Однофазный счетчик активной электроэнергии на статических преобразователях Советский патент 1975 года по МПК G01R11/50 G01R21/06 

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для измерения электрической энергии в цепях переменного тока.

Известные счетчики активной электроэнергии на схемах умножения с двумя квадраторами, основанные на принципе кусочно-Л Инейной аппроксимации, сложны, потребляют значительную мощность, работают в узком диапазоне частот и требуют высокую идентичность характеристик суммарного и разност1ного каналов.

Для обеспечения повышения высокой точности, простоты устройства и наладкн, наделсности, уЛ1еньшения потребляемой мощности в счетчике электроэнергии на статических преобразователях в предлагаемом изобретении применена схема умножения двух электрических величи1Н с помощью одного кусочно-линейного квадратора без опорных напряжений, например на кремниевых стабилитронах.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого однофазного счетчика; на фиг. 2 - принципиальная схема однофазного счетчика.

Входные согласующие блоки преобразователя тока (ПТ) и преобразователя напряжения (ПН) выполнены в виде измерительных трансформаторов - трансформатора тока / и трансформатора напряжения 2, например, на Ш-образных сердечниках.

На выходах ПН и ПТ получаются два сигнала CiU и Сз/, пропорциональные напряжению сети и и току /, протекающему через нагрузку. Сигналы Сз/ и (также нропорциональные напряжению сети) подаются далее на фазочувствительную схему 3, на выходе которой сигнал оказывается пропорциональным

CJcos ф-f C5f/(2coO.

Фазочувствительная схема 5 выпо.тнена в виде управляемого выпрямителя, например кольцевого фазочувствительного выпрямителя. Выходной сигнал кольцевого фазочувствительного выпрямителя содержит не только постоянную, но и пере-менную составляющую двойной частоты, а также составляющие гармоник.

Для выделения только постоянной составляющей 1используется фильтр 4 с высоким коэффициентом фильтрации.

Таким образом, осуществляется реакция схемы на изменение угла сдвига фаз, т. е. cos ф.

Как видно из блок-схемы, на выходе ПН li ФН получаются два сигнала; переменное напряжение, вропорциональное напряжению на 5 нагрузке CiU и постоянное напряжение, пропорциональное нагрузочному току /, умноженному на cos ф, т. е. Cg/ cos ф.

Затем эти два сигнала подаются на вход

ocHOBiHoro блока квадратичного функциональ0 ного цреобразователя 5, производящего их умножение. .В выходном сигнале КК. кроме Нёременной соста вляющей основной частоты Ц{т{), пропорциональной Ulcosff, содержится также постоянная составляющая Cs(U-) и ..переменная составляющая ДБОЙНОЙ частоты C3U{2K t}, которые отфильтровываются с помощью фильтра, гвыделяющего переменное напряжение основной частоты 6, т. е. и (Kit) CjUI cos ф, следовательно, переменная Соста1вляющая основной частоты U (Kit) пропорциональна активиой мощности P Urcosff. Учитывая, что при измерениях мощностн в однофазной или трехфазной цепях, напряжение сети имеет больщую величину (127, 220, 380 в), используют характеристики кремниевых стабилитронов в области пробоя и создают точные KyiC04,wo-линейные квадратичные преобразователи с широким диапазоном изменения ВХОДНЫХ и выходных величии. Далее блок преобразователя а налоговой величины 7 производит преобразование сигнала (|нанряже«ие), пропорционального активной мощности CyW cos ф, в прямоугольные импульсы неиЗМеи ной аМнлйтуды и длительности. Энергия каждого импульса неизменна и равна Wi. Частота импульсов / прямо пропорциональна аеличине сигнала на входе АИП.. Счетное устройство 8 осуществляет подсчет имнульсов во времени, и результат (число импульсов - М) прямо пропорционален израсходованной в нагрузке 9 электрической энергии W, т. е. УИ ;W { Pdt. С учетом того, что кремниевый стабилитрон iiiMeeT некоторую нелинейность ъ точке пробоя, переход от одного отрезка прямой к другому происходит не по строго определенному углу, а сглаженно. Крем ниевый стабил итрон, кроме своего основного действия, заключающегося Б изломе хараа терИ1СТйК1И, обеспечивает сглаживание этого излома. Это обстоятельство снособствует приближению аппроксимирующей характеристики к заданной квадратичной и повыщает точность аппроксимации. При необходиимости с помощью термисторов схема может быть выполнена термостабильной. : Фазочувствительной схемой 3 в данном стройстве представлен управляемый двухпоупериодный кольцевой выпрямитель, вььполенный, например, на полупроводаиковых диодах. Фильтр низкой частоты (ФН) 4 в схеме счетчика обладает высоким коэффициентом фильтрации, так как всякое наложение переменной со ставляющей выпрямленного налряжения на переменное напряжение AU вызывает 1П10грещность. |Воз1можно применение как обычных LCфнльтров, так и сглаживающих ф ильтров . с транзисторами. Более целесообразно при.менение /,С-ф|ильтрав. Фильтр основной частоты 5 должен обладать |Крутым спадом характеристиюи для отфильтровьввания составляющих высщих гарАгоник. Фшльтр 6 выполнен, нанриМср, на LC-элементах но П и Г-образным схемам на тороидальных сердечниках. Преобразователь напряжения в частоту импульсов 7 выполнен, например, па двух транзисторахи .нескольких диодах. Для питания тра нзнсторов АИП предусмотрен стабилизированный выпрямитель W, натри.мер, на диодах. В качестве счетного устройства используется, например, счетчик импульсов марки МЭС-54, высокочувствительный и потребоТяющий малую иМПуЛЬСНуЮ МоЩ1НОСТЬ. П.р е д М е т (Изобретен и я Однофазный счетчик активной электроэнергии на статических преобразователях, содержащнй трансформаторы тока и напряжения, преобразователь напряжения в частоту импульсов постоянной амплитуды и длителмюсти соединенный на выходе со счетным устройством, отличающиеся тем, что, с целью повыщения надежности, в него введен кусо1Ч1но-лищейный квадратор без опорных напряжений, вход которого через сглаживающий фильтр и фазочувствительпую схему соединен с выходом трансформатора тока, другой вход соединен с первым выходом трансфор.матора напряжения, второй выход которого соединен со вторым входом фазочувств1ителыюй схемы, а выход кусочно-линейнбго квадратора без опорных напряжений соединен через фильтр основной частоты с преобразователем напряжения в частоту импульсов постоянной амплитуды и длительности, причем трансформаторы тока и |Нанряжения нодключены к измеряемой цепи.

C,D CTUJCosf+CalU-J,-CgiJ(

(i

C :jCosV+C U(2ajt) Фиг i