DE2532213B1

DE2532213B1 - Schaltungsanordnung zum selbsttaetigen,wahlweisen Anschliessen einer einzigen Messeinrichtung an einzelne von mehreren Messgroessen

Info

Publication number: DE2532213B1
Application number: DE2532213A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Dipl-Phys Born; Wolfgang Dipl-Ing Daubitz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-07-16
Filing date: 1975-07-16
Publication date: 1976-06-16
Also published as: IT1067497B; FR2318424A1; DE2532213C2; SE406997B; SE7607618L; CH601934A5; GB1550468A

Description

40

Gegenstand des Hauptpatentes 19 45 802 ist eine Schaltungsanordnung zum selbsttätigen, wahlweisen Anschließen einer einzigen Meßeinrichtung an einzelne von mehreren Meßgrößen, bei der eine meßgrößenabhängig gesteuerte Anregeschaltung die Auswahl der einzelnen Meßgrößen veranlaßt. Nach dem Hauptpatent ist diese Schaltungsanordnung so ausgestaltet, daß an die Anregeschaltung eine Gatteranordnung angeschlossen ist, deren einzelne Auswahlgatter zur Ermittlung der jeweils an die Meßeinrichtung anzuschließenden Meßgrößen an jeweils verschiedene Ausgänge der Anregeschaltung angeschlossen sind, und daß über die Auswahlgatter angesteuerte, statische Schalter vorgesehen sind, durch die die Meßeinrichtung an die jeweils ausgewählten Meßgrößen anschließbar ist.

Für die Meßschaltung von Distanzschutzgeräten beispielsweise wird je nach Auswahl, Programm und Fehlerfall die Differenz von zwei den Phasenströmen proportionalen Spannungen benötigt. Dasselbe gilt für die dem Fehlerfall zugeordneten Kurzschlußspannungen. Dabei ist sicherzustellen, daß die ausgewählte Meßgröße in einem sehr großen Bereich (etwa 1 :10⁴) nach Betrag und Phase fehlerfrei und unverzerrt übertragen wird.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß dem Hauptpatent dient zur Differenzbildung ein Übertrager mit mehreren Primärwicklungen, die über Triacs (Vollweg-Thyristoren) an die entsprechenden Meßgrößen angeschaltet werden. Damit durch den nichtlinearen Widerstand der Triacs die Kurvenform der durchgeschalteten Spannungen, besonders im Bereich der für die Distanz- und Richtungsmessung ausgenutzten Nulldurchgänge, bei kleinen Meßspannungen nicht verzerrt wird, ist ein erhöhter Aufwand für paarweises Aussuchen der Triacs erforderlich. Weiterhin ist in den zur Differenzbildung dienenden Übertragern wegen des geforderten Übertragungsverhaltens durch Verwenden besonderen Kernmaterials ein erhöhter Aufwand zu treiben. Übertrager benötigen einen erheblichen Einbauplatz.

Die geforderte Meßgenauigkeit treibt den notwendigen Aufwand für die Auswahl hochwertiger Übertrager und ausgesuchter Triacs über die wirtschaftlich vertretbaren Grenzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine platz- und kostensparende Schaltungsanordnung zur wahlweisen Differenzbildung ausgewählter Meßgrößen anzugeben, die der geforderten Meßgenauigkeit genügt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die statischen Schalter Feldeffekttransistoren sind, die zwischen mit den Meßgrößen beaufschlagten Anpassungsverstärkern und dem Eingang eines summierenden Operationsverstärkers angeordnet sind, wobei jeder Meßgröße bis zu zwei Anpassungsverstärker so zugeordnet sind, daß die Meßgröße am Ausgang des einen Anpassungsverstärkers in normaler und am Ausgang des anderen in invertierter Phasenlage ansteht.

Als statische Schalter sind in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung Feldeffekttransistoren vorgesehen. Diese Feldeffekttransistoren haben bei optimaler Durchsteuerung einen vernachlässigbar kleinen Einfluß auf die Kurvenform der Meßgröße. Durch ihr großes Verhältnis der Durchlaßwiderstände im Ein- und Auszustand (> 10⁶) besitzen sie ein hervorragendes Schaltverhalten. Bei so niedrigen Frequenzen wie der Netzfrequenz spielt ein kapazitives Überkoppeln noch keine Rolle. Die eigentliche Differenzbildung der Meßgrößen geschieht bei dieser Schaltungsanordnung vorteilhafterweise mit Hilfe eines summierenden Operationsverstärkers. Die Meßgrößen werden dazu normal und um 180° phasenverschoben (invertiert) benötigt. Diese Aufbereitung der Meßgrößen erfolgt mit Hilfe der Anpassungsverstärker.

Zur Verwendung als Anpassungsverstärker haben sich bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung Operationsverstärker als vorteilhaft erwiesen. Durch Wahl der Eingangs- und Gegenkopplungswiderstände an den Operationsverstärkern läßt sich deren Verstärkung und damit das Signalübertragungsverhalten definiert einstellen.

Ferner hat es sich als günstig erwiesen, wenn zwischen den Anpassungsverstärkern und den Feldeffekttransistoren jeweils zwei Dioden antiparallel gegen Erde geschaltet sind. Durch diese Dioden wird die an den Feldeffekttransistoren auftretende Wechselspannung begrenzt. Durch diese Maßnahme können größere Signalspannungen verarbeitet werden, ohne das gute Schaltverhalten der Feldeffekttransistoren zu beeinflussen.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der

F i g. 1 in Form eines Blockschaltbildes noch einmal die Schaltungsanordnung gemäß dem Hauptpatent dargestellt; in der

F i g. 2 ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für die Differenzbildung dargestellt, die sich der besseren Übersichtlichkeit halber auf die Phasenspan-

nungen beschränkt.

In dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Anschlußklemmen Kir, Kis, Kit und Kim sowie Ur, Us, Ut, Uy für die Phasenströme und Phasenspannungen dargestellt. Die die Meßgrößen darstellenden Phasenströme und -spannungen werden Anpassungsübertragern AU zugeführt. Von dort gelangen die Meßgrößen zum Differenzbildner DB und gleichzeitig zur Anregeschaltung AS. Die Ansteuerung des Differenzbildners DB erfolgt über eine Programmschaltung in Form einer Diodenmatrix DM. Diese wiederum wird angesteuert durch eine Gatteranordnung G, die einerseits von der Anregeschaltung AS angesteuert wird und andererseits erst dann zur Freigabe von Steuersignalen an die Diodenmatrix DM freigegeben wird, wenn eine Verzögerungsstufe V, die ebenfalls von der Anregeschaltung AS angesteuert wird, nach einer vorbestimmten Zeitdauer abgelaufen ist und dann einen Impuls an die Gatteranordnung G abgibt. Die Ausgänge MgI sowie Mg 2 des Differenzbildners Dßsind direkt an das hier nicht dargestellte Meßwerk anzuschließen.

In F i g. 2 ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für die Differenzbildung, beschränkt auf die Phasenspannungen, näher dargestellt. Als Anpassungsverstärker sind die Operationsverstärker Vt bis Vl vorgesehen, an deren Ausgängen die Spannungen Ur, minus Ur bis minus Uy niederohmig und entkoppelt zur Verfugung stehen. Die Durchschaltung der entsprechenden Meßgrößen, in dem Fall der Phasenspannungen, auf den summierenden Operationsverstärker V8 geschieht mittels der Feldeffekttransistoren Ti bis TT, deren Ansteuerung über die Diodenmatrix DM erfolgt. Zur Durchschaltung muß am Gate der entsprechenden Feldeffekttransistoren Ti bis Tl Nullpotential liegen. Bei den Feldeffekttransistoren, die gesperrt sind, muß am Gate eine negative Steuerspannungen liegen, die größer/gleich der Gate-Source-Abschnürspannung (pinch off) ist. Um auch höhere Spannungen in der Größenordnung der maximalen Ausgangsspannung der Anpassungsverstärker Vi bis V7 einwandfrei mit den Feldeffekttransistoren Ti bis Tl schalten zu können, sind zwischen die Anpassungsverstärker Vi bis Vl und die Feldeffekttransistoren Ti bis Tl die Dioden D i, D2 bis D13, D14 antiparallel gegen Erde geschaltet. Im gesperrten Zustand der Feldeffekttransistoren begrenzen diese Dioden die an den Transistoren anliegenden Wechselspannungen. Sind die Bewertungswiderstände R10 bis R16 sehr groß gegen den Durchlaßwiderstand der Feldeffekttransistoren Ti bis Tl, so liegt in den durchgeschalteten Zweigen an den Dioden praktisch keine Signalspannung, da das virtuelle Nullpotential am Summenpunkt des Operationsverstärkers VS auf Grund dieser Impedanzverhältnisse durch den Feldeffekttransistor praktisch nicht beeinflußt wird. Am Ausgang des summierenden Operationsverstärkers V8 steht die gewünschte Meßgröße Mg 2 an, die direkt auf den Eingang des Meßwerkes gegeben werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum selbsttätigen, wahlweisen Anschließen einer einzigen Meßeinrichtung an einzelne von mehreren Meßgrößen, bei der eine meßgrößenabhängig gesteuerte Anregeschaltung die Auswahl der einzelnen Meßgrößen veranlaßt und die Anregeschaltung an eine Gatteranordnung angeschlossen ist, deren einzelne Auswahlgatter zur Ermittlung der jeweils an die Meßeinrichtung anzuschließenden Meßgrößen an jeweils verschiedene Ausgänge der Anregeschaltung angeschlossen sind, und daß über die Auswahlgatter angesteuerte, statische Schalter vorgesehen sind, durch die die Meßeinrichtung an die jeweils ausgewählten Meßgrößen anschließbar ist, nach Patent 19 45 802, dadurch gekennzeichnet, daß die statischen Schalter Feldeffekttransistoren (7*1 bis 7*7) sind, die zwischen mit den Meßgrößen beaufschlagten Anpassungsverstärkern (Vl bis V 7) und dem Eingang eines summierenden Operationsverstärkers (V8) angeordnet sind, wobei jeder Meßgröße bis zu zwei Anpassungsverstärker so zugeordnet sind, daß die Meßgröße am Ausgang des einen Anpassungsverstärkers in normaler und am Ausgang des anderen in invertierter Phasenlage ansteht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsverstärker (V1 bis V7) Operationsverstärker sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anpassungsverstärkern (Vi bis Vl) und den Feldeffekttransistoren (7*1 bis 7*7) jeweils zwei Dioden (D 1, D 2 bis D13, D14) antiparallel gegen Erde geschaltet sind.