DE2726282C3

DE2726282C3 - Voltage measuring arrangement for instantaneous values

Info

Publication number: DE2726282C3
Application number: DE2726282A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Kaufhold
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-06-10
Filing date: 1977-06-10
Publication date: 1979-12-20
Also published as: CA1129005A; DE2726282B2; DE2726282A1; GB1604602A; SE7806369L

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannungsmeßanordnung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a voltage measuring arrangement according to the preamble of the main claim.

Unter Ausnutzung der Tatsache, daß (sin²* + cos²«) = 1 hat man bisher aus einer gegebenen Sinusspannung durch phasendrehende Glieder eine entsprechende CosinUsspännüng (orthogonale Kömpönente) gebildet, beide Größen quadriert und die Quadrate summiert, so daß theoretisch die gewünschte Gleichgröße übrig blieb, (DE-PS 7 25 551). Die phasendrehenden Glieder bedingen entweder einen nichtvernachlässigbaren Zettverzug von mindestens I ms (bis etwa 3 ms) sowie eine Frequenzabhängigkeit (Allpaßverhalten) oder weisen starke Oberschwingungsempfindlichkeit auf, die durch zusätzliche, Zeitverzögerungen hervorrufende Glättungsmaßnahmen gemildert werden muß.Taking advantage of the fact that (sin ² * + cos ² «) = 1, a corresponding cosine voltage (orthogonal component) has been formed from a given sinusoidal voltage by phase-shifting elements, both variables have been squared and the squares summed up, so that theoretically the desired constant variable remained, (DE-PS 7 25 551). The phase-shifting elements either cause a non-negligible delay of at least I ms (up to about 3 ms) and a frequency dependency (all-pass behavior) or have strong harmonic sensitivity, which must be alleviated by additional smoothing measures that cause time delays.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung der genannten Art zu schaffen, die bei wesentlich kleinerer Zeitverzögerung weitgehend unabhängig von Frequenzänderungen und der Kurvenform in einem großen Bereich vom Ausgangswert ohne zusätzliche Glättungsmittel auskommt
Die Lösung der Aufgabe gelingt durch MaßnahmenThe invention is based on the object of creating a measuring arrangement of the type mentioned which, with a significantly smaller time delay, works largely independently of frequency changes and the shape of the curve in a large range from the initial value without additional smoothing means
The task is solved by taking measures

ίο entsprechend dem Kennzeichen des Hauptanspruchs.ίο according to the identifier of the main claim.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen,Advantageous embodiments of the invention are the subject of subclaims,

Eine schnell integrierende Meßanordnung (ty<0,1 ms in einem Bereich von —50% bis +100% vom Ausgangswert mit einer Ersatzzeitkonstante σ<0,1 ms und einer Gleichspannungswelligkeit von weniger als ±2% bei 50 Hz läßt sich durch Maßnahmen nach dem Kennzeichen des Anspruchs 2 erreichen. Dabei wird die Gleichstromgröße (genau gesprochen deren Quadrat) durch getrennt wirksame Vorzeichenregelungen über eine Integration gebildet wobei die getrennten Regelstrecken für Aufwärts- und für Abwärtsregelung der Amplitude durch Einstellen einer schwachen Gegenkopplung eine Beeinflussung der Kurvenform in der Gleichgroße und damit eine Verringerung der Welligkeit ergeben, trotz der kleinen Integrationszeit r <0,l ms, die allein das Zeitverhalten der Meßanordnung bestimmt wenn man das Übertragungsverhalten der Integrierglieder (Operationsverstärker) im MHz-Bereich vernachlässigt Die Schaltung ist insbesondere für die Regelung statischer Phasenschieber sowie elektronischer Schutz- und Regelgeräte vorteilhaftA rapidly integrating measuring arrangement (ty <0.1 ms in a range from -50% to + 100% of the initial value with an equivalent time constant σ <0.1 ms and a DC voltage ripple less than ± 2% at 50 Hz can be achieved by measures according to the characterizing part of claim 2. The DC quantity (to be more precise, its square) through separately effective sign regulations an integration is formed with the separate control systems for upward and downward regulation the amplitude by setting a weak negative feedback influencing the curve shape in of the same size and thus a reduction in ripple, despite the short integration time r <0.1 ms, which alone determines the time behavior of the measuring arrangement if one considers the transmission behavior the integrating elements (operational amplifier) in the MHz range neglected The circuit is particular advantageous for the control of static phase shifters as well as electronic protection and control devices

In Fig. 1 ist das Prinzip der Erfindung, in Fig.2 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel einerIn Fig. 1 the principle of the invention is shown in Fig.2 schematically illustrated embodiment of a

}5 Meßanordnung nach der Erfindung gezeigt Gleiche Teile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.} 5 measuring arrangement according to the invention shown same Parts are provided with matching reference numerals.

Die prinzipielle Wirkungsweise der Erfindung ist aus F i g. 1 ersichtlich, bei der eine Wechselgröße Ä sin λThe basic mode of operation of the invention is shown in FIG. 1 seen in an alternating quantity Ä sin λ

-to einem nullpunkteinstellbaren ersten Multiplizierer 1 zur Quadrierung zugeführt wird Die quadrierte Ausgangsgröße Ä² sin²« wird unmittelbar einem ersten Eingang einer ersten Additionsstufe 2 und außerdem einem invertierenden Verstärker mit Verstärkungsfaktor »Eins« in Form eines Operationsverstärkers 3 zugeführt, dessen Ausgangsgröße -Ä²sm²ix dem ersten Eingang einer zweiten Additionsstufe 4 zugeführt wird Dem zweiten Eingang der besagten Additionsstufe 4 wird eine Größe Ä^srn² » + cos²«) — Ä² zugeführt, die mit der erstgenannten Eingangsgröße am Ausgang der Additionsstufe 4 die Wechselgröße A² cos² α ergibt die dann dem zweiten Eingang der ersten Additionsstufe 2 zugeführt wird und in diesem mit der Größe Ä² sin² λ die erwähnte Gleichgröße Ä² ergibt, aus der in bekannter Weise die Gleichgröße A erhalten werden kann.-to a zero-adjustable first multiplier 1 for squaring. The squared output quantity Ä ² sin ² 'is fed directly to a first input of a first addition stage 2 and also to an inverting amplifier with a gain factor of "one" in the form of an operational amplifier 3, the output quantity of which is -Ä ² sm ² ix is fed to the first input of a second addition stage 4. The second input of said addition stage 4 is supplied with a variable srn ² "+ cos ² ") - ² which, with the first-mentioned input variable at the output of addition stage 4, the alternating variable A ² cos ² α results which is then fed to the second input of the first addition stage 2 and in this with the quantity ² sin ² λ results in the mentioned constant ^{value 2} , from which the constant value A can be obtained in a known manner.

In F i g. 2 ist dasselbe für eine Wechselgröße A sin ωί mit einer geregelten Schaltung gezeigt In der Verbindung zwischen der ersten und zweiten Additionsstufe 2 und 4 ist eine Regelsehaltung mit getrennt wirksamen Vorzeichenregelungen über eine Integration gezeigt. Zur Aufwärtsregelung dient die Reihenschaltung einer Sperrdiode 14 mit einem Proportionalverstärker 10 mit variablem Verstärkungsfaktor und für die Abwärtsregelung ein Proportionalverstärker 6 mit Vorhalt (PD-Regler), die beide auf eine Additionsstufe 7 arbeiten, wobei der Proportionalverstärker 6 vom Ausgang einer Additionsstufe 5 gespeist wird, derenIn Fig. 2 the same is shown for an alternating variable A sin ωί with a regulated circuit. In the connection between the first and second addition stage 2 and 4, a regulation system with separately effective sign regulations via an integration is shown. The series connection of a blocking diode 14 with a proportional amplifier 10 with a variable gain factor is used for upward regulation and for downward regulation a proportional amplifier 6 with lead (PD controller), both of which work on an addition stage 7, the proportional amplifier 6 being fed from the output of an addition stage 5, whose

erster Eingang mit dem Ausgang der ersten Additionsstufe 2 verbunden ist, und deren zweiter Eingang über einen zweiten Proportionalverstärker Il mit variablem Verstärkungsfaktor und über eine Sperrdiode 13 schwach rückgekoppelt auf den zweiten Eingang der zweiten Additionsstnfe 4 und außerdem mit dem Ausgang eines nullpunkteinstellbaren zweiten Multiplizierers 9 verbunden ist Der Multiplizierer 6 multipliziert die Größe Ä„m eines Gleichspannungssollwertgebers 12 mit der Ausgangsgröße eines integrierenden Verstärkers 8, dem die Ausgangsgröße der erwähnten Additionsstufe 7 zugeführt wird. Am Ausgang des Multiplizierers tritt somit die Gleichgroße A² auf, aus der die gewünschte Gleichgröße Ä in bekannter Weise gewonnen werden kann. Die Sperrdiode 13 zwischenThe first input is connected to the output of the first addition stage 2, and the second input is connected to the second input of the second addition stage 4 via a second proportional amplifier II with a variable gain factor and weakly fed back via a blocking diode 13 and also to the output of a zero-adjustable second multiplier 9 The multiplier 6 multiplies the quantity A "m of a direct voltage setpoint generator 12 by the output quantity of an integrating amplifier 8, to which the output quantity of the aforementioned addition stage 7 is fed. The constant A ² thus occurs at the output of the multiplier, from which the desired constant A can be obtained in a known manner. The blocking diode 13 between

Multiplizierer 9 und Additionsstufe 4 ist erforderlich, um zu jedem Zeitpunkt ein vorzeichengereebtes Ausgangs signal zu erhalten.Multiplier 9 and addition stage 4 are required to produce a signed output at all times signal to receive.

Mit einer solchen Schaltung lassen sich auch aus einer verzerrten Wechselgröße Gleichgrößen erhalten, die unabhängig von Frequenzänderung schnell den Scheitelwertänderungen folgen.With a circuit of this type, direct quantities can also be obtained from a distorted alternating quantity quickly follow the changes in the peak values regardless of the frequency change.

Um geringe Welligkeiten ohne zusätzlichen Glättungsaufwand zu erreichen, wird der Proportionalverstärker IO auf einen Verstärkungsfaktor V_P zwischen Eins und Zehn, der Proportionalverstärker 6 auf einen Verstärkungsfaktor Vp von etwa Zwei sowie der Proportionalverstärker 11 auf einen Verstärkungsfaktor V_p zwischen Null und Zwei eingestellt.In order to achieve low ripples without additional smoothing, the proportional amplifier IO is set to a gain factor V _P between one and ten, the proportional amplifier 6 to a gain factor Vp of approximately two and the proportional amplifier 11 to a gain factor V _p between zero and two.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claims;

1. Voltage measuring arrangement for instantaneous values, in which the sum of the squared sine and Cosine oscillations of the same frequency, amplitude and curve shape are proportional to the peak value Equal size is obtained, characterized in that the sinusoidal oscillation of a multiplier (1) squared on the one hand directly to a first addition stage (2) and on the one hand others are fed via an inverting element (3) to a second addition stage (4), the output of which with the second input of the first addition stage is connected, and that between the output of the first and second input of the second addition stage (2, 4) a feedback control circuit with setpoint generator (12) for the peak value proportional The same quantity is switched, which is influenced by the output of the wide addition stage (4) will.

2. Measuring arrangement according to claim 1, characterized in that the output of the first Addition stage (2) is connected to the first input of a third addition stage (S), whose Output via a PD controller (6) in connection with the first input of a fourth addition stage (7) whose second input is via a first proportional amplifier (10) and a blocking diode (14) is connected to the first and second addition stages (2, 4) and the output of the fourth Addition stage (7) via t / nen J-controller (8) on one from the setpoint generator stored second multiplier (9) is performed, at the older of which a second Blocking diode (13) connected to the second addition stage (4) and via a second proportional amplifier (11) the output fed back to the third addition stage (5) removed the constant value will

3. Measuring arrangement according to the preceding claims, characterized in that the Multipliers (1,9) are zero point adjustable.

4. Measuring arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that the proportional amplifier (10) for the upward regulation to a gain factor 1 <V _p < 10 and the proportional amplifier (11) for the feedback to a gain factor 0 < V _p <2 and the proportional amplifier with lead (6) for the downward regulation is set to a gain factor V _p ~ 2