DE2815253A1

DE2815253A1 - Umformer zur anzeige der durch einen satz von starkstromleitungen fliessenden gesamtleistung

Info

Publication number: DE2815253A1
Application number: DE19782815253
Authority: DE
Inventors: John E Callan
Original assignee: Allen Bradley Co LLC
Current assignee: Allen Bradley Co LLC
Priority date: 1977-04-18
Filing date: 1978-04-08
Publication date: 1978-10-19
Also published as: GB1569087A; CA1084116A; FR2388282B3; US4079313A; FR2388282A1

Description

OP

ALLEN-BRADLEY COMPANY, Milwaukee, Wisconsin, VStA

Umformer zur Anzeige der durch einen Satz von Starkstromleitungen fließenden Gesamtleistung

Die Erfindung bezieht sich auf Wattmeter und Wattstundenmeter und befaßt sich insbesondere mit Wattstundenmetern, die von elektronischen Festkörper-Bauelementen Gebrauch machen.

Es sind bereits eine Reihe von Wattmetern und Wattstundenmetern bekannt, die mit Hilfe von elektronischen Festkörper-Bauelementen konstruiert sind. Diese Meßgeräte fühlen den Betrag der Spannung (E) und den Betrag des Stroms (I) ab und multiplizieren die abgefühlten Beträge miteinander, um ein Signal zu gewinnen, das dem Produkt (El) proportional ist. Der Leistungsfaktor (cos Θ) wird im allgemeinen bei diesen Meßgeräten nicht in Betracht gezogen, sondern der Einfachheit halber mit 1 angenommen. Diese Annahme trifft aber oft nicht zu, insbesondere bei Anwendungen im indust-ri ollen Bereich, wo eine große Anzahl von Blindlastverbrauchern verwendet wird. Die Genauigkeit der genannten üblichen Meßgeräte läßt daher zu wünschen übrig.

Ein Wattumformer, der aus Festkörperbauelementen hergestellt ist und der den Leistungsfaktor in Betracht zieht, ist aus der US-PS 3 794 917 bekannt.

Ein Wattsekundenumformer zeichnet sich nach der Erfindung dadurch aus, daß das Produkt aus der abgefühlten Spannung und dem abgefühlten Strom in einen Impulszug umgesetzt wird, dessen Impulsfolgefrequenz dem absoluten Wert des Produkts proportional ist, daß der Impulszug dem Eingang eines Digitalzählers zugeführt wird und daß der

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Zähler in Abhängigkeit vom Vorzeichen des Spannungsstromprodukts entweder aufwärts oder abwärts gezählt wird.

Nach der Erfindung wird somit ein Wattsekundenumforiner geschaffen, der in einem Zähler eine Digitalzahl erzeugt, die den Gesamtenergieverbrauch anzeigt. Die Gesamtenergie (A) ist wie folgt definiert:

T _; · ■
A= J-. e(t)i(t)dt
0

dabei gilt:

e(t) = Momentanwert der abgefühlten Spannung, i(t) = Momentanwert des abgefühlten Stroms und T= Zeitintervall, während dem die Leistung gemessen wird.

Wenn der Strom und die Spannung miteinander in Phase sind (Leistungsfaktor =1), ist ihr Produkt e(t)i(t) stets positiv, und die obige Gleichung wird durch Berechnung der Fläche unter der Kurve P(t) = e(t)i(t) gelöst. Wenn der Strom und die Spannung nicht miteinander in Phase sind, wird das Produkt P(t) während eines Teils der Periode negativ. Die obige Gleichung wird dann dadurch gelöst, daß die Fläche unter dein negativen Teil der Kurve P(t) von der Fläche unter dem positiven Teil der Kurve P(t) abgezogen wird.

Nach der Erfindung wird somit ein zuverlässiger Umformer geschaffen, der eine genaue Anzeige der Energie liefert, die während einer bestimmten Zeitperiode verbraucht wird. Der nach der Erfindung ausgebildete Umformer mißt die Wirkleistung, die während eines Zeitintervalls verbraucht wird und entsprechend der obigen Gleichung definiert ist. Er berücksichtigt somit den Leistungsfaktor. Der erfindungsgemäße Umformer ist in erster Linie aus

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Festkörper-Bauelementen aufgebaut, die verhältnismäßig kostengünstig sind und eine hohe Zuverlässigkeit haben.

Die verbrauchte Gesamtleistung wird vorzugsweise digital ausgegeben. Dazu wird die Gesamtleistung als Digitalzahl in einem Speicher gespeichert. Diese Digitalzahl kann decodiert und direkt über eine Sichtanzeige wiedergegeben werden.

Zusammenfassend stellt somit die Erfindung einen digitalen Wattumformer dar, der den Momentanstrom und die Momentanspannung abtastet und ein digitales Ausgangssignal erzeugt, das die während einer Zeitspanne verbrauchte Energie anzeigt. Das analoge Produkt aus dem abgefühlten Strom und der abgefühlten Spannung wird in einen Impulszug umgesetzt, in dem jeder Impuls einen Plus- oder einen Minusschritt an Leistung bzw. Energie darstellt. Die Impulse werden entweder einer akkumulierten und in einem Digitalzähler gespeicherten Gesamtenergiezahl hinzugefügt oder von ihr abgezogen. Der Inhalt des DigitalzähJs rs ist mit einem Sichtanzeigegerät verbunden, um die verbrauchte Gesamtleistung optisch anzuzeigen«

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines nach der Erfindung ausgebildeten Wattsekundenumformers,

Fig. 2a bis 2e Kurvenformen, die an verschiedenen Stellen des in der Fig. 1 dargestellten Wattsekundenumformer s auftreten, und

Fig. 3 und 4 elektrische Schaltbilder des in der Fig. 1 dargestellten Wattsekundenumformers.

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Der in der Fig. 1 gezeigte Umformer enthält einen Spannungsfühler: 1 und einen Stromfühler 3. Der Spannuhgsfühler 1 ist an die Netzleitungen angeschlossen und erzeugt ein Analogsignal e(t), das dem einen Eingang eines Multiplizierers 2 zugeführt wird. Der Stromfühler 3 ist ebenfalls mit den Netzleitungen verbunden und erzeugt ein Analogsignal i(t), das einem zweiten Eingang des Multiplizierers 2 zugeführt wird. Das Signal e(t) ist dem Momentanwert der Spannung an den Netzleitungen proportional. Dieses Signal hat eine Sinusform und ist in der Fig. 2a dargestellt. Das Signal i(t) ist dem Momentanwert des durch die Netzleitungen fließenden Stroms proportional und hat eine Sinusform, die in der Fig. 2b dargestellt ist. Der Multiplizierer 2 erzeugt an seinem Ausgang ein Analogsignal, das dem Produkt P(t) der beiden zugeführten Eingangssignale e(t) und i(t) proportional ist. Das Ausgangssignal P(t) ist in der Fig. 2c dargestellt und hat eine Sinusform. Es wird dein Eingang einer Absolutwertschaltung 4 und dem Eingang eines Polaritätsdetektors 5 zugeführt. Die Absolutwertschaltung 4 nimmt eine Vollweggleichrichtung des zugeführten Signals P(t) vor, wobei alle negativen Signalebschnitte in den positiven Bereich geklappt werden. Das resultierende gleichgerichtete Signal HpCt)J hat die in der Fig. 2d dargestellte Kurvenform. Das gleichgerichtete Signal wird dem Eingang eines Spannung/Frequenz-Umsetzers 6 (V/F-Umsetzer) zugeführt. Der Polaritätsdetektor 5 ist ein Verstärker mit hohem Verstärkungsgrad, dessen Ausgangssignal bei einer logisch hohen Spannung in die Sättigung gerät, wenn die Kurvenform des zugeführten Signals P(t) negativ ist, und dessen Ausgangssignal bei einer logisch niedrigen Spannung in die Sättigung gerät, wenn die Kurvenform des zugeführten Signals P(t) positiv ist. Die am Ausgang des Polaritätsdetektors 5 auftretende resultierende Kurvenform S(t), die in der Fig. 2e dargestellt ist, wird dem Aufwärts/Abwärts-Anschluß eines Digitalzählers 7 zugeführt.

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Der V/F-Uinsetzer 6 erzeugt einen Impulszug, der an den Taktanschluß des DigitalZählers 7 gelegt wird. Die Geschwindigkeit, mit der diese Impulse erzeugt werden, ist der Amplitude des zugeführten Analogsignals [_P(t)J direkt proportional. Jeder Impuls taktiert den Digitalzähler 7, und die im Zähler gespeicherte Digitalzahl wird entweder um einen Zählschritt erhöht oder erniedrigt, und zwar in Abhängigkeit von der Polarität des Signals S(t), das dem Aufwärts/Abwärts-Anschluß des Zählers zugeführt wird. Die gespeicherte Zähleranzeige wird von einem empfangenen Impuls erhöht, wenn das Signal S(t) negativ ist, und die Zähleranzeige wird von einem empfangenen Impuls erniedrigt, wenn das Signal S(t) positiv ist. Jder vom V/F-Umsetzer erzeugte Impuls stellt ein Flächeninkrement unter der Kurve dar, die durch das Signal fP(t)J definiert wird. Die Gesamtzähleranzeige im Digitalzähler 7 ist die Summe der Impulse, die erzeugt werden, wenn das Produktsignal P(t) positiv ist, abzüglich der Gesamtanzahl der Impulse, die erzeugt werden, wenn das Signal P(t) negativ ist. Die im Zähler 7 angegebene Digitalzahl stellt daher die positive Restfläche unter der Kurve P(t) dar und ist der verbrauchten Gesamtenergie proportional. Diese Digitalzahl wird einer Anzeigeeinrichtung 8 zugeführt, die die verbrauchte Leistung optisch anzeigt.

Die genannten Elemente des erfindungsgemäßen Umformers werden an Hand der Fig. 3 und 4 im einzelnen erläutert. Gemäß der Darstellung nach der Fig. 3 enthält der Spannungsfühler 3 einen Transformator 10, dessen Primärwicklung an Netzleitungen 11 angeschlossen ist und dessen Sekundärwicklung auf der einen Seite an Signalmasse angeschlossen ist. Ein Netzwerk zur Unterdrückung von Störschwingungen enthält einen Widerstand 12 und einen Kondensator 13, die miteinander in Reihe liegend der Sekundärwicklung des Transformators 10 parallelgeschaltet sind. Ein Vorspannungswiderstand 14 ist dem Unterdrückungsnetz-

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werk parallelgeschaltet. Das freie Ende der Sekundärwicklung des Transformators 10 ist an einen Y-Eingang eines Vierquadrantenmultiplizierers 15 angeschlossen, der ein Teil des Multiplizierers 2 bildet, der somit eine Multiplizierschaltung darstellt.

Der Stromfühler 3 enthält einen Stromwandler 16, dessen Sekundärwicklung mit einer der Netzleitungen 11 magnetisch gekoppelt ist. Der eine Anschluß der Sekundärwicklung des Stromwandlers 16 ist mit Signalmasse verbunden. Der andere Anschluß führt zu einem X-Eingang des Vierquadrantenmultiplizierers 15. Ein Netzwerk zur Unterdrückung von Störschwingungen enthält einen Widerstand 17 und einen Kondensator 18, die miteinander in Reihe liegend der Sekundärwicklung; des Stromwandlers 16 parallelgeschaltet sind. Ein Vorspannungswiderstand 19 liegt dem Uhterdrückungsnetzwerk aus dem Widerstand 17 und dem Kondensator 18 parallel.

Die Hauptelemente des Multiplizierers 2 sind der Vierquadrantenmultiplizierer 15 und ein Operationsverstärker 20. Der Vierquadrantenmultiplizierer 15 erzeugt an einem Ausgangsanschluß 21 einen Strom, dessen Betrag dem Produkt aus den Spannungen an dem X- und Y-Eingang proportional ist. Der Ausgangsanschluß 21 ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 20 verbunden und über einen Rückkopplungswiderstand 22 an den Ausgang des Operationsverstärkers 20 angeschlossen. Der Operationsverstärker 20 dient als Strom/Spannung-Umsetzer und erzeugt an seinem Ausgangsanschluß 23 eine Analogspannung, die dem Betrag des Produkts aus den Spannungen am X- und Y-Eingang des Vierquadrantenmultiplizierers 15 proportional ist.

Die Spannungsverstärkung des Multiplizierers 2 wird teilweise von einem Paar von Widerständen 24 und 25 bestimmt, die mit Anschlüssen des Vierquadrantenmultiplizierers 15 verbunden sind, und teilweise vom Rückkopplungs-

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- ¹⁰ " 281525?

widerstand 22. Die Spannung am Ausgangsanschluß 23 des Operationsverstärkers 20 ist durch die folgende Gleichung gegeben:

2R_9?e(t)i(t)
P(t) = —^

dabei ist K ein Maßstabsfaktor, der bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel 1/10 beträgt.

Drei Potentiometer 26, 27 und 28 sind mit dem Vierquadrant enmultiplizierer 15 verbunden, um eine Abweichungseinstellung für den X- und Y-Eingang sowie für den Ausgangsanschluß 21 vorzusehgn. Der Schleifer des Potentiometers ist mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 20 verbunden. Er ist so eingestellt, daß am Ausgangsanschluß 23 eine Nullspannung auftritt, wenn sowohl am X-Eingang als auch am Y-Eingang eine Nullspannung anliegt. Der Schleifer des Potentiometers 27 ist so eingestellt, daß am Ausgangsanschluß 21 ein Nullstrom auftritt, wenn am X-Eingang eine Nullspannung anliegt und dem Y-Eingang eine sinusförmige Spannung von 5 V von Spitze zu Spitze zugeführt wird. Der Schleifer des Potentiometers 26 ist so eingestellt, daß am Ausgangsanschluß 21 ein Nullstrom auftritt, wenn am Y-Eingang eine Nullspannung anliegt und dem X-Eingang eine sinusförmige Spannung von 5 V von Spitze zu Spitze zugeführt wird.

Der Vierquadrantenmultiplizierer 15 ist eine integrierte Schaltung, beispielsweise Modell MC1594L von Motorola, Inc. Eine Einzelbeschreibung dieser Baueinheit und des Multiplizierers 2 findet man in der Druckschrift "The Semi-Conductor Data Library», Series A, Volume VI, veröffentlicht von Motorola, Inc., 1975.

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Gemäß der Darstellung nach der Fig. 3 enthält der Polaritätsdetektor 5 einen Operationsverstärker 30, dessen invertierender Eingang über einen Widerstand 31 an den Ausgangsanschluß 23 des Operationsverstärkers 20 des Multiplizierers 2 angeschlossen ist. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 30 ist über einen Widerstand 32 mit Signalmasse verbunden. Der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 30 führt über einen Widerstand 34 zur Basis eines npn-Transistors 33. Der Emitter des Transistors 33 ist an Signalmasse angeschlossen. Der Kollektor des Transistors ist über einen Lastwiderstand 36 mit dem positiven Anschluß 35 einer Gleichspannungsquelle verbunden. Der Kollektor des Transistors 33 ist außerdem mit einem invertierenden Schmitt-Trigger 37 verbunden.

Ohne Rückkopplung ist die Spannungsverstärkung des Operationsverstärkers 30 extrem hoch. Die Folge davon ist, daß sein Ausgangssignal entweder beim positiven oder beim negativen Wert der Versorgungsspannung in die Sättigung gerät, und zwar in Abhängigkeit von der Polarität des Signals, das dem invertierenden Eingang zugeführt wird. Der Transistor 33 wird vom Operationsverstärker 30 angesteuert und somit in Abhängigkeit von den Polaritätsänderungen des Signals P(t) ein- und ausgeschaltet, das am Eingang des Operationsverstärkers 30 anliegt. Der Transistor 33 steuert den Schmitt-Trigger 37 an, der zusätzlich zur Umkehrung des seinem Eingang zugeführten logischen Pegels dazu dient, momentane Änderungen im logischen Zustand auszufiltern, die durch Rauschen hervorgerufen werden.

Die Absolutwertschaltung 4 enthält einen ersten Operationsverstärker Ao und einen zweiten Operationsverstärker 41. Der invertierende Eingang des ersten Operationsverstärkers 40 ist über einen Kopplungswidsrstand 42 mit dem Ausgangsanschluß 23 des I'Iultiplizierers 2 verbunden, und der nicht invertierende Eingang ist über einen Widerstand 43 an Signalmasse angeschlossen. Ein Rückkopplungsnetzwerk aus

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einem Widerstand 44 und zwei Dioden 45 und 46 verbindet den Ausgang des Operationsverstärkers 40 mit dem invertierenden Eingang. Die Katode der Diode 46 ist über einen Kopplungswiderstand 47 an den invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers 41 angeschlossen. Der invertierende Eingang des zweiten Operationsverstärkers 41 ist auch über einen Kopplungswiderstand 48 mit dem Ausgangsanschluß 23 des Multiplizierers 2 verbunden. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 41 ist über einen Widerstand 49 an Signalmasse angeschlossen. Ein Rückkopplungswider stand 50 verbindet den Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 41 mit seinem invertierenden Eingang. Der Ausgang des Operationsverstärkers 41 dient als Ausgangsanschluß der Absolutwertschaltung 4.

Wenn das vom Multiplizierer 2 gelieferte Signal P(t) positiv ist, wird die Diode 45 im Rückkopplungsnetzwerk des ersten Operationsverstärkers 40 in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Die Folge davon ist, daß der Ausgang des ersten Operationsverstärkers 40 scheinbar auf Masse gehalten wird, so daß über den Kopplungswiderstand 47 kein Signal weitergeleitet wird. Der positive Anteil der Kurvenform des Signals P(t) gelangt über den Widerstand 48 zum zweiten Operationsverstärker 41, der diesen Anteil mit umgekehrtem Vorzeichen an seinem Ausgangsanschluß erzeugt. Der Wert des Kopplungswiderstands 48 stimmt mit dem Wert des Rückkopplungswiderstands 50 überein, so daß während des positiven Kurvenformabschnitts des Signals P(t) die Verstärkung 1 beträgt. Wenn aber das Ausgangssignal P(t) des Multiplizierers 2 negativ wird, wird die Diode 45 im Rückkopplungsnetzwerk des ersten Operationsverstärkers 40 in Sperrichtung vorgespannt, so daß jetzt der Rückkopplungswiderstand 44 wirksam wird. Der Wert des Kopplungswiderstands 42 stimmt mit dem Wert des Rückkopplungswiderstands 44 überein, so daß die Verstärkung des ersten Operationsverstärkers 40 einen Wert von 1 hat. Das Signal, das an der Katode der Diode 46 erscheint, stellt die Umkehrung

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des Eingangssignals P(t) dar und wird über den Kopplungswiderstand 47 dem zweiten Operationsverstärker 41 zugeführt. Der Wert des Kopplungswiderstands 47 beträgt die Hälfte des Werts des Rückkopplungswiderstands 50, so daß beim Summieren am invertierenden Eingang des Verstärkers mit dem Signal entgegengesetzter Polarität, das direkt über den Widerstand 48 gekoppelt wird, dieses vorherrscht. Das Endergebnis ist jedenfalls, daß die negativ gerichteten Anteile der Kurvenform des Signals P(t) am Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 41 mit derselben Polarität und demselben Betrag erscheinen. Auf diese Weise wird die Kurvenform des zugeführten Signals P(t) wirksam vollweggleichgerichtet, ohne daß irgendeine "Totzone" im Bereich der Nullspannung auftritt, was sonst der Fall sein könnte, wenn eine Brückengleichrichterschaltung benutzt wird.

Bei dem in der Fig. 4 dargestellten Spannung/Frequenz-ümsetzer 6 handelt es sich um einen Präzisions-V/F-Umsetzer, der eine Umsetzerschaltung 51 und einen Operationsverstärker 52 enthält. Die Umsetzerschaltung 51 ist eine integrierte Schaltung, beispielsweise das Modell RM4151 von Raytheon Semiconductor, und bei dem Operationsverstärker 52 handelt es sich beispielsweise um das Modell RC4131 ebenfalls von Raytheon Semiconductor. Das Signal 0?(t)] vom Ausgang der Absolutwertschaltung 4 wird über einen Kopplungswiderstand 53 den Eingängen der Umsetzerschaltung

51 und des Operationsverstärkers 52 zugeführt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 52 gelangt über einen Widerstand 54 zu einem zweiten Eingang 55 der Spannung/Frequenz-Umsetzerschaltung 51 und zu einer Rückkopplungsschaltung aus einer Diode 56 und einem Kondensator 57, die das Signal zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers

52 zurückführen. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 52 ist über einen Widerstand 58 an Signalmasse angeschlossen. Ein Potentiometer 59 dient zur Abweichungseinstellung und ist demzufolge mit Abweichungseinstellanschlüssen des Operationsverstärkers 52 verbunden.

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Die Operationsverstärkerschaltung dient zur Integration der Kurvenform des zugeführten Signals [P(t)J und zum Aufrechterhalten eines Eingangs 60 der Umsetzerschaltung 51 auf einer Nullspannung, um die Linearität der Umsetzung zu verbessern.

Die Umsetzerschaltung 51 ist an positive Anschlüsse 61 und 62 einer Gleichspannungsquelle und an Signalmasse angeschlossen. Diese Anschlußverbindungen erfolgen über Widerstände 63 bis 66 und einen Kondensator 67 in der gezeigten Weise. Ein Trimmpotentiometer 68 für den Vollausschlag ist mit der Umsetzerschaltung 51 und mit Signalmasse verbunden. Ein Ausgangsanschluß 69 der Umsetzerschaltung 51 dient als Ausgang des Spannung/Frequenz-Umsetzers 6 und ist mit einem Taktanschluß 70 des Digitalzählers 7 verbunden. Die Frequenz f des Impulszuges, die am Ausgangsanschluß 69 auftritt, ist der Amplitude des Spannungssignals Fp(OJ proportional, das am Widerstand 53 anliegt, und durch die folgende Gleichung gegeben:

f_o = K[p(t)jkHz

Die Dauer jedes Impulses wird durch die Werte des Kondensators 67 und des Widerstands 66 bestimmt, (t = 1 t^^-ββ^βγ) · Das Potentiometer 68 wird so eingestellt, daß ein Ausgangssignal von 10 kHz auftritt, wenn [P("fc)j einen Wert von -10 V hat, und das Potentiometer 59 wird so eingestellt, daß ein Ausgangssignal von 10 Hz auftritt, wenn [P(t)J einen Wert von -10 mV hat. Eine genauere Beschreibung des V/F-Umsetzers 6 findet man im RM4151 Datenblatt von Raytheon Semiconductor.

Der Digitalzähler 7 enthält eine Vielzahl von handelsüblichen Aufwärts/Abwärts-BCD-Zählern (BCD = binärcodierte Dezimale), die zur Bildung eines Zählers 71 miteinander verbunden sind. Die Impulse vom V/F-Umsetzer 6 gelan-

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gen zu einem gemeinsamen Taktanschluß 70, und ein gemeinsamer Aufwärts/Abwärts-Anschluß 73 ist über eine Leitung 74 mit dem Ausgangsanschluß des Polaritätsdetektors 5 verbunden. Der Zähler 71 enthält vier oder mehrere in Kaskade geschaltete 4-Bit-Zähler, beispielsweise das Modell MC14510B von Motorola Semiconductor, Inc. Ihre voreingestellten Eingänge sind mit Signalmasse verbunden, und der Übertrag-Anschluß 75 des letzten 4-Bit-Zählers ist über ein Umkehrglied 76 und ein ODER-Glied 77 an einen gemeinsamen Voreinstellfreigabeanschluß 78 des Zählers 71 angeschlossen. Eine Rücksetztaste 79 verbindet einen positiven Anschluß 80 einer Gleichspannungsquelle mit einem zweiten Eingang des ODER-Glieds 77. Durch Niederdrücken der Taste 79 wird der Zähler 71 auf Null voreingestellt. Wenn der Gesamtleistungsverbrauch über eine größere Zeitperiode gemessen werden soll, können größere Zähler wünschenswert sein.

Die sechzehn höchstwertigen Digitalausgänge des Zählers 71 werden über ein Kabel 81 vier BCD/Siebensegment-Decodier/Treiber-Schaltungen 82 zugeführt. Diese Schaltungen enthalten vier integrierte Schaltungen, beispielsweise vom Modell MC14511B von Motorola Semiconductor, Inc. Die Ausgangsanschlüsse von jeder- der vier integrierten Schaltungen sind über ein Kabel 83 zu der Eingangsschaltung einer Siebensegment-Anzeigeschaltung 84 geführt. Bei den Siebensegment-Anzeigeschaltungen kann es sich beispielsweise um das Modell 5082-7730 von Hewlett-Packard Inc. handeln. Man kann eine beliebige Anzahl dieser Schaltungen in Verbindung mit einer entsprechenden Anzahl der Decodier/Treiber-Schaltungen 82 verwenden, um die gewünschte Auflösung zu erhalten.

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Leerseife

Claims

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Dipl-Ing.- Wolfgang' fieicliel

6 Frankfurt a. M. 1 ■ ⁸978

Pcaksiraße 13

ALLEN-BRADLEY COMPANY, Milwaukee, Wisconsin, VStA

Patentansprüche

iij Umfowner zur Anzeige der durch einen Satz von Starkstromleitungen fließenden Gesamtleistung,
gekennzeichnet durch :

Mittel (3) zum Abfühlen des in den Starkstromleitungen (11) fließenden Stroms und zürn Gewinnen eines Signals, dessen Amplitude dem abgefühlten Strom proportional ist,

Mittel (1) zum Äbfühlen der Spannung an den Starkstromleitungen und zum Gewinnen eines Signals, dessen Amplitude der abgefühlten Spannung proportional ist,

Multiplizierinittel (2), an deren Eingangsanschlüsse das gewonnene Stromsignal und gewonnene Spannungssignal anliegt und die ein analoges Ausgangssignal erzeugen, dessen Betrag dem Produkt aus den Amplituden der an den Eingangsanschlüssen anliegenden Signale proportional ist,

Polaritätsdetektonaittel (5), an deren Eingangsansehluß das analoge Ausgangssignal der Multiplizieraittel anliegt und die ein digitales Ausgangssignal erzeugen, dessen Polarität der Polarität des an ihrem Eingangsansehluß anliegenden analogen Signals entspricht, ·

Analog/Digital-Umsetzermittel (4, 6), an deren Eingangsansehluß das analoge Ausgangs signal der Multipliziermittel anliegt und die an einem Ausgangsanschluß digitale Impulse erzeugen, deren Folgefrequenz dem absoluten Betrag des an ihrem Eingangsansehluß anliegenden analogen Signals proportional ist, und .

Digitalzählerraittel (7), die an die Ausgangsansehlüsse der Polaritätsdetektormittel und der Analog/Digital-Ümsetzerraittel angeschlossen sind und zum Speichern einer Zahl betreibbar sind, die die Summe der Digitalimpulse darstellt, die die Analog/Digital-Umsetzermittel erzeugen, wenn das Ausgangssignal der Polaritätsdetektonaittel die eine Polarität hat, abzüglich der Digitalimpulse, die die Analog/Digital-Umsetzermittel erzeugen, wenn das Ausgangssignal der Polaritätsdetektormittel die andere Polarität aufweist.

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2. Umformer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß sich die Uasetzermittel auszeichnen durch eine Absolutwertschaltung (4), die das analoge Ausgangssignal der Multipliziermittel einer Vollweggleichrichtung unterwirft, und eine Spannung/Frequenz-Umsetzerschaltung (6), die die Digitalimpulse in Abhängigkeit vom Betrag des vollweggleichgerichteten Signals erzeugt.
3. Umformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Digitalzählermittel Anzeigemittel (8) angeschlossen sind, die die gespeicherte Zahl in Digitalform anzeigen.
4. Umformer zur Anzeige der durch einen Satz von Starkstromleitungen fließenden Gesamtleistung, gekennzeichnet durch:

einen Stromfühler (3), der mit einer der Starkstromleitungen (11) verbunden ist und ein Stromsignal i(t) erzeugt, dessen Amplitude der Moment ananiplitude des durch die betreffende Starkstromleitung fließenden Stroms proportional ist,

einen Spannungsfühler (1), der mit einem Paar der Starkstromleitungen (11) verbunden ist und ein Spannungssignal e(t) erzeugt, dessen Amplitude der Momentanamplitude der Spannung an dem Starkstromleitungspaar proportional ist,

einen Multiplizierer (2), an den das Stromsignal i(t) und das Spannungssignal e(t) gelegt sind und der ein analoges Ausgangssignal P(t) erzeugt, das dem Produkt aus dem Stromsignal i(t) und dem Spannungssignal e(t) proportional ist,

eine Polaritätsdetektorschaltung (5), an die das analoge Ausgangssignal P(t) des Multiplizierers gelegt ist und die ein digitales Ausgangssignal S(t) erzeugt, das den einen logischen Zustand annimmt, wenn das analoge Ausgangssignal P(t) positiv ist, und das den anderen logischen Zustand annimmt, wenn das analoge Ausgangs signal P(t) negativ ist,

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eine Absolutwertschaltung (4), an der das analoge Ausgangssignal P(t) liegt und die zur Erzeugung eines analogen Ausgangs signals jj?(t)J einer Polarität das ihr zugeführte Signal einer Vollweggleichrichtung unterzieht,

eine Analog/Frequenz-Unisetzerschaltung (6), an der das gleichgerichtete analoge Ausgangs signal jjP("fc)j liegt, und die einen digitalen Impulszug erzeugt, dessen Frequenz dem Betrag des zugeführten gleichgerichteten analogen Signals [p(t)J proportional ist, und

ein Aufwärts/Abwärts-Digitalzähler (7), der an einem Eingangsanschluß die von der Analog/Frequenz-Umsetzerschaltung erzeugte digitale Impulsfolge empfängt und an einem Aufwärts/Abwärts-Anschluß das von der Polaritätsdetektorschaltung erzeugte digitale Ausgangssignal S(t) empfängt und der als Digitalzahl die Gesamtanzahl der Impulse akkumuliert und speichert, die an seinem Eingangsanschluß auftreten, wenn das an dem Aufwärts/Abwärts-Anschluß anliegende digitale Signal S(t) in dem einen logischen Zustand ist, und von der gespeicherten Digitalzahl, die Gesamtanzahl der Impulse subtrahiert, die an seinem Eingangsanschluß auftreten, wenn das digitale Signal S(t) den anderen logischen Zustand aufweist.
5. Umformer nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichne t , daß an den Aufwärts/Abwärts-Digitalzähler eine digitale Anzeigeeinrichtung (8) angeschlossen ist, die eine Zahl anzeigt, die für die im Aufwärts/Abwärts-Digitalzähler gespeicherte Digitalzahl repräsentativ ist.

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