Счетчик эектроэнергии Советский патент 1985 года по МПК G01R21/133 

пульсов, входом первого делителя частоты, первым входом пятого элемента И, первым входом распределителя импульсов и через второй делитель частоты с вторым входом распределителя, третий вход которого подключен через третий дешифратор к разрядным выходам третьего счетчика, а выходы - .к входу разрешения записи третьего счет чика и второму входу пятого элемента И, выход которого подключен к счетному входу третьего счетчика, информащюнные входы которого соединены с разрядными выходами второго счетчика, причем вторые входы третьего и четвертогоэлементов И являются входами, а второй выход распределителя 1 80 импульсов - выходом генератора импульсной последовательности с синусоидально изменяющимся коэффициентом заполнения. 3. Счетчик по п. 1, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединённые инвертор и третий ключ, выводы которого соединены с выходами масштабного преобразователя тока, выполненного в виде трансформатора тока, средний вывод вторичной обмотки которого подключен, к общему проводу, причем вход инвертора подключен к выходу генератора импульсной последовательности с синусоидально изменяющимся коэффициентом заполнения.

.1. СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, содержащий преобразователь произведения знакопеременного тока и постоянного напряжения в частоту, выходы которого соединены с соответствующими входами реверсивного счетчика, вход напряжения через выпрямитель подключен к выходу масштабного преобразователя напряжения и входу детектора полярности, а токовый вход к прямому и инверсному выходам масштабного преобразователя, тока соответственно через первый и второй ключи, управляющие входы которых подключены соответственно к пря14ому и инверсному выходам детектора полярности, о тличающийся тем, что, с целью повьппения точности измерения, в него введены два элемента И и генератор импульсной последовательности с синусоидально изменяющимся коэффициентом заполнения, причем управляющие входы ключей соединены с соответствующими выходами детектора полярности через соответствующие элементы И, другие входы которых подключены к выходу генератора импульсной последовательности с синусоидально изменяющимся коэффициентом заполнения, входы которого подключены к соответствующим выходам детектора полярности.- , 2. Счетчик по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что генератор импульсной последовательности с синусоидально изменяющимся коэффициентом заполнения содержит генератор импульсов, два делителя частоты, три счетчика, три дешифратора, три триггера, распределитель импульсов, два элемента ИЛИ, а также третий, четвертый, пятый элементы И и косинусный цифро-частртный преобразователь, информационные входы которого соединены с разрядньми выходами первого ; счетчика и входами первого и второго (Л дешифраторов, тактовый вход - с выходом первого делителя частоты и счетным входом первого счетчика, а выход - со счетным .входом второго счетчика, выходы первого и второго дешифраторов подключены соответственно к установочным входам первого и FO второго триггеров, входы сброса коо торых соединены с выходом первого ND Х элемента ИЛИ и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу первого триг-О гера, а выход - к входам сброса первого и второго счетчиков, входы управления реверсом которых соединены с выходом второго триггера, выходы третьего и четвертого элементов И подключены к входам первого элемента ИЛИ, а первые входы - соответственно к прямому и инверсному выходам третьего триггера, информационный .вход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, а тактовый вход - с выходом генератора им

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в системах учета и контроля потребления электроэнергии.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого счетчика; на фиг. 2 принципиальная схема предлагаемого счетчика электроэнергии; на фиг. 3 временные диаграммы напряжений, поясняющие работу счетчика; на фиг.Авариант схемы.генератора импульсов.

Счетчик электроэнергии содержит преобразователь 1 произведения знакопеременного тока и постоянного напряжения в частоту, выходы которого подключены к входам реверсивного счетчика 2, токовый вход через ключи 3 и 4 - к прямому и инверсному выходам масштабного преобразователя 5 тока, а вход напряжения через выпрямитель 6 - к выходу масштабного преобразова-теля 7 напряжения, детектор 8 полярности, вход которого подключен к выходу масштабного преобразователя 7 напряжения, первый 9 и второй 10 элементы И и генератор 11 импульсной последовательности с синусоидально изменяющимся коэффициентом заполнения, входы 12 и 13 которого подключены соответственно к прямому и инверсному вьтходам детектора 8 и

к первым входам элементов И 9 и 10, вторые входы которых соединены с выходом генератора 11, а выходы - с управляющими входами ключей 3 и А соответственно.

Применение генератора 11 импульсной последовательности с синусоидально изменяющимся коэффициентом заполнения избавляет от необходимости применения традиционного широтно-импульсного модулятора со- сравнивающим устройством, вносящим большие погрешности, появляется возможность получить высокую стабильность фрон|тов, если реализовать генератор 11 на дискретных логических элементах.

Генератор 11 импульсной последовательности с синусоидально изменяющимся коэффициентом заполнения содержит делители 14 и 15 частоты, входы которых подключены к выходу генератора 16 импульсов, счетчики 17 - 19, дешифраторы 20 - 22, косинусный цифро-частотный преобразователь 23, триггеры 24 - 26, третий 27, четвертый 28 и пятый 29 элементы И, элементы ИЛИ 30 и 31 и распределитель 32 импульсов, при этом счетный вход счетчика 17 соединен с выходом делителя 14 частоты, а выходы соединены с входами косинусного цифро-частотного преобразователя 23, а также дешифраторов 20 и 21, выходы которых 3 соединены соответственно с установоч ными входами триггеров.24 и 25, причем выход последнего соединен с входом управления реверсом счетчиков 17 и 18, вторые входы третьего 27 .и чет вертого 28 элементов И соединены соответственно с прямым и инверсным выходами детектора 8, инверсный выход которого соединен также с D-BXOдом триггера 26, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с- первьми входами третьего 27 и четвёртого 28 элементов И, выходы которых через элемент ИЛИ 30 соединен с входами сброса триггеров 24 и 25 и первым входом элемента ИЛИ 31,: второй вход которого соединен с выходом триггера 24, а выход - с входа ми сброса счетчиков 17 и 18, тактовы вход косинусного цифро-частотного пр образователя 23 соединен с выходом делителя 14 частоты, а выход - со счетным входом счетчика 18, первый вход 33 распределителя 32 импульсов соединен с выходом генератора 16, второй вход 34 - с выходом делителя 15 частоты, первый выход 35 - с входом разрешения записи счетчика 19, информационные входы которого соединены с разрядными выходами счетчика 18, счетный вход - с выход9м пятого элемента И 29, а выходы через дешифр тор 22 - с третьим входом 36 распределителя 32 импульсов, второй,вход пятого элемента И 29 соединен с выходом генератора 16, а первый вход с вторым выходом 37 распределителя 32 импульсов и выходом 38 генератора 11 импульсной последовательности. Счетчик также содержит последовательно соединенные инвертор 39 и ключ 40, выводы которого соединены с выходами масштабного преобразовате ля 5 тока, а вход инвертора - с вько дом 38 генератора 11. Счетчик электроэнергии работает . следзтощим образом. Входное напряжение (фиг. За) поступает через масштабный преобразователь 7 напряжения на вход детектора 8, на выходе которого формируется либо единичное , либо нулевое значение напряжения в соответствии со знаком напряжения сети (фиг. Зб), а также инверсный сигнал (фиг. За). При единичном значении напряжения открьгоается по второму входу первый элемент И 9 и при наличии единичного 80 сигнала на его первом входе единичное напряжение на выходе элемента И 9 открывает ключ 3, который подключает прямой выход масштабного прёобрааавателя 5 тока к nepBosiy входу преобразователя 1, аналогично при отрицательном знаке напряжения ключ 4, управляемый с инверсного выхода детектора 8 через второй элемент И 10, подключается первый вход преобразователя 1 к инверсному выходу йасштабного преобразователя 5 тока. На вто1)ой вход преобразователя 1.с выхода выпрямителя 6 подается постоянное напряжение, пропорциональное напряжению сети. На первые входы первого 9 и второго 10 элементов И с выхода генератора 11 подается импульсная после-, довательность, коэффициент заполнения которой .изменяется пропорционально абсолютной величине синуса от фазового значения напряжения сети. Синхронизация генератора 11 по фазе си-. нусоидальной модуляции .осуществляется с выходов детектора 8 в моменты . изменения значений напряжений, поступающих на входы 12 и 13. Частоты импульсов на выходе преобразователя 1 равна произведению модулированного по синусоидальному закону тока I(t) на постоянное напряжение и псшученное на выходе выпрямителя 6. Це-. на каждого импульса на выходе преобразователя 1 равна постоянному приращению активной знергии Л W, которая получается как и sincotdt. №1пульсы формируются на первом ыходе преобразователя 1 и подаются а сяетный вход реверсивного счетчи- а 2. На. втором выходе преобразоватея 1 формируется напряжение признаа полярности, которое подается на ход направления счета реверсивного четчика 2. В случае применения четчика 2 с раздельными счетными : ходами, на первом выходе преобразоателя 1 формируются импульсы при оложительной мгновенной мощности, на втором - при отрицательной. В еверсивном счетчике 2 накапливается лгебрическая сумма импульсов, проорциональная потребляемой активной нергии.. Генератор 11 работает следующим бразом.

Напряжение с инверсного выхода детектора 8 поступает на D-вход триггера 26, на вход синхронизации которого подается напряжение с выхода генератора 16. На триггере 26 форми-руются прямоугольные импульсы-, задержанные по отношению к сигналу на D-входе на период следования импульсов генератора 16 (примерно на одну микросекунду). На входы третьего элемента И 27 подаются неинвертированный сигнал с выхода детектора 8 (фиг. 36) и инвертированный задержанный сигнал с выхода триггера 26 (фиг. Зв). На выходе третьего элемента И 27 формируется короткий импульс (фиг. Зг) в момент изменения знака напряжения (фиг. За) с отрицательного на роложительный. Аналогияно на выходе четвертого элемента И 28 формируется импульс при изменении знака напряжения с положительного на отрицательный. Указанные импульсы поступают на входы элемента ИЛИ 30, на выходе которого формируются импульсы при каждом изменении знака напряжения (фиг. Зд). Каждый импульс через элемент ИЛИ 31 поступает на входы сброса счетчиков 17 и 18, устанавливая их в исходное состояние. Триггеры 24 и 25 также устанавливаются в исходное состояние импульсами с выхода первого элемента ИЛИ 30. При этом единичный сигнал с ин|Версного выхода триггера 25 подается на входы управления реверсом счетчиков 17 и 18, обеспечивая режим прямого счета. Импульсы с выхода делителя 14 частоты поступают на счетный вход счетчика 17 и Ка импульсный вхо косинусного цифро-частотного преобразователя 23.

С изменением двоичного числа, подаваемого на информационные входы цифро-частотного преобразователя 23 с выходов счетчика 17, происходит изменение средней частоты импульсов на выходе преобразователя 23 за счет запрета прохождения определенных импульсов. Частота импульсов меняется в пределах углового значения фазы напряжения от О до

по косинусоидальному закону.

Импульсы с вьпсода косинусного 55 цифро-частотного преобразователя 23 поступают на счетный вход счетчика 18, на выходах которого накапливается число, пропорциональное синусу углового значения напряжения, начиная с момента изменения знака. Когда

выходной код счетчика 17 достигнет

«т значения,соответствующего углу - ,-,

срабатывает дешифратор 21, на установочный вхрд триггера 25 поступает импульс, переводя его в единичное состояние, а счетчики 17 и 18 - в режим регрессивного счета. После реверса число на выходе счетчика 18 убывает по синусоидальному закону при зна1 .1 чениях фазы напряжения от it ,

в соответствии с числом на выходе счетчика 17, которое линейно убывает до нуля.При нулях во всех разрядах счет чика 17 срабатывает дешифратор 20, триггер 24 переходит в единичное состояние, сигнал с его выхода через элемент ИЖ 31 передается на входы сброса счетчиков 17 и 18 и останавливает их счет вплоть до поступления очередного импульса с выхода элемента ИЛИ 30, которьш переводит триггеры 24 и 25 в нулевое состояние, и далее процесс генерирования синусоидальной функции на выходе счетчика 18 повторяется. В случае, если нарушения соответствия между частотой сети и частотой генератора 16 импульс на входы сброса триггеров 24 и 25 приходит раньше формирования сигнала на выходе дешифратора 20, то некоторое малое значение синуса на эыходе счетчика 18 обнуляется. Счетчики 17 и 18 i обнуляются передним фронтом импульса с элемента ИЛИ 31, а триггер 24 - задним фронтом импульса с элемента ИЛИ 30. Импульс с дешифратора 20 формируется более коротким, чем на выходе элемента ИЛИ 30. I

Таким образом, счетчик 18 имеет на выходе код, пропорциональный абсолютной величине синуса от фазового .угла напряжения. Преобразование указанного кода в длительность импульсов t происходит следующим образом. По сигналу с выхода делителя 15 частоты, поступающего на второй вход 34 распределителя 32 импульсов, очередной импульс с выхода генератора 16, поступающий на первый вход 33 распределителя 32 импульсов, проходит на первый выход 35 последнего и на вход управления записью счетчика 19, записывая в него текущее значение синуса с выхода счетчика 18. После этого формируется передний .фронт импульса длительностью в на втором выходе 37 распределителя 32 импульсов. Этот сигнал открывает по первому входу пятый элемент И 29, разрешая проход импульсов генератора 16 на счетный вход счетчика 19, работающего в режиме регрессивного счета. Когда значение кода на выходе счетчика 19 нулевое, срабатывает дешифратор 22,поступает сигнал-на тре тий вход 36 распределителя 32 импульсо по которому образуется задний фронт импульса на втором выходе 37 распре}целителя 32 импульсов,являющимся выходом генератора 11 импульсной после довательности с синусоидально изменяющимся коэффициентом заполнения. Первичный преобразователь 5 тока в предлагаемом счетчике выполнен в виде трансформатора тока с отводом от середины вторичной обмотки, соединенным с общей щиной, при этом выход генератора 11 импульсной после довательности с синусоидально измёня Ю1ЦИМСЯ коэффициентом заполнения че.рез инвертор 39 подключен к управляю щему входу дополнительного ключа 40 выходы которого шунтируют обмотку трансформатора тока. Такое шунтирование обмотки в промежутках между импульсами обеспечива ет режим короткого замыкания вторичной обмотки. Недостаток paccMOTpeijHoro устройства состоит в том, что появляется погрешность измерения электроэнергии при изменении частоты напряжения. Погрешность существенно увеличивается при увеличении сдвига фаз между напряжением и током. Для устранения указанной погрешности можно использовать известную схему фазовой автрподстройки частоты генератора 16 в соответствии с часто той сети (фиг. 4), где в качестве .задающего генератора используется управляемый генератор 41 импульсов, выход которого через делитель 42 частоты подключен к первому входу фазового детектора 43, связанного своим вторым входом с выходом детектора 8. Частота прямоугольного напряжения на выходе делителя 42 частоты номинально равна частоте напряжения сети, т.е. частоте сигнала на выходе детектора 8. Если частоты отличаются, то на выходе фазового детектора 43 появляется напряжение, управляющее частотой генератора. 41 и точно подстраивающее ее в соответствии с частотой напряжения сети. ТаЛим образом, решается задача уменьшения погрешности от изменения частоты напряжения. Предложенный счетчик электроэнергии имеет следующие преимущества по сравненгао с устройствами, осуществляющими широтно-импульсную модуляцию по напряжению: существенно снижаетсяпогрешность, обусловленная нестабильностью фронтов, так как фронты сигналов на выходе генератора импульсной последовательности с синусоидально изменяющимся коэффициентом запрлнения образуются без участия сравнивающего устройства от дискретного устройства; благодаря тому, что широтноимпульсный модулятор при всех значениях напряжения формирует одну и ту же синусоидальную зависимость, имеется возможность выбора оптимального в метрологическом отношении закона модуляции, в частности принять максимальный коэффициент модуляции равным единицеJ благодаря указанной однозначности модуляционной картины могут быть лучше учтены методические пог- решности-модулятора. Так как в предложенном счетчике умножения тока на напряжение.происходит в каждом такте широтно-импульсной модуляции, то искажение синусоидальной формы потребляемого тока дополнительной погрешности не вызывает. Предложенное устройство позволит существенно повысить точность измерения потребляемой энергии. Это дает возможность дополнительной экономии электроэнергии и ее более рационального распределения.

s

JT

г-a

Фиг i rK

pnr -t