Die Meßrichtigkeit von Elektrizitätszählern (Zähler) für Verrechnungszwecke wird
mittels sog. Zählerprüfeinrichtungen (ZPE) bestimmt. Derartige ZPE bestehen im
wesentlichen aus ein- oder mehrphasigen Spannungsgeneratoren, aus aktiven oder
passiven elektronischen bzw. elektrischen Anordnungen zur Umformung der
Generatorspannungen in für die Zähler geeignete Spannungen und Ströme und aus
einem elektronischen Präzisions-Vergleichszähler. Bislang wurden derartige ZPE
entsprechend den Gegebenheiten in den öffentlichen Versorgungsnetzen auf rein
sinusförmigen Wechselstrombetrieb hin ausgelegt. Inzwischen führt eine durch
2 Umstände wesentlich bestimmte neue Situation zum Umdenken bei der Konzeption
von ZPE: Durch die starke Zunahme der Verwendung von Leistungshalbleitern sind die
Netzströme immer häufiger nicht sinusförmig. - Das Aufkommen elektronischer,
direkt anzuschließender Elektrizitätszähler verlangt nach neuen Meßverfahren
insbesondere zur Untersuchung der Reaktion dieser Geräte auf Mischströme.The measuring accuracy of electricity meters (meters) for billing purposes is
determined by means of so-called meter testing devices (ZPE). Such ZPE exist in
essentially from single or multi-phase voltage generators, from active or
passive electronic or electrical arrangements for reshaping the
Generator voltages into voltages and currents suitable for the meters and out
an electronic precision comparison counter. Such ZPE
according to the conditions in the public supply networks on pure
sinusoidal AC operation designed. Meanwhile, one is performing
2 circumstances significantly new situation to rethink the conception
von ZPE: Due to the strong increase in the use of power semiconductors, the
Grid currents are increasingly not sinusoidal. - The advent of electronic,
Electricity meter to be connected directly requires new measuring methods
especially to investigate the reaction of these devices to mixed currents.
Während die Technik der programmierbaren, synthetischen Spannungserzeugung mit
Digital-Analog-Wandlern, die die Generierung beliebiger Kurvenformen ohne
zusätzlichen Aufwand ermöglicht, weite Verbreitung gefunden hat, sind bei den
bekannten Lösungen die oben erwähnten ZPE-Komponenten, deren Funktion
Meß-Stromwandler erfordert, weitgehend noch nicht zur Verarbeitung beliebiger
Stromformen geeignet. Insbesondere der Gleichanteil in Mischströmen führt bei
klassischen, induktiv wirkenden Stromwandlern zu Sättigungserscheinungen in deren
Kernmaterialien und somit zu einer Störung von deren Funktion. Für die oben
erwähnten Vergleichszähler, die derartige Stromwandler in ihren Eingangskreisen zur
Stromanpassung verwenden, heißt das, daß die Meßunsicherheit dieser Geräte bei
Mischstrombetrieb drastisch absinkt. Zur Lösung dieses Problems bei Zählern gibt es
inzwischen eine Vielzahl von Lösungsvorschlägen. Der Stand der Technik auf diesem
Gebiet läßt sich in 2 Hauptgruppen zusammenfassen:While using the technology of programmable, synthetic voltage generation
Digital-to-analog converters that generate any waveform without
additional effort, widespread use, are among the
known solutions the above-mentioned ZPE components, their function
Measuring current transformer requires, largely not yet for processing any
Current forms suitable. In particular, the DC component in mixed flows leads to
classic, inductive current transformers to saturation phenomena in their
Core materials and thus disrupt their function. For the above
mentioned comparison counter that such current transformers in their input circuits
Using current matching means that the measurement uncertainty of these devices
Mixed current operation drops drastically. To solve this problem with meters there are
in the meantime a large number of proposed solutions. The state of the art on this
The area can be divided into 2 main groups:
-
a) Stromsensoren, Stromwandler, Strommeßschaltungen, deren Funktion aufgrund
ihrer besonderen Konstruktion durch Gleichanteile nicht beeinträchtigt wird und die in
der Art eines Hochpasses nur Wechselsignalanteile vom Primärkreis in einen
Sekundärkreis übertragen.a) Current sensors, current transformers, current measuring circuits, the function of which
their special construction is not affected by DC components and which in
the type of high pass only alternating signal components from the primary circuit into one
Transfer secondary circuit.
-
b) Stromwandlerschaltungen, bei denen der Gleichanteil im Primärstrom über den
Magnetisierungszustand der Wandlerkerne durch elektronische Hilfsschaltungen
bestimmt und ein entsprechender Kompensationsstrom in die Wandlerschaltung
eingespeist wird, um die Aufrechterhaltung von deren Funktion sicherzustellen.b) current transformer circuits in which the DC component in the primary current over the
State of magnetization of the converter cores by electronic auxiliary circuits
determined and a corresponding compensation current in the converter circuit
is fed in to ensure the maintenance of their function.
Der Nachteil bei all diesen Prinzipien ist, daß sie sich entweder nur für eingeschränkte
Meßunsicherheiten und/oder nur mit sehr hohem technischen Aufwand realisieren
lassen. Für die Transformation großer Stromstärken mit niedrigem
Übersetzungsverhältnis sind sie in der Regel ungeeignet.The disadvantage of all these principles is that they are either only for limited ones
Realize measurement uncertainties and / or only with very high technical effort
to let. For the transformation of large currents with low
They are usually unsuitable.
Alle genannten Prinzipien sind autonom funktionsfähige Anordnungen, die zugrunde
legen, daß die Größe des Gleichanteils im Mischstrom unbekannt ist. Die Aufgabe der
Erfindung besteht nun darin, eine Stromwandlerschaltung mit den bekannt guten
meßtechnischen Eigenschaften klassischer Stromwandler zu realisieren, die die
genannten Nachteile vermeidet und die nicht autonom arbeitet, da eine autonome
Arbeitsweise für den Fall einer Anwendung in einer ZPE nicht erforderlich ist und nur
unnötigen technischen Aufwand verursacht.All of the principles mentioned are autonomously functional arrangements that are based
that the size of the DC component in the mixed flow is unknown. The task of
The invention now consists in a current transformer circuit with the known good ones
to realize metrological properties of classic current transformers, which
avoids disadvantages mentioned and which does not work autonomously, since an autonomous
Working in the case of an application in a ZPE is not necessary and only
causes unnecessary technical effort.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in einer Anordnung, die durch
den Anspruch 1 charakterisiert wird.The solution to this problem is, according to the invention, in an arrangement by
the claim 1 is characterized.
Die Funktionsweise soll nachfolgend mittels Fig. 1 an einem günstigen
Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es ist ein Strompfad einer Einrichtung
zur Prüfung eines Zählers 9 bei Mischstrombelastung dargestellt. Da die
Gleichstromkomponente im Strom i die Funktion des internen Stromwandlers 10 im
Vergleichszähler 11 stören würde, wird die Zusatzwicklung 5 von dem
Transkonduktanzverstärker 4 mit einem Gleichstrom gespeist, der eine
Gleichdurchflutung im Kern des Wandlers 10 erzeugt, die dem durch die Wicklung 6
erzeugten Gleichanteil ihrer Durchflutung vom Vorzeichen her entgegengesetzt und
vom Betrag her gleich ist. Eine solche gegenseitige Aufhebung der
Gleichdurchflutungen kann z.B. dann erzielt werden, wenn es sich bei den Blöcken 1
und 2 um durch einen Rechner 12 digital steuerbare Spannungsgeneratoren handelt.
Da die gewünschte Kurvenform für den Strom i in Form einer Wertetabelle im Rechner
vorliegt, kann die Ansteuerung so erfolgen, daß der Generator 1 ein definiertes
Mischsignal an seinem Ausgang erzeugt. Dieses dient zur Steuerung des
Transkonduktanzverstärkers 3, der den Laststrom i im Prüfkreis generiert. Der
Generator 2 hingegen wird so angesteuert, daß sein analoges Ausgangssignal für den
Verstärker 4 dem Mittelwert des definierten Mischsignals unter Berücksichtigung der
Transkonduktanzen der Verstärker 3 und 4 und der Windungszahl der Wicklung 5
entspricht. Bei dieser Betriebsweise ist der Kern des Wandlers 10
gleichdurchflutungsfrei, sodaß die Transformation des Wechselsignalanteils über die
Primärwicklung 6 in die Sekundärwicklung 7 zur Speisung des elektronischen
Vergleichszähler-Meßwerks problemlos erfolgen kann. Falls erforderlich ist es aber
auch möglich, durch entsprechende Programmierung des Rechners im Wandler 10
außerdem die Kompensation von Durchflutungen zu erreichen, die aufgrund ihrer von
der Grundharmonischen abweichenden Frequenz keinen Beitrag zur Leistungsmessung
liefern und das elektronische Meßwerk und den Wandler nur unnötig belasten.The mode of operation will be explained in more detail below with the aid of FIG. 1 using a favorable exemplary embodiment. A current path of a device for testing a counter 9 with a mixed current load is shown. Since the direct current component in the current i would interfere with the function of the internal current transformer 10 in the comparison counter 11 , the additional winding 5 is fed with a direct current by the transconductance amplifier 4 , which generates a direct current in the core of the converter 10 , which is the direct component of the winding 6 generated by it Flooding is opposite in sign and the amount is the same. Such a mutual abolition of the constant flooding can be achieved, for example, if blocks 1 and 2 are voltage generators that can be digitally controlled by a computer 12 . Since the desired curve shape for the current i is in the form of a table of values in the computer, the control can take place in such a way that the generator 1 generates a defined mixed signal at its output. This serves to control the transconductance amplifier 3 , which generates the load current i in the test circuit. The generator 2, on the other hand, is controlled in such a way that its analog output signal for the amplifier 4 corresponds to the mean value of the defined mixed signal, taking into account the transconductances of the amplifiers 3 and 4 and the number of turns of the winding 5 . In this mode of operation, the core of the converter 10 is free of equal flux, so that the transformation of the alternating signal portion via the primary winding 6 into the secondary winding 7 for feeding the electronic comparison counter measuring mechanism can be carried out without problems. If necessary, it is also possible, by appropriate programming of the computer in the converter 10, also to compensate for floods which, because of their frequency deviating from the fundamental harmonic, make no contribution to the power measurement and only unnecessarily load the electronic measuring mechanism and the converter.
Ein anderes Beispiel für die erfindungsgemäße Ausführung eines elektronisch
fehlerkompensierten Wandlers, bei dem keine Zusatzwicklung erforderlich ist, zeigt
Fig. 2. Berücksichtigt man die Teile 10 und 11 nicht, zeigt Fig. 2 die bekannte
Anordnung eines elektronisch fehlerkompensierten 1-Kern-Wandlers. Der durch die
Primärwicklung 1 fließende Mischstrom i 1 erzeugt eine Mischdurchflutung im Kern 9
des Wandlers. Der Wechselanteil der Durchflutung ist ursächlich für die Induktion
einer Spannung in der Indikatorwicklung 3. Der aus den Widerständen 4 und 5 sowie
dem Operationsverstärker (OP) 7 gebildete Verstärker speist nun solange einen
Wechselstrom in die Sekundärwicklung 2 des Wandlers, bis in dessen Kern nahezu
Wechseldurchflutungsgleichgewicht herrscht und in Wicklung 3 nur noch eine sehr
kleine Spannung induziert wird. Mit Hilfe des aus OP 8 und dem Widerstand 6
bestehenden Strom-Spannungsumsetzers wird dann eine Spannung u 2 gewonnen, die
proportional zum Primärstrom i 1 ist. Dieses Prinzip funktioniert nur, wenn der
Gleichanteil in i 1 vernachlässigbar klein ist. Bei größeren Gleichströmen gerät der Kern
g in die Sättigung, sodaß die Transformation nicht mehr richtig funktioniert. Um
dieses zu verhindern, wird die vom Signalgenerator abgeleitete Spannung u 1 über den
Widerstand 11 an OP 7 und über den Widerstand 10 an OP 8 angeschlossen. So wird
erreicht, daß nur in dem Schaltungszweig mit der Wicklung 2 ein Mischstrom fließt,
dessen Gleichanteil - bestimmt durch u 1 - so groß ist, daß der Wandlerkern
gleichdurchflutungsfrei ist. (Die übrigen Teile der ZPE mit der Spannungssteuerung für
u 1 sind hier nicht mitgezeichnet.)Another example of the embodiment of an electronically error-compensated converter according to the invention, in which no additional winding is required, is shown in FIG. 2. If parts 10 and 11 are not taken into account, FIG. 2 shows the known arrangement of an electronically error-compensated 1-core converter. The current flowing through the primary winding 1 mixed current i 1 generates a mixed flux in the core 9 of the transducer. The alternating component of the flooding is the cause of the induction of a voltage in the indicator winding 3 . The amplifier formed from the resistors 4 and 5 and the operational amplifier (OP) 7 now feeds an alternating current into the secondary winding 2 of the converter until there is almost an alternating flow equilibrium in its core and only a very small voltage is induced in winding 3 . With the aid of the current-voltage converter consisting of OP 8 and the resistor 6 , a voltage u 2 is then obtained which is proportional to the primary current i 1 . This principle only works if the DC component in i 1 is negligibly small. With larger direct currents, the core g saturates, so that the transformation no longer works properly. To prevent this, the voltage u 1 derived from the signal generator is connected to OP 7 via resistor 11 and to OP 8 via resistor 10 . It is thus achieved that only in the circuit branch with the winding 2 flows a mixed current, the DC component - determined by u 1 - is so large that the converter core is free of equal flux. (The other parts of the ZPE with the voltage control for u 1 are not included here.)