Электронный счетчик электроэнергии Советский патент 1981 года по МПК G01R21/00 

(54) ЭЛЕКТРОННЫЙ СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРО ЕРГИИ Изобретение относится к области измерения электрической энергии в системах постоянного и переменного тока. Известны схемы электронных счетчиц ков электроэнергии (ЭСЭ), в которых сиг нал, пропорциональный электрической мовь нрсти, .получается посредством использо вания широтной и амплитудной модуляпив с последующим преобразбванием этого сигнала в частоту с помощью преобразователя напряжение-частота (ПНЧ), шлходные импульсы которого подаются на электронный или электромеханический -счетчик ш. . Недостатком указанного устройства я&ляется наличие многократного преобразо- ва1шя входных сигналов. Один сомножитель преобразуется в длительность посредством широтного модулятора (ШИМ), другой сомножитель - в амплитуду посредством амплитудного модулятора (AM), ШИМ AM сигнал усредняется, преобразуется в частоту и с помощью счетчика - в шсло импульсов. Укаааннйя последовательность преобразования сигнала естественно в1едет к усложнению схемы и снижает точность. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электронный счетчик электроэнергии, содержащий счетчик импульсов, два источника сигналов-сомножителей, индикатор я широтноимпульсный модулятор, состоящий из «нтегратора, ко Входу которого подключены выходы источника первого сигнала-сомножителя и источника опорного тока (напряжения) с управляемой полярностью, управляющий вход которого подключен к выходу охваченного положительной обратной связью компаратора, вход которого подключен к шдходу иитегрштора CsJ. Недостатком известного устройства является сложность конструкции, обусловленная необходимостью многократного преобразоваиия сигналов. Цель изобретения - упрощение конструкции. Указанная цель достигается тем, что в электронном счетчике электроэнергта,, . содержащем счетчик импульсов, два источника сигналов сомножителей, индикатор и широтно-импуш сный модулятор, соотояший из интегратора ко входу которого подключены выходы источника первичного сигнала-сомножителя и истошика опорного тока (напряжения) с управляемой полярностью, управляющий вход которюго подключен к выходу охваченного положительной обратной связью компаратора, вход которого подключен К выходу интегратора, введены генератор опорной частоть и второй компа ратор, инвертирующий и неинвертирующий входы KOTopoix) через резисторы подключены к выходу интегратора и через разнополярные ключи - к нулевому проводу схемы, управляющие входы ключей подключены к выходу первого компаратора, один из входов которого подключен к выходу источника второго сигнала-сомножителя, выход второго компаратора и выход генератора опорной частоты подключены к соответствующим входам двух элементов совпадения, выход первого из которых под ключен к суммирующему входу счетчика импульсов, а выход второго - через элемент отрицания - к вычитающему входу счетчика импульсов. В этом счетчике разность длительностей выходных импульсов щиротно-«мпульсного модулятора сразу оказывается пропорциональной мгновенной энергии сигналов и остается только преобразовать ее в число импульсов, что и осуществляется путем подсчета импульсов генератора опо ной частоты в счетчике. В результате схема значительно упрощается, так как исключается амплитудный модулятор, фильтр и преобразователь напряжение-частота. Уменьщение числа преобразований сигнала увеличивает точность работы устройства, а упрощение схемы приводит к увеличению надежности. На фиг« 1 представлена блок-схема счетчика; на . 2 - реадазация этой схемы на интегральных операционных уси лителях; на 4НГ. 3 - временные диаграммы работы схемы. Электронный счетчик электроэнергии состоит из источников 1 и 2 входных сиг налов, один из которых пропорциоанален току, а другой - нaпpяжe шю коитролируемой сети. Источники 1 и 2 входных сиг налов подключены ко входам щиротно-импульсного модулятора 3, состоящего из интегратора 4, первого компаратора 5 с узлом 6 положительной обратной связи, источника 7 опорного тока (напряжения) полярность KOTopoixi определяется поляр- 8 14 ностью выходного сигнала первого компаратора 5, второго компаратора 8, двух противофазных ключей 9 и 10 и двух резисторов 11 и 12. Источник 1 входного сиг нала и источник 7 опорного тока подключены ко входу интегратора 4. Источник 2 входного сигнала, узел 6 обратной связи и выход интегратора 4 подключены ко входу компаратора 5. Выход интегратора 4 подключен также через резисторы 11 и 12 соответственно к инвертирующему и неннвертируюшему входам второго компаратора 8. Указанные входы через ключи 9 и 1О, работтающие в противофазе, подключены к нулевой щине устройства. Управляюние входы ключей 9 и 10 соединены с выходом первого компаратора 5. Выход второго компаратора 8 является выходом щиротно-чнмпульсного модулятора 3, он подключен на первые входы элементов 13 и 14 совпадения, ко вторым входам которых подключен выход генератора 15 ойорной частоты. Выход элемента 13 совпадения подключен к суммирующему входу счетчика 16, а выход элемента 14 совпадения через элемент 17 отрицания - к вычитающему входу счетчика 16. Выход последнего подключен ко.входу индикатора 18. Компаратор 5 выполиен неинвертирующим, цепь его положительной обратной связи создается резистором 6, в качестве источника 7 эталонного напряжения используется диодный мост, в диагональ которого включен стабилитрон, осуществляющий стабилизацию выходного напряжения компаратора. Ключи 9 и 1О выполнены на полевых транзисторах с каналами р и п типа. Счетчик работает следующим образом. Пусть в некоторый момент времеии, обозначенный иа временных диаграммах (фиг. 3) t(j напряжение OQ на выходе компаратора 5 положительно, а на выходе интегратора 4 равно нулю.. Интегратор 4 интегрируют сумму напряжения OQ и напряжения источника 1 входного сигнала . в отрицательную сторону. Ключ 10 замкнут, а ключ 9 разомкнут и на инвертирующий вход компаратора 8 подается отрицательное напряжоз1ие с выхода интег ратора 4. При этом напряжение на выходе компаратора 8 будет положительным и импульсы генератора 4 через открытый элемент 13 будут проходить на суммирующий вход счетчика 16. Когда отрицательное напряжение на выходе интегратора 4 в момент времени t станет равным по модулю сумме напря - жения срабатывания компаратора 5 Оц и источника 2 входного сигнала U j ком паратор 5 скачком изменит знак. Дли тельность интервала времени f :-t --tg определится как где TQ - постоянная времени интегра тора-, ; Up 7 Un При изменении полярности компаратора 5 изменится по величине и знаку скорост интегрирования, ключ 10 разомкнется, а ключ 9 замкнется, полярность напряжения на выходе компаратора 8 изменится на противоположную и импульсы генератора 15 через элемент 14 и элемент 17 поступят на вычитающий вход счетчика 16, В момент времени i напряжение на выходе интегратора 4 достигнет нулевого уровня и компаратор 8 снова изменит знак, при этом импульсы генератора 15 вновь поступят на суммирующий вход счётчика 16, Интервал вpeмeни Q t2-fc VT« и,-и В момент времени t положительное напряжение на выходе интегратора 4 скомпенсирует отрицательное напряжение (. Компараторы 5 и 8 опять изменят знак выходного сигнала и импульсы генератора 15 поступят на вычитающий вход счетчика. Интервал времени - 3 равен . VuT Наконец в момент времени -fc. жительное напряжение на выходе интегратора уменьшаясь снова достигнет нуля, компаратор 8 снова изменит полярность на положительную и описанный выше процесс повторится. Интервал времени Т.г tл-1л определится как Jtc-t i О Uo4U Число импульсов, записанное в счетчике, за период работы схемы, будет равно (VVS-V -fo oJ|: (5) где д - частота генератора 15. Знак минус перед (5) показывает, что при принятой полярности входных CHrw налов показания счетчика отрнаательные. Для изменения напряжения счета достаточ но поменять местами входы компаратора 8 или входы счетчика 16. Легко -показать, что число, записанное в счетчик 16 за период работы схемы Т. пропорционально энергии входных сигналов за это время. Период работы схемы Т состоит из четырех тактов и равенr.t..ft...t...а 3 откуда 4-То 4 Поставив это выражение в (5) получим N-.MiI.., где Эт- - энергия за время Т. Таким образом, за любой интервал времени кратный целому числу периодов работы схемы, показания счетчика пропорциональны энергии входных сигналов, т.е. в данном устройстве широтно-импульсный модулятор оказывается перемножающим. Если в известном устройстве относител ная азность выхо;:ных импульсов 9 rt линейно зависит от одного входного сигнала, то в предлагаемом устройстве относительная разность длительностей за четыре такта линейно зависит от произведения входных сигналов t:,-«-Ci-i- J+ 4- Такнм образом, по сравнению с известыми предлагаемый счетчик исключает ряд реобразований входных сигналов - амплиудную модуляцию, фильтрацию и преобраования напряжения в частоту. Из схемы сключаются амплитудный модулятор н реобр 1зователЬ|Напряжение-частота, что начительно упрощает, устройство счетчна н способствует увеличению точности н адежности. Формула изобре-тения Электронный счетчик электроэнергии, одержащий счетчик импульсов, два источика сигналов-сомножителей, индикатор и иротно-ампульсный модулятор, сосгояшнй з интегратора, ко входу которого подх/по ены выходы источника первого сигналеомножителя и источника опорного тока напряжения) с управляемой полярностью.

управляющий вход которого подключен к выходу охваченного положительной обратной связью компаратора, вход которого подключен к выходу интегратора, отличающийся тем, что, с целью упрощения, в него введены генератор onop-i ной частоты и второй компаратор, инвертирующий и неинвертирующий входь которого через резисторы подключены к выходу интегратора и через рйзнополярные - к нулевому проводу схемы, управляющие входы ключей подклкЗчены к выходу первого компаратора, один из входов которого подключен к выходу источника второго сигнала-сомножителя, выход второго компаратора и выход reaepiaTopa опорной частоты подключены к соответствующим входам двух элементов совпадения, выход первого из которых подключен к суммирук щему входу счетчика импульсов а выход второго черед элемент отрицания - к вычитающему входу счётчика импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

i.Fiereit Horet.ECefclrorrtselier KWfi-ZdMer сбег Maase 0,5.- 5iemen5 ZeiiSC rift, , 4.T, N4 , p 2вО-2вЗ . i. Негп1е1п, Reinc rotrol, Woieter келив.ЕбвИготэс+твг PrOfzafieef.- Siemens -iSHetlirtf-t fg73,47, N -fi

P.963-8fe6.

MyitsL;,

aw5