DE2726282C3

DE2726282C3 - Spannungsmeßanordnung für Momentanwerte

Info

Publication number: DE2726282C3
Application number: DE2726282A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Kaufhold
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-06-10
Filing date: 1977-06-10
Publication date: 1979-12-20
Also published as: DE2726282A1; GB1604602A; DE2726282B2; CA1129005A; SE7806369L

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannungsmeßanordnung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Unter Ausnutzung der Tatsache, daß (sin²* + cos²«) = 1 hat man bisher aus einer gegebenen Sinusspannung durch phasendrehende Glieder eine entsprechende CosinUsspännüng (orthogonale Kömpönente) gebildet, beide Größen quadriert und die Quadrate summiert, so daß theoretisch die gewünschte Gleichgröße übrig blieb, (DE-PS 7 25 551). Die phasendrehenden Glieder bedingen entweder einen nichtvernachlässigbaren Zettverzug von mindestens I ms (bis etwa 3 ms) sowie eine Frequenzabhängigkeit (Allpaßverhalten) oder weisen starke Oberschwingungsempfindlichkeit auf, die durch zusätzliche, Zeitverzögerungen hervorrufende Glättungsmaßnahmen gemildert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung der genannten Art zu schaffen, die bei wesentlich kleinerer Zeitverzögerung weitgehend unabhängig von Frequenzänderungen und der Kurvenform in einem großen Bereich vom Ausgangswert ohne zusätzliche Glättungsmittel auskommt
Die Lösung der Aufgabe gelingt durch Maßnahmen

ίο entsprechend dem Kennzeichen des Hauptanspruchs.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen,

Eine schnell integrierende Meßanordnung (ty<0,1 ms in einem Bereich von —50% bis +100% vom Ausgangswert mit einer Ersatzzeitkonstante σ<0,1 ms und einer Gleichspannungswelligkeit von weniger als ±2% bei 50 Hz läßt sich durch Maßnahmen nach dem Kennzeichen des Anspruchs 2 erreichen. Dabei wird die Gleichstromgröße (genau gesprochen deren Quadrat) durch getrennt wirksame Vorzeichenregelungen über eine Integration gebildet wobei die getrennten Regelstrecken für Aufwärts- und für Abwärtsregelung der Amplitude durch Einstellen einer schwachen Gegenkopplung eine Beeinflussung der Kurvenform in der Gleichgroße und damit eine Verringerung der Welligkeit ergeben, trotz der kleinen Integrationszeit r <0,l ms, die allein das Zeitverhalten der Meßanordnung bestimmt wenn man das Übertragungsverhalten der Integrierglieder (Operationsverstärker) im MHz-Bereich vernachlässigt Die Schaltung ist insbesondere für die Regelung statischer Phasenschieber sowie elektronischer Schutz- und Regelgeräte vorteilhaft

In Fig. 1 ist das Prinzip der Erfindung, in Fig.2 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel einer

}5 Meßanordnung nach der Erfindung gezeigt Gleiche Teile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.

Die prinzipielle Wirkungsweise der Erfindung ist aus F i g. 1 ersichtlich, bei der eine Wechselgröße Ä sin λ

-to einem nullpunkteinstellbaren ersten Multiplizierer 1 zur Quadrierung zugeführt wird Die quadrierte Ausgangsgröße Ä² sin²« wird unmittelbar einem ersten Eingang einer ersten Additionsstufe 2 und außerdem einem invertierenden Verstärker mit Verstärkungsfaktor »Eins« in Form eines Operationsverstärkers 3 zugeführt, dessen Ausgangsgröße -Ä²sm²ix dem ersten Eingang einer zweiten Additionsstufe 4 zugeführt wird Dem zweiten Eingang der besagten Additionsstufe 4 wird eine Größe Ä^srn² » + cos²«) — Ä² zugeführt, die mit der erstgenannten Eingangsgröße am Ausgang der Additionsstufe 4 die Wechselgröße A² cos² α ergibt die dann dem zweiten Eingang der ersten Additionsstufe 2 zugeführt wird und in diesem mit der Größe Ä² sin² λ die erwähnte Gleichgröße Ä² ergibt, aus der in bekannter Weise die Gleichgröße A erhalten werden kann.

In F i g. 2 ist dasselbe für eine Wechselgröße A sin ωί mit einer geregelten Schaltung gezeigt In der Verbindung zwischen der ersten und zweiten Additionsstufe 2 und 4 ist eine Regelsehaltung mit getrennt wirksamen Vorzeichenregelungen über eine Integration gezeigt. Zur Aufwärtsregelung dient die Reihenschaltung einer Sperrdiode 14 mit einem Proportionalverstärker 10 mit variablem Verstärkungsfaktor und für die Abwärtsregelung ein Proportionalverstärker 6 mit Vorhalt (PD-Regler), die beide auf eine Additionsstufe 7 arbeiten, wobei der Proportionalverstärker 6 vom Ausgang einer Additionsstufe 5 gespeist wird, deren

erster Eingang mit dem Ausgang der ersten Additionsstufe 2 verbunden ist, und deren zweiter Eingang über einen zweiten Proportionalverstärker Il mit variablem Verstärkungsfaktor und über eine Sperrdiode 13 schwach rückgekoppelt auf den zweiten Eingang der zweiten Additionsstnfe 4 und außerdem mit dem Ausgang eines nullpunkteinstellbaren zweiten Multiplizierers 9 verbunden ist Der Multiplizierer 6 multipliziert die Größe Ä„m eines Gleichspannungssollwertgebers 12 mit der Ausgangsgröße eines integrierenden Verstärkers 8, dem die Ausgangsgröße der erwähnten Additionsstufe 7 zugeführt wird. Am Ausgang des Multiplizierers tritt somit die Gleichgroße A² auf, aus der die gewünschte Gleichgröße Ä in bekannter Weise gewonnen werden kann. Die Sperrdiode 13 zwischen

Multiplizierer 9 und Additionsstufe 4 ist erforderlich, um zu jedem Zeitpunkt ein vorzeichengereebtes Ausgangs signal zu erhalten.

Mit einer solchen Schaltung lassen sich auch aus einer verzerrten Wechselgröße Gleichgrößen erhalten, die unabhängig von Frequenzänderung schnell den Scheitelwertänderungen folgen.

Um geringe Welligkeiten ohne zusätzlichen Glättungsaufwand zu erreichen, wird der Proportionalverstärker IO auf einen Verstärkungsfaktor V_P zwischen Eins und Zehn, der Proportionalverstärker 6 auf einen Verstärkungsfaktor Vp von etwa Zwei sowie der Proportionalverstärker 11 auf einen Verstärkungsfaktor V_p zwischen Null und Zwei eingestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Spannungsmeßanordnung für Momentan werte, bei der aus der Summe von quadrierten Sinus- und Cosinusschwingungen gleicher Frequenz, Amplitude und Kurvenform eine scheitelwertproportionale Gleichgroße gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinusschwingung von einem Multiplizierer (1) quadriert zum einen unmittelbar einer ersten Additionsstufe (2) und zum anderen über ein Invertierglied (3) einer zweiten Additionsstufe (4) zugeführt ist, deren Ausgang mit dem zweiten Eingang der ersten Additionsstufe verbunden ist, und daß zwischen dem Ausgang der ersten und dem zweiten Eingang der zweiten Additionsstufe (2, 4) eine rückgeführte Regelschaltung mit Sollwertgeber (12) für die scheitelwertproportionale Gleichgröße geschaltet ist, die vom Ausgang der aweiten Additionsstufe (4) beeinflußt wird.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der ersten Additionsstufe (2) mit dem ersten Eingang einer dritten Additionsstufe (S) verbunden ist, deren Ausgang über einen PD-Regler (6) mit dem ersten Eingang einer vierten Additionsstufe (7) in Verbindung steht, deren zweiter Eingang über einen ersten Proportionalverstärker (10) und eine Sperrdiode (14) mit den ersten und zweiten Additionsstufen (2, 4) verbunden ist und der Ausgang der vierten Additionsstufe (7) über t/nen J-üegler (8) auf einen vom Sollwertgeber gespeüten zweiten Multiplizierer (9) geführt ist, an dessen lter eine zweite Sperrdiode (13) mit der zweiten Additionsstufe (4) verbundenen und über einen zweiten Proportionalverstärker (11) auf die dritte Additionsstufe (5) rückgeführten Ausgang die Gleichgröße abgenommen wird

3. Meßanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplizierer (1,9) nullpunkteinstellbar sind.

4. Meßanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalverstärker (10) für die Aufwärtsregelung auf einen Verstärkungsfaktor 1 < V_p< 10 und der Proportionalverstärker (11) für die Rückführung auf einen Verstärkungsfaktor 0< V_p<2 und der Proportionalverstärker mit Vorhalt (6) für die Abwärtsregelung auf einen Verstärkungsfaktor V_p~2 eingestellt ist