СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Российский патент 1997 года по МПК G01R22/00 

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано при создании приборов и систем, измеряющих электрическую энергию, в частности счетчиков активной составляющей электрической энергии.

Известно устройство для учета электроэнергии, содержащее преобразователи тока и напряжения, множительный блок, преобразователь напряжение частота, накопитель информации, блок задержки, блок блокировки считывания накопителя информации, сдвиговый регистр, узел преобразования и передачи информации и узел запроса и приема информации [1]
Недостаткоами известного устройства являются излишняя сложность блок-схемы и низкая точность измерений.

Наиболее близким к предлагаемому является счетчик электроэнергии, содержащий последовательно соединенные первую входную шину, интегратор, первый компаратор, охваченный положительной обратной связью, источник напряжения с управляемой полярностью, выход которого подключен к другому входу интегратора, а также второй компаратор, первый вход которого соединен с выходом интегратора, второй вход с второй входной шиной, а выход с первым входом логического блока, второй вход которого подключен к выходу генератора опорной частоты, третий к цепи последовательно соединенных сумматора и нуль-органа, четвертый к выходу первого компаратора, а оба выхода к реверсивному счетчику, разрядные выходы которого являются счетчиком электроэнергии.

Недостаткоами известного счетчика являются высокая сложность схемы и, следовательно, большие потери энергии на собственное потребление.

Целью изобретения является упрощение схемы электросчетчика и снижение собственного потребления энергии по параллельной цепи.

Цель достигается тем, что для уменьшения потерь в качестве множительного блока использован электронно-ключевой коммутатор синхронный детектор, управляемый измерителем амплитуды сетевого напряжения, позволяющий получить на выходе сигнал, пропорциональный мощности активной составляющей измеряемой энергии.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 5 - временные диаграммы его работы.

Предлагаемый счетчик электроэнергии содержит входные шины 1 и 2 (фиг. 1), преобразователь тока (шунт) 3, температурный компенсатор 4, усилитель 5, синхронный детектор 6, управляемый измерителем амплитуды сетевого напряжения 12, интегратор 7, двуполярный компаратор 8, делитель частоты 9, электромеханический счетчик 10, светодиодный индикатор 11, блок питания 13.

Устройство работает следующим образом.

Электрический сигнал, пропорциональный току в измеряемой цепи (I_a, I_R, I_Σ ), поступает с преобразователя тока 3 через температурный компенсатор 4 и усилитель 5 на первый (аналоговый) вход синхронного детектора 6 (фиг. 2). Измеритель амплитуды сетевого напряжения 12 выдает управляющие импульсы U₁₂, скважность которых ( t_имп) зависит от амплитуды сетевого напряжения U сети и напряжения сравнения (U сравнения), на второй (управляющий) вход синхронного детектора 6 (фиг. 3). Сигнал с выхода синхронного детектора 6 U₆, пропорциональный активной составляющей измеряемой мощности (фиг. 4), поступает на вход преобразователя напряжение - частота, состоящий из интегратора 7 и двуполярного компаратора 8.

Компаратор двуполярный 8 может быть выполнен на базе операционного усилителя, например, серии К 544, на инвертирующий вход которого подают опорное напряжение U_оп. Сравниваемый сигнал с интегратора 7 поступает на определитель полярности сигнала, который может быть выполнен на базе электронного коммутатора серии К590 КН7 с замыкающим и размыкающим контактами. При достижении напряжения на выходе интегратора 7, равного или большего опорного напряжения U_оп, на выходе компаратора появляется импульс U₈, сбрасывающий выходное напряжение интегратора 7 в "0", при этом входное напряжение компаратора 8 также сбрасывается до "0", но выходное остается без изменения, на время τ (фиг. 5), определяемое временем сброса интегратора 7. В другом случае, если на выходе интегратора 7 появляется отрицательное выходное напряжение, определитель полярности компаратора 8 переключается и на выходе компаратора появляется сигнал, если выходное напряжение интегратора 7 меньше или равно U_оп, и процесс повторяется.

Таким образом, на выходе компаратора 8 формируются импульсы сброса интегратора в "0", количество которых пропорционально активной составляющей потребляемой энергии, независимо от схемы подключения нагрузки, что исключает возможность хищения электроэнергии потребителем. Импульсы поступают на делитель частоты 9, первый выход которого подключен к электромеханическому счетчику 10, а второй к светодиодному индикатору 11.

На фиг. 3 показаны выходные импульсы делителя частоты 9 (U₉), компаратора 8 (U₈) и амплитуда свечения светодиода А светодиодного индикатора 11.

Светодиод "горит" постоянно, но интенсивность его свечения меняется в соответствии с уровнем выходного напряжения делителя частоты 9, что позволяет его использовать в качестве индикатора включения счетчика в сеть (наличие сетевого напряжения) и при подключении нагрузки визуально контролировать работу счетчика по периодическому изменению интенсивности свечения, которая меняется каждый счетный импульс.

Кроме того, светодиодный индикатор модулируется высокочастотными импульсами с выхода компаратора 8, часто позволяет в комплекте с фотосчитывающим устройством (не показано) снять сигнал для проверки счетчика без дополнительных поверочных выходов.

Таким образом, предлагаемое устройство может быть изготовлено всего из четырех аналоговых операционных усилителей, что позволяет упростить схему и, следовательно, снизить собственное потребление энергии электросчетчиком по параллельной цепи, а также исключить хищение электроэнергии при нарушении схемы включения нагрузки потребителем.

Использование: при создании приборов и систем, измеряющих электрическую энергию. Сущность изобретения: счетчик содержит входные шины, преобразователь тока, температурный компенсатор, усилитель, множительный блок, выполненный в виде синхронного детектора, управляемого измерителем сетевого напряжения, интегратор, двуполярный компаратор, делитель частоты, электромеханический счетчик, светодиодный индикатор. Счетчик имеет сниженное собственное потребление энергии и позволяет в комплекте с фотосчитывающим устройством снимать сигнал для поверки счетчика без дополнительных поверочных выходов. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Счетчик электроэнергии, содержащий последовательно соединенные первую входную шину, преобразователь тока, усилитель, множительный блок, вход которого соединен с выходом усилителя и через измеритель сетевого напряжения с второй входной шиной, а выход с преобразователем напряжение частота, сигнал с которого через делитель частоты подается на счетчик импульсов, отличающийся тем, что множительный блок выполнен в виде синхронного детектора, управляемого измерителем амплитуды сетевого напряжения, сигналы на выходе которого пропорциональны активной мощности потребляемого тока. 2. Счетчик по п.1, отличающийся тем, что преобразователь напряжение - частота содержит последовательно включенные интегратор и компаратор, при этом компаратор выполнен двуполярным. 3. Счетчик по п.1, отличающийся тем, что к выходам делителя частоты и преобразователя напряжение частота подключен светодиодный индикатор, интенсивность свечения которого определяется как уровнем напряжения на выходе делителя частоты, так и изменением уровня напряжения на выходе преобразователя напряжение частота.