DE2360651B2 - Schaltung zur messwerterfassung gleichgerichteter wechselspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Meßwerterfassung gleichgerichteter Wechselspannungen, bei der dem Gleichrichter die Serienschaltung wenigstens einer gleichsinnig zu den Dioden des Gleichrichters liegenden zusätzlichen Diode sowie eines Widerstandes nachgeschaltet ist.

Zur Meßwerterfassung von Wechselspannungen werden diese üblicherweise gleichgerichtet. Für die Verwendung von Halbleitergleichrichtern treten insbesondere im Bereich des Nullpunktes Meßfehler auf, die durch die Schwellwerte der Halbleiterelemente bedingt sind. Zur Kompensation dieser Schwellwertfehler sind Schaltungen handelsüblich, bei denen zusätzlich zu den Dioden des Hauptgleichrichters in Reihe weitere Dioden geschaltet sind. Diese Dioden sind gegensinnig zu den Dioden des Gleichrichters geschaltet. Sie sind an eine Hilfsspannungsquelle gelegt und von einem Strom durchflossen, der möglichst genau dem Strom in den Gleichrichterelementen des Gleichrichters entspricht. Neben der Notwendigkeit einer gesonderten Hilfsspannungsquelle besitzen diese bekannten Schaltungen den zusätzlichen Nachteil, daß der die zusätzlichen Dioden durchfließende Strom möglichst genau dem Strom in den Gleichrichterdioden entsprechen muß. Dies bringt relativ schwierige Einstell- und Justierprobleme mit sich. Darüber hinaus ist mit diesen bekannten Schaltungen eine Kompensation des Diodenschwellwertfehlers nicht im ganzen Meßbereich möglich. Mit konstanten Hilfsspannungsquellen kann beispielsweise Es besteht die Aufgabe eine Schaltung zu finden, bei der Meßwertfehler auf Grund der Diodenschwellwerte in allen Meßbereichen möglichst weitgehend vermieden sind.

Die Aufgabe wird, ausgehend von einer Schaltung der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Kompensation der Diodenschwellwerie des Gleichrichters die zusätzliche Diode und der Widerstand in Serie zum Meßspannungsausgang liegen, daß dem Widerstand ein Spannungsteiler parallel geschaltet ist und daß ein Operationsverstärker vorgesehen ist, dessen invertierender Eingang mit dem Verbindungspunkt zwischen Gleichrichier und zusätzlicher Diode (Kompensaiionsdiode), dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Mittelpunkt des Spannungsteilers und dessen Ausgang mit dem Verbindungspunkt /wischen zusätzlicher Diode (Kompensationsdiode) und Widerstand verbunden ist. Mit dieser Schaltung wird zunächst die bisher nötige Hilfsspannungsquelle vermieden. Darüber hinaus ist es jedoch möglich, unter Vermeidung der bisher bekannten Einstell· und jusiierprobleme eine Kompensation des Diodenschwellwenfehlers im gesamten Meßbereich zu schaffen. Unabhängig von der Höhe der gemessenen Spannung kann die Schaltung immer so eingestellt werden, daß an dem Kompensationswiderstand eine Spannung abfällt, die dem gewünschten Vielfachen der Schwellwertspannung der verwendeten Dioden entspricht. Vorzugsweise wird die Zahl der Kompensationsdioden der Zahl der in Reihe liegenden Dioden des Gleichrichters entsprechen und die Elemente des Spannungsteilers werden gleiche Widerstandswerte aufweisen. Bei Einsat/ dieser Schaltung wird der Meßwertfehler auf Grund der Diodenschwellwerte des Gleichrichters durch die zusätzlich in Reihe geschalteten Dioden verdoppelt. Durch die genannte Einschaltung des Operationsverstärkers in den Schaltkreis wird zunächst der Spannungsabfall an den Kompensationsdioden erfaßt. Bei Gleichheit der Widerstandswerte des Spannungsteilers fällt dann eine doppelt so große Spannung wie an den Kompensationsdioden an dem Kompensaiionswidcrstand ab. Da die Kompensationsdioden immer vom gleichen Strom durchflossen sind wie die Dioden des Gleichrichters wird es möglich, im gesamten Meßbereich auch im Bereich des Nullpunktes den Schwcllwertfehler der Dioden zu kompensieren.

Dem Ausgang des Operationsverstärkers kann eine weitere Diode nachgeschaltet sein, die im Rückkopplungskreis des invertierenden Einganges des Operationsverstärkers gleichsinnig mit den Kompensationsdioden geschaltet ist.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft an Hand der F i g. 1 und 2 erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltung zur Meßwerterfassung gleichgerichteter Wechselspannungen gemäß dem Stande

der Technik,

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiei einer erfindungsgcniäßen Schaltung.

In F i g. 1 ist zunächst eine Wechselspannungsquelle ^gezeigt. Zur Erfassung der Spannung dieser Wechsel-Spannungsquelle ist ein Drehs-rombrüekengleichrichier ΓΙ, n2, η 3, /74, /)5, /j6 naehgesehaltei. Am Ausgang dieses Gleichrichters kann eine Gleichspannung abgegriffen werden, deren Wert dem der Wech elspannimg Cntsprvhi. Die Dioden des Gleichrichters besitzen einen ihnen eigenen Schwellwertfehler, der das Meßergebnis der Wechselspannung verfälscht. Zur Kompensation dieses Fehlers wurden in der vorliegenden Schaltung zwei weitere Dioden η 7, η S in Reihe zu dem Gleichrichter geschaltet. Diese Dioden sind von einem Strom entgegengesetzt dem Strom im Gleichrichter durchflossen, der von einer Hiifsspannungsquelle I' I über einen Widerstand R 1 zu ihnen geleite! wird. Für mittlere Spannungsbereiche ist c. möglich — wenn #uch mit relaiiv großem Einsiell- und Justieraufwand verbunden — die Hiifsspannungsquelle U\ so zu bemessen, daß der über die Dioden η 7, η 8 fließende Strom weitgehend dem Strom in den Dioden η 1 bis /;6 des Gleichrichters entspricht. Somit fällt an jeder Kompensationsdiode η 7, η 8 eine Spannung ab, die identisch ist mil dem Spannungsabfall an einer Diode η 1 bis π 6 des Gleichrichters. Die erwünschte Kompensation ist jedoch nur in einem begrenzten Bereich möglich, wenn man von einer festen Hiifsspannungsquelle Hl ausgeht.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung rur Meßwenerfassung gleichgerichteter Wechselspannungen gemäß der vorliegenden Erfindung. Auch hier ist zunächst eine Wechselspannungsquellc Γ zu erkennen deren Ausgangsspannung über einen Brückengleichrichter n! bis η6 gleichgerichtet wird. Zur Kompensation des Schwellwertfehlers der Dioden η I bis fj6 wurden erfindungsgemäß zwei weitere Dioden ;?9.

'7 10 gleichsinnig mit den Dioden des Gleichrichters geschähet, dadurch verdoppelt sich zunächst fur die Spannlingsmessung der an den Dioden des Gleichrichters auftretende Schwellwertfehler. Ein Kompensalionswiderstand R4 ist in Reihe zu dem Gleichrichter und den Kompensationsdioden π 9. /; 10 geschaltet.

Um die am Kompensationswiderstand R4 abfallende Spannung i/3 immer auf den gewünschten Wen einzuregeln, nämlich auf den Wen des Schv.elluertes von \ier in Reihe liegenden Dioden mit umgekehrtem Vorzeichen, wurde ein Operationsverstärke:· /' vorgesehen. Der in\ertierende Eingang dieses Operationsverstärkers ist mit dem Verbindungspunkt zwischen Gleichrichter und Kompensationsdioden Vl verbunden.

Der Ausgang des Operationsverstärkers führt über eine weitere Diode η 11 unmittelbar zum Verbindungspunkt \ 2 zwischen den Kompensationsdioden /;9, /> 10 und dem Kompensationswidersiand R4. Parallel zum Kompensationswiderstand ist ein Spannungsteiler R 2. R 3 vorgesehen, von dem ein Widcr.snindseJenien! R .3 einstellbar ist. Der nichtinveriierende Eingang des Operationsverstärkers ρ ist mit dem Mittclpunki V3 des Spannungsteilers R 2. R 3 verbunden. Nimmt man nun an, daß die einen Meßfehler erzeugende Schuellwert spannung einer Diode Ud sei, und bezeichnet man die Spannung an dem Kompensationswidersland R 4 mit Ui, so kann man unter der Voraussetzung, daß die Widerstandswerte der zwei Spannuiigsteilerhälfien gleich sind, feststellen, daß die Spannung U3. die am Kompensationswiderstand R4 abfällt, unabhängig von dem tatsächlich durch die Dioden fließende Snom immer gleich 4L«ist. Eis gilt also L'3 = - AlId Das Vorzeichen dieser Spannung isi entgegengesetzt dem Spannungsabfall an den Dioden gerichtet. Dieser Spannungsabfall am Kompensationswidersiand R4 kann auch zur Kompensation der Schwellwertfehler der Dioden im Bereich des Nullpunktes herangezogen u erden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Meßwerterfassung gleichgerichteter Wechselspannungen, bei der dem Gleichrk'hter die Serienschaltung wenigstens einer gleichsinnig zu den Dioden des Gleichrichters liegenden zusätzlichen Diode sowie eines Widerstandes nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation der Diodenschwellwerte des Gleichrichters die zusätzliche Diode (λ 9. η 10) und der Widerstand (R 4) in Serie zum Meßspannungsausgang (i/2) liegen, daß dem Widerstand (R4) ein Spannungsteiler (R 2, /?3) parallel geschaltet ist und daß ein Operationsverstärker (p) vorgesehen ist, dessen invertierender Eingang mit dem Verbindungspunkt (Vl) zwischen Gleichrichter und zusätzlicher Diode, dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Mittelpunkt (V3) des Spannungsteilers und dessen Ausgang mit dem Verbindungspunkt (V2) zwischen zusätzlicher Diode und Widerstand (R 4) verbunden ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der zusätzlichen Dioden (Kompensationsdioden) (π9. η 10) der Zahl der in Reihe liegenden Dioden (n 1, /?2, /i3, η 4, η 5, /?6) des Gleichrichters entspricht und daß die Elemente des Spannungsteilers (R 2, R 3) gleiche Widerstandswerte aufweisen.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang des Operationsverstärkers (p) eine weitere Diode (nil) nachgeschaltet ist, die im Rückkopplungskreis des invertierenden Einganges des Operationsverstärkers gleichsinnig mit den Kompensationsdioden geschaltet ist.

η ²

■Q der Nullpunktfehler nicht vermieden werden.

Eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ist aus der~DT-OS 19 36 847 bekannt. In dieser Gieichrichteranordnung ist parallel zu einem ;im Ausgang eines Gleichrichters angeschlossenen Lustwiderstand ein Zweipol mit spannungsabhängiger Wider Standscharakteristik angeschlossen. Als Zweipol kann dabei die Kombination einer Diode und eines Wider Standes dienen. Diese Schaltungsanordnung dient du/u. die nichtlineare Stromspannungskennlinie des Gleichrichters zu linearisieren. Eine Kompensation von [)i,,-denschwellwerten ist mit dieser Schaltung nicht möglich.