DE2522596C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Impedanzen eines Wechselstromverteilungsnetzes bei wenigstens einer Oberwellenfrequenz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Impedanzen eines elektrische Energie transportierenden Wechselstromnetzes mit einer Grundfrequenz, bei wenigstens einer Oberwellenfrequenz, deren Ordnung kleiner als 30 ist, unter Verwendung von Filterschaltungen zur Gewinnung von Strom- und Spannungssignalen im Oberwellenbereich. Hat daher die Grundfrequenz den Wert Hz, liegt der in Betracht gezogene Frequenzbereich zwischen 100 und 1500 Hz, wobei eine Oberwellenfrequenz ein Vielfaches der Grundfrequenz ist.

Bekanntlich ist es besonders wichtig, bei den Oberwellenfrequenzen niedriger Ordnung die Impedanzen an gewissen gegebenen Punkten eines Netzes zur Verteilung elektrischer Energie nach Betrag und Phase zu bestimmen. Die Belastungen der Verteilungsnetze werden nämlich häufig durch passive Geräte und (₎₀ Systeme mit nichtlinearen Kennlinien gebildet. Derartige Belastungen nehmen nichtsinusförmige Ströme auf, weshalb sie in das Netz Ströme mit Oberwellenfrequenzen einführen. Anders ausgedrückt, das Netz wird mit durch diese Oberwellenströme erzeugten Oberwellen- (,_s Spannungen »verseucht«. Die Kenntnis der Impedanzen des Netzes bei den Oberwellenfrequenzen gestattet daher, die Oberwellenspannungen zu ermitteln, wenn die Oberwellenströme bekannt sind, und somit die »Verseuchung« des Netzes zu messen.

Der Zeitschrift ATM-Archiv für Technische Messen V 3621-8 vom April 1954 lassen sich einige Verfahren zur Messung von Netzoberwellen als bekannt entnehmen, nämlich das sogenannte Suchtonverfahren und das Resonanzverfahren. Bei dem Suchtonverfahren erfolgt die Messung mittels eines Dynamometers und eines elektronischen Frequenzgenerators, der der Suchton veränderbarer Frequenz erzeugt Das Suchtonverfahren erlaubt beim Durchdrehen der Suchtonfrequenz die Erfassung sämtlicher Frequenzen in dem zu untersuchenden Gemisch, wobei die Meßwerte als Ausschläge am Dynamometer bestimmbar sind.

Bei dem Resonanzverfahren bestimmt man die Netzoberwellen mit Hilfe von Siebkreisen, wobei zur Spannungsoberwellenmessung Reihenresonanzkreise und zur Stromoberwellenmessung Parallelresonanzkreise, die jeweils auf die gegebene Oberwelle abgestimmt sind, verwendet werden. Nachteilig ist, daß sich der Einfluß der Grundwelle stark störend bemerkbar macht und bei sehr hoher Resonanzgüte schon verhältnismäßig kleine Änderungen der Meßwellenfrequenz eine Auswanderung aus der Resonanzkurve bewirkt.

Des weiteren ist ein Verfahren zur Messung von Netzimpedanzen bekannt, bei dem für jede Frequenz eine besondere Quelle benutzt wird, die ein periodisches Signal von großem Wert mit der gewünschten Frequenz erzeugt. Bei dieser besonderen Quelle handelt es sich um einen Stromerzeuger, der die Form einer rotierenden Maschine oder eines Wechselrichters hat. Zur Bestimmung der jeweiligen Impedanz mißt man die erzeugte Spannung sowie ihre Phasenverschiebung gegenüber dem Strom. Dieses Verfahren ist zur Bestimmung der Impedanzen bei Netzoberwellen schwierig durchzuführen, da bei den zu messenden Frequenzen das Verhältnis zwischen dem Nutzsignal und dem Rauschen besonders klein ist, denn bei diesen Oberwellenfrequenzen weisen die Störsignale schon einen bedeutenden Wert auf. Außerdem ist die Bestimmung der Phasenverschiebung in dem von dem Stromerzeuger erzeugten Strom und der induzierten Spannung eine schwierige Maßnahme, da bei einer bestimmten, von der Grundfrequenz f verschiedenen Frequenz selektive Filter mit geringer Bandbreite benutzt werden müssen. Derartige Filter führen jedoch selbst eine Phasenverschiebung ein, die nur schlecht bestimmt werden kann.

Bekannt ist schließlich aus der DE-OS 22 47 746 ein Verfahren zur Messung einer Leitungsimpedanz, welches sich jedoch ausschließlich auf die grundfrequenz bezieht und keine Hinweise auf die Messung von Netzoberwellen enthält. Bei diesen bekannten Verfahren wird die Leitungsimpedanz in selektiv wirkenden Netzschutzeinrichtungen dadurch bestimmt, daß während eines ersten und eines zweiten Zeitintervalls jeweils die Spannung, der Strom und die Stromänderung gemessen und aus diesen gemessenen Werten der ohmsche und der induktive Widerstand der Leitung bestimmt werden. Man geht hierbei so vor, daß während der beiden Zeitintervalle mehrere Momentanwerte der Spannung, des Stromes und der Stromänderung gemessen werden und aus diesen Momentanwerten jeweils ei·: Mittelwert gebildet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Impedanzen von Netzoberwellen anzugeben, bei dem

sich die Impedanzen verhältnismäßig einfach und mit hoher Genauigkeit bestimmen lassen und bei dem insbesondere sichergestellt ist, daß das bei der Messung vorhandene Signal/Rausch-Verhältnis zur Vornahme genauer Messungen wesentlich größer als bei bisher bekannten Verfahren ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von dem eingangs genannten Verfahren und besteht erfindungsgemäß darin, daß an einem gegebenen Punkt des Netzes, der eine passive, Oberwellen erzeugende Belastung aufweist oder an jine solche angeschlossen wird, eine Filterung mit einer zwei oder drei aufeinanderfolgende Oberwellenfrequenzen überdekkenden, kontinuierlichen Filterbandbreite vorgenommen wird, daß die sich ergebenden Werte von Spannung und Stromstärke des gefilterten Signais gemessen und daraus die Impedanz durch Rechnung ermittelt wird.

Bei der Erfindung ist vorteilhaft, daß die Messung relativ einfach und ohne großen technischen Aufwand durchgeführt werden kann; insbesondere ist es auch möglich, die in unsymmetrischen Dreiphasensystemen, die ihrerseits wieder zerlegt werden können in ein Gleichphasensystem, ein Mitsystem und ein Gegensystem, vorhandenen Gleichphasenimpedanzen, Mitimpedanzen und Gegenimpedanzen zu bestimmen.

Arbeitet man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dann ist das Verhältnis zwischen Signal und Rauscher, relativ groß, wobei zweckmäßigerweise die einzelnen Messungen unter Abwandlung des gleichen Verfahrens wiederholt werden.

Für die Messung der Impedanzen bestimmt man vorzugsweise durch zwei getrennte Messungen den reellen Widerstand und die zu diesem in Reihe geschaltete Impedanz oder allgemeiner ausgedrückt, die Reaktanz, wenn auch kapazitive Anteile im Netz vorhanden sind. Dabei wird zweckmäßigerweise so vorgegangen, daß man für die Bestimmung des Widerstands durch Filterung oder Verstärkung den jeweiligen Strom- und Spannungsoberwellen einen unterschiedlichen Koeffizienten der Filterdämpfung oder des Verstärkungsgrades zugrundelegt, der um so höher ist, je höher die Ordnung der Oberweile ist.

Wird das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise auf die Bestimmung der Mitimpedanz und der Gegenimpedanz bei wenigstens zwei Oberwellenfrequenzen an einem gegebenen Punkt eines Drehstromnetzes angewandt, in we'chem die Mitimpedanz und die Gegenimpedanz bei diesen Oberwellenfrequenzen gleich sind, dann bestimmen sich Spannung ν und Stromstärke /durch folgende Formeln:

'· = y (2 ti-r₂-C₃

' = y (2 '1-I₂-I₃)

wobei Vi, V₂ und v₃ die Ergebnisse der Messungen der Spannungen in jeder Phase des Drehstromnetzes und /Ί, /2 und /3 die Ergebnisse der Messungen des Stromes in jeder Phase des Drehstrcmnetzes sind.

Der Wert des Widerstandes bei der Bestimmung der Impedanz nach Betrag und Phase wird dann unter Zugrundelegung der Formel

Λ ⁼ / .3—

Die mit dem Widerstand in Reihe geschaltet! Reaktanz wird in einer getrennten Messung unle Zugrundelegung der Formel

durch zeitliche Mittelwertbildung ermittelt

ίο ermittelt, wobei ν und /die Werte von Spannung unc Strom zu jedem Zeitpunkt einen gegebenen Punkt de! Netzes darstellen.

Eine Vorrichtung zur Bestimmung der Impedanzer

eines elektrische Energie transportierenden Wechsel Stromnetzes mit einer Grundfrequenz, bei wenigstem einer Obcrwellcnfrcquenz, deren Ordnung kleiner als 3( ist, unter Verwendung von Filterschaltungen zui Gewinnung von Strom- und Spannungssignalen in Oberwellenbereich zur Durchführung des Verfahren« zur Widerstandsberechnung ist dann erfindungsgemäO gekennzeichnet durch

ein erstes und ein zweites Eingangsfilter, wobei dei Eingang des ersten Filters ein für die Spannung an dem gegebenen Punkt des Netzes kennzeichnendes Signal und der Eingang des zweiten Filters ein für die Stromstärke an dem gleichen gegebenen Punkt des Netzes kennzeichnendes Signal empfangen kann;

eine erste und eine zweite Multiplizierschaltung mil je zwei Eingängen, wobei der erste Eingang der ersten Multiplizierschaltung mit dem Ausgang des ersten Filters und der zweite Eingang dieser ersten Multiplizierschaltung mit dem Ausgang des zweiten Filters verbunden ist, wobei die beiden Eingänge der zweiten Multiplizierschaltung mit dem Ausgang des zweiten Filters verbunden sind; eine erste und eine zweite Schaltung zur Bildung von Mittelwerten, deren jede einen Tiefpaß enthält, wobei der Eingang einer jeden dieser Schaltungen mit dem betreffenden Ausgang der Multiplizierschaltungen verbunden ist, und
eine Teilerschaltung, deren Zählereingang mit dem Ausgang der ersten Schaltung zur Bildung von Mittelwerten und deren Nennereingang mit dem Ausgang der zweiten Schaltung zur Bildung von Mittelwerten verbunden ist.

Schließlich ist eine der erwähnten Vorrichtung entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Reaktanzrechnung gekennzeichnet ^o durch:

ein erstes und ein zweites Filter, wobei der Eingang eines jeden Filters ein für die Spannung des Netzes bzw. für die Stromstärke in demselben an dem gegebenen Punkt kennzeichnendes Signal empfangen kann;

eine Differenzierschaltung, deren Eingang mit dem Ausgang des zweiten Filters verbunden ist;
eine erste und eine zweite Multiplizierschaltung mit zwei Eingängen, wobei der erste Eingang der ersten Multiplizierschaltung mit dem Ausgang des ersten Filters und der zweite Eingang dieser ersten Multiplizierschaltung mit dem Ausgang der Differenzierschaltung verbunden ist, wobei die beiden Eingänge der zweiten Multiplizierschaltung mit dem Ausgang der Differenzierschaltung verbunden sind;

eine erste und eine zweite Schaltung zur Bildung von Mittelwerten mit je einem Tiefpaß, wobei die

Hingänge dieser Schaltungen mit dem Ausgang der ersten bzw. der zweiten Multiplizierschaltung verbunden sind, und

eine Teilerschaltung, deren Zahlereingang mit dem Ausgang der ersten Schaltung zur Bildung von Mittelwerten und deren Nennereingang mit dem Ausgang der zweiten Schaltung zur Bildung von Mittelwerten verbunden

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Im folgenden werden Verfahren und Vorrichtung zur Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig.2 sehr schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Gleichphasenimpedanzen, der Mttimpedanzen oder der Gegenimpedanzen an einem Punkt eines Drehstromnetzes,

Fig. 3 einen Teil der in Fig.2 dargestellten Vorrichtung genauer, welcher zur Trennung der Gleichphasenströme und -Spannungen einerseits und der Mit- und Gegenströme und -spannungen andererseits bestimmt ist,

Fig.4 eine Ausführungsform des selektiven Vorverstärkers für die Spannungskanäle der in Fig.3 dargestellten Vorrichtung,

Fig.5 einen in den Stromkanälen der in Fig.3 dargestellten Vorrichtung benutzten selektiven Vorverstärker,

Fig.6 eine Summierschaltung für die in Fig.3 dargestellte Vorrichtung zur Bestimmung der Gleichphasensystem-Größin,

F i g. 7 eine andere Summierschaltung für die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung zur Bestimmung der Mit- und Gegengrößen,

Fig.8 eine Ausführungsform einer Impedanzmeßvorrichtung,

Fig.9 die sich auf die Widerstandsmessung einer Vorrichtung zur Impedanzbestimmung beziehende Teilschaltung.

Fig. 10 die sich auf die Induktanzmessung einer Vorrichtung zur Impedanzbestimmung beziehende Teilschaltung,

Fig. 11 eine Ausführungsabwandlung der in Fig.9 oder in F i g. 10 dargestellten Schaltung,

Fig. 12 einen in den Fig.8 bis 11 dargestellten Vorrichtungen benutzbaren Tiefpaß,

Fig. 13 eine Ausführungsabwandlung des in Fig. 12 dargestellten Filters,

Fig. 14 einen Tiefpaß, welcher als Vorrichtung zur Bildung von arithmetischen Mittelwerten in den in Fig.9, 10 und 11 dargestellten Vorrichtungen benutzbar ist,

F i g. 15 eine Schaltung zur Eichung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung.

F i g. 1 zeigt eine mögliche Form der Oberwellenmessung eines Netzes. Man bestimmt die Impedanz Z bei wenigstens einer Oberwellenfrequenz an einem gegebenen Punkt eines Netzes, indem man bei dieser Oberwellenfrequenz die Stromstärke / und die Spannung ν an diesem Punkt mißt In diesem Fall wird die elektrische Energie von dem Netz selbst geliefert (welches in der üblichen We:se gespeist wird), und an diesem gegebenen Punkt wird eine passive, nichtlineare (nicht dargestellte.) Belastung eingeschaltet Diese passive Belastung kann eine bereits in dem Verteilungsnetz vorhandene Belastung sein, sie kann aber auch eine besondere, zum Zwecke der Messung eingeschaltete Belastung sein. Die bereits in dem Verteilungsnetz vorhandene Belastung wird z. B. durch einen Wechsel- ?> strom-Gleichstrom-Umformer oder Gleichrichter gebildet. Bekanntlich ermöglichen, wie bereits ausgeführt, derartige nichtlineare Belastungen die Erzeugung der nötigen Oberwellenströme für die hier erforderlichen Messungen.

ίο Diese Messung der Größen ν und /zur Bestimmung der Impedanz Z ist jedoch voraussetzungsgemäß (»verseuchtes« Netz) mit einem verhältnismäßig großen Fehler oder »Rauschen« behaftet. Wie in Fig. 1 dargestellt, ist eine Oberwellenstörungsspannung e der

is Spannung ν überlagert. Das Verhältnis v/c kann den Wert 1 erreichen.

Aus dem obenerwähnten Grunde nimmt man diese Impedanzmessungen an einem gegebenen Punkt eines Netzes zur Verteilung elektrischer Energie für ein verhältnismäßig breites Frequenzband also breitbandig vor. Der Durchlaßbereich der verwendeten Filterschaltung enthält vorzugsweise nur zwei aufeinanderfolgende Oberwellen. Man kann jedoch auch so arbeiten, daß sich drei aufeinanderfolgende Oberwellenfrequenzen in diesem Bandbereich befinden. Beispielsweise kann der Durchlaßbereich von 90 bis 160 Hz reichen, so daß das Band die Oberwellenfrequenzen 100 und 150 Hz enthält. Zur Vornahme dieser Messungen führt man eine breitbandige Filterung durch, welches diese aufeinanderfolgenden Oberwellenfrequenzen enthält; es wird nicht selektiv schmalbandig gefiltert.

Die wahlweise Möglichkeit, zwei oder drei aufeinanderfolgende Oberwellenfrequenzen zu messen stellt einen Kompromiß dar. Die Messung mehrerer Frequenzen ermöglicht in der Tat die Eliminierung des Rauschens. Andererseits darf die Zahl aufeinanderfolgender Oberwellenfrequenzen nicht so groß sein, da die Impedanz Zvon der Frequenz abhängt.

Bei einem derartigen Verfahren ist das Verhältnis zwischen dem Nutzsigna! und dem Rauschen verhältnismäßig groß.

Das Verfahren und die Vorrichtung, welche nachstehend unter Bezugnahme auf Fig.2 und 3 beschrieben sind, bezwecken die Bestimmung der Gleichphasen-Impedanzen, der Mit- und Gegenimpedanzen eines Drehstromnetzes bei den jeweiligen Oberwellen Oberwellenfrequenzen nach Betrag und Phase.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung enthält zunächst eine Trennschaltung 3 mit sechs Eingängen 2| bis 26 und vier Ausgängen 3i bis 3<. Die Eingänge 2i, 22 und 33 sind mit den drei Phasen eines (in F i g. 2 nicht dargestellten) Drehstromnetzes so verbunden, daß sie ein für die Stromstärken /Ί, h und /3 der in jeder Phase fließenden Ströme maßgebundenes Signal empfangen.

Die Eingänge Ta, 2₅ und 2* der Trennschaltung 1 sind ebenfalls mit den drei Phasen des Drehstromnetzes verbunden. Diese Eingänge 24, 2₅ und 2₆ empfangen jedoch ein für die Spannung vi, v₂ und V3 in jeder Phase maßgebendes Signal.

Der Ausgang 3i der Schaltung 1 liefert ein Signal, welches die Summe

der in dem Drehstromnetz fließenden Mit- und Gegenstromstärken darstellt Der Ausgang 3₂ liefert ein Signal, welches die Summe

*d + Vi = V_h

der Mit- und Gegenspannungen des Drehstromnetzes

809 607/424

darstellt. Der Ausgang 3| liefert ein für die Stärke //, des homopolaren oder Gleichphasenstroms des Drehstromnetzes kennzeichnendes Signal. Schließlich liefert der Ausgang 3« ein für die Gleichspannung v/, des Drehstromnetzes kennzeichnendes Signal.

Die Ausgänge 2| und 32 der Trennschaltung 1 sind mit einer Vorrichtung 4 zur Messung der Mit- oder Gegenimpedanzen Zt, verbunden. Es gilt nämlich

Z₁ =

I'd Ii

da angenommen wird, daß bei jeder Oberwellenfrequenz die Mit- und Gegenimpedanzen gleich sind. Diese is Annahme gilt streng, wenn das Netz nur statische Maschinen aufweist. Sie stellt eine gute Annäherung dar, wenn das Netz rotierende Maschinen speist, außerdem ist der Einfluß der rotierenden Maschinen auf die Impedanzen verhältnismäßig gering. >o

In gleicher Weise sind die Ausgänge 3j und 34 der Trennschaltung 1 mit den Eingängen einer Vorrichtung 5 zur Messung der Gleichphasen-lmpedanzen z/, verbunden. Die Vorrichtung Λ besitzt zwei Ausgänge 6i und 62. Der Ausgang 6 liefert normalerweise das für den Wert Rb eines reellen Widerstandes kennzeichnende Signal, und der Ausgang 62 Hefen normalerweise den Wer! Lb eines Blindwiderstands. Schließlich besitzt die Vorrichtung 5 zwei Ausgänge 7| und 72. Der Ausgang 7| liefert ein für den wert Rh des reellen Gleichphasen-Widerstands des Drehstromnetzes kennzeichnendes Signal, und der Ausgang 72 liefert normalerweise ein für den Wert Lh des Gleichphasenblindwiderstandes des Drehstromnetzes kennzeichnendes Signal.

Die Vorrichtungen 4 und 5 zur Impedanzmessung 3s sind vorzugsweise identisch.

Diese von den Impedanzmessern gelieferten Werte R und L sind die Komponenten der komplexen Zahl Z mit

Z = R+jLw

ω = 2 p/(worin /'die Frequenz der Meßoberwelle ist) ^4U L: Induktanz (allgemein: Blindwiderstand) L hat einen negativen Wert, wenn die Impedanz Z kapazitiv ist.

Nachstehend ist unter Bezugnahme auf Fig.3 eine Ausführungsform der in F i g. 2 dargestellten Trennschaltung 1 beschrieben. ■

Jeder der Eingänge 2j, 22 und 23 ist mit dem Eingang eines selektiven Vorverstärkers 81 bzw. 82 bzw. 83 verbunden. Die drei Vorverstärker 81, 82 und 83 haben identische Verstärkungsfaktoren und Bandbreiten. Es ist natürlich zweckmäßig, daß diese drei Vorverstärker 81, 82 und 83 auch die gleiche Ausführung haben. Eine derartige Ausführung dieser Vorverstärker ist weiter unten unter Bezugnahme auf Fig.5 beschrieben. Unabhängig von der für jeden dieser selektiven Vorverstärker gewählten Ausführungsform ist die Bandbreite dieser Vorverstärker so gewählt, daß die über 1500 Hz liegenden Frequenzen ausgeschieden werden, und daß die Grundfrequenz (50 Hz) ebenfalls ausgeschieden wird. Anders ausgedrückt es handelt sich um Vorverstärker mit der Kennlinie eines Tiefpasses mit Unterdrückung der Grundwelle.

Jeder der Eingänge 2«, 2₅ und 2e ist mit einem selektiven Vorverstärker 9i bzw. 92 bzw. 93 verbunden. Diese selektiven Vorverstärker hcz-en eine mit der Kennlinie der Vorverstärker 81, 82 und 83 identische Filterkennlinie. Anders ausgedrückt diese Vorverstärker 9i, 92, 9i haben die Kennlinie eines Tiefpasses, welcher die Frequenzen von unter 1500 Hz durchläßt und die Grundwelle von 50 Hz sperrt. Eine Ausführung dieser Vorverstärker ist in F i g. 4 dargestellt und weiter unten beschrieben.

Der Ausgang eines jeden selektiven Vorverstärkers 81, 82 und 8) ist mit einem bestimmten Eingang einer ersten Summierschaltung 10 mit drei Eingängen verbunden.

Der Ausgang der Summierschaltung 10 ist mit dem Ausgang 3j der Trennschaltung 1 verbunden. Diese erste Summierschaltung 10 liefert daher an ihrem Ausgang ein die Stromstärke //, des homopolaren Gleichphasenstroms = C des Drehstromnetzes darstellendes Signal, d. h.:

In dieser Formel stellen /V, /2' und /V die an den Ausgängen der Vorverstärker 81, 82 und 83 erscheinenden Signale dar.

Jeder Ausgang der Vorverstärker 81,82 und 83 ist noch mit einem diesbezüglichen Eingang einer zweiten Summierschaltung U verbunden. Der Ausgang dieser zweiten Summierschaltung ist unmittelbar mit dem Ausgang 3| der Schaltung 1 verbunden. Diese zweite Summierschaltung U liefert an ihrem Ausgang ein Signal mit dem Wert:

worin id und //die Mit- bzw. Gegenströme sind.

Die Ausgänge eines jeden selektiven Vorverstärkers 9i, 9₂ und 9₃ sind wie die Ausgänge der Vorverstärker 8,, 82 und 83 mit den diesbezüglichen Eingängen von Summierschaltungen 10a und Wb verbunden. Die Summierschaltungen 10a und 11a sind mit den Summierschaltungen 10 bzw. 11 identisch.

Der Ausgang der Summierschaltung 10a ist mit dem Ausgang 34 der Schaltung 1 verbunden, so daß dieser Ausgang ein die Gleichphasenspannung des Netzes darstellendes Signal liefert, d. h.:

r.-U' + ri + ri,

In dieser Formel stellen v\, v₂' und ν-ΐ die an den Ausgängen der selektiven Vorverstärker 9i, 92 und 93 erscheinenden Signale dar.

Die Summierschaltung 11a ist unmittelbar mit dem Ausgang 32 der Schaltung 1 verbunden, so daß sie an ihrem Ausgang ein Signal V(, liefert:

'"/. = -J (2 r/ - rj - Γ,) = ij + r,

worin Vd und v,die Mit- bzw. Gegenspannungen sind.

Um die Zeichnung" zu vereinfachen, sind die Verbindungen zwischen den Ausgängen der Vorverstärker und den Eingängen der Summierschaltungen nicht im einzelnen dargestellt

Wie bereits erwähnt zeigt Fig.4 eine besondere Ausführungsform eines selektiven Vorverstärkers 9|, 92 oder 93.

Der Eingang 2| dieses Vorverstärkers 9 ist mit einer bestimmten Phase des Drehstromnetzes verbunden. Zweckmäßig ist dieser Eingang 2| mit einer (nicht dargestellten) Spannungsmeßanzapfung verbunden, welche gewöhnlich an bestimmten Punkten der

Drehstromverteilungsnetze vorhanden ist. Natürlich ist ein (nicht dargestellter) Spannungswandler zwischen dieser Meßanzapfung und dem Eingang 2\ vorgesehen.

Der in Fig.4 dargestellte selektive Vorverstärker besitzt zunächst einen Eingangsspannungstciler 12. Dieser Vorverstärker 9 enthält ebenfalls drei Operationsverstärker 13 bzw. 14 bzw. 15, wobei diese Elemente als Verstärker geschaltet sind. In dein Rückkopplungszweig zwischen dem Ausgang und dem negativen Eingang des Operationsverstärkers sind ein Widerstand 13a bzw. 14;i bzw. 15j und ein zu dem jeweiligen Widerstand parallelgeschalteter Kondensator 136 bzw. 146 bzw. \5b angeordnet. Diese Kondensatoren 13fc, 14i> und \5b sind es, welche den Betrieb als Tiefpaß ermöglichen, d. h. die Unterdrükkung der über 1500 Hz liegenden Frequenzen.

Schließlich ermöglicht eine Brückenschaltung 17 in Form eines doppelten T mit Widerständen und Kondensatoren die Unterdrückung der Grundwelle. Bei dem dargestellten Beispiel ist diese Brückcnschaltung 17 zwischen die Operationsverstärker 13 und 14 geschaltet.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform eines selektiven Vorverstärkers 8 (8|, 82 oder 83) zur Verstärkung und Filterung der die Stromstärke in jeder Phase des Drehstromnetzes darstellenden Signale.

Hierfür ist der Eingang 2₄ dieses selektiven Vorverstärkers 8 zweckmäßig mit einer gewöhnlich an bestimmten Punkten der Netze zur Verteilung elektrischer Energie vorgesehenen Stromstärkenmeßanzapfung verbunden. Die Verbindung zwischen der entsprechenden Phase des Drehstromnetzes und dem Eingang 2a des Vorverstärkers 8 erfolgt über einen (nicht dargestellten) Stromwandler.

Jeder Vorverstärker 8 weist einen Eingangsnebenschluß 18 und wie die Vorverstärker 9 als selektive Verstärker geschaltete Operationsverstärker 19, 20 und 21 sowie eine Brückenschaltung 22 in Form eines doppelten T mit Widerständen und Kondensatoren zur Unterdrückung der Grundwelle auf. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel ist die Brückenschaltung 22 zwischen die Operationsverstärker 20 und 21 geschaltet. Wie in dem Fall der F i g. 4 wird die Wirkung als Tiefpaß durch in den Rückkopplungszweig eines jeden Operationsverstärkers 19, 20 oder 21 eingeschaltete Kondensatoren erzielt.

Fig.6 zeigt eine an sich bekannte Ausführungsform einer Summierschaltung 10 oder 10a mit einem Operationsverstärker 23. Die drei Eingangswiderstände 24|, 242 und 24₃ dieser Summierschaltung haben gleiche Werte (30 kß beispielsweise) und der in den Rückkoppelungszweig des Operationsverstärkers 23 geschaltete Widerstand 25 beträgt ein Drittel des Wertes eines jeden Eingangswiderstands (d. h. 10 kß).

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform einer Summierschaltung 11 oder 11a mit einem Operationsverstärker 26. Diese Summierschaltung 11 oder 11a enthält bei diesem Ausführungsbeispiel einen ersten Eingangswiderstand 27 von 15 kß, welcher mit dem positiven Eingang (+) des Verstärkers 26 verbunden ist. Die beiden anderen Eingangswiderstände 28 und 29 haben den Wert 30 kß und sind mit dem negativen Eingang (—) des Verstärkers 26 verbunden. Der Rückkopplungswiderstand 30 hat den Wert 10 kß.

Hinsichtlich der Trennschaltung 1 sei darauf hingewiesen, daß die Schaltungen zur Gewinnung der für die Bestimmung der Mit- oder Geginimpedanzen erforderlichen Werte v/,und /(,besonders einfach sind.

Nachstehend ist unter Bezugnahme auf F i g. 8 eine Ausführungsform eines der Impedanzmesser 4 oder 5 (F i g. 2) beschrieben.

Der in F i g. 8 dargestellte Impedanzmesser besitzt (wie bereits erwähnt) zwei Ausgänge 311 und 3I2, wobei der Ausgang 311 ein für einen Widerstandswert R kennzeichnendes Signal und der Ausgang 3I2 ein für den Wert L eines Blindwiderstandes —· B kennzeichnendes Signal liefert. Die zu messende Impedanz Z hat den Wert Z = R + j L··).

Dieser Impedanzmesser besitzt zwei Eingänge 32 und 33. Der F.ingang 32 ist der Spannungseingang und der Eingang 33 ist ein Stromeingang. Der Eingang 32 ist unmittelbar mit dem Eingang eines Filters oder selektiven Vorverstärkers 34 und der Eingang 33 mit dem Eingang eines zweiten, mit dem Filter 34 identischen Filters oder selektiven Vorverstärkers 35 verbunden.

Die Bandbreiten der Filter 34 und 35 sind schmal und enthalten nur zwei aufeinanderfolgende Oberwellen. Wie bereits oben erwähnt, kann jedoch diese Bandbreite auch drei aufeinanderfolgende Oberwellen enthalten. Wie bereits ausgeführt, sind es derartige Filter welche die Vergrößerung des Verhältnisses zwischen dem Signal und dem Rauschen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglichen.

Die an den Ausgängen des Filters 34 bzw. des Filters 35 gelieferten Spannungs- und Stromsignale ν bzw. / werden durch zwei getrennte Schaltungen 36 und 37 ausgewertet, welche die Werte R und L bilden.

Die Schaltung 36 ermöglicht die Bildung des Wertes R mittels der nachstehenden Formel.

worin ν und / Augenblickswerte sind und das Symbol <a> den Mittelwert der Größe a über eine große Zahl von Perioden der Grundwelle darstellt.

Man sieht, daß die Schaltung 36 zwei Multiplizierschaltungen 38 und 39 enthält. Die Multiplizierschaltung 38 liefert an ihrem Ausgang die Größe ν ■ i. Ihr erster Eingang 38| ist daher mit dem. Ausgang des Filters 34 und ihr zweiter Eingang 382 mit dem Ausgang des Filters 35 verbunden.

Die zweite Multiplizierschaltung 39 liefert an ihrem Ausgang ein für die Größe P kennzeichnendes Signal. Ihre beiden Eingänge 39i und 392 sind daher beide mit dem Ausgang des Filters 35 verbunden.

Der Ausgang der Multiplizierschaltung 38 ist mit dem Eingang einer Schaltung 40 zur Bildung von Mittelwerten verbunden. Ebenso ist der Ausgang der Multiplizierschaltung 39 mit dem Eingang einer zweiten Schaltung 41 zur Bildung von Mittelwerten verbunden. Bei dem dargestellten Beispiel sind die Schaltungen 40 und 41 in identischer Weise als Tiefpässe ausgebildet.

Schließlich sind bei der Schaltung 36 die Ausgänge der Filter 40 und 41 mit dem ersten bzw. dem zweiten Eingang eines Teilers 42 von Mittelwerten verbunden.

Der Ausgang dieses Teilers 42 bildet den Ausgang 311 des Impedanzmessers.

Es ist zu bemerken, daß die Multiplizierschaltungen 38 und 39 Multiplizierschaltungen zur Bestimmung von Augenblickswerten sind. Das bedeutet, daß die Multiplizierschaltungen 38 und 39 Ausgangssignale mit beliebigen Vorzeichen (+ oder —) liefern können. Der teilende Mittelwertbildner 42 kann nur Signale mit einem gegebenen Vorzeichen liefern.

Die Schaltung 37 liefert an dem Ausgang 3I₂ die Größe L, welche durch die Forme! bestimmt ist:

all 7

d/

worin die Ableitung einer Stromstärke ;' nach der

Zeit darstellt.

Die Schaltung 37 enthält daher zunächst eine Differenzierschaltung 43, deren Eingang mit dem Ausgang des Filters 35 verbunden ist, so daß ihr Ausgang das Signal ' liefert. Die Schaltung 37 enthält

ebenfalls zwei Muitiplizierschaltungen 44 und 45 für die Augenblickswerte in allen vier Quadranten. Die Multiplizierschaltungen 44 und 45 sind bei dem dargestellten Beispiel wie die Multiplizierschaltungen 38 und 39 ausgebildet. Die Multiplizierschaitung 44 liefert an ihrem Ausgang ein die Größe r· ' darstellendes Signal. Der erste Eingang dieser Multiplizierschaitung 44 ist daher mit dem Ausgang des Filters 34 verbunden, während der zweite Eingang derselben mit dem Ausgang der Differenzierschaltung 43 verbunden ist.

Die Multiplizierschaitung 45 liefert an ihrem Ausgang

ein die Größe (' J darstellendes Signal. Die beiden Eingänge dieser Multiplizierschaitung 45 sind daher mit dem Ausgang der Differenzierschaltung 43 verbunden.

Jeder Multiplizierschaitung 44 und 45 ist eine Schaltung zur Bildung von Mittelwerten 46 bzw. 47 nachgeschaltet. Diese Schaltungen 46 und 47 sind zweckmäßig wie die Schaltungen 40 und 41 ausgebildet d. h. sie haben die Form von Tiefpässen.

Schließlich ist der Ausgang der Schaltung 46 mit dem ersten Eingang 48i eines Teilers 48 und der Ausgang der Schaltung 47 mit dem zweiten Eingang 482 des Teilers 48 verbunden. Dieser Teiler 48 ist bei dem dargestellten Beispiel wie der Teiler 42 ausgebildet Der Ausgang des Teilers 48 bildet den Ausgang31₂ der Schaltung 37.

Die nachstehenden Betrachtungen ermöglichen die Bestimmung des Fehlers zu finden, welcher mit dem ir F i g. 8 dargestellten Impedanzmesser eingeführt wird.

Wenn die Spannung ν und der Strom /am Ausgang der Filter 34 und 35 die Werte

^:o bzw.

ι=ϊ I_n sin (»i ..„, / + »„)

i = 1 /„ sin (η .-„ ι + >, „)

und wenn die am Ausgang des Filters 34 erhaltene Störspannung den Wert hat:

r = 1 e„ sin (n <·,„ ι + /;„)

(worin ωο = 2π/ό die Kreisfrequenz der Grundwelle 4 = 50 Hz darstellt)

zeigt die Rechnung, daß die am Ausgang der Schaltungen 36 und 37 erhaltenen Signale die Werte

ν ■ ι

V f-

Diese Formeln
schrieben werden:

können noch folgendermaßen gc-

dabei ist

R = R_n +

L = L_n +

K_n = „

und

e« und ε/, stellen die Abweichungen oder »Fehler« gegenüber den Werten Ro und U dar, welche man zu ermitteln wünscht.

1 -

Hinsichtlich dieser Formeln sei ferner daraul hingewiesen, daß, wie erwähnt die Filter 34 und 35 Tiefpässe sind und nur zwei und gegebenenfalls drei aufeinanderfolgende Oberwellen durchlassen.

Die Größen e„ und /„ ändern sich umgekehrt wie die Ordnung n. Das Verhältnis e„li„=aR ist daher praktisch konstant.

Wenn daher die Filter 34 und 35 so ausgebildet wären daß die Bandbreite nur eine einzige Oberwelle dei Ordnung «durchläßt, hätte der Fehler ε« an Rden Wert:

Ή =ARcos(ß_n-<p„).

Dieser Wert wäre daher ein zufälliger Wert zwischer + ZlRund -AR.

Da die Filter 34 und 35 erfindungsgemäß zwei (odei drei) aufeinanderfolgende Oberwellen durchlassen kann der Fehler (R an dem Wert R in erheblicherr Maße herabgesetzt werden.

Dieser Fehler kann weiter noch dadurch herabgesetz werden, daß die der Schaltung zur Messung de;

Widerstands R zugeordneten Strom- und Spannungsfilter von den entsprechenden, der Schaltung zur Messung der Induktanz L zugeordneten Filtern verschieden sind, wobei diese Filter verschiedene Kennlinien haben. Hierauf wird mit Bezug auf die Fig.9 und 10 genauer eingegangen.

In diesem Fall haben die der Schaltung zur Messung des Wertes R zugeordneten selektiven Filter oder Verstärker solche Verstärkungs- oder Dämpfungswerte, daß die Produkte e„ - i„ beliebiger Ordnung praktisch gleich sind. Anders ausgedrückt, den Spannungen und Strömen höherer Ordnungen η sind Koeffizienten der Filterdämpfung oder des Verstärkungsgrades zugeordnet, die größere Werte als diejenigen bei den niedrigeren Ordnungen aufweisen.

Es ist zu bemerken, daß die der Schaltung zur Messung der Größe L zugeordneten Filter nicht die gleiche Kennlinie haben, da, wie oben ausgeführt, der Ausdruck ε/. Ausdrücke

η ■ i„

sin (ß„ -(p„) enthält,

in welchen der Koeffizient η von selbst der höchsten Ordnung π ein größeres Gewicht gibt.

In dem obigen Fall, in welchem die Spannungs- und Stromfilter für die Messungen von R und L verschieden sind, ist es zur weiteren Verringerung der Fehler er und el zweckmäßig, mehrere verschiedene Messungen für R und L auszuführen und für die endgültige Messung den Mittelwert der verschiedenen Ergebnisse zu wählen, z.B. ihren arithmetischen Mittelwert. Die in Fig.9, 10 und 11 dargestellten Schaltungen ermöglichen die Verwirklichung dieser Maßnahme.

In den in Fig.9 und 10 dargestellten Schaltungen werden die verschiedenen Messungen so ausgeführt, daß gleichzeitig drei Messungen von R oder L vorgenommen werden. Hierfür enthält jede dieser Schaltungen drei Kanäle.

Die in F i g. 9 dargestellte Schaltung ist zur gleichzeitigen Vornahme von drei Messungen von Widerständen R bestimmt Die Schaltung enthält daher drei wie die Schaltung 36 der F i g. 8 ausgebildete Schaltungen 36a, 36bund36c

Spannungs- bzw. Stromfilter 34a bzw. 35a speisen die Eingänge der Schaltung 36a Spannungs- und Stromfilter 346 bzw. 356 sind mit den entsprechenden Eingängen der Schaltung 366 verbunden. Schließlich sind noch Spannungs- und Stromfilter 34c bzw. 35c mit den entsprechenden Eingängen der Schaltung 36c verbunden.

Die mit dem gleichen Index behafteten Filter 34, 35 sind identisch, d. h., sie haben die gleiche Bandbreite. So sind z. B. die Filter 34b und 356 gleich ausgebildet. Die Filter mit verschiedenen Indizes besitzen jedoch etwas verschiedene Bandbreiten. Es sei z. B. angenommen, daß die Bandbreite eines jeden dieser Filter nur zwei aufeinanderfolgende Oberwellen umfaßt, z. B. die der Ordnung 2 und 3. In diesem Beispiel erteilen die Filter 34a und 35a den Oberwellen der Ordnung 2 und 3 die gleichen Koeffizienten. Die Filter 346 und 356 erteilen der Oberwelle der Ordnung 3 einen Koeffizienten «₃, welcher größer als der der Oberwelle der Ordnung 2 zugeteilte Koeffizient <x₂ ist. Die Filter 34c und 35c erteilen den Oberwellen solche Koeffizienten ßj und ß₂, daß z. B. ß_} größer als λ _} und ß₂ kleiner als «2 ist.

Die Ausgänge der Schaltungen 36a, 366 und 36c sind mit einem Eingang einer Summierschaltung 50 verbunden. Diese Summierschaltung 50 liefert an ihrem Ausgang 51 Signale, welche den arithmetischen Mittelwert der an ihre Eingänge angelegten Signale darstellen. Wenn daher die Schaltung 36a an ihrem Ausgang ein Signal mit dem Wert Ru die Schaltung 366 an ihrem Ausgang ein Signal mit dem Wert A₂ und die Schaltung 36c an ihrem Ausgang ein Signal mit dem Wert Rj liefert, hat das an dem Ausgang 51 der Summierschaltung 50 erhaltene Signal den Wert:

R = -L (R₁ + R₂ + R₃)

In Fig. 10 ist eine Schaltung zur Messung der Reaktanz (allgemein) bzw. der Induktanz L dargestellt

Diese Schaltung enthält drei gleich ausgebildete Schaltungen 37i, 37₂ und 373, welche der in Fig.8 dargestellten Schaltung 37 entsprechen.

Jeder Schaltung zur Messung der Induktanz L sind zwei Spannungs- bzw. Stromfilter vorgeschaltet. So sind die Eingänge der Schaltung 37i mit den Ausgängen der Spannungs- und Stromfilter 34, bzw.35i verbunden. Die Eingänge des Filters 37₂ sind mit den Ausgängen der Spannungs- und Stromfilter 34₂ bzw. 35₂ verbunden. Schließlich sind die Eingänge der Schaltung 37₃ mit den Ausgängen der Spannungs- und Stromfilter 34₃ bzw.35₃ verbunden.

Wie bei den Filtern der Schaltung der F i g. 9 haben die Filter 34 und 35 mit dem gleichen Index gleiche Bauart, während die Filter mit verschiedenen Indizes verschiedene Bandbreiten haben. Jedes Filter 34 und 35 läßt bei dem dargestellten Beispiel nur zwei aufeinanderfolgende Oberwellenfrequenzen durch, z. B. die Oberwellen der Ordnung 2 und 3. Im Gegensatz zu den entsprechenden Filtern der in Fig.9 dargestellten

.is Schaltung verstärken jedoch die Bandbreiten dieser Filter der Schaltung zur Messung der Induktanz die Oberwellen höherer Ordnung nicht ebenso stark. Anders ausgedrückt:

0ί₂+β2 + )>2^ΒΌί3 + βί + γ3

In dieser Formel stellen «2, 02 und γ2 die durch die Filter 34i, 342 und 34₃ der Oberwelle der Ordnung 2 zugeordneten Koeffizienten dar, während «3, /J₃ und y₃ die durch die Filter 34,, 34₂ und 34₃ der Oberwelle der Ordnung 3 zugeordneten Koeffizienten darstellen.

Zur Verwirklichung dieser letzteren Maßnahme wird die Bandbreite der Filter 342 und 35₂ z. B. so gewählt, daß βϊ^β-i, und die Filter 34] und 351 verstärken die Oberwelle der Ordnung 3 auf Kosten der Oberwelle der Ordnung 2, während die Filter 34₃ und 35₃ die Oberwelle der Ordnung 2 auf Kosten der Oberwelle der Ordnung 3 verstärken.

In einer Ausführungsabwandlung ist «₃ + ßj+yj etwas größer als »2+/?2 + yi.

Die Filter 34 und 35 können alle die gleiche Bauart haben, jedoch mit einer Steuerung zur Veränderung der Form ihrer Bandbreite.

do Der ein Signal mit dem Wert L₁ liefernde Ausgang der Schaltung 37a ist mit dem ersten Eingang 52< einer Summiervorrichtung 52 verbunden. Ebenso ist der ein Signal mit dem Wert L₂ liefernde Ausgang der Schaltung 372 mit dem zweiten Eingang 52₂ der

hs Summiervorrichtung 52 verbunden. Schließlich ist der ein Signal mit dem Wert L» liefernde Ausgang der Schaltung 373 mit dem dritten Eingang 52i der Summiervorrichtung 52 verbunden. Diese Summiervor-

richtung ist so ausgebildet, daß das an ihrem Ausgang 53 erscheinende Signal /-den Wert hat:

L₂₊ L₃)

F i g. 11 stellt eine Schaltung zur Messung des Widerstands R dar, welche sich von der in Fig.9 dargestellten Schaltung dadurch unterscheidet, daß die verschiedenen Messungen nicht gleichzeitig, sondern nacheinander vorgenommen werden. Die in F i g. 11 dargestellte Schaltung enthält daher nur eine einzige Schaltung 36j zur Bestimmung des Wertes R. Wie bei der in Fig.9 dargestellten Schaltung enthält die in F i g. 11 dargestellte Schaltung drei Filterpaare 344, 35₄; 34s, 35s und 346, 3S₆. Die Bandbreiten dieser Filter entsprechen z. B. den Bandbreiten der Filterpaare 34a, 35a bzw. 346,356 bzw. 34c; 35c

Die Ausgänge der Spannungsfilter 344, 34₅ und 34₆ sind mit den aufeinanderfolgenden Eingängen 54|, 542 und 54₃ einer Multiplexschaltung 54 verbunden. Ebenso sind die Ausgänge der Stromfilter 35₄, 35₅ und 35₆ mit den aufeinanderfolgenden Eingängen 55i, 55₂ und 55₃ einer zweiten, wie die Schaltung 54 ausgebildeten Multiplexschaltung 55 verbunden.

Die Multiplexschaltungen 54 und 55 sind so ausgebildet, daß sie an ihren Ausgängen nur das an einem bestimmten Eingang auftretende Signal liefern. Ein (nicht dargestellter) Zeitgeber ermöglicht die zyklische Umschaltung in der Weise daß das an dem Ausgang der Multiplexschaltung auftretende Signal periodisch so gewechselt wird, daß nacheinander die ar. die verschiedenen Eingänge dieser Schaltung angelegten Signale an diesem Ausgang erscheinen.

Der Mittelwert der von der Schaltung 36| gelieferten Signale mit dem Wert R erscheint an dem Ausgang eines Tiefpasses 60.

Es kann natürlich auch eine Ausführjngsabwandlung der in Fig. 10 dargestellten Schaltung vorgesehen werden, welche der in F i g. 11 dargestellten entspricht.

F i g. 12 und 13 zeigen je eine Ausführungsform einer Tiefpaßfilterzelle 34 oder 35, wobei jedes Filter zwei dieser Zellen aufweist.

Der in Fig. 12 dargestellte Tiefpaß enthält zwei Operationsverstärker 61 und 62. Ebenso enthält der in F i g. 13 dargestellte Tiefpaß zwei Operationsverstärker 61a und 62a. Die in Fig. 12 und 13 dargestellten Schaltungen sind an sich bekannt.

Diese Tiefpässe sind zweckmäßig so ausgeführt, daß ihr Gütekoeffizient in der Nähe der Ordnung der zu filternden Oberwellenfrequenz liegt Die Phasenverschiebung und die Verstärkung derartiger Filter ändern sich dann wenig als Funktion der Frequenz.

Fig. 14 zeigt eine Ausführungsform des Tiefpasses 60 (F i g. 11) mit einem Operationsverstärker 63.

In einer besonderen Ausführungsform der in F i g. 11 dargestellten Schaltung haben die Tiefpässe 40, und 4I₁ ίο (zur Bildung der Mittelwerte) eine Grenzfrequenz von 10 Hz, die Multiplexschaltungen 54 und 55 haben eine Folgefrequenz von 0,5 Hz, und der Tiefpaß 60 hat eine in der Nähe von 0,1 Hz liegende Grenzfrequenz.

Fig. 15 zeigt eine Schaltung zur Eichung eines Impedanzmessers 4 oder 5 im Laboratorium. Die Impedanzmesser 4 und 5 können nämlich einphasig arbeiten und geeicht werden

Bei diesem Beispiel einer Schaltung zur Eichung von Impedanzmessern ist ein Generator 65 zur Erzeugung von Oberwellenfrequenzen vorgesehen, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Verstärkers 66 großer Leistung (z. B. 2000 W) verbunden ist. Die Ausgänge dieses Verstärkers sind mit den Klemmen einer Eichimpedanz 67 und eines in Reihe geschalteten Nebenschlusses 68 verbunden, wobei der gemeinsame Verbindungspunkt der Elemente 67 und 68 bei dem dargestellten Beispiel Masseschluß hat. In dieser Schaltung ist der Leiter 68a mit dem Stromeingang des Impedanzmessers und der Leiter 67a mit dem Spannungseingang desselben verbunden.

Obwohl in den obigen Ausführungen nur die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Messung der Impedanzen an einem gegebenen Punkt eines Netzes im eingeschwungenen Zustand bei wenigstens einer Oberwellenfrequenz in Betracht gezogen ist, versteht es sich, daß dieses Verfahren und diese Vorrichtung auch zur Messung von Impedanzen bei Einschwingvorgängen benutzt werden können. Ein solcher Einschwingvorgang kann z. B. durch die Einschaltung eines (nicht dargestellten) Kondensators erhalten werden.

Da der Einschwingvorgang im allgemeinen eine verhältnismäßig kurze Dauer haben, kann man zur Vornahme dieser Messungen die in diesem Übergangszustand erhaltenen Ströme und Spannungen z. B. auf einem magnetischen Träger registrieren. Zur Wiederholung der Messung kann man den so registrierten Vorgang zyklisch wiedergeben, um so zu einem periodischen Vorgang zu gelangen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der Impedanzen eines elektrische Energie transportierenden Wechselstromnetzes mit einer Grundfrequenz, bei wenigstens einer Oberwellenfrequenz, deren Ordnung kleiner als 30 ist, unter Verwendung von Filterschaltungen zur Gewinnung von Strom- und Spannungssignalen im Oberwellenbereich, dadurch ge- kennzeichnet, daß an einem gegebenen Punkt des Netzes, der eine passive, Oberwellen erzeugende Belastung aufweist oder an eine solche angeschlossen wird, eine Filterung mit einer zwei oder drei aufeinanderfolgende Oberwellenfrequenzen überdeckenden, kontinuierlichen Filterbandbreite vorgenommen wird, daß die sich ergebenden Werte von Spannung (v) und Stromstärke (i) des gefilterten Signals gemessen und daraus die Impedanz durch Rechnung ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der Impedanz nach Betrag und Phase der Wert des Widerstandes (7?,) unter Zugrundelegung der Formel

R =

durch zeitliche Mittelwertbildung ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der mit dem Widerstand (R) in Reihe geschalteten Reaktanz (Induktanz L) in einer getrennten Messung unter Zugrundelegung der Formel

di
dt,

.15

40

ermittelt wird, wobei ν und /" die Werte vor. Spannung und Strom zu jedem Zeitpunkt an dem gegebenen Punkt des Netzes darstellen.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung des Widerstandes durch Filterung oder Verstärkung bei jeder Oberwelle ein unterschiedlicher Koeffizient der Filterdämpfung oder des Verstärkungsgrades zugrunde gelegt wird, wobei dieser Koeffizient um so größer ist, je höher die Ordnung der Oberwelle ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung des Widerstandes wenigstens zwei getrennte Messungen vorgenommen werden, daß man den beiden Meßvorgängen unterschiedliche Koeffizienten der Filterdämpfung oder Verstärkung zugrunde legt und daß aus den Endergebnissen beider Meßvorgänge ein Mittelwert gebildet wird. ho

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der Reaktanz (Induktanz L der Impedanz) zwei getrennte Messungen durchgeführt werden, wobei der Stromstärke und der Spannung (,_s jeder Oberwelle bestimmte Koeffizienten für die Filterdämpfung oder den Verstärkungsgrad zugeordnet werden und daß diese Koeffizienten für jede Oberwelle beliebiger Ordnung untereinander im wesentlichen gleich sind oder mit ansteigender Ordnung etwas zunehmen und daß aus den getrennten Meßvorgängen ein Mittelwert gebildet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bestimmung des Widerstandes (R) bzw. der Reaktanz (L) durchgeführten getrennten Meßvorgängs entweder gleichzeitig oder zeitlich hintereinander durchgeführt werden.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 zur Messung der Mit- und Gegenimpedanzen eines unsymmetrischen Drehstromnetzes an einen gegebenen Punkt bei wenigstens einer Oberwellenfrequenz, wobei die Mit- und Gegenimpedanzen bei dieser Oberwellenfrequenz gleich sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannung ν und dem Strom /die Formeln

r = j (2 V₁ - I₁

zugrunde gelegt werden, wobei v\, V2 und ιί die Ergebnisse der Messungen der Spannung in jeder Phase des Drehstromnetzes und /Ί, h und /3 die Ergebnisse der Messungen der Stromstärke in jeder Phase des Drehstromnetzes sind.

9. Vorrichtung zur Bestimmung der Impedanzen eines elektrische Energie transportierenden Wechselstromnetzes mit einer Grundfrequenz, bei wenigstens einer Oberwellenfrequenz, deren Ordnung kleiner als 30 ist, unter Verwendung von Filterschaltungen zur Gewinnung von Strom- und Spannungssignalen im Oberwellenbereich, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch

- ein erstes und ein zweites Eingangsfilter (34 bzw. 35), wobei der Eingang (32) des ersten Filters ein für die Spannung an dem gegebenen Punkt des Netzes kennzeichnendes Signal und der Eingang (33) des zweiten Filters ein für die Stromstärke an dem gleichen gegebenen Punkt des Netzes kennzeichnendes Signal empfangen kann;

— eine erste und eine zweite Multiplizierschaltung (38 bzw. 39) mit je zwei Eingängen, wobei der erste Eingang (38i) der ersten Multiplizierschaltung (38) mit dem Ausgang des ersten Filters (34) und der zweite Eingang (382) dieser ersten Multiplizierschaltung mit dem Ausgang des zweiten Filters verbunden ist, wobei die beiden Eingänge (39|, 39₂) der zweiten Multiplizierschallung (39) mit dem Ausgang des zweiten Filters (35) verbunden sind;

— eine erste und eine zweite Schaltung (40 bzw. 41) zur Bildung von Mittelwerten, deren jede einen Tiefpaß enthält, wobei der Eingang einer jeden dieser Schaltungen mit dem betreffenden Ausgang der Multiplizierschaltungen (38,39) verbunden ist, und

— eine Teilerschaliung (42), deren Zählereingang mit dem Ausgang der ersten Schaltung zur Bildung von Mittelwerten und deren Nennereingang mit dem Ausgang der zweiten Schaltung zur Bildung voi Mittelwerten verbunden ist.

10. Vorrichtung zur Bestimmung der Impedanzen eines elektrische Energie transportierenden Wechselstromnetzes mit einer Grundfrequenz, bei wenigstens einer Oberwellenfrequenz, deren Ordnung kleiner als 30 ist, unter Verwendung von Filtirschaltungen zur Gewinnung von Strom- und Spannungssignalen im Oberwellenbereich, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch

— ein erstes und ein zweites Filter (34 bzw. 35), ι ο wobei der Eingang (32,33) eines jeden Filters ein für die Spannung des Netzes bzw. für die Stromstärke in demselben an dem gegebenen Punkt kennzeichnendes Signal empfangen kann;

— eine Differenzierschaltung (43), deren Eingang mit dem Ausgang des zweiten Filters (35) verbunden ist;

— eine erste und eine zweite Multiplizierschaltung (44 bzw. 45) mit zwei Eingängen, wobei der erste Eingang der ersten Muitiplizierschaltung (44) mit dem Ausgang des ersten Filters (34) und der zweite Eingang dieser ersten Multiplizierschaltung mit dem Ausgang der Differenzierschaltung (43) verbunden ist, wobei die beiden Eingänge der zweiten Multiplizierschaltung (45) mit dem Ausgang der Differenzierschaltung verbunden sind;

— eine erste und eine zweite Schaltung (46 bzw. 47) zur Bildung von Mittelwerten mit je einem Tiefpaß, wobei die Eingänge dieser Schaltungen ^₀ mit dem Ausgang der ersten bzw. der zweiten Multiplizierschaltung verbunden sind, und

— eine Teilerschaltung (48), deren Zählereingang (48i) mit dem Ausgang der ersten Schaltung zur Bildung von Mittelwerten und deren Nennereingang (482) mit dem Ausgang der zweiten Schaltung zur Bildung von Mittelwerten verbunden" ist.