DE3822051C2

DE3822051C2 -

Info

Publication number: DE3822051C2
Application number: DE19883822051
Authority: DE
Inventors: Martin 3300 Braunschweig De Kahmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Hamburger Elektronik 2000 Hamburg De Zera E GmbH
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1991-09-05
Also published as: DE3822051A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Zählerprüfeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie aus Engel/Ruth, "Ein elektronischer Gleich lastzähler", meßtechnik 8/68, S. 182-186 bekannt ist.

Die Meßrichtigkeit von Elektrizitätszählern (Zähler) für Verrechnungszwecke wird mittels Zählerprüfeinrichtungen (ZPE) bestimmt. Derartige ZPE bestehen im wesentlichen aus ein- oder mehrphasigen Spannungsgeneratoren, aus aktiven oder passiven elektronischen oder elektrischen Anordnungen zur Umformung der Generatorspannungen in für die Zähler geeignete Spannungen und Ströme und aus einem elektronischen Präzisions-Vergleichszähler. Bislang wurden derartige ZPE entsprechend den Gegebenheiten in den öffentlichen Versorgungsnetzen auf rein sinusförmigen Wechselstrombetrieb hin ausgelegt. Inzwischen führt eine durch 2 Umstände wesentlich bestimmte neue Situation zum Umdenken bei der Konzeption von ZPE: Durch die starke Zunahme der Verwendung von Leistungshalbleitern sind die Netzströme immer häufiger nicht sinusförmig. Das Aufkommen elektronischer, direkt anzuschließender Elektrizitätszähler verlangt nach neuen Meßverfahren insbesondere zur Untersuchung der Reaktion dieser Geräte auf Mischströme.

Während die Technik der programmierbaren, synthetischen Spannungserzeugung mit Digital-Analog-Wandlern, die die Generierung beliebiger Kurvenformen ohne zusätzlichen Aufwand ermöglicht, weite Verbreitung gefunden hat, sind bei den bekannten Lösungen die oben erwähnten ZPE-Komponenten, deren Funktion Meß-Stromwandler erfordert, weitgehend noch nicht zur Verarbeitung beliebiger Stromformen geeignet. Insbesondere der Gleichanteil in Mischströmen führt bei klassischen, induktiv wirkenden Stromwandlern zu Sättigungserscheinungen in deren Kernmaterialien und somit zu einer Störung von deren Funktion. Für die oben erwähnten Vergleichszähler, die derartige Stromwandler in ihren Eingangskreisen zur Stromanpassung verwenden, heißt das, daß die Meßunsicherheit dieser Geräte bei Mischstrombetrieb ansteigt. Zur Lösung dieses Problems bei Zählern gibt es inzwischen eine Vielzahl von Vorschlägen mit Stromsensoren, Stromwandlern und Strommeßschaltungen, deren Funktion aufgrund ihrer besonderen Konstruktion durch Gleichanteile nicht beeinträchtigt wird und die in der Art eines Hochpasses nur Wechselsignalanteile vom Primärkreis in einen Sekundärkreis übertragen (z. B. Schwab, A.: Hochspannungsmeßtechnik, Meßgeräte und Meßverfahren, Berlin 1981) oder mit Stromwandlerschaltungen, bei denen der Gleichanteil im Primärstrom über den Magnetisierungszustand der Wandlerkerne durch elektronische Hilfsschaltungen bestimmt und ein entsprechender Kompensationsstrom in die Wandlerschaltung eingespeist wird, um die Genauigkeit sicherzustellen (z. B. DE-OS 35 40 777).

Der Nachteil dabei ist die zu geringe Meßgenauigkeit, sowie daß sie sich nur mit hohem technischen Aufwand realisieren lassen. Für die Transformation großer Stromstärken mit niedrigem Übersetzungsverhältnis sind sie in der Regel ungeeignet.

Derartige Anordnungen sind autonom in dem Sinne, daß die Größe des Gleichanteils im Mischstrom unbekannt ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Zählerprüfeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dahingehend weiter zu entwickeln, daß der Zähler zuverlässig auch hinsichtlich seiner Genauigkeit bei Beaufschlagung mit zusätzlichen Gleichstromkomponenten ohne großen Aufwand geprüft werden kann. Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen einer solchen Zählerprüfeinrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Funktionsweise soll nachfogend mittels Fig. 1 an einem Ausführungsbeispiel näher erklärt werden.

Es ist ein Strompfad einer Einrichtung zur Prüfung eines Zählers 9 bei Mischstrombelastung dargestellt. Da die Gleichstromkomponente im Strom i die Funktion des internen Stromwandlers 10 im Vergleichszähler 11 stören würde, wird die Zusatzwicklung 5 von dem Transkonduktanzverstärker 4 mit einem Gleichstrom gespeist, der eine Gleichdurchflutung im Kern des Wandlers 10 erzeugt, die dem durch die Wicklung 6 erzeugten Gleichanteil ihrer Durchflutung vom Vorzeichen her entgegengesetzt und vom Betrag her gleich ist. Die Information über den einzuspeisenden Gleichstrom braucht nicht meßtechnisch aus dem Strom i zurückgewonnen zu werden. Vielmehr kann die erforderliche Kompensation der Gleichdurchflutung auf einfachere Weise erzielt werden, wenn es sich bei den Blöcken 1 und 2 um durch einen Rechner 12 digital steuerbare Spannungsgeneratoren handelt. Da die gewünschte Kurvenform für den Strom i in Form einer Wertetabelle im Rechner vorliegt, kann die Ansteuerung so erfolgen, daß der Generator 1 ein definiertes Mischsignal an seinem Ausgang erzeugt. Dieses dient zur Steuerung des Transkonduktanzverstärkers 3, der den Laststrom i im Prüfkreis generiert. Der Generator 2 hingegen wird so angesteuert, daß sein analoges Ausgangssignal für den Verstärker 4 dem Gleichstromantel des definierten Mischsignals unter Berücksichtigung der Transkonduktanzen der Verstärker 3 und 4 und der Windungszahl der Wicklung 5 entspricht. Bei dieser Betriebsweise ist der Kern des Wandlers 10 gleichdurchflutungsfrei, so daß die Transformation des Wechselsignalanteils über die Primärwicklung 6 in die Sekundärwicklung 7 zur Speisung des elektronischen Vergleichszähler-Meßwerks problemlos erfolgen kann. Falls erforderlich ist es aber auch möglich, durch entsprechende Programmierung des Rechners im Wandler 10 außerdem die Kompensation von Durchflutungen zu erreichen, die aufgrund ihrer von der Grundharmonischen abweichenden Frequenz keinen Beitrag zur Leistungsmessung liefern und das elektronische Meßwerk und den Wandler nur unnötig belasten.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem keine Zusatzwicklung für den Stromwandler erforderlich ist, zeigt Fig. 2. Berücksichtigt man die Teile 10′ und 11′ nicht, würde Fig. 2 die bekannte Anordnung eines elektronisch fehlerkompensierten 1-Kern-Wandlers zeigen, wie sie z. B. aus der DE-OS 35 40 777 A1 bekannt ist. Der durch die Primärwicklung 1′ fließende Mischstrom i₁ erzeugt eine Mischdurchflutung im Kern 9′ des Wandlers. Der Wechselanteil der Durchflutung ist ursächlich für die Induktion einer Spannung in der Indikatorwicklung 3′. Der aus den Widerständen 4 und 5 sowie dem Operationsverstärker (OP) 7′ gebildete Verstärker speist nun solange einen Wechselstrom in die Sekundärwicklung 2′ des Wandlers, bis in dessen Kern nahezu Wechseldurchflutungsgleichgewicht herrscht und in Wicklung 3′ nur noch eine sehr kleine Spannung induziert wird. Mit Hilfe des aus OP 8′ und dem Widerstand 6′ bestehenden Strom-Spannungsumsetzers wird dann eine Spannung u₂ gewonnen, die proportional zum Primärstrom i₁ ist. Dieses Prinzip funktioniert nur, wenn der Gleichanteil in i₁ vernachlässigbar klein ist. Bei größeren Gleichströmen gerät der Kern g in die Sättigung, sodaß die Transformation nicht mehr richtig funktioniert. Um dieses zu verhindern, wird die vom Signalgenerator abgeleitete Spannung u₁ über den Widerstand 11′ an OP 7′ und über den Widerstand 10′ an OP 8′ angeschlossen. So wird erreicht, daß nur in dem Schaltungszweig mit der Wicklung 2′ ein Mischstrom fließt, dessen Gleichanteil - bestimmt durch u₁ - so groß ist, daß der Wandlerkern gleichdurchflutungsfrei ist. (Die übrigen Teile der ZPE mit der Spannungssteuerung für u₁ sind hier nicht mitgezeichnet.)

Claims

1. Zählerprüfeinrichtung, aufweisend

- einen ersten Stromgenerator (1, 3, 12) und
- einen Vergleichszähler (11) mit einem Stromwandler (10), der das Vergleichszählermeßwerk (8) von einem zu prüfenden Zähler (9) galvanisch trennt,

dadurch gekennzeichnet, daß

- der Stromwandler (10) eine dritte Wicklung (5) aufweist, die mit einem solchen Gleichstrom beaufschlagt ist, daß im Kern des Wandlers (10) eine durch eine Gleichstromkomponente des Prüfstroms hervor gerufene magnetische Durchflutung kompensiert ist und daß
- diese Wicklung (5) direkt mit einem zweiten Stromgenerator (2, 4, 12) verbunden ist, der diesen Gleichstrom aus den Augenblickswerten der Signale des ersten Stromgenerators (1, 3, 12) erzeugt.

2. Zählerprüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Wicklung (5) eine besondere, zusätzliche Wicklung ist.

3. Zählerprüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Wicklung eine bereits vorhandende wechselstrommäßige Sekundärwicklung (2′) der Wandleranordnung ist.

4. Zählerprüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stromgenerator (2, 4, 12) so ausgeführt ist, daß er aus den Augenblickswerten der Signale des ersten Stromgenerators (1, 3, 12) auch solche Ströme erzeugt und in die Wick lung (5) einspeist, die eine Kompensation von Durchflutungen im Kern des Wandlers (10) bewirken, die aufgrund ihrer von der Grundharmonischen abweichenden Frequenz keinen Beitrag zur Leistungsmessung liefern und den Wandler (10) und das Meßwerk (8) nur unnötig belasten würden.