УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ Российский патент 2015 года по МПК G01R11/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству для измерения электрической мощности, содержащему:

- по меньшей мере, один датчик тока, предназначенный для обеспечения вторичного тока измерения, являющегося показателем первичного тока, который протекает в первичном электрическом проводнике,

- электронную схему измерения и выпрямления, соединенную с, по меньшей мере, одним датчиком тока,

- схему обработки, соединенную с электронной схемой измерения и выпрямления, и

- передатчик, соединенный со схемой обработки для передачи сообщений через сеть беспроводной связи в приемник измерений электрической мощности.

Настоящее изобретение также относится к способу измерения электрической мощности.

Предшествующий уровень техники

Электронные устройства для измерения электрической мощности с удаленными элементами устанавливаются на проводниках электрической линии, чтобы оценить или измерить ток, мощность и/или количество электричества. Системы, которые называют беспроводными системами, содержат первую часть на электрическом проводнике с радиопередатчиком и вторую центральную часть с радиоприемником и централизованной обработкой мощности и количества электричества.

В патентной заявке WO2008142429 раскрыт первый известный пример такого устройства. Напряжение системы основного питания измеряется локально посредством емкостного делителя. Питание электронной схемы, по существу, основано на наличии аккумулятора.

В документе EP2048482 описан источник питания электронной схемы с множеством источников и аккумулятором.

Современные устройства, обычно, зависят от внешнего источника питания или наличия элемента батареи или перезаряжаемого аккумулятора. Следовательно, они имеют относительную автономность и неспособны работать все время.

Краткое изложение существа изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа измерения электрической мощности, которые позволяют избежать использования внешнего источника питания, элементов батареи или перезаряжаемых аккумуляторов.

Устройство для измерения электрической мощности согласно настоящему изобретению содержит:

- интегрирующий конденсатор электрического тока, соединенный, по меньшей мере, с одним датчиком тока через средство выпрямителя тока,

- средство детектирования порогового напряжения, соединенное с интегрирующим конденсатором для детектирования превышения предопределенного порогового напряжения на интегрирующем конденсаторе,

- средство переключения, управляемое средством детектирования порогового значения для включения электрического питания схемы обработки и передатчика за счет электрической мощности, накопленной на интегрирующем конденсаторе, когда электрическое напряжение на интегрирующем конденсаторе превышает предопределенное напряжение, причем после этого схема обработки и схема передатчика передают сообщение о количестве электрической мощности или количестве электрического тока, который протек через первичный электрический проводник.

Средство переключения, предпочтительно, состоит из компонента тиристорного типа, который останавливает включение при токе, который меньше удерживающего тока, и средство детектирования находится в компоненте опорного напряжения с малым током утечки на входе.

В предпочтительном варианте осуществления устройство содержит средство разряда, предназначенное для разряда интегрирующего конденсатора в конце цикла передачи.

Сообщения электрической мощности, передаваемые передатчиком, предпочтительно, содержат данные количества импульсов.

Сообщения электрической мощности, передаваемые передатчиком, предпочтительно, содержат данные измерения электрической мощности или данные измерения количества тока.

В одном конкретном варианте осуществления устройство содержит средство для детектирования перехода тока через нуль, причем сообщение электрической мощности передается, когда детектируется переход через нуль.

Схема обработки, предпочтительно, содержит средство корректировки, чтобы локально корректировать величины данных электрической мощности согласно параметрам, которые либо предварительно загружаются, либо передаются посредством предыдущих обратных сообщений.

Устройство, предпочтительно, содержит средство для вычисления среднеквадратической величины первичного тока, которое расположено в схеме обработки и/или в модуле обработки приемника.

Способ измерения электрической мощности согласно настоящему изобретению содержит этапы, на которых:

- заряжают интегрирующий конденсатор посредством вторичного тока, являющегося током, протекающим в первичном электрическом проводнике,

- включают переключатель, когда напряжение интегрирующего конденсатора превышает предопределенное пороговое значение,

- подают в схему обработки напряжение заряда интегрирующего конденсатора через переключатель,

- подготавливают и передают сообщение электрической мощности, представляющее количество электрической мощности или количество электрического тока, который протек в первичном электрическом проводнике,

- подают команду полного разряда конденсатора, и

- останавливают включение переключателя.

Упомянутый способ измерения, предпочтительно, содержит этапы, на которых:

- принимают сообщение, представляющее количество электрической мощности, посредством приемника, и

- увеличивают показание измерителя электрической мощности.

Способ измерения, предпочтительно, содержит этапы, на которых:

- принимают из приемника обратное сообщение, содержащее величины корректировки и величины настройки параметров, и

- подготавливают и передают сообщение электрической мощности, представляющее количество электрической мощности с данными величины полной электрической мощности.

В одном конкретном варианте осуществления способ содержит этапы, на которых:

- ожидают перехода вторичного тока через нуль, чтобы передать сообщение, представляющее количество электрической мощности,

- детектируют момент перехода через нуль электрическим напряжением посредством приемника, и

- посредством приемника определяют величину, представляющую разность фаз между напряжением и током в соответствии с моментом перехода через нуль напряжения и моментом приема сообщения электрической мощности.

Передача сообщений электрической мощности, предпочтительно выполняется, когда выполняется предопределенное количество циклов заряда и разряда конденсатора, причем величина электрической мощности, которая должна быть передана, зависит от предопределенного количества циклов.

Способ измерения, предпочтительно, содержит этап, на котором корректируют величины или количества электрической мощности, чтобы скорректировать нелинейность датчика тока выше рабочего диапазона, ошибки из-за тока утечки и/или ошибки из-за времени обработки и передачи.

Способ измерения, предпочтительно, содержит этап, на котором передают обратное сообщение из приемника сообщения электрической мощности, причем это обратное сообщение содержит данные, представляющие разность фаз между напряжением и током, величину электрического напряжения, количество циклов заряда-разряда до передачи сообщения, параметры корректировки и/или скорректированную величину электрической мощности.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает устройство измерения электрической мощности с беспроводной линией связи, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 изображает схему устройства, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.3 изображает схему устройства, согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.4A и 4B изображают временные диаграммы зарядов и разрядов конденсаторов в устройствах, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;

Фиг.5A и 5B изображают содержимое сообщений, передаваемых в устройствах, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;

Фиг.6A-6D изображают первый режим работы устройства, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.7A-7C изображают второй режим работы устройства, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.8 изображает структурную схему приемника сообщения, согласно устройству одного варианта осуществления настоящего изобретения;

Фиг.9 и 10 изображают первую схему последовательности операций способа, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения; и

Фиг.11 изображает вторую схему последовательности операций способа. согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Фиг.1 изображает устройство измерения электрической мощности с беспроводной линией для передачи импульсов, представляющих предопределенное количество электрической мощности. Это устройство содержит часть 1 передатчика с датчиком 2 тока, предназначенным для обеспечения вторичного тока Is измерения, являющегося показателем первичного тока Ip, протекающего в первичном электрическом проводнике 3. Ток Is обрабатывается посредством электронного модуля 4, чтобы передать радиосообщения, представляющие количество электрической мощности. Электрическая мощность определяется путем интегрирования тока, тогда как напряжение системы оценивается или измеряется в ином месте посредством другого средства. Когда достигается некоторое количество электрической мощности, импульс в форме сообщения передается в удаленный приемник 5. Приемник принимает сообщения и обрабатывает данные электрической мощности, в частности, путем сохранения и отображения величин на экране 6.

Фиг.2 изображает схему устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Датчик 2 тока подает вторичный ток Is измерения, являющийся показателем первичного тока Ip, в электронную схему измерения и выпрямления. Таким образом, датчик соединен с выпрямительным мостом 7 с четырьмя диодами 8. На выходе выпрямительного моста выпрямленный ток Ir подается на интегрирующий конденсатор 9. В этом случае конденсатор, интегрирующий электрический ток, соединен с датчиком тока через средство выпрямления тока. Напряжение Vc на контактах конденсатора представляет ток, интегрированный по времени, и, соответственно, электрическую мощность, поскольку напряжение V основной системы известно и постоянно, так же как и разность фаз и коэффициент мощности. Это устройство также содержит схему обработки, соединенную с электронной схемой измерения и выпрямления и передатчиком, который соединен со схемой 10 обработки для передачи сообщений через сеть беспроводной связи в приемник 5 измерений электрической мощности. Устройство функционирует в два этапа. На первом этапе происходит интегрирование или накопление тока Ir в конденсаторе 9, чтобы получить напряжение, являющееся показателем количества электрической мощности. Далее, на втором этапе инициируется передача сообщения, когда количество электрической мощности достигает предопределенного уровня.

В этом варианте осуществления устройство содержит детектор 12 порогового напряжения, соединенный с конденсатором 9, чтобы детектировать превышение предопределенного напряжения на интегрирующем конденсаторе 9. Переключатель 13, управляемый детектором 12 пороговой величины, инициирует подачу питания на схему 10 обработки и передатчик 11 посредством электрической мощности, накопленной в конденсаторе, когда напряжение на интегрирующем конденсаторе превысило предопределенное пороговое напряжение. В этот момент схема 10 обработки и передатчик 11 передают сообщение электрической мощности, представляющее количество электрической мощности или интегрирование тока, который протек в первом электрическом проводнике. Переключатель 13, предпочтительно, представляет собой компонент тиристорного типа, который автоматически останавливает включение при токе, который меньше тока удержания. Этот компонент тиристорного типа также может быть заменен на сборки из тиристоров со схожими характеристиками, причем управление осуществляется посредством входного или инициирующего электрода, а остановка включения осуществляется посредством понижения протекающего тока. Детектор 12 порогового напряжения, предпочтительно, представляет собой компонент опорного напряжения с низким током утечки, чтобы ограничивать ток утечки в течение заряда конденсатора. Резистор 14, соединенный параллельно с источником питания схем 10 и 11, обеспечивает возможность протекания минимального тока, чтобы гарантировать включение тиристора 13.

На втором этапе работы обработка и передача сообщения должны быть выполнены быстро. Время, требуемое для этого процесса, должно быть короче, чем время заряда конденсатора, причем это время, предпочтительно, известно и откалибровано. В конце этого второго интервала разряд конденсатора должен быть выполнен быстро, чтобы запустить новый цикл. Следовательно, устройство содержит высокоскоростную схему разряда, чтобы разряжать конденсатор в конце цикла передачи. Эта высокоскоростная схема разряда содержит резистор 15 малой величины, соединенный последовательно с транзистором 16, управляемым схемой 10 обработки в конце цикла. Когда конденсатор разряжается, ток тиристора становится небольшим или близким к нулю, в результате чего тиристор автоматически выключается. Питание электрической схемы после конденсатора 9 останавливается, и можно повторно запустить зарядку конденсатора 9.

Электрическая мощность при резистивном заряде без разности фаз может быть выражена посредством интеграла произведения напряжения V и тока I.

E = ∫V(t)I(t)dt

Поскольку предполагается, что напряжение остается постоянным, по меньшей мере, в течение интервала между двумя сообщениями, электрическая мощность может быть выражена следующим образом:

E = V ∫I(t)dt

Электрическая мощность E и напряжение V определяются в приемнике, соответственно, часть, которую называют передатчиком, представляет интеграл тока I:

∫I(t)dt,

где dt определяется временным интервалом между двумя сообщениями. Напряжение Vc на интегрирующем конденсаторе представляет интеграл тока. Когда сообщение передается, оно, следовательно, представляет количество электрической мощности. Эта величина также может быть использована для определения средней величины первичного тока.

Интегрирование I также представляет количество электрического тока, который протек в первичном электрическом проводнике Ip. Вычислительное средство, таким образом, может быть установлено в схеме 10 обработки и/или в модуле обработки приемника, чтобы вычислять среднюю величину первичного тока Ip.

Фиг.3 представляет собой схему устройства согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления схема 10 обработки и передатчик 11 могут работать двунаправленным образом. Устройство также содержит детектор 17 перехода через нуль тока, который подключен, например, между входом выпрямительного моста 7 и входом схемы 10 обработки. В этом случае передача сообщения электрической мощности задерживается до тех пор, пока не будет детектирован переход через нуль. Это ожидание позволит приемнику вычислить временную задержку между моментом перехода через нуль напряжения переменного тока основной системы питания и переходом через нуль тока, что выражается приемом сообщения электрической мощности. В частности, время между этими переходами через нуль используется для вычисления разности φ фаз между током и напряжением и/или коэффициента мощности или косинуса φ установки.

На фиг.3 также проиллюстрирована защитная схема, состоящая из резистора 18 и диода 19 для защиты от перенапряжений. Эта схема предотвращает нарушение работы устройства от помех, которые распространяются по проводнику 3 основной системы питания. Резистор 18 имеет низкое сопротивление, чтобы не нарушать общий импеданс схемы, а диод 19 выбирается из диодов с очень малым током утечки, чтобы предотвратить любое шунтирование тока Ir в течение зарядки конденсатора 9. На этой схеме высокоскоростная схема разрядки содержит резистор 15 и транзистор 20, которые соединены параллельно конденсатору 9, чтобы полностью разряжать конденсатор без необходимости противостоять прямому напряжению из тиристора или остановки его проводимости при малом токе. Для обеспечения совместимости с разными опорными линиями транзистор 21, принимая в качестве опорной положительную линию, подает команду транзистору 20 через диод 24, не проводящий в обратном направлении. Схема задержки, состоящая из резистора 22 и конденсатора 23, продолжает подавать команду разряда транзистору 20 в течение короткого времени, даже если на схему 10 больше не подается питание.

Фиг.4A и 4B иллюстрируют временные диаграммы зарядов и разрядов конденсатора 9 в устройствах согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. На фиг.4A ток имеет большое значение, и заряд и разряд осуществляется в течение короткого периода T. На фиг.4B ток меньше, а период T длиннее. Сообщение, представляющее единицу электрической мощности, передается через интервалы te. Эти сообщения могут передаваться после завершения каждого заряда конденсатора или согласно предопределенному количеству N зарядов, чтобы предотвратить образование слишком большого количества сообщений, когда ток имеет большое значение и заряды конденсатора происходят очень часто. Сокращение количества сообщений также сокращает плотность сообщений в сети связи.

Фиг.5A и 5B изображают содержимое сообщений, передаваемых и/или принимаемых в устройствах согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Ссылаясь на фиг.5A, первое переданное сообщение 25 содержит преамбулу 26, данные 27 синхронизации, идентификатор 28 передатчика и/или источника, данные 29, представляющие электрическую мощность, и данные 30 конца передачи или управления. Данные 29 могут представлять собой фиксированную величину, ассоциированную, в частности, с данными количества импульсов, переменную величину, приращиваемую на каждом импульсе или передаче, переменную величину, ассоциированную с количеством N циклов заряда, или величину накопленной электрической мощности. Сообщения электрической мощности, передаваемые передатчиком, содержат данные количества импульсов и/или данные измерения электрической мощности.

Ссылаясь на фиг.5B, из приемника получают ответное второе сообщение 31. Такое сообщение используется, в частности, для настройки параметров схемы обработки и передатчика. Обратное сообщение 31 содержит преамбулу, данные 33 синхронизации, идентификатор 34 цели или приемника, данные 35 для количества N ожиданий для заряда между передачами, разность фаз или коэффициент 36 мощности, определяемый приемником, величину 37 напряжения системы питания, один или более коэффициентов 38 корректировки электрической мощности, и/или данные 39 конца передачи или управления. В этом случае схема обработки содержит средство корректировки, чтобы локально корректировать величины данных электрической мощности согласно параметрам, которые либо загружаются предварительно, либо передаются посредством предыдущих обратных сообщений.

Фиг.6A-6D представляют собой иллюстрации первого режима работы устройства согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.6A график Vc представляет напряжение заряда конденсатора 9. В момент t1 конденсатор начинает заряжаться за счет выпрямленного тока Ir из датчика, и после этого в момент t2 достигается пороговое значение Svc заряда. Переключатель 13 включается, что проиллюстрировано посредством кривой 40 статуса на фиг.6B, и подает команду включения питания схемы обработки и схемы передачи. На фиг.6C график 41 иллюстрирует передачу сообщения мощности между моментами t3 и t4. График 42 на фиг.6D иллюстрирует команду разряда конденсатора между моментом t4 и моментом t5 полного разряда.

Фиг.7A, 7B и 7C иллюстрируют график Vc напряжения заряда конденсатора 9, график 41 передачи сообщения и график 42 команды разряда конденсатора 9 соответственно. После превышения порогового значения и момента t2 команды включения питания схемы схема обработки ожидает следующего события перехода через нуль, чтобы инициировать передачу сообщения электрической мощности. На фиг.7A ожидание длится в течение периода Tz. Такая задержка позволяет синхронизировать передачу сообщения с переходом через нуль, в результате чего приемник получает возможность вычислить чередование перехода через нуль напряжением сети и током. Такое временное чередование между током и напряжением может быть использовано для вычисления разности фаз и коэффициента мощности.

Фиг.8 представляет собой структурную схему приемника сообщения согласно устройству одного варианта осуществления настоящего изобретения. Сообщения принимаются приемником 50 и обрабатываются модулем 51 принятых сообщений. Модуль 52, соединенный с модулем 51, выполняет коррекцию принятых величин электрической мощности. Ошибки измерения электрической мощности могут быть обусловлены нелинейностями датчика при низком уровне тока из-за намагничивания магнитной цепи, из-за токов утечки в компонентах, из-за высокого уровня насыщения магнитной цепи, и/или из-за времени обработки, передачи и разряда, поскольку для больших величин токов это время больше не может рассматриваться как пренебрежительно малое по сравнению со временем заряда конденсатора 9. Эти ошибки известны или измеримы, когда выполняется настройка параметров, и они могут быть скорректированы в приемниках посредством коэффициентов корректировки или таблиц в модуле 52. Модуль 53 обрабатывает величины электрической мощности, выполняя промежуточные вычисления накопленных величин или путем извлечения электрической мощности. В зависимости от этих сообщений он приращивает показание измерителя электрической мощности. Модуль 54 принимает сигнал V напряжения и синхронизацию поступления сообщения из модуля 51. Он определяет величину напряжения V для вычисления электрической энергии и мощности, а также чередования между переходом через нуль напряжения V и сигналом приема сообщения, представляющим переход через нуль тока Is. Это чередование будет использоваться для определения разности фаз между напряжением и током, а также для определения коэффициента мощности. Эти величины предоставляются в модуль 53, который завершает вычисления активной или реактивной электрической мощности. Модуль 53 может хранить величины электрической мощности в модуле 55 хранения данных, передавать их через схему 56 связи или отображать их на экране 57. Модуль 58 подготавливает обратный сигнал для определенных передатчиков в целях настройки или модификации настроек параметров. В частности, обратные сообщения содержат величины новой единицы электрической мощности, величины разности фаз или коэффициента мощности, величины напряжения в случае, когда единица электрической мощности может вычисляться локально в передатчике, и/или величины количества N, чтобы определить количество зарядов и разрядов до передачи сигнала.

Фиг.9 и 10 представляют собой иллюстрации первой схемы последовательности операций способа согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. На этапе 60 выполняют зарядку конденсатора 9 посредством вторичного тока, являющегося показателем тока, который протекает в электрическом проводнике. На этапе 61 активируют включение переключателя, когда напряжение конденсатора превышает предопределенное пороговое значение Svc. На этапе 62 подают питание на схему обработки за счет заряда конденсатора посредством переключателя. Далее, на этапе 63 выполняют подготовку и передачу сообщения мощности, представляющего количество электрической мощности или интеграл тока, который протекал в первичном электрическом проводнике. В конце передачи сообщения на этапе 64 подают команду полного разряда конденсатора и на этапе 65 подают команду остановки включения переключателя.

Ссылаясь на фиг.10, на этапе 66 приемник принимает сообщение, представляющее количество электрической мощности. На этапе 67 приемник выполняет приращение показания измерителя электрической мощности. На этапе 68 выполняют коррекцию величин или количества электрической мощности, чтобы скорректировать нелинейность датчика тока в рабочем диапазоне, ошибок из-за тока утечки и/или ошибок из-за времени обработки и передачи. На этапе 69 вычисляют величины электрической мощности или временные или накопленные величины энергии.

Фиг.11 представляет собой иллюстрацию второй схемы последовательности операций способа согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Этапы этого способа являются дополнительными или интегрированными в этапы схемы последовательности операций с фиг.9 и 10. На этапе 70 после превышения пороговой величины напряжения и подачи питания на схему обработки выполняют вычисление единицы электрической мощности согласно постоянной, зависящей от цикла заряда конденсатора и данных, принятых в течение предыдущего цикла. Эти данные, в частности, представляют собой величину электрического напряжения сети питания, величину разности фаз или коэффициент мощности между электрическим током и напряжением или величину единицы электрической мощности. На этапе 71 величину накопленной электрической мощности приращивают на новую величину, вычисленную на этапе 70, чтобы получить общую величину электрической мощности. На этапе 72 выжидают или отсчитывают предопределенное количество N циклов заряда и разряда конденсатора 9 до передачи сообщений электрической мощности. Так, количество электрической мощности будет пропорционально предопределенному количеству циклов, либо оно будет накапливаться в течение этого количества циклов, если упомянутые величины являются комплексными и отличаются для каждого цикла. На этапе 73 подготавливают сообщение, представляющее количество электрической мощности, причем это сообщение содержит данные величины полной электрической мощности. На этапе 74 ожидают перехода через нуль вторичным током, чтобы передать сообщение, представляющее количество электрической мощности. Это выжидание позволяет приемнику вычислить чередования переходов через нуль током и напряжением сети питания при получении сообщения. Так, на этапе 75 передают комплексное сообщение, в котором могут содержаться величины мгновенной или временной мощности, величина накопленной электрической мощности между двумя передачами и величина полной электрической мощности. После передачи сообщения электрической мощности, на этапе 76 принимают обратное сообщение из приемника, которое содержит величины корректировки и настройки параметров. Это обратное сообщение предварительно подготавливают приемником, который передает его обратно автоматически после приема сообщения электрической мощности. На этапе 77 указывают окончание включения переключателя и подают команду полного разряда конденсатора 9.

На этапе 78 в приемнике детектируют момент перехода через нуль электрическим напряжением сети питания. Далее, посредством приемника определяют величину, представляющую разность фаз между напряжением и током в соответствии с моментом перехода через нуль напряжением и моментом приема сообщения электрической мощности. На этапе 79 принятое сообщение электрической мощности обрабатывают, чтобы вычислить данные электрической энергии, мощности или средней величины тока. Эти данные, например, могут быть сохранены, переданы, отображены или обработаны для других функций управления электрической мощностью. На этапе 79 подготавливают обратное сообщение, которое должно быть передано обратно в ответ на последующий прием сообщения электрической мощности. Обратное сообщение, принятое на этапе 76 и переданное из приемника, содержит, например, данные, представляющие разность фаз между напряжением и током, величину электрического напряжения, количество N циклов заряда-разряда до передачи сообщения, параметры корректировки и/или скорректированную величину электрической мощности.

Связи между передатчиками, описанные выше, предпочтительно являются беспроводными радиолиниями, в которых радиопередатчики являются автономными. Эти связи также могут быть оптическими, и в этом случае применяются инфракрасные передатчики и приемники. Сообщения также могут быть переданы через проводную линию связи, в которой передатчик питается посредством датчика тока.

Беспроводная радиолиния связи, используемая между передатчиком и приемником, предпочтительно, реализуется согласно технологии "ZigBee" ассоциации "ZigBee Alliance". Датчик 2 тока, предпочтительно, представляет собой трансформатор тока с замкнутой катушкой или открытым магнитным контуром для легкой установки на электрические проводники. Конденсатор 9, предпочтительно, имеет очень большую емкость, например, от 500 до 100 микрофарад и очень малый ток утечки. Схема 12 детектирования порогового напряжения представляет собой схему с очень малым током утечки, причем пороговое напряжение, предпочтительно, составляет от 3 до 5 вольт, чтобы обеспечивалась небольшая нагрузка на датчик. Диоды 8, предпочтительно, представляют собой диоды Шотки с низким напряжением постоянного тока.

Сообщения электрической мощности, передаваемые настоящим устройством, могут быть нескольких типов. Так, они могут содержать простые идентификаторы и/или идентификаторы со счетчиками, которые увеличиваются приращениями при каждой передаче сообщения, и/или сообщения с величиной единицы электрической мощности, и/или сообщения с локально откорректированной величиной электрической мощности, и/или сообщения с накопленными величинами электрической мощности.

Настоящее изобретение относится к устройству для измерения электрической мощности. Устройство содержит датчик (2) тока, электронную схему (7) измерения и выпрямления, схему (10) обработки и передатчик (11), соединенные со схемой обработки для передачи сообщения электрической мощности в приемник (5) измерения электрической мощности. Интегрирующий конденсатор (9) электрического тока соединен с датчиком (2) тока через средство (8) выпрямителя. В переключатель (13) подается команда из детектора (12) порогового значения, чтобы инициировать подачу питания в схему (10) обработки и передатчик посредством электрической мощности, накопленной в конденсаторе, когда его напряжение (Vc) превысило предопределенное пороговое значение (Svc). После этого передается сообщение электрической мощности, представляющее количество электрической мощности. Способ измерения электрической мощности содержит этап передачи (63) сообщения электрической мощности, когда напряжение конденсатора достигает порогового напряжения (Svc). Технический результат заключается в возможности измерения электрической мощности без использования внешнего источника питания. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство измерения электрической мощности, содержащее:
- по меньшей мере, один датчик (2) тока, предназначенный для подачи вторичного тока (Is) измерения, являющегося показателем первичного тока (Ip), который протекает в первичном электрическом проводнике (3),
- электронную схему (7) измерения и выпрямления, соединенную с, по меньшей мере, одним датчиком (2) тока,
- схему (10) обработки, соединенную с электронной схемой (7) измерения и выпрямления, и
- передатчик (11), соединенный со схемой обработки для передачи сообщений по сети беспроводной связи в приемник (5) измерения электрической мощности,
отличающееся тем, что оно содержит:
- интегрирующий конденсатор (9) электрического тока, соединенный, по меньшей мере, с одним датчиком (2) тока через средство (8) выпрямителя тока,
- средство (12) детектирования порогового напряжения, соединенное с интегрирующим конденсатором (9) для детектирования превышения предопределенного порогового напряжения (Svc) на интегрирующем конденсаторе (9),
- средство (13) переключения, управляемое средством (12) детектирования порогового значения, чтобы включать электрическое питание схемы (10) обработки и передатчика (11) с использованием мощности, накопленной на интегрирующем конденсаторе, когда электрическое напряжение (Vc) на интегрирующем конденсаторе превышает предопределенное пороговое напряжение (Svc), причем после этого схема (10) обработки и передатчик (11) передают сообщение электрической мощности, представляющее количество электрической мощности или количество электрического тока, который протек через первичный электрический проводник.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство (13) переключения состоит из компонента тиристорного типа, который останавливает включение при токе, который меньше удерживающего тока, и средства (12) детектирования, которое находится в компоненте опорного напряжения с малым током утечки на входе.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что содержит средство (15, 16, 20-24) разряда, предназначенное для разряда интегрирующего конденсатора (9) в конце цикла передачи.

4. Устройство по любому из п.1 или 2, отличающееся тем, что сообщения (25, 63) электрической мощности, переданные передатчиком, содержат данные (29) количества импульсов.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что сообщения (25, 63) электрической мощности, переданные передатчиком, содержат данные (29) количества импульсов.

6. Устройство по любому из пп.1, 2, 5, отличающееся тем, что сообщения (25, 63) электрической мощности, переданные передатчиком, содержат данные (29) измерения электрической мощности или данные измерения количества тока.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что сообщения (25, 63) электрической мощности, переданные передатчиком, содержат данные (29) измерения электрической мощности или данные измерения количества тока.

8. Устройство по любому из пп.1, 2, 5, 7, отличающееся тем, что оно содержит средство (17) детектирования перехода тока через нуль, причем сообщение электрической мощности передается при детектировании перехода через нуль.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что оно содержит средство (17) детектирования перехода тока через нуль, причем сообщение электрической мощности передается при детектировании перехода через нуль.

10. Устройство по любому из пп.1, 2, 5, 7, 9, отличающееся тем, что схема (10) обработки содержит средство (70) корректировки для локальной корректировки величин данных электрической мощности согласно параметрам, которые либо предварительно загружены, либо переданы посредством предыдущих обратных сообщений.

11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что схема (10) обработки содержит средство (70) корректировки для локальной корректировки величин данных электрической мощности согласно параметрам, которые либо предварительно загружены, либо переданы посредством предыдущих обратных сообщений.

12. Устройство по любому из пп.1, 2, 5, 7, 9, отличающееся тем, что содержит средство (10, 53) для вычисления средней величины первичного тока (Ip), которое встроено в схему (10) обработки и/или в модуль (53) обработки приемника.

13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что содержит средство (10, 53) для вычисления средней величины первичного тока (Ip), которое встроено в схему (10) обработки и/или в модуль (53) обработки приемника.

14. Способ измерения электрической мощности, отличающийся тем, что он содержит этапы, на которых:
- заряжают (60) интегрирующий конденсатор (9) посредством вторичного тока, являющегося током, протекающим в электрическом проводнике (3),
- включают (61) переключатель (13), когда напряжение интегрирующего конденсатора (9) превышает предопределенное пороговое значение (Svc),
- подают (62) в схему обработки напряжение заряда интегрирующего конденсатора (9) через переключатель (13),
- подготавливают и передают (63) сообщение электрической мощности, представляющее количество электрической мощности или количество электрического тока, который протек в первичном электрическом проводнике,
- подают (64) команду полного разряда конденсатора, и
- останавливают (65) включение переключателя.

15. Способ измерения по п.14, отличающийся тем, что содержит этапы, на которых:
- принимают (66) сообщение, представляющее количество электрической мощности, посредством приемника, и
- увеличивают (67) показание измерителя электрической мощности.

16. Способ измерения по п.14, отличающийся тем, что содержит этапы, на которых:
- принимают (76) из приемника обратное сообщение, содержащее величины корректировки и величины установки параметров, и
- подготавливают и передают (70, 73, 75) сообщение электрической мощности, представляющее количество электрической мощности с данными величины полной электрической мощности.

17. Способ измерения по п.15, отличающийся тем, что содержит этапы, на которых:
- принимают (76) из приемника обратное сообщение, содержащее величины корректировки и величины установки параметров, и
- подготавливают и передают (70, 73, 75) сообщение электрической мощности, представляющее количество электрической мощности с данными величины полной электрической мощности.

18. Способ измерения по любому из пп.14, 15, 16, отличающийся тем, что содержит этапы, на которых:
- ожидают (74) перехода вторичного тока через нуль для передачи сообщения, представляющего количество электрической мощности,
- детектируют (78) момент перехода через нуль электрическим напряжением посредством приемника, и
- посредством приемника определяют (78) величину, представляющую разность фаз между напряжением и током в соответствии с моментом перехода через нуль напряжения и моментом приема сообщения электрической мощности.

19. Способ измерения по любому из пп.14, 15, 16, отличающийся тем, что передачу (75) сообщений электрической мощности выполняют, когда выполняется предопределенное количество (N) циклов заряда и разряда конденсатора, причем величина электрической мощности, которая должна быть передана, зависит от предопределенного количества циклов.

20. Способ измерения по п.18, отличающийся тем, что передачу (75) сообщений электрической мощности выполняют, когда выполняется предопределенное количество (N) циклов заряда и разряда конденсатора, причем величина электрической мощности, которая должна быть передана, зависит от предопределенного количества циклов.

21. Способ измерения по любому из пп.14, 15, 16, 20, отличающийся тем, что содержит этап, на котором корректируют (68) величины или количества электрической мощности для корректирования нелинейности датчика тока выше рабочего диапазона, ошибок из-за токов утечки и/или ошибок из-за времени обработки и передачи.

22. Способ измерения по п.18, отличающийся тем, что содержит этап, на котором корректируют (68) величины или количества электрической мощности для корректирования нелинейности датчика тока выше рабочего диапазона, ошибок из-за токов утечки и/или ошибок из-за времени обработки и передачи.

23. Способ измерения по любому из пп.14, 15, 16, 20, 22, отличающийся тем, что содержит этап, на котором передают (76) обратное сообщение (31) из приемника сообщения электрической мощности, причем это обратное сообщение содержит данные, представляющие разность (φ, 36) фаз между напряжением и током, величину (V, 37) электрического напряжения, количество (N, 35) циклов заряда-разряда до передачи сообщения, параметры (38) корректировки и/или скорректированную величину электрической мощности.

24. Способ измерения по п.21, отличающийся тем, что содержит этап, на котором передают (76) обратное сообщение (31) из приемника сообщения электрической мощности, причем это обратное сообщение содержит данные, представляющие разность (φ, 36) фаз между напряжением и током, величину (V, 37) электрического напряжения, количество (N, 35) циклов заряда-разряда до передачи сообщения, параметры (38) корректировки и/или скорректированную величину электрической мощности.