Цифровой электронный счетчик электроэнергии

Цифровой электронный счетчик электроэнергии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиик

Соцналнстичеси ми республик (11) 86&593 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву— (22) Заявлено 16. 01. 80 (21) 2868991/18-21 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет—

Опубликовано 300981. Бюллетень N9 36

Дата опубликования Описания 3009я1 (51) М. КлЗ

G 01 R 11/48

Государственный KoMNTcT

СССР ло делам нзобретеннй н откр ытнй (53) УДК 621. 31

° 353(088.8) P2) Авторы изобретения

П.П.Першенков, Б.В.Султанов, Э.К. МисОв и В.М.Шляндин

Пензенский политехнический.инстит (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ СЧЕТЧИК

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

М„-Ц +О

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для цифрового измерения электрической энергии.

Известны.цифровые электронные счетчики электроэнергии, построенные на основе ваттметров, в которых мгновенные значения одного из входных сигналов (напряжение нагрузки) преобразуются в пропорциональные им интервалы времени at а мгновенные значения другого входного сигнала (тока нагрузки) преобразуются в частоту следования импульсов f; . При этом число импульсов частотй f на интер- 15 вале d t; пропорционально произведению мгновенных значений тока и напряжения нагрузки.

При суммировании таких пачек импульсов в сетчике импульсов накапли- 20 вается число, пропорциональное энергии Г13 .

Недостатком подобных устройств является низкая точность, обусловленная накоплением погрешности дискретности, имеющей место при формировании пачек импульсов.

Известен также электронный счетчик электроэнергии, содержащий два интег« ратора, два сравнивающих устройства, 30 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 входами первого и второго сравнивающих устройств, выход одного из источников опорного напряжения подключей к первым входам первого и второго переключателей, выход одного триггера соединен с входом вычитания реверсивного счетчика, а выход другого триггера соединен с входом сложения того же счетчика.

Рассматриваемый счетчик электроэнергии состоит из двух идентичных каналов, каждый из которых представляет собой квадратичный преобразователь напряжение-частота (КПНЧ), причем на вход первого КПНЧ подается сигнал, где Ца — напряжение, пропорциональное напряжению нагрузкир

U) - напряжение, пропорциональное току нагрузкир

868593 а на вход второго КПНЧ подается сиг-" нал

Ч1=О„-О; . (2);

При непрерывной работе обоих

КПНЧ в реверсивном счетчике будет накапливаться число

4Г пропорциональное электроэнергии j2).

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

Цель изобретения — повышение точ- ® ности.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой электронный счетчик электроэнергии, содержащий два интегратора, два сравнивающих устройст" фф ва, два источника опорного напряжения, два триггера, два переключателя и реверсивный счетчик, причем первый вход первого интегратора соединен с одной нз входных шин устройства, вы- И) ходы 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 счетчика а выход другого триггера соединей с входом сложения того же счетчика, введены инвертор, два формирователя временного интервала и пусковое устройство, причем первые входы обоих интеграторов объединены между собой, второй вход первого интегратора соединен с вто- «5 рой входной шиной устройства и через инвертор с вторым. входом второго ин« тегратора, третьи входы интеграторов подключены соответственно к выходам первого и второго переключателей, 5() вторые входы которых объединены и подключены к выходу второго источни" ка опорного напряжения, а управляющие входы первого и второго переключателей подключены 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 интер 60 вала, управляющие входы формирователей временного интервала подключены к выходу пускового устройства, а выходы их соединены соответственно с входами первого и второго триггеров, 65

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 счет- чик (РСч) 8, два триггера 9 и 10, два сравнивающих устройства (СУ) 11 и 12, два формирователя 13 н 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 второго интегратора 2, третий вход пер вого интегратора 1 соединен с выходом первого переключателя 4, один вход которого соединен с одним из входов второго переключателя 5 и выходом первого источника б опорного нанряжения, 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, управлякщий 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 8 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 уст-, ройства 15. устройство работает следующим образом.

Сигнал с пускового устройства 15 запускает формирователи 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 сравнивающих устройств 11 il 12 °

Допустим, что в момент пуска на третий вход первого интегратора 1 .подключено положительное напряжение

Vp с ИОН б, а входные сигналы 0 (t-) и Ц (t) имеют положительную полярность. В этом случае напряжение на выходе интегратора 1 отрицательное и изменяется в соответствии с выражением

868593

Ч =- à — tl + — О (tt — -О:(tt)dt=

0„-- Г1 1 0 Т(1 и - 1(1 1 1 Л (4.)

1 постоянные времени интегратора 1.

При равенстве сопротивлений й0 R = R будут равны и постоян- fo

НЫЕ ВРЕМЕНИ i1 = „" = tt„" = (,«ХОгда выражение (4) принимает вид

Ч(, =- (V01Vu+ V )t (5)

Записывая выражения (4) и (5), мы. полагали, что напряжения О (t) н 0.„(t) остаются постоянными в течение времени интегрирования.

Интегрирование входных сигналов

Ц„ф„(с) и 1).„(й) осуществляется в течение временного интервала t0, задаваемого формирователем 13 временного интервала. Задним фронтом сигнала с

ФВИ 13 триггер 9 переводится в противоположное состояние, выдавая при этом импульс на вход вычитания РСч 8 25 и на управляющий вход переключателя

4, который подключает к третьему входу интегратора 1 опорное напряжение отрицательной полярности — Ч0 с

ИОН 7. Значение опорного напряжения Я по модулю превосходит максимально возможное значение суммы сигналов

u„(t) и Щ (с), т.е. направление интегрирования всегда определяется знаком опорного напряжения. 35

После подключения на вход интегратора 1 отрицательного опорного напряжения, выходное напряжение интегратора определяется выражением

ЧЩ- "— (-Ч0+ ЧЦ 1 Ч ) . (6 ) 4)О

В момент, когда выходное напряжение интегратора 1 становится равным нулю, срабатывает СУ 11, запуская ФВИ 13, который выдает очередной интервал времени t 0 . В течение это- щ го интервала выходное напряжение интегратора продолжает изменяться в соответствии с выражением (6).

По окончании интервала t0 триггер

9 вновь изменяет свое состояние, a . э©. 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, sanycкая ФВИ 13. По окончании интервала с вновь перебрасывается триггер 9, в РСч 8 поступает очередной импульс, щ

0 вновь изменяется полярность опорного напряжения, задаваемого на вход интегратора и, соответственно, направление интегрирования. Далее цикл работы повторяется. 6S

Выражение для периода Т; мгновенной частоты „ выходных импульсов триггера 9 записывают в следующем виде

Т; td„-+ СУ Ч где t„. - время, в течение которого t .опорное напряжение, подаваемое на вход интегратора,положительно;

t1> — время, в течение которого на вход интегратора подклю" чено отрицательное опорное напряжение.

Напряжение, до которого заряжается емкость интегратора 1 в течение времени t в том случае когда подключено отрицательное напряжение

V< = (-Ч0+Ч„+Ч,Д

0 ь1 полностью компенсируется в течение времени t« -t0

1 (< «, )-, (V,+V„iV)(t„,-t0).

11

Когда на-третий вход интегратора псщключено положительное опорное напряжение, тогда справедливо равенство

Ч,,+Ч(, )O или (-Ч VtI+ V4)WP (V0+Y(I+ lip)(h)) - %0) 8 )

Рассуждая аналогично для случая, к(магд в течение времени на вход интегратора подключено положительное опорное напряжение, получим равенство

0, „О (Ч0+Ч0+Ч )+0= -+Ч0+V@1 V )(t,-+0) . (В)

Выражения для t1-и С,1., найДенные

11 1 из равенств(, (8) и (9), имеют вид (10)

Ч +Ч +V

0 0

Ио о (11)

0 0 (7) С учетом выражения (7),(10) и (11) мгновенная частота выходных импульсов триггера 9 записана как (12) 0 где P = V Vg - мгновенная мощность

II сигнала.

Нижняя часть схемы счетчика электроэнергии, состоящая из второго интегратора 2, СУ 9, ФВИ 4, триггера

10, переключателя 5, работает аналогично вышеописанной, с той лишь разницей, что на второй вход интегратора 2 подается напряжение — Н,.(t) с выхода инвертора 3.

При этом. мгновенная частота им- . пульсов, поступающих на шину сложения

РСч 8, определяется выражением (13) 4."0 0

868593

При непрерывной работе устройства, в РСч 8 накапливается число, определяемое выражением

Я (" fi )(}f о или, подставляя значения частот иэ (12) и {13), получаем

1 = — - — N. (14 )

"о о

О о о

Таким образом, число, накопленное в счетчике, пропорционально электроэнергии входных сигналов.

Как видно иэ выражения (14), которое представляет собой функцию преобразования устройства, предлагаемый счетчик электроэнергии является,вы- . 15 сокоточным прибором, так как в его функцию преобразования входят только величины V>tq, которые могут быть заданы с высокой точностью и стабильностью во времени. 20

Формула изобретения.

ЦифРовой электРонный счетчик элек- д троэнергии, содержащий два интегратора, два сравнивающих устройства, два источника опорного напряжения, два триггера, два переключателя и

-реверсивный счетчик, причем первый вход первого интегратора соединен с Зо одной из входных шйн устройства, выхо. ды.первого и второго интеграторов соединены соответственно с первыми sxoдами первого и второго сравнивающих устройств, выход одного иэ источников35 опорного напряжения йодключен к первым входам первого и второго переключателей, выход одного триггера соединен с входом вычитания реверсивного счетчика, а выход другого тригI гера соединен с входом сложения того же счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены инвертор, два формирователя временного интервала н 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 интервала, управляющие входы 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 пе- .ременного тока. "Цифровая электроизмерительная техника", ОНТИприбор, 1966, ч.Н, с.24-29.

2. Патент США 9 3780273, кл. 235-150.52, онублик. 18.12.78 (прототип).

868593

Составитель С.Шитов

Редактор М.Янович Техред А.Савка Корректор С. Шекмар

Заказ 8315/63 Тиразк 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам. изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óêãîðîä, ул.Проектная,4