DE950141C

DE950141C - Method for displaying the phase angle between two alternating voltages of the same frequency

Info

Publication number: DE950141C
Application number: DEL16089A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Giertz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1953-07-17
Filing date: 1953-07-17
Publication date: 1956-10-04

Description

Verfahren zur Anzeige des Phasenwinkels zwischen zwei Wechselspannungen gleicher Frequenz Die Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren zur Anzeige des Phasenwinkels zwischen zwei Wechselspannungen gleicher Frequenz, die durch geeignete Spannungsbegrenzer, beispielsweise Stabilisatoren, Gleichrichter, Elektronenröhren od. dgl. in Rechteckspannungen konstanter Amplitude umgeformt werden, bei dem die beiden Spannungsbegrenzer zur Differenzbildung der beiden Wechselspannungen in Reihe geschaltet sind, und bei dem die Anzeige eines vorgegebenen Phasenwinkels durch Stromkompensation im Anzeigekreis unterdrückt wird.Method for displaying the phase angle between two alternating voltages same frequency The invention relates to a method for displaying the phase angle between two alternating voltages of the same frequency, which by means of suitable voltage limiters, for example stabilizers, rectifiers, electron tubes or the like in square-wave voltages constant amplitude, in which the two voltage limiters for Difference formation of the two alternating voltages are connected in series, and at the display of a specified phase angle through current compensation in the display circuit is suppressed.

Zur direkten Anzeige des Phasenwinkels zweier Wechselspannungen sind bereits zahlreiche Meßeinrichtungen bekannt. Im allgemeinen bedingen sie einen großen Aufwand an teueren und komplizierten Schaltelementen, wie Röhren u. dgl. Eine bekannte Meßeinrichtung ist als mehrstufiger Röhrenphasenmesser ausgebildet, wobei die Bestimmung der Phasenlage durch eine Brückenschaltung erfälgt, bei der zwei benachbarte Zweige durch die die Begrenzungselemente darstellenden Röhren gebildet werden, und in deren Diagonal-Zweig ein Meß@gerät liegt, dessen Anzeige dem Phasenwinkel proportional ist. Es sind auch bereits Anordnungen bekannt, bei denen die sinusförmigen Eingangsspannungen mit Hilfe von Stahilisatoren. oder Richtleitern in Rechteckspannungen gleicher Amplitude umgewandelt werden, wobei die an in Reihe geschalteten Spannungsbegrenzern abgegriffenen Spannungen dann über einen Gleichrichter dem Anzeige- oder Steuergerät zugeführt werden.For direct display of the phase angle of two alternating voltages already numerous measuring devices known. In general, they require a large one Expenditure on expensive and complicated switching elements, such as tubes and the like. A known one The measuring device is designed as a multi-stage tubular phase meter, with the determination the phase position by means of a bridge circuit in which two adjacent branches are formed by the limiting elements representing tubes, and in their Diagonal branch there is a measuring device whose display is proportional to the phase angle is. There are also already known arrangements in which the sinusoidal input voltages with the help of steel sterilizers. or directional ladders in rectangular voltages of the same amplitude, with the voltage limiters connected in series The tapped voltages are then sent to the display or control unit via a rectifier are fed.

Sehr oft liegt noch die zusätzliche Aufgabe vor, die Messung oder die Auslösung eines Steuer-oder Regelvorganges erst von einem bestimmten Anfangswert beginnen zu lassen bzw. einen konstanten nicht zur eigentlichen Messung gehörigen Phasenwinkel zu unterdrücken. Das kann durch vorgeschaltete Phasenschieber oder durch eine zusätzliche Kompensationsspannunggeschehen. Beides erfordert aber wieder einen beträchtlichen Mehraufwand.Very often there is still the additional task, the measurement or the triggering of a control or regulating process only from a certain initial value start or a constant does not belong to the actual measurement To suppress phase angle. This can be done by upstream phase shifters or by means of an additional compensation voltage. But both require again a considerable amount of additional work.

Zur Vermeidung zusätzlicher Kompensationsmittel wird erfindungsgemäß der Kompensationsstrom durch in ihrer Größe veränderbare positive oder negative Strom$albwellen gebildet, die durch Gleichrichter von den Spannungsbegrenzern abgeleitet werden.According to the invention, in order to avoid additional compensation means the compensation current through variable positive or negative Current half waves are formed, which are diverted from the voltage limiters by rectifiers will.

Der Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß die Kompensation durch einen aus der Meßeinrichtu:ng selbst hergeleiteten Strom, der den Anzeigekreis durchfließt, bewirkt wird. Ferner wird eine einfache Einstellbarkeit eines großen Kompensationsbereiches erreicht, und durch die Unabhängigkeit von Spannungsschwankungen werden, Anzeigefehler vermieden. Die Kompensation ist außerdem noch unabhängig von der Höhe der Eingangsspannungen, weil die Kompensationsspannung von den, Spannungsbegrenzern 5 und 6 abgenommen wird, die eine weitgehend konstante Spannung ergeben.The advantage of the method according to the invention is that the Compensation by a current derived from the measuring device itself, the flows through the display circuit, is effected. Furthermore, it is easy to adjust of a large compensation range and independence from voltage fluctuations display errors are avoided. The compensation is also independent of the level of the input voltages, because the compensation voltage from the voltage limiters 5 and 6 is removed, which result in a largely constant voltage.

An Hand der Zeichnung sei der Erfindüngsgedanke näher erläutert. In Fig. i ist ein Schaltungsbeispiel ohne Kompensation dargestellt. Die Umwandlung der sinusförmigen Eingangsspannungen Ui und U2 an den Übertragern i und 2 in Rechteckspannungen geschieht durch die Stabilisatoren 5 und 6 über Vorwiderstände 3 und 4. Die entstehenden Rechteckspannungen Ui und U2 liegen an den Punkten i2 und ii bzw. 13 und i i.The concept of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. A circuit example without compensation is shown in FIG. The conversion of the sinusoidal input voltages Ui and U2 at the transformers i and 2 into square-wave voltages is done by the stabilizers 5 and 6 via series resistors 3 and 4. The resulting square-wave voltages Ui and U2 are at points i2 and ii or 13 and i i.

In einer bereits vorgeschlagenen Anordnung wird die resultierende Spannung zwischen den Punktren; 12 und 13 über einen Einweg- oder Grätzgleiehrichter, einem Anzeige- oder Steuerkreis zugeführt. Bei der Einweg-Gleichrichtung wird nur in einer Halbwelle Strom entnommen. Somit steht für den A,nzeii@ge- oder Steuerkreis nur ein relativ geringer Strom zur Verfügung. Er kann mit Rücksicht auf die geforderte Linearität der Meßkennlin:ie nicht beliebig gesteigert werden. Die Verwendung eines Grätzgleichrichters bringt zwar den doppelten Strom, benötigt aber einen Mehraufwand an Gleichrichtern. Demgegenüber kommt die Schaltung nach Fig. i mit einem Einweg-Gleichrichter bei Lieferung des gleichen Stromes wie der Grätzgleichri,ahter aus. Um dies zu erreichen, sind die Punkte i2 und 13 über zwei in. Reihe geschaltete Widerstände 7 und 8 verbunden. An den Verbindungspunkt ist über einen Gleichrichter 9 der Anzeige- oder Steuerkreis io angeschlossen. Außerdem ist er mit dem Verbindungspunkt i i der Stabillisatoren verbunden.In an arrangement that has already been proposed, the resulting Tension between points; 12 and 13 via a one-way or Grätz judge, fed to a display or control circuit. In the case of one-way rectification, only current drawn in a half-wave. Thus stands for the A, nzeii @ ge or control circuit only a relatively small amount of electricity is available. He can take into account the requested Linearity of the measurement characteristic: ie cannot be increased at will. Using a Graetz rectifier brings twice the current, but requires more effort on rectifiers. In contrast, the circuit according to FIG. I comes with a half-wave rectifier with delivery of the same current as the Grätzgleichri, ahter. To achieve this, the points i2 and 13 are connected via two resistors 7 and 8 connected in series. The display or control circuit is connected to the connection point via a rectifier 9 io connected. He is also with the connection point i i of the stabilizers tied together.

Wenn die beiden Wechselspannungen U1 und U2, deren Phasenlage erfaßt werden soll, in Phase sind, dann sind auch die Rechteckspannungen an Ui und U2 in Phase. In der positiven Halbwelle fließt gleichzeitig ein Strom über den Widerstand 7 und auch über den Widerstand 8 durch den Gleichrichter 9 zum Anzeige- oder Steuerkreis io. In der entgegengesetzten Hglb-,velle sperrt der Gleichrichter. Sind gegen die Wechselspannungen um 18o° ,gegenseitig verschoben, .dann ist in der einen Halbwelle z. B. Ui positiv und U2 negativ gemessen gegen den, Punkt i i. Der Verbindungspunkt der Widerstände 7 und 8 hat dann das gleiche Potential wie der Punkt i i, wenn sich der Widerstand 7 zum Widerstand 8 verhält wie die Spannung am Begrenzer 5 zur Spannung am Begrenzer 6. Über den Gleichrichter 9 fließt somit kein Strom. Das gleiche gilt für die entgegengesetzte Halbwelle, in der nur die Polaritäten in 1a und 13 vertauscht sind-. Es ergibt sich eine linear abfallende Abhängigkeit des Stromes bzw. der Spannung am Anzeige- oder Steuerkreis io im Bereich des Phas.en.wrnkal@s von o bis i8o°. Im Bereich von 18o bis 36o° steigt dann der Strom- oder Spannungsmittdlwert wieder linear an.If the two alternating voltages U1 and U2, the phase position of which is to be detected, are in phase, then the square-wave voltages at Ui and U2 are also in phase. In the positive half-wave, a current flows simultaneously via resistor 7 and also via resistor 8 through rectifier 9 to display or control circuit io. In the opposite wave, the rectifier blocks. Are against the alternating voltages by 180 °, mutually shifted. Then in one half-wave z. B. Ui positive and U2 negative measured against the point i i. The connection point of the resistors 7 and 8 then has the same potential as point ii when the resistor 7 is related to the resistor 8 as the voltage at the limiter 5 is related to the voltage at the limiter 6. Thus, no current flows through the rectifier 9. The same applies to the opposite half-wave, in which only the polarities in FIGS. 1a and 13 are reversed. The result is a linearly decreasing dependency of the current or the voltage on the display or control circuit io in the range of Phas.en.wrnkal@s from o to i8o °. In the range from 18o to 36o ° the mean current or voltage rises again linearly.

In der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung mit Kompensation dargestellt. Der Meßkreis entspricht der Schaltung nach Fig. i bis auf den Widerstand 15. Dieser dient zum Abgleich der Anzeige auf einen gewünschten Wert bzw. zur Nacheichung.In Fig. 2 is an embodiment according to the invention with compensation shown. The measuring circuit corresponds to the circuit according to FIG. I except for the resistor 15. This is used to adjust the display to a desired value or for recalibration.

Die Kompunsationsspannung wird über die beiden Gleichrichter 21 und 22 von den Spannungsbegrenzern 5 und 6 abgenommen..Die Gleichrichter liegen an einer Reihenschaltung aus dem Widerstand 23, dem Potentiometer 25 und dem Widerstand 24. Der Mittelabgriff des Potentiometers führt über den Widerstand 26, der zur Einhaltung eines gewünschten. Regelbereiches der Kompensationsspannung dient, an den Anzeige- oder Steuerkreis io. Der Widerstand: 26 ist nicht unbedingt erforderlich. In vielen Fällen genügt schon die zweckentsprechende Bemessung der Widerstände 23 und 24 sowie des Potentiometers 25, um einen geeigneten Kompensationsbereich zu erzielen. In jeder positiven Halbwelle der Spannung am Punkte 12 fließt über den Gleichrichter 21, den Widerstand 23, den benachbarten Teilwiderstand des Potentiorneters, 25 und den Widerstand 26 ein Strom in positiver Richtung durch den Anzeige-oder Steuerkreis io. In jeder negativen Halbwelle am Punkte 13 fließt über den Gleichrichter 22, den Widerstand 24, daG Potentiometer 25 .und den Widerstand 26 ein Strom in - negativer Richtung durch den Anzeige- oder Steuerkreis io. Der Gleichstrommittelwert ist Null, wenn die Widerstände 23 und 24 gleich sind und dass Potentiom.eter 25 in die Nullstellung gebracht ist. Wird es beispielsweise aus dar Mittellage derart herausgedreht, daß der an den Widerstand 23 grenzende Teilwvderstand Null ist, dann überwiegen die positiven Stromhalbwellen durch den Gleichrichter 2i die negativen durch den Gleichrichter 22. Es resultiert ein positiver Gleichstrommittelwert am Anzeige-oder Steuerkreis io; die Kennlinie isst in Richtung positiver Werte verschoben. Es kann somit ein negativer Phasenwinkel, der nicht in die Anzeige oder die Auslösung eines Steuervorganges eingehen soll, kompensiert werden.The Kompunsationssspannung is taken over the two rectifiers 21 and 22 of the voltage limiters 5 and 6. The rectifiers are connected to a series circuit of the resistor 23, the potentiometer 25 and the resistor 24. The center tap of the potentiometer leads via the resistor 26, which leads to Compliance with a desired. Control range of the compensation voltage, to the display or control circuit io. The resistance: 26 is not absolutely necessary. In many cases, the appropriate dimensioning of the resistors 23 and 24 and the potentiometer 25 is sufficient to achieve a suitable compensation range. In each positive half-cycle of the voltage at point 12, a current flows in a positive direction through the display or control circuit io via the rectifier 21, the resistor 23, the adjacent partial resistor of the potentiometer 25 and the resistor 26. In each negative half-wave at point 13 , a current flows in the negative direction through the display or control circuit io via the rectifier 22, the resistor 24, the potentiometer 25 and the resistor 26. The mean DC value is zero when the resistors 23 and 24 are equal and the potentiometer 25 is set to zero. If, for example, it is turned out of the central position in such a way that the partial resistance bordering the resistor 23 is zero, then the positive current half-waves through the rectifier 2i outweigh the negative ones through the rectifier 22. The result is a positive mean DC value at the display or control circuit io; the characteristic curve eats shifted in the direction of positive values. A negative phase angle that should not be included in the display or the triggering of a control process can thus be compensated for.

Der am Potentiometer eingestellte Kompensationsstrom ist unabhängig von der gegenseitigen Phasenlage der Spannungen an den Punkten t2 und 13. Wenn die dem Kompensationsgleichstrom überlagerte Wechselkomponente unerwünscht ist, kann sie in bekannter Weise durch einen Parallelkondensator zum Anzeige- oder Steuerkreis io beseitigt werden. Der Anzeige- oder Steuerkreis io kann aus einem Anzeige- oder Registrierinstrument, aus Relais oder anderen Steuerelementen bzw. aus einer beliebigen Kombination solcher Elemente bestehen.The set at the potentiometer compensation current is they are eliminated in a known manner by a parallel capacitor for display or control circuit io independent of the mutual phase position of the voltages at the points t2 and 13. When superimposed on the compensation DC AC component is undesirable can. The display or control circuit io can consist of a display or registration instrument, relays or other control elements or any combination of such elements.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method for displaying the phase angle between two alternating voltages of the same frequency, which are converted into square-wave voltages of constant amplitude by suitable voltage limiters, for example stabilizers, rectifiers, electron tubes or the like, in which the two voltage limiters are kept in series to form the difference between the two alternating voltages and in which the display of a predetermined phase angle: is suppressed by current compensation in the display circuit, characterized in that .the compensation current is formed by variable positive or negative current half-waves which are derived by rectifiers from the voltage limiters.

2. The method according to claim i, characterized in that a control circuit takes the place of the display circuit. Documents considered: German Patent No. 707 304; French Patent No. 958 430; Terman and Pettit, "Electronic Measurements", Me Graw-Hill Verlag, New York, 1952, pp. 274 272, Figs. 6 to 29.