DE2003405A1

DE2003405A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vergleichen der Phase einer elektrischen Groesse mit wenigstens einer Bezugsphase einer gleichen elektrischen Groesse der gleichen Frequenz

Info

Publication number: DE2003405A1
Application number: DE19702003405
Authority: DE
Inventors: Claude Queron
Original assignee: Compteurs Schlumberger SA
Current assignee: Compteurs Schlumberger SA
Priority date: 1969-01-28
Filing date: 1970-01-27
Publication date: 1970-09-03
Also published as: GB1297674A; DE2003405C3; FR2029839A5; DE2003405B2; SE358737B; CA921572A; US3634762A

Description

Dipl.-lng. Egon Prinz Dr. Gertrud Hauser Dipl.-lng. Gottfried Leiser Patentanwälte Telegramme: Labyrinth MOnchin

Telefon: 83 15 10 Postscheckkonto: München 117078

8000 München 60,

26. Jan, 1970

Ernsbergerstrasse 19 Unser Zeichen: C 27^3

COMPAGNIE DES COMPTEURS 3. Rue Dosne, Paris I6e/Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zum Vergleichen der Phase einer elektrischen Qröße mit wenigstens einer Bezugsphase einer gleichen elektrischen Qröße der gleichen Frequenz

Bei zahlreichen Anwendungen, beispielsweise in Meßrelaie oder irgendeinem anderen Phasenwähler, ist es oftmals erforderlich, die Vektorstellung einer elektrischen Grüße bezüglich einer oder mehrerer elektrischer

Bu/ku

Bezugsgrößen

00ÖÖ3Ö/U4O

2003A05

Bezugsgrößen festzustellen und In der Lage zu sein, diese Vektorstellung In einen vorbestimmten Phasenverschiebungsbereich zu bringen.

In bestimmten Fällen ist es auch vorteilhaft, wenn man ständig und mit großer Genauigkeit die Phasenverschiebung einer elektrischen Grüße bezüglich einer anderen feststellen und gegebenenfalls der Phasenverschiebung der zu regelnden elektrischen Größe folgen kann, so daß beispielsweise die anschließende Steuerung von Einrichtungen möglich ist, die dazu bestimmt sind, diese Phasenversohlebung innerhalb einen bezüglich der Phase der Bezugsgröße festgelegten Grenzwert zurückzubringen.

Die Erfindung schafft ein Verfahren, welches eine einfache und wirkungsvolle Lösung des oben erläuterten Problems ermöglicht.

Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Halbperiode wenigstens einer elektrischen Bezugsgröße in Rechteckimpulse umgewandelt wird, wenigstens eine Halbperiode der zu regelnden elektrischen Größe ebenfalls in Rechteckimpulse umgewandelt wird, die Ableitung des Rechtecksignals der zu regelnden elektrischen Größe gebildet wird und daß beobachtet wird, ob zeitliche Koinzidenz zwischen jedem auf der Bezugsgröße beruhenden Rechtecksignal mit der Ableitung des auf der zu regelnden Größe beruhenden Rechtecksignals besteht oder nicht.

Weiter schafft die Erfindung eine sehr einfach ausge

bildet·

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bildete logische Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Anordnung ist gekennzeichnet durch wenigstens einen Wandler, welcher Rechteckimpulse erzeugt, deren Breite der Breite einer Halbperiode der elektrischen Bezugsgröße entspricht, wenigstens einen Wandler, welcher Rechteckimpulse erzeugt, die einer Halbperiode der zu regelnden elektrischen Größe entsprechen, eine Differenzierschaltung, welche mit dem Wandler der zu regelnden elektrischen Größe verbunden ist und die Ableitung der von diesem Wandler abgegebenen Rechteckimpulse bildet, und durch eine Und-Schaltung, deren Eingänge jeweils mit dem Wandler der elektrischen Bezugsgröße bzw. mit der Differenzierschaltung für die auf der zu regelnden elektrischen Größe beruhenden Impulse verbunden sind, sowie eine Einrichtung zur Steuerung des geöffneten oder gesperrten Zustandes der Und-Schaltung.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 ein Fresnel-Diagramm zur Erläuterung des Erfindungsgegenstandes ,

Figur 2 ein logisches Schaltbild einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Phasenvergleicheranordnung,

Figur 3 ein Kurvendiagramm zur Erläuterung der Arbeitswelse der in Figur 2 dargestellten Anordnung in Verbindung mit dem Fresnel-Diagramm gemäß Figur 1,

Figur

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Figur 4 ein Schaltbild einer logischen Schaltung, die eine Weiterentwicklung der in Figur 2 gezeigten Schaltung bildet,

Figur 5 ein Schaltbild einer logischen Schaltung, die eine leichte Abänderung der in Figur 2 gezeigten Schaltung bildet,

Figur 6 ein der Figur 1 entsprechendes Fresnel-Diagramm, das jedoch eine Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes zeigt,

Figur 7 das Schaltbild einer Ausfuhrungsform einer logischen Schaltung, bei der die aus Figur 6 hervorgehenden Eigenschaften verwirklicht sind,

Figur 8 ein Kurvendiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Figur 7 gezeigten logischen Schaltung in Verbindung mit dem Fresnel-Diagramm gemäß Figur 6 und

Figuren 9 und 10 Schaltbilder von logischen Schaltungen, die zwei Weiterbildungen der in Figur 7 dargestellten Schaltung bilden.

In Figur 1 ist ein Fresnel-Kreis dargestellt, in welchem der Vektor V_R einer Wechselspannung V_R entspricht, die im folgenden als Bezugsspannung betrachtet wird. Außerdem ist in ausgezogener Linie ein Vektor V_c dargestellt, der einer Spannung Vp entspricht, deren Phasenverschiebung bezüglich der Phasenlage der Spannung V_R zu überwachen ist. In dem betreffenden Fall stellt man unter

Berücksichtigung

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Berücksichtigung der auf diesem Gebiet üblichen Darstellungen fest, daß die Spannung V_c bezüglich der Spannung V_R verzögert ist.

Im folgenden werden lediglich Spannungen betrachtet, es ist jedoch klar, daß es sich auch um andere elektrische Größen und insbesondere um Ströme handeln kann, deren Phasenverschiebung bezüglich der Phase eines Bezugsstromes oder mehrerer Bezugsströme festzustellen oder zu überwachen ist, wie es aus den folgenden Ausführungen hervorgeht.

Wenn man den in Figur 1 dargestellten einfachen Fall betrachtet, bei dem nur eine einzige Bezugsspannung V_R vorhanden ist, so bestimmt man, ob die Phasenverschiebung der Spannung Vp bezüglich der Phase der Spannung V_R nacheilt oder voreilt, oder mit anderen Worten, ob der Vektor V„ sich im Kreissektor ADB befindet, wie in ausgezogener Linie dargestellt, oder ob er sich im Gegenteil in dem Kreissektor BEC befindet, wie in gestrichelter Linie in dem schraffierten Bereich dargestellt.

Um abzuschätzen, ob der Vektor V_c sich in dem einen oder anderen oben genannten Sektor des Fresnel-Kreises befindet, und zwar bei Durchführung einer ständigen Überwachung und Ausführung einer Messung in einer Zeitspanne, die gleich einer Periode des Wechselstroms oder der Wechselspannung ist, verfährt man in der folgenden Welse:

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Man gibt, wie in Figur 2 gezeigt, die Spannungen V_D und

V_c auf den Eingang von Wandlern 1 und 2, welche beispielsweise jeweils aus einem Transistor oder aus einem Thyristor bestehen, der bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel bei Beginn jeder Halbperiode
derart gesteuert wird, daß er nur die positiven Halbperioden der Spannungen V_R und V„ auswählt und für jede dieser positiven Halbperioden einen Impuls V mit steiler Vorderflanke erzeugt, der genauso breit ist wie die betreffende Halbperiode der Spannung V_R, wie in der ersten Kurve der Figur 3 dargestellt, die zeigt, daß die
der Breite des Impulses V entsprechende Strecke AB dem Vektor V_R in Figur 1 entspricht, während die Strecke BC der Breite des negativen Impulses entspricht, welcher
vom Wandler 1 ausgeschaltet wird. In gleicher Weise erzeugt der Wandler 2, auf den die Spannung V_ß gegeben
wird, für jede positive Halbperiode einen Impuls V mit steiler Vorderflanke, wobei dieser Impuls durch die
zweite Kurve in Figur 3 wiedergegeben wird, aus der ersichtlich ist, daß dieser zweite Impuls bezüglich des
Impulses V verzögert ist.

Die Impulse V werden nacheinander auf den Eingang einer

Differenzierschaltung 3 gegeben, welche die Ableitung
V dieser Impulse bildet, das heißt, wie es in der
Elektrotechnik bekannt ist, einen kurzen Impuls, welcher in der dritten Kurve der Figur 3 dargestellt ist, wobei dieser kurze Impuls offensichtlich zu gleicher Zeit gebildet wird, in der die Erzeugung des Impulses V beginnt. Die Differenzierschaltung 3 sowie der Ausgang des Wandlers 1 sind mit den Eingängen einer Und-Schaltung 4 verbunden, deren Ausgang mit einem Eingang eines Zwischen-

spelchers

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Speichers 5 verbunden ist, welcher in verschiedenen Arten ausgebildet sein kann und beispielsweise aus einer Widerstands-Kapazitäts-Schaltung besteht, die mit einer Schmitt-Trigger-Schaltung verbunden ist. Der Speicher 5 empfängt an seinem Eingang auch die Impulse

V , die auf denselben von einem Leiter 6 gegeben werden, welcher an den Ausgang des Wandlers 2 angeschlossen ist. Beispielsweise wird der Speicher 5 derart ausgelegt, daß sein Ausgang S₁ ein Gleichspannungs- oder Gleichstromsignal mit einem gewählten Wert abgibt, wenn dieser Speicher keine Information von der Und-Schaltung empfängt, und man bildet ihn so aus, wie es der Fall ist, wenn er aus einer Widerstands-Kapazitäts-Schaltung in Verbindung mit einer Schmitt-Trigger-Schaltung besteht, so daß die Impulse V , die direkt auf denselben gegeben werden können, seinen Zustand und daher das Signal, das er an seinem Ausgang S. abgibt, nicht verändert wird, daß er dagegen seinen 2ust:.d ν«ü infolgedessen das Signal an seinem Ausgang S. ändert₉ wenn ein Impuls von der Und-Schaltung ankommt.

Bei abermaliger Betrachtung des in Figur 1 gezeigten und der mit der Klammer I in Figur 3 zusammengefaßten Gruppe von Kurven entsprechenden Beispiels in Verbindung mit der Kurve V_R der Bezugsspannung stellt man fest, daß im Zeitpunkt der Ausbildung des Impulses

V die Differenzierschaltung 3 den Impuls V erzeugt, welcher auf einen der beiden Eingänge der Und-Schaltung gegeben wird. Da der Bezugsimpuls V bereits auf den anderen Eingang der Und-Schaltung gegeben worden ist und diese daher geöffnet ist, wird der Impuls V auf den

Eingang

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Eingang des Speichers 5 gegeben, welcher so kippt, daß das von ihm ausgegebene Gleichspannungs- oder Gleichstroms ignal zu Null wird, wie es bei S. in der letzten Kurve der mit der Klammer I zusammengefaßten Gruppe von Kurven in Figur 3 gezeigt ist. Dieser neue Zustand des Speichers 5 wird beibehalten, solange der Impuls V aufgegeben wird, und nach Ablauf desselben nimmt der Speicher 5 wieder seinen Ausgangszustand ein und gibt daher wiederum das Signal mit vorbestimmtem Wert ab. Der Impuls V wird daher als Zeitbasis verwendet.

Man sieht, daß die gleichen Arbeitsvorgänge sich bei Jeder Wiederholung der Impulse V_ und V wiederholen, wenn

Γ C

die Phasenverschiebung der Spannung V- sich bezüglich der Phase der Bezugsspannung V₀ nicht ändert. Daraus folgt, daß die Phasenverschiebung bei Jeder Periode überprüft wird.

Figur 3 zeigt, daß die oben beschriebenen Arbeitebedingungen identisch wiederholt werden, vorausgesetzt, daß eine zeitliche Koinzidenz zwischen den Impulsen V und V_c vorhanden ist, das heißt vorausgesetzt, daß der abgeleitete Impuls V' während der Dauer des BezügeImpulseβ V_r erzeugt wird, was durch die gestrichelte Gerade D gezeigt ist, wobei die Lage dieser Geraden D dem Ausmaß der Phasenverzögerung der Spannung V^ bezüglich der Phase der Bezugsspannung V_R und infolgedessen dem Bogen AD in Figur 1 entspricht.

Da soeben gezeigt wurde, daß die Arbeltsbedingungen des Speichers 5, das heißt noch einfacher, daß die Bedingungen,

bei

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bei denen die Und-Schaltung geöffnet sein kann, sich in gleicher Weise wiederholen, vorausgesetzt, daß Koinzidenz zwischen dem Impuls V und dem abgeleiteten Impuls V'_c vorhanden 1st, so sieht man, daß der Bogen AD beliebig sein kann, jedoch im Bogen AB der Figur 1 eingeschlossen»

Wenn man jetzt die durch die Klammer II in Figur 3 zusammengefaßte Gruppe von Kurven betrachtet, und zwar stets bezüglich der Bezugsspannung V_R, so sieht man, daß die Spannung Vq der Bezugsspannung V_R um mehr als l8O° nacheilt oder auch umgekehrt, daß sie um weniger als 180° voreilt. In diesem Fall, der durch die gestrichelte Gerade E dargestellt wird, findet keine Koinzidenz zwischen dem Impuls V und dem abgeleiteten Impuls V¹ mehr statt. Infolgedessen 1st ein Eingang der Und-Schaltung während der Dauer des Impulses V_R geöffnet, aber der andere Eingang 1st während dieser Zelt nicht geöffnet, so daß die Und-Schaltung niemals auf Durchlaß geschaltet wird. Daraus folgt, daß der Impuls V_c> wenn er erzeugt wird, zwar auf den Zwischenspeicher 5 gegeben wird, der Zustand des letzteren jedoch nicht verändert wird, und infolgedessen ist das Signal an seinem Ausgang S₁ ein Glelchspannungs- oder Gleichstromsignal. Man 1st daher in diesem Fall sieher, daß der gestriohelte Vektor Vg in Figur 1 sich im Sektor BEC an einer beliebigen Stelle desselben befindet, da diese letzteren Arbeitsbedingungen beibehalten werden, solange keine Koinzidenz !wischen dem abgeleiteten Signal V'_o und dem Bezugsimpuls V_x, besteht.

Wenn aus einem beliebigen Grund die Phasenverschiebung

der

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der Spannung V~ sich plötzlich ändert, und von einem der beiden Bereiche des Fresnel-Krelses in Figur 1 in den anderen übergeht, so wird dies in einem Zeitraum festgestellt, der höchstens gleich einer Perlode ist, indem einfach das Ausgangesignal des Speichers 5 überwacht wird, wobei dieses Ausgangssignal beispielsweise zur Steuerung einer Schutzvorrichtung verwendet werden kann. Es 1st ersichtlich, daß der Speicher 5, wenn gewünscht, weggelassen werden kann, wobei das wesentliche dar—In besteht, zu prüfen, ob ein Ausgangssignal an der Und-Schaltung auftritt oder nicht, da das Vorhandensein dieses Signals erkennen läßt, ob der Vektor V_ß sich auf der einen oder anderen Seite des Bezugsvektors V_R befindet.

In gewissen Fällen kann es vorteilhaft erscheinen, noch schneller eine Phasenverschiebung einer elektrischen Größe in bezug auf eine Bezugegröße abzuschätzen,und Qlelchspannungs- oder Gleichstromsignale zu erhalten, welche für das überschreiten eines Schwellwerts der Phasenverschiebung charakteristisch sind.

Figur 4 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, welche die Durchführung einer Prüfung bei jeder Halbperiode im gleichen Zeitpunkt, in dem Qlelchspannungs- oder Oleichstromsignale verschiedener Höhe erzeugt werden, für zwei charakteristische Phasenversohiebungssustinde gestattet. Bei dieser Ausführungsform werden gleichseitig die positiven und die negativen Halbperioden verwendet. Zu diesem Zweck weist die Anordnung zuniohat die gleichen Einrichtungen auf, wie sie in bezug auf

figur 2 009836/1240

Figur 2 beschrieben wurden, wobei diese Einrichtungen in ausgezogenen Linien dargestellt und mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Außerdem wird eine weitere , gleiche Unteranordnung vorgesehen, deren Wandler I₁ und 2^, welche ebenfalls Jeweils die Bezugsspannungen V_R bzw. die zu regelnde Spannung V_c empfangen, jedoch Impulse in Abhängigkeit von den negativen Halbperioden der Spannungen V_R und V_c erzeugen. Aus diesem Grund sind in Figur 4 die verschiedenen Bezeichnungen mit den Vorzeichen + und - versehen.

Die die Halbperioden V_R+ und V„+ empfangende Unteranordnung arbeitet genau in der gleichen Welse, wie es vorher in bezug auf Figur 2 beschrieben wurde, und die andere Unteranordnung, welche die Halbperioden V_R- und V_c- empfängt, arbeitet in vollständig analoger Weise und infolgedessen sind die Signale, welche erzeugt werden, wenn Koinzidenz zwischen den Impulsen V und den abgeleiteten Impulsen V' besteht, jeweils die mit der Klammer I in Figur 3 zusammengefaßten, aber da auch die negativen Halbperioden untersucht werden, wobei die Ausgänge S₁ und S' der Speicher 5 und 5a verbunden werden, erhält man ein kontinuierliches Signal statt eines unterbrochenen Signals. Wenn die Phasenverschiebung zwischen den Spannungen V_R und V₀ sich plötzlich ändert, wird dies entweder von der die Halbperioden + verarbeitenden Unteranordnung oder von der die Halbperioden - verarbeitenden Unteranordnung derart festgestellt, daß die Feststellung in einer Zeit erfolgt, die höchstens gleich einer halben Periode ist. Das gleiche gilt für die in Verbindung mit der Klammer II in

Figur 3

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Figur 3 erläuterte Arbeitswelse, jedoch 1st die Höhe des Signals sodann verändert. Indem man an den Speichern 5 und 5j zwei Ausgänge S₁, S₂ bzw. S' , S'₂ vorsieht und diese Ausgänge miteinander verbindet, erhält man ständig zwei verschiedene logische Informationen, welche aus den gleichen Gründen erkennen lassen, daß die Phase der Spannung V^ der Phase der Bezugsspannung V_R vor- oder nacheilt.

Figur 5 zeigt eine andere Ausführungsform des in Figur dargestellten logischen Schaltbildes, wobei diese Ausführungsform ermöglicht, daß man als Speicher eine einfache bistabile Kippschaltung 5a verwendet. In diesem Fall ist die Ünd-Schaltung 4 an ihrem Ausgang mit einem der Eingänge C₁ der bistabilen Kippschaltung 5a verbunden, während der Ausgang der die Ableitung V'_c bildenden Differenzierschaltung 3 einerseits mit einem der Eingänge der Und-Schaltung und andererseits mit dem anderen Eingang e₂ der Kippschaltung 5a verbunden ist, jedoch über einen Widerstand 7 oder ein anderes, gegebenenfalls mit einer Negatorschaltung verbundenes Dämpfungsglied. Bei dieser Ausführungsform ist es nicht mehr erforderlich, den Ausgang des Wandlers 2 mit dem Speicher zu verbinden, wie es bei der in Figur 2 dargestellten AusfUhrungsform der Fall ist. Wenn Koinzidenz zwischen den Impulsen V und den abgeleiteten Impulsen V'_c vorhanden ist, dann ist wie bei den vorangehenden Beispielen die Und-Schaltung 4 geöffnet und es wird ein Impuls auf den Eingang e* der Kippschaltung 5a gegeben. Der abgeleitete Impuls V'_c wird ebenfalle auf den zweiten Eingang e₂ der Kippschaltung 5a im gleichen ZeIt-

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punkt wie der von der Und-Schaltung abgegebene Impuls gegeben, aber die Höhe dieses Impulses ist niedriger, da er ja über den Widerstand 7 geleitet wird. Auf diese Weise wird die bistabile Kippschaltung 5a auf ihrer schraffierten Seite aktiviert und man erhält an den Ausgängen dieser Kippschaltung die logischen Zustände 1 und 0, welche den obigen Koinzidenzzustand erkennen lassen und infolgedessen auch erkennen lassen, ob der Vektor Vg aus Figur 1 sich im Sektor AB befindet. Man sieht, daß für jede positive Halbperiode eine Ordnungsbestätigung am Eingang e.der Kippschaltung 5a auf- Λ

tritt. Wenn in einem bestimmten Zeitpunkt die Phasenverschiebung der Spannung V_c bewirkt, daß der dieser Spannung entsprechende Vektor in den Sektor BC der Figur 1 übergeht, was dem Fall der mit der Klammer II in Figur 3 zusammengefaßten Qruppe von Kurven entspricht, so kann die Und-Schaltung nicht geöffnet sein und infolgedessen wird kein Ordnungsbestätigungslmpuls auf den Eingang e* der Kippschaltung gegeben. Infolgedessen wird der abgeleitete Impuls V*_c auf den Eingang e₂ gegeben und infolgedessen wechseln plötzlich die logischen Zustände am Ausgang dieser Kippschaltung.

In bestimmten Fällen 1st es vorteilhaft oder sogar erforderlich, daß man genau die Phasenverschiebung einer elektrischen Größe erkennt oder auch diese Phasenverschiebung in einer beliebigen Anzahl von Sektoren des Fresnel-Kreises lokalisieren kann. Zur Erläuterung des folgenden gibt Figur 6 eine der Figur 1 entsprechende Fresnel-Darstellung wieder, auf der Jedoch vier Sektoren * , ß, t"~t cf dargestellt sind, wobei in einem dieser

Sektoren

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Sektoren festgestellt wird, wo sich der Vektor Vg befindet. Um dies durchzuführen, wie In Figur 7 gezeigt, verwendet man zwei Bezugs spannungen V_D<( und V_e<3, wel-

Kl nc

ehe In gleicher Welse wie die zu regelnde Spannung Vg wie bei den vorangehenden Beispielen auf Wandler 1 für die Spannung V_R1, la für die Spannung V_R2 und 2 für die Spannung Vg gegeben werden. Die Wandler 1, la sind mit einer Und-Schaltung 4a über Nein-Schaltungen 8, 8a verbunden, welche mittels mit Schaltern 10, 10a versehenen Nebenschlußkreisen 9, 9a kurzgeschlossen sein können.

Wie In Figur 2 1st der die zu regelnde Spannung Vg empfangende Wandler 2 mit der die Ableitung V'_c bildenden Differenzlerschaltung 3 verbunden, wobei diese Differenzierschaltung selbst mit einem dritten Eingang E3 der Und-Schaltung 4a verbunden 1st, deren Ausgang mit einem Eingang des Speichers 5 verbunden 1st. Ebenfalls wie In Figur 2 1st der zweite Eingang des Speichers 5 mit dem Ausgang des die Spannung Vg empfangenden Wand» lere 2 verbunden.

Um die Arbeltswelse der in Figur 7 gezeigten Anordnung unter der beispielsweisen Annahme zu verstehen, daß sich der Vektor V_c Im Sektor « (Figur 6) befindet, wird zunächst auf Figur 8 Bezug genommen, in der bei III die Be zugs spannung V_R1> bei IV die Bezugs spannung Vj₁₂* bei V die zu regelnde Spannung Vg, bei VI die von der Differenzierschaltung 3 abgegebenen abgeleiteten Impulse V'_o und bei VII die vom Ausgang S₁ des Speichers 5 gelieferten Signale dargestellt sind.

Es läßt sich zunäohst feststellen, daß die Wandler 1, la

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und 2 jeweils die Rechteckimpulse V₁, V_r2 und V liefern. Wenn man annimmt, daß die Spannung V_R1 als Ausgangsspannung und die Spannung V_R2 als Grenzspannung gemäß der Fresnel-Darstellung in Figur 6 genommen wird, so muß die Phasenverschiebung der Spannung V~ zwischen der Phase der Spannung V_R1 und der Phase der Spannung V_R2 liegen, damit sie sich im Sektor Ot befindet, das heißt zwischen den Grenzen A und B, die sowohl in Figur 6 wie in Figur 8 dargestellt sind.

Um diesen Betriebszustand unter Berücksichtigung der obigen Erläuterungen zu prüfen, muß notwendigerweise ein Koinzidenzzustand erhalten werden, welcher bewirkt, daß die beiden Eingänge E₁ und E₂ der Und-Schaltung 4a geöffnet sind.

Wenn man von den Nein-Schaltungen 8 und 8a absieht, so sieht man.aus Figur 8, daß es nicht möglich ist, diesen Zustand zu erhalten, da der Vektor der Bezugsspannung V_R2 beim gewählten Beispiel notwendigerweise mehr nach rückwärts versetzt ist als der Vektor V_c, wodurch sich eine Verzögerung der zu regelnden Spannung bezüglich der Ausgangsspannung V_R1 ergibt. Da jedoch bei der in Figur 7 gezeigten Anordnung eine Nein-Schaltung zwischen der Und-Schaltung und jedem Wandler 1 bzw. la angeordnet ist, so sieht man, daß durch Schließen des Schalters 10 im Nebenschlußkreis 9 die Nein-Schaltung 8 abgetrennt wird, das heißt, daß man für den Eingang E₁ der Und-Schaltung den Impuls V₁ erhält, und daß man dagegen durch Offenhalten des Schalters 10a des Nebenschlußkreises 9a am Eingang E₂ einen komplementären lo

gischen

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gischen Impuls Vp erhält, welcher in Figur 7 sowie in gestrichelter Linie in der Kurve IV in Figur 8 dargestellt iet, so daß man durch diesen Kunstgriff die öffnung des Eingangs E₂ der Und-Schaltung 4a erzielen kann.

Unter diesen Umständen sieht man, daß der Beginn des Impulses V die Ableitung V entstehen läßt, welche die Öffnung des dritten Eingangs E, der Und-Schaltung 4a bewirkt. Diese Und-Schaltung wird sodann auf Durchgang geschaltet und aus den oben erläuterten Gründen wechselt der Speicher 5 seinen Zustand und läßt an seinem Ausgang S. während der ganzen Dauer des Impulses Y du charakteristische Signal S_la auftreten.

Die vorangehenden Erläuterungen lassen sich einfach in Binärschreibweise wiedergeben· Für alle Phasenverschiebungswerte des Vektors V_c im Sektor o( kann man die folgende Beziehung verwirklichen:

^VR1

wobei V anzeigt, daß die Nein-Schaltung 8a verwendet wur de. Unter Verwendung der gleichen Binärschreibweise kann man, wenn man eine Phasenverschiebung des Vektors Vg im Sektor ß zu überwachen wünscht, verwirklichen:

^VR1 * ^VR2

das heißt, daß die Nein-Schaltungen 8 und 8a beide durch Schließen der Schalter 10 und 10a kurzgeschlossen sind. Dieser Fall kann mit Bezug auf Figur 8 nachgeprüft werden,

aus

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aus welcher hervorgeht, daß in dem die gestrichelten Linien B und C trennenden Raum eine überlagerung der Impulse Y_rl und V_r2 stattfindet.

In entsprechender Welse muß für den Beweis, daß sich der Vektor V_ß Im Sektor y befindet, die Beziehung erfüllt werden:

^VR2

Mit anderen Worten, in diesem Fall wird die Nein-Schal· tung 8 verwendet und die Nein-Schaltung 8a ist kurzgeschlossen.

Schließlich muß für den Sektor/ die Beziehung erfüllt werden:

V · v" ^VR1 ^VR2

was bedeutet, daß in diesem Fall die zwei Nein-Schaltungen 8 und 8a in den Stromkreis eingeschaltet sind.

Bei dem in Figur 7 dargestellten Beispiel 1st der Speicher 5 alt zwei Ausgängen S. und S₂ dargestellt, wobei diese beiden Ausginge offensichtlich Signale abgeben, die zueinander komplementär sind und die während jeder Perlode ein Bild des Sektors darstellen, In welchem sich der Vektor V_c bezüglich der Bezugsvektoren V_R1 und V_R2 befindet, wobei die Auswahl des einen oder anderen Vek tors berücksichtigt wird, indem die eine und/oder die andere Nein-Schaltung 8 und 8a in den Stromkreis ge

schaltet

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schaltet oder von demselben abgetrennt wird. Es wurde oben erläutert, daß durch Abtrennen der Nein-Schaltung 8 In jeder Perlode kontrolliert wird, ob sich der Vektor Vg Im Sektor ot befindet, daß durch Abtrennen der beiden Nein-Schaltungen 8 und 8a kontrolliert wird, ob sich der Vektor V« Im Sektor ß befindet, durch Abtrennen der Nein-Schaltung 8a der Sektor f kontrolliert wird und durch Abtrennen der Nein-Schaltungen 8 und 8a der Sektor (P kontrolliert wird.

Infolgedessen 1st es, wenn man die Lage des Vektors V₀ vollständig außer Acht läßt, leicht möglich, eine aufeinanderfolgende Überprüfung der verschiedenen Sektoren durchzuführen, Indem die Schalter IO und 10a betätigt werden.

Figur 9 zeigt eine Weiterbildung der in Figur 7 gezeigten Anordnung mit zwei Bezugsspannungen, wobei diese Weiterbildung eine Einstellung des Bogens des Sektors, beispielsweise des Sektors qI , ermöglicht, welcher zwei Schwellwerte der Phasenverschiebung begrenzt, die In der einen oder anderen Richtung vom Vektor V„ der zu regelnden Spannung nicht überschritten werden dürfen. Bei dieser Weiterbildung der Erfindung werden genau die gleichen Einrichtungen verwendet wie bei der in Figur 7 gezeigten Anordnung und diese Einrichtungen sind infolgedessen mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Zusätzlich wird beispielsweise vor den Handler la eine geeichte Phasenschleberschaltung 11 vorgesehen. Dadurch wird, wobei beispielsweise auf Figur 6 Bezug genommen wird, die Bezugsspannung V_R1 als Ausgangsspannung ge-

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nommen und da die Phase der Bezugsspannung Vb₂ durch die Phasenschieberschaltung 11 in gewünschter Welse geregelt werden kann, wird es möglich, den Vektor V_R2 dem Vektor V_R1 anzunähern oder ihn von demselben zu entfernen, so daß der Bogen AB den gewünschten öffnungswinkel erhält, der gegebenenfalls sehr klein sein kann. Es 1st ersichtlich, daß eine entsprechende Phasenschieberschaltung auch vor dem Wandler 1 angeordnet werden kann. Wenn man den Wert der Phasenverschiebung von einem der Vektoren V_R1 oder V_R2 genau kennt, wird es möglich, unmittelbar mit Genauigkeit die Phasenverschiebung des Vektors V_ß zu erkennen und gegebenenfalls derselben zu folgen, indem lediglich überprüft wird, daß die Und-Schaltung in jeder Periode oder auch gegebenenfalls in jeder Halbperiode geöffnet oder im Gegenteil geschlossen ist.

Eine weitere Aueführungsform ist in Figur 10 dargestellt, welche zeigt, daß mehr als zwei Bezugsspannungen verwendet werden können. In der dargestellten Welse können Bezugsspannungen V_R1, V_R2 ... V_R auf Wandler 1, la ... In gegeben werden, welche jeweils mit einer Nein-Schaltung 8, 8a ... 8n verbunden sind, während die Spannung Vg auf den Wandler 2 gegeben wird. Obwohl verschiedene Schaltanordnungen möglich sind, ist es oftmals vorteilhaft, wie in der Figur dargestellt, die Spannung V_R1 als Ausgangsspannung zu betrachten, und infolgedessen ist die Nein-Schaltung direkt mit einem der Eingänge E₁ der Und-Schaltung 4a verbunden, von welcher ein weiterer Eingang E₂ selektiv über einen Umschalter 12 mit den Nein-Schaltungen

8a

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8a ... 8n verbunden sein kann, wobei der dritte Eingang E, der Und-Schaltung 4a mit der Differenzierschaltung verbunden ist. Die zu den verschiedenen Bezugsspannungen gehörigen Nein-Schaltungen sind außerdem mit ihren Nebenschlußkreisen 9» 9a .·· 9n versehen.

Bei dieser Ausführungsform wird, wie aus den vorangehenden Ausführungen zu entnehmen ist, die Anzahl der Sektoren*, ß ... des Fresnel-Kreises in der gewünschten Weise vervielfacht und man wählt durch Einwirkung auf den umschalter 12 dl· Lage des Becugsvektor* V_R2, welcher mit dem Ausgangsbezügevektor V_R1 einen Sektor mit gewünscht·« öffnungswinkel begrenzt. Gegebenenfalls wird es durch Einwirkung einerseits auf den umschalter 12 und andererseits nacheinander auf die Schalter 10« 10 a ... 10η möglich, den ganten Fresnel-Kreis zu überprüfen.

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ORIGINAL INSPECTED

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Claims

Patentansprüche

1.JVerfahren zum Vergleichen der Phase einer elektrischen Größe bezüglich wenigstens einer Bezugsphase einer gleichen elektrischen Größe mit der gleichen Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Halbperlode wenigstens einer elektrischen BezugsgrOße In Rechteckimpulse umgewandelt wird, wenigstens eine Halbperlode der zu regelnden elektrischen Größe ebenfalls In Rechteckimpulse umgewandelt wird, die Ableitung des Rechtecksignals der zu regelnden elektrischen Größe gebildet wird und daß beobachtet wird, ob zeitliche Koinzidenz zwischen jedem auf der Bezugsgröße beruhenden Rechtecksignal mit der Ableitung des auf der zu regelnden Größe beruhenden Rechtecksignals besteht oder nicht·

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei elektrische Bezugsgrößen verwendet werden, die in einem bekannten Ausmaß gegeneinander phasenversetzt sind, wenigstens eine Halbperiode dieser beiden Größen in Rechteckimpulse mit der gleichen Breite wie die genannten Halbperioden derart umgewandelt werden, daß zwlsohen dem Beginn dieser beiden Rechtecksignale ein Intervall eingegrenzt wird, welches einem Kreissektor in einer Presnel-Darstellung entspricht, und daß geprüft wird, ob die Anleitung des aufgrund der zu re

gelnden

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gelnden elektrischen Größe gebildeten Rechteckimpulses in den diesem Intervall entsprechenden Zeitraum fällt.

3. Logische Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenigstens einen Wandler, welcher Rechteckimpulse erzeugt, deren Breite der Breite einer Halbperlode der elektrischen Bezugsgröße entspricht, wenigstens einen Wandler, welcher Rechteckimpulse erzeugt, die einer Halbperiode der zu regelnden elektrischen Größe entsprechen, eine Differenzierschaltung, welche mit dem Wandler der zu regelnden elektrischen Größe verbunden ist und die Ableitung der von diesem Wandler abgegebenen Rechteckimpulse bildet, und durch eine Und-Schaltung, deren Eingänge Jeweils mit dem Wandler der elektrischen Bezugsgröße bzw. mit der Differenzierschaltung für die auf der zu regelnden elektrischen Größe beruhenden Impulse verbunden sind, sowie eine Einrichtung zur Steuerung des geöffneten oder gesperrten Zustandes der Und-Schaltung.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den geöffneten oder gesperrten Zustand der Und-Schaltung steuernde Einrichtung aus einem Zwischenspeicher besteht.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenspeicher aus einer Widerstands-Kapazitäts-Schaltung in Verbindung mit einer Schmitt-Trigger-Schaltung besteht, deren einer Eingang Mit dem Ausgang des die iu regelnde elektrisch· Größe empfangen·

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den Wandlers derart verbunden let, daß die aus diesem Wandler staunenden Rechteckimpulse gleichzeitig zur Entsperrung der Trigger-Schaltung sowie als Zeitbasis far dieselbe verwendet werden, daß die Trigger-Schaltung aufterdem alt der Und-Schaltung derart verbunden ist, daft der Ausgang der Trigger-Schaltung ein Oleichspannungs- oder dlelchstromslgnal abgibt, wenn die Ableitung des auf der zu regelnden elektrischen QrOBe beruhenden Signals nicht mit dem auf der elektrischen Bezugsgröfte beruhenden Impuls zusammenfallt, und daß der Ausgang der Trigger-Schaltung ein periodisches Signal «it der gleichen Frequenz wie die genannten elektrischen Grüften abgibt, wenn die auf der zu regelnden Oröfte beruhende Ableitung zeitlich mit einem auf der Besugsgruße beruhenden Impuls zusammenfällt, wodurch die Und-Schaltung auf Durchgang geschaltet wird.

Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daft der Zwischenspeicher aus einer bistabilen Kippschaltung besteht, deren einer Eingang mit dem Ausgang der Und-Schaltung und deren anderer Eingang über ein Schwichungsglled mit dem Ausgang der Differenzierschaltung derart verbunden ist, daß die bistabile Kippschaltung Im gleichen logischen Zustand gehalten wird, solang· die auf der zu regelnden QrOfte beruhende Ableitung alt de» auf der BezugsgrOfte beruhenden Impuls zusammenfällt, und daft die Kippschaltung in den anderen logischen Zustand geschaltet wird, wenn diese Koinzidenz aufhart und das von der Differenzierschaltung kommende Signal auÄleeelb« gegeben wird.

ORIGINAL INSPECTED

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei symmetrische Unteranordnungen aufweist, deren jeweilige Eingangswandler einerseits mit der Bezugsgröße und andererseits mit der zu regelnden Größe verbunden und Jeweils auf die positiven bzw. negativen Halbperioden dieser Größen abgestimmt sind, die Zwischenspeicher dieser beiden symmetrischen Unteranordnungen durch ihre Ausgänge derart miteinander verbunden sind, daß Gleichspannungs- oder Gleichstromsignale unterschiedlicher Höhe erzeugt werden, je nachdem, ob die Ableitung der auf der zu regelnden Größe beruhenden Impulse mit den auf der Bezugsgröße beruhenden Impulsen zusammenfällt oder nicht, und daß dieses Zusammenfallen für jede Halbperiode dieser Größen geprüft wird.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Wandler aufweist, welche jeweils mit einer elektrischen Bezugsgröße verbunden sind, wobei die Wandler jeweils mit einem Eingang einer Und-Schaltung mit drei Eingängen über Differenzierschaltungen zugeordnete Nein-Schaltungen verbunden sind, der dritte Eingang der Und-Schaltung mit dem Ausgang der Differenzierschaltung verbunden ist, welche mit demjenigen Wandler verbunden 1st, auf den die zu regelnde elektrische Größe gegeben wird, so daß die die elektrischen Bezugsgrößen empfangenden Wandler drei Rechteckimpulsreihen erzeugen, welche in bekanntem Ausmaß gegeneinander phasenverschoben sind, wobei auf diese Weise in einer Fresnel-Darstellung vier getrennte Sektoren eingegrenzt werden, die Lage des der

Phasenverschiebung

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Phasenverschiebung der zu regelnden Größe entsprechenden Vektors durch die öffnung der Und-Schaltung bestimmt wird und wobei die Einschaltung oder Ausschaltung der zwischen die Und-Schaltung und die Wandler geschalteten Nein-Schaltungen den Bezugsgrößen entspricht .

9* Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine geeichte Phasenschieberschaltung vor wenigstens einem der den Bezugsgrößen entsprechenden Wandler derart angeordnet 1st, daß die von den den jeweiligen Phasen der Bezugsgrößen entsprechenden Vektoren begrenzten Sektoren In der Presnel-Darsteilung zur Veränderung des diesen Sektoren entsprechenden Bogens Im einen oder anderen Sinn regelbar sind.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehr als zwei jeweils mit einer elektrischen Bezugsgröße verbundene Wandler aufweist, wobei diese mit Ihren Nein-Schaltungen verbundenen Wandler mit der Und-Schaltung über einen Wählschalter verbunden sind.

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