DE860830C

DE860830C - Low pass as a fundamental wave filter for measurement purposes

Info

Publication number: DE860830C
Application number: DES2871A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Poleck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1950-04-21
Filing date: 1950-04-21
Publication date: 1952-12-22

Description

Tiefpaß als Grundwellenfilter für Meßzwecke Elektrische Filter sind für zahlreiche Schaltungen und Anwendungsgebiete bekannt. Es gibt nun eine Reihe von Messungen, bei denen man nur auf die Grundwelle und auf Meßgrößendieser Grundwelle Wert legt, während etwa vorhandene Oberwellen das Meßergebnis schädlich beeinflussen. Ein Beispiel dafür ist die Feststellung der Verlustziffer von Eisen; denn diese Verlustziffer wird auf ,die Grundfrequenz bezogen. Oberwellen würden die Verlustzahl fälschen.Electric filters are low-pass filters as fundamental wave filters for measurement purposes known for numerous circuits and applications. There are now a number of measurements in which one only looks at the fundamental wave and on measured quantities of this fundamental wave Value, while any harmonics that may be present have a detrimental effect on the measurement result. An example of this is the determination of the loss rate of iron; because this Loss figure is based on the basic frequency. Harmonics would be the loss figure counterfeit.

Wenn man ein Filter benutzt., um einen Wechselstrom oder eine Wechselspannung für eine Meßsahaltung von Oberwellen zu befreien, dann sind von diesem Filter gewisse Bedingungen zu erfüllen, nämlich es muß zunächst die Dämpfung der Oberwellen genügend groß sein. Ferner muß gerade für Meßschaltungendarauf Rücksicht genommen werden, daß die Nennfrequenz, im allgemeinen die Netzfrequenz um einen geringen Prozentsatz von ihrem Nennwert abweichen kann. Es darf bei solchen Abweichungen der Ainpl.itudemfehler des Stromes oder der Spannung sowie auch der Phasenfehler nicht von Bedeutung werden. Schließlich ist es auch vom. Vorteil, wenn das Filter in bekannter Weise durch zwei Widerstände ersetzt werden kann.If you use a filter. To an alternating current or an alternating voltage To be free of harmonics for a measurement, then certain filters are necessary To meet conditions, namely it must first be sufficient attenuation of the harmonics be great. Furthermore, especially for measuring circuits, consideration must be given to that the nominal frequency, generally the mains frequency, by a small percentage may differ from their face value. In the case of such deviations, the amplitude error may be of the current or the voltage as well as the phase error are of no importance. After all, it is also dated. Advantage if the filter in a known manner by two Resistors can be replaced.

Die Erfindung betrifft ein Grundwellenfilter für Meßzwecke, das als Tiefpaß ausgebildet ist und innerhalb von Schwankungen der Grundfrequenz um einige Prozent keine störende Schwankung der Amplitude der Ausgafgröße hat. Diese Eigenschaft des Grundwellenfilters nach der Erfindung ist dadurch erreicht, @daß seine Grenzfrequenz den j/ =fachen Betrag der Nennfrequenz hat und daß das Filter nlit dem Wellenwiderstand für die Nennfrequenz abgeschlossen ist. Unter .dieser Voraussetzung ist die Ausgangsspannung gegen -die Eingangsspannung sowie der Ausgangsstrom gegen den Eingangsstrom bei einem Tiefpaß, der mit einem reellen Widerstand. ;abgeschlossen ist, um n # 9o° phasenverschoben, wobei n die Gliederzahl bedeutet, bei zwei Gliedern in n-Schaltung also r8o°. Infolgedessen ist der Eingangswiderstand des verlustlosen Filters bei der Nennfrequenz reell gleich dem bschlußwiderstand unabhängig von seiner Größe. Man -kann also ein solches Filter mit einem Vorwiderstand versehen, wodurch sich. die Phasenlage des Ausgangsstromes nicht ändert. Es ist aber zweckmäßig, das Filter mit seinem Wellenwiderstand für ,die Nennfrequenz abzuschließen, da dann die Fehler bei Frequenzabweichung ein Minimum werden.The invention relates to a fundamental wave filter for measurement purposes which is designed as a low-pass filter and has no disruptive fluctuation in the amplitude of the output variable within fluctuations in the fundamental frequency by a few percent. This property of the fundamental wave filter according to the invention is achieved in that its cut-off frequency is j / = times the value of the nominal frequency and that the filter is closed with the characteristic impedance for the nominal frequency. This prerequisite is the output voltage against the input voltage and the output current against the input current in the case of a low-pass filter with a real resistance. ; is completed, phase-shifted by n # 9o °, where n means the number of links, with two links in an n-connection this means r8o °. As a result, the input resistance of the lossless filter at the nominal frequency is actually equal to the terminating resistance regardless of its size. One can therefore provide such a filter with a series resistor, which results in. the phase position of the output current does not change. However, it is advisable to close the filter with its characteristic impedance for the nominal frequency, since the errors in the frequency deviation are then a minimum.

Diese hauptsächlich von den Verlusten herrührenden Fehler enthalten ein Glied, das proportional der Frequenzabweichung ist, und Glieder höherer Ordnung. Das frequenzproportionale Glied verschwindet nun bei einem bestimmten Vorwiderstand, der etwa n # z ist, d. h. bei zwei Gliedern muß .der Vorwiderstand gleich dem -doppelten Wellenwiderstand sein.These errors, mainly due to the losses, include a term proportional to the frequency deviation and higher order terms. The frequency-proportional member now disappears at a certain series resistance, which is about n # z , ie with two members .the series resistance must be equal to the -double wave resistance.

Bezüglich,des Aufbaues .des Filters bat man verschiedene Möglichkeiten. Das Filter d:st beispielsweise ein Tiefpaßfilter aus ein oder zwei Gliedern in T- oder n-Schaltung oder beispielsweise ein Brückenfilter.With regard to the structure of the filter, various options were asked. The filter d: st, for example, a low-pass filter composed of one or two elements in a T or n-circuit or, for example, a bridge filter.

Wenn es sich lediglich um die Grundwellenmessung einer einfachen Meßgröße, eines Stromes oder einer Spannung handelt, dann hat -die unvermeidliche Phasenänderung,des Ausgangsstromes des Filters gegenüber seinem Eingangsstrom bei Schwankungen der Grundfrequenz praktisch keine Bedeutung. Wenn aber beispielsweise ein Produkt zweier Meßgrößen gebildet wird, oder wenn zur Anzeige ein phasenabhängiges Meßgerät benutzt wird, wie z. B. ein Gleich.strommeßgerät zusammen mit einem gesteuerten Gleichrichter, empfiehlt es sich, die Steuerwicklung des Gleichrichters oder den Kreis für die zweite zur Produktbildung notwendige Meßgröße mit einem Zweipol oder einem Vierpol auszurüsten, der die gleiche Phasenabhängigkeit von der Frequenz hat wie das Grundwellenfilter. Dadurch werden dann beide Meßgrößen oder die Ausgangsgröße des Filters einer-:seits und @die Phasenlage der Erregung des gesteuerten Gleichrichters derart 'bei Frequenzabwei-Chungen beeinflußt, daß sich kein Unterschied zwischen den Phasenverschiebungen ergibt.If it is only a question of the fundamental wave measurement of a simple measurand, of a current or a voltage acts, then the inevitable phase change, des Output current of the filter compared to its input current in the event of fluctuations in the Fundamental frequency practically irrelevant. But if, for example, a product of two Measured quantities are formed, or if a phase-dependent measuring device is used for the display will, such as B. a DC current measuring device together with a controlled rectifier, it is best to use the control winding of the rectifier or the circuit for the second measurand necessary for product formation with a two-pole or a four-pole to equip, which has the same phase dependence on the frequency as the fundamental wave filter. As a result, both measured variables or the output variable of the filter are then on the one hand and @the phase position of the excitation of the controlled rectifier in such a way 'with frequency deviations affects that there is no difference between the phase shifts.

Zur Erläuterung der Erfindung dient eine Figur, die aber nur ein Beispiel für eine Anordnung nach der Erfindung widergibt, so daß die Erfindung auf dieses Beispiel niest beschränkt ist.A figure serves to explain the invention, but is only an example for an arrangement according to the invention, so that the invention is based on this Example sneezes is limited.

In oder Figur ist ein Filter gemäß der Erfindung dargestellt, welches aus zwei Induktivitäten L und drei Kapazitäten C besteht. Die Eingangsseite des Filters ist mit E bezeichnet, die Ausgangsseite ist A und wird gebildet durch eine Parallelschaltung zweier Widerstände r und, einen Doppelkontakt k1 und k2 eines gesteuerten Gleichrichters. Die Steuerwicklungen dieses Gleichvichters sind mit w bezeichnet. Dem Filter ist ferner noch ein veränderbarer Widerstand R vorgeschaltet. Die Bemessungen -der einzelnen Widerstände und Filterglieder entsprechen der Erfindung. Insbesondere entsprechen die Grenzfrequenz und die Widerstände r mit dem Widerstand des zwischen ihnen liegenden Gleichstronnm@eßgerätes G dem Wellenwiderstand des Filters für die Nennfrequenz. Durch die beiden Kontakte k1 und k2 wird der Ausgangsstrom gleichgerichtet über :das Meßgerät G geleitet.In or figure, a filter according to the invention is shown, which consists of two inductors L and three capacitances C. The entry page of the Filters is labeled E, the output side is A and is formed by a Parallel connection of two resistors r and, a double contact k1 and k2 one controlled rectifier. The control windings of this rectifier are with w denotes. A variable resistor R is also connected upstream of the filter. The dimensions of the individual resistors and filter elements correspond to the invention. In particular, the cutoff frequency and the resistances r correspond to the resistance of the DC measuring device G lying between them corresponds to the wave resistance of the Filters for the nominal frequency. The output current is supplied through the two contacts k1 and k2 rectified via: the measuring device G passed.

Infolge der Verwendung eines Gleichrichters, in dieseln Fall eines gesteuerten Gleichrichters, ist die Anzeige des Gerätes G nicht allein von .der Stromstärke an der Ausgangsseite des Filters, sondern auch von :der Phasenlage des Stromes abhängig. Während nun bei geringfügiger Abweichung der Grundwellenfrequenz von ihrem Nennwert die Amplitude des Stromes wenig beeinflußt wird, ist die Phasenabhängigkeit dieses Stromes nicht so gering. Diese unvermeidliche Phasenabhängigkeit ist nun bei .dem bezeichneten Ausführungsbeispiel dadurch unschädlich gemacht, daß eine gleichgroße und gleichsinnige Phasenverschiebung bei der Steuerung der Gleichrichterkontakte k1 und k2 eintritt. Dies .ist dadurch erreicht, daß mit den Steuerwicklungen w des Gleichrichters eine phasenabhängige Schaltung, z. B. die Reihenschaltung eines Kondensators C1 und einer Drosselspule L1, verbunden ist. Diese Schaltung wird durch dieselbe Netzfrequenz erregt, die auch dem Eingang E des Filters zugeführt wird. Der Erregerkreis der Steuerwicklungen w hat nun bei richtiger Bemesseng des Kondensators C1 und der Drosselspule L1 die gleiche Phasenabhängigkeit wie der gefilterte Strom. Somit tritt zwischen dem Ausgangsstrom des Filters einerseits und dem Steuerstrom ,des Gleichrichters bei den vorkommenden Schwankurngen d er Grundwellenfrequen.z keine .gegenseitige Verschiebung 'auf. Eine im Kreis des Gleichrichters angedeutete Anordnung ,Ph, beispielsweise mit Drehspannungsanschluß, dient zu einer willkürlichen Phaseneinstellung des Stromes in den Steuerwicklungen des Gleichrichters.As a result of the use of a rectifier, in this case one controlled rectifier, the display of the device G is not only from the Amperage on the output side of the filter, but also from: the phase position of the Current dependent. While now with a slight deviation of the fundamental wave frequency the amplitude of the current is little influenced by its nominal value, is the phase dependence of this current not so small. This inevitable phase dependence is now in .dem designated embodiment made harmless that a phase shift of the same size and direction in the control of the rectifier contacts k1 and k2 enter. This is achieved in that the control windings w des Rectifier a phase-dependent circuit, e.g. B. the series connection of a capacitor C1 and a choke coil L1. This circuit is made by the same Mains frequency excited, which is also fed to the input E of the filter. The excitation circuit the control windings w has now with correct dimensioning of the capacitor C1 and the Choke coil L1 has the same phase dependence as the filtered current. Thus occurs between the output current of the filter on the one hand and the control current of the rectifier with the fluctuations of the fundamental wave frequencies that occur, there are no mutual Shift 'on. An arrangement indicated in the circle of the rectifier, Ph, for example with three-phase voltage connection, used for an arbitrary phase setting of the current in the control windings of the rectifier.

Die Erfindung ist anwendbar sowohl zur Messung der Größe des Stromes oder der Spannung der Grundwelle wie auch z. B. zur Messung kombinierter Größen, z. B. einer Grundwellenleistung.The invention can be used both for measuring the magnitude of the current or the voltage of the fundamental wave as well as z. B. for measuring combined quantities, z. B. a fundamental wave power.

Für -die Leistungsmessung mittels eines Wattmessers oder eines Elektrometers genügt es, nur eine der beiden Meßgrößen, also nur .den Strom oder nur die Spannung, unter Zwischenschaltung eines Filters nach der Erfindung zu erfassen. Praktische Fälle für die Anwendung der Leistungsmessung sind z. B. die Ermittlung der Verlustziffer von Eisenblechen und die Verlustmessung von Kondensatoren oder -die Bestimmung der Koronaverluste von Hochspannungsleitungen..For power measurement using a wattmeter or an electrometer it is sufficient to use only one of the two measurands, i.e. only the current or only the voltage, to detect with the interposition of a filter according to the invention. Practical Cases for the application of power measurement are e.g. B. the determination of the loss figure of iron sheets and the loss measurement of capacitors or the determination of the Corona losses from power lines ..

Claims

PATENT CLAIMS: r. Low-pass filter as a fundamental wave filter -for measurement purposes, which has an amplitude error as small as possible by a few percent within- fluctuations in the fundamental frequency, characterized in that the cutoff frequency of a filter is times the amount of the nominal frequency and @ that the filter with the characteristic impedance for the nominal frequency is completed.

2. Filters according to claim i, characterized in that by means of the upstream or secondary circuitry, a Ohmic resistance, the frequency-linear error element is omitted.

3. Filter by Claim 2, characterized in that @ the ohmic resistance of a filter with two terms a value equal to twice the wave resistance and with one single-element filter has equal to the simple wave impedance.

4. Filter naih. Claim 1 or the following, characterized in that an S 'pulley chain with one or two links in a T or a circuit' is used.

5. Filter according to claim i or the following, _da-, characterized by @ that when using a controlled Rectifier for measuring the output of the filter of the control winding, des Rectifier a two-pole or a four-pole with the same. Frequency response in the phase that the measuring filter also has is connected upstream. Referred publications: "Radio-Mentor", July 1949, pp. 324 to 3a6.