ЭЛЕКТРОННЫЙ СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Российский патент 1995 года по МПК G01R11/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для коммерческого учета электроэнергии преимущественно в бытовом секторе.

Известен электронный счетчик электроэнергии, содержащий первичный преобразователь напряжения и первичный преобразователь тока, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам множительного элемента, выход которого через частотно-импульсный преобразователь подключен к входу отсчетного устройства [1]
Применение такого счетчика для коммерческого учета расхода электроэнергии у бытовых потребителей связано с рядом недостатков. Точность учета электроэнергии снижается при больших нагрузках и перегрузках, а также низком коэффициенте мощности. Это объясняется тем, что при увеличении тока сети выше номинального для счетчика происходит насыщение предварительных усилителей, множительного элемента и частотно-импульсного преобразователя. В результате происходит уменьшение показаний счетчика. Возможность уменьшения показаний счетчика при повышенной нагрузке и заниженном коэффициенте мощности может использоваться потребителем для снижения платы за электроэнергию. При увеличении нагрузки возрастают опасности, связанные с использованием электроэнергии, в первую очередь, пожарная опасность, обусловленная нагревом проводов. При увеличении нагрузки повышается опасность выхода из строя счетчика, т. е. снижается его надежность. Автоматические выключатели, устанавливаемые на вводах потребителей, имеют регулируемую уставку защитного отключения, которая обычно превышает номинальный ток счетчика. В многих случаях автоматы заменяются простыми выключателями без защиты. Применение счетчика с завышенным номинальным током нецелесообразно, так как в этом случае увеличивается погрешность измерения в диапазоне малых токов. Таким образом, недостатки известного счетчика низкая точность учета электроэнергии при больших нагрузках, повышенная опасность использования электроэнергии, недостаточная надежность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электронный счетчик электроэнергии, содержащий первичный преобразователь напряжения и первичный преобразователь тока, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам множительного элемента, выход которого через частотно-импульсный преобразователь подключен к входу отсчетного устройства [2]
В этом электронном счетчике измерение расхода электроэнергии осуществляется путем аналогового умножения сигналов, пропорциональных напряжению и току сети, преобразования напряжения, пропорционального мгновенной мощности, в частоту, следования импульсов и суммирования этих импульсов с помощью отсчетного устройства.

При коммерческом учете электроэнергии этот счетчик имеет ряд недостатков: низкую точность учета электроэнергии при больших нагрузках и перегрузках, повышенную опасность использования электроэнергии при перегрузках и недостаточную надежность.

Цель изобретения повышение точности учета и безопасности использования электроэнергии и надежности.

Цель достигается тем, что в электронный счетчик электроэнергии, содержащий первичный преобразователь напряжения и первичный преобразователь тока, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам множительного элемента, выход которого через частотно-импульсный преобразователь подключен к входу отсчетного устройства, введены выпрямитель, два пороговых элемента, преобразователь амплитудных значений, блок выдержки времени, элемент ИЛИ и автоматический включатель, силовая цепь которого включена последовательно с нагрузкой, а управляющий вход подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого через последовательно соединенные выпрямитель и первый пороговый элемент подключен к выходу первичного преобразователя тока, а второй вход подключен через последовательно соединенные преобразователь амплитудных значений, второй пороговый элемент и блок выдержки времени к выходу множительного элемента.

По сравнению с наиболее близким аналогичным решением заявляемое техническое решение имеет следующие новые признаки: выпрямитель, два пороговых элемента, блок выдержки времени, элемент ИЛИ, автоматический выключатель. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию "новизна".

При использовании предлагаемого технического решения повышается точность измерения, безопасность использования электроэнергии и надежность устройства за счет отключения нагрузки при перегрузках и коротких замыканиях.

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и 2.

На фиг.2 приведена функциональная схема предлагаемого электронного счетчика электроэнергии, где 1 нагрузка электрической схемы, 2 первичный преобразователь напряжения 3 первичный преобразователь тока, 4 множительный элемент, 5 выпрямитель, 6 преобразователь амплитудных значений, 7 частотно-импульсный преобразователь, 8 первый пороговый элемент, 9 второй пороговый элемент, 10 отсчетное устройство, 11 блок выдержки времени, 12 элемент ИЛИ, 13 автоматический выключатель, 14 шины для подключения питающей электрической сети.

Выходы первичного преобразователя 2 напряжения и первичного преобразователя 3 тока подключены соответственно к первому и второму входам множительного элемента 4, выход которого подключен через частотно-импульсный преобразователь 7 к отсчетному устройству 10 и через последовательно соединенные преобразователь 6 амплитудных значений, второй пороговый элемент 9 и блок 11 выдержки времени к второму входу элемента ИЛИ 12. Первый вход последнего через последовательно соединенные выпрямитель 5 и первый пороговый элемент 8 подключен к выходу первичного преобразователя 3 тока, а выход соединен с управляющим входом автоматического выключателя 13, силовая цепь которого включена последовательно с нагрузкой 1.

Электронный счетчик электроэнергии работает следующим образом.

В нормальном рабочем состоянии автоматический выключатель 13 включен и нагрузка 1 подключена к питающей электрической сети. На выходе первого 8 и второго 9 пороговых элементов и блока 11 выдержки времени действуют сигналы с уровнями логического "0".

Напряжение электрической сети U измеряется с помощью первичного преобразователя 2 напряжения, а ток нагрузки с помощью первичного преобразователя 3 тока. Выходные сигналы U₂ и U₃ первичных преобразователей напряжения 2 и тока 3 поступают на входы множительного элемента 4, который формирует сигнал
U₄= где К₂, К₃ и К₄ коэффициенты передачи соответственно первичного преобразователя 2 напряжения, первичного преобразователя 3 тока и множительного элемента 4;
U_4м максимальное выходное напряжение множительного элемента.

Значение U_4м выбирается из условия неискаженного преобразования мгновенной мощности при максимально допустимых токе и напряжении и минимально допустимом косинусе угла ϕ_м сдвига фаз:
U_4м= α где α- коэффициент допустимого превышения мощности;
I_н и U_н номинальные ток и напряжение.

В нормальном рабочем состоянии выходной сигнал множительного элемента U₄≅U_4м. Этот сигнал поступает на вход частотно-импульсного преобразователя 7, который формирует импульсы, следующие с частотой
f₇ K₇U₄ K₂K₃K₄K₇U_i, где К₇ коэффициент передачи частотно-импульсного преобразователя 7.

Импульсы с выхода частотно-импульсного преобразователя 7 поступают на вход отсчетного устройства 10, в котором записывается число
N U₇≈ KK₃K₄K₇ Uidt, пропорциональное расходу активной энергии.

Напряжение с выхода множительного элемента 4 поступает также на вход преобразователя 6 амплитудных значений. В случае превышения амплитудным значением сигнала U₄ уровня U_4м происходит переключение второго порогового элемента 9 в состояние с уровнем логической "1" на выходе. Если это состояние второго порогового элемента 9 сохраняется в течение заданного времени τ, то происходит срабатывание блока 11 выдержки времени, формирование на его выходе сигнала с уровнем логической "1", который через элемент ИЛИ 12 поступает на управляющий вход автоматического выключателя 13. В результате происходит отключение нагрузки 1.

Ток нагрузки контролируется также цепью из выпрямителя 5 и первого порогового элемента 8. Если мгновенное значение тока превышает допустимую величину, например, при коротком замыкании, происходит переключение первого порогового элемента 8 и отключение автоматического выключателя 13 без выдержки времени.

Таким образом, в предлагаемом электронном счетчике электроэнергии обеспечиваются точный учет расхода активной энергии в номинальном режиме электропотребления и отключение нагрузки с выдержкой времени при недопустимом увеличении потребляемой мощности или искусственном снижении коэффициента мощности, приводящих к искажениям показаний счетчика и увеличению опасности использования электроэнергии, а также отключению без выдержки времени при коротких замыканиях. При этом повышается надежность электронного счетчика за счет отключения при перегрузках.

Другими достоинствами электронного счетчика электроэнергии являются упрощение конструкции и снижение стоимости устройства ввода электроэнергии для потребления за счет совмещения счетчика и автоматического выключателя, предотвращение неправильного потребления электроэнергии, связанного с искусственным увеличением тока, согласование характеристик счетчика и коммутационной аппаратуры.

Таким образом, использование в электронном счетчика электроэнергии выпрямителя, двух пороговых элементов, преобразователя амплитудных значений, блока выдержки времени, элемента ИЛИ и автоматического выключателя позволяет повысить точность учета и безопасность использования электроэнергии и надежность работы устройства.

Использование предлагаемого электронного счетчика для коммерческого учета электроэнергии позволит повысить точность расчетов за электрическую энергию и безопасность ее использования.

Сущность изобретения: первичные преобразователи тока 3 и напряжения 2 соединены с множительным элементом 4, выход которого через частотно-импульсный преобразователь 7 соединен с отсчетным устройством 10, а через преобразователь амплитудных значений 6, второй пороговый элементы 9 и блок 11 выдержки времени с вторым входом элемента ИЛИ 12. Выход первичного преобразователя тока через выпрямитель 5 и первый пороговый элемент 8 соединен с первым входом элемента ИЛИ 12, выход которого подключен к управляющему входу автоматического выключателя, силовая цепь которого включена последовательно с нагрузкой 1. Временное отключение счетчика при перегрузках повышает его надежность. 2 ил.

ЭЛЕКТРОННЫЙ СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, содержащий первичный преобразователь напряжения и первичный преобразователь тока, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам множительного элемента, выход которого через частотно-импульсный преобразователь подключен к входу отсчетного устройства, отличающийся тем, что в него введены выпрямитель, два пороговых элемента, преобразователь амплитудных значений, блок выдержки времени, элемент ИЛИ и автоматический выключатель, силовая цепь которого включена последовательно с нагрузкой, а управляющий вход подключен к выходу элемента ИЛИ, при этом выход первичного преобразователя тока через соединенные последовательно выпрямитель и первый пороговый элемент подключен к первому входу элемента ИЛИ, а выход множительного элемента подключен через соединенные последовательно преобразователь амплитудных значений, второй пороговый элемент и блок выдержки времени к второму входу элемента ИЛИ.