DE2704764C2 - Schaltungsanordnung zur Ermittlung der einem Drehstromverbraucher zügeführten Grundschwingungswirkleistung - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Ermittlung der einem Drehstromverbraucher zügeführten GrundschwingungswirkleistungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung der einem Drehstromverbraucher
zugeführten Grundschwingiingswirkleistung mit einer Rechenschaltung, der sowohl mindestens eine vom
Verbraucherstrom als auch mindestens eine von der Verbraucherspannung abhängige Eingangsgröße züge
führt und an deren Ausgang eine der Wirkleistung proportionale Ausgangsgröße abgegriffen ist.
In vielen Anwendungsgebieten der Elektrotechnik
stellt sich die Aufgabe, die Grundschwingungswirkleistung und/oder die Grundschwingungsblindleistung
eines mehrphasigen Verbrauchers möglichst trägheitslos nach Möglichkeit auch völlig unabhängig von der
Frequenz der Grundschwingung zu messen. Bisher ergaben sich besonders bei der Leistungsmessung bei
niedrigen Frequenzen einige Nachteile. Als niedrige
Frequenzen werden in diesem Zusammenhang Frequenzen unterhalb von 50 Wz bezeichnet. Bisher wurden
für die Leistungsmessung bei besonders niedrigen Frequenzen entweder elektromechanische Meßgeräte
in Sonderausführung oder elektronische Meßgeräte mit besonders empfindlicher Elektronik verwendet. Die
üblichen elektromechnanischen Meßgeräte besitzen aber den Nachteil einer relativ langen Einstellzeit, so
daß schnelle Leistungsänderungen nicht erfaßt werden können. Die üblichen elektronischen Meßgeräte besitzen
demgegenüber zwar eine geringere Einstellzeit; dafür sind sie aber sehr fertigungs- und kostenaufwendig.
Die vorliegende Erfindung geht von einer elektronischen Schaltungsanordnung der eingangs genannten
Art aus. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die genannte Schaltungsanordnung so auszugestalten, daß mit verhältnismäßig
geringem Aufwand an Bauteilen und Kosten eine weitgehend trägheitslose und frequenzunabhängige
Messung der Wirkleistung der Grundschwingung eines Drehstromverbrauchers, und zwar insbesondere
auch bei niedrigen Frequenzen, möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rechenschaltung zwei stromabliängige Eingangsgrößen,
die den Verbraucherstrom in einem orthogonalen Koordinatensystem festlegen, und auch
zwei spannungsabhängige Eingangsgrößen, die die Verbraucherspannung in demselben orthogonalen
Koordinatensystem festlegen, zugeführt sind, daß die Rechenschaltung ein erstes Multiplizierglieo enthält, das
das Produktsignal aus der Spannungskomponente und der Stromkomponente in Richtung der einen Koordinatenachse
bildet, daß die Rechenschaltung ein zweites Multiplizierglied enthalt, das das Produkisignal aus der
Spannungskomponente und der Stromkomponente in Richtung der anderen Koordinatenachse bildet, und daß
an einem Additionsglied als Ausgangsgröße der Rechenschaltung die Summe der beiden Produktsignale
abgegriffen ist.
In vielen Anwendungsfällen ist es erwünscht, nicht
nur die Wirkleistung, sondern zusätzlich auch die Blindleistung des Drehstromverbrauchers zu ermitteln.
Eine weitere Ausbildung zeichnet sicn demgemäß dadurch aus. daß zur zusätzlichen Ermittlung der dem
Drehstromverbraucher zugeführten Blindleistung die Rechen'chaltung ein drittes Mu''iplizierglied. das das
Produktsignal aus der Spannungskomponente in Rieh tung der einen Koordinatenachse und der Stromkomponente
in Richtung der anderen Koordinatenachse bildet, ein viertes Multiplizi'-rglied, das das Produktsignal aus
der Spannungskomponente in Richtung der anderen Koordinatenachse und der Strumkomponente in Richtung
der einen Koordinatenachse bildet, und ein Subtraktionsglied, an dem als weitere Ausgangsgröße
die Differenz dieser beiden Produklsignale abgegriffen ist, enthält.
Als Rechenschaltung zur F.rmittlung der Grund schwingungswirkleistung und der Grundschwingungsblindleistung
kann insbesondere ein an sich bekannter Vektordreher vorgesehen sein (Siemens-Zeitschrift 45
(1971), Heft 10, Seiten 761 bis 764, insbesondere Bild 5, und Seiten 575 bis 760, insbesondere Bild 7).
Prinzipiell besteht die Möglichkeit, sämtliche [Eingangsgrößen der Rechenschaltung durch Strom- und
Spannungsmessungen und anschließende Koordinatentransformation £U bestimmen. Eine weitere Ausftihrungsform
macht von dieser Möglichkeit Gebrauch. Diese besteht darin, daß zur Lieferung der beiden
Stromabhängigen Eingangsgrößen ein Koordinatenwandler vorgesehen ist, dem ein Stromwandler in einer
ersten und ein Stromwandler in einer zweiten Phasenleitung des Drehstromverbrauchers vorgeschaltet
ist, und daß zur Lieferung der beiden spannungsabhängigen Eingangsgrößen ein weiterer Koordinatenwandler
vorgesehen ist, der mit je einem Spannungsabgriff am Drehstromverbraucher verbunden ist.
Nach einer weiteren Möglichkeit kann auch so
Nach einer weiteren Möglichkeit kann auch so
ίο vorgegangen werden, daß sämtliche oder zumindest
einige Eingangsgrößen der Rechenschaltung der Regelschaltung für den Drehstromverbraucher entnommen
werden. Insbeondere bei geregelten Drehfeldmaschinen werden Sollwerte verwendet, die einer Darstellung in
ΙΊ kartesischen Koordinaten entsprechen. Ausgehend
hiervon zeichnet sich eine weitere Ausführungsform dadurch aus, daß die beiden stromabhängigen und/oder
spannungsabhängigen Eingangsgrößen in einer Regelschaltung abgegriffene Sollwerte sind, wobei die
j« Regelschaltung zur Strom- und/oder Spannungsregelung
vorgesehen ist.
Die Schaltungsanordnung laßt sie' mit besonderem
Vorteil zur Leistungsmessung bei einem geregelten Antrieb mit einer Drehfeldmaschine, die aus einem
r> Stromrichter mit veränderlicher Spannung und Freque' ι gespeist ist. einsetzen.
Die Wirkleistung läßt sich auch aus anderen ;n einer
Regelschaltung, die dem Drehstromverbraucher zugeordnet ist, vorhandenen Größen ermitteln, z. B. aus
in dem Drehmoment, der Drehzahl, dtm Fluß, dem Strom
einer Drehfeldmaschine.
Die genannte Aufgabe wird demzufolge gemäß einer weiteren Ausbildung auch dadurch gelöst, daß in einer
Regelschaltung abgegriffene Soliwerte für das Drehmo-
r. ment und die Drehzahl einer als Drehstromverbraucher
vorgesehenen stromrichtergespeisten Drehfeldmaschine einem Multipli/ierglied als Rechenschaltung zugeführt
sind, und daß am Ausgang dieses Multipliziergliedes die der Wirkleistung proportionale Ausgangsgröße
4Ii abgegriffen ist.
Gemäß einer weiteren Ausbildung wird die Aufgabe schließlich auch dadurch gelöst, daß in einer Regelschaltung
abgegriffene Sollwerte für den Fluß und den im Vektordiagramm senkrecht zum Fluß gelegenen Strom
■r> einer als Drehstromverbraucher vorgesehenen stromrichtergespeicherten
Drehfeldmaschine einem Multiplizierglied zugeführt sind, daß das Ausgangssignal dieses
Multipliziergliedes und ein in der Regelschaltung abgegriffener Sollwert für die Drehzahl der Drehfeld-
Hi maschine einem weiteren Multiplizierglied zugeführt
sind, und daß am Ausgang dieses weiteren Multiplizier
gliedes die der Wirkleistung proportionale Ausgangsgröße abgegriffen ist.
Aiisführungsbeispiele der Erfindung werden im
v> folgenden anhand von 5 Figuren näher erläutert. Für gleiche Bauteile werden dabei dieselben Oezugs/eichen
verwendet. Es zeigt
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur l.eistungser
mittlung mit zwei Koordinatenwandlern und einem
wi nachgeschalteien Vektordreher.
F i g. L ein Zeigerdiagramm,
F i g. L ein Zeigerdiagramm,
Fig.3 ein Blockschaltbild, bd dem die Eingangsgrößen
einer Rechenschaltung aus einer Regelschaltung entnommen werden,
6r> Fig.4 eine Schaltungsanordnung mit Multiplizierglied,
dessen Eingangsgrößen einer Regelschaltung entnommen werden, und
Fig.5 eine Schaltungsanordnung mit zwei Multipli-
zierglicdern, deren Eingangsgrößen einer Regelschaltung
entnommen werden,
In Fig. I ist eine Schaltungsanordnung Zur Messung
der Wirkleistung und gleichzeitig auch zur Messung der Blindleistung eines symmetrischen Drehstromvcrbrauchers
2 dargestellt. Als Drehstromverbraucher 2 kann insbesondere eine dreiphasige Drehfeldmaschine vorgesehen
sein. Der Drehstromverbraucher 2 wird über ein dreiphasiges Netz 3 mit den drei Phäsehleitern R1 S,
Tmit veränderlicher Verbraucherspannung und veränderlicher
Frequenz gespeist. Die Frequenz kann dabei z.B. im Bereich von Null bis 50 Hz variieren. Die
Veränderung von Verbraucherspannung und Frequenz kann mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Stromrichters
vorgenommen werden.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung ermöglicht es. die Leistung der Grundschwingung im
gesamten Frequenzbereich sehr genau zu messen. Dazu werden Verbraucherstrom und Verbraucherspannung
ermittelt. Zur Messung der Phasenströme /«und /finden
Phasenleitern R bzw. 5 sind Stromwandler 4 bzw. 5 vorgesehen. Diese sind ausgangsseitig an Filter oder
Glättungsglieder 6 bzw. 7 angeschlossen. Die Glättungsglieder 6, 7 können prinzipiell auch entfallen, wenn der
Oberschwingungsgehalt der Phasenströme /« und is nur
gering ist.
Den beiden Glättungsgliedern 6, 7 ist ein Koordinatenwandler 8 nachgeschaltet. Dieser Koordina'cnvvand-1er
8 hat die Aufgabe, die beiden in einem 120°-Koordinatensystem
gelegenen Größen ig, is in zwei in einem 90°-Koordinatensystem gelegene Größen /-,, /j? umzuformen.
Ein solcher Koordinatenwandler 8 ist bei der feldorientierten Regelung von Drehfeldmaschinen in
anderem Zusammenhang gebräuchlich (Siemens-Zeitschrift 45 [1971], Heft 10, Seiten 761 bis 764,
insbesondere Bild 2). Die Funktion des Koordinatenwandlers 8 wird später anhand von F i g. 2 noch näher
verdeutlicht werden.
Der dargestellte Koordinatenwandler 8 enthält ein fest eingestelltes Potentiometer 10, an dem der halbe
Wert des Signals für den Phasenstrom ig abgegriffen ist. Das ist durch die Zahl Ui kenntlich gemacht. Dieser
abgegriffene halbe Wert ist zusammen mit dem Signal für den Phasenstrom is einem Additionsglied 11
zugeleitet. Dessen Ausgangssignal ist auf einen Verstärker 12 gegeben, der als Operationsverstärker ausgebildet
sein kann. Er gibt ein um den Faktor 2/j/3
vergrößertes Ausgangssignal ab. Dieses Ausgangssignal ist bereits die Größe iß. Die Größe /, ist das im
Koordinatenwandler 8 unveränderte Signal für den Phasenstrom ig. Beide Größen /„ iß sind zeitlich
veränderlich. Sie stellen Stromkomponenten in einem orthogonalen Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen
α. β dar.
Die beiden Größen 4 und iß werden als stromabhängige
Eingangsgrößen einer Rechenschaltung 13 zugeleitet.
Zur Messung der Sternspannungen ur und Us am
Drehstromverbraucher 2 ist ein Transformator 14 in Sparschaltung vorgesehen. Die hier abgegriffenen
Sternspannungen ur und us sind diejenigen, die den
gemessenen Phasenströmen ig und is zugeordnet sind.
Der Spannungsabgriff für die Sternspannung ur ist mit 15 bezeichnet Prinzipiell können statt der Sternspannungen
auch zwei verkettete Spannungen gemessen werden. Die beiden Sternspannungen ur, u$ werden
über Filter oder Glättungsglieder 16 bzw. 17, die prinzipiell bei kleinen oder keinen Oberschwingungen
auch fehlen können, einem Koordinatenwandler 18 zugeleitet.
Dieser Koordinatenwandlc· 18 hat die Aufgabe, die beiden in einem I20°-Koonlinatensyslem gelegenen
Größen Ur, u.?in zwei in einem 90°-Koordirialensyslem
gelegene Größen «,„ Uß umzuformen. Er besitzt
denselben Aufbau wie der Koordinatenwandler 8 und enthält ebenfalls ein Potentiometer 20, ein Additionsglied 21 und einen Verstärker 22. Am Potentiometer 20
i" wird der halbe Wert des Signals für die Sternspannung
Ur abgegriffen. Das ist durch die Zahl Ui verdeutlicht.
Dieser halbe Wert wird zusammen mit dem Signal für die Sternspannung us dem Additionsglied 21 zugeführt.
Dessen Ausgangssignal wird mittels des Verstärkers 22 r>
um den Faktor 2//3" verstärkt. Das Ausgangssignal des
Verstärkers 22 ist die Größe Uß. Die Größe u„ ist gleich
dem unveränderten Signal für die Sternspannung uR.
Beide Größen Ux, Uß sind zeitlich veränderlich. Sie stellen
Spannungskomponenten in demselben orthogonalen ^ii Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen α, β
dar, in dem auch die Größen /,, iß durch den
Koordinatenwandler 8 festgelegt sind.
Die beiden Größen Ux und up werden als spannungs-■
abhängige Eingangsgrößen ebenialls der Rechenschal-2-i
lung 13 zugeleitet.
Die Rechenschaltung 13 ist als sogenannter Vektordrehcr
ausgeführt. Dieser Vektordreher hat die Aufgabe,aie vier Eingangsgrößen /,, iß, Ux, Uß\n gewisser
Weise miteinander zu verknüpfen und dabei die Wirkii) und Blindleistung aus den kartesischen Koordinaten des
umlaufenden Strom- und Spannungsvektors zu ermitteln. Ein solcher Vektordreher ist bei der feldorientierten
Regelung von Drehfeldmaschinen an sich bekannt (Siemens-Zeitschrift 45 [1971], Heft 10, Seiten 761 bis
μ 764. insbesondere Bild 5). Er wird dort allerdings für
einen anderen Zweck benutzt, nämlich zur Transformation von Größen aus dem Feldkoordinatensystem in das
Ständerkoordinatensystem. Vorliegend bildet dagegen der Vektordreher einerseits das Produkt aus Spannung
■ι» und Wirkstrom und andererseits das Produkt aus Spannung und Blindstrom.
Die Rechenschaltung 13 umfaßt ein erstes Multiplizierglied 23, das aus den beiden Eingangsgrößen ia und
Ux das Produktsignal bildet. Die dem Multiplizierglied 23
f> eingegebenen Größen sind hierbei die Spannungskomponente u-i und die Stromkomponente i,x, die gemeinsam
in Richtung derselben Koordinatenachse α liegen. Die Rechenschaltung 13 umfaßt weiter ein zweites Multiplizierglied
24, das aus den Eingangsgrößen /> und uß das
in Produktsignal bildet. Bei den dem Multiplizierglied 24
eingegebenen Größen handelt es sich somit um die Spannungskomponente Uß und die Stromkomponente iß,
die gemeinsam in Richtung der anderen Koordinatenachse β liegen. Die beiden Produktsignale der
>> Multiplizierglieder 23, 24 werden in einem Additionsglied 25 miteinander addiert. Am Ausgang des
Additionsgliedes 25 wird die eine Ausgangsgröße UIcos φ der Rechenschaltung 13 abgegriffen; diese ist
der Wirkleistung P„ proportional. Die Ausgangsgröße λ wird über einen Verstärker 26 einem Anzeige- oder
Meßinstrument 27 zugeleitet, das die Wirkleistung PK
anzeigt. Der Verstärker 26 dient hier nur zur Anpassnung an das Meßinstrument 27.
Zur zusätzlichen Ermittlung der dem Drehstromver-
ή braucher 2 zugeführten Blindleistung enthält die
Rechenschaltung 13 weitere Bauelemente: Sie umfaßt weiter ein drittes Multiplizierglied 29, das das
Produktsignal aus der Spannungskomponente υΛ in
Richtung der Koordinatenachse α und der Stromkomponente iß in Richtung der anderen Koordinatenachse β
bildet. Hier werden also Komponenten in Richtung verschiedener Koordinatenachsen α, β eingegeben. Die
Rechenschaltung 13 umfaßt weiter ein viertes Multiplizierglied 30. Dieses bildet das Produktsignai aus der
Sponnungskomponente Uß in Richtung der Koordinatenachse
β und der Stromkomponente ix in Richtung der
Koordinatenachse <x. Auch hier werden also Komponenten
in Richtung verschiedener Koordinatenachsen α, β eingegeben. Die Rechenschaltung 13 umfaßt
schließlich auch ein Subtraktionsglied 31. An diesem wird das Produktsignal des vierten Multipliziergliedes
30 von demjenigen des dritten Multipliziergliedes 29 abgezogen. Am Ausgang des Subtraktionsgliedes 31 ist
eine weitere Ausgangsgröße UI s\n φ der Rechenschaltung
13 abgegriffen; diese ist der Blindleistung Pb
proportional. Die weitere Ausgangsgröße wird über einen weiteren Verslräkef J'2 einem Anzeige- oder
Meßinstrument 33 zugeleitet. Das Meßinstrument 33 zeigt die Blindleistung Pf, an.
Es ist bereits hier schon festzuhalten, daß in den beiden Ausgangsgrößen UIcos φ und UIsIn φ eine
zeitliche Veränderlichkeit nicht enthalten ist. Es handelt sich hierbei also um Gleichspannungssignale.
Im folgenden wird die Funktionsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 erläutert. Es wird dabei
von einem symmetrischen dreiphasigen Spannungssystem und einem symmetrischen dreiphasigen Stromsystem
ausgegangen.
Die drei Sternspannungen u«, Us t/r nach Gleichung
(l),(2)und(3)
Hr = Ü/|COS<
>|(
(11
\U\ = üR = "us = UT = "
(7)
entspricht nach Gleichung (7) der Amplitude Or, Os und
Order einzelnen Sternspannungen Ur, i/sund ur, und der
BetraglTaes Stromvektors
jR = is = iT =
(8)
t/.s· = i(xcos (vit - 2.t/3) (2)
uT = »rcos(i-)i + 2.T/3) (3)
des symmetrischen dreiphasigen Spannungssystems können als die drei um 120° versetzten Koordinaten
eines räumlich mit der Kreisjrequenz ω umlaufenden
ebenen Spannungsvektors U betrachtet werden. Entsprechend können die drei Leiterströme Ir, is, ir nach
Gleichung (4), (5) und (6)
iR = 7Rcos(f.</ - 7) (4)
/s = 7scos(f..t - η - 2.τ/3) (5)
iT = ?7-COS(mf - η + 2.7/3) (6)
als die drei um 120° versetzten Koordinaten eines räumlich mit dej Kreisfrequenz ω umlaufenden ebenen
Stromvektors /aufgefaßt werden. Der Betrag \u\ des Spannungsvektors
entspricht nach Gleichung (8) der Amplitude ir, Ts und
der einzelnen Leiterströme ig, i'sund ir-Die Grundschwingungswirkleistung fVi und die
der einzelnen Leiterströme ig, i'sund ir-Die Grundschwingungswirkleistung fVi und die
Grundschwingungsblindleistung Pb\ des Drehstrom^
bzw. Drehspannungssystefns errechnen sich nach Gleichung (9) bzw. (10) zu:
i = Vs ■ (»κ ' '«
cos <
= 3 U ■ I ■ cos
Pm = '/2 · (»κ · Ir + ils ■ h + »r · M sin 7
= 31/ ·/ sin 7
= 31/ ·/ sin 7
Die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 berechnet nun die Wirkleistung Pw\ und die Blindleistung Pb\ nicht nach
den Gleichungen (9) und (10) durch unmittelbare Multiplikation von Strom- und Spannungsamplituden,
sondern durch Multiplikation und Addition _nach Transformation des utiiimiienüen SirujjivekiurS / UiIu
des umlaufenden Spannungsvektors U in kartesiche Koordinaten.
Man kann aus zwei der drei um 120° versetzten Sternspannungen Ur, u& Urnach den Gleichungen (U)
Und (12) und aus zwei der drei um 120° versetzten Leiterströme nach den Gleichungen (13) und (14)
ti, = uK = υ ■ cos ml (11)
Uß = 2/1-3 · (''2 - Hr + »si = ffSillni/ (12)
= iK = ι cos (ml — 7)
= 2/I/3 · ('/2
(13)
+ is) = ?sin(w/ - 7) (14)
+ is) = ?sin(w/ - 7) (14)
jeweils zwei um 90° versetzte Größen Ux, Uß bzw. /«, iß
bilden. Nach Fig.2 stellen die Größen ua, Uß die
kartesischen «-fl-Koordinaten des umlaufenden Spannungsvektors U dar. Ein entsprechendes Zeigerdia-
M) gramm läßt sich auch für die Größen /«, iß aufzeichnen.
Die Größen ϊΛ, iß sind somit kartesische Koordinaten des
umlaufenden Stromvektors /. Die Gleichungen (11), (12)
und (13), (14) bewirken somit eine Transformation in ein orthogonales Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen
<x,ß.
Mit Hilfe der Koordinatenwandler 8 und 18 werden nach F i g. 1 die Gleichungen (11) und (12) bzw. (13) und
(14) nachgebildet. Man erkennt, daß die Potentiometer 10 und 20 jeweils den Faktor 1/2 und die Verstärker 12
und 22 jeweils den Faktor 2//3"in Gleichung (12) bzw.
(14) festlegen. Die Additionsglieder 11 und 21 realisieren jeweils das Pluszeichen in diesen Gleichungen (12) bzw.
(14).
Im Vektordreher 13 werden anschließend die «-^-Koordinaten der Spannung und des Stromes nach
Gleichung (15) und (16) miteinander verknüpft:
ti, · /. + uB ■ in = ti 1 ■ cos 7 = 2 · U ■ I - cos 7
(15)
ix = ΰ i ■ sin 7 = 2 ■ U ■ I ■ sin 7
(16)
Zur Realisierung von Gleichung (15) werden die beiden Multiplizierglieder 23 und 24 ^sowie das
Additionsglied 25 herangezogen; und zur Realisierung von Gleichung (16) werden die beiden Multiplizierglieder
29 und 30 sowie das Substraktionsgiied 31 benutzt
Die nach Gleichung (15) und (16) gebildeten Größen sind proportional denen in Gleichung (9) bzw. (10) und
somit proportional der Grundschwingungswirkleistung P,vi bzw. der Grundschwingungsblindleistung Pm- Sie
können direkt oder über einen Verstärker 26 bzw. 32 dem entsprechend geeichten Meßinstrument 27 bzw. 33
zugeführt werden.
Aus einer Bäti'achtung der Gleichungen (15) und (16)
wird deutlich, daß sich im Vektordreher 13 die Grundschwingungsfrequenz ω heraushebt. Dadurch ist
die Schaltungsanordnung weitgehend frequenzunabhängig, sofern zur Erfassung der Leiterströme /«, /9 und
Sternspannungen uR, us ebenfalls weitgehend frequenzünabhängige
Meßeinrichtungen verwendet werden, z. B.Shuntwandler.
Enthält der Verbraucherstroin oder die Verbraucherspannung
Oberschwingungen, so können diese das gewünschte Meßergebnis nach Gleichung (15) und (16)
verfälschen. Um dies zu verhindern, kann man je nach Bedarf drei verschiedene Abhilfemaßnahmen vorsehen:
1. Glättung der Oberschwingungen in den gemessenen Spannungen und Strömen. Dies wird bei der
Schaltungsanordnung nach Fig. 1 durch die Glättungsglieder
16, 17 bzw. 6, 7 bewirkt, die auf die Oberschwingungen abgestimmt sind. Die Glättung
bringt allerdings eine leichte Frequenzabhängigl.eit der Schaltungsanordnung mit sich.
2. Einsatz eines Mittelwertinstruments als Meßinstrument 27, 33. Dadurch wird der Einfluß von Ji)
Oberschwingungen, die nach Gleichung (15) bzw. (16) nur einen Wechselspannungsanteil mit höherer
Frequenz erzeugen, beseitigt.
3. Es werden die <x-j9-Komponenten u,x, Uß der
Spannung und die «-^-Komponenten /„, iß des 31S
Stromes mit Hilfe eines Vektorfilters geglättet. Dieses Vektorfilter ermöglicht eine winkeltreue
Glättung und ist weitgehend frequenzunabhängig. Ein solches Vektorfilter ist bereits aus der Literatur
bekannt (Siemens-Zeitschrift 45 [1971] Heft 10, Seiten 761 bis 768, Bild 3).
Je nach den gestellten Anforderungen an die Schaltungsanordnung und je nach den zu erwartenden
Oberschwingungen kann eine der beiden Glättungseinrichtungen nach 1. oder 3. vorgesehen werden.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung zur Messung
der Grundschwingungswirkleistung Pw\ und/oder -blindleistung Pb\ z. B. die Messung dieser Größen bei
einer Drehfeldmaschine ermöglicht, wobei die Drehfeldmaschine über einen Stromrichter mit variabler
Frequenz betrieben wird, insbesondere auch bei sehr kleinen Frequenzen, mit den Vorteilen einer sehr
geringen Einstellzeit und eines vergleichsweise geringen Kostenaufwandes.
Bei geregelten, über Stromrichter gespeisten Antrieben mit Drehfeldmaschine stehen in der Regelschaltung
verschiedene Größen, meist als Sollwerte, zur Verfügung. Diese ohnehin vorhandenen Größen können mit bo
Vorteil zur Leistungsmessung nach obigem Prinzip oder nach Eingabe in eine speziell gestaltete Rechenschaltung
verwendet werden, insbesondere dann, wenn eine »Transvektor«-Regelung für den feldorientierten Betrieb
der Drehfeldmaschine eingesetzt wird. <ö
Fig.3 zeigt eine Ausführungsform, die eingesetzt
werden kann, wenn in einer Regel- und Steuereinrichtung 40, die dem speisenden Stromrichter 41 zugeordnet
ist, die Sollwerts* /* und /,* der «-^-Komponenten des
Drehstromsystems zur Verfugung stehen und ebenso die Sollwerte U* und u£ der «-/^-Komponenten des
Steuerspannungssystems, die proportional zu den Sollwerten der Ausgangsspannung sind. Die ohnehin
vorhandenen Sollwerte i*, i* und u*, u% werden einer
Rechenschaltung 13 zugeführt, die wie diejenige in Fig. 1 ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform
werden besondere Abgriffe für Verbraucherstrom und Verbraucherspannung eingespart, ebenso besondere
Koordinatenwandler sowie Glättungseinrichtungen, da die Sollwerte keine Oberschwingungen enthalten.
Es gibt Regel- und Steuereinrichtungen 40, in denen eines der beiden Komponentenpaare /'*, # und u*, u*
verwendet wird und somit zur Leistungsbestimmung zur Verfüngung steht. In einem solchen Fall läßt sich das
andere Komponentenpaar häufig aus anderen feldorientierten Sollwerten durch Vor- oder Rückwärtstransformation
mit Hilfe von Vektordrehern ermitteln.
Fig.4 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Wirkleistungsmessung,
bei der aus einer Regeleinrichtung 42 als Eingangsgrößen für ein Multiplizierglied 44 die
Sollwerte M*, π'von Moment und Drehzahl verwendet werden. Die Wirkleistung Pw ist entsprechend Gleichung^)
P11. - /V/ · /1
(17)
proportional dem Produkt der beiden Istwerte Mund η
und auch proportional dem Produkt der beiden Eingangsgrößen M*, n*. Das Produktsignal wird über
einen Anpaßverstärker 26 einem entsprechend geeichten Meßgerät 27 zugeführt. Die so gemessene
Wirkleistung Pw entspricht der von der Drehfeldmaschine
2 abgegebenen Leistung. Für die Ermittlung der aufgenommenen Wirkleistung P„ist bei der Eichung der
Wirkungsgrad der Drehfeldmaschine 2 zu berücksichtigen.
Fig.5 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der aus
einer Regelschaltung 46 folgende drei Größen als Eingangsgrößen für eine Rechenschaltuug 44, 48
herangezogen werden: Drehzahlsollwert π* Flußsollwert φ* und Sollwert der Stromkomponente /*2. Der
letztgenannte Sollwert 1*2 ist die Komponente des
umlaufenden Stromvektors, die senkrecht auf dem umlaufenden Flußvektor steht. Die Wirkleistung Plv
errechnet sich aus diesen drei Größen nach Gleichung (18) zu
Ρ« = Ίφΐ ■ ψ ' " ■
(18)
Hiernach wird in einem Multiplizierglied 48 der Sollwert des Stromes /*2 mit dem Flußsollwert φ
multipliziert Anschließend wird das Produkt, das dem Momentensollwert M* entspricht, mit dem Drehzahlsollwert
π* im MuJtiplizierglied 44 multipliziert. Die so errechnete Größe ist nach Gleichung (18) proportional
der Wirkleistung Pw. Sie wird wieder über einen Außenverstärker 26 einem entsprechend geeichten
Meßgerät 27 zugeführt Bezüglich der Eichung gilt hier dasselbe wie bei der Schaltungsanordnung von F i g. 4.
Ein Vorteil der Ausführungsformen, bei denen Eingangsgrößen für die Rechenschaltung aus einer
Regelschaltung zur Leistungsmessung verwendet werden, ist durch eine Einsparung an Geräten, vor allem von
Glättungseinrichtungen und Einrichtungen zur Istwerterfassung (Meßwandler) gegeben.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Schaltungsanordnung zur Ermittlung der einem Drehstromverbraucher zugeführten Grundschwingungswirkleistung
mit einer Rechenschaltung, der sowohl mindestens eine vom Verbraucherstrom als auch mindestens eine von der Verbraucherspannung
abhängige Eingangsgröße zugeführt und an deren Ausgang eine der Wirkleitung proportionale Ausgangsgröße
abgegriffen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechenschaltung (13) zwei
stromabhängige Eingangsgrößen (4, iß; /J, /*), die
den Verbraucherstrom (i) in einem orthogonalen Koordinatensystem (α, β) festlegen, und auch zwei
spannungsabhängige Eingangsgrößen (ua, Uß), die die
Verbraucherspannung (υ) in demselben orthogonalen Koordinatensystem (α, β) festlegen, zugeführt
sind, daß die Rechenschaltung (13) ein erstes Multiplizierglied (23) enthält, das das Produktsignal
aus der Spannungskomponente (u,) und der Stromkomponente (/,) in Richtung der einen
Koordinatenachse (α) bildet, daß die Rechenschaltung (13) ein zweites Multiplizierglied (24) enthält,
das das Produktsignal aus der Spannungskomponente (Uß) und der Stromkomponente (iß) in Richtung der
inderen Koordinatenachse (ß) bildet, und daß an einem Additionsglied (25) als Ausgangsgröße der
Rechenschaltung (13) die Summe der beiden Produktsignale abgegriffen ist (F i g. 1 und 3).
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen Ermittlung der dem Drehstromver-l/rauchi (2) zugeführten Blindleistung
die Rechenschaltung (13) ein drittes Multiplizierglied (29), das da; Produktsignal aus der
Spannungskomponente (u%) in Richtung der einen Koordinatenachse (ix) und der Stromkomponente
(iß) in Richtung der anderen Koordinatenachse (ß) bildet, ein viertes Multiplizierglied (30), das das
Produktsignal aus der Spannungskomponente (u,*) in
Richtung der anderen Koordinatenachse (ß) und der Stromkomponente (/,) in Richtung der einen
Koordinatenachse (nc) bildet, und ein Substraktionsglied
(31), an dem als weitere Ausgangsgröße die Differenz dieser beiden Produktsignale abgegriffen
ist, enthält (F ig. 1 und 3).
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß als Rechenschaltung (13) ein an
sich bekannter Vektordreher vorgesehen ist (Fig. 1 und 3).
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche· 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Lieferung der beiden stromabhängigen Eingangsgrößen (/„ ;,,) ein Koordinatenwandler (8) vorgesehen
ist. dem ein Stromwandler (4) in einer ersten und ein Stromwandler (5) in einer zweiten Phasenleitung
(R. S) des. Drehstromverbrauchers (2) vorgeschaltet ist, und daß zur Lieferung der beiden spannungsabhängigen
Eingangsgrößen (u,. o,) ein weiterer Koordinatenwandler (18) vorgesehen ist, der mit je
einem Spannungsabgriff (15) am Drehstromverbrau* eher (2) verbunden ist (F i g. I).
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stromwandler (4, 5)
und/oder dem Spannurtgsabgriff (15) ein Glättungsglied
(6,7,16,17) nachgeschalfet ist (Fig. 1).
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
stromabhängigen und/oder spannungsabhängigen Eingangsgrößen (/,*, '*■ o* «*) in einer Regelschaltung
(40) abgegriffene Sollwerte sind, wobei die Regelschaltung (40) zur Strom- und/oder Spannungsregelung
vorgesehen ist (F i g. 3).
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als
Drehstromverbraucher (2) eine Drehfeldmaschine vorgesehen ist, die von einem Stromricrr: ;r (41) mit
veränderlicher Spannung und Frequenz gespeist ist.
8. Schaltungsanordnung zur Ermittlung der einem Drehstromverbraucher zugeführten Grundschwingungswirkleistung
mit einer Rechenschaltung, der sowohl mindestens eine vom Verbraucherstrom als
auch mindestens eine von der Verbraucherspannung abhängige Eingangsgröße zugeführt und an deren
Ausgang eine der Wirkleistung proportionale Ausgangsgröße abgegriffen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß in einer Regelschaltung (42) abgegriffene Sollwerte (M*, η *) für das Drehmoment und die
Drehzahl einer als Drehstromverbraucher (2) vorgesehenen stromrichtergespeisten Drehfeldmaschine
einem Multiplizierglied (44) als Rechenschaitung zugeführt sind, und daß am Ausgang dieses
Multipliziergliedes (44) die der Wirkleistung (P11)
proportionale Ausgangsgröße abgegriffen ist (F ig. 4).
9. Schaltungsanordnung zur Ermittlung der einem Drehstromverbraucher zugetührten Grundschwingungswirkleistung
mit einer Rechenschaltung, der sowohl mindestens eine vom Verbraucherstrom als auch mindestens eine von der Verbraucherspannung
abhängige Eingangsgröße zugeführt und an deren Ausgang eine der Wirkleistung proportionale
Ausgangsgröße abgegriffen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Regelschaltung (46) abgegriffene
Sollwerte (ψ*, if2) für den Fluß und den im
Vektordiagrammm senkrecht zum Fluß gelegenen Strom einer als Drehstromverbraucher (2) vorgesehenen
stromrichtergespeisten Drehfeldmaschine einem Multiplizierglied (48) zugeführt sind, daß das
Ausgangssignal (M*) dieses Multipliziergliedes (48) und ein in der Regelschaltung (46) abgegriffener
Sollwert (n *) für die Drehzahl der Drehfeldmaschine einem weiteren Multiplizierglied (44) zugeführt sind,
und daß am Ausgang dieses weiteren Multipliziergliedes (44) die der Wirkleistung (Pn) proportionale
Ausgangsgröße abgegriffen ist (F i g. 5).
Priority Applications (3)
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DE2704764A DE2704764C2 (de) | 1977-02-04 | 1977-02-04 | Schaltungsanordnung zur Ermittlung der einem Drehstromverbraucher zügeführten Grundschwingungswirkleistung |
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DE2704764C2 true DE2704764C2 (de) | 1979-01-11 |
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ID=6000397
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2704764A Expired DE2704764C2 (de) | 1977-02-04 | 1977-02-04 | Schaltungsanordnung zur Ermittlung der einem Drehstromverbraucher zügeführten Grundschwingungswirkleistung |
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DE (1) | DE2704764C2 (de) |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10055223B4 (de) * | 2000-05-26 | 2007-08-02 | Mitsubishi Denki K.K. | Stromdetektionseinrichtung und Stromdetektionsverfahren |
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DE3927414A1 (de) * | 1989-08-19 | 1991-02-21 | Bergwerksverband Gmbh | Verfahren zur ueberwachung von antrieben und messeinrichtung |
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1977
- 1977-02-04 DE DE2704764A patent/DE2704764C2/de not_active Expired
- 1977-12-05 CH CH1481377A patent/CH620999A5/de not_active IP Right Cessation
-
1978
- 1978-01-17 SE SE7800547A patent/SE424113B/sv unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10055223B4 (de) * | 2000-05-26 | 2007-08-02 | Mitsubishi Denki K.K. | Stromdetektionseinrichtung und Stromdetektionsverfahren |
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Publication number | Publication date |
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DE2704764B1 (de) | 1978-05-11 |
CH620999A5 (en) | 1980-12-31 |
SE7800547L (sv) | 1978-08-05 |
SE424113B (sv) | 1982-06-28 |
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