Электронный счетчик электроэнергии Советский патент 1975 года по МПК G01R11/00 G01R21/06 

1

Известны электроиные счетчики электроэнергии, содержащие аналого-цифровое множительное устройство с частотным выходом на основе двух управляемых магнит1но-транзнсторных мультивибраторов, источйИК стабилизированного напряжения, цифровой блок и выходной цифровой индикатор. Однако в таких счетчиках требуются воБомогательные устройства для электрической изоляции входа и выхода мультивибраторов и изоляци-и выходных сигналов, что усложняет их схему, а дополнительные преобразования токовых сигналов в напряжение приводят к дополнительным потерям электроэнергии.

Для упрощения схемы и повышения надеЖНости в работе в предлагаемом счетч-ике цифровой блок подсоединен к обмоткам магнитно-транзисторных мультивибраторов с магнитной обратной связью, напряжение питания которых подведено от источника стабилизированного напряжения к каждому из них через сопротивление. К обмоткам управления одного мультивибратора цепи контролируемых тока и напряжения подключены согласно, а к обмоткам управлевия другого мультивибратора - встречно.

На чертеже дана принци пиаль1ная электрическая схема описываемого счетчика.

Счетчик состоит из двух симметричных магнитно-транзисторных мультивибраторов с

магнитной обратной связью на сердечниках 1 и транзисторах 2-5, питаемых от стабилизатора 6 через сопротивления 7 и 8. Управление мультивибраторами осуществляется токами,

пропорциональными напряжению И и току / контролируемой цепи, подаваемыми в общем случае на разные обмотки управления Wu и W; так, что намагничивающие силы, создаваемые этими токами, в одном мультивибраторе складываются, а в другом вычитаются в этот же момент времени. Частота напряжения на выходе мультивибратора управляет работой цифровой схемы 9, которая вырабатывает имлульсы с частотой, лропорциональной разности частот двух мультивибраторов. Эти импульсы поступают «а выходной цифровой индикатор 10, который подсчитывает их и представляет в удобном для использования в-иде.

Если отсутствуют управляющие сигналы, то каждый мультивибратор генерирует прямоугольные колебания, частота которых определяется напряжением UQ стабилизатора 6, параметрами сердечников 1 и схемы мультивибратора (числом витков, величиной сопротивлений 7, 8 и 11, остаточными параметрами транзисторов 2-5) и входным сопротивлением цифровой схемы. Частоты обоих мультивибраторов должны быть равны fo- Если

для упрощения предположить, что петля гистерезиса сердечников 1 представляет собой идеальную прямоугольную петлю пистерезйса с коэрцитивной силой Но, то .можно пренебречь влиянием входного сопротивления цифровой схемы. Если также считать, что транзисторы являются идеальными ключами, то при идентичности схем мультивибраторов ,R Wi ,-1ос- ос-Яо/ ЙФ i,. откуда при отсутствии токов управления время перемагничивания сердечника I из одного состояния насыщения в другое, соответствующее ЛОЛ овине периода частоты /о, определяется соотношением 7о Яо/ Л 7 ) а частота колебаний fJJ, Яо/ Ч W, , гд« Ф, Ф - текущее значение потока всердетиике 1 и величина потока насыщения, соответственно; / - средняя длина магн-итной силовой линии в сердечнике 1; RI - сопротивление обратной связи; j - ток коллектора насыщенного транзистора Woe - обмотка обратной связи. где i - приведенное к обмотке W значение сопротивления L1. При наличии токов в обмотках управления в зависимости от их полярности и того, 50 какой из транзисторов насыщен, намагничивающие силы, создаваемые обмотками управления, могут совпадать с намагничивающей силой, создаваемой током /к или могут быть направлены встречно. Если намагничи- 55 вающие силы совпадают (насыщен транзистор 3 при указанной полярности токов управления), то ток i уменьшается. Падение напряжения на сопротивлении 7 уменьшается, увеличивая скорость перемагничивания 60 сердечника, и, следовательно, время /i перемагничивания также уменьщается. После переключения транзисторов (насыщен транзистор 2) намагничивающие силы направлены встречно и время tz паремагни- 65 ивания увеличивается. В системе уравнений (1) -(3) при 1нал1ич-ии токо-в управления изменится уравнение (2) i,W,-i,,W,,+i:+iu Hoi (6) насыщен транзистор 3 гк Wi-loc oc-ii-гу Hoi(7) насыщен транзистор 2 С учетом уравнений (1) и (2) из уравнений (6) и (7) находят интервал времеии, когда насыщен транзистор 3 ; -+а;;+о i Rr и когда насыщен транзистор 2 Ч - - где fy и i - приведенные к обмотке Wi значения токов. Из выражений (8) и (9) определяют частоту колебаний при данном управлении fi(fJ. 0 Mi-f-) |-f-(/;,+г; )(iy+j;) , n HI . . fo JM. -T. У второго, мультивибратора при том же улравлении, но с учетом в стречного ВКлючения токов и ti , частота равна (. Разность этих частот /р /2-/i 4d jy.t: Ы abUi уР, Wj . , w, где , iu пропорциональна активной мощности контролируемой цепи. Вычитание частот осуществляется в цифровой схеме 9. Структура цифровой схемы зависит от характера контролируемой цепи, Например, может быть реверси вный счетчик или нереверсивный, для цепи постоянного или

переменного тока. Если выходной индикатор-электромеханнчеомий счетчик импульсов, то необходимо разделить частоту до уровня, не превышающего допустимой скорости счета импульсов.

Деление частот можно осуществлять до вычитания их или после, либо и до и. после вычитания. Первый случай более удобен в цепях переменного тока при нереверсивном потоке энерги1И, так как происходит усреднение частоты, а второй - в цепях постоянного тока, так как требуется один делитель, а «е два.

Во всех случаях цифровая схема может быть выполнена по известным структурам на базе стандартных модулей.

Тип цифрового индикатора зависит от специфических условий применения. В предлагаемом счетчике может быть использован любой стандартный индикатор.

Цепи литания входных сигналов управления и выходные цепи гальванически изолированы. Для контроля суммарной энергии нескольких цепей, питающихся от одного напряжения, может быть включено несколько обмоток управления (на чертеже показаны пунктиром).

Если необходимо суммировать энергии нескольких произвольных объектов, то на общую схему 9 соответствующей структуры может быть включено несколько множительных аналого-цифровых устройств 12. Величины входных сигналов в щираких пределах легко согласуются изменением числа витков соответствующих обмоток управления.

Предлагаемый счетчик может быть использован для интегрирования любых физических величин, представляемых электрическими напряжениями или токами постоянного или переменного напряжения.

5 Схема счетчика имеет ограничения по максимальной частоте управляющих воздействий.

При сигналах управления, заданных унифицированным постоянным током 5 мА, приведенная погрешность аналого-цифрового множительного устройства не превышает 0,3%, что создает перспективы для серийного производства электронных счетчиков высокого класса точности.

Предмет изобретения

Электронный счетчик электроэнергии, содержащий аналого-цифровое множительное

0 устройство с частотным выходом на основе двух управляемых магнитно-транзисторных мультивибраторов, источник стабилизированного напряжения, цифровой блок и выходной цифровой индикатор, отличающийся тем, что,

с целью упрощения и повышения надежности счетч-ика, цифровой блок подсоединен к обмоткам магнитно-транзисторных мультивибраторов с магнитной обратной связью, напряжение питания которых подведено от источника стабилизированного напряжения к каждо му из них через сопротивление, причем к обмоткам управления одного мультивибратора цепи контролируемых тока и напряжения подключены согласно, а к обмоткам управления другого мультивибратора - встречно.

12,

10