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Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung für Meßgeräte
zum Messen von Energie in einem Dreiphasennetz, wobei
Ausgangsdaten aufsummiert werden, um ein Meßergebnis der
elektrischen Dreiphasenleistung (Dreiphasenenergie)
bereitzustellen.
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Üblicherweise umfassen Meßgeräte zum Messen von Energie
in einem Dreiphasennetz intern zwei oder drei identische
Leistungsmeßvorrichtungen, deren Ausgangsdaten
aufsummiert werden. Die Anschlüsse der Meßvorrichtungen an das
elektrischen Netz sind festgelegt, wobei die Anordnung
davon abhängt, mit welchen zu messenden Leistungsbeträgen
(Energiebeträgen) gerechnet wird. Die Dimensionierung der
Spannungsschaltungen der Meßvorrichtungen hängt ebenso
von der Anordnung der Meßvorrichtungen ab. Folglich ist
es mittels eines Meßgeräts möglich, lediglich eine
Leistungsart zu messen, wie beispielsweise die
Wirkleistung oder die Blindleistung.
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Die Druckschrift GB-A-094 989 offenbart einen
elektronischen Wirkverbrauchszähler, der eine
Leistungsflußrichtungs-Erfassungsschaltung sowie eine
Pulsbreitenmodulationsschaltung zur Umwandlung eines zu der
Lastspannung proportionalen Spannungssignals aufweist.
Entsprechend dem Ausgangssignal der
Leistungsflußrichtungs-Erfassungsschaltung wird die Polarität des
Ausgangssignals der Pulsbreitenmodulationsschaltung
entweder invertiert oder nicht invertiert. Der
elektronische Wirkverbrauchszähler weist des weiteren eine
Multiplikationsschaltung auf, die durch das
Ausgangssignal einer Invertierungsschaltung gesteuert wird und
die ein Ausgangssignal erzeugt, das das Produkt aus dem
der Lastspannung proportionalen Spannungssignal und einem
dem Laststrom proportionalen Spannungssignal darstellt.
Das Ausgangssignal der Multiplikationsschaltung stellt
die entsprechend der Richtung des Leistungsflusses
verbrauchte Leistung dar.
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In Bezug auf den vorstehend beschriebenen Stand der
Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, die bekannten Meßanordnungen für Meßgeräte zum
Messen von Leistung (Energie) in einem Dreiphasennetz zu
verbessern. Eine Aufgabe der Erfindung besteht
insbesondere darin, eine Meßanordnung bereitzustellen, die eine
Messung von Leistung (Energie) verschiedener Arten
mittels ein und desselben Meßgeräts ermöglicht.
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Erfindungsgemäß werden die Aufgaben durch eine
Meßanordnung für Meßgeräte wie in den beigefügten
Patentansprüchen definiert gelöst.
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Erfindungsgemäß wird die Leistungsmeßanordnung in einem
elektronischen Zähler auf der Grundlage einer
Impulsbreite-/höhe-Multiplikationseinrichtung mittels digitaler
Signale verwirklicht, die eine interne Änderung in der
"Verdrahtung" (Anordnung der Meßvorrichtungen) mittels
Steuersignale in dem Zähler während des Betriebs des
Zählers ermöglicht, ohne daß es erforderlich ist,
Änderungen bei den äußeren Anschlüssen des Zählers oder in
der Dimensionierung der Spannungsschaltungen vorzunehmen.
Folglich ist es dank der erfindungsgemäßen Meßanordnung
mittels des gleichen Zählers möglich, sowohl die
Wirkleistung (Wirkenergie) als auch die Blindleistung
(Blindenergie) auf eine Weise, die einer herkömmlichen
Meß
anordnung von zwei oder drei Meßvorrichtungen entspricht,
sowie zusätzlich mittels unterschiedlicher Variationen
herkömmlicher Anordnungen von zwei Meßvorrichtungen zu
messen. Die Möglichkeit zur Änderung der Anordnung der
Meßvorrichtungen ist insbesondere hinsichtlich einer
internen Fehleranalyse des Zählers von Vorteil, da bei
üblichen Bedingungen die Meßergebnisse zwischen
unterschiedlichen Meßbetriebsarten innerhalb vorhersehbarer
Fehlergrenzen liegen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines
Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher
beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf dieses
Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Es zeigen:
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Fig. 1 eine herkömmliche Messung der Wirkleistung mit
drei Vorrichtungen,
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Fig. 2 eine herkömmliche Messung der Blindleistung mit
drei Vorrichtungen,
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Fig. 3 eine herkömmliche Messung der Wirkleistung mit
zwei Vorrichtungen,
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Fig. 4 eine herkömmliche Messung der Blindleistung mit
zwei Vorrichtungen, und
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Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Meßteils eines
erfindungsgemäßen elektronischen Leistungszählers.
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Wenn eine Meßbetriebsart mit drei Vorrichtungen verwendet
wird, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, wird die Wirkleistung
P nach Gleichung (1) erhalten.
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P = IL1 · UL1 + IL2 · UL2 + IL3 · UL3 (1)
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Wenn eine Meßbetriebsart mit drei Vorrichtungen verwendet
wird, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, wird die
Blindleistung Q nach Gleichung (2) erhalten.
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Q = 1/ 3 · (IL1 ·(UL2 - UL3) + IL2 · (UL3 - UL1) +
+ IL3 · (UL1 - UL2) (2)
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Wenn eine Meßbetriebsart mit zwei Vorrichtungen verwendet
wird, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, wird die Wirkleistung
P nach Gleichung (3) erhalten.
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P = IL1 · (UL1 - UL2) + IL3 · (UL3 - UL2) (3)
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Wenn eine Meßbetriebsart mit zwei Vorrichtungen verwendet
wird, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, wird die
Blindleistung Q nach Gleichung (4) erhalten.
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Q = 3 · (IL1 · (U&sub0; - UL3) + IL3 · (UL1 - U&sub0;)) (4)
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Gemäß den Fig. 1 bis 4 werden die Meßvorrichtungen mit
Bezugszeichen 11 bezeichnet. Die Gleichungen (1) bis (4)
können zu den Gleichungen (5) bis (8) umgeformt werden,
die die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen
Leistungszählers besser veranschaulichen.
Gleichung (1) ist äquivalent zu:
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P = 1/2 · ((IL1 · UL1) + (-IL1 · -UL1) +
+ (IL2 · UL2) + (-IL2 · -UL2) +
+ (IL3
· UL3) + (-IL3 · -UL3)) (5)
Gleichung (2) ist äquivalent zu:
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Q = 1/ 3 · ((IL1 · UL2) + (-IL1 · UL3) +
+ (IL2 · UL3) + (-IL2 · UL1) +
+ (IL3 · UL1) + (-IL3 · UL2)) (6)
Gleichung (3) ist äquivalent zu:
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P = (IL1 · UL1) + (-IL1 · UL2) +
+ (IL3 · UL3) + (-IL3 · UL2) (7)
Gleichung (4) ist äquivalent zu:
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Q = 3/2 · ((IL1 · -UL3) + (-IL1 · UL3) +
+ (IL3 · UL1) + (-IL3 · -UL1)) (8)
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Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines Leistungsmeßteils
20 eines erfindungsgemäßen elektronischen Leistungs- oder
Energiezählers. Die Pulsbreitenmodulatoren 21, 22 und 23
bilden pulsbreitenmodulierte digitale Signale DL1, DL2 und
sowie deren Negierung , und aus jedem
momentanen Wert der Phasenspannung des Dreiphasennetzes.
Die Ausgangssignale der Pulsbreitenmodulatoren 21, 22 und
23 sind zueinander synchron. Die digitalen Daten DL1, DL2
und DL3 sowie deren Negierung , und werden zu
einer Steuerlogik 24 geleitet, die digitale Signale Q1A,
Q1B, Q2A, Q2B, Q3A und Q3B an Schalter 25 ausgibt, die in
Form von Verbindungseinrichtungen in einer Impulsbreite-/
höhe-Multiplikationseinrichtung 26 vorhanden sind. Ein
Sekundärstrom It eines Meßtransformators 31, 32 und 33
jedes Phasenstroms in dem Dreiphasennetz fließt durch
zwei Widerstände R&sub1; gleicher Größe. Ein gemeinsamer Punkt
34 der Widerstände R&sub1; wird mit dem Nullpotential der
Meßelektronik verbunden, wodurch dem Phasenstrom
proportionale Spannungen mit gleichem Absolutwert aber mit
unterschiedlichen Vorzeichen bei den Widerständen R&sub1;
anliegen. Diese Spannungen werden mittels der Schalter 25
und der Widerstände R&sub2; verbünden, wobei jedes
Stromsummensignal 41, 42 oder 43 zu der Summe der Produkte aus
den Phasenspannungen, die die Schalter 25 über die
Pulsbreitenmodulatoren 21, 22 und 23 sowie über die
Steuerlogik steuern, und den von dem Phasenstrom abhängigen
Spannungen mit entgegengesetzten Vorzeichen proportional
ist. Gemäß dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel
beruht die Messung auf sechs Multiplikationseinrichtungen
26 des Impulsbreite-/höhe-Typs. Mittels Tiefpaßfilterung
durch R&sub3;C&sub1;, die in Verbindung mit der Summation eingefügt
ist, werden aus den Signalen 41, 42 und 43
Hochfrequenzanteile entfernt, wobei das Zeitmittel der Produkte
bestehen bleibt und das Zeitmittel zu dem vermutlich zu
messenden Leistungsbetrag proportional ist. Bezugszeichen
35 bezeichnet einen herkömmlichen Operationsverstärker.
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In der beigefügten Tabelle werden die Anordnungen der
zwischen den Pulsbreitenmodulatoren 21, 22 und 23 und den
Schaltern 25 liegenden Steuerlogik 24 bei
unterschiedlichen Meßbetriebsarten veranschaulicht.
Tabelle
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Wenn bei einigen Zählertypen die Möglichkeit, die
Meßbetriebsart intern zu ändern, nicht erforderlich ist, kann
die Steuerlogik als ganzes entfallen. In einem derartigen
Fall werden die Ausgangssignale der
Pulsbreitenmodulatoren 21, 22, 23 direkt an die Schalter 25 gemäß der
Tabelle angeschlossen.
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Vorstehend ist lediglich das Lösungsprinzip der Erfindung
beschrieben worden, wobei es für den Fachmann ersichtlich
ist, daß verschiedene Modifikationen in Bezug auf den
Lösungsvorschlag ausgestaltet werden können, ohne den in
den beigefügten Patentansprüchen definierten
Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.
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Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die Erfindung eine
Meßanordnung für Meßgeräte zum Messen von Energie in
einem Dreiphasennetz betrifft, wobei Ausgangsdaten
aufsummiert werden, um ein Meßergebnis der elektrischen
Dreiphasenleistung (Dreiphasenenergie) bereitzustellen.
Die Meßanordnung 20 umfaßt Pulsbreitenmodulatoren 21, 22,
23, die pulsbreitenmodulierte digitale Daten DL1, DL2, DL3
sowie deren Negierung , , aus jedem momentanen
Wert der Phasenspannung des Dreiphasennetzes bilden, eine
Impulsbreite-/höhe-Multiplikationseinrichtung 26 sowie
eine Steuerlogik 24, mittels der Steuersignale Q1A, Q1B,
Q2A, Q2B, Q3A, Q3B aus den pulsbreitenmodulierten digitalen
Daten DL1, DL2, DL3 und aus deren Negierung , ,
für die Impulsbreite-/höhe-Multiplikationseinrichtung 26
ausgewählt werden. Der Sekundärstrom It des
Meßtransformators 31, 32, 33 jedes Phasenstroms in dem
Dreiphasennetz wird zu der
Impulsbreite-/höhe-Multiplikationseinrichtung 26 geführt, wobei das Ausgangssignal 41, 42, 43
der Impulsbreite-/höhe-Multiplikationseinrichtung 26 zu
jeder Zeit zu dem zu messenden Energiebetrag proportional
ist.