СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Российский патент 1998 года по МПК G01R11/00 G07F7/08 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в энергетике при измерении электрической энергии постоянного и переменного тока.

Известны электронные счетчики электроэнергии, обеспечивающие подсчет числа импульсов, пропорционального энергии входного сигнала [1].

Наиболее близким к предлагаемому является счетчик электроэнергии повышенной точности, описанный в [2].

Данный счетчик электроэнергии содержит первую и вторую входные шины, сигналы на которых пропорциональны току и напряжению исследуемой цепи, первый, второй и третий сумматоры, интегратор, первый и второй компараторы, источник опорного напряжения с управляемой полярностью, блок положительной обратной связи, нуль-орган, генератор опорной частоты, логический блок, реверсивный счетчик и индикатор, причем первая входная шина, первый сумматор, интегратор, второй сумматор, первый компаратор и источник опорного напряжения с управляемой полярностью соединены последовательно, выход источника опорного напряжения с управляемой полярностью соединен с вторым входом первого сумматора и через блок положительной обратной связи с вторым входом второго сумматора, выход интегратора подключен к первому входу второго сумматора, к первому входу второго компаратора и к второму входу третьего сумматора, выход первого компаратора подсоединен также к первому входу логического блока, выход второй входной шины подключен к второму входу второго компаратора 6 и к первому входу третьего сумматора, выход третьего сумматора соединен с входом нуль-органа, выход которого подключен к третьему входу логического блока, выход второго компаратора соединен с вторым входом логического блока, выход генератора опорной частоты соединен с четвертым входом логического блока, первый и второй выходы логического блока подключены к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика, выход реверсивного счетчика подсоединен к входу индикатора.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей счетчика электроэнергии (обеспечение возможности автоматического отпуска потребителю разрешенного, оплаченного заранее или полученного в кредит количества электроэнергии).

Поставленная цель достигается тем, что он дополнительно содержит устройство считывания-записи информации, второй реверсивный счетчик, дешифратор, сигнализирующее устройство и устройство отключения абонента от электросети, причем вход устройства считывания-записи информации связан оптическим каналом или через контактное соединение с информационным выходом электронной карты, первый выход устройства считывания-записи информации соединен с суммирующим входом второго реверсивного счетчика, второй выход устройства считывания-записи информации подключен к индикатору, третий и четвертый выходы устройства считывания-записи информации связаны оптическими каналами или контактными соединениями с входами электронной карты, выход первого реверсивного счетчика соединен также с вычитающим входом второго реверсивного счетчика, выходы второго реверсивного счетчика подключены к дешифратору, а первый и второй выходы дешифратора соединены с входами сигнализирующего устройства и устройства отключения абонента от электросети.

Устройство считывания - записи информации с электронной карты содержит блок питания электронной карты, устройство ввода-вывода цифровой информации, блок считывания информации, анализатор информации, блок вывода и стирания информации о количестве кредитуемой электроэнергии, логическую схему ИЛИ, датчики синхронизирующих и информационных импульсов, датчик принимаемых информационных импульсов и логическую схему И, причем блок питания электронной карты индуктивно или контактным образом связан с электронной картой, первый выход устройства ввода-вывода информации подключен к входу блока считывания информации, а второй выход соединен с индикатором, первый выход блока считывания подсоединен к датчику синхронизирующих импульсов, второй выход через логическую схему ИЛИ подсоединен к датчику информационных импульсов, третий выход блока считывания информации подключен к первому входу анализатора информации, второй вход анализатора информации подсоединен к датчику принимаемых информационных импульсов, первый выход анализатора информации подключен к входу блока вывода и стирания информации о количестве кредитуемой электроэнергии, второй выход анализатора информации подсоединен к второму входу логической схемы И, выход блока вывода и стирания информации о количестве кредитуемой электроэнергии через логическую схему ИЛИ подсоединен к датчику информационных импульсов, первый вход логической схемы И соединен также с выходом датчика принимаемых информационных импульсов, выход логической схемы И соединен с суммирующим входом второго реверсивного счетчика.

На фиг. 1 представлена блок - схема предлагаемого счетчика электроэнергии.

На фиг.2 показана блок-схема устройства записи-считывания предлагаемого счетчика. На фиг.1 и 2 обозначены: 1, 2 - входные шины, сигналы на которых пропорциональны соответственно току и напряжению исследуемой цепи; 3а, 3б, 3в - первый, второй и третий сумматоры; 4 - интегратор; 5 и 6 - первый и второй компараторы; 7 - источник опорного напряжения с управляемой полярностью; 8 - блок положительной обратной связи; 9 - нуль-орган; 10 - генератор опорной частоты; 11 - логический блок; 12 - первый реверсивный счетчик; 13 - индикатор; 14 - устройство считывания - записи информации; 15 - второй реверсивный счетчик; 16 - дешифратор; 17 - сигнализирующее устройство; 18 - устройство отключения абонента от электросети; 19 - устройство ввода - вывода цифровой информации; 20 -блок считывания информации; 21 - датчик синхронизирующих импульсов; 22 - логическая схема ИЛИ; 23 - датчик информационных импульсов; 24 - датчик принимаемых информационных импульсов; 25 - анализатор информации; 26 - блок ввода и стирания информации о количестве кредитуемой электроэнергии; 27 - логическая схема И; 28 - блок питания электронной карты; 29 - индукционная катушка блока питания; 30 - электронная карта; 31 - индукционная катушка электронной карты; 32 - блок сопряжения; 33.1 - 33.n - репрограммируемые блоки постоянной памяти; 34.1 - 34.2 - датчики электромагнитного сигнала; 35 - излучатель электромагнитного сигнала.

В счетчике электроэнергии (фиг. 1) входная шина 1, сумматор За, интегратор 4,второй сумматор 36, первый компаратор 5 и источник опорного напряжения с управляемой полярностью 7 соединены последовательно, выход источника опорного напряжения с управляемой полярностью 7 соединен с вторым входом сумматора 3а и через блок положительной обратной связи 8 соединен с вторым входом второго сумматора 36, выход интегратора 4 подключен к первому входу второго компаратора 6 и к второму входу третьего сумматора 3в, выход первого компаратора 5 подсоединен к первому входу логического блока 11, выход входной шины 2 подключен к второму входу второго компаратора 6 и к первому входу третьего сумматора 3в, выход третьего сумматора 3в соединен с входом нуль-органа 9, выход которого подключен к третьему входу логического блока 11, выход второго компаратора 6 соединен с вторым входом логического блока 11, выход генератора опорной частоты 10 соединен с четвертым входом логического блока 11, первый и второй выходы логического блока 11 подключены к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика 12, выход реверсивного счетчика 12 подсоединен к входу индикатора 13 и к вычитающему входу второго реверсивного счетчика 15, суммирующий вход реверсивного счетчика 15 подключен к выходу устройства 14 записи - считывания информации с электронной карты, третий и четвертый выходы устройства 14 при вставлении в его приемный карман электронной карты 30 контактируют с третьим и вторым входами электронной карты 30, первый выход электронной карты 30 при этом контактирует с первым входом устройства 14 считывания-записи информации, второй выход устройства 14 соединен с вторым входом индикатора 13, выходы реверсивного счетчика 15 соединены с входами дешифратора 16, выход дешифратора 16 соединен с входом сигнализирующего устройства 17, а второй выход дешифратора 16 подключен к второму входу устройства отключения абонента от сети 18, первый вход которого соединен с источником электроэнергии, а выход подсоединен к абоненту (потребителю электроэнергии).

В устройстве считывания-записи информации 14 (фиг.2) выход устройства ввода - вывода цифровой информации 19 подключен к входу блока считывания информации 20, первый выход блока 20 соединен с входом датчика синхронизирующих импульсов 21, выход которого при вложении электронной карты 30 в карман устройства 14 записи - считывания информации контактирует с входом датчика электромагнитного сигнала 34.1 электронной карты, второй выход блока считывания информации 20 соединен с первым входом логической схемы ИЛИ 22, второй вход которой соединен с выходом блока ввода и стирания информации о количестве кредитируемой электроэнергии 26, выход логической схемы ИЛИ 22 подключен к входу датчика информационных импульсов 23, выход которого при вложении электронной карты 30 в карман устройства 14 контактирует с датчиком электромагнитного сигнала 34.2, третий выход блока считывания информации 20 подключен к первому входу анализатора информации 25, второй вход анализатора информации 25 соединен с выходом датчика принимаемых информационных импульсов 24, вход которого при вложении электронной карты 30 в карман устройства 14 контактирует с выходом излучателя электромагнитного сигнала 35 электронной карты, второй выход анализатора информации 25 соединен с вторым входом логической схемы И 27, первый вход которой соединен также с выходом датчика принимаемых информационных импульсов 24, выход логической схемы И 27 подключен к суммирующему входу второго реверсивного счетчика 15, первый выход анализатора информации 25 соединен с входом блока ввода и стирания информации о количестве кредитуемой электроэнергии 26 и выход блока 28 питания электронной карты соединен с индукционной катушкой 29 блока питания электронной карты.

В качестве электронной карты 30 в примере реализации устройства использована известная бесконтактная электронная карта МИНП 467364.002 ТУ системы электронных платежей в отрасли нефтепродуктообеспечения "СЕП-АЗС" (сертификат соответствия NPOCC UA20.H00036).

В известной электронной карте первый и второй выводы индукционной катушки 31 соединены с одноименными входами блока 32 сопряжения, первый выход блока сопряжения соединен с первыми входами питания всех репрограммируемых блоков 33 постоянной памяти, второй выход блока сопряжения 32 подключен к первым выводам датчиков 34 электромагнитного сигнала, к вторым входам питания и к соответствующим адресным входам всех репрограммируемых блоков 33 постоянной памяти, третий и четвертый выходы блока сопряжения 32 соединены с соответствующими входами репрограммируемых блоков 33 постоянной памяти, управляющие входы всех репрограммируемых блоков 33 постоянной памяти подключены к вторым выводам соответствующих датчиков 34 электромагнитного сигнала, а третьи выходы всех репрограммируемых блоков 33 постоянной памяти соединены с первым входом излучателя 35 электромагнитного сигнала, второй вывод которого, а также третий вывод индукционной катушки 31 и входы нулевого потенциала всех репрограммируемых блоков постоянной памяти 33, соответствующие адресные входы и общий вывод блока сопряжения 32 подключены к шине нулевого потенциала.

В электронной карте 30 индукционная катушка 31 предназначена для восприятия электромагнитного поля, излучаемого с расположенной соосно с ней катушкой блока питания 29, находящегося в устройстве 14 считывания записи информации.

Блок сопряжения 32 обеспечивает преобразование ЭДС, возникающей на катушке 31 в стабилизированное напряжение питания блоков электронной карты.

Датчики 34 предназначены: один - для приема синхронизирующих сигналов, а другой - для приема информационных сигналов от устройства считывания-записи 14.

Излучатель 35 электромагнитного сигнала предназначен для выдачи сигналов в устройство считывания-записи 14.

Репрограммируемые блоки 33 постоянной памяти предназначены для энергонезависимого хранения информации, внесенной в электронную карту 30.

Блоки 1-13 входят в состав счетчика электроэнергии, описанного в прототипе [2], и их работа не отличается от описанного в прототипе.

Большинство дополнительно введенных блоков в устройстве считывания - записи информации 14, таких, как второй реверсивный счетчик 15, дешифратор 16, сигнализирующее устройство 17 (например, световое или звуковое), устройство отключения абонента от сети 18 (например, электромагнитное реле, переключатель), датчик синхронизирующих импульсов 21 (например, излучатель импульсов инфракрасного излучения), логическая схема ИЛИ 22, датчик информационных импульсов 23 (например, инфракрасный излучатель), датчик принимаемых информационных импульсов 24 (например, фотоприемник инфракрасного излучения), логическая схема И 27, блок питания 28, индукционная катушка 29 и электронная карта 30 являются стандартными элементами, широко применяющимися в микроэлектронике и в промышленности в целом.

Кнопочное устройство ввода - вывода цифровой информации 19 может быть аналогичным применяемым в электронных часах, будильниках.

Блок считывания информации 20 может представлять собой стандартный регистр.

Анализатор информации 25 и блок ввода и стирания информации 26 может быть собран на базе стандартных арифметических устройств. (См. например, кн. В.Л. Шило. Популярные цифровые микросхемы. Изд.: Металлургия, 1989г).

В целом аналог устройства считывания-записи информации 14 описан в патенте РФ N 2035067 от 10 мая 1995 г. на "Устройство для выполнения платежей с помощью электронной карточки".

С учетом дополнительно введенных блоков счетчик электроэнергии работает следующим образом.

При первоначальном включении счетчика представитель организации, эксплуатирующей электросеть (оператор), или обученный абонент вставляет подготовленную в операционном центре организации, эксплуатирующей электросеть, электронную карточку в приемный карман устройства считывания -записи информации 14.

При помощи индукционной катушки 29 (фиг. 2) блока питания 28 устройства считывания - записи информации 14 происходит подача питания на элементы электронной карты 30.

Оператор (абонент) с помощью устройства ввода-вывода цифровой информации 19 (фиг.2), имеющего электромеханический кнопочный ввод информации и индикатор 13 (фиг.1), вводит данные о номере электронной карты, об абоненте и персональном индивидуальном номере абонента электросети. Эти данные поступают в блок считывания информации 20 (фиг. 2), которые далее вместе с адресами репрограммируемых блоков постоянной памяти 33 электронной карты через логическую схему ИЛИ 22 и датчик информационных импульсов 23 поступают на соответствующие входы репрограммируемых блоков постоянной памяти электронной карты, на которые одновременно с блока считывания информации через датчики синхронизирующих импульсов 21 и датчик электромагнитного сигнала 34.1 электронной карты поступают синхронизирующие импульсы.

При этом на выходе репрограммируемых блоков памяти 33 будут присутствовать сигналы, соответствующие принимаемой в данный момент информации, которая через излучатель 35 электронной карточки и датчик принимаемых информационных импульсов 24 поступает в анализатор информации 25, куда одновременно поступает введенная оператором (абонентом) информация с блока считывания информации. При совпадении информации о данных, записанных в электронной карточке, и введенных абонентом, с анализатора информации 25 на логическую схему И 27 поступает сигнал, подготавливающий ее срабатывание. Одновременно сигнал с анализатора информации 25 поступает в блок вывода и стирания информации 26. Информационный сигнал с блока вывода и стирания информации 26 о количестве кредитуемой энергии через логическую схему ИЛИ 22, датчик информационных импульсов 23 и датчик электромагнитного сигнала 34.2 поступает вместе с адресом в соответствующий репрограммируемый блок постоянной памяти 33 и выводит через датчик принимаемой информации 24 и подготовленную логическую схему И 27 информацию о количестве кредитуемой электроэнергии с электронной карточки на суммирующий вход второго реверсивного счетчика 15 (фиг. 1). Одновременно информация о количестве кредитуемой электроэнергии с электронной карточки списывается.

При положительном значении числа на втором реверсивном счетчике 15 сигнал с выхода 2 дешифратора 16, например с помощью триггера памяти, установленного в устройстве отключения от сети 18, переводит последнее в состояние, при котором электроэнергия поступает абоненту.

При отсутствии входных сигналов интегратор 4 и компаратор 5 работают в автоколебательном режиме, генерируя на входе компаратора 5, переключающийся при достижении пороговых уровней ±U_c меандр. Нуль-орган 9 и компаратор 6, имеющие нулевые пороговые уровни, переключаются одновременно в одном и том же направлении.

На обоих выходах логического блока 11 сохраняется уровень <О>.

Входным сигналом U_n на шине 1 изменяются скорости изменения напряжения на выходе интегратора 4. Они равны -1/T₀(U₀+U_n) при положительном и 1/T₀(U₀-U_n) при отрицательном напряжении на выходе компаратора 5 (±U₀ - напряжение на выходе источника 7; T₀ - постоянная времени интегратора 4).

Вторым выходным сигналом входной шины 2 задаются пороговые уровни компаратора 6 и нуль-органа 9. Так как напряжения на входной шине 2 поданы на разные входы компаратора 6, а у нуль-органа 9 суммируются, то компаратор 6 переключается в момент равенства напряжения пилы а нуль-орган 9 - в момент равенства напряжения пилы Выходные сигналы компаратора 5 и 6, нуль-органа 9 и генератора 10 опорной частоты подаются на выходы логического блока 11, на выходах которого формируются пачки импульсов, одна из которых подается на суммирующий, другая - на вычитающий вход счетчика 12.

Интервал времени τ₁ между моментами переключения нуль-органа 9 и компаратора 6 равен[2]:

интервал τ₂ между моментами переключения компаратора 6 и нуль-органа 9

Их разность равна

Число импульсов, записанное в счетчике 12 за период работы схемы T равно:

где
f₀ - частота генератора 10.

Число, записанное в счетчик 12 за период работы T₀, пропорционально энергии входных сигналов за это время.

Действительно, период работы схемы T равен:

откуда

Поставив это выражение в (4), получим:

где
Э_т - энергия за период T.

Таким образом, за любой интервал времени, кратный целому числу периодов Т работы схемы, число, записанное в счетчике 12, пропорционально энергии входных сигналов.

Импульсы, число которых пропорционально потребляемой электроэнергии, поступают на вычитающий выход второго реверсивного счетчика 15.

При уменьшении числа импульсов, фиксируемых вторым реверсивным счетчиком до некоторого минимального значения, на выходе 1 дешифратора 16 появляется сигнал, который, например, с помощью триггера памяти, установленного в сигнализирующем устройстве 17, изменяет его состояние, сигнализируя о минимальном остатке кредитуемой электроэнергии.

При нулевом значении числа на втором реверсивном счетчике 15 сигнал с выхода 2 дешифратора 16 изменяет состояние триггера памяти устройства отключения абонента от сети 18 и переводит последнее в состояние, при котором подача электроэнергии абоненту прекращается.

Абонент оплачивает стоимость кредитуемой электроэнергии и (или) составляет договор о новом кредитовании электроэнергии. На его основании в операционном центре на электронную карточку абонента записывают новую порцию кредитуемой или оплаченной электроэнергии.

Далее абонент вставляет электронную карточку в "карман" устройства записи-считывания информации 14. Устройство записи-считывания считывает информацию о кредитованной (оплаченной) электроэнергии во второй реверсивный счетчик 15. На выходе 2 и 1 дешифратора 16 появляются сигналы, выключающие устройство отключения абонента от сети 18 и сигнализирующее устройство 17. В результате электроэнергия снова поступает к абоненту и процесс повторяется.

Таким образом, предложенное устройство решает задачу расширения функциональных возможностей (обеспечение отпуска потребителю разрешенного, оплаченного заранее или полученного в кредит, количества электроэнергии).

Внедрение предложенного устройства позволит в значительной степени решить проблему неплатежей в системе энергообеспечения.

1. Авторское свидетельство СССР N 866491, кл. G 01 R 21/00, 1979 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 1147984, кл. G 01 R 11/00, 1985 г.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в энергетике при измерении энергии постоянного и переменного тока. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей счетчика электроэнергии. Она достигается тем, что счетчик электроэнергии дополнительно содержит устройство считывания-записи информации с электронной карты, второй реверсивный счетчик, дешифратор, сигнализирующее устройство и устройство отключения абонента от электросети. Устройство считывания-записи информации с электронной карты содержит блок питания электронной карты, устройство ввода-вывода цифровой информации, блок считывания информации, анализатор информации, блок вывода и стирания информации о количестве кредитуемой энергии, логическую схему ИЛИ, датчик снихронизирующих импульсов, датчик информационных импульсов, датчик принимаемых информационных импульсов и логическую схему И. Внедрение предложенного устройства позволит в значительной степени решить проблему неплатежей в системе энергоснабжения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Счетчик электроэнергии, содержащий первую и вторую входные шины, сигналы на которых пропорциональны току и напряжению исследуемой цепи, первый, второй и третий сумматоры, интегратор, первый и второй компараторы, источник опорного напряжения с управляемой полярностью, блок положительной обратной связи, нуль-орган, генератор опорной частоты, логический блок, первый реверсивный счетчик и индикатор, причем первая входная шина, первый сумматор, интегратор, второй сумматор, первый компаратор и источник опорного напряжения с управляемой полярностью соединены последовательно, выход источника опорного напряжения с управляемой полярностью соединены с вторым входом первого сумматора и через блок положительной обратной связи с вторым входом второго сумматора, выход интегратора подключен к первому входу второго сумматора, к первому входу второго компаратора и к второму входу третьего сумматора, выход первого компаратора подсоединен также к первому входу логического блока, выход второй входной шины подключен к второму входу второго компаратора и к первому входу третьего сумматора, выход третьего сумматора соединен с входом нуль-органа, выход которого подключен к третьему входу логического блока, выход второго компаратора соединен с вторым входом логического блока, выход генератора опорной частоты соединен с четвертым входом логического блока, первый и второй выходы логического блока подключены к суммирующему и вычитающему входам первого реверсивного счетчика, выход первого реверсивного счетчика подсоединен к входу индикатора, отличающийся тем, что он дополнительно содержит устройство считывания-записи информации, второй реверсивный счетчик, дешифратор, сигнализирующее устройство и устройство отключения абонента от электросети, причем вход устройства считывания-записи информации связан оптическим каналом или через контактное соединение с информационным выходом электронной карты, первый выход устройства считывания-записи информации соединен с суммирующим входом второго реверсивного счетчика, второй выход устройства считывания-записи информации подключен к индикатору, третий и четвертый выходы устройства считывания-записи информации связаны оптическими каналами или контактными соединениями с входами электронной карты, выход первого реверсивного счетчика соединен также с вычитающим входом второго реверсивного счетчика, выходы второго реверсивного счетчика подключены к дешифратору, а первый и второй выходы дешифратора соединены с входами сигнализирующего устройства и устройство отключения абонента от электросети. 2. Счетчик по п.1, отличающийся тем, что устройство считывания-записи информации с электронной карты содержит блок питания электронной карты, устройство ввода-вывода цифровой информации, блок считывания информации, анализатор информации, блок вывода и стирания информации о количестве кредитуемой электроэнергии, логическую схему ИЛИ, датчик синхронизирующих импульсов, датчик информационных импульсов, датчик принимаемых информационных импульсов и логическую схему И, причем блок питания электронной карты индуктивно или контактным образом связан с электронной картой, первый выход устройства ввода-вывода информации подключен к входу блока считывания информации, а второй выход соединен с индикатором, первый выход блока считывания подсоединен к датчику синхронизирующих импульсов, второй выход через логическую схему ИЛИ подсоединен к датчику информационных импульсов, третий выход блока считывания информации подключен к первому входу анализатора информации, второй вход анализатора информации подсоединен к датчику принимаемых информационных импульсов, первый выход анализатора информации подключен к входу блока вывода и стирания информации о количестве кредитуемой электроэнергии, второй выход анализатора информации подсоединен к второму входу логической схемы И, выход блока вывода и стирания информации о количестве кредитуемой электроэнергии через логическую схему ИЛИ подсоединен к датчику информационных импульсов первый вход логической схемы И соединен также с выходом датчика принимаемых информационных импульсов, выход логической схемы И соединен с суммирующим входом второго реверсивного счетчика.