DE2550282C2

DE2550282C2 - Leistungs- und Arbeitsmeßverfahren

Info

Publication number: DE2550282C2
Application number: DE19752550282
Authority: DE
Inventors: Lothar Ing.(grad.) 6945 Hirschberg Schollenberger
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1975-11-08
Filing date: 1975-11-08
Publication date: 1983-09-01
Also published as: DE2550282A1

Description

dadurcb gekennzeichnet, daß

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— der digitalisierte Wert der Spannungsmessung in einem Zwichenspeicher (5) gespeichert wird und die dem zu messenden Stromwert proportionale Spannung vor der Digitalisierung mit Hilfe eines Ä/C-Gliedes (8) so weit phasenverschoben wird, daß zum Zeitpunkt der Multiplikation der im Zeitpunkt der Spannungsmessung gültige Stromwert ansteht.

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2. Leisr.ings- und Arbeitsmeßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge der Messung umgekehrt wird, indem erst der Strom und dann die phasenverschobene Spannung gemessen und umgt -etzt wird.

3. Leistungs- und Arbeilsmeßverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je Periode der Wechselspannung nur eine Messung und Umsetzung erfolgt und der Abstand zwischen zwei Messungen bzw. Umsetzungen ungleich der Periodendauer ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Leistungs- und Arbeitsmeßverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Allgemein bekannt ist das Ferraris-Prinzip zur Messung der elektrischen Arbeit, das in Elektrizitätszählern verwendet wird und eine Genauigkeit von ca. 2% erreicht. Das Induktionsmeßwerk eines solchen Zählers besteht aus zwei Elektromagneten, einem vom Verbraucherstrom durchflossenen »Stromeisen« und einem an der Versorgungsspannung liegenden »Spannungseisen«. Beide »Eisen« erzeugen durch ihre Anordnung ein magnetisches Feld. Dieses Feld ruft in einer drehbar gelagerten Aluminiumscheibe durch Induktion Wirbelströme hervor, die ein Drehmoment erzeugen, das proportional dem Produkt der beiden Magnetfelder ist. *»> Das Drehmoment entspricht der Wirkleistung. Die Aluminiumscheibe durchläuft das Feld eines Dauermagneten, wodurch ein der Geschwindigkeit proportionales Bremsmoment erzeugt wird. Die Zahl der Scheibenumdrehungen entspricht der abgenommenen t>5 Arbeit.

Unter der Bezeichnung »Time-Division« ist ein elektronisches Leistungsmeßverfahren bekannt, bei dem ein Verbraucher abwechselnd mit der einen Polarität und der anderen Polarität an eine Spannungsquelle angeschaltet wird. An dem zu messenden Verbraucher liegt dadurch abwechselnd die Spannung + U und — U. Die Art und Zeitdauer der Umtastung ergibt integriert eine Gleichspannung. Das gewählte Tastverhältnis der umgeschalteten Spannungen wird entsprechend der Funktion

. k (.T₁-T₂) T₁+ T₂

gebildet. / ist hierbei der zu messende Strom. Aus dem Strom werden also Tastzeiten hergeleitet, die der obigen Funktion entsprechen. Unter den obengenannten Voraussetzungen ist demgemäß der integrierte Gleichstrommittelwert proportional der angelegten Spannung und dem verbrauchten Strom. Die das Ergebnis darstellende Spannung braucht nur noch digitalisiert zu werden und kann zur Anzeige gebracht werden. Durch die vielen analogen Verarbeitungsschritte bei diesem bekannten Verfahren wird die gesamt; Leistungsmessung sehr aufwendig.

Bekannt sind auch Leistungsmeßverfahren mit Hall-Multiplikatoren. Dieses Verfahren ist jedoch für viele Fälle zu ungenau. Auch halbmechanische Verfahren mit einer elektrodynamischen Leistungswaage sind bekannt Hier findet eine Multiplikation von Spannung und Strom im magnetischen Feld statt. Dieses Verfahren ist sehr genau und aufwendig und nur für Eichmessungen einzusetzen.

Bekannt ist ein Leistungs- und Arbeitsmeßverfahren mit A/D-Umsetzer aus »ATM Archiv für technisches Messen«, Juni 1974, Seite 107 bis 112. Hier werden die Spannungswerte von zwei Phasen in getrennten Kanälen gleichzeitig bearbeitet. Die Erfassung von Strom und Spannung auch bei mehrphasigen Netzen ist nicht vorgesehen, weil dadurch der Bauteileaufwand nochmals ansteigt.

Aus der DE-AS 22 45 426, Fig.3 und zugehöriger Beschreibung ist ein Meßverfahren bekannt, bei dem die Digitalisierung eines Strom- und eines Spannungs-Meßwertes nacheinander in einem gemeinsam genutzten A/D-Wandler erfolgt. Allerdings erfordert das Verfahren besonders auf der Analogseite einen relativ großen Aufwand, da außer Anpaßgliedern synchron abtastende Schalter und Halteverstärker erforderlich sind. Außerdem ist eine komplizierte Ablaufsteuerung und eine Meßwertverarbeitung in einem Rechner erforderlich. Wie das Problem gelöst wird, daß die digitalisierten Strom- und Spannungswerte nicht gleichzeitig zur Verfugung stehen, ist nicht ersichtlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leistungs- und Arbeitsmeßverfahren anzugeben, das zur Erfassung ein- oder mehrphasiger Wechselspannungen/Ströme geeignet ist, und das gestattet, auch bei Erfüllung gewisser Genauigkeitsanforderungen den Aufwand auf der Analogseite, neben dem Aufwand auf der Digitalseite, weiter zu vermindern und die multiplexe Steuerung zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, daß die Digitalisierung mehrerer zu verknüpfender Meßwerte in einer gemeinsam nacheinander genutzten Einrichtung erfolgt und dabei auf der Analogseite außer einfachen Meßwandlern und einem

RC-Gliea keine weiteren Einrichtungen erforderlich sind. Meßeinrichtungen nach diesem Verfahren fassen sich — wenn große Stückzahlen benötigt werden — durch den Einsatz hochintegrierter Bausteine preiswert herstellen. Die Vorteile kommen besonders bei Meßeinrichtungen für Drehstromnetze zum Tragen, weil dabei Meßwerte aus drei Phasen zu erfassen und zu verknüpfen sind.

Alernativ zu der in Anspruch 1 angegebenen Reihenfolge der Meßwertedigitalisierung kann auch erst der Stromwert und anschließend der Spannungswert umgesetzt werden.

Die verwendeten Bauteile A/D-Umsetzer, Zwischenspeicher, elektronischer Zähler und multiplexe Steuerung werden in vorteilhafter Weise in integrierter Form 1 -, hergestellt Die beispielsweise in MOS-Technik hergestellten integrierten Schaltkreise gewährleisten jedoch möglicherweise nicht eine ausreichend hohe Abtastgeschwindigkeit für ein dreiphasiges Netz. In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird deshalb in jeder Periode der Wechselspannung nur einmal eine Abtastung vorgenommen. Um trotzdem die erforderliche Genauigkeit zu erreichen, wird eier Abtastzeitpunkt in jeder Periode um einen konstanten Betrag verschoben. Ober einen längeren Zeitraum ?> gemittelt, ergibt sich somit eine vollständige Abtastung einer Sinuswelle. Durch dieses Verfahren werden zwar Strom- bzw. Spannungsspitzen außerachtgelassen, es ergibt sich aber trotzdem eine ausreichende Genauigkeit. Es ist darauf zu achten, daß gemäß dem n> Abtastgesetz bei Wechselspannungen die Zahl der Messungen und Umsetzungen je Periode so groß gewählt werden muß, daß die höchste zu messende Frequenz keine Meßfehler verursacht

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen r, Verfahrens wird nachstehend für die Leistungs- und Arbeitsmessung in einem Wechselspannungsnetz anhand der Zeichnung näher erläutert

Von der Phase R wird die Spannung über 0 bezogene Spannungsteilerwidi:rstände 1 und 2 abgenommen und w - wenn die multiplexe Steuerung 11 den ersten Schalter 3 schließt - auf den Analog/Digital-Umsetzer 4 geführt. In bekannter Weise wird im A/D-Umsetzer der momentane Spannungswert in einen digitalen Wert umgesetzt. Der digitalisierte Spannungswerl wird im Zwischenspeicher 5 abgelegt Anschließend «ehaltet die multiplexe Steuerung 11 den ersten Schalter 3 ab und den zweiten Schalter 6 ein. Eine dem zu messenden Strom der Phase R proportionale Spannung wird durch den Übertrager 7 ausgekoppelt Das R/C-Glied 8 bewirkt eine Phasendrehung des abgenommenen Stromwertes. Die dem Stromwert entsprechende Spannung wird über den geschlossenen zweiten Schalter 6 auf den A/D-Umsetzer geführt, wo der abgegriffene Strom in einen digitalen Wert umgesetzt wird.

Der im Zwischenspeichers abgelegte Spannungswert wird so lange gespeichert, bis der Stromwert der Phase R eintrifft Wenn dies geschehen ist werden die beiden Werte im Zwischenspeicher 5 multipliziert und die gewünschte Leistung steht zur Verfügung.

Der zeitliche Unterschied der Strom- und Spannungsmessung, der durch die Hintereinanderschaltung der Meß- und Umsetzungsvorgänge gegeben ist, wird durch die vom i?/C-Glied 8 hervorgehobene Phasendrehung ausgeglichen, so daß in der MultiplrJereinrichtung, die im Zwischenspeicher 5 enthalten ist, i< re\ zum selben Zeitpunkt gehörende Werte verknüpft werden.

An den Zwischenspeicher 5 schließt sich ein elektronischer Zähler 9 an, in dem der durch die Multiplication erhaltene Wert zu einem vorhandener. Stellenwert in dem Zähler dazuaddiert wird. Der sich anschließende mechanische Zähler 10 bringt die in einem bestimmten Zeitabschnitt abgegriffene Leistung als Arbeit zur Anzeige.

Die multiplexe Steuerung 11, bestehend beispielsweise aus Quarzoszillator und Schieberegister, steuert das wechselweise Umschalten der Schalter 3 und 6 bzw. das Abtasten/Messen zu bestimmten Zeiten während des Spannung-Strom-Ablaufs, sowie den Multiplizier- und Zählvorgang.

Bei einer dreiphasigen Leistungs- bzw. Arbeitsmessung erfolgt die zeitliche Umschaltung der Schalter bzw. die zeitlich festgelegte Messung der Spannung- und Stromwerte der einzelnen Phasen ebenfalls durch Befehle aus der multiplexen Steuerung 11. Die erhaltenen Werte brauchen dann nur noch im elektronischen Zähler 9 addiert zu werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Leistungs- und Arbeitsmeßverfahren, bei dem durch eine multiplexe Steuerung gesteuert,

— der zu messende Spannungswert und eine dem zu messenden Stromwert proportionale Spannung zu bestimmten Zeiten erfaßt und nacheinander digitalisiert werden, indem bei jedem Meßvorgang erst der Spannungswert über einen ersten Schalter einem A/D-Umsetzer zugeführt, zwischengespeichert und anschließend die Spannung des Stromwerts über einen zweiten Schalter dem A/D-Umsetzer zugeführt wird, ι'

— die digitalisierten Werte multipliziert und die Ergebnisse der einzelnen Zeitabschnitte aufaddiert und angezeigt werden.