СЧЕТЧИК ЭНЕРГИИ ПОСТОЯННОГО ТОКАВСЕСОЮЗНАЯПАТЕНТНО-][ХНГ:^"КАЯБИБЛИОТЕКА Советский патент 1970 года по МПК G01R11/16 

Известные электронные счетчики энергии иостояиного тока, основанные иа умножении двух дискретных величин, одна из которых является результатом нреобразовання тока сети во временные интервалы с постоянной частотой следования, а другая пропорцнональна напряжению сети, не обеспечивают высокой точности учета энергин нрн одновременном нзмененни выходных параметров сетн - тока н напряжения.

Целью изобретения является новышенне точности учета энергии постоянного тока в условиях эксплуатации при одновременном изменении величины тока и напряжения сети до шестикратного увеличения или уменьгнения.

С этой целью счетчик сиабжен формирователем длительности дозирующих импульсов с времязадающим кондеисатором и двумя транзисторами. Эмиттеры транзисторов генераторов тока преобразователя и интегратора через резисторы и нотенциометры подключены к источнику отинрающего нанряжения. Входы иреобразователя и интегратора напряжения соединены резистором каждый со своим выходом, а выход преобразователя тока с токовым входом интегратора соединен через указанный формирователь длительности дозирующих импульсов, входной резистор которого, подключенный вторым концом к общей точке схемы, защунтирован диодом со стороны времязадающего конденсатора формирователя. Эмиттер гервого транзнстора формирователя подключеи к регулируемому от Н1рающему наиряжеиню, Для упрощенпя схемы н повышения надежности работы счетчнка интегратор может быть снабжен транзисторным ключом, эмнттерио-коллекторный переход которого включен между об1цей точкой схемы п базой интегратора тока, которая через конденсатор нрпсоедииепа к выходу интегратора п через резпсюр к плюсу источника питания, соединенного также через резистор с базой ключа. Коллектор генератора тока и соединеиная с ним обкладка накопительного конденсатора прнсоединены к минусу источника питания через переход эмиттер-коллектор первого транзистора порогового устройства н соединенные параллельно диод и переход база-эмнттер второго трапзпстора этого устройства.

На фпг. 1 пзображена блок-схема описываемого счетчнка; на фнг. 2 ц 3 - нринципиальпая электрическая схема счетчика.

Счетчик состоит пз липейного иитегратора }, нреобразователя 2 тока сетн в частоту следования импульсов, формирователя 3 длительности дозирующих импульсов, электромеханпческого счетчика 4 и блока питання (иа чертежах не ноказан). Интегратор / имеет входы 5, 6 и выход 7,

счетчика 4, и содержит транзисторы: ключи 8 и 9, генератор 10 стабильного тока, пороговое устройство на двух транзисторах // н 12. В схему интегратора входят также диод 13, конденсаторы 14 и 15, резисторы 16-24, потенциометр 25 и терморезистор 25 (см. фиг. 2).

Вход 5 интегратора / через резистор 16 соединен с эмиттером транзистора 10 (в дальнейшем Гю и т. д.), коллектор которого соединен с эмиттером Гц и с одний из обкладок конденсатора 14, подключенного своей второй обкладкой к минусу источника С/ис, Коллектор Гц присоединен к базе 7i2. Коллекторноэмиттерный нереход последнего включен между минусом источника Уис1 и базой 7и, на которую резис1орами 21, 22 подан минус источника. Выход 7 интегратора / присоединен к коллектору 7i2, а между эмиттером Гц, и общей точкой схемы включен коллекторноэмиттерный переход ключа Та. Параллельно переходу база-эмиттер Ti2 включен днод 13 в прямом направлении; база Г;„ подключена к общей точке схемы через переход коллектор-эмиттер ключа Т, на базу которого через резистор 19 подан нлюс псточника У„с,. Последний через резистор 18 подключен также к базе Гю, соединенной кондеисатором 15 с выходом 7 интегратора, а через резистор 17 с базой ключа Tg, на которую резистором 20 подан минус псточпика t/ис,; на эмиттер генератора Гю подай плюс псточнпка UKC, через резистор 24 и иотепцпометр 25, который вместе с источником и„ защуитироваи терморезистором 26. Вход 5 генератора соединен с его выходом 7 резистором 23. Выход 7 интегратора 1 через конденсатор 27 соединен с унравляющпм электродом тпрпстора 28, включенным нараллельно электромеханпческому счетчику 29, к обмотке возбуждения которого череЗ вход 30 подано питающее синусоидальное напряжение. Преобразователь 2 так же как и иптегратор / содержит генератор стабильного тока Tyi, пороговое устройство на двух транзисторах 7з2 и , накоиительный конденсатор 34 и источник питания f/исз Преобразователь имеет вход 35, выход 36, резисторы 37-41, иотенниометр 42 и терморезистор 43. Соединение этих элементов подобно соедииению аналогичных элементов интегратора /. Резистор 40 включен между входом 35 преобразователя 2 и его выходом 36. База транзистора 31, коллектор которого соединен с одиой из обкладок коиденсатора 34, непосредственно подключена к общей точке схемы. Преобразователь 2 подключен к ннтегратору / через формпрователь 3. Соединяются эти блоки с помощью диода 44 и конденсатора 45, обе обкладкн которого через соответствующие резисторы 46 и 47 прпсоедииены к общей точке схемы.

Формирователь 3 состоит из кремязадающего конденсатора 48, транзисторов 49 и 50, резисторов 51-54, потенциометра 55 и собран по схеме ждущего мультивибратора. Для компенсации цзме)енпя емкости конденсатора 48

при нагреве одна из его обкладок через диод 56 соединена с общей точкой схемы. Для точной подгонки длительности дозирующих импульсов эмиттер Г48 через резистор 54 и иотенциометр 55 иодключен к плюсу источника ., Выход 57 формирователя 3 через резистор 58 соединен со входом 6 интегратора /. Схема работает следующим образом. Па вход 5 интегратора / подается напряжение t/BXi, пропорциональное напряжению (J сети (от О до 10 в), на вход 35 преобразователя 2 - папряжение LBX, (от О до 3 в), пропорциональное току сети. Если эти напряжения отсутствуют, то TSI

подготовлеи к включению, остальные транзисторы закрыты. При этом напряжение на конденсаторе 34 преобразователя 2 равно нулю, а обе обкладки конденсатора относительно общей точки схемы имеют потепциал, равный

напряжению источника t/ис, (t/on, ). В случае подачи на вход 35 напряжения f/BXj через генератор 31 начинается линейный заряд конденсатора 34 от напряжепия Uon, до t/oni которые являются результатом деления напряжения U„с, оп, -на резисторах 38, 39 при закрытых 732 и з.-ь Uon - на резисторе 59 и переходе эмиттер-коллектор при открытых н 7зз. Когда при закрытых и Гзз напряжеппе па ппжней обкладке кондепсатора 34

достигает напряжепия УОП, , T.-sa и 7зз открываются и конденсатор 34 начиЕюет разряжаться до напряжения

В момепт сравненпя папряжения на конденсаторе 34 с опорным Поп, Тл-2 и Тзд закрываются и цикл повторяется. При этом на выходе 36 иреобразователя возиикают прямоугольпые отрпцательпые импульсы, длительность которых t соответствует времени разряда коиденсатора 34, а длительность периода п частота следования соответственно равТ оп. - оп,)з , . f „ 1

к -,,-г „ /и - - -

и.

f/B

(ОП..) + „УВ,,

где -сопротивление резистора 37, включенного в цепь эмиттера 7;ц.

Преобразователь 2 не обеспечивает прямой иропорциональности между частотой импульсов /и на его выходе 36 п величиной преобразуемого напряжения (аналогпчпо пптегратору). Это обусловливается, во-иервых, наличием иптервала /, который хотя п зависит от паиряжения , однако эта зависимость носит характер противоноложпый тому, который требуется для обеспечепия указанной выще прямой пропорциональности (с ростом вх, t растет из-за разряда накопительного коиденсатора током Гз1, который при Ьвх / О всегда открыт). Кроме того, иеиостоянство t

Счетчика. Во-вторых, входные характеристики Гз не строго линейны н ток в цепи его эмиттера оказывается ие прямо пронорциоиальи,

ным 6вх (отношение

растет гораздо

R

быстрее, чем и„,). Влияние интервала времени ра::ряда конденсатора 34 на частоту выходных импульсов компенсируется рез 1стором 40, с помощью которого автоматически регулируется величина опорного напряжения Uon в зависимости от величины входного нанряжения /7вх, (чем больше , , тем меньше абсолютное значенне f/onj.

С целью стабилизации длительности имнульсов /J, последние с выхода 36 поступают на формирователь 3. Формирователь 3 работает в режиме ждушего мультивибратора. При отсутствии имиульсов { оба его транзистора открыты, и на выходе 57 имеется отрицательное напряжение, примерно равное наиряжению источника (Ji, . При появлении имнульса t и Г,зд закрываются, и на выходе 57 возникает положительный перепад напряжения до /з ис, . Это напряжение остается постоянным в течение времени /и 300 мксек. Имнульсы 4 новторяются с частотой /и а их длительиость стабилизирована с точностью 0,01% п сутки. Высокая стабильность длительпостп дозирующих импульсов достнгается включением на входе формирователя диода 56. При этом цепь разряда конденсатора 48 состоит из диода 56 н резистора 47. Благодаря указанному включению диода 56 постоянная временн цепи разряда при изменепии температуры внешней среды нрактнчески не изменяется, так как сонротивле1П1е диода 56 и емкость коидеисатора 48 при нагреве изменяются в противоположных направлениях. Для устранения нелинейной зависимости ), обусловлеиной нелинейностью входных характеристик генератора тока 31, на эмиттер носледнего подано регулнруемое положптельное смещенне, величпна -которого выбирается так, чтобы работа генератора тока начнналась вблизи нуля входного напряжения Ьвх,, ч-(о обеснечнвает лннейность входных характеристик генераторы. С формирователя 3 импульсы /и через резистор 58 поступают на вход 6 интегратора 1. Процессы заряда и разряда накопительного конденсатора в интеграторе протекаFOT, в основном, аналогично процессам в нреобраз.ователе 2. Отличие заключается в том, что заряясается коиденсатор 14 ПС постоянным током, а импульсами.

При наличии /7вх, отсутствии L/BX. 10 и 7д интегратора / закрыты, а Tf, открыт благодаря смещениям иа базах уномянутых траизнсторов, нолученным как сумма напряжений, являющихся результатом делений напряжений нсточннков 6ис, , LHCJ и /ис, соответствующими делителями; для Г - иаиряженпя источннка исз резисторами 20, 17, 18 и панря/кеиня ис1очннка исо резисторами 18, 17 н 20, сумма этих нанряженнй больше нуля; для 7,, - напряження источника -nci резисторамн 58 н 19 н нанряжения И. резистоjjiiMH 19 и 58, эта сумма меньше нуля; для /g - наиряжеиия источника (Уис резисторами 20 и 17, 18 и УИС, 18, 17 и 20, сумма этих напряжеиий больн1е нуля.

открытом Tg напряжение на эмиттере 7io равно иулю, и поэтому несмотря на то, 410 Uax. 0, конденсатор 14 ие заряжается. Благодаря этому исключается дополннтельный

подзаряд наконительного конденсатора 14 остаточным током закрытого Гщ. При ноявлеиин на входе 6 интегратора / имнульсов /и напряжение на базе Тс, становится положительным и 7, открывается, подключая тем самым базу Т10 и плюс источника /ис,, через резистор 18 к обшей точке схемы. В этом случае 7s закрывается, Гю открывается и через его эммттерио-коллекторный переход конденсатор 14 заряжается импульсом тока, амнлитуда которого проиорциоиальна напряжению сети (Ьзх, ), а длительность /„ - току сетн (/УВХ, ). Процесс заряда конденсатора 14 длится до тех пор, пока напряжение на нем не становится равным напряжению Uon , полученному как результат деления нанряжения , , иа резисторах 21, 22 и действуюшему иа базе Гц при закрытых Гц и . При этом 7, и открываются, и коиденсатор 14 разряжается через открытые переходы /л и 7io

V,

и диод 13 до иаиряжеиия UQ

„с, , деист2и

nyioHicro в этом случае на базе Гц. Диод 13 с щественно умеиыиает время ( 30 раз) заряда конденсатора 14, и шуитируя переход

база-эмиттер 7)2, одновременно уменьшает прн дл1ггельной работе интегратора нагре этого транзистора током благодаря уменьшению времени разряда. Это способствует умеиьшеппю систематических погрешностей счетчика.

Для обеснечения этого в ншроком диапазоне изменення наиряжеиия VBX, вход 5 иитегратора / резистором 23 прпсоедпиен к базе транзистора //. В этом случае величина Lon,

изменяется с изменением UBX, так, что отношение

,

/н/и и

где /,„-амплитуда импульса токп заряда копдепсатора, несколько уменьшается с ростом вх, н это нозволяет скомпенсировать увел1 ченне времени разряда, имеющее место прп увеличеннн вх,

Прн малой частоте дознруюпиьч импульсов иа входе 6 или малых зиаченнях нанрял ення BXi , процесс заряда конденсатора 14 протекает медлеиио и время срабатыв;пи1Я интеВ этом случае напряжение па конденсаторе }4 постепенно прнблнжается к значенню напряжения УОП и момент сравнения этих нанряжений неустойчив. Для четкой работы иорогового ycTpoficTBa (1, ) при малой частоте и амплитуде дозирующих импульсов с базы Гю на базу Гц через конденсатор 15 поданы синхронизирующие импульсы, совиадающие но времени с началом дозирующих импульсов на входе 6. Амилитуда синхронизирующих импульсов постоянна и не зависнт от их частоты следования и амилитуды L/BX, . Эти нмпульсы заставляют срабатывать пороговое устройство интегратора в момент, ближайщий к моменту сравнения, независимо от скорости заряда конденсатора 14.

Выходные имиульсы интегратора, нолучающиеся в результате двух сравнений напряжения на конденсаторе 14, с выхода 7 ноступают на электромеханпческий счетчик, который подсчптывает энергию сети.

Предмет и з о б р с т е и и я

I. Счетчик эиергии ностояпного тока, содержащий блок питания, счетное устройство, а также нолуироводпиковый преобразователь тока в частоту следованпя импульсов и липейный интегратор напряження, каждый пз которых состоит из генератора стабильного тока на транзнсторе, накопительного конденсатора и порогового устройства на двух транзисторах, отличающийся тем, что, с целью повышения точности учета в нщроком диапазоне изменеиия тока н напряжения контролируемой сети, счетчик снабжен формирователем длительности дознрующих имиульсов с времязадающим конденсатором и двумя траизисторами, эмиттеры транзисторов генераторов тока нреобразователя н иитегратора через резисторы и потенциометры подключены к источиику отпирающего иаиряження, входы нреобразователя и интегратора нанряжения соедииены резистором ка/кдый со своим выходом, а выход преобразователя тока е токовым входом интегратора соединен через указанный формирователь длительности дозирующих имиульсов, входиой резистор которого, подключенный вторым концом к общей точке

схемы, зашунтирован диодом со стороны времязадающего конденсатора формирователя, а эмиттер первого транзистора формирователя подключеи к регулируемому отпирающему иаиряжепию.

2. Счетчик ио п. 1, отличающийся тем, что, с целью уирощепия схемы и иовыщения надежности работы счетчика, интегратор снабжен транзисторным ключом, эмиттерно-коллекторный переход которого включен между

общей точкой схемы н базой генератора тока, которая через конденсатор ирисоедииеиа к выходу интегратора и через резистор к плюсу псточннка питания, соедппеииого также через резистор с базой ключа, а коллектор геиератора тока и соединенная с ним обкладка иакопительиого конденсатора присоедииены к минусу нсточника ннтания через иереход эмиттер-коллектор иервого транзистора порогового устройства н соединенные нараллельно

диод и иереход база-эмиттер второго транзистора этого устройства.

Аг,

3