DE2321547C3 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Messung der Scheinleistung bzw. des Scheinverbrauchs - Google Patents

Description

3 4

F i g. 4 ein Spannungs-Zeit-Diagramm des Genera- gangssignale der Wirk- bzw. Blindleistungsmesser 1,2

tors nach der Fig. 3. in Rechtecksignale umgewandelt. Da diese um 90°

In der Fig. I bedeutet 1 einen elektronischer. gegeneinander phasenverschoben sind und nur ihre Wirkleistungsmesser und 2 einen elektronischen Grundwelie ausgewertet wird, wird durch ihre Sum-Blindleistungsmesser. Diese bestehen im wesentlichen 5 mierung eine geometrische Addition erzielt. Die der aus einem in der Zeichnung nicht näher dargestellten Grundwelle überlagerten Oberwellen der Rechteck-Multiplikator zur Multiplikation der Netzspannung u signale werden zwar im Summierglied 14 ebenfalls mit dem Phasenstrom / sowie aus einem in ihren Aus- addiert, danach aber ausgefiltert, so daß sie sich auf gang geschalteten Filter und erzeugen ein Gleich- das Meßresultat nicht auswirken Können und zu ihrer strom- oder Gleichspannungssignal, das der Wirk- io Unterdrückung nur ein einziges Filter erforderlich leistung P bzw. der Blindleistung B proportional ist. ist. Selbstverständlich kann das Filter 15 weggelassen Der Blindleistungsmesser 2 unterscheidet sich vom werden, wenn statt dessen in den Ausgangskreis der Wirkleistungsmesser 1 nur durch ein nicht gezeich- Umformer 4, 6 je ein Filter geschaltet wird oder netes Eingangsglied, das eine Phasendrehung zwi- wenn die Umformer derart ausgebildet sind, daß sie sehen der Spannung ii und dem Strom / um 90° be- 15 unmittelbar oberwellenfreie Sinussignale erzeugen,
wirkt. Bei den Umformern 4, 6 kann es sich im einfach-

Der Wirkleistungsmesser 1 ist an einen Eingang 3 sten Fall um einen Ein-Aus-Schalter handeln, dem eines Gleichstrom-Wechselstrom-Umformers 4 und zur Sperrung der Gleichstromkomponente des an der Blindleistungsmesser 2 an einen Eingang 5 eines seinem Ausgang anstehenden Impulssignals ein Kon-Gleichstrom-Wechselstrom-Umformers 6 angeschlos- 20 densator nachgeschaltet ist. Eine andere einfache sen. Ein Generator 7 weist einen mit einem Steuer- Möglichkeit besteht in der Verwendung eines Umeingang 8 des Umformers 4 verbundener: Ausgang 9 polschalters, der das der Wirk- bzw. Blindleistung und einen mit einem Steuereingang 10 des Umfor- entsprechende Signal in der einen Schalterstellung mers 6 verbundenen Ausgang 11 auf. Ein Ausgang 12 nicht invertiert und in der anderen Schalterstellung des Umformers 4 und ein Ausgang 13 des Umfor- 25 invertiert weitergibt.

mers 6 sind an ein Summierglied 14 angeschlossen. Die Umformer 4, 6 können selbstverständlich an Diesem sind ein Filter 15, ein Spitzenwert- oder Stelle von Rechtecksignalen auch Wechselstrom-Effektivwert-Gleichrichter 16, ein Analog-Frequenz- signale mit einer anderen Kurvenform erzeugen. Wandler 17 und ein Impulszähler 18 nachgeschaltet. Besonders vorteilhaft ist die Frzeugung von Drei-An den Ausgang des Gleichrichters 16 ist außerdem 30 ecksignalcn, was mit verhältnismäßig geringem techüber einen Verstärker 19 ein Anzeigeglied 20 ge- nischem Aufwand erfolgen kann und infolge des koppelt. gegenüber Rechtecksignalen geringeren Oberwellen-

Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet wie anteils den Vorteil mit sich bringt, daß an die Güte

folgt: Der Generator 7 — vorzugsweise ein Recht- des Filters 15 geringere Anforderungen gestellt wer-

eckgenerator — gibt an seine Ausgänge 9, 11 zwei 35 den. Ein Umformer 4 dieser Art ist in der Fig. 2

periodische Steuersignale ab, die gleiche Impulsfre- dargestellt. Natürlich kann auch der Umformer 6

quenzen /„ aufweisen, jedoch um 90" gegeneinander entsprechend der F i g. 2 ausgestaltet sein,

phasenverschoben sind. In der F i g. 2 sind die Eingänge und Ausgänge des

Die von diesen beiden Steuersignalen gesteuerten Umformers 4 mit den in der F i g. I bereits verwen-Umformer 4, 6 formen das vom Wirkleistungsmes- 40 deten Pezugszahlen bezeichnet. Der Eingang 3 ist in ser 1 bzw. vom Blindleistungsmesser 2 erzeugte der einen Schalterstellung eines vom Generator 7 Gleichstromsignal im einfachsten Fall in eine Recht- (Fig. I) gesteuerten Umschalters 21 unmittelbar und eckspannung mit der Wirkleistung P bzw. der Blind- in der anderen Schalterstellung über einen Inverter leistung B proportionaler Amplitude um. Diese 22 mit einem Integrierverstärker 23 verbunden. Redüeckspannungen, die entsprechend den vom 45 Der Integrierverstärker 23 besteht aus einem Ope-Generator 7 abgegebenen Steuersignalen gleiche rationsverstärker 24, in dessen Eingang ein WiderImpulsfrequenzen und eine um 90° gegeneinander stand 25 und zwischen dessen Eingang und Ausgang verschobene Phasenlage aufweisen, werden im Sum- ein Kondensator 26 geschaltet ist. Der Ausgang des mierglied 14 addiert. Das Filter 15 — ein Tiefpaß- Integrierverstärkers 23 bildet den Ausgang 12 des oder Bandpaßfilter — ist für die Grundwelle des 5& Umformers 4. Der in der F i g. 2 symbolisch darge-Ausgangssignals des Summiergliedes 14, d. h. für die 'Uellte Schalter 21 kann z. B. durch zwei Transistoren Frequenz /₀, durchlässig. Die Amplitude dieser gebildet sein, deren Steuerelektroden derart mit dem Grundwelie entspricht der Scheinleistung Steuereingang 8 verbunden sind, daß entsprechend

dem angelegten Steuersignal der eine oder der andere

, ' 55 Transistor leitend ist.

5= Jτ" _|_ ß2 Wenn sich der Umschalter 21 in der gezeichneten

Schalterstellung befindet und am Eingang 3 ein der

Die Grundwelle wird durch den Gleichrichter 16 in Wirkleistung entsprechendes positives Signal ansteht, ein Gleichstromsignal umgeformt, das ihrer Ampli- steigt die Spannung am Ausgang 12 negativ linear tude und somit auch der Scheinleistung S propor- 60 an, wobei die Steilheit des Spannungsanstiegs der tional ist. Das der Scheinleistung entsprechende Wirkleistung proportional ist. Wenn, der vom UmSignal wird im Verstärker 19 verstärkt und vom former 7 geteuerte Umschalter 21 in die andere Anzeigeglied 20 angezeigt. Der Spannungs-Frequenz- Stellung umkippt, wird die Integrationsrichtung um-Wandleir 17 erzeugt Impulse mit einer der Schein- gekehrt, und die Ausgangsspannung steigt positiv leistung S proportionalen Impulsfrequenz. Diese wer- 65 linear an. Am Ausgang 12 entsteht !.oirtit eine symden vom Impulszähler 18 gezählt, der somit den metrische Dreieckspannung, deren Amplitude ein Scheinverbrauch registriert. Maß für die Wirkleistung darstellt.

Im beschriebenen Beispiel werden also die Aus- Die geforderte Phasenverschiebung von 90° zwi-

sehen den beiden vom Generator 7 abgegebenen Steuersignalen soll möglichst genau eingehalten werden, da sie die Meßgenauigkeit unmittelbar beeinflußt. In der F i g. 3 ist ein Rechteckgenerator dargestellt, der diese Bedingung in idealer Weise erfüllt. Die F i g. 4 zeigt das zugehörige Spannungs-Zeit-Diagramm. Einem Impulsgeber 27, der eine lmpulsspannung t/„ mit der Folgefrequenz 4 /₀ erzeugt, ist ein Flipflop ίβ nachgeschaltet, an dessen Q-Ausgang eine symmetrische Rechteckspannung U_{28 ()} und an dessen ^-Ausgang eine zu dieser invertierte Rechteckspannung IZ₂₈Q auftritt. Die beiden Ausgänge sind jeweils an ein weiteres Flipflop 29, 30 angeschlossen, dessen 0-Ausgänge symmetrische Rechteckspannungen t/_äfl und U_nn abgeben, die um 90° gegeneinander phasenverschoben sind.

Die Messung der Scheinleistung oder des Scheinverbrauchs in einem Mehrphasennetz kann vorzugsweise dadurch erfolgen, daß jeder Phase ein Wirkleistungsmesser und ein Blindleistungsmesser zuge-5 ordnet 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 Summierte glieder können dann die Umformer 4 bzw. 6 (F i g. 1) angeschlossen werden.

Das beschriebene Verfahren kann, wie gezeigt, mit

Hilfe bekannter elektronischer Bauteile auf einfache Weise durchgeführt werden. Hierbei kann entsprechend der Güte der jeweils eingesetzten Bauteile eine beliebige Meßgenauigkeit erreicht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

9 Schaltungsanordnung zur Scheinleistungs- Patentansprücbe· bzw. Scheinverbrauchsmessung nach Anspruch 7 ra spru ocjer 8 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen

1. Verfahren zur Messung der Scheinleistung dem Summierglied (14) und_ den Gleichrichter bzw. des Scheinverbrauches, bei dem ein der 5 (16) ein Filter (IS) Schaltet ist
Wirkleistung und ein der Blindleistung propor- ^1O'c^S??^UUT^Äfu^^^
tionales Signa! erzeugt, diese beiden Signale in b.w. Sch^emverbrauchsmessung nach^ emem der Wechselgrößen umgeformt und geometrisch ad- Ansprüche 2 bis 8 fur ein .^Pj^"¹«^ J-diert weiden, dadurch gekennzeichnet, durch gekennzeichnet daß jedeJ P^m WirW-daß die beiden Signale in Wechselgrößen mit io leistungsmesser und ein ^jindleistun^me^er zugleicher konstanter Frequenz, gegeneinander um geordnet sind und daß die Wirkleistungsmesser 90° verschobener Phasenlage und der Wirk- bzw. und die Blindleistungsmesser jeweils an ein Sum-Blindleistung proportionate- Amplitude umge- mierglied angeschlossen sind dessen Ausgang mit formt und ihre Momentanwerte addiert werden dem Umformer (4, 6) verbunden ist.

und daß die Amplitude der Grundwelle der so er- 15

haltenen Wechselgröße gemessen bzw. deren Zeit-

integral ermittelt wird.

2. Schaltungsanordnung zur Scheinleistungs- .

bzw.Scheinvfbrauchsmessung zur Durchführung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur

des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch ge- a° Messung der Scheinleistung bzw. des Sche.nverkennzeichnet, daß einem elektronischen Wirk- brauchs, bei dem ein der W.rkle.stiing und ein der leistungsmesser (1) und einem elektronischen Blindleistung proportionales Signal erzeugt, diese Blindleistungsmesser (2) je ein Gleichstrom- beiden Signale in Wechselgrößen umgeformt und Wechselstrom-Umformer (4 bzw. 6) nachgeschal- geometrisch addiert werden.

fet sind, daß die Umformer (4, 6) von einem 25 Zur Messung des Scheinverbrauchs sind Meßgerate Generator (7), der zwei periodische, um 90 bekannt, die einen Wirkverbrauchszähler und einen «egeneinander phasenverschobene Signale erzeugt, Blindverbrauchszähler sowie em Getriebe zur geomegesteuert und ihre Ausgänge (12, 13) an ein Sum- irischen Addition der von den beiden /.ahlern gemesmierglied (14) angeschlossen sind. senen Werte aufweisen.

3. Schaltungsanordnung zur Scheinleistungs- 30 Ferner ist aus der DT-PS 566 180 eine hirmchtung bzw. Scheinverbrauchsmessunr nach Anspruch 2, zur Messung der Scheinleistung bekannt, bei welcher dadurch gekennzeichnet, daß die Umformer (4,6) z%vei Thermoelemente pnmarseitig von einem üleichzur Umformung eines Gleichs,.omsignals in ein oder Wechselstrom durchflossen werden, dessen Rechtecksignal oder in ein Dreiecksignal einge- Mittelwert der Wirk- bzw. Blindleistung proportional richtet sind. 35 ist. Sekundärseitig entsteht dann das Quadrat der

4. Schaltungsanordnung zur Scheinleistungs- Wirk- bzw. Blindleistung. Duich Addition der Sekun- bzw. Scheinverbrauchsmessung nach Anspruch 3, därsignaie ergibt sich das Quadrat derScneinleistung. dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (7) Nachteilig bei dieser bekanntem Einrichtung ist die ein Rechteckgenerator ist. ueringe Genauigkeit der erforderlichen Ihermo-

5. Schaltungsanordnung zur Scheinleistungs- 40 elemente. Diese sind umgebungstemperaturabhängig bzw. Scheinverbrauchsmessjng nach Anspruch 4. und zeigen nur in einem beschränkten Bereich die dadurch gekennzeichnet, daß die Umformer (4,6) gewünschte quadratische Abhängigkeit zwischen Ein-Jeweils einen Integrierverstärker (23) aufweisen, gangs- und Ausgangsgröße. Ein schwerwiegender der über einen vom Rechteckgenerator (7) ge- Nachteil besteht ferner darin, daß das Ausgangssignal Steuerten Umschalter (21) in der einen Schalter- 45 nicht unmittelbar die Scheinleistung, sondern deren Stellung unmittelbar und in der anderen Schalt- Quadrat darstellt.

Stellung über einen Inverter (22) an den Wirk- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

bzw. Blindleistungsmesser (1 bzw. 2) angeschlos- Verfahren zur Messung der Scheinleistung bzw. des Sen ist. Scheinverbrauchs zu schaffen, bei dem die gcome-

6. Schaltungsanordnung zur Scheinleistungs- 50 trische Addition der von einem Wirkleistungsmesser bzw. Scheinverbrauchsmessmng nach Anspruch 4, und einem Blindleistungsmesser abgegebenen Signale dadurch gekennzeichnet, daß der Rechteckgene- auf eine neue, besonders einfache Weise erfolgt, ohne rator (7) einen Impulsgeber (27) und ein diesem daß hierzu mechanische Getriebe oder Thermotiachgeschaltetes Flipflop (2,8) aufweist und daß elemente erforderlich sind, und das eine lineare Dardie beiden Ausgänge (Q, Ό) des Flipflops (28) 55 stellung der Scheinleistung erlaubt.

jeweils an ein weiteres Flipflop (29 bzw. 30) an- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die un

geschlossen sind. Anspruch 1 gekennzeichneten Verfahrensschritte gc-

7- Schaltungsanordnung zur Scheinleistungs- löst.

bzw. Schemverbfauchstnessting nach Anspruch 1, Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele

dadurch gekennzeichnet, daß dem Summierglied 60 der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher er-(14) ein Gleichrichter (16) und ein Anzeigeglied läutert. Es zeigt (20) nachgeschaltet sind. Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Scheinleistungs-

8. Schaltungsanordnung zur Scheinleistungs- und Scheinverbrauchsmessers,

bzw. Scheinverbrauchsmessung nach Anspruch 2, F i g. 2 ein Schaltbild eines Gleichstrom-Wechsel-

dadurch gekennzeichnet, daß dem Summierglied 65 strom-Umformers,

ein Gleichrichter (16), ein Spannungs-Frequenz- F i g. 3 ein Schaltbild eines Generators zur Erzeu-

Wandler(17) und ein Impulszähler (18) nachge- gung zweier periodischer, um 90° phasenverschobeschaltet sind. ner Signale und