DE2432591A1 - Anordnung zur ermittlung des phasenverschiebungswinkels zwischen zwei gleichfrequenten elektrischen wechselgroessen - Google Patents
Anordnung zur ermittlung des phasenverschiebungswinkels zwischen zwei gleichfrequenten elektrischen wechselgroessenInfo
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Description
LICENTIA
Patent-Ver-waltungs-GmbH
6000 Frankfurt (Main) 7O5 Theodor-Stern-Kai 1
Ulm, 5. Juli 1974-PT-UL/Dr.Gk/hä
UL 72/115
"Anordnung zur Ermittlung des Phasenverschiebungswinkels
zwischen zwei gleichfrequenten elektrischen
Wechselgroßen"
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ermittlung des Phasenverschiebungswinkels zwischen zwei gleichfrequenten
elektrischen Wechselgrößen (Wechselspannungen, Wechselströmen). Eine derartige Anordnung läßt sich beispielsweise
bei Peilanlagen verwenden, die nach der Phasenmeßmethode
arbeiten. Bei solchen Anlagen wird der Peilwinkel durch das Ausmessen der Phasendifferenz zwischen zwei
NF-Spannungen bestimmt. Allerdings kommt hierbei wegen der Trägheit der Anzeigegeräte nicht der jeweilige Augenblickswert zur Anzeige, sondern ein aus mehreren aufeinanderfolgenden
Meßwerten gebildeter Mittelwert. Liegt der zu messende Winkel nahe bei 0 , so kann diese Mittelwertbildung
zu Fehlern bis zu 18O führen, wie aus Fig. 1 a her-
vorgeht. Der tatsächliche Peilwinkel möge hier 0 betragen,
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der erste Meßwert σ möge in den ersten Phasenquadranten fallen,
der zweite Meßwert 360° - ein den vierten Quadranten. Als
Mittelwert ergibt sich dann ein Peilwinkel von
+ 360° - ^ = 180°
d. h. der Fehler "beträgt 180°. Dieser Fehler ist darauf zurückzuführen,
daß die Phase zwischen 360 und O eine Unstetigkeitsstelle
hat, da sie hier von 360° auf 0° springt.
Zur Vermeidung solcher Fehler verwendet man, falls die zu messende Phasendifferenz nahe "bei 0° liegt, eine z. B. um
180 verschobene Bezugsspannung. Wie Fig. 1 "b zeigt, bekommt
man dann für einen tatsächlichen Einfallswinkel von 0° zwar zunächst ebenfalls einen Mittelwert von 180°, da die Bezugsphase aber um 180° verschoben worden ist, müssen von diesem
Mittelwert noch 180° subtrahiert werden, so daß in diesem Falle der tatsächliche Peilwinkel von 0° zur Anzeige kommt.
Es ist bekannt ( DT-OS 2 046 787), in einer ersten Anordnung
die Phase der Eingangsspannung mit der Phase der unverschobenen
Bezugsspannung zu vergleichen, gleichzeitig in einer zweiten
Anordnung die Phasendifferenz zwischen der Eingangsspannung
sowie der um 180 verschobenen Bezugsspannung zu messen und
dann im Falle, daß der Peilwinkel in dem Intervall zwischen
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Φ und 36Ο -"■■=- Φ liegt, das Ergebnis der ersten Anordnung auf
das Anzeigegerät zu geben, falls dagegen der Peilwinkel in das komplementäre Intervall zwischen 36Ο - Φ und Φ fällt,
d. h. in den Bereich mit der Unstetigkeitsstelle bei 0 ,
das Ergebnis der zweiten Anordnung zur Anzeige kommen zu lassen·
Nachteilig an dieser bekannten Anordnung ist die Tatsache, daß hier zwei bis auf einen Phasenschieber identische Meßeinrichtungen
parallel betrieben werden, während für die Anzeige doch nur jeweils eine der beiden Einrichtungen herangezogen
wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die bei gleichem Wirkungsgrad mit nur einer Meßeinrichtung
auskommt, so daß der apparative Aufwand erheblich verringert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine
Einrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe einerseits festgestellt wird, ob die Phasendifferenz zwischen Eingangs- und
Bezugsspannung in dem Winkel intervall zwischen 36Ο - Φ und
φ liegt oder in dem dazu komplementären Intervall zwischen 36Ο - φ und Φ, und die andererseits, falls die Phasendifferenz
in den Bereich zwischen 36Ο - Φ und Φ fällt, bewirkt, daß zum
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einen die Phase der Bezugsspannung un einen Winkel Δ derart
verschoben wird, daß die Phasendifferenz zwischen den
beiden elektrischen Wechselgrößen in das Intervall zwischen ψ und 36Ο - Φ zu liegen kommt, und daß zum anderen zu bzw.
von der dann gemessenen Phasendifferenz der Winkel Δ addiert
bzw. substrahiert wird je nachdem, ob die Phase der Bezugsspannung um den Winkel + Δ oder - Δ verschoben worden ist.
In einer ersten zweckmäßigen Ausgestaltung enthält die vorgesehene
Einrichtung neben einem Impulserzeuger, der Rechteckimpulse erzeugt, deren Breite der Phasendifferenz zwischen
einer ersten Wechselspannung, die an einem ersten Eigang des Impulserzeugers anliegt, und einer gleichfrequenten Bezugsspannung, die an einem zweiten Eingang des Impulserzeugers
anliegt, entspricht, einen Zähltaktgenerator und einen digitalen Zähler, mit deren Hilfe die Breite der Rechteckimpulse bestimmt
wird, ferner einen Steuerteil und einen logischen Bauteil, die im Falle, daß die Phasendifferenz im Bereich
zwischen 36Ο - Φ und Φ liegt über ein Gatter und ein Flipflpp
veranlassen, daß zum einen vermittels eines Umschalters eine um den Winkel Δ phasenverschobene Bezugsspannung auf den
zweiten Eingang des Impulserzeugers gegeben wird und daß zum anderen zu bzw. von der im digitalen Zähler ermittelten
Phasendifferenz der Winkel Δ addiert bzw. subtrahiert wird
je nachdem, in welcher Richtung die Phase der Bezugsspannung verschoben worden ist.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Anordnung wird die Phase der Bezugsspannung um einen Winkel Δ = l80
verschoben. Es hat sich auch als günstig erwiesen, für den Winkel ψ k5 zu wählen«
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße
Anordnung. Am Eingang 1 eines Impulserzeugers 3 liegt ein Eingangssignal, dessen Phasenverschiebung gegenüber
einer gleichfrequenten Bezugsspannung, die am Eingang 2
des Impulserzeugers anliegt, gemessen werden soll. Die Bezugsspannung wird von einem Taktgeber geliefert, der aus
einem Zähltaktgenerator k und einem Frequenzteiler 5 besteht
Die Phase der Bezugsspannung kann mit Hilfe eines Phasenschiebers
6 und eines Umschalters 7 um l80 verschoben werden.
Am Ausgang des Impulserzeugers 3 erhält man pro Schwingung
der Bezugsspannung je einen Rechteckimpuls, dessen Breite
gerade der Phasendifferenz zwischen Eingangs- und Bezugsspannung entspricht. Ein Gatter 8 läßt in der Zeit, in
der ein solcher Rechteckimpuls an ihm anliegt, die aus dem Zählgenerator k kommenden Zählimpulse hindurch. Falls der
Frequenzteiler 5 beispielsweise im Verhältnis 1 : 3 &00
teilt, dann ist die Frequenz des Zähltaktes 3 600 χ so
hoch wie die Frequenz der Bezugsspannung. Es werden dann
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bei einer Phasendifferenz von z. B. l8O pro Rechteckimpuls
1 800 Zählimpulse hindurchgelassen, was einer Zählgenauigkeit von 0,1 entspricht.
Das Gatter 8 läßt die Zählimpulse allerdings nur dann passieren, wenn an ihm gleichzeitig mit dem Rechteckimpuls ein Impuls
eines Steuerteils 9 anliegt. Die Aufgabe des Steuerteils wird später erläutert.
Falls das Gatter vom Steuerteil freigegeben ist, erhält man an seinem Ausgang für jede Schwingung der Eingangs- bzw.
Bezugsspannung eine Gruppe von Zählimpulsen. Die Anzahl der Zählimpulse pro Gruppe wird durch die Breite der Rechteckimpulse
bestimmt und entspricht somit der Phasendifferenz zwischen Eingangs- und Bezugsspannung. In einem digitalen
Zähler 10 werden die Gruppen ausgezählt und die Ergebnisse der Zählungen gespeichert.
Im folgenden soll die Funktion des Steuerteils 9 näher erläutert
werden. Zu diesem Zweck nehmen wir an, daß das Eingangssignal am Eingang 1 beispielsweise aus einer Peilanordnung
stammt, die nach der Phasenmeßmethode arbeitet. Eine solche Peilanlage ist z. B. in der DT-PS l 766 68O
beschrieben. Es werden beispielsweise zwei gekreuzte Rahmenantennen und eine Hilfsantenne mit Rundumcharakteristik
verwendet. Die Hochfrequenzspannungen der beiden Rahmen—
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antennen -werden mit 90 -Phasenverschiebung im Takt der
Bezugsspannung umgetastet und anschließend der Hochfrequenzspannung
der Hilfsantenne additiv überlagert. Auf diese Weise erhält man ein amplitudenmoduliertes Hochfrequenzsignal.
Aus diesem wird durch Verstärken, Demodulation und Aussieben der Modulationsfrequenz eine NF-Spannung gewonnen,
deren Frequenz mit der Frequenz der Bezugsspannung übereinstimmt
und deren Phasenverschiebung gegenüber der Phase der Bezugsspannung ein Maß für den Peilwinkel darstellt.
Um den Peilwinkel zu bestimmen, wird also die durch Aussieben gewonnene NF- Spannung auf den Eingang 1 der erfindungsgemäßen
Anordnung gegeben, während die Bezugsspannung am Eingang 2 anliegt.
Der Steuerteil 9 enthält einen Programmzähler mit l6 Zählzuständen
0, 1, 2, ... 15, die er im Takt der Bezugsspannung zyklisch durchläuft. Der Zustand "2" entspricht der
Ausgangsstellung. Im Zustand "4" veranlaßt der Steuerteil
über einen Ausgang 11, daß die eine Hälfte der im digitalen Zähler 10 gespeicherten Werte gelöscht wird, um Platz für die
folgenden 8 Meßwerte zu schaffen. In den Stellungen "2" bis "7" wird das Gatter 8 vom Steuerteil über einen Ausgang 12
gesperrt, so daß in dieser Zeit keine Messung der Phasendifferenz möglich ist. Diese Zeit ist für Einschwingvorgänge
vorgesehen, auf deren Ursache später eingegangen wird. Zu
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Beginn des Zustandes "8" öffnet der Steuerteil über den
Ausgang 12 das Gatter 8. Das Gatter bleibt bis zum Ende des Zustandes "15" geöffnet. In der Zeit, die den Zuständen
"8" bis "15" entspricht, wird im digitalen Zähler die Phasendifferenz von 8 aufeinanderfolgenden Schwingungen
ausgezählt und gespeichert.
Am Ende des Zustandes "8" veranlaßt der Steuerteil über
einen Ausgang 13 eine Winkelsektorabfrage» Zu diesem Zeitpunkt hat der digitale Zähler 10 gerade die Phasendifferenz
für eine Schwingung ausgezählt und gespeichert. Das Ergebnis der Zählung wird einem logischen Baustein l4 mitgeteilt,
der feststellt, ob die Phasendifferenz in dem Winkelbereich
zwischen 315 und 45 oder in dem Bereich zwischen 45 und
315 liegt. Beträgt die Phasendifferenz 45 his 315 » so
gibt der logische Baustein keinen Impuls ab und die Messung läuft normal weiter, bis der Programmzähler im Steuerteil
das Ende des Zustandes "15" erreicht. Sobald der Programmzähler vom Zustand "15" in, den Zustand "0" übergeht, wird
das Gatter 8 vom Steuerteil über den Ausgang 12 gesperrt. Im Zustand "1" veranlaßt der Steuerteil, daß der Umlaufsinn
der Antennencharakteristik umgekehrt wird. Falls sich die Antennencharakteristik in den zurückliegenden l6 Umdrehungen
im Uhrzeigersinn gedreht hat, so rotiert sie nun l6 Umdrehungen lang im Gegenuhrzeigersinn.
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Nach der Umschaltung muß das Eingangssignal erst einschwingen.
Aus diesem Grund sperrt, wie oben bereits erwähnt, der Steuerteil das Gatter 8 bis zum Ende der Stellung "7"t so daß in
der Einschwingzeit keine Messung durchgeführt wird.
Mit dem Zustand "2" erreicht der Programmzähler wieder seine
Ausgangsstellung und der oben geschilderte Programmablauf beginnt von vorn.
Fällt die Phasendifferenz jedoch nicht in das Intervall
zwischen 45 und 315 ι sondern in den dazu komplementären
Bereich von +_ 45 um die Unstetigkeitsstelle bei 0 , so
gibt der logische Bauteil l4 einen Impuls auf einen ersten Eingang eines Gatters 15·
Sobald nun der Steuerteil 9 bei seiner Winkelsektorabfrage am Ende des Zustandes "8" über den Ausgang 13 einen Impuls auf
einen zweiten Eingang des Gatters 15 gibt, wird vom Gatter ein Flipflop i6 aktiviert, das nun drei verschiedene Maßnahmen
auslöst.
Zunächst bewirkt es über einen Eingang 17 des Steuerteils 9» daß der Progranimzähler des Steuerteils auf den Anfang des
Zustandes M8" zurückgesetzt wird, damit die Meßreihe von
vorn beginnen kann.
- 10 -
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Jo
Gleichzeitig schaltet das Flipflop 16 einen Umschalter
so um, daß jetzt am Eingang 2 des Impulserzeugers 3 eine
um l80 phasenverschobene Bezugsspannung anliegt. Durch diese Umschaltung wird die Phasendifferenz zwischen Eingangsund
Bezugsspannung um l80 in den unproblematischen Bereich
zwischen 45 und 315 verschoben.
Als dritte Maßnahme veranlaßt das Flipflop über einen Eingang l8 des digitalen Zählers lO eine Addition bzw. Subtraktion
von l80 zu dem für die Phasendifferenz errechneten Wert, um damit den durch die Verschiebung der Bezugsspannungsphase
gemachten Fehler zu korrigieren.
Nach Beendigung eine Meßzyklus, der aus je l6 Umdrehungen der Antennencharakteristik im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn
besteht, sind im Speicher des digitalen Zählers 10 insgesamt l6 Meßwerte gespeichert. Aus diesen Werten wird
der Mittelwert gebildet und über einen Ausgang 19 entweder direkt auf einen Digitalwertanzeiger oder über einen Digital/
Analog-Wandler auf einen Analogwertanzeiger gegeben.
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Claims (3)
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Patentansprüche
(Λ.) Anordnung zur Ermittlung des Phasenverschiebungswinkels
zwischen zwei gleichfrequenten elektrischen Wechselgrößen (Wechselspannungen, Wechselströmen), dadurch gekennzeichnet,
daß eine Einrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe einerseits festgestellt wird, o"b die Phasendifferenz in dem Winkelintervall
zwischen 360° - Φ und φ liegt oder in dem dazu komplementären Intervall zwischen ψ und 360° - Φ, und die andererseits,
falls die Phasendifferenz in den Bereich zwischen 360° - Φ und Φ fällt, bewirkt, daß zum einen die Phase der
Bezugsspannung um einen Winkel Δ derart verschoben wird, daß
die Phasendifferenz zwischen den beiden elektrischen Wechselgrößen in das Intervall zwischen Φ und 360° - Φ zu liegen
kommt, und daß zum andern zu bzw. von der dann gemessenen Phasendifferenz der Winkel δ addiert bzw. subtrahiert wird
je nachdem, ob die Phase der Bezugsspannung um den Winkel
+ δ oder - Δ verschoben worden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgesehene Einrichtung neben einem Impulserzeuger (3)i
der Rechteckimpulse erzeugt, deren Breite der Phasendifferenz
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zwischen einer ersten Wechselspannung, die an einem ersten Eingang (1) des Impulserzeugers anliegt, und einer gleichfrequenten
Bezugsspannung, die an einem zweiten Eingang (2)
des Impulserzeugers anliegt, entspricht, einen Zähltaktge-
enthält nerator (4-) und einen, digitalen Zahler (10X mit deren Hilfe
die Breite der Bechteckimpulse bestimmt wird, daß sie ferner
einen Steuerteil (9) und einen logischen Baustein (14) aufweist,
die im Falle, daß die Phasendifferenz im Bereich zwischen 360° - Ψ und φ liegt, über ein Gatter (15) und ein
FlipfLop (16) veranlassen, daß zum einen vermittels eines
Umschalters (7) eine um den Winkel Δ phasenverschobene Bezugsspannung
auf den Eingang (2) des Impulserzeugers gegeben wird und daß zum andern zu bzw. von der im digitalen Zähler
(10) ermittelten Phasendifferenz der Winkel Δ addiert bzw. subtrahiert wird ^e nachdem, in welcher Richtung die Phase
der Bezugsspannung verschoben worden ist (Figur 2).
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Winkel Δ * 180° ist.
4-, Anordnung nach Anspruch 1,2 oder 3» dadurch gekennzeichnet,
daß der Winkel Φ * 45° ist.
503884/0190
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DE19742432591 DE2432591A1 (de) | 1974-07-06 | 1974-07-06 | Anordnung zur ermittlung des phasenverschiebungswinkels zwischen zwei gleichfrequenten elektrischen wechselgroessen |
Publications (1)
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DE2432591A1 true DE2432591A1 (de) | 1976-01-22 |
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ID=5919917
Family Applications (1)
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DE19742432591 Pending DE2432591A1 (de) | 1974-07-06 | 1974-07-06 | Anordnung zur ermittlung des phasenverschiebungswinkels zwischen zwei gleichfrequenten elektrischen wechselgroessen |
Country Status (4)
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FR (1) | FR2277346A1 (de) |
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IT (1) | IT1039615B (de) |
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- 1975-07-03 FR FR7520975A patent/FR2277346A1/fr active Granted
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Legal Events
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OHJ | Non-payment of the annual fee |