DE3005672A1

DE3005672A1 - Verfahren zum messen eines parameters

Info

Publication number: DE3005672A1
Application number: DE19803005672
Authority: DE
Inventors: David Louis Fletcher; Walter Olaf Stadlin
Original assignee: Leeds and Northrup Co
Current assignee: Leeds and Northrup Co
Priority date: 1979-02-16
Filing date: 1980-02-15
Publication date: 1980-10-30
Also published as: IT1209179B; GB2044028A; IT8019398A0; US4240149A; FR2449285B1; FR2449285A1; GB2044028B; JPS55149862A

Description

LEEDS & NORTHRUP COMPANY, North Wales, Pennsylvania, VStA Verfahren zum Messen eines Parameters

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen eines Parameters, dessen Wert als das zeitliche Integral einer Funktion mindestens einer Variablen berechenbar ist, deren Wert einen periodischen Verlauf hat.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Verwendung eines Mikroprozessors zum Messen beispielsweise des Effektivwerts einer Spannung, des Effektivwerts eines Stroms, des Mittelwerts einer Leistung und einer Energie durch Berechnung aus den Ausgangsgrößen von Strom- und Spannungswandlern.

Die Verwendung eines Mikroprozessors zur Berechnung der gewünschten Meßgrößen aus den Ausgangsgrößen eines Strom- und eines Spannungswandlers hat gegenüber bekannten Verfahren den Vorteil, daß nicht für alle Meßgrößen eine eigene Meßvorrichtung erforderlich ist und der Mikroprozessor eine Ausgangsgröße liefert, die in einen zentralen Rechner zur Durchführung weiterer Datenverarbeitungsoperationen übertragen werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß der Wert der Variablen periodisch mit einer Frequenz abgetastet wird, die synchron mit dem periodischen Verlauf ist, und daß der Wert der Funktion periodisch als die Summe der Werte für die Funktion berechnet wird, die in Übereinstimmung mit den Werten aller Abtastungen bestimmt wird, die während der Zeit zwischen den Berechnungen ausgeführt wurden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 den Verlauf einer elektrischen Größe mit Abtastpunkten bei einer Messung und

03 0 044/0579

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Dieses Verfahren beruht auf der Tatsache, daß sich eine genaue Integralgleichung durch eine endliche Summengleichung wie folgt annähern läßt:

T N

y = \ x-dt ~\ X_n- At_n (1)

ο n=1

wobei y der gemessene Parameter und χ eine Funktion der Variablen ist, deren Integration über die Zeit T den Wert des Parameters ergibt. Mit N ist die Anzahl der Abtastungen, die zwischen Berechnungen (während der Zeit T) ausgeführt werden, und mit At die Abtastperiodendauer bezeichnet. Die Abtastperioden-

A T

dauer ist dann Δι » s? . Je größer die Anzahl der Abtastungen und je kleiner die Abtastperiodendauer ist, umso besser wird das genaue Integral durch die endliche Summe angenähert.

Wenn die Variable oder Variablen, die den Parameter bestimmen, Werte mit einem periodischen Verlauf aufweisen, erfolgt eine Anzahl von Abtastungen des Wertes dieser Variablen während jeder Periode des periodischen Verlaufs, wobei die Abtastfrequenz asynchron zur Frequenz der Variablen ist. Die Abtastpunkte verschieben sich daher relativ zur Variablen, so daß nach einiger Zeit alle Teile des Verlaufs der Variablen abgetastet sind. Wenn der Verlauf der Variablen nicht symmetrisch zum Mittelwert ist, muß die Anzahl der Abtastungen sehr groß sein, während bei symmetrischem Verlauf eine kleinere Anzahl von Abtastungen genügt.

Zweckmäßigerweise wird ein Mikroprozessor zur Berechnung der gewünschten Funktion der Variablen und des Wertes des gemessenen Parameters verwendet. So ist es möglich, Parameter eines 50 Hz- oder 60 Hz-Stromversorgungssystems unter Verwendung üblicher Strom- und Spannungswandler zur Bildung von Eingangs-

030044/0579

größen eines Mikroprozessors über Analog/Digital-Umsetzer, so daß die Eingangsgrößen die Daten darstellen, die zur Berechnung der Parameter, wie der Effektivspannung, des Effektivstroms, der mittleren Leistung und der Energie, erforderlich sind, zu messen.

Wenn Fig. 1 die periodische Variable, z.B. einen Strom oder eine Spannung, in Abhängigkeit von der Zeit darstellt, weichen die an den Punkten A1 bis A5 abgetasteten Werte von den an den Punkten B1 bis B5 abgetasteten Werten ab, während diese wiederum von den an den Punkten C1 bis C5 abgetasteten Werten abweichen. Im Verlaufe mehrerer Perioden verschiebt sich daher der Abtastpunkt relativ zu dem in Fig. 1 dargestellten Verlauf, so daß nach mehreren Perioden eine Schwingung vollständig abgetastet ist.

Wenn die Frequenz der in Fig. 1 dargestellten Schwingung 60 Hz beträgt, dann beträgt die Periodendauer einer idealen Sinusschwingung 16,667 Millisekunden, so daß die Abtastperiodendauer 3,125 Millisekunden bei fünf Abtastungen pro Periode der Sinusschwingung betragen kann, obwohl die Periodendauer von 3,125 Millisekunden kein ganzzahliger Bruchteil von 16,66? Millisekunden ist. Bei einer Frequenz von 50 Hz beträgt die Periodendauer 20 Millisekunden, während die Abtastperiodendauer 3*75 Millisekunden betragen kann. Wenn beispielsweise der Effektivwert der Spannung berechnet werden soll, kann dies wie folgt ausgeführt werden:

U =/,i \ u².dt A\\ ^ »n ' l4^ -f- (2)

ö [ n=1 n=1

In ähnlicher Weise ergibt sich für den Effektivwert des Stroms die Beziehung

030C44/0579

- β

Die Variablen u und i stellen die Augenblickswerte von Spannung und Strom dar, die über Spannungs- und Strommeßwandler sowie Analog/Digital-Umsetzer erfaßt werden. So geben nach Fig. 2 Analog/Digital-Umsetzer 12, 14, 16 und 18 Spannungsund Stromwerte in einen Mikroprozessor 20 ein. An den Mikroprozessor 20 ist vorzugsweise ein Festwertspeicher (ROM) 22, ein Direktzugriffspeicher (RAM) 24, ein Taktimpulsgeber und eine Stromversorgungseinrichtung angeschlossen, so daß der Mikroprozessor die erforderlichen Berechnungen ausführen kann.

Die vom Mikroprozessor errechneten Werte können von einem Decodierer 28 direkt decodiert und einer Digitalanzeigeeinrichtung 30 zur Anzeige des Wertes des Parameters zugeführt werden. Ferner kann die Ausgangsgröße des Mikroprozessors gemäß Fig. 2 über einen Sender 32 in einen zentralen Rechner übertragen werden, der die ermittelten Daten weiter verarbeitet.

Ferner lassen sich nach diesem Verfahren mit Vorteil die mittlere Leistung und Energie messen.

Die mittlere Leistung ist

P=Al u-i-cLt *" X > (u.i)

n=1

(4)

So kann ein Produkt zweier Zahlen durch Nachschlagen in einer Tabelle ermittelt werden, wobei ein geeigneter Schiebebefehl für die durch den Faktor η-ψ dargestellte Division vorgesehen wird.

Die Energie ist wie folgt definiert: T N

W = J u.i-dt « § Σ ο η=1

(5)

0 3 0 0 4 4/0579

Diese Gleichung stellt die Energie in einer bestimmten Zeit T dar, die direkt proportional zur Abtastperiodendauer und der Anzahl der Abtastungen ist.

Zusammenfassend wird daher das Integral einer Funktion einer periodischen Variablen X periodisch als die Summe von Funktionswerten berechnet, die durch Abtastungen in Zeitpunkten A1, A2 .... A5, B1 ... usw. ermittelt wurden, wobei die Abtastfrequenz asynchron in bezug auf die Frequenz der Variablen X ist. So kann beispielsweise der Effektivwert einer Spannung

also U 4|ψ \ u *dt , in der FormW f -3- berechnet werden, wobei

N die Anzahl der Abtastungen zwischen den Berechnungen ist. Dieses Verfahren ermöglicht die Verwendung eines Mikroprozessors.

030044/0579

Leerseite

Claims

Paienfanwälfe Relabel u. Reichel Parksiraße 13 Frankfurt σ. Μ. 1 9558 LEEDS & NORTHRUP COMPANY, North Wales, Pennsylvania, VStA Patentansprüche

1. Verfahren zum Messen eines Parameters, dessen Wert als das zeitliche Integral einer Funktion mindestens einer Variablen berechenbar ist, deren Wert einen periodischen Verlauf hat,

dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Variablen periodisch mit einer Frequenz abgetastet wird, die synchron mit dem periodischen Verlauf ist, und daß der Wert der Funktion periodisch als die Summe der Werte für die Funktion berechnet wird, die in Übereinstimmung mit den Werten aller Abtastungen bestimmt wird, die während der Zeit zwischen den Berechnungen ausgeführt wurden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter der Effektivwert einer Spannung ist, die Variable die Augenblicksspannung u bei jeder Abtastung η ist und die Funktion der Variablen die Größe u/N ist, wobei N die Anzahl der Abtastungen zwischen den Berechnungen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter der Effektivwert eines Stroms ist, daß die Variable der Augenblicksstrom i bei jeder Abtastung η ist und daß die Funktion der Variablen die Größe i_n/N ist, wobei N die Anzahl der Abtastungen zwischen den Berechnungen ist.

Q3C0U/0579

BAD ORIÖlNAL

4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter eine mittlere Leistung ist, daß bei jeder Abtastung η die Variablen u und i sind und daß die Funktion

1 Γ 2 21

der Variablen die Größe γ^~- (u+i)^ - (u-i)^ ist, wobei N die Anzahl der Abtastungen zwischen Berechnungen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter eine Energie während einer Periodendauer T ist, daß bei jeder Abtastung η die Variablen u und i sind und die Funktion dieser Variablen die Größe (u«i) ist.

30 0^4/0579