Цифровой электронный счетчик электроэнергии Советский патент 1981 года по МПК G01R11/48 

(54) ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для цифрового измерения электрической энергии. Известны цифровые электронные счетчики электроэнергии, построенные иа основе ваттметров, в которых мгновенные значения одного из входных сигналов (напряжение нагрузки) преобразуются в пропорциональные им интервалы времени дц , а мгновенные значения другого входного сигнала (тока нагрузки) преобразуются в частоту следования импульсов f . При этом число импульсов частоты f; на интервале д пропорционгшьно произведению мгновенных значений тока и напряжения нагрузки. При суммировании таких пачек импульсов в сетчике импульсов накапливается число, пропорциональное энергии Cl . Недостатком подобных устройств является низкая точность, обусловлен ная накоплением погрешности дискретности, имеющей место при формировани пачек импульсов. Известен также электронный счетчи электроэнергии, содержащий два интег ратора, два сравнивакядих устройства, два источника опорного напряжения, два триггера, два переключателя и реверсивный счетчик, причем первый вход первого интегратора соединен с одной из входных шин устройства, выходы первого и второго-интеграторов соединены соответственно с первыми зхояамк первого и второго сравнивающих устройств, выход одного из |йсточников опорного напряжения подключен к первым, входам первого и второго переключателей, одного триггера соединен с входсяя вычитания реверсивного счетчика, а выход другого триггера соединен с входом сложения того же счетчика. Рассматриваекый счетчик электроэнергии состоит из двух идентичных каналов, каждый из которых представляет собой квадратичный преобразователь напряжение-частота (кпнч), причем на вход первого КПНЧ подается сигнал V, , напряжение, пропорциональгде Цц ное напряжению нагрузки/ напряжение, пропорциональное току нагрузки,

а на вход второго КПНЧ подается сигv u,-u. . 2Y. При непрерывной работе обоих КПНЧ в реверсивном счетчике будет накапливаться число

N (f, -f.i)dt W, . (3) Оо

пропорциональное электроэнергии Г2.

Недостатком.описанного устройства является низкая точность, обусловленная тем, что начальная частота F каждого КПНЧ определяется постоянной времени соответствующего интегратора и кроме того,, для правильного функци онирования (без методической погрешности) устройства, необходимо обеспечить равенство постоянных времени первого и второго интеграторов по каждому входу.

Цель изобретения - повышение точностм.

Поставленная цель достигается тем что в цифровой электронный счетчик электроэнергии, содержёвдий два интегратора, два сравниэающих устройст ва, два источника опорного напряжени два триггера, два переключателя и реверсивный счетчик, причем первый вход первого интегратора соединен с

одной из входных шин устройства, выходы первого и второго интеграторов соединены соответственно С первыми входами первого и второго сравнивающих устройств, выход одного из источников опорного напряжения подключен к первым входам первого и второго переключателей , выход одного триггера соединен с входом вычитания реверсивного счетчикаJ а выход другого триггера соединен с входом сложения того же счетчика, введены инвертор, два формирователя времеиного интервала и пусковое устройство, причем первые входы обоих интеграторов объединены меящу собой, второй вход первого интегратора соединен с второй входной шиной устройства и через инвертор с вторым входом второго интегратора, третьи входы интеграторов подключены соответственно к выходам первого и второго переключателей, вторые входы которых объединены и подключены к выходу второго источника опорного напряжения, а управляющие входы первого и второго переключателей подключены соответственно к выходёш первого и второго триггеров, вторые входы обоих сравнивающих устройств подключены к общей устройства, а выходы их соединены соответственно с входами первого и второго формирователей временного интв вала, управляющие входы формирователей временного интервала подключены к; выходу пускового устройства, а выходы их соединены соответственно с входами первого и второго триггеров,

На чертеже приведена структурная схема цифрового электронного счетчика электроэнергии.

Цифровой электронный счетчик электроэнергии содержит два интегратора 1 и 2, инвертор 3, два переключателя 4 и 5, два источника б и 7 опорного напряжения (ИОН), реверсивный счетчик (РСч) 8, два триггера 9 и 10, два сравнивающих устройства (СУ) 11 и 12, два формирователя 13 и 14 временного интервала (ФВИ), пусковое устройство 15, причем первые входы интеграторов 1 и 2 соединены с первой входной шиной устройства, второй вход первого интегратора 1 соединен с второй входной шиной устройства и через инвертор 3 с вторым входом втЬрого интегратора 2, третий вход пёрвого интегратора 1 соединен с выходр первого переключателя 4, один вход которого соединен с одним из входов второго переключателя 5 и выходом первого источника 6 опорного Напряжения, вторые входы переключателей 4 и 5 также объединены и подключены к выходу второго источника 7 опорного напряжения, выход второго переключателя 5 подключен к третьему входу второго интегратора 2, управляющей вход первого переключателя 4 соединен с входом вычитания РСч 8 и выходом первого триггера 9, а управляющий вход второго переключателя 5 соединен с входом сложения РСч в и выходом второго триггера 10, выходы обоих интеграторов 1 и 2 подключены соответственно к первым входам первого 11 и второго 12 сравнивающих устройств, вторые входы которых соединены с общей шиной устройства, а выходы СУ 11 и СУ 12 соединены соответственно, с входом первого 13 и второго 14 формирователей временного интервала, выходы которых подключены соответственно к входам первого 9 и второго 10 триггеров, управляющие входы обоих ФВИ 13 и 14 объединены и подключены к выходу пускового устройства 15.

устройство работает следующим образом.

Сигнал с пускового устройства 15 запускает фО{ шрователи 13 и 14 временного интервала. Сигнал запуска с пускового устройства 15 нужен лишь для первоначального запуска схемы, в дальнейшем управление ФВИ 13 и 14 осуществляется со сравнивакщих устройств 11 и 12.

Допустим, что в момент пуска на третий вход первого интегратора 1 подключено положительное напряжение УО с ИОН б, а входные сигналы ) и Щ (t) имеют положительную полярность. В ЭТОМ случае напряжение на выходе интегратора 1 отрицательное и изменяется в соответствии с выражениемur-| l-4rVf o - r4jU)dt .fJ..U (4) Ui t; Tr . гле t; «jCvA; e c, - постоянные времени интегратора 1. При равенстве сопротивлений R uR/j R R будут равны и постоян jfue времени , t tT , тог да выражение (4) принимает.вид V-T7(,-V)t. (5) Записывая выражения (4) и (5), мы полагали, что напряжения и(1)( остаются постоянными в течение времени интегрирования. Интегрирование входных сигналов VoiU-H (t) и (t) осуществляется в те чение временного интервала t , зад ваемого формирователем 13 временного интервала. Задним фронтом сигнала с ФВИ 13 триггер 9 переводится в проти воположное состояние, выдавая при этом импульс на вход вычитания РСч 8 И на управляющий вход переключателя 4, который подключает к третьему входу интегратора 1 опорное напряжение отрицательной полярности - Vg с ИОН 7. Значение опорного напряжения по модулю превосходит максимашьно возможное значение суммы сигналов lly(t) и ), т.е. направление интегрирования всегда определяется знаком опорного напряжения. После подключения на вход интегратора 1 отрицательного опорного напряжения, выходное напряжение интегратора определяется выражением ) (6) в момент, когда выходное напряжение интегратора 1 становится равным нулю, срабатывает СУ 11, запуская ФВИ 13, который выдает очередной интервал времени t р . В течение этого интервала выходное напряжение интегратора продолжает изменяться в со ответствии с выргикением (6). По окончании интервгша tjj триггер 9 вновь изменяет свое состояние, в результате на вход вычитания РСч 8 поступает еще один импульс, а переключатель 4 вновь подключает положительное опорное напряжение с ИОН 6.Интегратор 1 снова меняет направление интегрирования и в момент равенства выходного напряжения интегратора 1 нулю срабатывает СУ 11, запуская ФВИ 13. По окончании интервала. t« вновь перебрасывается триггер 9, в РСч 8 поступает очередной импульс, вновь изменяется полярность опорного напряжения(Задаваемого на вход интегратора и, соответственно, направление интегрирования. Далее цикл работы повторяется. Выражение для периода Т мгновенной частоты выходных импульсов триггера 9 записывают в следующем видеТ -1-14+ t,. ,(7) где t. - время, в. течение которого опорное напряжение, подаваемое на вход интегратора,положительно;t.. - время, в течение которого на вход интегратора подключено отрицательное опорное напряжение. Напряжение, до которого заряжается емкость интегратора 1 в течение времени tj , в том случае когда подключено отрицательное напряжение , полностью компенсируется в течение времени t,. -t ()Ч ° о Когда на тр€8тий вход интегратора подключено положительное опорное напряжение, тогда справедливо равенствоo(t,,-tofO ;(-VVVn)V 1-1 ) в Рассуждая аналогично для случая, когдс). в течение времени на вход интегратора подключено положительное опорное напряжение, получим равенство.;).,-Kt.)- 19) Выражения для t,. и t,j,. , найденные из равенств, (8) и (9), имеют вид . С учетом выражения (7),(10) и (11) мгновенная частота выходных импульсов триггера 9 записана как , ... где Р V,| Vi - мгновенная мощность сигнала. Нижняя-час ь схемы счетчика элекроэнергии, состоящая из второго инегратора 2, СУ 9, ФВИ 4, тригге1)а 10, переключателя 5, работает аналоично вышеописанной, с той шшш разицей, что на второй вход интегратоа 2 подается напряжение - U(t) с ыхода инвертора 3. При этом мгновенная частота имульсов , поступающих на шину сложения Сч 8, определяется выражением Г При непрерывной работе устройств в РСч 8 накапливается число, опреде ляемое ;еыражением (fu- v)dt 1ли, подставляя значения частот из (12) и (13), получаем t . (14) JVgto Таким образом, число, накопленное в счетчике, пропорционально электроэнергии входных сигналов. Как видно из выражения (14), кото рое представляет собой функцию преобразования устройства, предлагаемый счетчик электроэнергии является высокоточным прибором, так как в его функцию преобразования входят только величины Voto которые могут быть заданы с высокой точностью и стабиль ностью во времени. Формула изобретения. Цифровой электронный счетчик эле троэнергии, содержащий два интегратора, два сравниванлцих устройства, два источника опорного напряжения, два триггера, два переключателя и реверсивный счетчик, причем первый вход первого интегратора соединен с Одной из входных шин устройства, вых ды, первого и второго интеграторов со динены соответственно с первыми вхо дами первого и второго сравнивающих устройств, выход одного из источнико опорного напряжения подключен к пер вым входам первого и второго переключателей, выход одного триггера с единен с входом вычитания реверсивногр счетчика, а выход другого триггера соединен с входом сложения того же счетчика, о тличаюцийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены инвертор, два формирователя временного интервала и пусковое устройство, причем первые входы обоих интеграторов объединены между собой, второй вход первого интегратора соединен со второй входной шиной устройства и через инвертор со вторым входом второго интегратора, третьи входы интеграторов подключены соответственно к выходам первого и второго переключателей, вторые входы которых объединены и подключены к выходу второго источника опорного напряжения, а управляющие входы первого и второго переключателя подклюны соответственно к выходам первого и второго триггеров, вторые входы обоих сравнивающих устройств подключены к общей шине устройства, а выходы их соединены соответственно с входами первого и второго формирователей временного интервгша, управляющие входа формирователей временного интервала подключены к выходу пускового устройства, а выходы их соединены соответственно с входами первого и второго триггеров. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Малыгина Н.В. Метод построения цифровых ваттметров постоянного и переменного тока. Цифровая электроизмерительная техника, ОНТИприбор, 1966, ч.П, с.24-29. 2.Патент СЗЙА 3780273, кл. 235-150.52, опублик. 18.12.78 (прототип).