DE2643457C2

DE2643457C2 - Method and apparatus for measuring alternating current power

Info

Publication number: DE2643457C2
Application number: DE2643457A
Authority: DE
Inventors: Bruno Gerhard Linksfield Johannesburg Waurick (Suedafrika)
Original assignee: Bg Waurick And Associates Pty Ltd Springfield Johannesburg Transvaal (suedafrika)
Current assignee: Bg Waurick And Associates Pty Ltd Springfield Johannesburg Transvaal (suedafrika)
Priority date: 1976-09-27
Filing date: 1976-09-27
Publication date: 1979-02-15
Also published as: ZA775263B; DE2643457B1

Description

der Multipliziereinrichtung nicht berücksichtigt wird, einen schaltungstechnisch relativ großen Aufwand.the multiplier is not taken into account, a relatively large amount of effort in terms of circuitry.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Leistungsmessung zu zeigen, mit der neben der exakten Ermittlung der Wirkleistung auch die Scheinleistung exakt, d. h. in ihrer tatsächlich pulsierenden Form und als Summe der Absolutwerte aus Vorlaufleistung und Rücklaufleistung ermittelt werden kann.The object of the invention is therefore to show a method and a device for power measurement, with which, in addition to the exact determination of the active power, also precisely determines the apparent power, d. H. in their actually pulsating form and determined as the sum of the absolute values from forward power and return power can be.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Ermittlung der Scheinleistung die der Vorlaufleistung und der Rücklaufleistung proportionalen Produktsignale unter Absenkung der bei der Leistungsmessung zugrunde gelegten Bezugslinie auf die unteren Scheitelpunkte der Hüllkurve der der Rücklaufleistung proportionalen Produktsignale addiert werden.This object is achieved in the method of the type mentioned according to the invention in that for Determination of the apparent power the product signals proportional to the forward power and the reverse power lowering the reference line on which the performance measurement is based to the lower vertices The product signals proportional to the return power can be added to the envelope curve.

Die Absenkung der Bezugslinie auf die unteren Scheitelpunkte der Hüllkurve der der Rücklaufleistung proportionalen Signale kann man dadurch erzielen, daß man aus den bei der Ermittlung det Wirkleistung verwendeten Produktsignalen die Gleichstromkomponente entfernt und die resultierenden Signale addiert.The lowering of the reference line to the lower vertices of the envelope curve of the return power Proportional signals can be achieved by using the active power when determining det used product signals removed the DC component and added the resulting signals.

Aus den für die Wirkleistung und die Scheinleistung ermittelten Signalen kann man noch den Leistungsfaktor gewinnen, indem man die bei der Ermittlung der Wirkleistung gewonnenen Signale durch die bei der Ermittlung der Scheinleistung gewonnenen Signale dividiert.The power factor can also be derived from the signals determined for the active power and the apparent power win by comparing the signals obtained when determining the active power with the Determination of the apparent power divided signals obtained.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist bei einer Meßvorrichtung für die Wechselstrumieistungsmessung mit einer Multipliziereinrichtung, an welcher erste, Momentanspannungswerten proportionale Eingangsimpulse und zweite, Momentanstromwerten proportionale Eingangsimpulse anlegbar sind und welche Produktsignale mit positiver und negativer Polarität liefert, und mit zwei Summiereinrichtungen, an weiche die von der Multipliziereinrichtung erzeugten Produktsignale weitergeliefert werden, wobei in der ersten Summiereinrichtung zur Ermitilung der Wirkleistung die Produktsignale unter Berücksichtigung der Polarität addiert werden, in Weiterbildung der Erfindung zwischen der Multipliziereinrichtung und der zweiten Summiereinrichtung, deren Ausgang die Scheinleistung liefert, eine Einrichtung geschaltet, welche aus den von der MultipliziereinrichtungTo carry out the method according to the invention, there is a measuring device for measuring alternating current power with a multiplier, at which first instantaneous voltage values proportional Input pulses and second input pulses proportional to instantaneous current values can be applied and which supplies product signals with positive and negative polarity, and with two summing devices soft the product signals generated by the multiplier are passed on, wherein in the first summing device for determining the active power the product signals are added taking into account the polarity, in a further development of the invention between the multiplier and the second summing device, the output of which the Supplies apparent power, a device connected, which from the multiplier

ίο gelieferten Produktsignalen die Gleichstromkomponente entfernt.ίο supplied product signals the direct current component removed.

Zur Ermittlung des Leistungsfaktors kann an die Ausgänge der beiden Summiereinrichtungen ein Dividierer angeschlossen sein.To determine the power factor, a divider can be connected to the outputs of the two summing devices be connected.

ιϊ Die Erfindung ermöglicht somit die bei der Wechselstromleistungsmessung wichtigen Parameter, nämlich die Wirkleistung, die Scheinleistung und den Leistungsfaktor, einzeln oder insgesamt zu messen.The invention thus enables the measurement of alternating current power important parameters, namely the active power, the apparent power and the power factor, to be measured individually or as a whole.

Die Erfindung gründet sich auf folgende Überlegun-The invention is based on the following considerations

2» gen. Wenn Spannung und Strom gleiches Vorzeichen haben, erhält man ein positives Produktsignal, das der sogenannten Vorlaufleistung proportional ist. In dieser Vorlaufleistung, welche von der Energiequelle an den Verbraucher geliefert wird, ist jedoch auch die2 »gen. If voltage and current have the same sign, a positive product signal is obtained, which is the so-called advance power is proportional. In this advance power, which from the energy source to the However, consumer supplied is also the

2"> sogenannte Rücklaufleistung enthalten, welche sich dann ergibt, wenn zwischen Strom und Spannung ein Phasenunte-schied vorhanden ist und die Polaritäten von Strom und Spannung unterschiedliche Vorzeichen aufweisen. Diese sogenannte Rücklaufleistung wird an2 "> contain so-called reverse power, which results when there is a between current and voltage There is a phase difference and the polarities of current and voltage have different signs exhibit. This so-called return power is on

κι die Energiequelle, an welcher der Stromkreis angeschlossen ist, zurückgegeben. Die zur Rücklaufleistung proportionalen, aus Strom und Spannung gewonnenen Produktsignale haben negative Polarität.
Vorlauf- und Rücklaufleistung haben zueinander eineκι the energy source to which the circuit is connected, returned. The product signals obtained from current and voltage, which are proportional to the return power, have negative polarity.
Forward and reverse power have one to another

η konstante Verschiebung von 90°. Man kann daher für die Vorlaufleistung schreibenη constant displacement of 90 °. One can therefore for write the advance power

und für die Rücklauflcistungand for the return power

P=Ul- cos P = Ulcos

P=U-I- sin² \ P = UI- sin ² \

Da, wie schon erwähnt, die Rücklauflcistung der nicht verbrauchte Leistungsanteil ist, ergibt sich für die Wirkleistung Since, as already mentioned, the return power is the portion of the power that is not used, this results in the real power

Wirkleistung = Vorlaufleislung — Rücklauflcistung = P — ρ . Active power = forward power - return power = P - ρ.

Die Scheinleistung setzt sich aus der Vorlaufleistung und der Rücklaufleistung zusammen. Um eine Erfassung der Momentanwerte der Scheinleistung zu ermöglichen, ist es notwendig, daß man die Bezugslinie bzw. Bezugsachse, von der aus die einzelnen Werte fü^r die Vorlaufleistung und die Rücklaufleistung ermittelt werden, so legt, daß sie das gleiche Vorzeichen annehmen. Bei der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Bezugslinie nach unten verlegt wird, d. h., daß eine künstliche Bezugslinie erzeugt wird, die durch die untenliegenden Spitzenwerte der Rücklaufleistung hindurchläuft. Auf diese Weise erhält man ein pulsierendes Signal, das sich aus den Momentanwerten der Scheinleistung zusammensetzt.The apparent power is made up of the forward power and the return power. In order to enable detection of the instantaneous values of the apparent power, it is necessary that that they accept the reference line or reference axis, sets from which the individual values ^r fo the forward power and the reflected power are determined as the same sign. In the invention, this is achieved in that the reference line is moved downwards, ie that an artificial reference line is generated which runs through the underlying peak values of the return power. In this way, a pulsating signal is obtained that is composed of the instantaneous values of the apparent power.

Die Scheinleistung ergibt sich dann wie folgtThe apparent power then results as follows

Scheinleistung = Vorlaufkistung + Rücklaufleistung = P + ρ Apparent power = forward power + return power = P + ρ

Der Leistungsfaktor isl ;ils Quotient aus Wirkleistung und Scheinleislung definiert, d. h.:The power factor is defined as the quotient of active power and apparent power, i.e. H.:

V -I- (cos- \ - siir \ \ V -I- (cos- \ - siir \ \

P - η
Leistungsfaktor ·— P - η
Power factor -

P -I- /) P -I- /)

■ I ■ (co,² ''- + sin² I ■ I ■ (co, ² '' - + sin ² I

Da die Momentanwertu von Strom und Spannung aufgrund der neueren Elektronik, insbesondere HaIb- !citersehaltelementetechnik. ohne weiteres erfaßt und stetig multipliziert werden können, läßt sich, ausgehend von den vui siebender. Überlegungen, der bei der Messung erhaltene Leistungsverlauf als Hüllkurve für eine gro^e Anzahl \or, Momentanproduktsignaien aus Jen Momentanwerten von Strom und Spannung betrachten. Diese kennen von Analog- und Digitalinsirumenten als Mutclwerte erfaßt werden.Since the instantaneous values of current and voltage due to the newer electronics, especially Halb-! citersehaltelementetechnik. easily grasped and can be continuously multiplied, starting with of the vui sieving. Considerations of the Measurement obtained power curve as an envelope for a large number of current product signals Consider instantaneous values of current and voltage. They know from analog and digital instruments are recorded as courage values.

Aus den vorstehenden Betrachtungen ergibt sich ferner, daß es möglich ist, den Leistungsfaktor aus einer einzigen Leistungswelle zu ermitteln, so daß man auch im subtransienten Bereich den Leistungsfaktor bei der Erfindung ermitteln kann. Dies gilt natürlich auch für die Scheinleistung und für die Wirkleistung in diesem Bereich.The above considerations result also that it is possible to determine the power factor from a single power wave, so that one too can determine the power factor in the invention in the sub-transient range. Of course, this also applies to them Apparent power and for the real power in this area.

Folgende Möglichkeiten und Vorteile ergeben sich bei der Erfindung:The invention offers the following possibilities and advantages:

1. Bei Erregung eines toten Stromkreises ist das erste Signal vor'aufend, da sich sonst keii: Rücklaufsignal einstellen kann.1. When a dead circuit is excited, the first signal is leading, otherwise there is no: return signal can adjust.

2. Die Wirkleistung ergibt sich als ganzes oder ein Teil aus der Vorlaufleistung, welche dann vorhanden ist. wenn Spannung und Strom gleiches Vorzeichen besitzen.2. The real power results as a whole or a part from the forward power, which is then available is. when voltage and current have the same sign.

3. Der Leistungsfaktor »Eins« stellt sich dann ein, wenn die gesamte Vorlaufleistung in Arbeit umgewandelt wird.3. The power factor "one" occurs when the entire preliminary work is in progress is converted.

4. Für einen Leistungsfaktor »Null« sind Vorlaufleistung und Rücklaufleistung gleich. Letztere kann jedoch nie größer sein als erstere.4. For a power factor of "zero" there is advance power and return power the same. However, the latter can never be larger than the former.

5. Nur das Signal für die Rücklauf'eistung oszilliert um die Bezugsachse.5. Only the signal for the return power oscillates around the reference axis.

6. Die Signale für die Vorlauf- und Rücklaufleistung sind um 90° gegeneinander phasenverschoben. Da Momentanwerte erfaßt werden, fehlt in der Messung die Zeitdimension, und es wird zwischen induktivem oder kapazitivem Einfluß nicht unterschieden. 6. The signals for the forward and reverse power are phase-shifted by 90 °. There If instantaneous values are recorded, the time dimension is missing in the measurement and it is between inductive or capacitive influence is not differentiated.

7. Die erzeugten Signale erfassen die Oberwellen von Spannung und Strom.7. The generated signals capture the harmonics of voltage and current.

8. Da nur phasenzusammenhängende Spannungen und Ströme multipliziert werden, gibt es keine Unsymmetriefehier.8. Since only phase-related voltages and currents are multiplied, there are none Asymmetry here.

9. Es können ohne weiteres einphasige Signale zu dreiphasigen Signalen addiert werden. Somit läßt sich auch der dreiphasige Leistungsfaktor ermittein. Der Leistungsfaktor wird jedoch nicht als Winkel, sondern als Quotient dargestellt.9. Single-phase signals can easily be added to three-phase signals. So lets the three-phase power factor is also determined. However, the power factor is not considered to be Angle, but represented as a quotient.

10. Die Hüilkurve, welche die Momentanwerte der Leistungssignale umfaßt, kann irgendeine Form besitzen. Beispielsweise ist es denkbar, daß unter transienten Zuständen sich die Phasenlage zwischen Spannung und Strom momentan ändern kann. In solchen Fällen ist es nützlich, daß der Leistungsfaktor nicht als Winkel, sondern als Quotient ermittelbar ist.10. The envelope curve, which includes the instantaneous values of the power signals, can have any shape own. For example, it is conceivable that, under transient states, the phase position is between Can change voltage and current momentarily. In such cases it is useful that the The power factor cannot be determined as an angle, but as a quotient.

Anhand der Figuren, in denen auch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigtThe invention is intended to be based on the figures, in which an exemplary embodiment of the invention is also shown will be explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine Darstellung der Momentanwerte der Leistung,1 shows a representation of the instantaneous values of the power,

Fig. 2 die Hüilkurve der Werte der Leistungsmessung und2 shows the envelope curve of the values of the power measurement and

F i g. 3 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.F i g. 3 is a block diagram of an embodiment of the invention.

Da Spannung und Strom os7il!iero:i, und zwar um eine in der F i g. 1 mil »natürliche Bezugslinie« bezeichnete Bezu^adise. ist dies auch für die Leistung der Fail. Die Leistung oszilliert jedoch u.n eine mit »Symmelrielinie<· bezeichnete Symmetrieachse, wobei bezüglich der Symmetrielinie, um welche die Leistung oszilliert, die Mumentar.wcrte dieser Leistung die Größen 1/2 (P+p, aufweisen. Die um die Symmetrioünie oszillierender Moinentanwerte für die Wirkleistung haben die Größer 1/2 (P-p), und die um die Syrnnictrielinie oszillierender Mor.-OMtanwertc für die Scheinleistung haben dk Größen 1/2 (P+p). Mit P ist hierbei die Vorlaufleistunj und mit ρ die Rücklaufleistung bezeichnet.Since voltage and current os7il! Iero: i, namely by one in the F i g. 1 with a "natural reference line" denoted Bezu ^ adise. is this also for the performance of the fail. The power, however, oscillates in an axis of symmetry marked with a »symmetry line <·, with respect to the symmetry line around which the power oscillates, the mumentary values of this power have the sizes 1/2 (P + p . The month values oscillating around the symmetry for the effective power is 1/2 (Pp), and the Mor.-OMtanwertc for the apparent power oscillating around the symmetry line have dk sizes 1/2 (P + p). Here, P denotes the forward power and ρ denotes the return power.

Au-, der Fig. 2 ist ersichtlich, daß man der Leistungsverlauf als Hüllkurve einer großen Anzahl vor Momentanwerten für die Leistungsmessung auffasser kann, im Zusammenhang mit der F i g. 1 ist ersichtlich daß die Momentanwerte für die Vorlaufleistung oberhalb der natürlichen Bezugslinie und die Momentanwerte lur die Rücklaufleistung unterhalb der natürlichen Bezugslinie liegen. Bei der Erfindung wire nun für die Darstellung der Momentanwerte der Scheinleistung der Umstand ausgenützt, daß die Leistungsmessung nun nicht mehr ausgehend von der natürlichen Bezugslinie durchgeführt wird, sondern vor einer künstlichen Bezugslinie, welche als »künstliche Bezugsachse« in den Fig. 1 und 2 bezeichnet ist. Die künstliche Bezugsachse geht durch die unteren Scheitel punkte der Hüilkurve. Diese Verschiebung der Bezugslinie bzw. Bezugsachse läßt sich bei einem Ausführungsbeispie! der Erfindung dadurch erzielen, daß man die Gleichstromkomponenten aus den Momentanleistungs Signalen herausnimmt bzw. entfernt. Auf diese Weise erhält man für die Momentanwerte der Scheinleistung Signale bzw. Impulse, deren Hüllkurve eine Impulsforrr aufweist, die auf der künstlichen Bezugsachse aufsitzt Es sei in diesem Zusammenhang auf die rechte Impulsdarstellung in der F i g. 2 verwiesen.Au-, the Fig. 2 it can be seen that one of the Performance curve as an envelope curve of a large number of instantaneous values for performance measurement can, in connection with FIG. 1 it can be seen that the instantaneous values for the forward power above the natural reference line and the instantaneous values for the return power below the natural reference line. In the case of the invention, for the display of the instantaneous values, the Apparent power exploited the fact that the power measurement is no longer based on the natural reference line is carried out, but in front of an artificial reference line, which is called »artificial Reference axis ″ in Figs. 1 and 2 is designated. the The artificial reference axis goes through the lower apex of the Hüilkurve. This shift in the reference line or the reference axis can be used in an exemplary embodiment! achieve the invention by the Removes DC components from the instantaneous power signals. In this way signals or pulses are obtained for the instantaneous values of the apparent power, the envelope curve of which is a pulse form that rests on the artificial reference axis In this context it is the right one Impulse representation in FIG. 2 referenced.

Ein Blockschaltbild einer Meßvorrichtung, mit dei man eine Verschiebung der natürlichen Bezugsachse ir die künstliche Bezugsachse durchführen kann, ist in dei F i g. 3 dargestellt. Diese enthält drei rasch ansprechen de Muitipliziereinrichtungen la, Xb und Ic welche al; Vierquadranten-Multipliziereinrichtungen ausgebilde sein können. Jede von diesen Miiltipliziereinrichtunger ist über eigene Spannungswandler 2a, 2b, 2c parallel zi entsprechenden eigenen Phasenleitern A, B, C unc einem Nulleitereines dreiphasigen Versorgungssystem: geschaltet. Hierdurch können an jede Multipliziereinrichtung erste Eingangssignale gelegt werden, welche proportional zu den Momentanwerten der Spannung irr Versorgungssystem während uer Periode sind. Jede Multipliziereinrichtung la, \b und Ic ist außerdem übei eigene Stromwandler 3a, 3b, 3c an die entsprechender Phasenleiter A, B, Cdes Versorgungssystems geschaltet Dadurch können jeder Multipliziereinrichtung zweite Eingangssignale zugeliefert werden, welche proportional zu den Momentanwerten des Stromes im Versorgungssystem während jeder Periode sind.A block diagram of a measuring device with which the natural reference axis can be shifted ir the artificial reference axis is shown in FIG. 3 shown. This contains three rapidly responding de Muitipliziereinrichtungen la, Xb and Ic which al; Four quadrant multipliers can be formed. Each of these multipliers is connected via its own voltage converters 2a, 2b, 2c in parallel to its own corresponding phase conductors A, B, C and a neutral conductor of a three-phase supply system. In this way, first input signals can be applied to each multiplication device, which are proportional to the instantaneous values of the voltage in the supply system during the period. Each multiplier la, \ b and Ic is also connected to the corresponding phase conductors A, B, C of the supply system via its own current transformers 3a, 3b, 3c are.

Die Multipliziereinrichtungen la, Xb und Ic berücksichtigen die Polaritäten der ersten und zweiter Eingangssignale und erzeugen Produktsignale mil positiver und negativer Polarität, wobei die Produktsignale mit positiver Polarität den Momentanwerten dei Vorlaufleistung P und die Produktsignale mit negativei Polarität den Momentanwerten der Rücklaufleistung / proportional sind.The multipliers la, Xb and Ic take into account the polarities of the first and second input signals and generate product signals with positive and negative polarity, the product signals with positive polarity being proportional to the instantaneous values of the forward power P and the product signals with negative polarity being proportional to the instantaneous values of the return power.

Die Ausgänge der Multipiiziereinrichtungen la, IZThe outputs of the multipliers la, IZ

und lc· sind direkt mit c'ner ersten gemeinsamen Eunimiereinrichtung 4 verbunden. Diese Summiereinrichtung empfängt die Produktsignak und berücksichtig! deren Polarität. Die Ausgangssignale der Summiereinrichtung 4 sind proportional den Momentanwerten der Vorlaufleistung Pbzw. der Rücklaufleistung p. and lc · are directly connected to the first common adjusting device 4. This summing device receives the product sign and takes it into account! their polarity. The output signals of the summing device 4 are proportional to the instantaneous values of the forward power Pbzw. the return power p.

Die Ausgänge der Multipliziereiiirichtungen la, \b und !i.· sind außerdem über Einrichtungen 6a, 6b, 6c, welche aus den von den Multipliziereinrichti'iigen la, ib, icgewonnenen Leistungssignalen die Gleichstromkomponenten entfernen, ;in eine zweite Summiereinrichtung 5 angeschlossen. Dadurch, daß durch die Einrichtungen 6a, 6b, 6c die Gleichstromkomponente aus den Leistungssignalen entfernt werden, ergibt sich eine Verschiebung der natürlichen Bezugsachse zur künstlichen Bezugsachse, so daß die Scheinleistungsermitliung in der Summiereinrichtung 5 von dieser künstlichen Bezugsachse ausgehend vorgenommen wird. In der Summiereinrichtung 5 werden hierbei die einzelnen Signale addiert, und es ergeben sich für die Momentan werte der Scheinleistung Signale mit der Größe (P+ p). The outputs of the multiplying devices la, \ b and! I. · Are also connected to a second summing device 5 via devices 6a, 6b, 6c which remove the direct current components from the power signals obtained by the multiplying devices 1a, ib, ic. Because the devices 6a, 6b, 6c remove the direct current components from the power signals, the natural reference axis is shifted to the artificial reference axis, so that the apparent power determination in the summing device 5 is based on this artificial reference axis. The individual signals are added in the summing device 5, and signals with the magnitude (P + p) result for the instantaneous values of the apparent power.

Die Ausgänge der beiden Summiereinrichtungen 4 und 5 sind an einen Dividierer 9 angeschlossen. Durch Division der Signale (P- p) und (P+ p), d. h. der Wirkleistung durch die Scheinleistung im Dividierer 9, erhält man einen Quotienten, der, wie im vorstehenden schon gezeigt, den Leistungsfaktor bedeutet.The outputs of the two summing devices 4 and 5 are connected to a divider 9. By dividing the signals (P- p) and (P + p), ie the real power by the apparent power in the divider 9, a quotient is obtained which, as already shown above, means the power factor.

An Klemmen 10, 13 erscheinen dem Leistungsfaktor proportionale Signale, an Klemmen 11, 13 erscheinen der Scheinleistung proportionale Signale, und an Klemmen 12,13 erscheinen der Wirkleistung proportionale Signale. Natürlich können diese Signale einzeln oder zwei vcn diesen Signalen oder auch alle diese Signale erfaßt werden. Die von der Meßvorrichtung gelieferten Ausgangssignale können praktisch ohne Meßzeitverlust gewonnen werden. Deshalb eignet sich die Meßvorrichtung auch zur Untersuchung vonSignals proportional to the power factor appear on terminals 10, 13 and signals on terminals 11, 13 Signals proportional to the apparent power and signals proportional to the active power appear at terminals 12, 13 Signals. Of course, these signals can be one or two of these signals, or all of them Signals are detected. The output signals supplied by the measuring device can practically without Loss of measurement time can be obtained. The measuring device is therefore also suitable for examining

2(12 (1

J(I transienten und subtransienten Leistungsänderungen weiche insbesondere bei Schaltvorgängen auftreten. Mii der gezeigten Meßvorrichtung können alle wesentli chen Parameter der VVechselstromleistungsmessunj ermittelt werden. Für die Eingangsstufen der gezeigter Meßvorrichtung können elektronische Schaltkreise mii extrem hohen oder extrem niedrigen Impedanzen zui Anwendung kommen. Die bei der Messung dei Energiequelle entnommene Leistung ist daher vernachlässigbar klein. Es können auch Meßwandler mil niedriger Leistung verwendet werden. Wie schor erwähnt, können Phasenwinkeländerungen oder sich als Oberwellen äußernde Wellenstörungen u.dgl. bei dei Erfindung gemessen bzw. berücksichtigt werden. J (I transient and sub-transient changes in power which occur particularly during switching operations. With the measuring device shown, all essential parameters of the AC power measurement can be determined. Electronic circuits with extremely high or extremely low impedances can be used for the input stages of the measuring device shown Measurement of the power drawn from the energy source is therefore negligibly small. Transducers with low power can also be used.

Die Erfindung ermöglicht es, daß die elektrische Leistung unabhängig davon, ob bei Gleich- odei Wechselstrom aus dem Produkt aus Spannung unc Strom gemessen werden kann, wobei die Größen für die Spannung und den Strom als eindimensionale lineare Größen, welche senkrecht zu einer Bezugsachse bzw Bezugslinie stehen, ausgenützt werden. Hierdurch können Para.r.-^er, wie Wirk- und Blindstrom odei Blindleistung u. dgl., welche wegen der in früherer Zeiten zur Verfügung stehenden Meßtechnik eingeführt werden mußten, außer acht gelassen werden.The invention makes it possible that the electrical power regardless of whether with the same odei Alternating current can be measured from the product of voltage and current, with the quantities for the Voltage and current as one-dimensional linear quantities which are perpendicular to a reference axis or Stand, be exploited. This allows Para.r .- ^ er, such as active and reactive current odei Reactive power and the like, which were introduced because of the measurement technology available in earlier times had to be disregarded.

Für die Anzeige des Leistungsfaktors kann eir herkömmliches Kreuzspul-lnstrument verwendet werden, welches den Leistungsfaktor linear anzeigt. Bei dei herkömmlichen Anzeige des Leistungsfaktors geschah dies mit Hilfe eines elektrodynamischen Leistungsfaktors, wobei jedoch ein cos φ-Maßstab notwendig ist.A conventional package instrument can be used to display the power factor. which shows the power factor linearly. In the conventional display of the power factor happened this with the help of an electrodynamic power factor, although a cos φ scale is necessary.

Im folgenden wird noch eine Tabelle gezeigt, welche die Momentanleistungswerte wiedergibt, weiche sich aus einer sinusförmigen Spannung von 100 Voll (Spitzenspannung) und einem sinusförmigen Strom vor 15 Ampere (Spitzenstrom) bei 50 Hertz mit einei Phasenverschiebung von 0 - 90° errechnet.In the following a table is shown which shows the instantaneous power values, which differ from a sinusoidal voltage of 100 full (peak voltage) and a sinusoidal current 15 amps (peak current) at 50 Hertz with a phase shift of 0 - 90 °.

Die Momentanleistung errechnet aus einer sinusförmigen Spannung von 100 Volt (Spitze) und einem sinus förmigen Strom von 15 Ampere (Spitze) bei 50 Hz mit einer Phasenverschiebung von 0—90°The instantaneous power is calculated from a sinusoidal voltage of 100 volts (peak) and a sinusoidal voltage shaped current of 15 amperes (peak) at 50 Hz with a phase shift of 0-90 °

Phasenwinkel Positive Vor- Negative Rück- Oszillierende (nacheilend) laufleistung laufleistung Leistung Ψ Phase angle positive forward negative reverse Oscillating (lagging) mileage mileage power Ψ = Überschuß= Excess

+ Rücklauf+ Rewind

Wirkleistung ScheinieistungReal power apparent power

7 87 8

Leistungsfaktor BlindleistungPower factor reactive power

Berechnungs formelnCalculation formulas

P=V_Spl_Spco?l'=\P = V _Sp l _Sp co? L '= \

2p2p

odeiV_SpI_Spcos<iodeiV _Sp I _Sp cos <i

= 2 Ι/Ρ'· ρ oder= 2 Ι / Ρ 'ρ or

yspi se si" <r yspi se si "<r

10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
6010
15th
20th
25th
30th
35
40
45
50
55
60

1500 W 1500 W

1497,14601497.1460 2.85?92.85? 9 5,70795,7079 1494.29211494.2921 1488,60581488,6058 11,394111.3941 22,788322.7883 1477,21161477.2116 1474,44431474.4443 25,555625.5556 51,111251.1112 1448,88871448.8887 1454,76941454.7694 45,230545.2305 90,461090.4610 1409,53891409.5389 1429,73081429.7308 70,269170.2691 140,5383140.5383 1359,46171359.4617 1399,51901399.5190 100,4809100.4809 200,9618200.9618 1299,03811299.0381 1364,36401364.3640 135,6359135.6359 271,2719271.2719 1228,72811228.7281 1324,53331324.5333 175,4666175.4666 350,93333350.93333 1149,06671149.0667 1280,33001280.3300 219,6699219.6699 439,3398439.3398 1060,66011060.6601 1232,09071232.0907 267.9092267.9092 535,8185535.8185 964,1815964.1815 1180,18231180.1823 319,8176319.8176 639,6353639.6353 860,3647860.3647 1125,00001125.0000 375,0000375.0000 750,000750,000 750,0000750.0000

1500W1500W

SpSp

1500W1500W

SpSp

1500 W.1500 W.

SpSp

1500W.1500W.

SpSp

1500W_Sp 1500W _Sp

1500 W1500 W

SpSp

1500W.1500W.

SpSp

1500W_Sp 1500W _Sp

15001500

1,00001.0000 0 VAR 0 VAR 0,9961950.996195 130,7318130.7318 0,9848080.984808 260,47129260.47129 0,9659260.965926 388,2283388.2283 0,9396930.939693 513,03513.03 0,9063080.906308 633,927633,927 0,8660250.866025 750,000750,000 0,8191520.819152 860,3644860.3644 0,7660440.766044 964,1812964.1812 0,7071070.707107 1060,661060.66 0,6427880.642788 1149,06641149.0664 0,5735760.573576 1228,581228.58 0,500000.50000 1299.0381299.038

; Fortsetzung; continuation 22
Positive VorPositive front
laufleistungmileage 99 33
Negative RückNegative feedback
laufleistungmileage 26 43 45726 43 457 55
WirkleistungReal power 66th
ScheinleistungApparent power 1010 88th
BlindleistungReactive power PhasenwinkelPhase angle
(nacheilend)(lagging)
£ ψ £ ψ 44th
OszillierendeOscillating
Leistungpower
= Oberschuß= Excess
+ Rücklauf+ Rewind P -P=W_Sp P -P = W _Sp
oder F_S(,/_S|,cos7or F _{S (} , / _{S |} , cos7 '♦'■'·■<-'♦' ■ '· ■ <- 77th
LeistungsfaktorPower factor = 2|Ppoder= 2 | Ppoder
^vs_Ph, sin 7 ^v s _P h, sin 7 Ά Berechnungs Ά calculation
formelnformulas 1066,9636
1006.5151
944,1142
880,2361
815,3668
7501066.9636
1006.5151
944.1142
880.2361
815.3668
750 433,0363
493,4848
555,8857
619,7638
684,6331
750433.0363
493.4848
555.8857
619.7638
684.6331
750 = 2p= 2p 633.9273
513,( M)3
388,2285
260,4723
130,7337
0633.9273
513, (M) 3
388.2285
260.4723
130.7337
0 1500 IV_S|,
1500 W_Sp
1500 W_Sp
150OW₅.
1500 tV_Sp
1500 ^;_p 1500 IV _{S |} ,
1500 W _Sp
1500 W _Sp
150OW ₅ .
1500 tV _Sp
1500 ^; _p 1359,4616
1409,5387
1477,2115
1494,292
15001359.4616
1409.5387
1477.2115
1494.292
1500 = 65
70
75
!· 80
85
90= 65
70
75
! · 80
85
90 866,0726
986,9697
1111,7714
1239,5277
1369,2663
1500866.0726
986.9697
1111.7714
1239.5277
1369.2663
1500 Hierzu 3 B'.ait ZeichnungenFor this purpose 3 B'.ait drawings 0,422618
0,342020
0,258819
0,173648
0,087156
00.422618
0.342020
0.258819
0.173648
0.087156
0

Claims

Patent claims:

1. A method for measuring AC power, especially in transient and sub-transient processes, in which first input signals, which are proportional to instantaneous values of a voltage and second input signals, which are proportional to instantaneous values of a current, are derived and multiplied with one another and product signals with positive and negative ones Polarity can be obtained, which are proportional to the product of the current and instantaneous voltage values and thus to the forward power and reverse power, and in which these product signals are summed by adding the product signals to determine the active power, taking into account the positive and negative signs, characterized in that To determine the apparent power, the product signals proportional to the forward power (P) and the return power (p) , lowering the reference line on which the measurement is based to the lower vertices of the envelope curve of the return power Unproportional product signaie can be added.

2. The method according to claim 1, characterized in that to determine the apparent power DC component from the product signals used to determine the active power removed and the resulting signals added.

3. The method according to claim 1, characterized in that to determine the power factor the signals obtained when determining the active power and those obtained when determining the apparent power signals obtained are divided.

4. Measuring device for AC power measurement with a multiplier, to which first, instantaneous voltage values proportional input pulses and second, instantaneous current values proportional input pulses can be applied and supplies product signals with positive and negative polarity, and with two summing devices to which the product signals generated by the multiplier are passed on, wherein the product signals are added in the first summing device to determine the active power, taking the polarity into account, for carrying out a method according to claim 1, characterized in that between the multiplying device (la, lft, ic) and the second summing device (5), their output supplies the apparent power (P + p) , a device (6a, 6b, 6c) is connected which removes the direct current component from the product signals supplied by the multiplier device.

5. Measuring device according to claim 4, characterized in that i »n are the outputs of the two Summing devices (4, 5) a divider (9) is connected.

6. Meßvorrichüsng according to claim 5, characterized characterized in that a cross-coil instrument is provided to display the power factor.

The invention relates to a method for measuring alternating current power, particularly in the case of transients and sub-transient processes in which the first input signals which are proportional to instantaneous values of a • ι voltage and second input signals, which are proportional to instantaneous values of a current, derived and multiplied with each other and product signals with positive and negative polarity are obtained that become the product of electricity and

κι instantaneous voltage values and thus are proportional to the forward power and return power, and at which these product signals are summed up by adding the product signals under Consideration of the positive and negative signs

ii can be totaled. Such a method and a measuring device for performing this method are known from DT-PS 23 43 842.

It is also known from "ETZ-B", Volume 20, 1968, Issue 20, pages 550-559, in particular page 557, for Measurement of AC power input signals proportional to instantaneous voltage values as well as derive further input signals proportional to instantaneous values of the current and these multiply both signals together. Here

2 ") becomes a viable solution for capturing and Processing of such signals in logarithmic function generators, which are specially designed according to the »time division multiplication« (T.D.M.) working, seen. An analog display, e.g. B. on the screen of a

in oscilioscopes, is only possible to a limited extent with this known measuring method, since it is supposed to be a real one Four-quadrant multiplication is not possible and can only be achieved by temporal resolution (chopping) can be.

r, In the conventional power measurement during switching processes the performance can be determined relatively easily and reliably with performance factors that do not deviate too much from the power factor "one". At low power factors, however, the

■ ίο performance measurement difficult and it will arise incorrect results. This is particularly the case with transient and sub-transient processes.

This can also be due to the fact that when recording alternating current power, one also uses

4) the aid of those already mentioned above "Time division multiplication" has not broken away from the classic approach. One has Rather, periodic changes in the measurement state, of course, also under the compulsion of the to

^r ) 0 available measuring equipment Terms with imaginary dimensions, such as active and reactive current as well as reactive power, are used. With conventional electromechanical measuring devices, only pulsating, but not oscillating, values could be used directly

y, to be measured.

With the measuring device known from German Patent Specification 23 43 842, an exact Determination of the active power, d. H. achieve the difference between forward power and return power,

bo however this is for the achievement of the apparent power, especially when cos φ (φ = phase shift between current and voltage curve) after "Zero" works. This is due to the fact that with the known measuring device, the actual pulsating course

h ^r > the bogus listing can not be shown so easily. In addition, the preparation of the product signals, which is supplied to the summing device, requires the polarity of the product signals