DE2522631C3 - Selbstabgleichende Meßschaltung für Wechselstromgrößen - Google Patents

Description

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Das Hauptpatent bezieht sich auf eine selbstabgleichende Meßschaltung für Wechselstromgrößen mit Mitteln zur getrennten digitalen Anzeige des relativen reellen bzw. imaginären Fehlers der Meßgröße in bezug auf eine Wechselspannung, insbesondere eine Meßschaltung für die Zwecke der Prüfung von Spannungsund Stromwandlern in bezug auf Übersetzungs- und Phasenfehler. Die Schaltung nach dem Hauptpatent sieht den Vergleich eines zu prüfenden Wandlers mit einem die Bezugswechselspannung liefernden Normalwandler vor, der in bezug auf Übersetzungsverhältnis und Fehlwinkel als fehlerfrei anzunehmen ist.
Bezeichnet man die vom Normalwandler gelieferte Bezugswechselspannung mit Us und die vom zu prüfenden Wandler gelieferte, gegenüber der Bezugswechselspannung Un den Phasenwinkel ό bildende Wechselspannung mit Ux und den Differenzspannungsvektor mit AU, so gilt für den Übersetzungsfehler Fdes zu prüfenden Wandlers:

Γ

Re(AU)

Für den Phasenfehler bzw. dessen Winkel Λ gilt:

ImU_x ^lgl) ~ ReU_x '

Das in F i g. 1 wieclergegebene Vektordiagramm veranschaulicht diese Verhältnisse.

Das Hauptpatent 24 11 533 beschreibt eine Schaltung, die den Übersetzungsfehler F und den Phasenfehler bzw. dessen Winkel ό genau zu messen geeignet ist und sicn gegenüber den allgemein üblichen Schaltungen zur Bestimmung von Übersetzungs- und Phasenfehler dadurch unterscheidet, daß der Phasenfehler entsprechend der obigen korrekten Gleichung und nicht nur

annäherungsweise als Quotient —y-*- gemessen wird.

Die selbstabgleichende Schaltung nach dem Hauptpatent, die der Messung und getrennten digitalen Anzeige der reellen Komponente und der imaginären Komponente der relativen Abweichung einer Wechselspannung gegenüber einer Bezugswechselspannung dient, insbesondere für die Zwecke der Prüfung von Spannungs- und Stromwandlern in bezug auf Übersetzungsfehler (F) und Phasenfehler (tg ό), ist wie folgt aufgebaut.

Ein aus der zu messenden Wechselspannung Ux und der Bezugsspannung ίΛ/gebildetes Differenzsignal AU wird zwei Phasengleichrichtern zugeführt, von denen der eine gleichphasig und der andere um 90° phasenversetzt von der Bezugswechselspannung Un synchronisiert ist. Zur Bildung des Übersetzungsfehlers F werden einem ersten dividierenden Analog-Digital-Wandler als Dividendenspannung das Ausgangssignal des erstgenannten, gleichphasig synchronisierten Phasengleichrichters und als Divisorspannung das Ausgangssignal eines die Wechselspannung Un gleichrichtenden und von ihr synchronisierten Gleichrichters zugeführt, und zur Bildung des tg ό-Fehlers werden einem zweiten dividierenden Analog-Digital-Wandler als Dividendenspannung das Ausgangssignal des anderen, um 90° phasenversetzt synchronisierten Phasengleichrichters und als Divisorspannung die Realkomponente der Wechselspannung Ux in bezug auf die Bezugswechselspannung Unzugeführt.

Die Zusatzerfindung löst ebenfalls die dem Hauptpatent zugrundeliegende Aufgabe, den korrekten Übersetzungsfehler Fund den Phasenfehler tg ό zu liefern.

Die Lösung der Aufgabe besteht bei dem Zusatzpatent jedorh darin, daß statt, wie es das Hauptpatent vorsieht, zur Bildung des tg ö-Fehlersignals die dem zweiten dividierenden Analog-Digital-Wandler als Divisorspannung zuzuführende Realkomponente der zu messenden Wechselspannung Ux m einer Summierstufe als Summe des von dem erstgenannten, gleichphasig synchronisierten Phasengleichrichter gelieferten Ausgangssignals und des von dem die Bezugswechselspannung gleichrichtenden Gleichrichter gelieferten Ausgangssignals gebildet wird, die zu messende Wechsel-

spannung Ux einem von der Bezugswechselspannung Un gleichphasig synchronisierten dritten. Phasengleichrichter zugeführt wird und das Ausgangssignal dieses Phasengleichrichters als Divisorspannung dem zweiten dividierenden Analog-Digital-Wandler zugeführt wird.

Zur Bildung des Differenzsignals AU \st zweckmä-Qigerweise in der Schaltung eine von der zu messenden Wechselspannung U_x und der Bezugswechselspannung Unbeaufschlagte Subtraktionsstufe vorgesehen.

Steht das Differenzsignal AU zwischen der die Meßgröße bildenden Wechselspannung Ux und der Bezugswechselspannilng Un zur Verfugung, so kann die Subtraktionsstufe entfallen und das Differenzsignal AU statt des Ausgangssignals der Subtraktionsstufe den beiden weiteren Phasengleichrichtern als gleichzurichtendes Signal zugeführt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Zusatztrfindung ist in F i g. 2 dargestellt.

Den beiden Eingangsklemmen werden die von dem zu prüfenden Wandler gelieferte Wechselspannung Un bzw. die vom Normalwandler gelieferte Bezugswechselspannung Un zugeführt. Ein erster Phasengleichrichter 3 liefert als Ausgangssignal das Signal U_x ■ cos <5. Eine Subtraktionsstufe 1 bildet die Differenz zwischen der Bezugswechselspannung Un und der vom zu prüfenden Wandler gelieferten Wechselspannung U_x und führt an ihrem Ausgang das Wechselspannungs-Differenzsignal AU. Zwei weiteren Phasengleichrichtern 4 und 5 wird als synchronisierende Spannung die Bezugswechselspannung Un direkt bzw. über ein eine Phasendrehung von 90° bewirkendes Phasendrehglied 2 zugeführt. Als gleichzurichtende Spannung wird den Phasengleichrichtern 4, 5 parallel die von der Subtraktionsstufe 1 erzeugte Differenzwechselspannung AU zugeführt. Unter diesen Umständen liefert der Ausgang des Phasengleichrichters 4 das Signal A U- cos λ, und der Ausgang des Phasengleichrichter 5 liefert die Spannung A U -sin«. Diese Spannungen werden zwei dividierenden Analog-Digital-Wandlern 6 bzw. 7 als Dividendenspannungen zugeführt. Als Divisorspannung wird dem zur Wiedergabe des tgo-Fehlers dienenden Analog-Digital-Wandler 7 das Ausgtngssignal des ersten Phasengleichrichters 3, nämlich das Signal U_x ■ cos <5, zugeführt.

Dem zur Wiedergabe des Übersetzungsfehlers F dienenden Analog-Digital-Wandler 6 wird als Divisorspannung die Bezugswechselspannung Un zugeführt, die ähnlich wie bei der Lösung gemäß dem Hauptpatent von einem durch die Bezugswechselspc.nnung selbst synchronisierten Phasengleichrichter 8 abgeleitet wird.

Dividierende Analog-Digital-Wandler gehören zum Stand der Technik und sind z. B. in der Zeitschrift »Electronic Products Magazine«, 21. Juni 1971, erläutert.

Bei der in F i g. 2 wiedergegebenen Schaltung werden die beiden Spannungen U_x und Un zugeführt, und ihre vektorielle Differenzspannung AU wird durch den Operationsverstärker 1 gebildet. Hierbei werden die Spannungen L/,\-und iijybei Stromwandlerprüfschaltungen als Spannungsabfälle an Nebenwiderständen gewonnen, wobei zur Verkleinerung der Nebenwiderstände und damit zur Verringerung der durch sie verursachten Bürden Operationsverstärker mit entsprechenden Übersetzungsverhältnissen zwischengeschaltet werden. Die Nebenwiderstände können an die zwischengeschalteten Operationsverstärker über entsprechend dimensionierte Zwischenwandltr angeschlossen werden. Die Nebenwiderstände bzw. die Zwischenwandler und die gegebenenfalls zwischengeschalteten Operationsverstärker müssen eine höhere Genauigkeit aufweisen als diejenige, die der Differenzspannung AU entspricht.

Diese Bedingung läßt sich bei der Messung von Präzisionswandlern nur schwer erfüllen. Die Schaltung nach F i g. 2 ist daher mehr für die Prüfung von Wandlern der minieren Klasse geeignet, wobei ihr Vorteil darin besteht, daß auch Wandler mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen miteinander verglichen werden können.

Zur Messung von Präzisionswandlern eignet sich besser eine Differentialschaltung, bei der die Differenzspannung Δ U unmittelbar an einen Querwiderstand der in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen abgenommen wird, wie in Fig. 3a dargestellt ist. Eine solche Schaltung eignet sich naturgemäß nur für den Vergleich von zwei Wandlern mit gleichen Übersetzungsverhältnissen.

Durch die Abnahme der Differenzspannung AU am Querwiderstand vereinfacht sich die zugehörige elektronische Meßschaltung gemäß der Zusatzerfindung, die in Fig. 3b wiedergegeben ist und nicht näher erläutert zu werden braucht. Die Schaltung nach Fig. 3 zeichnet sich bekanntlich dadurch aus, daß die Fehlergröße AU unmittelbar gemessen wird, so daß die Fehler der diese messenden Organe nur als Fehler vom Fehler, d. h. nur in Größen zweiter Ordnung eingehen. F i g. 3 nützt aus, daß (vgl. Fig. 1) die Imaginärkomponente von AU gleich der Imaginärkomponente von U_x ist. Die beiden Schaltungen nach Fig. 2 und 3 haben den Vorteil, daß sie in einfacher Weise miteinander kombiniert werden können, um einerseits Wandler mit ungleichen Übersetzungsverhältnissen und andererseits Präzisionswandler mit gleichen Übersetzungsverhältnissen messen zu können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnuimen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Selbstabgleichende Schaltung zur Me .ing und getrennten digitalen Anzeige der reellen Komponente und der imaginären Komponente der relativen Abweichung einer Wechselspannung gegenüber einer Bezugswechselspannung, insbesondere für die Zwecke der Prüfung von Spannungs- und Stromwandlein in bezug auf Übersetzungsfehler und ι ο Phasenfehler, bei der ein aus der zu messenden Wechselspannung und der Bezugsspannung gebildetes Differenzsignal zwei Phasengleichrichtern zugeführt wird, von denen der eine Phasengleichrichter gleichphasig und der andere Phasengleichrichter um 90° phasenversetzt von der Bezugswechselspannung synchronisiert ist, und zur Bildung des Übersetzungsfehlersignals einem ersten dividierenden Analog-Digital-Wandler als Dividendenspannung das Ausgangssignal des erstgenannten, gleichphasig synchronisierten Phasengleichrichters und als Divisorspannung das Ausgangssignal eines die Wechselspannung gleichrichtenden und von ihr synchronisierten Gleichrichters zugeführt werden und zur Bildung des tg ό-Fehlersignals einem zweiten dividierenden Analog-Digital-Wandler als Dividendenspannung das Ausgangssignal des anderen, um 90° phasenversetzt synchronisierten Phasengleichrichters und als Divisorspannung die Realkomponente der Wechselspannung in bezug auf die Bezugsspannung zugeführt werden, nach Patent 24 11533, dadurch gekennzeichnet, daß statt Bildung der Realkomponente der zu messenden Wechselspannung (Ux) in einer Summierstufe (8) als Summe des von dem erstgenannten, gleichphasig synchronisierten Phasengleichrichter (4) gelieferten Ausgangssignals und des von dem die Bezugswechselspannung gleichrichtenden Gleichrichter (9) gelieferten Ausgangssignals — die zu messende Wechselspannung (Ux) einem von der Bezugswechselspannung (Un) gleichphasig synchronisierten dritten Phasengleichrichter (3) zugeführt wird und das Ausgangssignal dieses Phasengleichrichters (3) als Divisorspannung dem zweiten dividierenden Analog-Digital-Wandler (7) zugeführt wird.

2. Schaltung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Differenzsignals (AU) in der Schaltung eine von der zu messenden Wechselspannung (Ux) und der Bezugsspannung (Un) beaufschlagte Subtraktionsstufe (1) vorgesehen ist.