DE2321547A1

DE2321547A1 - Verfahren zur messung der scheinleistung bzw. des scheinverbrauchs

Info

Publication number: DE2321547A1
Application number: DE19732321547
Authority: DE
Inventors: Jansjoerg Dipl Phys Vonarburg; Jakob De Vries
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1972-07-07
Filing date: 1973-04-25
Publication date: 1974-01-31
Also published as: FR2192308B3; ATA553373A; AT338376B; FR2192308A1; CH546955A; DE2321547C3; DE2321547B2

Description

( LANDlS & GYR ] LANDIS & GYR AG CH-63O1 Zug, Schweiz

Verfahren zur Messung der Scheinleistung bzw. des Scheinverbrauchs

Die Erfindung bezieht -sich auf ein Verfahren zur Messung der Scheinleistung bzw. des Scheinverbrauchs, wobei je ein der Wirkleistung und der Blindleistung proportionales Signal erzeugt und diese beiden Signale geometrisch addiert werden.

Zur Messung des Scheinverbrauchs sind Messgeräte bekannt, die einen Wirkverbrauchszähler und einen Blindverbrauchszähler sowie ein Getriebe zur geometrischen Addition der von den beiden Zählern gemessenen-Werte aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde* ein Verfahren

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zur Messung der Scheinleistung bzw,, des Scheinverbrauchs zu schaffen, bei dem die geometrische Addition der von einem Wirkleistungsmesser und einem Blindleistungsm'esser abgegebenen Signale auf eine neue, besonders einfache Weise erfolgt, ohne dass hierzu mechanische Getriebe erforderlich sind. · ·

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst', dass die. beiden Signale in Wechselgrössen mit konstanter Frequenz, gegeneinander um 90°.verschobener Phasenlage und der,Wirkbzw. Blindleistung proportionaler Amplitude umgeformt und ihre Momentanwerte addiert werden und dass die Amplitude der ,* Grundwelle der so erhaltenen Wechselgrösse gemessen bzw. deren Zeitintegral ermittelt wird.

Ein Scheinleistungs- bzw. Scheinverbrauchsmesser zur Durchführung dieses Verfahrens ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass einem elektronischen Wirkleistungsmesser und einem elektronischen Blindleistungsmesser je ein Grleichstrom-Wechselstrom-TJmformer nachgeschaltet sind, dass die Umformer von einem Generator, der zwei periodische, um 90° gegeneinander phasenverschobene Signale erzeugt, gesteuert und ihre Ausgänge an ein. Summier-*

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glied angeschlossen sind.

. Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen : Pig. 1 ein Blockschaltbild eines Scheinlei stungs- und Scheinverbrauchsinessers,

Pig. 2 ein Schaltbild eines Gleichstrom-Wechselstrom-Umformers und

Pig. 3 ein Schaltbild eines Generators zur . Erzeugung zweier periodischer, um phasenverschobener Signale.

In der Pig. 1 bedeutet 1 einen elektronischen Wirkleistungsmesser und 2 einen elektronischen Blindleistungsmesser. Diese bestehen im wesentlichen aus einem in der Zeichnung nicht näher dargestellten Multiplikator zur Multiplikation der Hetzspannung u mit dem Phasenstrom i sowie aus einem in ihren Ausgang geschalteten Pilter und erzeugen ein Gleichstrom- oder Gleichspannungssignal, das der Wirkleistung P bzw. der Blindleistung B proportional ist. Der Blindleistungsmesser 2 unterscheidet sich vom Wirkleistungs-

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ν. -;; ■;; ■■■:■■ ■;; ', }_- -;-■-_. \ ;^: _; 2321547 messer 1 nur durch ein nicht gezeichnetes Eingangsglied, das eine Phasendrehung zwischen der Spannung u und dem Strom i um 90° bewirkt.

Der Wirkleistungsmesser 1 ist an einen Eingang 3 eines Gleichstrom-Wechselstrom-Umformers 4 und der Blindleistungsmesser 2 an einen Eingang 5 eines Gleichstrom-Wechselstrom-Umformers 6 angeschlossen. Ein Generator weist einen mit ßihem Steuereingang 8 des Umformers 4 verbundenen Ausgang 9 und einen mit einem Steuereingang 10 des Umformers 6 verbundenen Ausgang 11 auf. Ein Ausgang 12 des Umformers 4 und ein Ausgang 13 des Umformers 6 sind an ein Summierglied 14 angeschlossen. Diesem sind ein Pilter 15» ein Spitzenwert- oder Effektivwert-Gleichriehter 16, ein Analog-Preq.uenz-V/andler 17.und ein Impulszähler nachgeschaltet. An den Ausgang des Gleichrichters 16 ist ausserdem über einen Verstärker 19 ein Anzeigeglied 20 gekoppelt.

Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt:

Der Generator 7 - vorzugsweise ein Rechteckgenerator gibt an seine Ausgänge 9, 11 zwei periodische

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Steuersignale ab, die gleiche Impulsfrequenzen f₀ aufweisen, jedoch um 90° gegeneinander phasenverschoben sind.

Die von diesen beiden Steuersignalen gesteuerten Umformer 4, 6 formen das vom Wirkleistungsmesser 1 bzw. vom Blindleistungsmesser" 2 erzeugte Gleichstromsignal im einfachsten Fall in eine Rechteckspannung mit der Wirkleistung P bzw. der Blindleistung B proportionaler Amplitude um. Diese Rechteckspannungen,die entsprechend den vom Generator 7 abgegebenen Steuersignalen gleiche Impulsfrequenzen und eine um 90° gegeneinander verschobene Phasenlage aufweisen, werden im Summierglied 14 addiert. Das Filter 15 - ein Tiefpass- oder Bandpassfilter - ist für die Grundwelle des Ausgangssignals des Summiergliedes 14, d.h. für die Frequenz f durchlässig. Die Amplitude dieser Grundwelle

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P + B . Die Grundwelle wird durch den Gleichrichter 16 in ein Gleichstromsignal umgeformt, das ihrer Amplitude und somit auch der Scheinleistung S proportional ist. Das der Scheinleistung entsprechende Signal wird im Verstärker 19 verstärkt lind vom Anzeigeglied 20 angezeigt« Der Analog-Frequenz-Wandler 17- erzeugt Impulse mit einer der Scheinleistung S proportio-

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nalen Impulsfrequenz. Diese werden vom Impulszähler 18 gezählt.,, der somit den Scheinverbraueh registriert.

Im beschriebenen Beispiel werden also die Ausgangssignale der Wirk- bzw. Blindleistungsmesser 1, 2 in Rechtecksignale umgewandelt. Da, diese um 90° gegeneinander phasenverschoben sind und nur ihre Grundwelle ausgewertet wird, wird durch ihre Summierung eine geometrische Addition erzielt. Die der Grundwelle überlagerten Oberwellen der Rechtecksignale werden zwar im Summierglied 14 ebenfalls addiert, danach aber ausgefiltert, so dass sie sich auf das Messresultat nicht auswirken können und zu ihrer Unterdrückung nur ein einziges Filter erforderlich ist. Selbstverständlich kann das Filter 15 weggelassen werden, wenn statt dessen*.in den Ausgangskreis der Umformer 4, β je ein Filter geschaltet wird oder wenn die Umformer derart ausgebildet sind, da"ss sie unmittelbar öberwellenfreie Sinussignale erzeugen.

Bei den Umformern 4, 6 kann es sich im einfachsten Fall um einen Ein-Aus-Schalter handeln, dem zur Sperrung der Gleichstromkomponente des an seinem Ausgang anstehenden Impulssignsls ein Kondensator nachgeschaltet ist. Eine andere ein-

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fache Möglichkeit besteht in der Verwendung eines Umpolschalters, der das der Y/irk- bzw. Blindleistung entsprechende Signal in der einen Schalterstellung nicht invertiert und in der anderen Schalterstellung inventiert weitergibt.

Die Umformer 4, 6 können selbstverständlich anstelle von Rechtecksignalen auch Wechselstromsignale mit einer anderen Kurvenform erzeugen. Besonders vorteilhaft ist die Erzeugung von Dreiecksignalen, was mit verhältnismässig geringern technischem Aufwand erfolgen kann und infolge des gegenüber Rechtecksignalen geringeren Oberwellenanteils den Vorteil mit' sich bringt, dass an die Güte des !Filters 15 geringere Anforderungen gestellt werden. Ein Umformer dieser Art ist in der Pig. 2 dargestellt. Natürlich kann auch der Umformer 6 entsprechend der Pig.2 ausgestaltet sein·

In der Pig. 2 sind die Eingänge und Ausgänge des Umformers mit den in der Pig. 1 bereits verwendeten Bezugszahlen bezeichnet. Der Eingang 3 ist in der einen Schalterstellung eines vom Generator 7 (Pig. 1) gesteuerten Umschalters unmittelbar und in der anderen Schalterstellung über einen Inverter 22 mit einem Integrxerverstärker 23 verbunden.

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Der Integrierverstärker 23 besteht aus einem Operationsverstärker 24, in de ssen Eingang e in Widerstand 25 und zwischen dessen Eingang und Ausgang ein Kondensator 26 geschaltet ist. Der Ausgang des Intergrierverstärkers 23 "bildet den Ausgang 12 des Umformers 4. Der in der Fig. 2 symbolisch dargestellte Schalter 21 kann z.B. durch zwei Transistoren gebildet sein, deren Steuerelektroden derart mit dem Steuereingang 8 verbunden sind, dass entsprechend dem angelegten Steuersignal der eine oder der andere Transistor leitend ist.

Wenn sich der Umschalter 21 in der gezeichneten Schalterstellung befindet und am Eingang 3 ein der Wirkleistung entsprechendes positives Signal ansteht, steigt die ■ Spannung am Ausgang 12 negativ linear an, wobei die Steilheit des Spannungsanstiegs der Wirkleistung proportional ist. Wenn der vom Umformer 7 gesteuerte Umschalter 21 in die andere Stellung umkippt, wird die Integrationsrichtung umgekehrt und die Ausgangsspannung steigt positiv linear an. Am Ausgang 12 entsteht somit eine symmetrische Dreieckspannung, deren Amplitude ein Mass für die Wirkleistung darstellt.

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Die geforderte Phasenverschiebung von 90° zwischen den beiden vom Generator 7 abgegebenen Steuersignalen soll jedoch möglichst genau eingehalten werden, da sie die "Messgenauigkeit unmittelbar beeinflusst. In der Fig. 3 ist ein Rechteckgenerator dargestellt,, der diese Bedingung in idealer Weise erfüllt. Einem Impulsgeber 27» der Impulse mit der Folgefrequenz 4- f_Q erzeugt, ist ein Flipflop 28 nachgeschaltet, an dessen Q-Ausgang eine symmetrische Rechteckspannung und an dessen ¹Q-Ausgang eine zu dieser invertierte Rechteckspannung auftritt. Die beiden Ausgänge sind jeweils an ein weiteres Flip-

flop 29» 30 angeschlossen, dessen Q-Ausgänge symmetrische Rechteckspannungen abgeben, die um 90° gegeneinander phasenverschoben sind.

Die Messung der Scheinleistung oder des Scheinverbrauchs in einem Mehrphasennetz kann vorzugsweise dadurch erfol- gen₉ dass jeder Phase ein Wirkleistungsmesser und ein Blindleistungsmesser zugeordnet und die Wirkleistungsmesser und die Blindleistungsmesser jeweils an ein Summierglied angeschlossen werden*, das ein der Summe der Wirk- bzw« Blindleistung der einzelnen Phasen proportionales Signal abgibt» An den Ausgang der "beiden Summier-

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glieder können dann die Umformer 4 bzw. 6 (Fig.t) angeschlossen, werden. ' -

Das beschriebene Verfahren kann, wie gezeigt, ialt Hilfe "bekannter elektronischer Bauteile auf einfache Vfeise durchgeführt werden. Hierbei kann entsprechend der Güte der jeweils eingesetzten Bauteile eine beliebige Ilessgenauigkeit erreicht werden«

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Claims

Landis & Gyr AG.

P A T E If I A R S I E U E C H E

1.) Verfahren zur Messung der Scheinleistung "bzw. des Schein-Verbrauchs, wobei je ein der Wirkleistung und der Blindleistung proportionales Signal erzeugt und diese beiden Signale geometrisch addiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Signale in Wechselgrössen mit konstanter Frequenz, gegeneinander um 90° verschobener Phasenlage, und der Wirk- bzw. Blindleistung proportionaler Amplitude umgeformt und ihre Momentanwerte addiert werden und dass die Amplitude der Grundwelle der so erhaltenen Wechselgrösse gemessen bzw. deren Zeitintegral ermittelt wird.

2i Scheinleistung- bzw. Scheinverbrauchsmesser zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass einem elektronischen Wirkleistungsmesser (1) und einem elektronischen Blindleistungsmesser (2) je ein Gleiehstrom-Weehselstrom-TJmformer (4 bzw. 6) nachgeschaltet sind, dass die Umformer (4; 6) von einem Generator (7), der zwei periodische, um 90° gegeneinander phasenverschobene Signale erzeugt, gesteuert und ihre Ausgänge (12j 13) an ein Summierglied (14) angeschlossen

sind. /

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3* SeheinleiBtungs— bzw. Sclieinverbratichsiaessei? nacii Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformer (4; 6) zur Umformung eines Gleichstromsignals in ein Rechtecksignal oder in ein Dreiecksignal eingerichtet sind.

4·'Scheinleistungs- bzw. Scheinverbrauchsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (7) ein Rechteckgenerator ist·

5. Scheinleistungs- bzw. Scheinverbrauchsmesser nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dass die Umformer (4; 6) jeweils einen Integrierverstärker (23) aufweisen, der über einen vom Rechteckgenerator (7) gesteuerten Umschalter (21) in der einen Schalterstellung unmittelbar und in der anderen Schaltstellung über einen Inverter (22) an den Wirkbzw. Blindleistungsmesser(1 bzw. 2) angeschlossen ist.

6. Seheinleistungs- bzw. Sehe in verbrauchsmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechteckgenerator (7) einen Impulsgeber (27) und ein diesem nachgeschaltetes Flipflop (28) aufweist und dass die beiden Ausgänge (Qi 7$) des Flipflop (28) jeweils an ein weiteres Flipflop (29 bzw. 30) angeschlossen sind.

7. Seheinleistungs- bzw. Scheinverbrauchsmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Summier glied (14) ein Gleichrichter (16) und ein Anzeigeglied fcO) nachge-BChaltet sind.

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8. Scheinleistungs- bzw. Scheinverbrauchsmesser nach Anspruch. 2, dadurch, gekennzeichnet, dass dem Summierglied ein Gleichrichter (16), ein Analog-Frequenz-V/andler (17) und ein Impulszähler (18) nachgeschaltet sind.

9· Scheinleistungs- bzw. Scheinverbrauchsmesser nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Summierglied (14) und den Gleichrichter (16) ein Filter (15) geschaltet ist.

10. Scheinleistungs- bzw. Scheinverbrauchsmesser nach einem der Ansprüche 2 bis 8 für ein Mehrphasennetz, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Phase ein Wirkleistungsmesser und ein Blindleistungsmesser zugeordnet sind und dass die Wirkleistungsmesser und die Blindleistungsmesser jeweils an ein Summierglied angeschlossen sind, dessen Ausgang mit dem "Uniformer (4; 6) verbunden ist.

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