DE2749784C2

DE2749784C2 -

Info

Publication number: DE2749784C2
Application number: DE2749784A
Authority: DE
Inventors: Shikei Chigasaki Kanagawa Jp Tanaka; Kunihiko Matsui; Tetsuji Yokohama Jp Kobayashi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-03-18
Filing date: 1977-11-07
Publication date: 1987-07-02
Also published as: GB1594959A; DE2749784A1; US4199696A

Description

Die Erfindung betrifft eine Multiplizierschaltung für Wattstundenzähler nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE-PS 11 37 507 ist eine Schaltungsanordnung zum temperaturunabhängigen Abbilden eines Magnetfelds, eines dieses Feld erzeugenden Stroms oder des Produkts zweier elektrischer Größen mittels eines magnetfeldabhängigen Halbleiters bekannt, bei dem mit dem Halbleiter ein temperaturabhängiger Widerstand verbunden ist, dessen Temperaturgang mit dem Halbleiter gleichsinnig ist. Der Widerstandswert des in Reihe mit dem Halbleiter geschalteten temperaturabhängigen Widerstands ist gegenüber dem Widerstandswert des Halbleiters groß. Die Sekundärwicklung eines Transformators ist mit dem Widerstand und dem magnetfeldabhängigen Halbleiter in Reihe geschaltet, und ein Spannungsmesser mißt den am Halbleiter auftretenden Gleichspannungsabfall, der als Meßgröße dient.

Weiterhin ist aus der US-PS 30 54 952 ein eine Multiplizierschaltung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art bildendes System zum Messen oder Anzeigen von Drehstromleistung bekannt, wobei zwei Hall-Elemente benutzt werden, die jeweils im Luftspalt von Elektromagneten liegen, die über verschiedene Phasen der Drehstromleistung angesteuert sind. Die Steuerstrom-Ausgangsanschlüsse der Hall-Elemente sind mit einem Oszillograph verbunden.

Ausgehend von einer Multiplizierschaltung der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Multiplizierschaltung in bauteilsparender Weise so auszubilden, daß Temperaturänderungen an den Hall-Elementen praktisch keinen störenden Einfluß ausüben können und daß die Ausgangsgröße den Wert der Effektivleistung für die Anzeige im Wattstundenzähler abgibt.

Diese Aufgabe wird bei einer Multiplizierschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung ermöglicht eine in bauteilsparender Weise gestaltete Multiplizierschaltung, bei der Temperaturänderungen an den Hall-Elementen die Ausgangsgröße praktisch nicht beeinflussen, die die Effektivleistung zur Anzeige bringt.

Die Last- oder Eingangsspannung durch den Transformator wird hochgespannt, und diese vergrößerte Spannung wird als konstanter Steuerstrom an die hochohmigen Widerstandselemente angelegt. Infolge der Zusammenschaltung der beiden Hall-Elemente wird eine stabile Hall-Ausgangsspannung praktisch entsprechend dem Doppelten der Ausgangsspannung eines einzigen Hall-Elements geliefert. Weiterhin werden die jeweiligen Steuerströme so gesteuert, daß sich die Fehlanpassungsspannungen der einzelnen Hall-Elemente praktisch aufheben. Auf diese Weise wird eine hohe Genauigkeit der Leistungs- bzw. Verbrauchsmessung auch im Bereich niedriger Last, d. h. bei kleinem Eingangsstrom gewährleistet.

Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Wattstundenzählers mit einer Multiplizierschaltung und

Fig. 2 ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 veranschaulicht in Blockschaltbildform einen vollständigen Wattstundenzähler unter Verwendung einer Multiplizierschaltung. Dabei werden ein Laststrom I _L und eine Lastspannung V _L an einen eine Wandlereinrichtung bildenden Strom/Spannung-Wandler 1 angelegt. In diesem Wandler 1 werden der Laststrom I _L in ein Vorspannmagnetfeld und die Lastspannung V _L in einen Steuerstrom umgewandelt. Diese umgewandelten Größen werden einem Hall-Element aufgeprägt, das seinerseits eine der Lastleistung proportionale Hall-Ausgangsspannung V _H liefert, d. h. I _L × V _L. Die Ausgangsspannung V _H wird einer Differentialverstärkerschaltung 2 aus drei Operationsverstärkern 21, 22 und 23 eingegeben, in welcher die phasengleichen Komponenten beseitigt bzw. unterdrückt werden und diese Spannung verstärkt wird. Die Ausgangsspannung der Differentialverstärkerschaltung 2 wird zu einem Spannung/Frequenz-Wandler 3 geleitet, der Impulse mit einer Frequenz entsprechend der Ausgangsspannung der Verstärkerschaltung 2 liefert. Diese Impulse werden einem Speicher/Zähler 4 eingegeben und darin gezählt und gespeichert. Der Meßwert wird dann an einer Anzeige 5 mit Leuchtdioden angezeigt. Die angezeigte Größe gibt die verbrauchte Leistung, d. h. das Produkt aus Laststrom I _L und Lastspannung V _L wieder. Der Speicher/Zähler 4 kann aus einem leistungslosen Halbleiterspeicher oder einem mechanischen Zähler unter Verwendung eines Schrittmotors o.dgl. bestehen.

In Fig. 2 ist eine Ausgangsklemme eines Hall-Elements 41 ist mit derselben Klemme eines Hall-Elements 42 im Hinblick auf die Polaritäten von Fehlanpassungsspannungen der betreffenden Elemente 41 und 42 verbunden. Elektromagnetische Spulen 53 und 54, denen der Laststrom I _L zugeführt wird, erzeugen Vorspannungsmagnetfelder für die Hall-Elemente 41 bzw. 42.

Die Lastspannung V _L wird einem Transformator 55 eingespeist, in dessen Sekundärwicklungen 56 und 57 jeweils eine Hochspannung von mehreren hundert Volt induziert wird, welche wiederum durch Regelwiderstände 58 bzw. 59 in je einen Steuerstrom für die Hall-Elemente 41 bzw. 42 umgewandelt werden. Die Verwendung der hochohmigen Widerstände 58 und 59 ermöglicht die Einspeisung der konstanten Steuerströme in die Hall-Elemente 41 und 42 unabhängig von Schwankungen der Temperatur und des Innenwiderstands derselben.

Wenn in der nicht dargestellten Last Strom verbraucht wird, fließt der Laststrom I _L in die Spulen 53 und 54, die ihrerseits Magnetfelder entsprechend dem Laststrom I _L erzeugen, die als Vorspannmagnetfelder die Hall-Elemente 41 und 42 beeinflussen. Dabei werden die Steuerströme und die Vorspannmagnetfelder an die Hall-Elemente 41 und 42 einer für den vorliegenden Fall geeigneten Beziehung angelegt. Infolgedessen erzeugen die beiden Hall-Elemente 41, 42 an ihren Ausgangsklemmen eine Hall-Ausgangsspannung V _H entsprechend der augenblicklichen Leistung, d. h. dem Produkt aus der Stärke des Vorspannungsmagnetfeldes und dem Steuerstrom, unter Aufhebung der Fehlanpassungsspannungen der Hall-Elemente. Die augenblickliche Leistung P bestimmt sich durch die Gleichung

P = V _o I _o · cos ϕ - V _o · I _o · cos (2 ω t + ϕ) (1)

in welcher die Spannung 2 V _o sin ϕ und der Strom I _o sin (ω t + d) entsprechen. In Gleichung (1) bedeutet V _o I _o cos ϕ eine Gleichstromkomponente und eine effektive Leistung.

Der Strom/Spannung-Wandler 1 erzeugt die Hall-Ausgangsspannung V _H entsprechend der Augenblicksleistung P, die ihrerseits der nicht-invertierenden Eingangsklemme eines Operationsverstärkers 61 einer kompensierenden Verstärkerschaltung 2 a zugeführt wird. Letztere umfaßt den Operationsverstärker 61, Widerstände 62 und 63 sowie Kondensatoren 64 und 65, und sie stellt eine Art Tiefpaßfilter dar, welches die Effektivleistung entsprechend der Gleichstrom- oder -spannungskomponente V _o I _o cos ϕ ausfiltert.

Claims

1. Multiplizierschaltung für Wattstundenzähler,

- mit zwei Hall-Elementen (41, 42), die jeweils zwei Steuerstrom-Eingangsklemmen und zwei Hall-Ausgangsspannungsklemmen aufweisen,
- mit zwei Elektromagneten (53, 54), die jeweils eine mit einem Laststrom zur Erzeugung eines Magnetfelds beaufschlagte und dieses Magnetfeld an das Hall-Element (41, 42) anlegende elektromagnetische Spule besitzen,
- mit einer Wandlereinrichtung zur Umwandlung einer Lastspannung in Steuerströme und zur Anlegung derselben an die jeweiligen Steuerstrom-Eingangsklemmen über jeweils ein Widerstandselement (58, 59), das an der jeweiligen Sekundärwicklung in Reihe mit den Steuerstrom-Eingangsklemmen angeschaltet ist,
- bei der die Hall-Elemente (41, 42) an den Hall- Ausgangsklemmen eine Hall-Ausgangsspannung entsprechend dem Produkt aus dem Laststrom und der Lastspannung erzeugen, wobei jeweils eine Ausgangsklemme des ersten und des zweiten Hall-Elements (41, 42) miteinander verbunden sind und die anderen Ausgangsklemmen auf eine Auswerteeinrichtung führen,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Wandlereinrichtung aus einem Aufwärts-Transformator (55) mit einer Primärentwicklung und zwei Sekundärwicklungen (56, 57) besteht und
- als Teil der Auswerteeinrichtung eine kompensierende Verstärkerschaltung (2 a) vorgesehen ist, die Tiefpaßcharakteristik aufweist.

2. Multiplizierschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement ein variabler, hochohmiger Widerstand (58, 59) ist.

3. Multiplizierschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltung einen Operationsverstärker (61), Widerstände (62, 63) und Kondensatoren (64, 65) umfaßt.