einer elektrischen Wechselstromarbeit mit einer Gleichstromarbeit

Info

Publication number: DE2229425C2
Application number: DE19722229425
Authority: DE
Inventors: Richardt Dr.-Ing. Friedl; Peter Dipl.-Phys. 3300 Braunschweig Seyfried
Original assignee: Zera Elektrische Pruefgeraete Cremer & Co Kg 5330 Koenigswinter De GmbH
Current assignee: Zera Elektrische Pruefgeraete Cremer & Co Kg 5330 Koenigswinter De GmbH
Priority date: 1972-06-16
Filing date: 1972-06-16
Publication date: 1985-03-28
Also published as: DE2229425A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Vergleich einer elektrischen Wechselstromarbeit mit einer Gleichstromarbeit bestehend aus einem elektronischen, gleichermaßen für Gleich- und Wechselstromgrößen geeigneten Multiplizierer, einem Integrator und einem Indikator. Ein derartiger integrierender elektronischer Gleichstrom-Wechselslrom-Ldstungskomparator dient insbesondere zur genauen Kontrolle von Elektrizitätszählern.

Mit dem Aufkommen sehr ge auer elektronischer Wechselstromzähler stellt sich immer dringender die Frage nach sehr genauen und relativ billigen Meßeinrichtungen, um die Überprüfung dieser Zähler vornehmen zu können. Bisher sind Messungen mit einer Meßunsicherheit von weniger als 1 · 10~⁴ nur mit außerordentlich aufwendigen Mitteln möglich. Bekanntlich erfolgt der Anschluß der Messung von Elektrizitätszählern an die Gleichstrom-Grundnormale über Wattmeter in einem Zeit-Leistungsverfahren. Die Wattmeter werden mit

Gleichstrom eingemessen. Bei der Einmessung wird dabei vorausgesetzt daß das Wattmeter-Meßwerk bei Wechselstrom die gleiche Anzeige liefert wie bei der Gleichstrommessung. Um die Meßunsicherheit die durch die zeitverschiedenen Messungen für Justierung und Zählerprüfung auftreten, zu beseitigen und um die Empfindlichkeit bei dem Gleich-Wechselstromtransfer su erhöhen, sind bei elektrodynamischen Meßwerken Komparatoren als Nullinstrumente bekannt, bei denen die zu messende Wechselstromleistung unmittelbar mit einer

entsprechenden Gleichstromleistung verglichen wird. Diese haben zwei gegeneinander wirkende elektrodynamische Meßsysteme, die nach einer Reihe von Justierungen auf gleiches Drehmoment gebracht werden können, so daß mit relativ hoher Sicherheit bei Drehmomentgleichgewicht die zu messende Wechselstromleistung an dem einen System der Gleichstromleistung an dem anderen System entspricht Die Richtigkeit ist dabei nur dann gewährleistet, wenn auch Temperaturänderungen auf beide Meßsysteme den gleichen Einfluß haben. Die

Erfüllung dieser Bedingung ist sehr aufwendig. Die vorstehend genannte Anordnung erfordert außerdem einen erheblichen Aufwand an kostspieligen Konstantstromquellen für die Wechselstromleistung, um die Empfindlichkeit solcher als Nullinstrument arbeitender Meßwerke zur Erzielung sehr genauer Meßergebnisse ausnutzen zu können. Schließlich erfordern die elektromechanischen Komparatoren sorgfältige und erschütterungsfreie Aufstel-

Es sind auch elektrodynamische Komparatoren bekannt (Nützelberger), deren Drehbewegung so stark gedämpft ist daß sie als integrierende Meßwerke wirken und praktisch eine Wechselstromarbeit mit einer Gleichstromarbeit vergleichen. Auch diesen Anordnungen haften wesentliche der vorstehend genannten Nachteile an.

Es ist prinzipiell auch möglich, einen Gleich-Wechselstrom-Leistungskomparator mit Hilfe der durch die US-PS 27 25192 angegebenen Anordnung eines »Servo Multipliers« aufzubauen, bei der das Produkt von. veränderlichen Gleichstromgrößen mit dem Produkt zweier Referenz-Wechselstromgrößen entgegengesetzten Vorzeichens durch Verstellung eines Potentiometerabgriffes mittels eines Servomotors verglichen wird. Auch eine derartige Schaltung ist aber nicht als integrierender Komparator geeignet, da sie als mechanischer Servo-

multiplizierer zu langsam arbeitet und eine Integration veränderlicher Meßwerte ohne besondere Maßnahmen nicht ermöglicht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, bei der in sehr einfacher Weise ein einziges elektronisches Multipliziermeßwerk gleichzeitig mit einer

Gleich- und einer entgegengerichteten Wechselstromleistung beaufschlagt wird und ein echter Gleichstrom-Wechselstrom-Arbeitsvergleich stattfindet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem einen Multiplizierereingang eine von der Meßwechselspannung abgeleitete Wechselstromgröße und eine dieser überlagerte Gleichstromgröße solcher Größe und Richtung und an dem anderen Multiplizierereingang eine von dem Meßwechselstrom abgeleitete Wechselstromgröße und eine dieser überlagerte Gleichstromgröße solcher Größe und Richtung anliegen, daß das Signal am Multipliziererausgang die Differenz aus der Wechselstrom'eistung und der Gleichstromleistung ist, daß dieses Signal als Ladestrom zur Mittelwertbildung dem Integrator zugeführt ist, und daß eine der beiden Leistungsgrößen laufend so nachgestellt wird, daß der der Differenz aus Wechsel- und Gleichstromarbeit entsprechend ζ zeitliche Gleichstrom-Mittelwsrt des Ladestromes Null ist. Der Ladestrom kann somit den durch einen Indikator feststellbaren Ladezustand eines Integrationskondensators oder einer Integrationsdrossel über die Zeit nicht verändern.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß der für die Überwachung der Leistungs-Nachstellung dienende Indikator ein Anzeigeinstrument mit Nulldurchgang ist, so daß unter Verwendung einer Referenz-Gleichstromleistung bei Einstellung einer nicht sehr stabilen Wechselstromleistung die Wechselstrom-Arbeitsmessung auch richtig ist, wenn der Indikator zu Beginn und am Ende der Meßzeit die gleiche Anzeige liefert.

Besonders vorteilhaft ist es ferner, daß dem Ausgang des Integrators eine Einrichtung nachgeschaltet ist, die selbsttätig feststellt, wann die Ausgangsgröße des Integrators einen vorgegebenen Schwellwert, in einer vorgegebenen Richtung überschreitet und wann sie den gleichen Schwellwert in der entgegengesetzten Richtung unterschreitet und die ein Signal abgibt, dessen Dauer gleich der Zeit zwischen den Zeitpunkten der Oberschreitung und der Unterschreitung des Schwellwertes ist

Ferner kann auch noch vorgesehen sein, daß bei Verwendung einer Referenz-Gieichstromleisaing die Wechselstromleistung nach Maßgabe der Anzei£i des Indikators über elektromechanische oder elektronische Stellglieder automatisch so nachgesteuert wird, daß auch bei längerer Ausregelung von Wechselstrom-Leistungsschwankungen die Wechselstromarbeit der Referenz-Gleichstromarbeit entspricht

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand von Prinzipschaltungen in F i g. 1 und 2 schematisch dargestellt

Die Prinzipschaltung einer entsprechenden Anordnung zeigt F i g. 1.

Einem Multiplizierer 1 wird über den Anschluß 4 die Summe aus der Meßspannung L'_ und einer Gleichspannung t/_ und über den Anschluß 5 die Summe aus dem zu messenden Wechselstrom /_ und einem Gleichstrom /_ zugeführt Der Anschluß 6 dient als gemeinsamer Nullpunkt

Die Spannungen und Ströme sind so gepolt, daß das Produkt der Wechselstromgrößen das entgegengesetzte Vorzeichen des Produktes der Gleichstromgrößen besitzt Die Ausgangsgröße i_m des Multiplizierers wird einem Integrator 2 zugeführt Dessen Ausgangsgröße U₁ ist dem zeitlichen Integral der Eingangsgröße i_m proportional.

Es ergibt sich:

Ua = Ua (0) + k.J i_m d t, Jt = Proportionalitätsfaktor.

Da i_m dem Produkt der Eingangsgrößen des Multiplizierers proportional ist, d. h.

Il mit ^= Proportionalitätsfaktor, folgt:

Ij £^=ü_(I(0)+A:J/_md/

ΰ ο

tv 5C

M °

= ^₀(O) +y* I J U- L· di - J U. I. dt + j i/, /_ d/ - J U- LdA.

I 0 0 0 0 J

Unter der Voraussetzung, daß Tgleich einem ganzzahligen Vielfachen der Periodendauer der Wechselstromgrößen ist, verschwinden die letzten beiden Integrale. Die Änderung

ist dann der Differenz der Wechselstromarbeit (A_) und Gleichstromarbeit (A _) proportional.

A U_a = K j J U- I- d/ - J U. I. at \ , K = yk

ο AU_a ' K (A--A.).

Änderungen von U₃ können am Indikator 3 beobachtet werden. Werden die Gleichstromgrößen während der Messung als Referenzgrößen konstantgehalten und wird durch Nachstellen der Wechselstromgrößen erreicht, ίο daß U, nach Ablauf der Meßzeit 7"wieder den Wert U, (0) annimmt, so ergibt sich die Abgleichbedingung

d. h. die Wechselstromarbeit ist gleich der bekannten Gleichstromarbeit. Die Messung der Wechselstromarbeit ist auf eine Gleichstrommessung zurückgeführt.

Das vorher Gesagte gilt auch, wenn Tnicht ein ganzzahliges Vielfaches der Periodendauer der Wechselstromgrößen ist, sofern Tsehr viel größer als die Periodendauer ist.

₍ Für das Prinzip ist es völlig unerheblich, ob der Multiplizierer 1 einen Spannungs- und einen Stromeingang gemäß F i g. 1 oder zwei Spannungs- oder zwei Stromeingänge besitzt, da Spannungen in Ströme oder umgekehrt Strörne in Spannungen mit bekannten Schaltungen leicht umgewandelt werden können.

Änderungen der Charakteristik des Multiplizierers, beispielsweise durch Temperatureinflüsse, Alterung von Bauelementen oder Änderungen der Versorgungsspannung, wirken sich auf beide Produktbildungen in gleicher Weise aus und heben sich daher bei der Differenzbildung heraus.

Ein Beispiel der Ansteuerung einer Schaltungsanordnung zum Vergleich einer Wechselstromarbeit mit einer Gleichstromarbeit ist in F i g. 2 dargestellt.

Die Meßspannung U- wird über einen Spannungswandler 7 auf die Spannung u- übersetzt. Die Sekundärwicklung des Wandlers liegt in Reihe mit einer Referenzspannung U_nt\· Am Eingangsanschluß 4 des Multiplizierers 1 liegt die Summe von u- und U_ni\ in bezug auf den Schaltungsnullpunkt 6. Der Meßstrom /. wird über einen Stromwandler 8 passend übersetzt Parallel zur Sekundärwicklung liegt ein bekannter Bürdenwiderstand B, an dem die Spannung Ut, abfällt. In Reihe mit dieser Parallelschaltung liegt eine zweite Referenzspannung U_nIi- Die Sumrnr von Ut, und U_nn liegt am Eingang 5 des Multiplizierers 1. Der Wicklungssinn der Sekundärwicklungen von 7 und 8 ist so gewählt, daß das Vorzeichen des Produktes u-ut dem des Produktes der Referenzgrößen entgegengesetzt gerichtet ist.

Die Anordnung ist weiterhin mit einer Zusatzeinrichtung 9 versehen. Diese Schaltung erfüllt die Funktion eines !Comparators. Übersteigt die Ausgangsgröße von 2 den Pegel einer Referenzgröße U_ren, so wird an 10 ein Signal T_m abgegeben, das so lange anliegt, bis der Pegel von U_nn wieder unterschritten wird. Die Dauer von T_n, ist gleich der Zeit, für die die Wechselstromarbeit der vorgegebenen Gleichstromarbeit entsprach.

Jn der gezeigten Schaltung können die beiden Referenzspannungen U₁^t und LW: auch durch eine Referenzspannungsquelle ersetzt werden.

Die Nachführung der Wechselstromleistung zur Erfüllung der Abgleichbedingung (AU, —► 0) kann sowohl manuell als auch automatisch vorgenommen werden, indem das Ausgangssignal des Integrators unmittelbar zur Steuerung der Wechselstromleistung herangezogen wird. Durch das Verfahren wird auch bei sehr langsamen Ai'.sregelvorgängen, wie sie beispielsweise bei spannungsgeregelten Maschinenspeisequellen vorhanden sind, die hohe Meßgenauigkeit der Arbeitsmessung nicht beeinflußt

Die Voraussetzung für das Verfahren, nämlich daß der verwendete Multiplizierer praktisch frequenzunabhängig und im Aussteuerbereich linear ist und somit sowohl bei Gleichstrom- als auch bei Wechselstromgrößen das gleiche Rechenergebnis liefert, ist bei elektronischen Multiplizierem, insbesondere solchen, die nach dem sog. Time-Divisionsprinzip arbeiten, leicht erreichbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Vergleich einer elektrischen Wechselstromarbeit mit einer Gleichstromarbeit bestehend aus einem elektronischen, gleichermaßen für Gleich- und Wechselstromgrößen geeigneten Multiplizie- rer (1), einem Integrator(2) ui:d einem Indikator (3), dadurch gekennzeichnet, daß an dem einen Multipliziereingang (4) eine von der Meßwechselspannung abgeleitete Wechselstromgröße und eine dieser überlagerte Gleichstromgröße solcher Größe und Richtung und an dem anderen Multipliziereingang (5) eine von dem Meßwechselstrom abgeleitete Wechselstromgröße und eine dieser überlagerte Gleichstromgröße solcher Größe und Richtung anliegen, daß das Signal am Multipliziererausgang die Differenz iMs der

ίο Wechselstromleistung und der Gleichstromleistung ist, daß dieses Signal als Ladestrom zur Mittelwertbildung dem Integrator (2) zugeführt ist, und daß eine der beiden Leistungsgrößen laufend so nachgestellt wird, daß der der Differenz aus Wechsel- und Gleichstromarbeit entsprechende zeitliche Gleichstrom-Mittelwert des Ladestromes Null ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Überwachung der Djistungs-Nachstellung dienende Indikator (3) ein Anzeigeinstnmient mit Nulldurchgang ist

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang des Integrators (2) eine Einrichtung (9) nachgeschaltet ist die selbsttätig feststellt wann die Ausgangsgröße des Integrators einen vorgegebenen Schwellwert in einer vorgegebenen Richtung überschreitet und wann sie den gleichen Schwellwert in der entgegengesetzten Richtung unterschreitet und die ein Signal abgibt dessen Dauer

gleich iter Zeit zwischen den Zeitpunkten der Überschreitung und der Unterschreitung des Schwellwertes ist

4. At^rdnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß bei Anwendung einer Referenz-GIeichstromleistung die Wechselstromleistung nach Maßgabe der Anzeige des Indikators~(3) über elektromechanische oder elektronische Stellglieder automatisch so nachgesteuert wird, daß auch bei längerer Ausregelung von Wechselstrom-Leistungsschwankungen die Wechselstromarbeit der Referenz-Gleichstromarbeit ent spricht