Устройство для измерения электрической энергии Советский патент 1980 года по МПК G01R21/06 

Изобретение относится к эпектроизмеритепьвой технике, в частности, к устройств 1М для измерения электрической энергии в сетях переменного и постоянного тока различного назначения. Известны устройства для раздельного учета электроэнергии положительного и отрицательного направлений протекания, в одном из которых переменные напряжения и ток преобразуются в прямоугольны импульсы, раздельно поступающие на два входа триггера. По конечному состоянию триггера определяется направление протекания электроэнергии и производится переключение регистрирующих устройств l Устройство может работать при ограниченном фазовом сдвиге между током и напряжением, и при сдвигах фаз, близких к 9О , возможны ложные подключения. Кроме того, появляется дополнительная погрешность, связанная с тем, что пороговые уровни устройств, преобразующих синусоиды в прямоугольные напряжения всегда практически отличны от нуля. ;поэтому при изменении амплитуды тока появляется дополнительный фазовый сдвиг фронтов импульсов, что также ведет к ложным срабатываниям. Наконец, устройство не может работать в сетях с наличием постоянной составляющей в контролируемой сети. Из известных устройств наиболее близ-. КИМ по технической сущности является устройство, состоящее из переключателя полярности, у которого на входь поступают прямой и инверсный сигналы, пропорциональные мощности, а выход связан с интегратором. Выход последнего соединен с четьфьмя пороговьпии элементами, два из которых связаны со входами первого триггера, а два других через элемент ИЛИ со входом второго триггера. Выход первого триггера подключен к управляющему входу коммутатора полярности мощности и к первым входам двух схем совпадения, к выходу каждой из которых присоединено регистрирующее устройство. Выход второго триггере связан со.вторыми

входами схем схзвпадения 2. При работе данного устройства в обычном режим напряжение на выходе интегратора изменяется в пределах iUo. ,а при изменении направления протекания энергии оно возрастает до -V U , или -(jf По этому признаку срабатывает второй триггер, подключая другое регистрирующее устройство.

Устройство имеет погрешность, связанйую с недоучетом энергии, протекающей во время изменения направления энегии. В течение времени, необходимого для снижения выходного напряжения интегратора от величины U до OQ энергии, не учитывается. Это время тем больше, чем больше разность опорных уровней и, и (JQ, Возможность ее уменьшения огparanieiia ввиду малых уровней выходных напряжений опернш5ОН1лых усилителей w, следователь, ограничения возможносте регулирования интегратора. Второй недостаток - незначительная помехоустой- чивость

Цель предлагаемого изобретения - повышение точности и помехоустойчивости.

Для этого в устройство для измерения электрической энергии, содержащее переключатель полярности мощности, выход которого соединен через интегратор с двумя пороговыми элементами, первый триггер, выход которого связан с управляющим- входом переключателя полярности мощности и с первыми входами двух схем совпадения, к выходу каждой из которых подключено регистрирующее устройство и второй триггер, выход которого присоединен ко вторым входам схем совпадения, и элемент ИЛИ, введены логический блок и дискриминатор длительности. При этом выходы первого и второго пороговых элементов соединень со входами логического блока и элемента ИЛИ, выход которого через дискриминатор длительности связан со входом второго триггера, причем выход второго триггера соединен с третьим входом логического блока, выход которого связан со входом первого триггера.

Кроме того, дискриминатор длительности связан со вторым триггером через дополнительно введенный элемент ИЛИ, один вход которого соединен с выходом дискриминатора длительности не-: посредственно, а второй - через также введенный в устройство управляемый генератор.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг

V2 и фиг. 3 показаны временные диаграммы, иллюстрирующие его работу.

Устройство содержит переключатель 1 полярности мощности, интегратор 2,

пороговые элементы 3 и 4, логический блок 5, первый триггф 6, элементы ИЛИ 7 и 8, дискриминатор 9 длительности, управляемый Генератор 10, второй триггер И, схемы 12 и 13 совпадения,

регистрирующие устройства 14 и 15.

На фиг. 2 и 3 обозначено Up - напряжение на входе интегратора; (- напряжение на выходах первого и второго пороговых элементов соответственно; Од-.

напряжение на выходе дискриминатора . длительности; U-,- напряжение на выходе второго триггера; Ц , и напряжения на выходах схем совпадения. Up напряжение на выходе управляемого генбр атора.

Устройство работает следующим образом.

В первый момент времени переключатель 1 находится в положении, показан-

ном на фиг. 1. Для упрощения предположим, что в пределах одного цикла интегрирования мощность не изменяется. Тогда на выходе интегратора 2 будет линейно изменяющееся напряжение. При достижении порогового значения на фиг. 2 показано штрихами) срабатывает пороговый элемент 3 и через логический блок 5 триггер 6 опрокидывается.. Триггер 11 вэто время находится в состоянии 1,

поэтому срабатывает схема 12 совпадения и на регистрирующее устройство 14 поступает импульс. Одновременно переключатель 1 изменяет полярность входного сигнЕша, KeiK это показано на фиг. 2

сплошной линией (штриховой линией обозначена реальная мощность). Интегрирование ведется в противоположную сторону до уровня - Uo после чего срабатывают пороговый элемент 4 и триггер 6, а

переключатель 1 возвращается в исходное состояние. Аналогично интегрирование ведется в положительном направлении до уровня При этом импульсы поступают по-прежнему на регистрирую-

щее устройство 14, так как триггер 11 своего состояния не меняет.

При изменении знака мощности в некоторый момент времени интегратор 2, как это показано на фиг. 2, изменяет

направление интегрирования. Его выходное напряжение превышает уровень-vUo так как триггер 6 своего состояния не изменяет. На выходе порогового элемен570та 3 при этом появляется постоянное напряжение (фиг. 2). Этот сигнал через элемент ИЛИ 7 попадает на дискриминатор длительности 9, который реагирует иа длительность импульса С , превышак щую максимально возможную. Дискриминатор 9 вырабатывает импульс, поступаю щий через схему ИЛИ 8 на триггер 11, изменяя его состояние. Выходной сигнал с триггера И, поступая на логический .блок 5, переключает триггер 6. Одновременно открывается схема 13 совпадения, с выхода которой импульсы поступают уже на регистрирующее устройство 15 вплоть до новой смень направления протекания энергии. Если сигнал, пропорциональный мощности, исчезает (отсутствует поток энергии), выходное напряжение интегратора 2 из-за наличия дрейфа или. небольшого сме щения постепенно достигает напряжения насыщения (фиг. 3). При этомодин пороговый элемент находится в состоянии О второй в 1. Дискриминатор 9 формирует импульс, запускающий через некоторое время управляемый генератор 10. Последний вырабатывает импульсы с большим периодом. Эти импульсы через элемент ИЛИ 8 периодически изменяют состояние триггера 11, поддерживая его в состоянии готовности к работе. , Аналогично данное устройство работает при импульсной помехе, которая может опрокинуть триггер 11. При этом интегратор 2 меняет направление интегри poBaifflH и выходит за пределы рабочей зоны, на что реагирует дискриминатор длительности 9, переводя триггер 11 через элемент ИЛИ 8 в рабочее состояние. Если и в этот момент придет помеха и триггер 11 не опрокинется, срабаты вает генератор 1О, формируя импульсы до тех пор, пока схема не установится в рабочее положение. Этим обеспечивается помехоустойчивость устройства при интенсивном действии помех. Введение дискриминатора 9 длительнос ти позволяет повысить точность регистра ции энергии, так как недоучет энергии во время переключения значительно уменьша ется. Рабочий участок интегрирования тложно расширить почти до зоны насыщения операционного усилителя, что снижает время перехода в рабочую зону из насыщения и улучшает возможности регулирования устройства. Введение дискрими16натора 9, управляемого генератора 1О, элемента ИЛИ 8 позволяет, кроме того, намного увеличить помехоустойчивость стройства. Получаемый технико-экономический эффект от применения предлагаемого устройства состоит в повышении точности и помехоустойчивости, что позволяет применить его в сетях с большим уровнем помех, как это имеет место, например, на подвижном составе электрифицированных железных дорог. Формула изобретения 1.Устройство для электрической энергии, содержащее переключатель полярности мощности, выход которого соединен через интегратор с двумя пороговыми элементами, первый триггер, выход которого связан с управляющим входом п еключателя полярности мощности и с первыми входами двух схем совпадения, к выходу каждой из которых подключено регистрирующее устройство, второй триггер, выход которого присоединен ко вторым входам схем совпадения, и элемент ИЛИ, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости, введены логический блок и дискриминатор длительност, при этом выходы первого и второго пороговых элементов соединены со входами логического блока и элемента ИЛИ, выход которого через дискриминатор длительности связан со входом второго триггера, причем выход второго триггера соединен с третьим входом логического блока, выход которого связан со входом тригера. 2.Устройство по п. 1, отличаю щ е е с я тем, что дискриминатор длительности связан со вторым триггером через дополнительно введенный элемент ИЛИ, один вход которого соединен с выходом дискриминатора длительности непосредственно, а второй - через также введенный в устройство управляемый генератор. Источники информашш, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент ФРГ № 2450252, кл. Q 01R21/OO, опублик. 1976. 2.Патент Швейцар1 и № 535435, кл. Q 01R 21/06, опублик. 1973.

708251

S

j|Azl

i

Tl

2S

.r