ЭЛЕКТРОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Российский патент 1997 года по МПК G01R22/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности, к измерителю счетчика электроэнергии, формирующему для счетчика-индикатора по сигналам датчиков напряжения и тока электросети заданное число выходных сигналов при расходе единицы измерения электроэнергии.

Общеизвестный электронный измеритель электроэнергии, содержащий перемножитель сигналов датчиков тока и напряжения электросети и преобразователь напряжения перемножения в частоту выходных сигналов. Общеизвестны перемножители напряжений аналоговых типов с постоянным выходным напряжением и прецизионные времяимпульсные перемножители с импульсным выходным напряжением, усредняемым фильтром низкой частоты в постоянное напряжение.

Известны прецизионные тактируемые преобразователи напряжения в частоту выходных сигналов импульсно-компенсационного типа, содержащие интегратор с интегрирующим токи и интегрирующим напряжение дифференциальными входами, выполненный в виде управляемого входными сигналами генератора тока с конденсатором в токоуправляемой цепи, например, операционный усилитель с емкостной обратной связью, с инвертирующим и неинвертирующим, интегрирующим ток и напряжение входами, и генератор импульсов стабильного напряжения компенсации воздействия преобразуемого напряжения на интегратор, длительность которых формируется счетчиком опорных сигналов стабильной частоты, или тактируемым элементом памяти по тактовым фронтам опорных сигналов, что проще и надежней. [1]
Известен электронный измеритель электроэнергии, выбранный прототипом, содержащий:
перемножитель сигналов датчиков тока и напряжения с коммутируемой переключателем полярностью одного из сигналов;
источник смещения, выход которого соединен с выходом перемножителя, образуя сумматор их сигналов с выходом тока, датчик частот, состоящий из генератора с выходом опорных сигналов стабильной частоты и ее счетчика-делителя с выходом сигналов коммутации, выходной счетчик приращений разности сигналов счета, сформированных в цикле коммутации, например реверсивный, с общеизвестным преобразованием в счетчик с входами счета и реверса, с выходом сигналов измерителя;
тактируемый опорными сигналами преобразователь суммарного однонаправленного тока перемножителя и источника смещения в частоту импульсов компенсации, выход сигналов счета которых соединен с соответствующим входом выходного счетчика, вход реверса которого объединен с входом коммутации переключателя полярности перемножителя и выходом сигналов коммутации датчика частот, что реверсом счета компенсирует воздействие тока смещения и вносящих погрешность напряжений смещений нуля элементов перемножителя и преобразователя.

При этом преобразователь выполнен:
с интегратором на инвертирующем усилителе, первый вход которого соединен с выходом тока сумматора, с двухканальной токоуправляемой цепью на двух конденсаторах, коммутируемых переключателем, вход коммутации которого соединен с входом коммутации переключателя перемножителя, что устраняет накопление погрешностей коммутации полярности входного напряжения интегратора, с напряжением выходов усилителя на выходах интегратора;
с компаратором, входы которого соединены с выходами интегратора, выход которого выход сигналов полярности и счета;
с формирователем сигналов управления с двухканальным формированием сигналов компенсации и их длительности управляемыми сигналами полярности выхода компаратора и сигналами коммутации счетчиками опорных сигналов, считающих в каналах раздельно для запоминания и восстановления длительности сигналов компенсации, что устраняет вызванное их прерыванием в моменты коммутации накопление погрешностей, с использованием элемента выхода сигнала компенсации как переключателя напряжения, первый вход которого соединен с выходом напряжения первого источника компенсации, выход импульсов компенсации которого соединен через переключатель каналов, коммутируемый сигналами коммутации, и резистор компенсации со вторым входом интегратора [2]
Недостатками известного измерителя являются:
низкая точность, обусловленная токами утечки переключателя интегратора и конденсаторов в составляющих половину времени измерения периодах хранения отключенным конденсатором остаточных напряжений, что вызвано двухканальным интегратором;
падением напряжения на сопротивлениях ключей интегратора;
конечным быстродействием усилителя интегратора при использовании времяимпульсного перемножителя с выходным импульсным напряжением, усреднению которого препятствует переключение полярности его входного сигнала;
сквозным током переключателя интегратора с конечным быстродействием, разряжающим конденсаторы в моменты коммутации;
малым отношением длительности сигналов коммутации и компенсации, что увеличивает погрешность от сквозных токов переключателей перемножителя и интегратора, ограниченным конечной разрядностью выходного счетчика, реверсом счета компенсирующего воздействие за длительность сигналов коммутации тока источника смещения, превышающего максимальный ток перемножителя;
изменением выходного сопротивления перемножителя, что изменяет коэффициент преобразования измерителя;
дополнительными выходными сигналами выходного реверсивного счетчика, что вызвано реверсом его счета в пределах содержимого, формирующего выходной сигнал;
а также низкая надежность, обусловленная:
двухканальным формированием сигналов компенсации;
формированием их длительности счетчиком опорных сигналов с запоминанием и восстановлением ее при коммутациях;
требуемой разнополярностью напряжений смещения и компенсации, что исключает возможность однополярного электропитания измерителя, упрощающего счетчик и повышающего надежность;
малый возможный диапазон регулирования аналоговой частью измерителя, что затрудняет создание универсального измерителя для счетчиков на разные номинальные мощности при большой трудоемкости регулирования счетчика, вызванной усреднением частоты выходных сигналов измерителя, неравномерной из-за большого реверса счета выходного счетчика измерителя.

Задачей изобретения является создание электронного измерителя электроэнергии с повышающими точность:
применением одноканального интегратора;
возможностью усреднения напряжения перемножения времяимпульсных перемножителей, исключения влияния сопротивления ключей переключателя интегратора или токоограничивающих элементов в цепи конденсатора интегратора и выхода перемножителя;
увеличением отношения длительности сигналов коммутации и импульсов компенсации без увеличения разрядности выходного счетчика;
исключением совпадения моментов коммутации с импульсами компенсации совмещением фронтов сигналов коммутации и импульсов компенсации;
исключением дополнительных выходных сигналов реверсивного выходного счетчика;
с повышающим надежность одноканальным формированием сигналов компенсации, формированием их длительности тактовыми фронтами опорных сигналов, возможностью однополярного электропитания измерителя при однополярных напряжениях смещения и компенсации, с возможностью дискретного регулирования измерителя для расширения диапазона регулирования, с минимальным реверсом счета для снижения трудоемкости регулирования счетчика.

Поставленная задача решается тем, что в известном электронном измерителе электроэнергии, содержащем перемножитель входных сигналов с выходом датчиков напряжения и тока электросети, с первым и вторым выходами, с переключателем полярности, источник смещения, сумматор выходных сигналов перемножителя и источника смещения с выходом тока, интегратор с первыми и вторыми выходами и интегрирующими токи первым, соединенным с выходом тока сумматора, и вторым входами, с переключателем, с конденсатором токоуправляемой цепи, датчик частот, состоящий из генератора с выходом опорных сигналов и счетчика-делителя, вход которого соединен с выходом опорных сигналов, с выходом сигналов коммутации, объединенным с входами коммутации переключателей перемножителя и интегратора, выходной счетчик приращений разности сигналов счета с входами счета и реверса, с выходом сигналов измерителя, резистор компенсации, генератор импульсов компенсации, имеющий первый источник компенсации с выходом напряжения, переключатель напряжений с первым, соединенным с выходом первого источника компенсации, и вторым входами, выход импульсов компенсации которого через резистор компенсации соединен с вторым входом интегратора, компаратор, входы которого соединены с выходами интегратора, формирователь сигналов управления с входом полярности, соединенным с выходом компаратора, с входами сигналов опорных и коммутации, соединенных с соответствующими выходами датчика частот, с формированием сигналов счета, выход которых соединен с соответствующим входом выходного счетчика, и компенсации, выход которых соединен с входом коммутации переключателя напряжений, согласно изобретению перемножитель выполнен с переключением полярности напряжения перемножения, сумматор дополнен выходом напряжения, интегратор дополнен третьим дифференциальным входом, интегрирующим напряжение, соединенным с выходом напряжения сумматора, и выполнен с переключением направления тока, формируемого токоуправляемой цепью, через конденсатор, с напряжением конденсатора на выходах интегратора, генератор импульсов компенсации дополнен вторым источником компенсации с выходом напряжения, имеющим стабильную разность с напряжением первого источника компенсации и соединенным со вторым входом переключателя напряжений, формирователь сигналов управления выполнен с возможностью формирования сигналов реверса, соответствующих знаку приращений напряжения конденсатора интегратора от напряжений в импульсах компенсации, выход которых соединен с соответствующим входом выходного счетчика, и выполнен с формированием сигналов реверса и компенсации дополнительно введенными тактируемым элементом памяти, установочный вход которого вход полярности, тактовый вход вход опорных сигналов, и решающим элементом, первый вход которого соединен с выходом элемента памяти, второй вход вход коммутации, выходной счетчик приращений разности сигналов счета периодов опорных сигналов при разных сигналах реверса выполнен с заданным изменением содержимого при сформировании выходного сигнала.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных примеров выполнения электронного измерителя электроэнергии и чертежами, где на фиг. 1 изображена структурно-функциональная схема измерителя, на фиг. 2 - структурно-функциональная схема с примером выполнения составных частей измерителя электроэнергии переменного тока, пригодная к интегральному исполнению.

Электронный измеритель электроэнергии (фиг. 1) содержит перемножитель 1 с входами сигналов датчиков напряжения и тока электросети, с входом коммутации переключателя полярности напряжения перемножения, с первым и вторым выходами, интегратор 2 с первым и вторым входами, интегрирующими токи, с третьим дифференциальным входом, интегрирующим напряжение, управляемый генератор тока которого выполнен, например, на операционном усилителе 3 на инвертирующем входе которого суммируются токи токоуправляемой цепи с его выхода, первого и второго входов интегратора 2 при их объединении с неинвертирующим входом третьим входом интегратора 2, на переключателе 4 направления тока с первыми и вторыми, соединенными с инвертирующим входом и выходом усилителя 3, входами и выходами, соединенными с последовательно соединенными конденсатором 5 и иммитирующим сопротивление переключателя 4 резистором 6, с напряжением конденсатора 5 на входах или выходах переключателя 4, например, на выходах конденсатора 5, используемых как выходы интегратора 2, резистор 7 компенсации, источник 8 смещения, сумматор 9 сигналов выходов перемножителя 1 и источника 8 смещения, выход тока которого с выходным сопротивлением, формируемым элементами и резистором 10 сумматора, и выход напряжения соединены соответственно с первым и третьим входом интегратора 2, генератор 11 импульсов компенсации.

Генератор 11 имеет компаратор 12, входы которого соединены с выходами интегратора 2, первый 13 и второй 14 источники компенсации с выходами, напряжений, переключатель 15 напряжений со входами, соединенными с выходами источников 13 и 14 компенсаций, с выходом, соединенным через резистор 7 компенсации с вторым входом интегратора 2; формирователь 16 сигналов управления с входом полярности, соединенным с выходом компаратора 12, и с входами сигналов опорных и коммутации, с формированием и выходами сигналов компенсации, соединенным с входом коммутации переключателя 15 напряжений, а также счета и реверса, имеющий тактируемый элемент 17 памяти, установочный метод которого вход полярности, тактовый вход вход опорных сигналов, решающий элемент 18, первый вход которого соединен с выходом элемента 17 памяти, второй вход вход сигналов коммутации. При выходном напряжении интегратора 2 на выходах (фиг. 1) или входах (фиг. 2) переключателя 4 сигналы реверса и компенсации формируются соответственно на выходах элементов памяти 17 и решающего 18 или решающего 18 и памяти 17. Для формирования сигналов счета возможно использование опорных сигналов. Измеритель также содержит датчик 19 частот, имеющий генератор 20 стабильной частоты с выходом опорных сигналов, соединенный с соответствующим входом формирователя 16, и счетчик-делитель 21 с входом, соединенным с выходом генератора 20, и выходом сигналов коммутации, объединенными с входами коммутации переключателей перемножителя 1, интегратора 2 и соответствующим входом формирователя 16; выходной счетчик 22 с входами счета и реверса, соединенными с соответствующими выходами формирователя 16 с выходом СИ сигналов измерителя.

Измеритель может выполняться и работать следующим образом.

Перемножитель 1 с переключателем полярности напряжения перемножения выполнен общеизвестным, например времяимпульсным, с переключателем полярности выходных напряжений при одно- или двухканальном с разнополярными выходами выполнениях, позволяющих применить усредняющие фильтры без влияния их инерционности, одного из входных сигналов, инвертированием сигнала управления выходным модулятором при переменном токе, иным общеизвестным переключением.

Сумматор 9 может быть токовым, аналогичным прототипу, с выходами напряжения и тока параллельно соединенными выходами перемножителя 1 и источника смещения 8, но целесообразней "пассивное" суммирование напряжений последовательным соединением выходов источника 8 смещения и перемножителя 1, с выходом напряжения первым выходом перемножителя 1, с выходом тока через резистор 10 сумматора 9 с второго его выхода, например, объединенного с выходом источника 8 смещения, что формирует суммарное напряжение на его первом выходе.

Возможны варианты объединения интегрирующего усилителя с общеизвестными "активными" сумматорами, преобразователями токов и напряжений, выполненных, например, на операционных усилителях с образованием интегрирующих входов тока и напряжения.

Интегратор 2 интегрирует суммарный ток первого и второго входов конденсатором 5, формируя на нем приращения напряжения за время интегрирования, определяемые, например, при указанном выше "пассивном" варианте сумматора 9, с учетом напряжения смещения нуля между входами усилителя 3 уравнениями:

; U_ин U_см+i_см(r+R_см),
где ΔU приращения напряжения конденсатора 5;
C емкость конденсатора 5;
t время интегрирования;
i_с, i_к, i_см токи конденсатора 5, компенсации, сумматора 9;
U_1,2, U_n, U_см.0, U_им напряжения источников 13 или 14 компенсации, среднее перемножения, смещение нуля усилителя, инвертирующего входа усилителя 3;
R_н, R_см, r сопротивления резисторов компенсации 7, сумматора 10, выхода источника смещения 8.2 Решение уравнений дает уравнение приращений:

где коэффициент усиления приращений, формируемых напряжением перемножения.

Приращения не зависят от сопротивления выходов перемножителя 1, требуемые разные знаки приращений от напряжений смещения и компенсации формируются при их однополярности, приращения от напряжения перемножения могут усиливаться без дополнительного усилителя, что упрощает измеритель, повышая надежность.

Коммутация напряжений компенсации вызывает приращение согласно уравнениям:

Учитывая стабильную разность напряжений источников 13 и 14 компенсации, уравнения приращений принимают вид:

где переменная составляющая напряжений компенсаций;
постоянная составляющая входных напряжений;
U_ст U₂-U₁ разность напряжений источников 13 и 14 компенсаций.

При установке напряжения смещения близким к полусумме напряжений компенсации постоянная составляющая приближается к нулю:

При разнополярных, близких по величине напряжениях компенсации целесообразно замещение источника 8 смещения общей шиной. При этом постоянная составляющая приближается к нулю, коэффициент усиления приращений равен:
Источник 8 смещения целесообразно выполнять резистивным делителем напряжения между выходами источников 13, 14 компенсации с коэффициентом деления близким к двум, что повышает надежность. Коэффициент усиления приращений при этом равен: , где R сопротивление резисторов делителя.

При резисторе 10 сумматора с бесконечным сопротивлением, т.е. его исключении, коэффициент усиления приращений равен единице и не зависит от сопротивлений выхода источника 8 смещения и резистора 7 компенсации, что повышает точность.

При замещении источника 8 смещения одним из источников компенсации уравнения приращений принимают вид:

Они не зависят от напряжений источников 13, 14 компенсации, которые могут быть однополярными.

При втором варианте сумматора 9 с выходом напряжения объединенными выходами перемножителя 1 и источника смещения 9, уравнения приращений аналогичны, но коэффициенты их усиления на единицу меньше, и в сопротивление резистора 10 входит сопротивление выходов перемножителя 1.

При коммутации переключателя 4 сигналами коммутации равной длительности в цикле изменяется направление тока конденсатора 5, что ведет к компенсации приращений его напряжения за цикл коммутации от постоянной составляющей входных напряжений, воздействующей как разнополярное при разных сигналах коммутации в цикле. Приращения от напряжения перемножения, меняющего полярность синхронно с изменением направления тока, сохраняют знак, что устраняет накопление погрешностей от коммутации полярности входного напряжения интегратора 5. Резистор 6 уменьшает разряд конденсатора 5 сквозными токами переключателя 4 в моменты коммутации, что повышает точность и его сопротивление может быть увеличено введением последовательно с конденсатором 5 дополнительной токоограничительной цепи. Подача напряжения выводов конденсатора 5 на выходы интегратора 2 устраняет воздействие изменения его полярности сигналами коммутации, присутствующее на выходе усилителя 3, что повышает точность. Напряжение выхода усилителя 3 определяется уравнением:

где U_вых выходное напряжение усилителя 3;
R_ос сопротивление резистора 6.

Напряжение выхода изменяется больше суммарного напряжения смещения и перемножения на неинвертирующем входе усилителя 3, установка напряжения смещения близким к середине интервала допустимых выходных напряжений усилителя 3 при установленных напряжениях его электропитания уменьшает вероятность их превышения, искажающего интегрирование, что уменьшает вызванную этим погрешность.

В генераторе 11 импульсов компенсации компаратор 12 по напряжению конденсатора 5 на выходах интегратора 2 формирует на выходе сигнал, соответствующий его полярности. Элемент 17 памяти формирователя 16 сигналов управления повторяет на выходе сигнал полярности его установочного входа, сформированный в момент тактового фронта опорного сигнала на его тактовом входе, совпадающего с тактовым фронтом опорного сигнала на входе счетчика-делителя 21 датчика частот 19, что формирует длительность импульсов компенсации, кратную периодом опорных сигналов и синхронизирует фронты сигналов коммутации и импульсов компенсации, устраняя совпадение моментов с импульсами компенсации и вызванную этим погрешность. При напряжении конденсатора 5 на выходах интегратора 2, формируемом на выходах переключателя 4, его полярность и сигнал выхода элемента 17 памяти, используемый как сигнал реверса, не изменяются при коммутации переключателя 4 сигналом коммутации, изменяющим направление тока конденсатора 5, и соответствуют требуемому компенсирующему приращению напряжения конденсатора 5. Решающий элемент 18 с функцией управляемого сигналом коммутации изменения сигнала выхода элемента 17 памяти, выполненный, например, на логическом элементе с суммирующими входами "искл. ИЛИ", формирует сигнал компенсации, переключающий напряжение источников 13 или 14 при изменениях сигналов коммутации, что сохраняет требуемое компенсирующее направление тока и приращение напряжения конденсатора 5 от напряжения источников 13 и 14 компенсации. Вариант исключает влияние сопротивления ключей переключателя на точность измерителя.

При выходном напряжении интегратора 2, формируемом на входах переключателя 4, например, объединенным с выходом усилителя 3, его полярность и сигнал выхода элемента 17 памяти, используемый как сигнал компенсации, изменяются при коммутации переключателем 4 направления тока конденсатора 5, что ведет к коммутации напряжения источников 13 или 14 переключателем 15 и сохраняет компенсирующее направление тока конденсатора 5. Решающий элемент 18, идентичный по функции и выполнению предыдущему варианту, соответственно формирует на выходе сигнал, соответствующий знаку приращения напряжения конденсатора 5 и используемый как сигнал реверса. Вариант уменьшает влияние входных токов компаратора 12, но возможны сбои формирования сигналов компенсации при несинхронности фронтов сигналов опорных и коммутации.

Возможен вариант с замещением источника 8 смещения одним из источников компенсации, например, источником 13 и выполнением решающего элемента 18 элементом совпадений, например, "2-И", формирующего на выходе сигнал счета и компенсации при сигнале коммутации, когда напряжение источника 14 имеет компенсирующее действие, что, ввиду повторяемости сигнала реверса при сигналах счета, позволяет использовать выходной нереверсивный счетчик, упрощающий измеритель и повышающий надежность. Ввиду формирования сигналов счета при нулевом напряжении конденсатора 5 на входах компаратора 12 и разряда конденсатора 5 токами утечки при отсутствии напряжения перемножения, такой измеритель склонен к "самоходу", отношение длительности сигналов коммутации и компенсации не более единицы, что снижает точность.

Целесообразнее вариант без замещения источника 8 смещения источником компенсации с выполнением решающего элемента 18 с суммирующими входами, например, "искл. ИЛИ", с выполнением устройства управления выходного счетчика с селектором, пропускающим для счета разность опорных сигналов при разных сигналах реверса. Селектор может выполняться, например, на дополнительно введенных втором элементе памяти, установочный вход которого соединен с выходом сигнала реверса, тактовый вход со входом опорных сигналов, втором элементе с суммирующими входами "искл. ИЛИ", входы которого соединены с выходами сигналов реверса и второго элемента памяти, а также элементе совпадений, например, "2-ИЛИ", выход которого выход сигналов счета, первый вход которого соединен с выходом второго элемента "искл. ИЛИ", второй вход со входом опорных сигналов, образуя селектор последовательных повторений сигналов реверса и опорного сигнала. Вариант сложен, что снижает надежность, но при приращениях напряжения конденсатора 5 от постоянной составляющей входных напряжений интегратора 2 за длительность сигнала коммутации меньших приращений от переменной составляющей за период опорных сигналов, т.е. при постоянной составляющей меньшей отношения разности напряжений компенсации и коэффициента деления счетчика-делителя 20, реверс счета меньше единицы, что позволяет использовать выходной нереверсивный счетчик, но требуется установка постоянной составляющей входных напряжений, близкой к нулю при высокой ее стабильности.

Целесообразней вариант селектора разности опорных сигналов при выходном нереверсивном счетчике, выполненный, например, на двух счетчиках с входом запрета счета, на входы счета которых опорные сигналы поступают через элементы совпадений, управляемые сигналами реверса, на цифровом компараторе со входами, соединенными с выходами разрядов счетчиков, формирующим при равенстве содержащих счетчиков сигнал запрета на соответствующем входе счетчика и разрешающим прохождение опорных сигналов через элемент совпадений на выходе селектора. Вариант сложен, что снижает надежность.

Более целесообразен вариант с общеизвестным реверсивным счетчиком, что упрощает измеритель. Выходной счетчик 22 считает периоды опорных сигналов по сигналу реверса, соответствующему знаку напряжений компенсаций в эти периоды. Уравнение приращений счета выходного счетчика 22 имеет вид:

где M приращение счета;
m_i, n_i количества периодов опорных сигналов при разных сигналах реверса за длительность сигналов цикла коммутаций;
N число циклов коммутации.

Уравнения остаточных напряжений конденсатора 5 в моменты коммутаций имеют вид:
U_oi U_oi-1+t_o/R_kC[(U_oc+U_п.с+hU_n)m_i+ (-U_oc+U_п.с+hU_n)n_i]
U_oi+1 U_oi+t_o/R_kC[(U_oc+U_п.с+hU_n)m_i+1+ (-U_oc-U_п.с+hU_n)n_i+1]
где: U_oi-1, U_oi, U_oi-1 остаточные напряжения;
t_o период опорных сигналов.

При этом справедливы уравнения:
m_i+n_i T/t_o 0,5K
где: K коэффициент деления частоты опорных сигналов счетчиком-делителем 21;
T длительность сигнала коммутации.

Решение уравнений относительно M дает уравнение:

где: T_изм 2 NT время измерений.

Второе слагаемое правой части уравнения не превышает конечной величины и накопление погрешности не происходит, приращения счета не зависят от напряжений компенсаций относительно общей шины, которые могут быть однополярными, и от емкости конденсатора 5, а при исключении резистора 10 сумматора 9 от сопротивлений выхода источника 8 смещения и резистора 7 компенсации, что повышает точность. Напряжение перемножения пропорционально мощности электросети и приращения света пропорциональны расходу электроэнергии. Реверс счета выходного счетчика максимален при нулевом напряжении перемножения, его абсолютная величина, определенная из уравнений остаточных напряжений с учетом реверса от чередующихся напряжений компенсации равна:

Так как постоянная составляющая при напряжении смещения, близком к полусумме напряжений компенсаций, приближается к нулю, то реверс счета приближается к двум, а при формировании сигналов счета селекторами к нулю, что ускоряет регулирование и позволяет существенно увеличить отношение длительностей сигналов коммутаций и периодов опорных сигналов, т.е. коэффициент деления счетчика-делителя 20, повышая точность.

Составные части измерителя электроэнергии переменного тока (фиг. 2) выполнены следующим образом.

Перемножитель 1 выполнен, например, времяимпульсным и содержит: широтно-импульсный модулятор 23, вход которого соединен с выходом датчика сигнала напряжения, выполненным, например, резистивным делителем напряжения электросети (на схеме не показан); амплитудно-импульсный модулятор 24 в виде переключателя полярности, входы которого соединены с выходами датчика сигнала тока, выполненным, например, трансформатором тока электросети (на схеме не показан), вход коммутации с выходом широтно-импульсного модулятора 23; фильтр 25 низкой частоты на конденсаторе 26 и резисторе 27, входы которого соединены с выходами модулятора 24; переключатель 28 полярности напряжения перемножения, входы которого соединены с выходами 25, выходы которого выходы перемножителя 1.

Отсутствие напряжений смещения нуля элементов тракта устраняет погрешность их перемножения, фильтр 25 низкой частоты усредняет импульсное напряжение перемножения в постоянное, коммутация полярности которого переключателем 28 с частотой, существенно меньшей частоты модуляции перемножителя 1, снижает погрешность, обусловленную конечным быстродействием усилителя 3 интегратора 2. При втором варианте сумматора 9 возможно выполнение перемножителя 1 с переключателем полярности управляемым инвертором сигнала коммутации модулятора 24, например, элементом с суммирующими входами, без фильтра 25, что повышает надежность.

Интегратор 2 описан выше и выполнен с выходами, совмещенными с выходами усилителя 3.

Источник 8 смещения описан выше и выполнен делителем напряжения на одинаковых резисторах 29 и 30, выход которого выход источника смещения 8.

Сумматор 9 описан выше и выполнен пассивным.

Генератор 11 импульсов компенсации описан выше и выполнен с выходом сигналов компенсации на выходе элемента 17 памяти, например, D-триггера, тактовые фронты сигналов на тактовом входе которого совпадают с тактовыми фронтами сигналов входа счетчика-делителя 21 датчика частот 19, что совмещает фронты импульсов компенсации и сигналов коммутации, с выходом сигналов реверса на выходе решающего элемента 18 "искл. ИЛИ" с использованием сигналов тактового входа элемента 17 памяти для формирования сигналов счета.

Датчик 19 частот содержит генератор 20 стабильной частоты, счетчик-делитель 21, вход которого соединен с выходом генератора 20, с формированием сигналов коммутации на выходе Q_m двоичных разрядов. Коэффициент деления счетчика-делителя 21 равен:
K 2^m,
где m номер выхода двоичных разрядов.

Период опорных сигналов равен: где f частота генератора 20 датчика 19 частот.

Выходной счетчик 22 с входами счета "С" и реверса "±1" выполнен с тактовым фронтом сигналов счета, обратным тактовому фронту опорного сигнала тактового входа элемента 17 памяти, что устраняет сбой счета от совпадения фронтов сигнала счета и реверса. Исключение дополнительных выходных сигналов из-за реверса счета в пределах первого содержимого, формирующего выходной сигнал, достигается изменением при сформировании выходного сигнала первого содержимого на второе, имеющих разность в пределах, определяемых неравенством:

где максимальный реверс счета;
Z разность первого и второго содержимых;
A общий коэффициент деления счетчика 22.

Неравенство преобразуется в выражения:

Их левые части представляют коэффициенты деления счетчика 22 с изменяемым содержимым для разных направлений счета. Задание содержимых устанавливает коэффициент деления счетчика 22, что определяет число выходных сигналов на единицу измерения электроэнергии, расширяя диапазон регулирования, например, для разных номинальных мощностей измерителя.

Счетчик 22 с изменением содержимых может выполняться с выходом формирователя сигнала переноса CO при первом содержимом, с входом размещения SE установки второго содержимого, со входами SO-Sm задания кода одного из содержимых соединением их с шиной логических сигналов "лог. 0", "лог. 1", с дополнительно введенным формирователем 31 сигнала установки, например, ждущим мультивибратором, выход которого выход СИ измерителя, формирующим сигнал длительностью меньше периода сигнала счета, сформировавшего выходной сигнал, что исключает ошибки счета при любых сигналах реверса, вход которого соединен с выходом CO, выход с выходом разрешения SE установки счетчика 22.

Возможен вариант выходного счетчика, содержащий реверсивный счетчик с коэффициентом деления, превышающим удвоенный максимальный реверс счета, с изменением первого содержимого при сформировании выходного сигнала, например, близком к половине коэффициента деления, выход которого соединен с входом счетчика с постоянным направлением счета, коэффициент деления которого задается общеизвестными способами, что снижает разрядность реверсивного счетчика, упрощая схему и повышая надежность.

Целесообразно дополнительное введение дешифратора 32, внешние входы которого соединяются с шиной логических сигналов, образуя код варианта номинальной мощности измерителя, выходы с входами задания кодов содержимых счетчика 22, соответствующих кодам вариантов, что сокращает число присоединяемых входов измерителя, повышая надежность.

При заданном измерении содержимого счета на единицу выходной счетчик 22 может выполняться по общеизвестным схемам счетчиков-делителей.

Предлагаемый электронный измеритель электроэнергии может выполняться в едином интегральном исполнении для разных номинальных мощностей электросети с дискретным их переключением, что делает измеритель универсальным, имеющим точность, определяемую стабильностью опорной частоты и разности напряжений компенсации, не требует особых технологий изготовления, повышающих его стоимость, и позволяет создать точный и надежный счетчик электроэнергии с одним регулировочным элементом, например, коэффициента передачи датчика сигнала электросети, что снижает стоимость счетчика.

Использование: в электроизмерительной технике, в измерителе счетчика электроэнергии. Задача изобретения - повышение точности и надежности, расширение диапазона регулирования измерителя. Сущность изобретения: электронный измеритель электроэнергии содержит перемножитель сигналов датчика тока и напряжения, преобразователь напряжения перемножения в частоту выходных сигналов, времяимпульсный перемножитель с усреднением и коммуутацией полярности напряжения перемножения на выходе фильтра низкой частоты; интегратор тока и напряжения сумматора сигналов источника смещения и перемножителя, генератор импульсов, компенсации напряжения конденсатора током от напряжений двух источников компенсации со стабильной разностью при напряжении источника смещения, близком к их полусумме; формирователь сигналов управления с возможностью формирования сигналов реверса, соответствующих знаку приращений напряжения на конденсаторе интегратора, который состоит из тактируемого элемента памяти и решающего элемента, измеряющего сигнал на выходе элемента памяти в зависимости от сигнала коммутации, выходной счетчик приращений сигналов счета периодов опорных сигналов при разных сигналах реверса. 19 з.п.Ф., 2 ил.

1. Электронный измеритель электроэнергии, содержащий перемножитель входных сигналов с выходов датчиков напряжения и тока электросети с первым и вторым выходами, с переключателем полярности, источник смещения, сумматор выходных сигналов перемножителя и источника смещения с выходом тока, интегратор с первыми и вторыми выходами, и интегрирующими токи первым, соединенным с выходом сумматора, и вторым входами, с переключателем, с конденсатором токоуправляемой цепи, датчик частот, состоящий из генератора с выходом опорных сигналов и счетчика-делителя, вход которого соединен с выходом опорных сигналов генератора, с выходом сигналов коммутации, объединенным с входами коммутации переключателей перемножителя и интегратора, выходной счетчик приращений разности сигналов счета с входами счета и реверса, с выходом сигналов измерителя, резистор компенсации, генератор импульсов компенсации, имеющий первый источник компенсации с выходом напряжения, переключатель напряжений с первым, соединенным с выходом первого источника компенсации, и вторым входами, выход импульсов компенсации которого через резистор компенсации соединен с вторым входом интегратора, компаратор, входы которого соединены с выходами интегратора, формирователь сигналов управления с входом полярности, соединенным с выходом компаратора, с входами сигналов опорных и коммутации, соединенных с соответствующими выходами датчика частот, с формированием сигналов счета, которые поступают на соответствующий вход выходного счетчика, и компенсации, которые поступают на вход коммутации переключателя напряжений, отличающийся тем, что перемножитель выполнен с переключателем полярности напряжения перемножения, сумматор дополнен выходом напряжения, интегратор дополнен третьим дифференциальным входом, интегрирующим напряжение, соединенным с выходом напряжения сумматора, и выполнен с переключателем формируемого токоуправляемой цепью направления тока через конденсатор, с напряжением конденсатора на выходах интегратора, генератор импульсов компенсации дополнен вторым источником компенсации с выходом напряжения, имеющим стабильную разность с напряжением первого источника компенсации и соединенным с вторым входом переключателя напряжений, формирователь сигналов управления выполнен с возможностью формирования сигналов реверса, соответствующих знаку приращений напряжений на конденсаторе интегратора от напряжений в импульсах компенсации, которые поступают на соответствующий вход выходного счетчика, и состоит из тактируемого элемента памяти, установочный вход которого является входом полярности, тактовый вход - входом опорных сигналов, и решающего элемента, изменяющего на выходе сигнал элемента и зависимости от сигнала коммутации, первый вход которого соединен с выходом элемента памяти, его второй вход является входом коммутации формирователя сигналов управления, выходной счетчик приращений сигналов счета периодов опорных сигналов при разных сигналах реверса выполнен с заданным изменением содержимого счета при сформировании выходного сигнала. 2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что сумматор выполнен с суммированием входных напряжений последовательным соединением выхода источника смещения и выходов перемножителя, с выходом тока, соединенным через дополнительно введенный резистор сумматора с первым выходом перемножителя, с выходом напряжения вторым выходом перемножителя. 3. Измеритель по п.2, отличающийся тем, что напряжение источника смещения установлено близким к полусумме напряжений источников компенсации. 4. Измеритель по п.2 или 3, отличающийся тем, что источник смещения выполнен резистивным делителем напряжения с коэффициентом деления близким к двум, входы которого соединены с выходами первого и второго источников компенсации, выход которого выход источника смещения. 5. Измеритель по п. 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что напряжения источников компенсации и электропитания установлены однополярными. 6. Измеритель по п. 2 или 3, отличающийся тем, что напряжения источников компенсации установлены разнополярными и близкими по величине, источник смещения замещен общей шиной. 7. Измеритель по одному из пп. 1 6, отличающийся тем, что перемножитель выполнен времяимпульсным, с дополнительно введенным фильтром низкой частоты, входы которого соединены с выходами амплитудно-импульсного модулятора перемножителя, выходы с входами переключателя полярности напряжения перемножения на выходах перемножителя. 8. Измеритель по одному из пп.2 7, отличающийся тем, что напряжение источника смещения установлено близким к середине интервала допустимых выходных напряжений усилителя интегратора при установленных напряжениях его электропитания. 9. Измеритель по одному из пп.2 8, отличающийся тем, что верхний предел сопротивления резистора сумматора с суммарным напряжением источника смещения и перемножения на выходе напряжения установлен бесконечным. 10. Измеритель по одному из пп.1 9, отличающийся тем, что выходы напряжения конденсатора интегратора выводы конденсатора, формирователь сигналов управления выполнен с выходом сигналов реверса на выходе элемента памяти, с выходом сигналов компенсации на выходе решающего элемента с суммирующими входами, с формированием сигналов счета из опорных сигналов. 11. Измеритель по п.10, отличающийся тем, что выходной счетчик выполнен с селектором последовательных повторений сигналов входов реверса и счета, выход которого и вход реверса соединены соответственно с входами счета и реверса счетчика. 12. Измеритель по п.11, отличающийся тем, что постоянная составляющая входных напряжений интегратора установлена меньшей отношения разности напряжений компенсации и коэффициента деления частоты опорных сигналов счетчиком-делителем датчика частот, счетчик выполнен с постоянным направлением счета. 13. Измеритель по п. 10, отличающийся тем, что выходной счетчик выполнен с селектором разности сигналов входа счета при разных сигналах входа реверса, выход которого соединен с входом счета счетчика с постоянным направлением счета. 14. Измеритель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что источник смещения замещен первым источником компенсации, выходы напряжения конденсатора интегратора выводы конденсатора, формирователь сигналов управления выполнен с выходом сигналов компенсации и счета на выходе решающего элемента совпадений, выходной счетчик выполнен с постоянным направлением счета. 15. Измеритель по одному из пп.1 14, отличающийся тем, что выходной счетчик выполнен с формированием выходного сигнала при первом содержимом, переключаемым на второе содержимое, имеющее заданную разность с первым, в период сигнала счета, сформировавшего первое содержимое. 16. Измеритель по п.15, отличающийся тем, что выходной счетчик дополнен входами задания первого или второго содержимых, соединенных с шиной логических сигналов, образуя их код, определяющий коэффициент деления счетчика, входом разрешения установки второго содержимого, формирователем сигнала переключений длительностью в пределах периода сигнала счета, вход которого соединен с выходом счетчика, выход с входом разрешения
17. Измеритель по п.16, отличающийся тем, что нижний предел заданной разности содержимых выходного реверсивного счетчика установлен большим максимального реверса счета, верхний ее предел установлен меньшим разности общего коэффициента деления выходного счетчика и максимального реверса счета, длительность сигнала переключения меньше длительности периода сигнала счета. 18. Измеритель по п.17, отличающийся тем, что выходной счетчик содержит реверсивный счетчик с коэффициентом деления, превышающим удвоенный максимальный реверс счета, с близким половине коэффициента деления изменением первого содержимого при сформировании выходного сигнала, выход которого соединен с входом дополнительно введенного счетчика с постоянным направлением счета, выход которого выход измерителя. 19. Измеритель по одному из пп.1 18, отличающийся тем, что коэффициенты деления выходного счетчика задаются для установки коэффициента передачи измерителя. 20. Измеритель по п.19, отличающийся тем, что выходной счетчик дополнен дешифратором с входами, соединение которых с шиной логических сигналов образует код варианта номинальной мощности измерителя, на выходах которого, соединенных с входами, определяющими коэффициент передачи измерителя соответствующими вариантам номинальной мощности.