СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 1997 года по МПК G01R22/00 G01R11/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для измерения электрической энергии, и может быть применено для учета и контроля потребления активной электрической энергии однофазного переменного тока в различных отраслях народного хозяйства.

Известен счетчик электрической энергии, содержащий датчики напряжения и тока, соединенные последовательно, перемножитель, фильтр нижних частот, преобразователь напряжение-частота, делитель частоты, парафазный формирователь импульсов, а также шаговый двигатель и счетный механизм. При этом входы датчиков напряжения и тока подсоединены к входам перемножителя, а длительность импульсов парафазного формирователя импульсов согласована с импульсной характеристикой шагового двигателя. Вход формирователя импульсов соединен с входом делителя частоты, а выходы с обмоткой шагового двигателя (патент РФ N 2001404, кл. G 01 R 11/00, 1993, бюл.N 37-38).

Недостатками известного счетчика являются следующие: 1) недостаточная информативность, так как отсутствует информация по предварительно оплаченной электроэнергии, а также об интенсивности расходования электроэнергии; 2) отсутствует устройство, отключающее потребителя от сети в случаях превышения допустимой мощности или окончания оплаты электроэнергии.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является счетчик электрической энергии, содержащий датчики напряжения и тока, соединенные с перемножителем-преобразователем, выход которого подключен к микропроцессору, оперативно-запоминающее устройство, устройство предоплаты, включающее средство для приема монет, электронных денег в виде электронных карточек или жетонов, и директивную кнопку, подключенные к микропроцессору, выход которого соединен с дисплеем, и переключающее устройство. Микропроцессор включает часы, контролирующие тарифную ставку. Переключающее устройство выполнено в виде тиристорного выключателя (патент Великобритании N 2096370,кл. G 01 F 1/56, 1982).

Известное устройство имеет следующие недостатки: 1) недостаточная оперативная информативность, отсутствие контроля истинности информации, записанной на электронной карточке; 2) применение тиристорного выключателя при больших токах приводит к потреблению значительной мощности, а использование автоматических выключателей нежелательно из-за наличия дугогасительной камеры, что приводит к увеличению массогабаритных размеров выключателя.

Изобретение направлено на решение задачи повышения информативности устройства за счет учета и контроля фактических величин потребления активной электрической энергии однофазного переменного тока, определяемых за расчетный период, а также оперативной микропроцессорной обработки их значений и вывода результатов на дисплей.

Для решения указанной задачи в известном счетчике электрической энергии, содержащем датчики напряжения и тока, соединенные с перемножителем-преобразователем, выход которого подключен к микропроцессору, оперативно-запоминающее устройство, устройство предоплаты, включающее средство для приема электронных денег в виде электронных карточек, и директивную кнопку, подключенные к микропроцессору, выход которого соединен с дисплеем, и переключающее устройство, согласно изобретению, дисплей выполнен содержащим два индикатора цифровой и мнемонической, причем мнемонический индикатор включает по крайней мере три регистра, отображающие информацию первый о величине потребления электроэнергии в нагрузке потребителя, второй о наличии и интенсивности расходования оплаченной электроэнергии, а также об истинности информации, записанной на электронной карточке, а третий об интенсивности расходования электроэнергии, предоставленной потребителю в кредит, сигнализации об окончании подачи электроэнергии и необходимости оплаты, при этом переключающее устройство выполнено в виде вакуумного выключателя, управляющий привод которого соединен с микропроцессором.

Целесообразно, чтобы регистры были выполнены в виде трех разноцветных горизонтальных рядов, светящиеся сегменты которых были бы расположены равномерно и имели одинаковую форму и размеры.

Выполнение дисплея в виде цифрового и мнемонического индикаторов обеспечивает максимальную информативность потребителя об использовании приобретенной им электроэнергии, а именно: о величине потребления в нагрузке потребителя, наличии и интенсивности расходования оплаченной электроэнергии, а также об интенсивности расходования электроэнергии, предоставляемой в кредит предупреждая потребителя об окончании подачи электроэнергии и необходимости оплаты. Наглядность показаний счетчика повышает эффективность контроля за расходованием электроэнергии, заранее предупреждая потребителя о полном отключении электроэнергии. Это повышает удобство в пользовании устройством и исключает аварийные ситуации при внезапном отключении.

Выполнение переключающего устройства в виде вакуумного выключателя позволяет уменьшить габариты и массу устройства, снизить энергопотребление. Кроме того, вакуумная камера обеспечивает пожаро- и взрывобезопасность, так как возникающая при коммуникации дуга надежно удерживается внутри вакуумной дугогасительной камеры, а возможность подбора материала контактов обеспечивает высокую коммутационную износостойкость.

Выполнение регистров мнемонического индикатора в виде по крайней мере трех разноцветных горизонтальных рядов, светящиеся сегменты которых расположены равномерно и имеют одинаковые форму и размеры, также повышает наглядность и информативность показаний счетчика.

На чертеже представлена структурная схема счетчика электрической энергии, где 1 датчик напряжения; 2 датчик тока; 3 нагрузочная цепь потребителя; 4 перемножитель-преобразователь; 5 микропроцессор; 6 оперативное запоминающее устройство; 7 устройство предоплаты; 8 директивная кнопка; 9 переключающее устройство; 10 дисплей; 11 цифровой индикатор; 12 мнемонический индикатор; 13 вакуумный выключатель; 14 управляющий привод.

Счетчик электрической энергии содержит датчики напряжения 1 и тока 2, первичные обмотки которых подключены к нагрузочной цепи 3 потребителя, а вторичные обмотки соединены с перемножителем-преобразователем 4, выход которого подключен к микропроцессору 5. С микропроцессором 5 соединены оперативное запоминающее устройство 6, устройство предоплаты 7, директивная кнопка 8 и переключающее устройство 9. Выход микропроцессора 5 соединен с дисплеем 10.

Устройство предоплаты 7 содержит средство для приема денег в виде электронных карточек.

Дисплей 10 содержит индикаторы цифровой 11 и мнемонический 12. Цифровой индикатор 11 выполнен, например, в виде жидкокристаллического индикатора, имеющего по крайней мере шесть десятичных разрядов, пять из которых, старших, одного размера, а шестой младший, уменьшенного размера. Мнемонический индикатор 12, выполненный, например, жидкокристаллическим, светодиодным или вакуумным, содержит по крайней мере три регистра, выполненных в виде трех разноцветных горизонтальных рядов, например, черного, зеленого и красного, светящиеся сегменты которых расположены равномерно, например по восемь в одном ряду, и имеют одинаковую форму и размеры. При этом регистр черного цвета отображает информацию о величине потребления электроэнергии в нагрузке потребителя, регистр зеленого цвета о наличии и интенсивности расходования оплаченной электроэнергии, а также об истинности информации, введенной в электронную карточку, регистр красного цвета об интенсивности расходования электроэнергии, предоставленной потребителю в кредит, и осуществляет сигнализацию об окончании подачи потребителю электроэнергии и необходимости оплаты.

Переключающее устройство 9 выполнено в виде вакуумного выключателя 13, управляющий привод 14 которого, выполненный, например, на принципе "магнитной защелки", соединен с микропроцессором 5.

Счетчик электрической энергии работает следующим образом.

Сигналы с датчиков напряжения 1 и тока 2, включенных в нагрузочную цепь 3 потребителя, перемножаются и преобразуют в частоту в устройстве 4. Далее импульсы поступают с микропроцессор 5, в котором осуществляется подсчет импульсов до значения, соответствующего величине единице электроэнергии. Микропроцессор 5 связан с оперативным запоминающим устройством 6, в котором хранится информация о величине оплаченной электроэнергии, предоставленной потребителю в кредит (с последующей оплатой) и перерасходованной сверх предоставленного кредита. В оперативном запоминающем устройстве 6 может также храниться информация о тарифах.

С микропроцессором 5 связано устройство предоплаты 7, ориентированное на применение электронных карточек, базируемых на энергонезависимых перепрограммируемых постоянных запоминающих устройствах. С электронной карточки в оперативное запоминающее устройство 6 передается информация о величине оплаченной электроэнергии, предоставленной в кредит, значения тарифов и другая информация, необходимая для функционирования счетчика. В электронную карточку заносится информация об использованной оплаченной, либо кредитной электроэнергии, а также об израсходованной сверхкредитной электроэнергии.

Микропроцессор 5 управляет дисплеем 10, который предоставляет потребителю максимальную информацию об использовании электроэнергии в наиболее доступной форме. На цифровой индикатор 11 выводится информация из оперативного запоминающего устройства 6, определяемая программой работы микропроцессора 5 и вызываемая последовательным нажатием директивной кнопки 8. В исходном состоянии микропроцессор 5 выводит на цифровой индикатор 11 информацию об общем количестве электроэнергии, прошедшей через счетчик. При этом пять старших разрядов индуцируют эту информацию в кВт•ч, а шестой, младший, разряд индицирует десятые доли кВт•ч. Посредством последовательного нажатия директивной кнопки 8 изменяется информация, выводимая на цифровой индикатор 11 из оперативного запоминающего устройства 6. Собственно информация предоставляется четырьмя старшими разрядами, а младший разряд указывает номер выводимой информации.

Регистр черного цвета мнемонического индикатора 12 имитирует "вращение диска" по аналогии с индукционным счетчиком. Сегменты этого регистра последовательно, с шагом 0,5 кВт•ч, засвечиваются слева-направо до полной засветки всего ряда из восьми сегментов, а затем также последовательно слева-направо гаснут. По скорости изменения состояния сегментов регистра черного цвета можно оценивать величину потребления электроэнергии в нагрузке потребителя.

При вводе электронной карточки в устройство предоплаты 7 вся оплаченная электроэнергия, просуммированная микропроцессором 5 с находящейся в оперативном запоминающем устройстве 6 и занесенная затем в устройство 6, принимается за 100% независимо от величины кВт•ч. При этом все сегменты регистра зеленого цвета мнемонического индикатора 12 засвечиваются. Затем, по мере расходования электроэнергии, когда количество ее уменьшается на 12,5% гаснет один из крайних сегментов. В дальнейшем, при каждом уменьшении объема оплаченной электроэнергии на 12,5% последовательно, один за другим гаснут остальные сегменты. Таким образом, не вызывая на цифровой индикатор 11 информацию об оставшемся объеме оплаченной электроэнергии, можно с достаточной степенью точности знать состояние с оплаченной электроэнергией и прогнозировать срок следующей оплаты, либо регулировать до предпочтительного уровня интенсивность расходования электроэнергии. Одновременно регистр зеленого цвета мнемонического индикатора 12 выполняет одну из тестовых функций, а именно: при вводе в устройство предоплаты 7 электронной карточки, не предназначенной для данного счетчика, либо при несанкционированном вводе в электронную карточку фальшивой информации, все сегменты регистра зеленого цвета переходят в режим "мигания", т.е. периодического засвечивания и погасания.

При вводе электронной карточки в устройство предоплаты 7 записанная информация об электроэнергии, предоставляемой в кредит, посредством микропроцессора 5 заносится в оперативное запоминающее устройство 6 взамен той, которая до этого момента там хранилась. При этом количество электроэнергии, предоставляемой в кредит, учитывается как 100% С того момента, когда заканчивается оплаченная электроэнергия, счетчик начинает учитывать электроэнергию, предоставленную в кредит, и это событие отражается засвечиванием первого сегмента регистра красного цвета мнемонического индикатора 12. Следующий сегмент засветится после того, как будет использовано 12,5% электроэнергии, предоставленной в кредит. Все восемь сегментов регистра красного цвета засветятся при условии, что последние 12,5% кредитной электроэнергии еще не использованы. Полное использование электроэнергии, предоставленной в кредит, характеризуется переходом всех сегментов регистра красного цвета в режим "мигания".

Микропроцессор 5 следит за тем, чтобы не было превышения допустимой мощности, а также за тем, чтобы потребитель вовремя осуществлял оплату за использование электроэнергии. Эти функции микропроцессор 5 выполняет посредством переключающего устройства 9, выполненного в виде вакуумного выключателя 13 с управляющим приводом 14. Микропроцессор 5 совместно с вакуумным выключателем 13 отключают потребитель от сети в случае, если мощность нагрузки превышает разрешенное значение на небольшой промежуток времени. Причем программа микропроцессора 5 составлена таким образом, чтобы потребитель, при условии снижения мощности нагрузки до разрешенного уровня, имел возможность один-два раза включить вакуумный выключатель 13 ранее предусмотренного программой времени отключения от сети.

В случае, если израсходована вся электроэнергия, оплаченная и предоставленная в кредит, счетчик согласно заложенной в микропроцессор 5 программе переходит работать в режим ограничения мощности. Этот режим сопровождается "миганием" всех сегментов регистра красного цвета. Величина ограниченной мощности определяется программой микропроцессора 5. В случае превышения этой мощности счетчик посредством вакуумного выключателя 13 отключает потребитель от сети на небольшой промежуток времени, после окончания которого вакуумный выключатель 13 подключит потребитель к сети на несколько секунд. Если после этого нагрузка не превысит допустимого предела по мощности в режиме ограничения, то отключения от сети не последует. В противном случае потребитель опять будет отключен от сети на такой же промежуток времени. Эти циклы будут повторяться до тех пор, пока потребителем будет выполнено условие ограничения мощности.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить информативность счетчика электрической энергии, обеспечить высокоэффективный контроль в любой момент времени за расходованием электроэнергии как предварительно оплаченной, так и предоставленной в кредит с последующей оплатой с учетом изменения тарифа, предупреждая потребителя об окончании оплаченного лимита световыми сигналами и периодическим кратковременным отключением от сети. Это обеспечивает минимальное удовлетворение потребителя в пользовании электроэнергией в условиях отсутствия возможности ее своевременного приобретения.

Использование: в электроизмерительной технике, в устройствах для измерения электроэнергии. Сущность: счетчик содержит датчики напряжения и тока, соединенные с перемножителем-преобразователем, выход которого подключен к микропроцессору, оперативное запоминающее устройство, устройство предоплаты и директивную кнопку, подключенные к микропроцессору, выход которого соединен с дисплеем, и переключающее устройство. Дисплей выполнен содержащим цифровой и мнемонический индикаторы. Последний содержит по крайней мере три регистра, отображающие информацию: первый - о величине потребления электроэнергии в нагрузке потребителя, второй - о наличии и интенсивности расходования оплаченной электроэнергии, а третий - об интенсивности расходования электроэнергии, предоставленной в кредит, и сигнализации об окончании подачи электроэнергии. При этом переключающее устройство выполнено в виде вакуумного выключателя, управляющий привод которого соединен с микропроцессором. 2 з.п. ф-лы. 1 ил.

1. Счетчик электрической энергии, содержащий датчики напряжения и тока, соединенные с перемножителем-преобразователем, выход которого подключен к микропроцессору, оперативное запоминающее устройство, устройство предоплаты, включающее средство для приема электронных денег в виде электронных карточек, и директивную кнопку, подключенные к микропроцессору, выход которого соединен с дисплеем, и переключающее устройство, отличающийся тем, что дисплей выполнен содержащим два индикатора цифровой и мнемонический, причем мнемонический индикатор включает по крайней мере три регистра, отображающие информацию, первый о величине потребления электроэнергии в нагрузке потребителя, второй о наличии и интенсивности расходования оплаченной электроэнергии, а также об истинности информации, записанной на электронной карточке, а третий об интенсивности расходования электроэнергии, представленной потребителю в кредит, сигнализации об окончании подачи электроэнергии и необходимости оплаты, при этом переключающее устройство выполнено в виде вакуумного выключателя, управляющий привод которого соединен с микропроцессором. 2. Счетчик по п.1, отличающийся тем, что регистры мнемонического индикатора выполнены в виде трех разноцветных горизонтальных рядов, светящиеся сегменты которых расположены равномерно и имеют одинаковые формы и размеры. 3. Счетчик по п.1 или 2, отличающийся тем, что мнемонический индикатор выполнен жидкокристаллическим, светодиодным или вакуумным.