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Wechselstromnormal

Leitung:TET LUH, PTB
Bearbeitung:Prof. Dr.-Ing. W. Mathis, Dr. M. Kahmann, Dipl.-Ing J. Wellmann
Laufzeit:01.11.2009
Förderung durch:PTB
Link:www.ptb.de/cms/fachabteilungen/abt2/aktuelleforschung2/forschungsnachrichten.html?tx_ttnews[tt_news]=1128&tx_ttnews[backPid]=1486&cHash=e4217fbc07 _blank
Bild Wechselstromnormal Bild Wechselstromnormal

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Ziele

Zur Prüfung und Kalibrierung von Energiemesszählern werden hochgenaue Leistungsnormale benötigt. In Zusammenarbeit des Institutes für theoretische Elektrotechnik (TET) der Universität Hannover und der PTB wurde ein neuartiges Konzept zur hochgenauen Darstellung elektrischer Leistung entwickelt, das auf dem am TET entwickelten ZePoC-Algorithmus aufbaut.

Die Erzeugung des Ausgangssignals erfolgt in drei Schritten: Zunächst wird die Form der Wechselgröße innerhalb eines Signalprozessors digital erzeugt, in Pulsbreiten codiert und als binäres Pulsweitensignal ausgegeben (Digital-to-Time Conversion, DTC). Dieses wird einer Klasse-D Schaltstufe zugeführt und mit einer auf ein Spannungsnormal referenzierten Gleichspannung multipliziert. Die Rekonstruktion des Wechselsignals und die Abtrennung der hochfrequenten Schaltanteile im Spektrum des Pulsweitensignals erfolgen mit einem verlustlosen Tiefpassfilter. Die Implementierung eines solchen DC-AC-Präzisionswandlers in Klasse-D-Schaltungstechnik hat gegenüber linearen Topologien den Vorteil geringerer Verluste, hoher thermischer Stabilität und guter Skalierbarkeit der Ausgangsleistung.

Das Verfahren ist ein reines Open-Loop-Verfahren, die Amplitude der kodierten Wechselgröße ist also direkt auf der Referenzspannung bezogen und hängt im weiteren nur noch von einer stabilen, jitterarmen Zeitbasis des ZePoC-Kodierers ab.

Gegenüber anderen untersuchten Verfahren zur Erzeugung von Wechselspannung und -strom aus einer Gleichspannungsreferenz – wie Sigma-Delta - erlaubt der ZePoC-Algorhitmus eine deutlich niedrigere Takt- und Schaltrate des Gesamtsystems. Bei geringeren Anforderungen an das analoge Schaltverhalten kann somit eine höhere Genauigkeit erreicht werden. Simulationen zeigen, das bereits mit geringen Schaltraten von wenigen kHz und einem mit 200MHz getaktetem DTC eine Genauigkeit von besser als 10-5 erreicht werden kann.

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