DE2360651C3 - Schaltung zur MeBwerterfassung 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 Glcichrichterelemenien 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 Diodenschwellwcrtfehlers nicht im ganzen Meßbereich möglich. Mit konstanten Hilfsspannungsquellen kann beispielsweise

der Nullpunklfehler nicht vermieden werden.

Eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art !st aus der DT-OS 19 36 847 bekannt. In dieser Gleichrichteranordnung ist parallel zu einem am Ausgang eines Gleichrichters angeschlossenen Lastwiderstand ein Zweipol mit spannungsabhängiger Widerstandscharakteristik angeschlossen. Als Zweipol kann dabei die Kombination einer Diode und eines Widerstandes dienen. Diese Schaltungsanordnung dient dazu, die nichtlineare Stromspannungskennlinie des Gleichrichters zu linearisieren. Eine Kompensation von Diodenschwellwerten ist mit dieser Schaltung nicht möglich.

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 Diodenschwellwerte 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 Gleichrichter und zusätzlicher Diode (Kompensationsdiode), dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Mittelpunkt des Spannungsteilers und dessen Ausgang mit dem Verbindungspunkt zwischen 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 Justierprobleme eine Kompensation des Diodenschwellwertfehlers 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 Einsatz dieser Schaltung wird der Mcßwertfehler 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 Kompensationswiderstand 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 Schwellwertfehler 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 Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung.

In Fig. 1 ist zunächst eine Wechselspannungsquelle Γ gezeigt. Zur Erfassung der Spannung dieser Wechselspannungsquelle ist ein Drehstrombrückengleichrichter η 1, π 2, η 3, λ 4, λ 5, π 6 nachgeschaltet. Am Ausgang dieses Gleichrichters kann eine Gleichspannung abgegriffen werden, deren Wert dem der Wechselspannung entspricht. Die Dioden des Gleichrichters besitzen einen ihnen eigenen Schwellwertfehler, der das Meßergeönis der Wechselspannung verfälscht Zur Kompensation dieses Fehlers wurden in der vorliegenden Schaltung zwei weitere Dioden π 7, π 8 in Reihe zu dem Gleichrichter geschaltet. Diese Dioden sind von einem Strom entgegengesetzt dem Strom im Gleichrichter durchflossen, der von einer Hilfsspannungsquelle U1 über einen Widerstand R 1 zu ihnen geleitet wird. Für mittlere Spannungsbereiche ist es möglich — wenn auch mit relativ großem Einsteli- und Justieraufwand verbunden — die Hiifsspannungsquede U\ so zu bemessen, daß der über die Dioden π 7, π 8 fließende Strom weilgehend dem Strom in den Dioden π 1 bis π 6 des Gleichrichters entspricht. Somit fällt an jeder Kompensationsdiode η 7, π 8 eine Spannung ab, die identisch ist mit dem Spannungsabfall an einer Diode n\ bis λ 6 des Gleichrichters. Die erwünschte Kompensation ist jedoch nur in einem begrenzten Bereich möglich, wenn man von einer festen Hilfsspannungsquelle UX ausgeht.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Meßwerterfassung gleichgerichteter Wechselspannungen gemäß der vorliegenden Erfindung. Auch hier ist zunächst eine Wechselspannungsquelle Γ zu erkennen deren Ausgangsspannung über einen Brückengleichrichter n\ bis π6 gleichgerichtet wird. Zur Kompensation des Schwellwertfehlers der Dioden η 1 bis π 6 wurden erfindungsgemäß zwei weitere Dioden η 9, π 10 gleichsinnig mit den Dioden des Gleichrichters geschaltet, dadurch verdoppelt sich zunächst für die Spannungsmessung der an den Dioden des Gleichrichters auftretende Schweliwertfehler. Ein Kompcnsationswiderstand R 4 ist in Reihe zu dem Gleichrichter und den Kompensationsdioden /?9, π 10 geschallet.

Um die am Kompensationswiderstand R4 abfallende Spannung U 3 immer auf den gewünschten Wert einzuregeln, nämlich auf den Wert des Schwellwertes von vier in Reihe liegenden Dioden mit umgekehrtem Vorzeichen, wurde ein Operationsverstärker ρ vorgesehen. Der invertierende Eingang dieses Operationsverstärkers ist mit dem Verbindungspunkt zwischen Gleichrichter und Kompensationsdioden VX verbunden.

Der Ausgang des Operationsverstärkers führt über eine weitere Diode η 11 unmittelbar zum Verbindungspunkt V 2 zwischen den Kompensationsdioden /7 9, η 10 und dem Kompensationswiderstand R 4. Parallel zum Kompensationswiderstand ist ein Spannungsteiler R 2, R 3 vorgesehen, von dem ein WiderstandseJement R 3 einstellbar ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers ρ ist mit dem Mittelpunkt V3 des Spannungsteilers R 2, R3 verbunden. Nimmt man nun an, daß die einen Meßfehler erzeugende Schwellwert-

ij spannung einer Diode Ud sei, und bezeichnet man die Spannung an dem Kompensationswidersland R 4 mit i/3, so kann man unter der Voraussetzung, daß die Widerstandswerte der zwei Spannungsteilerhälften gleich sind, feststellen, daß die Spannung t/3, die am Kompensationswiderstand R 4 abfällt, unabhängig von dem tatsächlich durch die Dioden fließende Strom immer gleich 4Udist. Es gilt also L/3 = — AUd. Das Vorzeichen dieser Spannung ist entgegengesetzt dem Spannungsabfall an den Dioden gerichtet. Dieser Spannungsabfall am Kompensationswiderstand /?4 kann auch zur Kompensation der Schwellwertfehler der Dioden im Bereich des Nullpunktes herangezogen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. 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, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation der Diodenschwellwerte des Gleichrichters die zusätzliche Diode (/j9, η 10) und der Widerstand (A4) in Serie zum Meßspannungsausgang (U2) liegen, daß dem Widerstand (R4) ein Spannungsteiler (R2, R3) parallel geschaltet ist und daß ein Operationsverstärker (p) vorgesehen ist, dessen invertierender Eingang mit dem Verbindungspunkt (Kl) zwischen Gleichrichter und zusätzlicher Diode, dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Mittelpunkt (K3) des Spannungsteilers und dessen Ausgang mit dem Verbindungspunkt (K2) zwischen zusätzlicher Diode und Widerstand (A4) 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 (nl, η 2, η 3, η 4, η 5, η 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 (/ill) nachgeschaltet ist, die im Rückkopplungskreis des invertierenden Einganges des Operationsverstärkers gleichsinnig mit den Kompensationsdioden geschaltet ist.