DE2613872C3

DE2613872C3 - Anordnung zur Erzeugung einer dem Produkt zweier analogen elektrischen Größen proportionalen Folge von Impulsen

Info

Publication number: DE2613872C3
Application number: DE19762613872
Authority: DE
Inventors: Dragoljub Dipl.-Ing. Milicevic; Borislav Dipl.-Ing. Dr. Stojanovic
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-03-31
Filing date: 1976-03-31
Publication date: 1980-05-08
Also published as: DE2613872A1; GB1546749A; FR2346725A1; DE2613872B2; JPS52119964A

Description

Gegenstand des Hauptpatents 25 19 668 bildet eine Anordnung zur Erzeugung einer dem Produkt zweier analogen elektrischen Größen proportionalen Folge Von Impulsen, insbesondere für die Messung elektric »eher Leistung und Energie, bei der von der einen zu multiplizierenden Meßgröße abgeleitete analoge eleb trische Größe einem aus einer Integrationsstufe einer monostabilen Kippstufe Und einer ReferenzspannungS' quelle bestehenden StronvFrequenz^Wandler zugeführt wird, wobei eine von der Referenzspannungsquelle hergeleitete Referenzgröße jeweils für eine von der monostabilen Kippstufe vorgegebene Zeit der analogen elektrischen Größe in der Weise überlagert wird, daß sie dieser Größe entgegengerichtet ist und zu einer Entladung des Integrationskondensators der Integrationsstufe führt, wobei die Schaltzeit der monostabilen Kippstufe von einer aus der zweiten Meßgröße abgeleiteten analogen elektrischen Größe derart bestimmt wird, daß die Schaltzeit umgekehrt proportional dem Betrag dieser Größe ist, wodurch eine dem Produkt der beiden analogen elektrischen Größen proportionale Auf- und Entladung des Integrationskondensators erfolgt und damit die Frequenz der Auf- und Entladungen proportional dem Produkt der beiden Meßgrößen ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders einfache Anordnung dieser Art zu schaffen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die monostabile Kippstufe einen Komparatorverstärker enthält dessen positiver Eingang über eine in Sperrichtung gepolte Diode mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers der Integrationsstufe und dessen invertierender Eingang einerseits über einen Kondensator mit einem Bezugspotential und andererseits mit einer der Meßspannung proportionalen Spannung in Verbindung steht im-} daß parallel zu dem Kondensator ein Transistor geschaltet ist, dessen Basis über einen Widerstand mit dem Ausgang und über einen Widerstand mit dem positiven Eingang des Komparatorverstärkers in Verbindung steht Vorzugsweise steht der Ausgang des Kornparatorverstärkcrs über eine Diode mit einer Referenzdiode in Verbindung, die über einen Widerstand mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers bzw. dem Integrationskondensator in Verbindung steht

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel im Prinzip dargestellt ist wird die Erfindung näher erläutert F i g. 1 zeigt das Schaltsch"ina und F i g. 2 ein Diagramm der Ströme und Spannungen in Abhängigkeit von der Zeit In F i g. 1 ist mit 15 der Nulleiter O und mit 16 der Leiter der Phase R entsprechend dem Hauptpatent bezeichnet Die eine Eingangsgröße wird in dem vorliegenden Falle aus dem Meßstrom i(t) abgeleitet und zwar durch den Spannungsabfall des Meßstromes an einem Shunt 17. Anstelle eines direkt an dem Stromkreis der Phase R liegenden Shuntes 17 kann auch ein Stromwandler verwendet werden, dessen Sekundärstrom über einen Bürdenwiderstand einen entsprechenden Spannungsabfall hervorruft Die andere Eingangsgröße wird von der zweiten Meßgröße der Meßspannung u(t) direkt abgeleitet Sie erscheint als geglättete Gleichspannung am Ausgang einer aus einer Diode 12 und einem Glättungskondensator 13 bestehenden Gleichrichterschaltung.

Ein Anschlußpunkt 2 am einen Ende des am Bezugspotential liegenden Shunts 17 ist über Widerstände 4 und 4' mit dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers 6 der Integrationsstufe verbunden. Der positive Eingang des Operationsverstärkers 6 liegt über einen Widerstand 20 auf Bezugspotential. Der Einfluß der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung wird mit Hilfe eines Transistors 19 berücksichtigt, dessen Kollektor mit dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände 4 und 4' und dessen Emitter mit dem Bezügspotential in Verbindung steht Die Basis des Transistors 19 ist über einen Widerstand 21 mit der Leitung 15 verbunden. Das hat zur Folge, daß nur die

negativ« Halbwelle des Stromes zur Wirksamkeit gebracht wird, wie Zeile 1 der Fig.2 zeigt In dieser Zeile ist der Strom / in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt Durch eine Schraffur der entsprechenden Halbwelle ist angedeutet, weiche tatsächlich zur Wirkung kommen. Bei dem in Zeile 1 der F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß Strom und Spannung in Phase sind. Ist dies nicht der Fall, so werden r.ur Teile der negativen Halbweilen des Stromes durchgelassen. Eine Diode 22 dient zum Schutz des Transistors 19.

Die vnonostabile Kippstufe 8 enthält einen Komparatorverstärker 23, dessen positiver Eingang über einen Widerstand 24 und eine in Sperrichtung gepolte Diode 25 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 6 der Integrationsstufe in Verbindung steht Der negative (invertierende) Eingang des Komparatorverstärkers 23 ist einerseits über einen Widerstand 11 und ein Potentiometer W mit einer Klemme 10 verbunden, welche die geglättete Meßspannung führt An dem negativen Eingang des Komparatorverstärkers 23 ist ferner noch ein Kondensator 26 angeschlosser;, welcher von einem Transistor 27 überbrückbar ist D>e Basis dieses Transistors 27 steht einerseits über einen Widerstand 28 mit dem positiven Eingang des Komparatorverstärkers 23 in Verbindung und andererseits über einen weiteren Widerstand 29 und eine Diode 30 mit dem Ausgang 9 der monostabilen Kippstufe 8, welcher über einen Widerstand 31 mit dem Ausgang des Komparatorverstärkers 23 in Verbindung steht. An den Ausgang 9 der monostabilen Kippstufe 8 ist ein Registriergerät 14 angeschlossen.

Zur Gewinnung der Referenzgröße ist eine Zenerdiode 32 vorgesehen, die einerseits gegen Bezugspotential geschaltet ist und andererseits über eine weitere Diode

33 mit dem Ausgang 9 der monostabilen Kippstufe 8 in Verbindung steht. Die Diode 33 ist vorzugsweise eine Leuchtdiode, so daß man durch deren Aufleuchten die Funktion des Zählers überprüfen kann. Ein Widerstand

34 dient zu' Aufrechterhaltung der Leuchtkraft der Leuchtdiode 33. Der Anschlußpunkt 1 der Zenerdiode 32 liefert eine Referenzspannung, die über einen Widerstand 3 einen definierten Ladestrom für einen Kondensator 7 liefert. Ferner steht der Punkt 1 über einen Widerstand 35 mit dem positiven Eingang des Komparaterverstärkers 23 in Verbinojng.

Wie zuvor ausgeführt worden ist, ist in Zeile 1 der F i g. 2 der Meßstrom / in Abhängigkeit von der Zeit / aufgetragen. In Zeile 2 ist die Spannung am Ausgang 9 der monostabilen Kippstu'e 8 in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt F i g. 3 zeigt in Abhängigkeit von der Zeit f die Ausgangsspannung Vi am Ausgang des Integrators.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fi g. 1 arbeitet wie folgt:'

Wie zuvor ausgeführt worden ist, ruft der an dem Shunt 17 durch den Meßstrom /abfallende Spannungsabfall einen Strom /0 hervor, der durch die beiden Widerstände 4 und 4' gegeben ist Durch den Transistor 19 wird jedoch dieser Strom so gesteuert, daß nur die negative Halbwelle durchgelassen wird, so daß am negativen Eingang des Operationsverstärkers 6 der Integrationsstufe stets nur ein Strom — /0 · cosy fließt Es sei angenommen, daß zum Zeitpunkt /0 der Strom /0 den Integrationskondensator 7 gerade auf den

ίο vorgegebenen Wert KO aufgeladen hat und im sejben Moment der Ausgang 9 der monostabilen Kippstufe 8 von — auf + umgeschaltet hat In diesem Falle erhält die Zenerdiode 32 über die Leuchtdiode 33 Spannung so daß über den Widerstand 3 ein definierter Referenzstrom fließt, der dem Strom /0 entgegengerichtet und so bemessen ist, daß der Integrationskondensator 7 innerhalb der Zeitspanne Tm ent- bzw·, umgeladen wird. D.h. die Ausgangsspannung Vi des Integrators geht kontinuierlich von VO nach Vi ins Negative. Da voraussetzungsgemäß zum Zeitpunk' 0 der Ausgang 9 uCr rtlppStüiC ο Hm τ geSCiiaiiCi 11St₁ Cjiirit uCr pOSittVe Eingang des Komparatorverstärkers 23 über den Widerstand 35 :nd der leitende Transistor 27 über Widerstand 28 positives Potential. Der zuvor durch den Transistor 27 praktisch kurzgeschlossene Kondensator 26 wird nunmehr über die Widerstände 11 und W geladen, und zwar in Abhängigkeit von der Meßspannung u. Dadurch, daß auch der positive Eingang des Komparatorverstärkers 23 positives Potential erhält, bleibt die Diode 25 gesperrt.

Zum Zeitpunkt f 1 ist die Spannung am Kondensator 26 so weit angestiegen, daß sie gleich der am positiven Eingang liegenden Spannung ist Dadurch kippt der Ausgang 9 der monostabilen Kippstufe 8 ins Negative.

)5 Die Zenerdiode 32 erhält keine Spannung mehr, so daß die Entladung des Kondensators 7 nicht mehr fortgesetzt wird. Außerdem wird nun der Transistor 27 durchgesteuert, wodurch der Kondensator 26 en'laden wird. Damit wird der negative Eingang des Komparatorverstärkers 23 auf die Sättigungsspannung des Tra .sistors von etwa 0,2 Volt gelegt Der Integrationskondensator 7 wird nun wieder stetig aufgeladen, so daß der Ausgang der Integrationsstufe auf positives Potential angehoben wird. Erreicht der Ausgang der Integrationsstufe zum Zeitpunkt f2 die Durchbruchsspannung der Diode 25, welche bei etwa 0,7 Volt liegt, so kippt der Komparatorverstärker 23, so daß dessen Ausgang von — auf + schaltet Dadurch wird der Transistor 27 gesperrt und über die Diode 33 fließt ein

μ durch die Referenzdiode 32 und Widerstand 3 vorgegebener Strom zur Umladung des Integrationskondensators 7, und zwar so lange bis der Kondensator 26 durch die Meßspannung in Höhe der Referenzspannung aufgeladen wird. Die Frequenz der Auf- und Entladungen des Iptegrationskondensators ist proportional dem Produkt der beiden Meßgrößen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 ^ δ7Ο Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erzeugung einer dem Produkt zweier analogen elektrischen Größen proportionalen Folge von Impulsen, insbesondere für die Messung elektrischer Leistung und Energie, bei der eine von der einen zu multiplizierenden Meßgröße abgeleitete analoge elektrische Größe einem aus einer Integrationsstufe einer monolithischen Kippstufe und einer Referenzspannungsquelle bestehenden Strom-Frequenz-Wandler zugeführt wird, wobei eine von der Referenzspannungsquelle hergeleitete Referenzgröße jeweils für eine von der monostabilen Kippstufe vorgegebene Zeit der analogen elektrischen Größe in der Weise überla- is gert wird, daß sie dieser Größe entgegengerichtet ist und zu einer Entladung des Integrationskondensators der Integrationsstufe führt, wobei die Schaltzeit der monostabilen Kippstufe von einer aus der zweiten Meßgröße abgeleiteten analogen elektrisehen Größe derart bestimmt wird, daß die Schaltzeit umgekehrt proportional dem Betrag dieser Größe ist, wodurch eine dem Produkt der beiden analogen elektrischen Größen proportionale Auf- und Entladung des Jntegrationskondensators erfolgt und damit die Frequenz der Auf- und Entladung proportional dem Produkt der beiden Meßgrößen ist, nach Patent 25 19 668, dadurch gekennzeichnet, daß die monostabile Kippstufe (8) einen Komparatorverstärker (23) enthält, dessen positiver Eingang über eine in Sperrichtung gepolte Diode (25) mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers (6) der integrationsstufe und dessen invertierender Ei.ignng einerseits über einen Kondensator (26) mit dem I :zugspotential und andererseits mit einer der Meßspannung proportionalen Spannung in Verbindung steht und daß parallel zu dem Kondensator (26) ein Transistor (27) geschaltet ist, dessen Basis über einen Widerstand (29) mit dem Ausgang und über einen Widerstand -to (28) mit dem positiven Eingang des Komparatorverstärkers (23) in Verbindung steht

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der monostabilen Kippstufe (8) über eine Diode (33) mit einer Referenzdiode (32) in Verbindung steht, die über einen Widerstand (3) mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers (6) bzw. dem Integrationskondensator (7) in Verbindung steht.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch so gekennzeichnet, daß die von der Referenzdiode (32) gelieferte Referenzspannung über einen Widerstand (35) dem positiven Eingang des Komparatorverstärkers (23) und über einen weiteren Widerstand (28) der Basis des Transistors (27) zugeführt ist.