DE1263623B - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Messen der Laenge mehrerer aufeinanderfolgender periodischer Zeitabschnitte - Google Patents

Description

• Verfahren und Schaltungsanordnung zum Messen der Länge mehrerer aufeinanderfolgender periodischer Zeitabschnitte Es ist bekannt, zum Messen periodischer Zeitabschnitte Anordnungen vorzusehen, bei denen als Maß für die gemessenen Zeitabschnitte der Mittelwert einer Folge von Spannungsimpulsen oder der Mittelwert einer in der Amplitude konstanten, in der Länge jedoch variablen Rechteckspannung zugrunde gelegt wird. Beiden Anordnungen ist jedoch gemeinsam, daß durch die Mittelwertbildung nur ein verzögerter Meßwert zur Verfügung steht, was in vielen Anwendungsfällen von Nachteil ist. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine Einrichtung zu schaffen, die den Wert des gemessenen Zeitabschnitts unverzögert anzeigt.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Länge mehrerer aufeinanderfolgender periodischer Zeitabschnitte mit auf Anfang und Ende eines jeden Zeitabschnitts ansprechenden, Anfangs- und Endsignal liefernden Schaltmitteln.
• Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Anfangssignal mit Hilfe eines Integrators, der Teil einer von mehreren gleichen Schaltungseinheiten ist, die zeitliche Integration 'einer konstanten Hilfsgröße beginnt und mit dem Endsignal einerseits deren Integration beendet und der integrierte Wert gespeichert wird und andererseits die Integratoren der übrigen Schaltungseinheiten auf ihren Nullwert zurückgestellt werden und daß die Integratoren abwechselnd in Betrieb gesetzt werden, wobei während der Zeit, in der die Ausgangswerte zweier Integratoren größer als Null sind, der größere der Integrator-Ausgangswerte an einem Anzeigemeßwerk zur Wirkung kommt.
• Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird gewährleistet, daß am Ende jedes Zeitabschnitts unverzögert das Ergebnis der Integration als Maß für die Länge dieses Zeitabschnitts zur Verfügung steht, weil der erhaltene Wert, bei vorausgesetzter Konstanz der Hilfsgröße, direkt proportional zur Länge dieses Zeitabschnitts ist.
• Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß für die Messung der Länge einer geradlinigen Anzahl von Zeitabschnitten pro Periode lediglich zwei Schaltungseinheiten benötigt werden, wobei in der Reihenfolge ihrer Signalabgabe die Anfangssignalgeber abwechselnd mit dem Einschalteingang der einen und der anderen Schaltungseinheit und die zugehörigen Endsignalgeber abwechselnd mit dem zugehörigen Ausschalteingang der einen und der anderen Schaltungseinheit verbunden sind.
• Das Verfahren gemäß der Erfindung kann mit Vorteil zum Messen des Löschwinkels von netzgeführten Wechselrichtern, zum Messen des Polradwi.nkels von Ein- oder Mehrphasen-Synchronmaschinen, zum Messen elektrischer Phasenverschiebungswinkel oder auch zum Messen des Torsionswinkels von rotierenden Körpern angewendet werden.
• Nachstehend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Als Beispiel wurde die Messung des Löschwinkels eines netzgeführten Wechselrichters gewählt. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 die zugrunde gelegte Stromrichterschaltung, F i g. 2 a bis 2 c Strom- und Spannungsverläufe der Stromrichterschaltung nach F i g. 1, F i g. 2 d bis 2 e die Ausgangswerte der beiden vorgesehenen Schaltungseinheiten und des Anzeigemeßwerks und F i g. 3 die schematische Darstellung der Schaltungsanordnung zum Messen des Löschwinkels des in F i g. 1 dargestellten netzgeführten Wechselrichters.
• Der in F i g. 1 dargestellte Stromrichter besteht aus zwei steuerbaren Stromrichterventilen 11 und 12 und einem von einem Wechselstromnetz 13 gespeisten Stromrichtertransformator 10 mit einer Primärwicklung 10a und einer in der Mitte angezapften Sekundärwicklung 10 b. Die Last oder das Gleichstromnetz ist an den Klemmen 14 angeschlossen.
• F i g. 2 a zeigt den zeitlichen Verlauf der beiden Phasenspannungen u" und u6. Die schraffiert- dargestellten Flächen entsprechen den in F i g. 2 c dargestellten Sperrspannungsverläufen der beiden steuerbaren Stromrichterventile 11 und 12. In F i g. 2 b ist der zeitliche Verlauf der beiden Ventilströme i,1 und i" des im Wechselrichterbetrieb arbeitenden Stromrichters dargestellt. Die Zeit zwischen dem Ende der Brenndauer eines Stromrichterventils und dem Positivwerden der Sperrspannung dieses Ventils wird als Löschwinkel bezeichnet. Er wird in F i g. 2 c mit y bezeichnet.
• F i g. 3 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung zum Messen des Löschwinkels des in F i g. 1 dargestellten, im Wechselrichterbetrieb arbeitenden Stromrichters. Sie besteht aus zwei Schaltungseinheiten I und 1I, mit je einem elektronischen Schalter 3, einer eine konstante Hilfsgröße, beispielsweise einen Konstantstrom, liefernden Quelle 4, einer Schalteinrichtung 5, einer Löscheinrichtung 6, einem Integrator 7 und einer als Entkopplungsglied 8 dienenden Diode. Die Funktionsweise dieser Schaltungsanordnung ist folgende: Dem Stromrichterventil11 sind die Schaltungseinheit I und die Schaltmittel 1 (Anfangssignalgeber) und 2 (Endsignalgeber), dem Stxomrichterventil 12 die Schaltungseinheit II und die Schaltmittel 1' und 2' zugeordnet.
• Vom Anfangssignalgeber 1 wird in dem Augenblick, in dem der Ventilstrom i11 Null wird, ein Ausgangssignal abgegeben, das dem Einschalteingang des elektronischen Schalters 3 der SchaltungseinheitI zugeführt wird. Dieser verbindet die eine konstante Hilfsgröße, beispielsweise die einen Konstantstrom liefernde Quelle 4 mit dem Einschalteingang des Integrators 7, wodurch die zeitliche Integration der konstanten Hilfsgröße beginnt und am Ausgang des Integrators 7 eine der Integrationszeit proportionale Ausgangsgröße, beispielsweise eine Gleichspannung, entsteht. über die Diode 8 wird diese Integrator-Ausgangsgröße einem Anzeigemeßwerk 9 zugeführt.
• In dem Augenblick, in dem die Sperrspannung am Ventil 11 positiv wird, gibt der Endsignalgeber 2 ein Ausgangssignal ab, das dem Ausschalteingang des elektronischen Schalters 3 zugeführt wird. Dieser trennt die Quelle 4 vom Integrator 7, wodurch die Integration der Hilfsgröße beendet ist. Der Integrator-Ausgangswert ändert sich nun nicht mehr und wird gespeichert. Da der Eingang der Schalteinrichtung 5 der Schaltungseinheit II mit dem Ausschalteingang des elektronischen Schalters 3 der Schaltungseinheit I verbunden ist, gelangt das Ausgangssignal des Endsignalgebers 2 auch zum Eingang der Schalteinrichtung 5 der Schaltungseinheit 1I. Deshalb wird im gleichen Augenblick, in dem der Integrator 7 der Schaltungseinheit I aufhört zu integrieren, die Löscheinrichtung 6 durch die Schalteinrichtung 5 mit dem Nullstelleingang des Integrators 7 der Schaltungseinheit II verbunden und der Ausgangswert dieses Integrators auf Null gestellt.
• Im Anschluß an diese Vorgänge bleibt der Ausgangswert der Schaltungseinheit II also vorerst Null und der der Schaltungseinheit I gleich dem gespeicherten Wert. Dieser wird auch von dem Anzeigemeßwerk 9 registriert.
• Im Augenblick, in dem der Ventilstrom i12 Null wird, beginnt entsprechend den vorher beschriebenen Vorgängen der Integrator 7 der _ Schaltungseinheit 11 zu integrieren, und am Ausgang dieses Integrators erscheint nunmehr ein linear anwachsender Ausgangswert, dessen Anstieg erst durch das Ausgangssignal des Endsignalgebers 2', der gleichzeitig den Ausgangswert des Integrators 7 der Schaltungseinheit I auf Null stellt, beendet wird.
• Während der Zeit, in der der Integrator-Ausgangswert beider Einheiten größer als Null ist, registriert das Anzeigemeßwerk 9 den größeren der beiden Werte.
• In F i g. 2 d und 2 e sind diese Zusammenhänge gut zu erkennen. Dort sind in zeitlicher Zuordnung zu den Strom- und Spannungsverläufen des in F i g. 1 dargestellten Stromrichters die Ausgangswerte der Integratoren 7 der beiden Schaltungseinheiten und der vom Anzeigemeßwerk 9 registrierte Maßwert dargestellt.
• Zum Zeitpunkt t1 wird beispielsweise der Ventilstrom i11 Null, so daß die durch den Anfangssignal-P (Y ber 1 aus', gelöste Integration beginnt. Der Ausgangswert u. 11 des Integrators 7 der Schaltungseinheit I steigt linear an, bis die Integration zum Zeitpunkt t2 beendet wird, weil der Endsignalgeber 2 wegen des Positivwerdens der Sperrspannung u11 des Stromrichterventils 11 den elektronischen Schalter 3 der Schaltungseinheit I ausschaltet. Gleichzeitig wird der gespeicherte Ausgangswert u, 12 des Integrators 7 der Schaltungseinheit 1I auf Null gestellt. Der Ausgangswert u, des Anzeigemeßwerks 9 bleibt konstant, da die Ausgangswerte beider Schaltungseinheiten nicht voneinander abweichen. Anders liegen die Verhältnisse, wenn sich der Löschwinkel ändert. Zum Zeitpunkt t4 beginnt beispielsweise wieder der Integrator 7 der Schaltungseinheit I zu integrieren. Da sich der Löschwinkel y vergrößert hat, dauert die Integration länger, und entsprechend größer wird auch der Ausgangswert des Integrators 7 der Schaltungseinheit I. Zum Zeitpunkt t5 wird der Integrator-Ausgangswert der Schaltungseinheit I größer als der der Schaltungseinheit II, so daß das Anzeigemeßwerk 9 vom Zeitpunkt t5 ab den größeren Integrator-Ausgangswert, d. h. den der Schaltungseinheit I, registriert. Zum Zeitpunkt t. wird die Integration wiederum beendet und der Integrator-Ausgangswert u? 12 der Schaltungseinheit II auf Null gestellt.
• Wenn an Stelle der in F i g. 1 dargestellten Einphasenmittelpunktschaltung eine andere Stromrichterschaltung vorliegt, muß die in F i g. 3 schematisch dargestellte Schaltungsanordnung leicht abgeändert werden.
• Handelt es sich um eine Stromrichterschaltung mit einer geradzahligen Anzahl von Stromrichterventilen, wie z. B. eine Dreiphasenbrückenschaltung, dann werden lediglich zu den Anfangs- und Endsignalgebern 1 und 2 bzw. 1' und 2' weitere Anfangs- und Endsignalgeber parallel geschaltet, und zwar in der Weise, daß in der Reihenfolge ihrer Signalgabe die Signalgeber abwechselnd der Schaltungseinheit I und der Schaltungseinheit II zugeordnet werden. Im Fall der Dreiphasenbrückenschaltung würde das bedeuten, daß alle Signalgeber einer Brückenhälfte einer gemeinsamen Schaltungseinheit zugeordnet werden.
• Handelt es sich dagegen um eine Stromrichterschaltung mit einer ungeradzahligen Anzahl von Stromrichterventilen, wie z. B. einer Dreiphasensternschaltung, dann muß für jedes Stromrichterventil eine besondere Schaltungseinheit vorgesehen werden, die mit den Signalgebern des entsprechenden Stromrichterventils verbunden wird. Gleichzeitig müssen die Ausschalteingänge der elektronischen Schalter 3 der einzelnen Schaltungseinheiten jeweils mit den Schalteinrichtungen 5 der übrigen Schaltungseinheiten verbunden werden, wobei durch Entkopplungsglieder, wie z. B. Dioden, dafür gesorgt werden muß, daß der Endsignalgeber nicht auf die Schalteinrichtung der eigenen Schaltungseinheit wirken kann. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden also nacheinander die Löschwinkel der einzelnen Ventile gemessen, wobei jeweils der zuletzt gemessene Wert von dem Anzeigemeßwerk registriert wird und jeweils so lange gespeichert wird, bis der nächstfolgende Meßvorgang beendet ist und ein neuer Ausgangswert zur Verfügung steht. Das Verfahren ist nicht auf die Messung des Löschwinkels eines netzgeführten Wechselrichters beschränkt, sondern kann zum Messen der Länge beliebiger periodischer Zeitabschnitte verwendet werden.
• Beispielsweise ist es mit ihm möglich, den Polradwinkel einer Synchronmaschine zu messen, sei es nun eine einphasige oder eine mehrphasige Maschine. Zu diesem Zweck werden an zwei beliebigen Bezugspunkten des Ständerumfangs der Synchronmaschine Schaltmittel vorgesehen, die den Nulldurchgang der Ständerspannung an diesen Bezugspunkten erfassen. Gleichzeitig werden an diesen Bezugspunkten Schaltmittel vorgesehen, die das Passieren des Polrades erfassen.
• Diese Schaltmittel wirken als Signalgeber auf die in F i g. 3 dargestellten Schaltungseinheiten (I und II). Dabei ist zu beachten, daß im Motorbetrieb die Schaltmittel zur Erfassung des Ständerspannungs-Nulldurchgangs . an den beiden Bezugspunkten als Anfangssignalgeber auf den Einschalteingang der in den Schaltungseinheiten enthaltenen elektronischen Schalter wirken müssen, wohingegen die Schaltmittel, die das Passieren des Polrads an den beiden Bezugspunkten erfassen, als Endsignalgeber mit den Ausschalteingängen der entsprechenden elektronischen Schalter verbunden sein müssen.
• Im Generatorbetrieb dagegen müssen die Schaltmittel zur Erfassung des Nulldurchgangs der Ständerspannung als Endsignalgeber mit den Ausschalteingängen und die Schaltmittel zur Erfassung des Passierens des Polrades als Anfangssignalgeber mit den Einschalteingängen der elektronischen Schalter verbunden werden.
• Soll mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der elektrische Phasenverschiebungswinkel von Wechselgrößen gemessen werden, dann werden als Anfangs-und Endsignalgeber Schaltmittel benötigt, die nicht nur die Nulldurchgänge der Wechselgrößen erfassen, sondern auch erkennen, ob diese Nulldurchgänge vom Positiven zum Negativen hin oder umgekehrt erfolgen. Deshalb werden je ein Anfangs- und ein Endsignalgeber, die die vom Positiven zum Negativen verlaufenden Nulldurchgänge erfassen, und je ein Anfangs- und ein Endsignalgeber, die die vom Negativen zum Positiven verlaufenden Nulldurchgänge erfassen, miteinander kombiniert. Durch solche Anordnung wird es möglich, elektrische Phasenverschiebungswinkel bis zu 180° zu messen. Bei Phasenverschiebungswi.nkeln, die größer als 180° sind, müssen die Anschlüsse der Anfangs- und Endsignalgeber am zugehörigen elektronischen Schalter miteinander vertauscht werden, so daß nicht mehr festgestellt wird, um wieviel Grad die Wechselgröße A der Wechselgröße B nacheilt, sondern um wieviel Grad die Wechselgröße B der Wechselgröße A nacheilt.
• Will man mit dem Verfahren nach Anspruch 1 den Torsionswinkel von rotierenden Körpern messen, dann ist es erfindungsgemäß erforderlich, auf dem nichttordierten Körper zwei auf einer gemeinsamen Mantellinie liegende, Signale aussendende Bezugspunkte vorzusehen. Außerdem müssen an zwei beliebigen festen Bezugspunkten des Rotationskreises Schaltmittel vorgesehen werden, die das Passieren der beiden Bezugspunkte auf dem rotierenden Körper erfassen und jeweils ein Anfangs- und ein Endsignal aussenden, die den beiden Einheiten der Schaltungsanordnung zum Messen des Torsionswinkels zugeführt werden. Gleichzeitig muß dafür gesorgt werden, daß die Höhe der Hilfsgröße, die in den beiden Einheiten der Schaltungsanordnung integriert werden soll, von der Drehzahl des rotierenden Körpers abhängig gemacht wird.

Claims (12)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Messen der Länge mehrerer aufeinanderfolgender periodischer Zeitabschnitte mit auf Anfang und Ende eines jeden Zeitabschnitts ansprechenden, Anfangs- und Endsignal liefernden Schaltmitteln, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß mit dem Anfangssignal mit Hilfe eines Integrators (7), der Teil einer von mehreren gleichen Schaltungseinheiten ist, die zeitliche Integration einer konstanten Hilfsgröße beginnt und mit dem Endsignal einerseits deren Integration beendet und der integrierte Wert gespeichert wird und andererseits die Integratoren (7) der übrigen Schaltungseinheiten auf ihren Nullwert zurückgestellt werden und daß die Integratoren (7) abwechselnd in Betrieb gesetzt werden, wobei während der Zeit, in der die Ausgangswerte zweier Integratoren (7) größer als Null sind, der größere der Integrator-Ausgangswerte an einem Anzeigemeßwerk (9) zur Wirkung kommt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung zum Messen des Löschwinkels eines netzgeführten Wechselrichters, wobei das Anfangssignal aus dem Nulldurchgang des verlöschenden Ventilstroms und das Endsignal aus dem Nulldurchgang der negativen Sperrspannung an diesem Ventil gewonnen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung zum Messen des Löschwinkels eines netzgeführten Wechselrichters, wobei das Anfangssignal aus der Anodensprungspannung am gerade erloschenen Ventil und das Endsignal aus dem Nulldurchgang der negativen Sperrspannung an diesem Ventil gewonnen wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch die Verwendung des gemessenen Löschwinkelwertes als Istwert für eine Löschwinkelregelung eines netzgeführten Wechselrichters.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung zum Messen des Polradwinkels von Synchronmaschinen, wobei im Motorbetrieb der Nulldurchgang der Ständerspannung an beliebigen Bezugspunkten des Ständerumfanges Anfangssignale und das Polrad beim Passieren dieser Bezugspunkte Endsignale liefert, während im Generatorbetrieb umgekehrt das Polrad beim Passieren dieser Bezugspunkte Anfangssignale und der Nulldurchgang der Ständerspannung an diesen Bezugspunkten Endsignale liefert.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Verwendung des gemessenen Polradwinkelwertes als Istwert für eine Regelung des Polradwinkels. 7.
7. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung zum Messen elektrischer Phasenverschiebungswinkel, wobei die Anfangs- und Endsignale aus den Nulldurchgängen der verschiedenen Wechselgrößen gewonnen werden. B.
8. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Schaltungseinheiten (I und II) vorgesehen sind, die einerseits jeweils mindestens mit einem Anfangs- (1) und einem Endsignalgeber (2) und andererseits mit einem beiden Schaltungseinheiten gemeinsamen Anzeigemeßwerk (9) verbunden sind und die jeweils einen elektronischen Schalter (3) mit Einschalt- und Ausschalteingang, eine die konstante Hilfsgröße liefernde Quelle (4), eine Schalteinrichtung (5), eine Löscheinrichtung (6), einen Integrator (7) mit Einschalt- und Nullstelleingang und ein Entkopplungsglied (8) enthalten.
9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der Einschalteingang des Integrators (7) über den elektronischen Schalter (3) mit der Quelle (4) und der Nullstelleingang des Integrators (7) über die Schalteinrichtung (5) mit der Löscheinrichtung (6) verbunden ist, und daß weiterhin der Einschaltein-(7) über das Entkopplungsglied (8) mit dem Anzeigemeßwerk (9) und der Eingang der Schalteinrichtung (5) der einen Schaltungseinheit jeweils mit dem Ausschalteingang des elektronischen Schalters (3) der anderen Schaltungseinheit Verbundgen ist, und daß weiterhin der Einschalteingang des elektronischen Schalters (3) jeweils mindestens mit einem Anfangssignalgeber (1) und der Ausschalteingang des elektronischen Schalters (3) jeweils mindestens mit einem Endsignalgeber (2) verbunden ist.
10. 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Messung der Länge einer geradzahligen Anzahl g von Zeitabschnitten pro Periode lediglich zwei Schaltungseinheiten (I und II) vorgesehen sind, wobei in der Reihenfolge ihrer Signalgabe die g Anfangssignalgeber (1 bis 19) abwechselnd mit dem Einschalteingang und die zugehörigen g Endsignalgeber (2 bis 29) abwechselnd mit dem zugehörigen Ausschalteingang des elektronischen Schalters (3) der einen Schaltungseinheit (I) und der anderen Schaltungseinheit (II) verbunden sind.
11. 11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erfassung der Länge einer ungeradzahligen Anzahl n von Zeitabschnitten pro Periode n Schaltungseinheiten vorgesehen sind, wobei die n Anfangssignalgeber (1 bis In) mit je einem Einschalteingang und die zugehörigen h Endsignalgeber (2 bis 2n) mit dem jeweils zugehörigen Ausschalteingang des elektronischen Schalters (3) der n Schaltungseinheiten verbunden sind, und jeweils der Eingang der Schalteinrichtung (5) der n Schaltungseinheiten mit dem Ausschalteingang des elektronischen Schalters (3) der übrigen Schaltungseinheiten verbunden ist.
12. 12. Verfahren zum Messen der Länge mehrerer aufeinanderfolgender periodischer Zeitabschnitte mit auf Anfang und Ende eines jeden Zeitabschnitts ansprechenden, Anfangs- und Endsignal liefernden Schaltmitteln, gekennzeichnet durch die Verwendung zum Messen von Torsionswinkeln rotierender Körper, wobei Bezugspunkte, die auf einer Mantellinie des nichttordierten Körpers liegen, während des Rotierens beim Passieren von festen Bezugspunkten Anfangs-und Endsignale liefern, daß mit dem Anfangssignal mit Hilfe eines Integrators (7), der Teil einer von mehreren gleichen Schaltungseinheiten ist, die zeitliche Integration einer von der Drehzahl des rotierenden Körpers abhängig gemachten Hilfsgröße beginnt und mit dem Endsignal einerseits deren Integration beendet und der integrierte Wert gespeichert wird und andererseits die Integratoren (7) der übrigen Schaltungseinheiten auf ihren Nullwert zurückgestellt werden und daß die Integratoren (7) abwechselnd in Betrieb gesetzt werden, wobei während der Zeit, in der die Ausgangswerte zweier Integratoren (7) größer als Null sind, der größere der Integrator-Ausgangswerte an einem Anzeigemeßwerk (9) zur Wirkung kommt.