Электронный счетчик электроэнергии

Электронный счетчик электроэнергии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использо но при построении несложных в реализации многофазных счетчиков электрической энергии высокой точности с широким динамическим диапазоном изменения фазных токов. Целью изобретения является повышение точности измерения электроэнергии трехфазной (многофазной) сети. Поставленная цель достигается введением в счетчик трех управляемых усилителей 7-9. управляемого делителя 14 частоты, мультиплексора 17, усилителя 18, амплитудного детектора 19, делителя 20 напряжения и компаратора 21 с соответствующими функциональными связями. Мультиплексор 17 подключен на вход амплитудного детектора 19 последовательно , и при превышении предельного, уровня компаратор 21 переключает коэффициенты передачи управляемых усилителей 7-9. Примененная в счетчике схема выбора коэффициентов передачи управляемых усилителей позволяет отказаться от дублирования каналов управления. Счетчик также содержит трансформаторы тока 1-3 и напряжения 4-6, умножители 10-12, преобразователь 13 напряжения в частоту и блок 15 индикации, 2 ил. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОциАлистических

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 11/00, 22/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Ч

Ю (л

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4736179/21 (22) 05.09.89 (46) 23.03.92; Бюл. И 11 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) А.И.Покрас, Ю.Ф.Тесик и О.Ю.Чурин (53) 621.317.785 (088.8) (56) Патент США М 4092590, кл. G 01 R 2 1 /06, 1978.

Авторское свидетельство СССР

N . 805182, кл. G 01 R 11/00, 1979. (54) ЭЛЕКТРОННЫЙ СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ (57) Изобретение относится к злектроизме-. рительной технике и может быть испольэоМно при построении несложных в реализации многофазных счетчиков электрической энергии высокой точности с широким динамическим диапазоном изменения фаэных токов, Целью изобретения является повышение точности измерения электроэнергии

I) Я2, 1721519 А1 трехфазной (многофазной) сети. Поставленная цель достигается введением в счетчик трех управляемых усилителей 7 — 9. управляемого делителя 14 частоты, мультиплексора

17, усилителя 18, амплитудного детектора

19, делителя 20 напряжения и компаратора

21 с соответствующими функциональными связями, Мультиплексор 17 подключен на вход амплитудного детектора 19 последовательно, и при превышении предельного, уровня компаратор 21 переключает коэффициенты передачи управляемых усилителей

7 — 9. Примененная в счетчике схема выбора коэффициентов передачи управляемых усилителей позволяет отказаться от дублирования каналов управления. Счетчик также содержит трансформаторы тока 1-3 и на- 3 пряжения 4 — 6, умножители 10-12, преобразователь 13 напряжения в частоту и блок 35 индикации, 2 ил.

Ф

1721519

12 умножителей, на вторые входы которых поступают выходные сигналы первого 4, второго 5 и третьего 6 трансформаторов напряжения соответственно. В результате перемножения на выходах первого 10, второго 45

11 и третьего 12 умножителей формируются кривые мгновенных фазных мощностей в соответствии с выражением и ф

Р (С) Ктн Ктт Куу Куин 0 F X

9=1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении несложных в реализации многофазных электронных счетчиков электрической энергии высокой точности с широким динамическим диапазоном изменения фазных токов.

Целью изобретения является повышение точности измерения электроэнергии трехфазной (многофазной) сети.

На фиг. 1 изображена блок-схема предложенного электронного счетчика электроэнергии; на фиг. 2 — сигналы фазных токов на выходах первого, второго и третьего трансформаторов токов (а) и выходные сигналы амплитудного детектора и делителя напряжения (б).

Электронный счетчик электроэнергии содержит первый 1, второй 2 и третий 3 трансформаторы тока, первый 4, второй 5 и третий 6 трансформаторы напряжения, первый 7, второй 8 и третий 9 управляемые усилители, первый 10, второй 11 и третий 12 умножители, преобразователь 13 напряжения в частоту, управляемый делитель

14 ч;;;;тоты, блок 15 индикации, блок 16 управления, мультиплексор 17, усилитель 18, амплитудный детектор 19, делитель 20 напряжения и компаратор 21.

Электронный счетчик электроэнергии работает следующим образом.

Фазные токи и напряжения при помощи первого 1, второго 2 и третьего 3 трансформаторов тока и первого 4, второго 5 и третьего 6 трансформаторов напряжения преобразуются в низковольтные сигналы диапазона +.10 В, Затем сигналы фазных токов через первый 7, второй 8 и третий 9 управляемые усилители поступают на первые входы первого 10, второго 11 и третьего

4 4 х stn(vcot+QF)1F(vvt+gF+ yp), где PF(t) — мгновенная мощность F-й фазы в момент времени t, 1 F «m (для трехфазной сети е 3);

Кт т, Ктт — коэффициенты преобразования трансформаторов напряжения и тока, принимаемые одинаковыми для всех фаз;

Куу, Куин — коэффициенты передачи управляемых усилителей и умножителей, также одинаковые для всех фаз:

U 7, 17 — амплитудные значения напряжения и тока F-й фазы т -й гармоники, 1(Р (; ф г — фазовый сдвиг напряжения F-й фазы первой гармоники; ф F — фазовый сдвиг между током и

9 напряжением F-й фазы v-й гармоники.

Далее сумма кривых мгновенных фазных мощностей при помощи преобразователя 13 напряжения в частоту преобразуется в последовательность импульсов, которые, проходя через управляемый делитель 14 частоты, суммируются в блоке 15 индикации. Таким образом, за интервал времени, равный одному периоду Т1 первой гармоники входных сигналов, в блок 15 индикации поступает N> импульсов, число которых пропорционально количеству электроэнергии за тот же интервал: йт = Ктн Ктт Kyy Кумн Kn нч Кудч х

m д т+Т1 х,, f ху х

F=1F =1 т т Ф

xsln(vent++) IF sIn(vent+ фр+ рг) dt=

Т1 а 11

= К 2 X 0г- IF соз pF.

F=1 V=1 где Кт ч, Кудч — коэффициенты преобразования преобразователя напряжения в частоту и управляемого делителя частоты;

К вЂ” суммарный коэффициент преобразования.

Первый 7, второй 8 и третий 9 управляемые усилители представляют собой усилители с переменным коэффициентом передачи, выбираемым в зависимости от логического уровня сигнала на их управляющих входах, Если на этих входах присутствует сигнал логической "1", то KMy = 1 и первый 7, второй 8 и третий 9 управляемые усилители работают в режиме повторителей напряжения. Если на управляющие входы управляемых усилителей 7-9 приходит сигнал логического "0", то Кму = К и данные блоки работает в режиме усилителей входных сигналов с коэффициентом усиления К.

Коэффициент деления Кудч управляемого делителя 14 частоты изменяется аналогично, принимая значения либо единицы, либо

К в зависимости от логического уровня сигнала на своем управляющем входе. Таким образом, изменение коэффициентов пере1721519 дачи управляющих усилителей 7-9 компенсируется соответствующим изменением коэффициента передачи (деяния) управляемого делителя 14 частоты и в блок

15 индикации поступает количество им- 5 пульсов N, отражающее реальное количество электроэнергии.

Выбор коэффициентов передачи управляемых усилителей 7 — 9 и управляемого делителя 14 частоты происходит под дейст- 10 вием блоков 16-21. На выходе счетчика, являющемся выходом блока 16 управления, с шагом дискретизации Тг формируются коды, управляющие работой мультиплексора 17. (Тг — период выходных импульсов .15 генератора). Интервал времени .Тг намного меньше периода Т1 первой гармоники токов в исследуемой сети, поэтому в результате высокоскоростного циклического опроса трансформаторов 1-3 тока 20 на выходе мультиплексора 17 в произвольный момент времени t формируется сигнал

Омп(с), определяемый номером F опрашиваемой фазы:

U n(t) = Омп(-Т (1 m+ F)+ т) =

2 7г Тг 25

Т1

2 тгТг

= KTT lp з1п(1 и((v m+ F)+

) Т1

+ f +lpga +pF); где i — количество циклов полного опроса мультиплексором 17 всех m фаз с момента начала отсчета, совпадающего с нуль-переходом сигнала тока первой фазы; т- интервал времени, плавно изменяющийся в пределах

35 (2лТг

Т 1

Далее выходной сигнал мультиплексора 17 усиливается в К раз усилителем 18 и поступает на амплитудный детектор 19, выделяющий максимальное положительное значение этого сигнала за один период его изменения

Uap(t) = max i КОмп(1)1;

t Я(0; Т).

Таким образом, на выходе амплитудного детектора 19 постоянно поддерживается уровень напряжения, соответствующий усиленной в К раз амплитуде наибольшего по величине фазного тока трехфазной(в общем случае, m-фазной) системы.за один период ее первой гармоники, Данный сигнал

Uaq(t) сравнивается с выходным постоянным напряжением делителя 20 напряжения

Одн, котороеформируется непосредственно 55 из напряжения питания, Если амплитудное значение наибольшего из фазных токов меньше заданного порогового значения, 1,е. Оад < Одн, то на выходе компаратора 21 формируется сигнал логической "1". В результате этого выходные сигналы первого 1, второго 2 и третьего 3 трансформаторов тока усиливаются в К раз при помощи первого

7, второго 8 и третьего 9 управляемых усилителей, а коэффициент деления частоты управляемого делителя 14 частоты устанавливается равным К. В противоположном случае (при 14д = Одн) на выходе компаратора 21 устанавливается сигнал логического "0" и коэффициенты усиления первого

7, второго 8 и третьего 9 управляемых усилителей и коэффициент деления управляемого делителя 14 частоты становятся равнымй единице. Таким образом, диапазон входных сигналов токов умножителей 10 — 12 вцбирается, исходя из амплитудного значения наибольшего из фазных токов за один период их первой гармоники, что обеспечивает высокое быстродействие счетчика, Компаратор 21 выполнен по схеме с гистерезисом, поэтому небольшие пульсации на выходе амплитудного детектора 19 не приводят к его ложным срабатываниям и неустойчивой работе устройства. Применение усилителя 18 позволяет резко снизить требования к формированию опорного напряжения на втором входе компаратора 21 (что дает возможность. использовать для этого обычный делитель 20 напряжения), а также полностью избежать возможной неустойчивой работы схемы на границе переключения коэффициентов передачи управляемых усилителей, характерной для приборов такого типа.

Использование предлагаемого счетчика позволяет по сравнению с известным повысить точность измерения электроэйергии трехфазной (a общем случае многофазной) сети без существенного увеличения аппаратурных затрат. При этом введенные блоки

16-21 влияния на точность работы измерительных каналов не оказывают, так как применение мультиплексирования не приводит к появлению импульсных выбросов на выходах и входах умножителей, Повышение точности достигается за счет снижения мультипликативной погрешности умножителей при малых фазных токах. Например, если максимальная погрешность умножителей в динамическом диапазоне изменения токов d равна д, то при выборе коэффициента усиления первого, второго и третьего управляемых усилителей К = d в предложенном счетчике погрешность измерения электооэнергии многофазной сети в диапазоне d также не превышает д. В известном счетчике макси1721519 мальное значение погрешности в этом случ.ае d д.

Так, если передаточная характеристика используемых первого, второго и третьего аналоговых умножителей линейная в диапа- 5 зоне изменения сигнала тока,то при выборе коэффициентов усиления nepaoro, второго и третьего управляемых усилителей и коэффициента деления управляемого делителя частоты равным 32, динамический диапазон 10 работы электронного счетчика также увеличивается в 32 раза: ( — К = 960 макс !макс где " и " " — динамический мин мин диапазон известного и предло>кенного устройств; 20

К вЂ” коэффициент усиления первого, второго и третьего управляемых усилителей, Правомерность выбора коэффициентов передачи первого, второго и третьего управляемых усилителей, исходя из ампли уды 25 максимального из фазных токов, даже при неравномерной загрузке фаз подтверждается тем, что при

30 уакс }чин где 1 " ", 1)""" —. амплитудные значения максимального фэзного тока F фазы и мини- 35 мального фазного тока j фазы..

Электроэнергия j-й. фазы может измеряться с погрешностью, в у раз большей погрешности измерения энергии F фазы, без сниженмя общей погрешности измерения 40 суммарнфго количества электроэнергии всех в фее.

Предеоженное техническое решение может быть использовано в электронных трехфазных (многофазных) счетчиках элект- 45 роэнергии, построенных на базе аналоговых перемножений, имеющих линейную передаточную характеристику в достаточно широком динамическом диапазоне изменения входных сигналов (порядка 30-40). Ис- 50 пользование его в счетчиках, построенных на основе цифроаналоговых или цифровых перемножителей, не.позволяет существенно повысить точность, так как применение всего двух поддиапазонов для работы таких устройств недостаточно

Формула изобретения

Злектронный счетчик электроэнергии, содержащий три трансформатора тока, три трансформатора напряжения, три умножителя, преобразователь напряжения в частоту, блок индикации и блок управления, причем входные клеммы фазных токов подключены к входам первого, второго и третьего трансформаторов тока соответственно, входные клеммы фазных напряжений соединены с входами соответственно первого, второго и третьего трансформаторов напряжения, выходы первого, второго и третьего умножителей подключены к входу преобразователя напряжения в частоту, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения электроэнергии трехфазной сети, в него введены три управляемых усилителя, управляемый делитель частоты, мультиплексор, усилитель, амплитудный детектор, делитель напряжения и компаратор, причем выходы первого, второго и третьего трансформаторов токов подключены к первому, второму и третьему входам мультиплексора и через первый, второй и третий управляемые усилители к первым входам первого, второго и третьего умножителей соответственно, вторые входы которых соединены с выходами соответственно первого; второго и третьего трансформаторов напряжения, блок управления выходов соединен с управляющим входом мультиплексора, выход которого через усилитель и амплитудный детектор подключен к первому входу компаратора, клемма напряжения питания через делитель напряжения соединена с вторым вхОдом компаратора, который выходом подключен к управляющим входам управляемых усилителей и к управляющему входу управляемого делителя частоты, вход которого соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту, а выход — с входом блока индикации.

1721519 цех

4419 Фа

ФЮ

Составитель С. Хромов

Редактор И. Шмакова Техред M.Moðãåíòàë Корректор О. Кундрик

Заказ 949 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

333035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 10t