DE4026279C1

DE4026279C1 - Circuit for meter test equipment - with transformer primary winding controlled by amplifier to balance secondary winding voltage

Info

Publication number: DE4026279C1
Application number: DE19904026279
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Ing. 3300 Braunschweig De Kahmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Deutsche Zaehler-Gesellschaft Mbh Nachf A Steppe
Priority date: 1990-08-20
Filing date: 1990-08-20
Publication date: 1991-10-17
Anticipated expiration: 2010-08-21

Abstract

The meter (5) being tested is compared with a test meter (9), for the simultaneous testing of one or more meters, the current and voltage paths of which are galvanically connected with each other. The secondary winding (18) of a transformer (17) is connected in series to the inner resistance (3) of the current path of each meter (5). The primary winding (19) is controlled by an amplifier (10) acting as a controlled source, to produce a voltage of such a level and polarity at the secondary winding (18) of the transformer (17) that it just neutralises this voltage and the voltage drop due to the inner resistance (3). The transformer (17) has a second primary winding (15), which is in a reversed winding sense to the current flowing through the current path. Its voltage drop does not lie at the amplifier input. The amplifier (10) only needs generate a small active power. USE/ADVANTAGES - Circuit for reducing voltage drops in current paths of meter testing units, e.g. electric meters. Facilitates simultaneous testing of several meters. Voltage drop compensated.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Zählerprüfeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs1, wie sie aus der DE-OS 21 60 568 bekannt ist.The invention is based on a meter testing device according to the Preamble of claim 1, as is known from DE-OS 21 60 568.

Herkömmliche Elektrizitätszähler für Verrechnungszwecke sind so konstruiert, daß sich Spannungs- und Strompfade zu Prüfzwecken durch Lösen einer Schraubverbindung galvanisch trennen lassen. Mehrere Zähler (Prüflinge) einschließlich eines Normalzählers lassen sich so strommäßig in Reihe und spannungsmäßig parallelschalten. Diese Anordnung kann dann, wie z. B. aus der DE-OS 21 20 227 bekannt ist, aus einer Spannungsquelle und einer damit nicht korrelierten Stromquelle gespeist werden. Eine deratige Methode erspart die Umsetzung der von den Zählern gemessenen Energie in Verlustenergie. Die Meßfehler der Prüflinge erhält man durch Vergleich von deren Anzeigen mit der des Normalzählers. Das ist möglich, weil tatsächlich in den Strompfaden aller Zähler derselbe Strom fließt und an den Spannungsspulen aller Zähler dieselbe Spannung anliegt.Conventional electricity meters for billing purposes are designed so that voltage and current paths for test purposes by loosening one Have the screw connection galvanically isolated. Multiple counters (test items) including a normal meter, this means that the current and series connect in parallel in terms of voltage. This arrangement can then, such as. B. from DE-OS 21 20 227 is known from a Voltage source and an uncorrelated current source are fed. Such a method saves the implementation of those measured by the meters Energy in energy loss. The measurement errors of the test objects are obtained by comparison of their displays with that of the normal counter. This is possible because actually in the current paths of all meters the same current flows and on the voltage coils all meters have the same voltage.

Besteht nicht die Möglichkeit, Strom- und Spannungspfad eines Zählers für die Prüfung galvanisch zu trennen (bei elektronischen Zählern, die einen Shunt zur Stromstärkemessung verwenden, kann dieses z. B. der Fall sein), so ist die oben beschriebene Methode nicht mehr ohne weiteres einsetzbar. Die galvanische Verbindung führt dazu, daß es in dem durch die Zusammenschaltung der Zähler entstehenden Netzwerk zu linearen Verknüpfungen von Strom- und Spannungssignalen kommt. Durch die Strompfade der Zähler fließen dann je nach deren Lage im Netzwerk unterschiedliche, nicht wie oben beschrieben eingeprägte Ströme. Vielmehr werden diese auch durch die Spannungsquelle beeinflußt. In noch stärkerem Maße gilt dies für den Fall der Spannungen in dem Netzwerk, die für alle Knotenpunkte unterschiedlich und durch die Stromquelle beeinträchtigt sind. Ein Vergleich der Zählerangaben mit dem Ziel einer Prüflingsfehlerbestimmung ist in diesem Fall nicht mehr sinnvoll und die Prüfmethode nicht mehr anwendbar.There is no possibility of a meter's current and voltage path for that Isolate the test galvanically (for electronic meters that use a shunt for Use current measurement, this can, for. B. be the case), so is the above described method can no longer be used easily. The galvanic Connection results in it being interconnected by the counter emerging network to linear links of electricity and Voltage signals is coming. The current paths of the meters then flow depending on whose position in the network is different, not impressed as described above Currents. Rather, they are also influenced by the voltage source. In yet to a greater extent this applies to the case of the tensions in the network that arise for all nodes are different and affected by the power source. A Comparison of the counter data with the aim of determining a DUT error is in in this case no longer makes sense and the test method is no longer applicable.

Eine direkte Lösung zur Überwindung dieses Problems besteht darin, daß dem Strompfad jeden Zählers ein Präzisions-Stromwandler mit galvanisch getrennter Primär- und Sekundärwicklung vorgeschaltet wird, wie aus der eingangs erwähnten DE-OS 21 60 568 hervorgeht. Somit liegt dann wieder die erwünschte galvanische Trennung vor. Der wesentliche Nachteil hierbei liegt darin, daß zum Aufbau einer Prüfeinrichtung für mehrere Zähler eine entsprechend hohe Zahl von sehr teuren Präzisions-Großbereichsstromwandlern erforderlich ist, um jeden Strompfad isolieren zu können.A direct solution to overcoming this problem is that the Current path of each counter is a precision current transformer with galvanically isolated Primary and secondary winding is connected upstream, as is apparent from the aforementioned DE-OS 21 60 568. So then again lies the desired galvanic isolation. The main disadvantage here is that to set up a test facility for several meters a correspondingly high Number of very expensive high-precision current transformers is required to to be able to isolate each current path.

Daraus ergibt sich die Aufgabe, die gleichzeitige Prüfung mehrerer Zähler, bei denen jeweils Strom- und Spannungspfad galvanisch miteinander verbunden sind, unter Verzicht des Einsatzes von Präzisions-Stromwandlern für Zwecke der galvanischen Trennung zu ermöglichen, und stattdessen einfachere, billigere Transformatoren zu verwenden. Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Der Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.Hence the task that simultaneous testing of several meters, each with current and Voltage path are galvanically interconnected, without the Use of precision current transformers for the purposes of electrical isolation enable, and instead use simpler, cheaper transformers. The object is the subject of claim 1 solved. Embodiments the invention are specified in the subclaims. The invention is described below with the aid of exemplary embodiments described in more detail.

Zur Erläuterung der prinzipiellen Wirkungsweise dient Fig. 1, die eine Schaltung zur Prüfung zweier Prüflinge (5) im Vergleich mit einem Normal (9) zeigt. Sie wird aus einer Spannungsquelle (2) und einer mit dieser nicht korrelierten Stromquelle (1) gespeist. Die Prüflinge sind ersatzweise durch die Zusammenschaltung aus dem Innenwiderstand ihres Strompfades (3) und dem Innenwiderstand ihres Spannungspfades (4) dargestellt. Sie sind am nachfolgend mit VK abgekürzten Verbindungsknoten galvanisch verbunden. Entsprechendes gilt für den Normalzähler und dessen Innenwiderstände (7, 8). Nimmt man nun zunächst an, daß die Ausgangsspannung der Anordnung (6) (obere Anschlüsse) Null sei, so ist aus Grundlagenkenntnissen der Elektrotechnik heraus leicht einsehbar, daß an den VK der Prüflinge andere Spannungen anliegen, als an dem VK des Normals. Normalzähler und Prüflinge mesen also nicht dieselbe Energie. Ihre Anzeigen eignen sich nicht zum Vergleich für eine Prüflingsfehlerbestimmung. Geht man nun von der Vorstellung, daß die Ausgangsspannung Null sei, ab und nimmt eine im Anspruch 1 beschriebene Funktion der Schaltungsanordnung (6) an, so hebt deren Ausgangsspannung gerade den Spannungsabfall an dem Innenwiderstand eines Zählerstrompfades auf. Die Summenspannung ist im Idealfall Null. An allen erwähnten Knotenpunkten liegt dann dieselbe Spannung, nämlich die der Quelle (2), an. Auch der durch die Quelle (1) eingeprägte Strom fließt dann in erster Näherung vollständig und ausschließlich durch die Strompfade der drei Zähler, die nun alle dieselbe Energie messen.1 serves to explain the fundamental operation of Fig. Showing a circuit for testing of two test objects (5) in comparison with a standard (9). It is fed from a voltage source ( 2 ) and a current source ( 1 ) which is not correlated with this. The test specimens are represented by the interconnection of the internal resistance of their current path ( 3 ) and the internal resistance of their voltage path ( 4 ). They are galvanically connected to the connection node abbreviated to VK below. The same applies to the normal counter and its internal resistances ( 7, 8 ). If one now assumes that the output voltage of the arrangement ( 6 ) (upper connections) is zero, it is easy to see from basic knowledge of electrical engineering that different voltages are present at the VK of the test objects than at the VK of the standard. Normal meters and test objects therefore do not measure the same energy. Your ads are not suitable for comparison for specimen error determination. If one now starts from the idea that the output voltage is zero and assumes a function of the circuit arrangement ( 6 ) described in claim 1, its output voltage just cancels the voltage drop across the internal resistance of a counter current path. The sum voltage is ideally zero. The same voltage, namely that of the source ( 2 ), is then present at all the nodes mentioned. The current impressed by the source ( 1 ) then flows in a first approximation completely and exclusively through the current paths of the three meters, which now all measure the same energy.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Anordnung, das wegen seiner Einfachheit vorteilhaft ist. Die Schaltungsfunktion wird dadurch erreicht, daß die Spannung zwischen den VK zweier Zähler als Eingangsspannung für einen Verstärker mit sehr hoher Verstärkung herangezogen wird. Dieser speist die Sekundärwicklung (19) eines Transformators (17). Auf ihn ist auch die Primärwicklung (18) aufgebracht, deren Anschlußklemmen die Ausgangsanschlüsse der Anordnung entsprechend der Konfiguration in Fig. 1 bilden. Es läßt sich nun mit den Mitteln der linearen Netzwerktheorie nachweisen, daß bei geeigneter Auslegung der Wicklungen und passender Wahl des Wicklungssinnes, sich die Spannungen an der Sekundärwicklung (18) und dem Innenwiderstand des Zählerstrompfades (3) gerade praktisch aufheben. Der oben als erwünscht beschriebene Effekt ist damit erreicht. Fig. 2 shows a first embodiment of the arrangement, which is advantageous because of its simplicity. The circuit function is achieved by using the voltage between the VK of two counters as the input voltage for an amplifier with a very high gain. This feeds the secondary winding ( 19 ) of a transformer ( 17 ). The primary winding ( 18 ), the terminals of which form the output connections of the arrangement corresponding to the configuration in FIG. 1, is also applied to it. It can now be demonstrated with the means of linear network theory that with a suitable design of the windings and a suitable choice of the winding sense, the voltages on the secondary winding ( 18 ) and the internal resistance of the counter current path ( 3 ) just practically cancel each other out. The effect described above as desirable is achieved.

In einer praktisch ausgeführten Zählerprüfeinrichtung erfolgt der Anschluß der Zähler in der Regel über lösbare Verbindungen, wie dies in Fig. 2 durch die Verwendung der Steckkontaktsymbole angedeutet ist. Übergangswiderstände können durch die Schaltungsanordnung mit ausgeregelt werden, wenn die Eingangsklemmen des Verstärkers (10) entsprechend anders angeschlossen werden. Bei der Darstellung in Fig. 2 ist nur der Übergangswiderstand zwischen Strompfadwiderstand (3) und Sekundärwicklung (18) mit in die Regelung einbezogen. Prinzipiell wird der Spannungsabfall an allen zwischen den Anschlußknoten des Verstärkereinganges im Primärstrompfad liegenden Widerständen durch die Regelung erfaßt und ausgeglichen.In a practically designed meter test device, the meters are usually connected via detachable connections, as is indicated in FIG. 2 by the use of the plug contact symbols. Contact resistances can be compensated for by the circuit arrangement if the input terminals of the amplifier ( 10 ) are connected differently. In the illustration in FIG. 2, only the contact resistance between current path resistor ( 3 ) and secondary winding ( 18 ) is included in the control. In principle, the voltage drop across all resistances between the connection nodes of the amplifier input in the primary current path is detected and compensated for by the control.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltung wird die gesamte im Strompfadinnenwiderstand (3) entstehende Verlustleistung durch den Verstärker (10) aufgebracht. Die Stromquelle (1) wird auf diese Weise entlastet, die Verstärker (10) müssen dann als Leistungsverstärker ausgeführt sein. Liegt eine Anwendung vor, bei der es günstiger ist, die Verlustleistung aus der Stromquelle (1) zu decken, so stellt die in Fig. 3 gezeigte Schaltung eine vorteilhafte Lösung dar. Sie unterscheidet sich von der der Fig. 2 dadurch, daß eine zweite Primärwicklung (15) auf den Kern (17) aufgebracht ist, deren Wicklungssinn sich von dem der Sekundärwicklung (18) unterscheidet. Der Spannungsabfall, der an der Wicklung (15), die gleichfalls vom Primärstrom durchflossen wird, entsteht, wird nicht von der Regelung erfaßt. Wie man mit Mitteln der linearen Netzwerktheorie zeigen kann, speist der Verstärker (10) bei dieser Konfiguration nur Blindleistung, die durch geeignete Wahl der Windungszahlen für die Wicklungen (18), (19) und (15) klein gehalten werden kann, in die Wicklung (19) ein. Die zur Abdeckung der Verluste in den Strompfadwiderständen (3) erforderliche Wirkleistung wird dem Primärstromkreis über die Primärwicklung (15) entzogen. Die Verstärker können hier gegenüber dem Beispiel in Fig. 2 kleiner dimensioniert werden. In the circuit shown in FIG. 2, the entire power loss arising in the internal current path resistor ( 3 ) is applied by the amplifier ( 10 ). The current source ( 1 ) is relieved in this way, the amplifiers ( 10 ) must then be designed as a power amplifier. If there is an application in which it is cheaper to cover the power loss from the current source ( 1 ), the circuit shown in FIG. 3 represents an advantageous solution. It differs from that of FIG. 2 in that a second Primary winding ( 15 ) is applied to the core ( 17 ), the winding direction of which differs from that of the secondary winding ( 18 ). The voltage drop that occurs on the winding ( 15 ), which also flows through the primary current, is not detected by the control. As can be shown by means of linear network theory, the amplifier ( 10 ) only feeds reactive power in this configuration, which can be kept small by suitable selection of the number of turns for the windings ( 18 ), ( 19 ) and ( 15 ) into the winding ( 19 ) a. The active power required to cover the losses in the current path resistors ( 3 ) is withdrawn from the primary circuit via the primary winding ( 15 ). The amplifiers can be dimensioned smaller compared to the example in FIG. 2.

Ist es aufgrund der Anwendung wünschenwert, die von den Verstärkern aufzubringende Leistung weiter zu verringern, so stellt die in Fig. 4 dargestellte Variante der erfindungsgemäßen Anordnung eine günstige Lösung dar. Hier wird die in Fig. 3 dargestellte Anordnung um einen weiteren Kern (16) ergänzt. Auf ihn sind zwei weitere Primärwicklungen (13, 14) aufgebracht. Die Primärwicklung (18) umschlingt beide Kerne, die Primärwicklung (15) und die Sekundärwicklung (19) umschlingen nur den Kern (17). Die Wicklungen (13) und (14) werden von den Stromquellen (11) und (12) gespeist, die in ihrer Phasenlage 120° bzw. 240° gegen die Phase der Stromquelle (1) verschoben sind. In einer dreiphasigen Zählerprüfeinrichtung stehen diese Ströme grundsätzlich zur Verfügung. Durch den unterschiedlichen Wicklungssinn der Wicklungen (13) und (14) bei gleicher Windungszahl wird in dem Kern (16) gerade eine Durchflutung erzeugt, die auch bei einem Strom durch nur eine Wicklung enstünde, wenn dieser 90° in der Phase gegen den Strom aus der Quelle (1) verschoben wäre. Mit Mitteln der linearen Netzwerktheorie kann man nachweisen, daß auf diese Weise in der Wicklung (18) eine Spannung induziert werden kann, die der an dem Widerstand (3) entgegenwirkt, und so dessen Größe virtuell verringert. Bei idealer Dimensionierung speist dann der Verstärker (10) eine gegen Null strebende Blindleistung in die Wicklung (19) ein.If, due to the application, it is desirable to further reduce the power to be applied by the amplifiers, the variant of the arrangement according to the invention shown in FIG. 4 represents a favorable solution. Here, the arrangement shown in FIG. 3 is provided around a further core ( 16 ). added. Two further primary windings ( 13, 14 ) are applied to it. The primary winding ( 18 ) wraps around both cores, the primary winding ( 15 ) and the secondary winding ( 19 ) loop around the core ( 17 ) only. The windings ( 13 ) and ( 14 ) are fed by the current sources ( 11 ) and ( 12 ), which are shifted 120 ° and 240 ° in phase with respect to the phase of the current source ( 1 ). These currents are basically available in a three-phase meter test facility. Due to the different winding sense of the windings ( 13 ) and ( 14 ) with the same number of turns, a flooding is generated in the core ( 16 ), which would also arise in the case of a current through only one winding if the latter turns 90 ° in phase against the current the source ( 1 ) would be shifted. Using linear network theory, it can be demonstrated that in this way a voltage can be induced in the winding ( 18 ) which counteracts that at the resistor ( 3 ), thus virtually reducing its size. With ideal dimensioning, the amplifier ( 10 ) then feeds a reactive power tending towards zero into the winding ( 19 ).

In den Figuren wurden Prüfschaltungen für jeweils 2 Prüflinge mit zugehöriger Anordnung dargestellt, da dieses ausreichend ist, um die grundsätzliche Funktionsweise zu erklären. In der Praxis wird man weit mehr Zähler in Reihe schalten. Vom Prinzip her ergibt sich hierdurch keine Einschränkung für die Anwendbarkeit der Schaltungsanordnung.In the figures, test circuits for 2 test objects each with associated ones were shown Arrangement shown, since this is sufficient to the explain how it works. In practice, you become much more Connect the counters in series. In principle there is no restriction for the applicability of the circuit arrangement.

Claims

1. Circuit arrangement of a meter test device in which the displays of the test object ( 5 ) is compared with that of a test counter ( 9 ) for simultaneous testing of one or more counters whose current and voltage paths are galvanically connected to one another, characterized in that the current path Resistor ( 3 ) of each counter ( 5 ), the secondary winding ( 18 ) of a transformer ( 17 ) is connected in series, the primary winding ( 19 ) of which is controlled by an amplifier ( 10 ) acting as a controlled source such that it is connected to the secondary winding ( 18 ) of the transformer ( 17 ) generates a voltage of such magnitude and polarity that this voltage and the voltage drop across the resistor ( 3 ) just cancel each other out.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the transformer ( 17 ) has a second primary winding ( 15 ) through which the current flows through the current path in the reverse direction of winding, and whose voltage drop is not present at the amplifier input, as a result of which the amplifier ( 10 ) only has to deliver a small active power.

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the transformer ( 17 ) is supplemented by a second core ( 16 ), around which, in addition to the primary winding ( 18 ), two further primary windings ( 13, 14 ) are wound with opposite winding directions, which generate a counter voltage to the voltage drop across the resistor ( 3 ) by supplying two current sources ( 11, 12 ) which are shifted in phase with respect to the current source ( 1 ) by 120 ° or 240 ° in the main winding ( 18 ), as a result of which the Power applied to the amplifier is further reduced.