DE2650633A1

DE2650633A1 - Elektronische multiplizierschaltung mit digitaler steuerung einer der eingangsgroessen insbesondere fuer die bestimmung der elektrischen leistung und energie

Info

Publication number: DE2650633A1
Application number: DE19762650633
Authority: DE
Inventors: Richard Dr Ing Friedl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-11-05
Filing date: 1976-11-05
Publication date: 1978-05-11

Description

Elektronische flultiplizierschaltung mit digitaler Steuerung
einer der Eingangsgrößen insbesondere für die Bestimmung der elektrischen Leistung und Energie Es ist bekannt, in E]ektrizitätszählern mit statischen Meßwerken zur Bildung des Produktes aus Meßstrom und Meßspannung elektronische Analogmultiplizierstufen zu verwenden, die ein analoges Ausgangssignal (Strom oder Spannung) erzeugen, das dem Produkt der zwei Meßgrößen proportional ist. Sind die von den Meßgrößen abgeleiteten Signale an den beiden Eingängen des Multiplizierers Wechselspannungen oder -ströme, so ist der zeitliche Mittelwert der Ausgangsgröße ein Maß für die elektrische Leistung und das Zeitintegral ein Maß für die elektrische Arbeit. In allen bekannten Schaltungen ist das das Produkt repräsentierende Ausgangssignal jedoch stets mit einem größeren Fehler behaftet als der Fehler, der sich ergibt, wenn die Meßgrößen einzeln gemessen und deren Werte, ggf. unter Berücksichtigung der Meßfehler, rechnerisch miteinander multipliziert werden. Besonders ungünstig ist eine analoge Multiplikation für die Multiplikation kleiner Meßgrößen, wenn eine oder beide dieser Meßgrößen Werte in einem weiten Bereich annehmen können.
Das bekannte Verfahren, die Momentanwerte der Eingangsgrößen mittels Analog-Digital-Wandler zu bestimmen, die beiden Zahlenwerte in digitalen Schaltungen zu multiplizieren und digital weiterzuverarbeiten, vermeidet die vorher beschriebenen Schwierigkeiten. Allerdings setzt der größere Aufwand und die vornehmlich in preiswerteren Rechenschaltungen für die digitale Multiplikation notwendige Zeit der Anwendung Grenzen.
Die erfindungsgemäße Anordnung besitzt die Vorteile des letztgenannten Verfahrens, erfordert aber nicht dessen Aufwand und benötigt praktisch keine zusätzliche Zeit zur Produktbildung. - Sie ist- dadurch gekennzeichnet, daß in einem Netzwerk, bestehend aus Widerständen und elektronischen Schaltern, Widerstände in an sich bekannter Weise so in Reihe oder parallel oder in Reihe und parallel geschaltet (gesteuert) werden, daß das resultierende Teilverhältnis oder der sich ergebende Leitwert des Netzwerkes jeweils einem Zahlenwert proportional ist, wobei die Steuerung der Schalter entweder direkt oder über eine Umkodierschaltung von den Ausgängen eines Analog-Digital-Wandlers aus erfolgt, der mit einer im Verhältnis zur Meßfrequenz hohen Abtastfrequenz einen dem jeweiligen Momentanwert der einen Eingangsgröße proportionalen Zahlenwert abgibt und das Widerstandsnetzwerk entweder von der zweiten zu messenden Größe gespeist wird oder sich im Rückkopplungszweig einer Verstärkeranordnung befindet, deren Eingang von der zweiten Meßgröße gesteuert wird und somit die Ausgangsgröße des Widerstandsnetzwerkes oder der Verstärkeranordnung (Spannung oder Strom) ein Maß für das Produkt der Momentaxlwerte der Meßgrößen ist.
Ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zeigt Fig. 1.
In einem hinter dem Stromwandler 1 angeordneten Analog-Digital-Wandler (ADW) 2 wird mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz der Strom I gemessen. Die Ausgänge des ADW steuern die Schalter 11 bis S1n und S21 bis S2n des symmetrischen Netzwerkes 4. silber einen mit Mittelanzapfung versehenen Spannungswandler 3 wird das Netzwerk mit zwei von der Meßspannung U abgeleiteten gegenphasigen Spannungen U, gespeist. Die Funktion der Schaltung ist dabei folgende: Sofern der Meßstrom I = ist, haben beide Zweige des Netzwerkes gleiche Leitwerte. Der Ausgangsstrom des Netzwerkes im ist Null. Für I + 0 wird der Leitwert in dem einen Zweig erhöht und im anderen in dem gleichen Maße vermindert. Der Ausgangsstrom im ist dann dem Produkt aus der Speisespannung Us und der Differenz der Leitwerte der beiden Zweige, und da diese Differenz dem zu messenden Strom I proportional ist, auch dem Produkt U.I proportional. Durch einen Integrator 5, Komparator 6, Univibrator 7, Referenzstromquelle 8, Schalter 9 und Register 10 wird die Schaltung in bekannter Weise zu einem Elektrizitätszähler vervollständigt. Das hier gegebene Beispiel läßt sich dann vorteilhaft anwenden, wenn der ADW 2 Bestandteil eines fehlerkompensierten Stromwandlers mit digitaler Steuerung des Kompensationsstromes ist, da sich ein solcher Wandler durch kleine Fehler über einen großen Strommeßbereich auszeichnet. Zusammen mit der relativ großen Aussteuerbarkeit des stabilen und linearen Widerstandsnetzwerkes besitzt die Anordnung eine hohe Stabilität und geringe Meßunsicherheit.
Ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zeigt Fig. 2. Kier werden die Momentanwerte der über einen Spannungswandler 3 passend übersetzten Eingangsspannung U mittels eines ADW-2 für eine große Zahl gleichmäßig über die Periode der Meßfrequenz verteilten Zeitpunkte bestimmt und hierbei die Zahlenwerte Z1 erhalten, die ein die Verstärkung V eines Verstärkers 12 bestimmendes Widerstandsnetzwerk 4 steuert.
Dieser Verstärker verstärkt die an der Bürde 11 eines Stromwandlers 1 abfallende Spannung Ub Wird die Verstärkung V so gesteuert, daß sie der Beziehung V = V0 +oLU genügt, wobei d el ein Proportionalitätsfaktor ist, so ist im Ausgangssignal Um =VoUb + r UbU außer einem Wechselstromsignal eine Eomponente vorhanden, die dem Produkt der Augenblickswerte von Ub und U proportional ist, wobei dessen zeitlicher Mittelwert der zu messenden elektrischen Leistung proportional ist. Die vorgenannte lineare Steuerung der Verstärkung wird dadurch erhalten, daß in an sich bekannter Weise der aus einer Parallelschaltung passend gestufter Widerstände resultierende Widerstand R des Netzwerkes entsprechend der Beziehung R = Ro+z3Z1 gesteuert wird. Dabei ist Rg der für die Grundverstärkung V0 erforderliche Grundwiderstand und ßZ1 die dem Momentanwert der Meßspannung U proportionale Widerstandsänderung. Um prinzipbedingten Nichtlinearitäten Rechnung zu tragen, wird dazu in ebenfalls bekannter Weise eine Umkodierung des Zahlenwertes Z1 in eine Reihe von Steuersignalen Z2 vorgenommen. Die entsprechend Fig. 1 hinzugefügten Funktionsgruppen ergänzen die Schaltung ebenfalls zu einem Elektrizitätszähler.
Im Beispiel Fig. 2 kann auf den Bürdenwiderstand 11 auch verzichtet werden, wenn die Sekundärwicklung des Stromwandlers 1 unmittelbar in den Summenpunkt eines invertierenden Verstärkers einspeist, dessen Rückkopplungswiderstand wie vorstehend beschrieben gesteuert wird.
Die erfindungsgemäßen Anordnungen lassen neben einer guten Langzeitstabilität außerdem eine verminderte Anfälligkeit gegenüber Netzstörungen erwarten.

Claims

Patentanspruch Anordnung einer elektronischen Multiplizierschaltung in der Form eines gesteuerten Widerstandsteilers, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Netzwerk, bestehend aus Widcrständen und elektronischen Schaltern, Widerstände in an sich bekannter Weise so in Reihe oder parallel oder in Reihe und parallel geschaltet (gesteuert) werden, daß das resultierende Teilverhältnis oder der sich ergebende Leitwert des Ne-tzwerkes jeweils einem Zahlenwert proportional ist, wobei die Steuerung der Schalter entweder direkt oder über eine Umkodierschaltung von den Ausgängen eines Analog-Digital-Wandlers aus erfolgt, der mit einer im Verhältnis zur Meßfrequenz hohen Abtastfrequenz einen dem jeweiligen Momentanwert der einen Eingangsgröße proportionalen Zahlenwert abgibt und das Widerstandsnetzwerk entweder von der zweiten zu messenden Größe gespeist wird oder sich im Rückkopplungszweig einer Verstärkeranordnung befindet, deren Eingang von der zweiten Meßgröße gesteuert wird, und somit die Ausgangsgröße des Widerstandsnetzwerkes oder der Verstärkeranordnung (Spannung oder Strom) ein Maß für das Produkt der Momentanwer-te der Meßgrößen ist.