DE2658959A1

DE2658959A1 - Schaltungsanordnung zur messung des phasenverschiebungswinkels

Info

Publication number: DE2658959A1
Application number: DE19762658959
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl Ing Seyfarth
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1976-12-24
Filing date: 1976-12-24
Publication date: 1978-07-06

Description

Schaltungsanordnung zur Messung des Phasenverschiebungswinkels
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung des pnasenverschiebungswinkels zwischen zwei elektrischen Signalen mit Impulsformerstufen zur Ableitung rechteckförmiger Spannungen aus den Eingangssignalen, mit einer den Impulsformerstufen nachgeschalteten Differenzstufe und mit einer an der Differenzstufe angeschlossenen Gleichrichterschaltung, Derartige Schaltungsanordnungen sind bekannt. Beispielsweise beschreibt die DT-OS 15 16 257 ein Phasenmeßgerät mit zwei bistabilen Impulsformerstufen und einem Wechselrichter bestehend aus zwei Transistoren und einem Übertrager mit zwei Primärwicklungen und einer mit einer Gleichrichterschaltung abgeschlossenen Sekundärwicklung. Die gleichgerichtete Sekundärspannung des übertragers wird mit einem Drehspulinstrument zur Anzeige gebracht.
Bei der bekannten Schaltungsanordnung erfolgt die Messung der Phasenlage zweier beispielsweise sinusförmiger Signale dadurch, daß zunächst jedes Eingangssignal mit Hilfe der bistabilen Impulsformerstufen in Rechtecksignale umgeformt wird, wobei die Polaritäten eines Sinussignals und eines dazugehörigen Rechtecksignals einander entsprechen. Die Ausgänge der Impulsformerstufen sind an den Steuereingängen zweier Transistoren angeschlossen, die ihrerseits den Stromfluß durch die Primärwicklungen des Ubertragers steuern Die Wirkungsweise der bekannten Schaltungsanordnung beruht nun darauf, daß sich die magnetischen Flüsse in den Primärwicklungen immer dann neutralisieren, wenn die angelegten Eingangssignale die gleiche Polarität aufweisen. Zu diesem Zweck weisen die Primärwicklungen des Übertragers den entgegengesetzten Wicklungssinn auf Folglich entsteht an der Sekundärwicklung des Übertragers eine Wechselspannung, deren Frequenz der Frequenz der Eingangssignale entspricht und deren arithmetischer Mittelwert dem Phasenverschiebungswinkel zwischen den Eingangssignalen entspricht.
Bei dem bekannten Phasenmeßgerät wird jedoch die Erfordernis eines Übertragers mit zwei Primärwicklungen aus Kostengründen als nachteilig empfunden.
Deshalb lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der obengenannten Art zu schaffen, die ohne einen aufwendigen Dreiwicklungsübertrager funktionsfähig ist.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Impulsformerstufen invertierend mit den Eingangssignalen belegte Differenzverstärker eingesetzt sind, daß deren Ausgangsspannungen über Differenzierglieder einem weiteren Differenzyerstärker zugeführt sind und daß die nach der Mittelwertbildung dem Phasenverschiebungswinkel der Eingangs signale proportionale Ausgangs spannung des Differenzverstärkers auf seinen nichtinvertierenden Eingang zurückgeführt ist.
Ein Ausführungsbeispiel ist im folgenden anhand von Fig. 1 und 2 der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Stromlaufplan der Schaltungsanordnung.
Fig. 2 stellt die zum Verständnis der Schaltungsanordnung wichtigen Signale in der Form von Liniendiagrammen gegenüber Einander entsprechende Signale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 sind mit Ri ... R7 Widerstände, mit Da ... D12 Gleichrichterdioden, mit Cj ... C3 Kondensatoren und mit V1 1 ... V3 Differenzverstärker bezeichnet. Die Eingangssignale tragen die Bezugszeichen U1, U2. Ferner sind mit U3 ... U6 Spannungen an verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnung, mit U7 die Ausgangs spannung, mit U8 deren Mittelwert und mit # der Phasenverschiebungswinkel zwischen den Eingangs signalen Ul, U2 bezeichnet.
Die genannten Bauelemente sind wie folgt zusammengeschaltet: Die Eingangssignale U1, U2 gelangen jeweils direkt zu den invertierenden Eingängen der Differenzverstärker V1, V2, deren nichtinvertierende Eingänge über Widerstände R1, R2 mit Nullpotential verbunden sind. Zur Vermeidung von Übersteuerungen der Differenzverstärker h , V2 sind ihre Eingänge jeweils durch zwei antiparallelgeschaltete Gleichrichterdioden D1, D2 bzw. D3, D4 überbrückt. Die Folge davon ist, daß die Verstärkereingänge maximal mit der Schwellspannung der Dioden D1~ ... D4 belegt werden.
Die Ausgänge der Differenzverstärker V1, V2 sind über Kondensatoren Cl, C2 und über für positive Ausgangsspannungen in Sperrlcktung gepolte GleXchrtchterdioden Dg, D10 an Nullpotential angeschlossen.
An dem am Ausgang des Differenzverstärkers n liegenden Kondensator C1 ist eine für positive Ausgangsspannungen leitende Gleichrichterdiode Da1 angeschlossen, deren Kathode mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers V3 und über den Widerstand R3 mit Nullpotential verbunden ist.
Durch die in äquivalenter Weise mit dem Widerstand R4 zusammengeschaltete Gleichrichterdiode D12 ist der Ausgang des Differenzverstärkers V2 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers V3 verknüpft.
Am Ausgang des Differenzverstärkers V3 liegt einerseits der Widerstand R5, der die Ausgangsspannung auf den nichtinvertierenden Verstärkereingang zurückführt und andererseits der Widerstand R6, über den die Ausgangsspannung des Verstärkers V3 einer aus den Gleichrichterdioden D5 ... D8 und der Zenerdiode Z zusammengesetzten Gleichrichterschaltung zugeführt wird. Zur Glättung der Ausgangsspannung ist ferner ein RC-Glied R7, C3 vorgesehen.
Die Schaltungsanordnung zeichnet sich durch folgende Wirkungsweise aus: Zur Bestimmung des Phasenverschiebungswinkels # der in Fig. 2 dargestellten Eingangssignale U1, U2, bei denen es sich beispielsweise um Sinus spannungen gleicher Amplitude und Frequenz handelt, wird jeweils ein Eingangssignal U1 bzw. U2 an dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers V1 bzw. V2 angeschlossen. Durch die invertierende Belegung der Differenzverstärker V1, V2, ihre großen Verstärkungsfaktoren und die spannungsbegrenzenden Gleichrichterdioden D1... D4 zwischen den Verstärkereingängen entstehen an ihren Ausgängen rechteckförmige, bezüglich ihrer Polarität den Eingangssignalen U1, U2 antivalente Spannungen U3, U4, die ihrerseits infolge der als Differenzierglieder wirkenden Kondensatoren C1, C2 impulsförmige Spannungen U5, U6 an den Widerständen R3, R4 hervorrufen. Die Gleichrichterdioden D11, D12 bewirken dabei, daß ein Spannungsimpuls jeweils nur zu Beginn jeder positiven Rechteckhalbwelle der Spannungen U3, U4 auftritt.
Die impulsförmigen Spannungen U3, U4 bilden ihrerseits die Eingangssignale des Differenzverstärkers V3, dessen Ausgang mit Hilfe des Widerstandes R5 auf seinen nichtinvertierenden Eingang zurückgeführt ist und der infolgedessen ein bistabiles Schaltverhalten aufweist. Und zwar steuert ein Impuls am invertierenden Verstärkereingang die Spannung U7 an seinem Ausgang in den negativen Bereich, während ein Impuls am nichtinvertierenden Eingang die Spannung U7 wieder in den positiven Bereich zurückkippen läßt.
Die Spannung U7 am Ausgang des DifferenzverstArkers X3 gelangt geber den Widerstand R6 zu der Gleichrichterschaltung D5 ... D8, Z, die an einem aus dem Widerstand R7 und dem Kondensator C3 bestehenden EC-Glied eine AusgangsgleXchspannung V8 zur Yerfgung steht, die dem phasenverschtebungswinkel # zwischen den E1ngangssignalen U1, U2 proportional ist.
6 Seiten Beschreibung 2 Ansprüche 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Ansprüche 1. Schaltungsanordnung zur Messung des Phasenverschiebungswinkels zwischen zwei elektrischen Signalen mit Impulsformerstufen zur Ableitung rechteckförmiger Spannungen aus den Eingangssignalen, mit einer den Impulsformerstufen nachgeschalteten Differenzstufe und mit einer an der Differenzstufe angeschlossenen Gleichrichterschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsformerstufen invertierend mit den Eingangssignalen (U , U2) belegte Differenzverstärker (V1, V2) eingesetzt sind, daß deren Ausgangsspannungen (U3, U4) über Differenzierglieder (C1 R3; C2, R4) einem weiteren Differenzverstärker (V3) zugeführt sind und daß die nach der Mittelwertbildung dem Phasenverschlebungswinkel (#) der Eingangssignale (U1, U2) proportionale Ausgangsspannung (U7) des Differenzverstärkers (V3) ) auf seinen nichtinvertierenden Eingang zurUckgeführt ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Eingänge der mit den Eingangssignale (U1, U2) beschalteten Differenzverstärker (V1, V2) zur Signalbegrenzung mit antiparallelgeschalteten Gleichrichterdioden (D1, D2 D3, D4) überbrückt sind.