DE3021003A1 - Measuring flow direction in electrical power supply - using bias voltage for two pulse-generating comparators - Google Patents
Measuring flow direction in electrical power supply - using bias voltage for two pulse-generating comparatorsInfo
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Abstract
Description
Schaltungsanordnung zur Ermittlung der Energiefluß-Circuit arrangement for determining the energy flow
richtung in einem elektrischen Energieversorgungsnetz Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung der Energieflußrichtung in einem elektrischen Energieversorgungsnetz mit einer Schaltungseinheit zur Bildung mindestens eines Rechteckimpulses aus einer aus dem Strom im Energieversorgungsnetz abgeleiteten Meßgröße und mit einer weiteren Schaltungseinheit zur Bildung mindestens eines Rechteckimpulses aus einer aus der Spannung des Energieversorgungsnetzes abgeleiteten weiteren Meßgröße sowie mit einer die Rechteckimpulse vergleichenden Stufe, die den Schaltungseinheiten nachgeordnet ist.direction in an electrical power supply network The invention relates to a circuit arrangement for determining the direction of energy flow in an electrical power supply network with a circuit unit for formation at least one square pulse from one from the current in the power supply network derived measured variable and with a further circuit unit to form at least a square pulse from a derived from the voltage of the power supply network further measured variable as well as with a stage comparing the square-wave pulses, the is arranged downstream of the circuit units.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DE-OS 23 37 314 bekannt. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung geht es jedoch darum, bei einem plötzlichen Verschwinden einer Meßgröße die Funktionsfähigkeit der Schaltungsanordnung aufrecht zu erhalten, also weiterhin eine Richtungsbestimmung mit definiertem Verhalten zu erreichen. Dazu ist hier eine astabile Kippstufe vorgesehen, die mit der Spannung des elektrischen Energieversorgungsnetzes synchronisiert ist. Bricht die Spannung zusammen, dann gibt die astabile Kippstufe Impulse ab, die mit der Spannung des Energieversorgungsnetzes phasengleich sind. Trotz zusammengebrochener Spannung läßt sich daher mit der bekannten Schaltungsanordnung die Richtung des Energieflusses eindeutig bestimmen.Such a circuit arrangement is known from DE-OS 23 37 314. In this known circuit arrangement, however, it is a matter of a sudden Disappearance of a measured variable maintains the functionality of the circuit arrangement to receive, so continue to determine a direction with a defined behavior reach. For this purpose, an astable flip-flop is provided here, which with the voltage of the electrical power supply network is synchronized. Break the tension together, then the astable multivibrator emits pulses that match the voltage of the Power supply network are in phase. Despite the collapsed tension leaves therefore the direction of the energy flow with the known circuit arrangement clearly determine.
Der Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde, ein definiertes Verhalten einer Schaltungsanordnung zur Ermittlung der Energieflußrichtung in einem elektrischen Energieversorgungsnetz auch dann zu erreichen, wenn eine oder beide Meßgrößen zu klein sind und/oder vorgegebene Werte unterschreiten.On the other hand, the invention is based on the object of a defined Behavior of a circuit arrangement for determining the direction of energy flow in one to achieve electrical power supply network even if one or both Measured variables are too small and / or fall below specified values.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung jede Schaltungseinheit aus einer Komparatorschaltung, an derem einen Eingang die jeweilige Meßgröße liegt und an derem anderen Eingang eine einstellbare Vorspannung angeschlossen ist, so daß die Bildung der Rechteckimpulse am Ausgang der jeweiligen Komparatorschaltung in Abhängigkeit von der jeweiligen Meßgröße und der jeweils eingestellten Vorspannung erfolgt.To solve this problem, there is one embodiment of the invention Circuit arrangement each circuit unit from a comparator circuit to which one input is the respective measured variable and the other input is an adjustable one Bias voltage is connected, so that the formation of the square-wave pulses at the output the respective comparator circuit as a function of the respective measured variable and the preload set in each case.
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß bei kleinen Werten der Meßgrößen ein undefiniertes Verhalten vermieden ist, indem bei vorgegebenen unteren Grenzwerten von Strom und Spannung eine Signalgabe bewirkt ist, die einem vorgegebenen Auslöseverhalten entspricht. Dies ist in schaltungstechnisch einfacher Weise dadurch erreicht, daß die Schaltungseinheiten als Komparatorschaltung ausgeführt sind, die eingangsseitig mit jeweils einer entsprechend eingestellten Vorspannung beaufschlagt sind.The main advantage of the circuit arrangement according to the invention consists in the fact that with small values of the measured quantities an undefined behavior is avoided by having given lower limit values of current and voltage a signal is produced which corresponds to a predetermined triggering behavior. This is achieved in a simple manner in terms of circuit technology in that the circuit units are designed as a comparator circuit, the input side with one corresponding set preload are applied.
Die die Rechteckimpulse vergleichende Stufe kann unterschiedlich ausgebildet sein; vorteilhafterweise besteht sie aus einem UND-Glied.The stage comparing the square-wave pulses can be designed differently be; advantageously it consists of an AND element.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn jede Komparatorschaltung von einem als Komparator wirkenden Operationsverstärker gebildet ist, an dessem invertierenden Eingang die jeweilige Meßgröße und an dessem nichtinvertierenden Eingang die Vorspannung liegt.It has proven to be advantageous if each comparator circuit is formed by an operational amplifier acting as a comparator, on whose inverting input the respective measured variable and its non-inverting Input the bias is.
Auf diese Weise läßt sich die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit besonders geringem Schaltungsaufwand herstellen.In this way, the circuit arrangement according to the invention Manufacture with particularly little circuit effort.
Eine weitere Lösung der oben angegebenen Aufgabe wird gemäß der Erfindung darin gesehen, daß jede Schaltungseinheit aus einer Komparatorschaltung besteht, an derem einen Eingang die jeweilige Meßgröße liegt; an dem anderen Eingang der Komparatorschaltung der einen Schaltungseinheit liegt eine Vorspannung, und der Ausgang der Komparatorschaltung der einen Schaltungseinheit ist mit einem Eingang der Komparatorschaltung der weiteren Schaltungseinheit verbunden.Another solution to the above object is achieved according to the invention seen in the fact that each circuit unit consists of a comparator circuit, one input of which the respective measured variable is located; at the other entrance of the Comparator circuit of one circuit unit is a bias voltage, and the The output of the comparator circuit of the one circuit unit has an input connected to the comparator circuit of the further circuit unit.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsvariante besteht darin, daß infolge der Verbindung des Ausgangs der Komparatorschaltung der einen Schaltungseinheit mit einem der Eingänge der Komparatorschaltung der weiteren Schaltungseinheit dafür gesorgt werden kann, daß bei sehr kleinen Werten der weiteren Meßgröße entweder ein Signal oder kein Signal erzeugt werden kann, je nachdem, welches Verhalten die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung im jeweiligen Einsatzfalle aufweisen soll.A major advantage of this variant is that that due to the connection of the output of the comparator circuit of the one circuit unit with one of the inputs of the comparator circuit of the further circuit unit for this purpose it can be ensured that with very small values of the further measured variable either a signal or no signal can be generated, depending on the behavior of the circuit arrangement according to the invention should have in the respective application.
Bei der eben beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist vorteilhafterweise jede Komparatorschaltung von einem Operationsverstärker gebildet, an dessem invertirenden Eingang die jeweilige Meßgröße liegt; der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers der einen Schalteinheit liegt an der Vorspannung, und der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers der weiteren Schaltungseinheit ist mit Masse verbunden. Eine umgekehrte schaltungstechnische Verknüpfung ist ebenfalls möglich.In the embodiment of the circuit arrangement according to the invention just described is advantageously each comparator circuit of an operational amplifier educated, the respective measured variable is at its inverting input; the non-inverting one Input of the operational amplifier of one switching unit is at the bias voltage, and the non-inverting input of the operational amplifier of the further circuit unit is connected to ground. A reverse circuit connection is also possible possible.
Die Verwendung von Operationsverstärkern hat auch hier den Vorteil eines relativ geringen Aufwandes.The use of operational amplifiers also has the advantage here relatively little effort.
Ist bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung der Ausgang des Operatinnsverstärkers der einen Schaltungseinheit mit dem invertarenden Eingang des Operationsverstärkers der weiteren Schaltungseinheit verbunden, dann ist bei sehr kleinen Werten der weiteren Meßgröße am Ausgang des Operationsverstärkers der weiteren Schaltungseinheit ein Rechteckimpuls erzeugt, der keine Koinzidenz mit dem Rechteckimpuls am Ausgang der einen Schaltungseinheit aufweist, so daß von der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in diesem Falle ein Signal nicht abgegeben wird.In the circuit arrangement according to the invention, the output of the Operational amplifier of a circuit unit with the inverting input of the operational amplifier of the further circuit unit is connected, then is at very small values of the further measured variable at the output of the operational amplifier Another circuit unit generates a square pulse that does not coincide with the square pulse at the output of a circuit unit, so that of the In this case, the circuit arrangement according to the invention does not emit a signal will.
Ist dagegen der Ausgang des Operationsverstärkers der einen Schaltungseinheit mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers der weiteren Schaltungseinheit verbunden, dann ergibt sich bei kleinen Werten der weiteren Meßgröße am Ausgang der weiteren Schaltungseinheit en Rechteckimpuls, der in Koinzidenz zum Rechteckimpuls am Ausgang der einen Schaltungseinheit steht, so daß die Schaltungsanordnung in diesem Falle in Signal erzeugt. Es kann also allein durch Verbindungdes Ausgangs der einen Schaltungseinheit mit dem einem oder dem anderen der beiden Eingänge der weiteren Schaltungseinheit das Verhalten der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt werden.On the other hand, it is the output of the operational amplifier of one circuit unit with the non-inverting input of the operational amplifier of the further circuit unit connected, then with small values the further measured variable results at the output of the further circuit unit en rectangular pulse that coincides with the rectangular pulse is at the output of one circuit unit, so that the circuit arrangement in in this case generated in signal. So it can be done just by connecting the output the one circuit unit with one or the other of the two inputs of the further circuit unit the behavior of the circuit arrangement according to the invention be adapted to the respective needs.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und in Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des dargestellten Ausführungsbeispiels wiedergegeben.An exemplary embodiment is shown in FIG. 1 to explain the invention the circuit arrangement according to the invention and in Fig. 2 a diagram for explanation of the illustrated embodiment reproduced.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung weist einen Eingang 1 auf, an dem eine Meßgröße U1 liegt; diese Meßgröße kann in bekannter Weise mittels eines Stromwandlers aus dem Strom in einem in der Figur nicht dargestellten elektrischen Energieversorgungsnetz abgeleitet sein. Die Meßgröße U1 ist über einen Bewertungswiderstand 2 an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 3 angeschlossen, der einen Bestandteil einer Schaltungseinheit 4 bildet. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 3 ist über einen weiteren Bewertungswiderstand 5 an einen Schaltungspunkt 6 angeschlossen, der den Abgriff eines Spannungsteilers 7 bildet. Der Spannungsteiler 7 besteht aus der Reihenschaltung eines Widerstandes 8 und einer Diode 9, bei der es sich um eine-Silizium-Diode handelt. Der Spannungsteiler 7, der übrigens auch aus der Reihenschaltung zweier ohmscher Widerstände bestehen kann, ist an eine Gleichspannungsquelle U angeschlossen. An der Diode 9 fällt somit eine Vorspannung Uv ab.The circuit arrangement shown in Fig. 1 has an input 1, on which a measured variable U1 is located; this measured variable can in a known manner by means of a current transformer from the current in an electrical not shown in the figure Be derived from the power supply network. The measured variable U1 is via an evaluation resistor 2 connected to the inverting input of an operational amplifier 3, the forms part of a circuit unit 4. The non-inverting input of the operational amplifier 3 is via a further evaluation resistor 5 to a Connection point 6, which forms the tap of a voltage divider 7. The voltage divider 7 consists of the series connection of a resistor 8 and one Diode 9, which is a silicon diode. The voltage divider 7, which, by the way, can also consist of two ohmic resistors connected in series, is connected to a DC voltage source U. At the diode 9 thus falls a Bias voltage Uv from.
Die dargestellS Schaltungsanordnung weist einen weiteren Eingang 10 auf, an dem eine weitere Meßgröße U2 ansteht. Die weitere Meßgröße U2 kann in üblicher Weise, d. h. mittels eines Spannungswandlers, aus der Spannung des elektrischen Energieversorgungsnetzes gewonnen sein. Die weitere Meßgröße U2 ist über einen Bewertungswiderstand 11 einem Operationsverstärker 12 einer weiteren Schaltungseinheit 13 zugeführt; sie liegt am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 12, dessen nichtinvertierender Eingang über einen weiteren Bewertungswiderstand 14 an Masse angeschlossen ist.The circuit arrangement shown has a further input 10 at which another measured variable U2 is pending. The other measured variable U2 can be in the usual Way, d. H. by means of a voltage converter, from the voltage of the electrical Energy supply network be won. The further measured variable U2 is via an evaluation resistor 11 an operational amplifier 12 a further circuit unit 13 supplied; it is at the inverting input of the operational amplifier 12, its non-inverting input via a further evaluation resistor 14 Ground is connected.
Die Schaltungseinheit 13bildet wie die Schaltungseinheit 4 eine Komparatorschaltung.The circuit unit 13, like the circuit unit 4, forms a comparator circuit.
Ausgänge 15 und 16 der Schaltungseinheiten bzw.Outputs 15 and 16 of the switching units or
Komparatorschaltungen 4 und 13 sind über jeweils eine Diode 17 und 18 mit einemUND-Glied 19 verbunden.Comparator circuits 4 and 13 are each via a diode 17 and 18 connected to an AND gate 19.
Am Ausgang 20 des UND-Gliedes 19, das auch den Ausgang der Schaltungsanordnung bildet, ergibt sich somit stets für die Zeitdauer ein Signal, während indie an den Ausgängen 15 5 und 16 der Schaltungseinheiten 4 und 13 anstehenden Siganele negative Polarität aufweisen.At the output 20 of the AND gate 19, which is also the output of the circuit arrangement forms, there is thus always a signal for the duration, while indie to the Outputs 15 5 and 16 of the circuit units 4 and 13 pending Siganele negative Have polarity.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung arbeitet in folgender Weise: Übersteigen die Werte der Meßgröße U1 einen durch die Größe der Vorspannung Uv gegebenen Wert, dann ändert sich am Ausgang 15 der einen Schaltungseinheit 4 das Potential schlagartig und fällt in den ursprUnglichen Zustand zurück, wenn das Meßsignal Ulunter den vorgegebenen Wert absinkt. Dieser Sachverhalt ist in den Diagrammen der Fig. 2 durch die strichliert eingetragenen Kurvenverläufe wiedergegeben. Es ist zu erkennen, daß sich zum Zeitpunkt T1 das Potential am Ausgang 15 der einen Schaltungseinheit 4 schlagartig verändert und den ursprünglichen Wert wieder zum Zeitpunkt T2 annimmt. Es ist somit ein durch die Zeitpunkte T1 und T2 in seiner Lange definierter Rechteckimpuls am Ausgang 15 gewonnen.The circuit arrangement shown in Fig. 1 operates as follows Way: If the values of the measured variable U1 exceed one due to the size of the bias voltage Uv given value, then changes at output 15 of one circuit unit 4 the potential suddenly and falls back to its original state when that Measurement signal Ul drops below the specified value. This fact is in the diagrams of Fig. 2 is reproduced by the curve shapes entered with dashed lines. It it can be seen that at time T1, the potential at output 15 of the one Circuit unit 4 suddenly changed and the original value back to Assumes time T2. It is thus a due to the times T1 and T2 in its Long defined square pulse at output 15 obtained.
Weist die Meßgröße U1 Werte auf, die sehr viel höher als die eingestellte Vorspannung sind, dann wird am Ausgang 15 bereits zum Zeitpunkt T3 ein Rechteckimpuls erzeugt, dessen Länge durch den Zeitpunkt T4 bestimmt ist. Diese Verhältnisse sind in der Fig. 2 mit ausgezogenen Linien gekennzeichnet.If the measured variable U1 has values that are much higher than the set one Are bias, then a square pulse is already at the output 15 at the time T3 generated, the length of which is determined by the time T4. These ratios are marked in Fig. 2 with solid lines.
Uberschreitet dagegen die Meßgröße U1 wegen sehr kleiner Werte des Stromes im elektrischen Energieversorgungsnetz den Wert der Vorspannung Uv nicht, wie dies im oberen Diagramm der Fig. 2 durch die strichpunktiert gezeichnete Kurve wiedergegeben ist, dann wird am Ausgang 15 der Schaltungseinheit 4 ein Rechteckimpuls überhaupt nicht erzeugt. In diesem Falle gelangt auch an den einen Eingang des UND-Gliedes 19 kein Signal, so daß unabhängig von der Größe der weiteren Meßgröße U2 am Ausgang 20 der Schaltungsanordnung ein Signal nicht auftreten kann.If, on the other hand, the measured variable exceeds U1 because of very small values of the Current in the electrical power supply network does not exceed the value of the bias voltage Uv, as shown in the upper diagram of FIG. 2 by the curve drawn in dash-dotted lines is reproduced, then at the output 15 of the circuit unit 4 is a square pulse not generated at all. In this case, one input of the AND element is also reached 19 no signal, so that regardless of the size of the further measured variable U2 at the output 20 of the circuit arrangement, a signal cannot occur.
Wie aus Fig. 1 ferner hervorgeht, ist der Ausgang 15 der einen Schaltungseinheit 4 über einen Widerstand 21 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 12 der weiteren Schaltungseinheit 13 verbunden. Dadurch läßt sich erreichen, daß bei einem Rechteckimpuls am Ausgang 15 und einer weiteren Meßgröße U2 mit verhältnismäßig niedrigen Werten bzw. dem Wert Null am Ausgang 16 der weiteren Schaltungseinheit 13 ein Rechteckimpuls entsteht, der entgegengesetzte Polarität zu dem Rechteckimpuls 15 am Ausgang der einen Schaltungseinheit 4 besitzt. Das UND-Glied 19 kann daher eine Koinzidenz nicht feststellen, so daß am Ausgang 20 ein Signal nicht erscheint. Damit ist sichergestellt, daß bei Werten der weiteren Meßgröße U2, die unter vorgegebenen Werten liegen, ein Signal am Ausgang 20 nicht erscheint.As can also be seen from FIG. 1, the output 15 is the one circuit unit 4 via a resistor 21 to the inverting input of the operational amplifier 12 of the further circuit unit 13 is connected. It can thereby be achieved that with a square pulse at output 15 and another measured variable U2 with relative low values or the value zero at the output 16 of the further circuit unit 13 a square pulse arises, the opposite polarity to the square pulse 15 has a circuit unit 4 at the output. The AND gate 19 can therefore do not determine a coincidence, so that a signal does not appear at output 20. This ensures that for values of the further measured variable U2 that are below the specified Values lie, a signal at output 20 does not appear.
Wie in Fig. 1 punktiert angedeutet ist, kann der Ausgang 15 der einen Schaltungseinheit 4 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 12 verbunden sein; der Ausgang 15 ist dann also nicht mit dem invertierenden Eingang verbunden. In diesem Falle tritt am Ausgang 16 der weiteren Schaltungseinheit 13 bei einer weiteren Meßgröße U2 mit verhältnismäßiggeringen Werten aufgrund des Rechteckimpulses am Ausgang 15 ein Rechteckimpuls mit übereinstimmender Polarität am Ausgang 16 auf. Das UND-Glied 19 stellt somit eine Koinzidenz fest, so daß am Ausgang 20 ein Signal erscheint. Ob der Ausgang 15 jeweils mit dem invertierenden oder nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 12 der weiteren Schaltungseinheit 13 verbunden ist, hängt vom jeweiligen Einsatzfall der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ab.As indicated by dotted lines in FIG. 1, the output 15 of the one Circuit unit 4 with the non-inverting input of the operational amplifier 12 be connected; the output 15 is then not connected to the inverting input tied together. In this case, the further circuit unit 13 occurs at the output 16 with another measured variable U2 with relatively low values due to the square pulse at output 15 a square pulse with matching polarity at output 16. The AND gate 19 thus establishes a coincidence, so that a signal at the output 20 appears. Whether the output 15 is with the inverting or non-inverting Input of the operational amplifier 12 of the further circuit unit 13 is connected depends on the particular application of the circuit arrangement according to the invention away.
Wie bei der Erläuterung der Wirkungsweise anhand der Fig. 2 deutlich geworden ist, wird in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bei einer Meßgröße Ul mit Werten, die nur etwas über der eingestellten Vorspannung Uv liegen, am Ausgang 15 der einen Schaltungseinheit 4 ein Rechteckimpuls erzeugt, der in seiner Länge kürzer ist als der, der bei einer Meßgröße Ul mit verhältnismäßig großen Werten entsteht. Eine Auswirkung auf die Richtungsbestimmung tritt nur in diesem Ubergangsbereich auf und hat für die praktische Anwendung kaum Bedeutung.As is clear from the explanation of the mode of operation with reference to FIG has become, is in the circuit arrangement according to the invention at a measured variable Ul with values that are only slightly above the set bias voltage Uv at the output 15 of the circuit unit 4 generates a square pulse whose length is shorter than that for a measured variable Ul with relatively large values arises. An effect on the determination of the direction occurs only in this transition area and is of little importance for practical use.
Anzumerken ist noch, daß bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Scha2tingseinheiten, die mit jeweils einer Vorspannung beauf- schlagt sind, die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung in der Weise zu modifizieren ist, daß die weitere Schaltungseinheit 13 in ähnlicher Weise wie die eine Schaltungseinheit 4 mit einer Vorspannung zu beaufschlagen ist; die Verbindung zwischen dem Ausgang 15 der einen Schaltungseinheit 4 über den Widerstand 21 zur weiteren Schaltungseinheit 13 entfällt dann.It should also be noted that in one embodiment of the invention Circuit arrangement with switching units, each of which is subjected to a bias voltage. beats are to modify the circuit arrangement shown in Fig. 1 in this way is that the further circuit unit 13 in a similar manner to the one circuit unit 4 is to be applied with a preload; the connection between the output 15 of the one circuit unit 4 via the resistor 21 to the further circuit unit 13 is then omitted.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
| 8131 | Rejection |