DE2348415C2 - Umformerstufe - Google Patents

Description

a) wenigstens zwei eingangsseitig mit der umzusetzenden Wechselspannung beaufschlagte «t elektronische Phasenschieberstufen mit jeweils einem Operationsverstärker und einem ÄC-Glied zur Bildung von ersten Phasenspannungen,

b) wenigstens zwei eingangsseitig mit den ersten « Phasenspannuiigen beaufschlagte elektronische Umkehrverstärker zur Bildung von zweiten Phasenspannungen,

c) eine der Anzahl der gebildeten Phasenspannungen entsprechende Anzahl von gleich- «5 spannungsseitig miteinander verbundenen Gleichrichterdioden zur Bildung der vielpulsigen Meßspannung aus den einzelnen Phasenspannungen.

3o

2. Umformerstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bi'dung von weiteren Phasenspannungen elekt-onische Addierverstärker vorgesehen sind, die eingang.vseitig von jeweils zwei Phasenspannungen beaufschlagt sind.

3. Umformerstufe nach den Ansprüchen 1 lind 2 zur Bildung einer achtpulsigen gleichgerichteten Meßspannung aus einer Wechselspannung, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) zwei eingangsseitig mit der umzusetzenden Wechselspannung (l(_s) beaufschlagte Phasenschieberstufen (P₁, P₇), wobei die eine Phasenschieberstufe (P₁) einen Querwiderstand (A₁) und einen Längskondensator (C₁) mit gleichem Wechselstromwiderstand enthält und eine um 45° verschobene Phasenspannung (U₁) bildet und die andere Phasenschieberstufe (P₇) einen Längswiderstand (R.) und einen Querkondensator (C₇) mit gleichem Wechselstromwiderstand aufweist und eine um 315° verschobene Phasenspannung (U₇) bildet.

b) zwei Umkehrverstärker (K₅, K₃) zur Bildung von um 225° bzw. 135° zur Wechselspannung (U_s) verschobenen Phasenspannungen (U₅, U₈) aus den um 45° bzw. 315° verschobenen 'Phasenspannungen (U₁, U₇),

c) vier Addierverstärker (K₀, K₂, V,, V₆) mit dem Verstärkungsgrad \Ιψι zur Bildung von um 0°, 90°, 180° und 270° zur umzusetzenden Wechselspannung (U₁) verschobenen Phasenspannungen (U₀, U₂, U₄, U_e) aus der Summe von jeweils zwei um 90° gegeneinander verschobenen Phasenspannungen der Phasenschieberstufen (P₁, P₇) und der Umkehrverstärker (K₃, K₅),

d) acht gleichspannungsseiüg miteinander verbundene Gleichrichterdioden (D₀ bis D₇) zur Bildung der achtpulsigen Meßspannung (U_M) aus den einzelnen Phasenspannungen (U₀ bis U₇).

Die Erfindung betrifft eine Umformerstufe zur Bildung einer gleichgerichteten Meßspannung aus einer Wechselspannung mit einem Phasenschiebernetzwerk zur Bildung von Phasenspannungen aus der Wechselspannung und Gleichrichterdioden zur Bildung einer vielpulsigen Meßspannur« aus den Phasenspannungen.

Bei einer als Graetz-Brücke bekannten Gleichrichterschaltung erhält man aus der zu überwachenden Wechselspannung eine zweipulsige Meßspannung. Die zweipulsige Meßspannung wird zunächst über ein Glättungsglied geführt, bevor sie beispielsweise einem Grenzwertmelder zugeführt wird. Das Glättungsglied weist bei der üblichen Netzfrequenz von Wechselspannungen eine große Glättungs-Zeitkonstante auf, um eine ausreichende Glättung zu bewirken. Die geglättete Meßspannung folgt daher der Wechselspannung nur mit einer entsprechenden Verzögerung, so daß beispielsweise eine rasche Erfassung eines Spannungseinbruches der überwachten Wechselspannung nicht möglich ist.

Es ist bereits eine Umformerstufe bekannt, bei der zunächst mit einer Anzahl von Phasenschieberstufen aus der umzusetzenden Wechselspannung Phasenspannungen gebildet und über Gleichrichterbrücken in eine vielpulsige Meßspannung umgeformt werden (FR-PS 964 962). Die PhasenscKeberstufen enthalten jeweils einen Übertrager mit Primär- und Sekundärwicklung und eine zur Primärwicklung in Reihe geschaltete Kapazität bzw. Induktivität. Die Sekundärwicklungen der einzelnen Übertrager sind auf die Wechselspannungsanschlüsse von Gleichrichterbrükken geschaltet, die gleichspannungsseitig miteinander verbunden sind. Bei dieser bekannten Umformerstufe ist der Abgleich der Phasenschieberstufen untereinander wegen der unvermeidlichen Abweichungen in den Widerstands- und Induktivitätswerten der verwendeten Übertrager äußerst schwierig, die von der· ^pertigungstoleranzen ihrer Wicklungen und Blechpakete verursacht werden. Die Verwendung dieser bekannten Umformerstufe für Meß- oder Überwachungszwecke wäre daher nur mit einem unvertretbar hohen Aufwand für Abgleich- und Einstellarbeit möglich.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Umformerstufe der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich mit geringem Aufwand auf eine für Meßzwecke erforderliche Genauigkeit abgleichen läßt.

Erfindungsgemäß, wird diese Aufgabe durch eine Umformerstufe mit der Kombinatton der folgenden Merkmale gelöst:

a) wenigstens zwei eingangsseitig mit der umzusetzenden Wechselspannung beaufschlagte elektronische Phasenschieberstufen mit jeweils einem Operationsverstärker und einem RC-Glied zur Bildung von ersten Phasenspannungen,

gan| des Operationsverstärkers V₁ erscheint die um

zur Wechselspannung U_s verschobene Phasenspannung U₇.

Die Phasenspannungen U₃ bzw. U₈, die gegenüber der Wechselspannung U_s um 135° bzw. 225° verschoben wird, werden durch Phasenumkehr der Spannungen U₇ und U₁ erhalten. Die Spannungen U₇ bzw. U₁ werden daher den Umkehrverstärkern ν_Λ bzw. V_& zugeführt, an deren Ausgängen die Phasenerscheinen.

b) wenigstens zwei eingangsseitig mit den ersten Phasenspannungen beaufschlagte elektronische Umkehrverstärker zur Bildung von zweiten Phasenspannungen,

e) eine de·" Anzahl der gebildeten Phasenspannungen entsprechende Anzahl von gleichspannungsseitig miteinander verbundenen Gleichrichterdioden zur Bildung der vielpulsigen Meßspannung aus den einzelnen Phasenspannungen.

ίο spannungen U_a bzw. U₅

Die erfindungsgemäße Umformerstufe enthält ein Die Phasenspannung U₄ entsteht durch Addition

Phasenschiebernetzwerk mit elektronischen Phasen- der um 90° gegeneinander verschobenen Phasenspan- !Cbieberstufen und elektronischen Umkehrverstär- nung U₃ und U₅ im Addierverstärker V_x, Damit die kern. Die hohe Genauigkeit von Operationsverstär- resultierende Spannung U₄ mit den übrigen Phasen-Jtern ermöglicht die^ Bildung einer hochgenauen 15 spannungen betragsmäßig übereinstimmt, ist der Verstärkungsgrad des Addierverstärkers K₄ auf den Wert 1/|2 eingestellt.

In gleicher Weise bildet der Addierverstärker V₀ die Phasenspannung U₀ aus den Phasenspannungen U₁ und U₇. Der Addierverstärker V., bildet die Spannung U₂ ans den Phasenspannungen U₁ und U₃. Der

gleichgerichteten Meßspannung. Der Abgleich der Operationsverstärker untereinander kann durch die vorgesehenen Einstellmöglichkeiten rasch und zuverlässig durchgeführt werden. Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Umformerstufe sind ihr geringer Platzbedarf und die Möglichkeit, sie mit Ausnahme der ßC-Glieder in integrierter Schaltungstechnik ausführen zu können.

Addierverstärker V₆ bildet die I iasenspannung U₆ aus den Spannungen U₅ und U₇.

An den Ausgängen des Pha'senschiebernetzwerkes

Zur Bildung von höherpulsigen Meßspannungen

sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß zur 25 stehen somit acht jeweils um 45° gegeneinander ver-Bildung von weiteren Phasenspannungen elektro- schobene Phasenspannungen U₀ bis U₇ an. Diese acht nische Addierverstärker vorgesehen sind, die ein- Phasenspannungen sind an die acht Gleichrichtergangsseitig von jeweils zwei Phasenspannungen be- dioden D₀ bis D₇ angeschlossen, die gleichspannungsaufschlagt sind. Bei dieser Ausgestaltung werden die seitig miteinander verbunden sind und die achtpulsige weiteren Phasenspannungen somit nicht über weitere 30 gleichgerichtete Meßspannung U_M büden.

Aus dem Vektordiagramm der F i g. 1 b läßt sich

Phasenschieberstufen mit jeweils einem Operationsverstärker und einem ÄC-Glied aus der umzusetzenden Wechselspannung gewonnen, sondern durch Addition zweier bereits gebildeter Phasen-Spannungen.

Ein Ausführungsbeispitl der Erfindung und ihre in den Unteransprüchen gekennzeichneten Ausgestaltungen sind im folgenden an Hand der Figuren näher beschrieben. Es zeigt

eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Umformerstufe ableiten. Die Phasenspannungen U₁, U₃, U₅, U₇ werden in der gleichen Weise gebildet wie in der Schaltung der Fig. la. Von den noch fehlenden vier Phasenspannungen können zwei durch Addition jeweils zweier um 90° gegeneinander versetzten Phasenspannungen gebildet werden, beispielsweise kann die Phasenspannung U₂ aus den Phasenspannungen U.

Fig. la eine Schaltungsanordnung zur Bildung 40 und U₃ und die Phasenspannung U₄ aus den Phasenachtpulsigen gleichgerichteten Meßspannung spannungen U₃ und U₅ addiert werden. Die noch feh-

aus einer Wechselspannung,

Fig- Ib das Vektordiagramm der einzelnen Phasenspannungen,

Fig. Ic den zeitlichen Verlauf der Phasenspannungen und der gleichgerichteten Meßspannung bei einem Spannungseinbruch der zu überwachende» Wechselspannung.

Die zu überwachende Wechselspannung U_s beauf-

45 lenden beidenPhasenspannungen U₈ und U₀ können durch Phasenumkehr der Phasenspannungen U., und U₄ gebildet werden.

Fig. Ic zeigt den zeitlichen Verlauf der acht Phasenspannungen und der gleichgerichteten achtpulsigen Meßspannung U_M bei einem Spannungseinbruch im Zeitpunkt / = 0. Es ist der ungünstigste Fall dargestellt, nämlich daß der Spannungseinbruch im

dem Widerstandswert
entspricht:

Xr =

des ohmschen Widerstandes

schlagt die· Phasenschieberstufen P₁ und P₇. Die Pha- 50 Augenblick des Spitzenwertes der zu überwachenden senschieberstufe P₁ enthält einen Querwiderstand/?, Wechselspannung U_s erfolgt.

und einen LängskondensatorC₁. Zur Erzielung einer Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß die aus

um 45° zur Wechselspannung U_s verschobenen Pha- den acht Phasenspannungen U₀ bis U₇ durch Maxisenspannung U₁ sind der Querwiderstand/?, und der mumauswahl an den Dioden D₀ bis D₇ entstehende Längskondensator C₁ so aufeinander abgestimmt, daß 55 achtpulsige Meßspannung U_M nur noch iine sehr geder Wechselstromwiderstand X_c des Kondensators ringe Welligkeit von etwa TJ⁰Io aufweist. Aufgrund

ringe Welligkeit von etwa 7,7 °/o aufweist. Auf Grund entweder unmittelbar einer überwachungseinrichtung — beispielsweise einem Grenzwertmelder — zugeführt werden oder aber es ist nur eine sehr kleine Glättung mit einer entsprechend kleinen Glättungszeitkonstanten erforderlich, die die Schnelligkeit der erfindungsgemäßen Umformerstufe kaum beeinträchtigt.

Vor dem Spannungseinbruch ist der Betrag der Meßspannung Ü_M mit 100°/» angenommen. Im Augenblick t — 0 erfolgt ein Spannungseinbruch der überwachenden Wechselspannung U, auf eiwa

ω C₁

(D

Am Ausgang des Operationsverstärkers V₁ erscheint die um 45° verschobene Phasenspannung U₁ (siehe Fig. 1 b). In entsprechender Weise enthält die Phasenschieberstufe P₇ einen Längswiderstand R₁ und einen Querkondensator C₇, der ebenfalls nach der obigen Gleichung (1) dimensioniert ist. Am Auszu

60·/· des Nennwertes. Durch die Zeitverzögerung der Phasenschiebernetzwerke (P₁, P₇) bedingt, erreicht die Meßspannung U_M ihren stationären Zustand nach etwa einer viertel Periode. Bei einer Netzfrequenz von SO Hz entspricht dies etwa einer Zeit von S msec. Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Erfin-

dung nicht auf die Bildung einer achtpulsigen Meß spannung beschränkt ist. Es lassen sich vielmehi nach dem Grundgedanken der Erfindung auch Meß Spannungen mit höherer oder niedrigerer Pulszahl er zeugen, die damit dem jeweiligen Anwendungsfal angepaßt werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1, L/mfarmerstufe zur Bildung einer gleichgerichteten Meßspannung aus einer Wechselspannung mit einem Phasenschiebernetzwerk zur Bildung von Phasenspannungen aus der Wechselspannung und Gleichrichterdioden zur Bildung einer vielpulsigen Meßspannung aus den Phasenspannungen, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale: