CH687423A5 - Multi-function counter incorporating electricity meters - Google Patents
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Abstract
The counter has a respective electricity meter (20,21,22) for each phase, providing output pulses with a frequency (fr, fs,ft) proportional to the power of the corresponding phase. The measuring stage (21) for each phase indicates a phase loss when no zero transitions of the phase voltage are detected and is followed by a respective evaluation stage with a pulse duration decoder for activating a phase loss display.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Multifunktionszähler gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Multifunktionszähler der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der US-PS 4 742 296 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Multifunktionszähler so zu verbessern, dass auch eine ermittelte Energieflussrichtung und ein festgestellter Phasenausfall erkennbar ist.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Multifunktionszählers,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Speisegerätes mit einer zugehörigen Spannungs-Überwachungsanordnung,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Signalaufbereitungs-Anordnung,
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Signalauswerte-Anordnung,
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Fehlerermittlungs-Anordnung,
Fig. 6 ein Zustands-Diagramm eines 5Bit-Vorwärts/Rückwärts-Zählers,
Fig. 7 ein Zustands-Diagramm eines 3Bit-Vorwärts/Rückwärts-Zählers,
Fig. 8 eine Register-Anordnung einer Messeinheit,
Fig. 9 eine erste Variante einer Busschnittstellen Verbindung zwischen drei Messeinheiten und einem Master-Computer und
Fig. 10 eine zweite Variante einer Busschnittstellen-Verbindung zwischen drei Messeinheiten und einem Master-Computer.
Gleiche Bezugszahlen bezeichnen in allen Figuren der Zeichnung gleiche Teile.
Der Multifunktionszähler enthält einen Einphasen- oder Mehrphasen-Elektrizitätszähler 20; 21; 22, eine ÜberspannungsSchutzanordnung 23, ein Speisegerät 24, eine FehlerermittlungsAnordnung 25, einen Mikrocomputer 26, einen fakultativ vorhandenen Rundsteuerempfänger RCR, eine Flüssigkristallanzeige LCD und eine Uhrenschaltung 27; 28; 29, welche zusätzlich zu einer Kalenderuhr 27, die eine Echtzeituhr ist, noch einen Treiber 28 für die Flüssigkristallanzeige LCD sowie eine Spannungsteilerund Temperaturkompensations-Anordnung 29 enthält. Ausserdem ist noch eine Vielzahl von Eingangs- und/oder Ausgangs-Anordnungen 30 bis 36 vorhanden, die als Interfaceschaltungen zwischen Hilfseingängen und/oder Hilfsausgängen des Multifunktionszählers und sogenannten PORT-Anschlüssen des Mikrocomputers 26 angeordnet sind.
Die Flüssigkristallanzeige LCD ist vorzugsweise eine kundenspezifische Anzeige mit speziellen Anzeigebildern, wie z.B. Ziffern, ein Schlüssel, eine Uhr, usw. Ausgänge des Treibers 28 sind z.B. über eine 32Bit- und eine 4Bit-Busverbindung 28a bzw. 28b mit je einem Buseingang der Flüssigkristallanzeige LCD verbunden, was einen vierfach Multiplexbetrieb der letzteren ermöglicht. Der Treiber 28 speist die Anordnung 29 mit einer Speisespannung BIAS; GND, während drei Spannungsausgänge der Anordnung 29 mit je einem getrennten Eingang VLC0 bzw. VLC1 bzw. VLC2 des Treibers 28 verbunden sind. Die Anordnung 29 liefert die vom Treiber 28 benötigten Spannungspegel und korrigiert den Ablesewinkel der Flüssigkristallanzeige LCD in Funktion der Temperatur.
Die Kalenderuhr 27 zeigt die Zeit (in Stunden, Minuten und Sekunden), das Datum (in Jahren, Monaten und Tagen), Wochentagnummern, Wochennummern, Sommer- und Winterzeit sowie Schaltjahre an. Als Zeitnormal dient ein Quarz oder ein externes, von der Anordnung 25 an den Synchronisier-Eingang SYNC der Uhrenschaltung 27; 28; 29 geliefertes Synchroniersignal. Wenn letzteres gestört ist, wird automatisch auf den Quarz umgeschaltet.
Der Mikrocomputer 26 weist neben einem Zentralprozessor CPU noch mindestens einen Schreib/Lese-Speicher RAM, einen Festwertspeicher ROM, einen elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher E<2>PROM sowie mehrere Eingangs- und/oder Ausgangs-Interfaceschaltungen auf, sogenannte PORTS. Er arbeitet immer als Meister-Computer und verarbeitet periphere Signale, aus denen er Energie- und/oder Leistungswerte bildet, die er bei Bedarf an die Flüssigkristallanzeige LCD und/oder an Ausgangs-Anordnungen (z.B. 34, 35 und 36), weitergibt. Verrechnungsdaten werden dabei bei jedem Spannungsausfall und periodisch im programmierbaren Festwertspeicher E<2>PROM unverlierbar gespeichert.
Die Anordnungen 30 und 31 sind z.B. Mehrbit-Eingangs-Anordnungen, während die Anordnung 32 z.B. eine Mehrbit-Ausgangs-Anordnung ist. Die Anordnungen 30 und 32 enthalten zwecks galvanischer Trennung jeweils einen Optokoppler oder ein elektromagnetisches Relais pro Bit, wobei die Leuchtdiode des Optokopplers bzw. die Relaisspule jeweils einen Eingang und der Phototransistor des Optokopplers bzw. der Relaiskontakt jeweils einen Ausgang der Anordnung 30 bzw. 32 bildet. Die Anordnung 30 ist als Interfaceschaltung zwischen einem Buseingang 30a des Multifunktionszählers und dem Mikrocomputer 26 angeordnet, wobei ihre Ausgänge über eine Busverbindung 30b mit PORT-Eingängen des Mikrocomputers 26 verbunden sind.
Der Buseingang 30a beinhaltet vorzugsweise Steuereingänge zu Steuerzwecken, wie z.B. eine Tarifumschaltung, eine Messwert-Kumulierung oder eine zeitliche Beschränkung einer Maximum-Messung. Die Anordnung 31 enthält eine Drucktaste pro Bit, die über eine Leitung einer Busverbindung 31a mit einem PORT-Eingang des Mikrocomputers 26 verbunden ist. Eine erste, freizugängliche Drucktaste dient vorzugsweise einem Anzeigeabruf, während eine zweite, plombierte Drucktaste einer Kumulierung von Messwerten oder einer Winter/Sommer-Saisonumschaltung dient. Mit beiden Drucktasten zusammen können z.B. auch gewisse Parameter programmiert werden, wie z.B. die Uhrzeit oder das Datum der Kalenderuhr 27.
Die Anordnung 32 ist als Interfaceschaltung zwischen dem Mikrocomputer 26 und einem Busausgang 32a des Multifunktionszählers angeordnet, wobei PORT-Ausgänge des ersteren über eine Busverbindung 32b mit Eingängen der Anordnung 32 verbunden sind. Der Busausgang 32a beinhaltet vorzugsweise Steuerausgänge, mit deren Hilfe z.B. Lasten oder Steuereingänge von weiteren Multifunktionszählern gesteuert werden.
Die Anordnungen 33 und 36 sind z.B. serielle 1Bit-Ausgangs-Anordnungen, die ähnlich aufgebaut sind wie die Anordnung 32, mit dem Unterschied, dass die Anordnung 36 nur einen einzigen Optokoppler und die Anordnung 33 nur ein einziges elektromagnetisches Relais enthält. Ein Kontakt e des letzteren bildet einen zweipoligen Hilfsausgang 33a des Multifunktionszählers, während ein zweipoliger PORT-Ausgang des Mikrocomputers 26 über eine zweipolige Verbindung 33b mit der zugehörigen Relaisspule verbunden ist. Ein Eingang der Anordnung 36 ist über eine zweipolige Verbindung 36a von einem PORT-Ausgang des Mikrocomputers 26 gespeist und ihr Ausgang auf einen zweipoligen Hilfsausgang +/- r53 des Multifunktionszählers geführt. Der Hilfsausgang r53 liefert, z.B. zu Fernzählzwecken, Festmengenimpulse, d.h. Impulse pro kWh.
Die Anordnungen 34 und 35 sind normierte serielle Schnittstellenschaltungen, die beide prinzipiell die gleiche Funktion ausführen. Dabei ist die erstere vorzugsweise eine optische Interfaceschaltung OPT und die letztere vorzugsweise eine Stromschlaufe-Interfaceschaltung CS. Ausgänge der Anordnungen 34 und 35, die dem Mikrocomputer 26 zugewandt sind, sind über einen gemeinsamen einpoligen Umschalter 37 mit einem PORT-Eingang des Mikrocomputers 26 verbunden, wobei entweder das zugehörige Ausgangssignal der Anordnung 34 oder das zugehörige Ausgangssignal der Anordnung 35 als Signal RxD dem betreffenden PORT-Eingang des Mikrocomputers 26 zugeführt wird. Ein Steuereingang des Umschalters 37 wird von einem, an einem weiteren PORT-Ausgang des Mikrocomputers 26 anstehenden Steuersignal SEL gesteuert, welches die Anordnung 34 oder 35 auswählt.
Eingänge der Anordnungen 34 und 35, die dem Mikrocomputer 26 zugewandt sind, sind dagegen miteinander verbunden und werden von einem PORT-Ausgang des Mikrocomputers 26 mit einem Signal TxD gespeist. Ein optischer Ausgang 34a und ein optischer Eingang 34b der Anordnung 34 bilden jeweils einen optischen Hilfseingang bzw. Hilfsausgang des Multifunktionszählers, während die Anordnung 35 einen zweipoligen Anschluss 35a besitzt, der als +/- Hilfs-Eingang/Ausgang des Multifunktionszählers dient. Die Interfaceschaltungen OPT und CS dienen z.B. zur bidirektionalen Kommunikation mit Ableseund/oder Parametriergeräten. Die Interfaceschaltung OPT stellt vorzugsweise eine asynchrone Schnittstelle nach DIN-Norm 66258 dar, in der normalerweise Protokolle nach IEC-Norm 1107 verarbeitet werden. Auf Kundenwunsch sind jedoch auch andere Protokolle möglich.
Die Interfaceschaltung CS ist dagegen eine intern galvanisch getrennte zweidraht Schnittstelle zur Kommunikation über eine Steckverbindung.
Der Elektrizitätszähler 20; 21; 22 misst Wirkenergie und/oder Blindenergie und/oder Scheinenergie. Bei der Messung einer einzigen Energieart weist er für jede Phase einen zu der betreffenden Phase gehörigen Spannungs/Strom-Wandler 20 und eine zu der betreffenden Phase gehörige Messeinheit 21 auf. Er besitzt ausserdem eine für alle Phasen gemeinsame zentrale Signalaufbereitungs-Anordnung 22. Bei der Messung zweier oder dreier unterschiedlicher Energiearten sind dagegen doppelt soviele Bauelemente 20 und 21 vorhanden.
Nachfolgend und in der Fig. 1 gilt die Annahme, dass der Elektrizitätszähler 20; 21; 22 ein reiner Wirkenergie-Dreiphasen-Elektrizitätszähler ist, der drei Spannungs/Strom-Wandler 20 und drei Messeinheiten 21 besitzt sowie an vier Drähten N (Null-Leiter), R, S und T eines elektrischen Energieversogungsnetzes angeschlossen ist, welches über die Überspannungs-Schutzanordnung 23 vier Speiseeingänge R1, S1, T1 und N1 des Speisegerätes 24 sowie vier Speiseeingänge R2, S2, T2 und N2 der Anordnung 25 speist. Die Überspannungs-Schutzanordnung 23 enthält zur Verhinderung von Überspannungen und/oder Stoss-Spannungen vorzugsweise einen spannungsabhängigen Widerstand pro Phase, der jeweils zwischen der betreffenden Phase und dem Null-Leiter N angeordnet ist.
Zur Filterung sehr schneller leitungsgebundener Störsignale oder Störspannungsspitzen können auch Supressordioden oder Induktivitäten zur Dämpfung von Hochfrequenzströmen vorhanden sein.
Im Speisegerät 24 werden unter anderem vier Gleichspannungen VCSP, VDD, GND (0 Volt) und VSS, zwei Rückstellsignale POR und rst, eine Gangreserve-Spannung GARES für die Kalenderuhr 27 sowie ein Unterbrechungssignal INTP für den Mikrocomputer 26 erzeugt. VCSP ist z.B. 10 Volt, VDD z.B. 5 Volt und VSS z.B. -5 Volt. Die drei Gleichspannungen VDD, GND und VSS speisen alle Messeinheiten 21 sowie die Anordnungen 22 und 25. Die beiden Gleichspannungen VDD und GND speisen den Mikrocomputer 26, die Uhrenschaltung 27; 28; 29, die Eingangs- und/oder Ausgangs-Anordnungen 30, 31, 34 und 35 sowie, falls vorhanden, den Rundsteuerempfänger RCR. Die beiden Gleichspannungen VCSP und GND speisen die Ausgangs-Anordnungen 32, 33 und 36.
Das Rückstellsignal rst stellt die Anordnung 22 über Eingang W und das Rückstellsignal POR den Mikrocomputer 26, die Uhrenschaltung 27; 28; 29 und gegebenenfalls den Rundsteuerempfänger RCR zurück. Die Gangreserve-Spannung GARES ist auf einen ersten Eingang und ein an einem weiteren PORT-Ausgang des Mikrocomputers 26 anstehendes Rückstellsignal RST auf einen zweiten Eingang einer Gangreserve-Anordnung 40 geführt, deren Ausgang mit einem Eingang RES der Uhrenschaltung 27; 28; 29 verbunden ist. Das Unterbrechungssignal INTP ist auf einen weiteren PORT-Eingang des Mikrocomputers 26 geführt.
In einem Dreiphasen-Elektrizitätszähler 20; 21; 22, der eine einzige Energieart misst, speist jede Phasenspannung des Energieversorgungsnetzes über die Überspannungs-Schutzanordnung 23 unmittelbar, falls eine Wirkenergie gemessen wird, oder über einen nachfolgenden, in der Fig. 1 nicht dargestellten 90 DEG Phasenschieber, falls eine Blindenergie gemessen wird, einen Eingang des zur betreffenden Phase gehörenden Spannungs/Strom-Wandlers 20.
Der innere Aufbau der Messeinheiten 21 ist in der Zeichnung nicht dargestellt, da er mindestens aus der US-PS 4 742 296 oder der US-PS 4 728 886 bekannt ist. Jede Messeinheit 21 enthält eine vorzugsweise U-förmige Stromschleife 21a, die entweder unmittelbar von einem zugehörigen Phasen-Laststrom iR bzw. iS bzw. iT des Energieversorgungsnetzes (siehe Fig. 1) oder über einen zugehörigen Stromwandler (nicht dargestellt) mit einem zu diesem Phasen-Laststrom iR bzw. iS bzw. iT proportionalen Strom gespeist ist. Innerhalb einer jeden zu einer Phase gehörenden Messeinheit 21 ist jeweils zwischen den parallelen Stromleitern der Stromschleife 21a vorzugsweise ein nicht dargestelltes Hallelement angeordnet, dessen Stromeingang von einem Speisestrom gespeist ist, der proportional einer Phasenspannung uR bzw. uS bzw. UT der betreffenden Phase ist.
Zu diesem Zweck ist jeweils ein Ausgang des zur betreffenden Phase gehörenden Spannungs/Strom-Wandlers 20 mit einem ersten Pol des betreffenden Stromeingangs und der zum Null-Leiter N gehörende Ausgang der Überspannungs-Schutzanordnung 23 mit einem zweiten Pol dieses Stromeingangs verbunden. Da das Magnetfeld, dem das Hallelement ausgesetzt ist, proportional dem zugehörigen Phasen-Laststrom iR bzw. iS bzw. iT ist, ist die Ausgangsspannung des betreffenden Hallelementes jeweils prorportional dem gemessenen Leistungswert uR.iR bzw. uS.iS bzw. UT.iT der zugehörigen Phase. Innerhalb jeder Messeinheit 21 ist deren Hallelement jeweils ein nicht dargestellter Spannungst/Frequenz-Wandler nachgeschaltet, in dem der zugehörige Leistungswert uR.iR bzw. uS.iS bzw. uT.iT in eine proportionale Frequenz fR bzw. fS bzw. fT umgewandelt wird.
Am Ausgang des Spannungs/Frequenz-Wandlers der drei Messeinheiten 21, der jeweils auch der Signalausgang OES der betreffenden Messeinheit 21 ist, ist somit je ein Mess-Signal MINP1 bzw. MINP2 bzw. MINP3 vorhanden, welches aus Impulsen besteht, deren Frequenz fR bzw. fS bzw. fT jeweils proportional dem in der betreffenden Phase durch die zugehörige Messeinheit 21 gemessenen Leistungswert uR.iR bzw. uS.iS bzw. uT.iT ist. Die Mess-Signale MINP1, MINP2 und MINP3 sind auf je einen getrennten Signaleingang 22a bzw. 22b bzw. 22c der Anordnung 22 geführt. Jede Messeinheit 21 wird kalibriert vor ihrem Einbau in den Multifunktionszähler.
Die Temperaturabhängigkeit des Übertragungsfaktors eines jeden Hallelementes kann entweder mit einer gleich grossen Temperaturabhängigkeit einer im nachgeschalteteten Spannungs/Frequenz-Wandler enthaltenen Referenzspannung kompensiert werden oder mit Hilfe der Temperaturabhängigkeit des Halbleiterwiderstandes des Hallelementes. Im letzteren Fall wird ein temperaturabhängiger Widerstand parallel zum Speiseeingang des Hallelementes geschaltet, der einen temperaturabhängigen Anteil des Speisestromes des Hallelementes ableitet. Mit zunehmender Temperatur nimmt der Übertragungsfaktor des Hallelementes zwar zu, gleichzeitig nimmt aber auch der Halbleiterwiderstand des Hallelementes zu, so dass der Speisestrom des letzteren entsprechend abnimmt.
Mit dem Wert des parallelangeordneten temperaturabhängigen Widerstandes können die beiden gegenläufigen Einflüsse gleich gross eingestellt werden, so dass die Gesamtübertragung des Hallelementes temperaturunabhängig wird.
Ausser der Verwendung des Hallelementes zur Messung der Leistungswerte ist auch die Verwendung anderer Messprinzipien möglich. Z.B. kann auch mit jeder U-förmigen Stromschleife 21 a eine weitere Spule induktiv gemäss US-PS 4 810 989 gekoppelt werden, die Werte diR/dt bzw. diS/dt bzw. diT/dt der Ableitung erster Ordnung der Phasen-Lastströme iR bzw. iS bzw. iT ermittelt, welche dann jeweils in einem nachgeschalteten Integrator in die Werte von iR bzw. iS bzw. iT umgewandelt werden.
Die Spannungs/Frequenz-Wandler der drei Messeinheiten 21 benötigen alle eine gleiche Referenzfrequenz, z.B. 4096 Hz, die ihnen von einem Referenzsignal-Ausgang 22d der Anordnung 22 in Gestalt eines Referenz-Taktsignals FREF, welches in Funktion der Zeit aus Impulsen besteht, über je einen Takteingang IRF zugeführt wird. Das Referenz-Taktsignal FREF einerseits und die Mess-Signale MINP1, MINP2 und MINP3 anderseits sind asynchron zueinander. Die Eingangsseite der zu den Signalen FREF, MINP1, MINP2 und MINP3 gehörenden Verbindungen ist jeweils mit einem Schmitt-Trigger ausgerüstet, was in der Zeichnung aus Gründen der zeichnerischen Einfachheit nicht dargestellt ist.
Dies gestattet den Einbau je eines Tiefpassfilters mit beliebig grossen Phasenverschiebungen als Schutz gegen hochfrequente Störungen, wodurch die Robustheit der Messanordnung gegen Hochfrequenz-Störungen erheblich verbessert wird.
Die Anordnung 22 besitzt zwei Signalausgänge 22e und 22f, an denen ein Signal MDIR bzw. MPULS ansteht, welches auf je einen getrennten weiteren PORT-Eingang des Mikrocomputers 26 geführt ist. Ein Testausgang TSTOUT der Anordnung 22 ist z.B. mit einer Kathode einer Leuchtdiode 38 verbunden, deren Anode auf eine Kathode einer Leuchtdiode 39 geführt ist, deren Anode wiederum an der Gleichspannung VDD liegt. Eine der beiden Leuchtdioden 38 bzw. 39 ist z.B. eine Infrarot-Leuchtdiode, die zu Übertragungszwecken und/oder zu einer maschinenlesbaren Auslesung verwendet wird. Der Testausgang TSTOUT liefert eine leistungsproportionale Frequenz rechteckförmiger Impulse und dient als optische Schnittstelle zu einem Testgerät, in dem die Messgenauigkeit der Messeinheiten 21 und der Signalaufbereitungs-Anordnung 22 geprüft werden kann.
Statt zwei Leuchtdioden 38 und 39 können auch mehrere Leuchtdioden gleichgepolt in Reihe geschaltet werden, die zu unterschiedlichsten Anzeigezwecken verwendet werden, wie z.B. zur getrennten Anzeige eines Hoch- und Niedertarifs und/oder zur getrennten Anzeige eines positiven und negativen Energiewertes. Die in Reihe geschalteten Leuchtdioden werden dann vorzugsweise von einer Konstantstromquelle gespeist und sind je durch einen Schalttransistor kurzgeschlossen, der z.B. im Rhythmus von Impulsen geschaltet wird, die die anzuzeigenden Daten darstellen.
Vier Steuerausgänge A, B, C und D der Anordnung 22, an denen jeweils eines der vier Signale PF1, PF2, PF3 und RRST ansteht, sind auf je einen getrennten Steuereingang E bzw. F bzw. G bzw. H der Anordnung 25 geführt. Ein Steuerausgang J der letzteren, an dem ein Signal rstRR ansteht, sowie drei Steuersignale ST1, ST2 und ST3 sind auf je einen getrennten Steuereingang K bzw. L bzw. M bzw. V der Anordnung 22 geführt.
Ein Synchronisier-Ausgang SYNC der Anordnung 25 ist mit je einem Synchronisier-Eingang SYNC der Uhrenschaltung 27; 28; 29 und des Mikrocomputers 26 verbunden, während ein weiterer PORT-Ausgang des letzteren, an dem ein Signal CYC ansteht, mit einem weiteren Steuereingang P der Anordnung 25 verbunden ist. Ein Ausgang der Uhrenschaltung 27; 28; 29, an dem ein Signal BUSY ansteht, ist mit einem weiteren PORT-Eingang des Mikrocomputers 26 verbunden. Falls ein Rundsteuerempfängers RCR vorhanden ist, ist dessen Eingang mit einem Signalausgang RCOUT der Anordnung 25 verbunden, während drei Ausgänge des Rundsteuerempfängers RCR, an denen je eines von drei Ausgangssignalen INT, UND120VO oder RCROUT ansteht, auf je einen getrennten weiteren Port-Eingang des Mikrocomputers 26 geführt sind.
Der Rundsteuersignaleingang des Rundsteuerempfängers RCR wird automatisch an eine der drei Phasen des Energieversorgungsnetzes zugeschaltet, die keine Unterspannung aufweist. Der Rundsteuerempfänger RCR empfängt somit über die Anordnungen 23 und 25 sowie dem Signalausgang RCOUT der letzteren Informationen, die in Gestalt tonfrequenter Impulse über eine einzige Phase des Energieversorgungsnetzes übertragen werden, die keine Unterspannung aufweist. Eine einzige gesunde Phase genügt zur Sicherstellung der Funktion des Runsteuerempfängers RCR. Der letztere filtert das empfangene Signal, um es von Störsignalen wie das 50Hz-Spannungssignal, dessen Harmonische sowie fremde Rundsteuersignale zu befreien. Er decodiert anschliessend die empfangenen Informationen, die in der Regel Befehle enthalten, die sofort oder verzögert ausgeführt werden.
Der Rundsteuerempfänger RCR dient vorzugsweise unter anderem einer Tarifumschaltung. Der Tarif kann in diesem Fall, z.B. statt mit Hilfe des Buseinganges 30a, mit Hilfe gewisser empfangener Rundsteuer-Befehle gesteuert werden. Funktionalität und Auswertung der empfangenen Informationen ist gleich wie bei bekannten Rundsteuerempfängern.
Die Kalenderuhr 27 kann ihrerseits ebenfalls zu Tarifumschaltungen verwendet werden und stellt dann eine dritte Möglichkeit zur Steuerung derselben dar.
Je eine Busverbindung SPI1 bzw. SPI2 bzw. SPI3 ist zwecks bidirektionaler Kommunikation zwischen einerseits dem Mikrocomputer 26 und anderseits der Anordnung 25 bzw. der Uhrenschaltung 27; 28; 29 bzw. dem Rundsteuerempfänger RCR vorhanden.
Das in der Fig. 2 dargestellte Speisegerät 24 enthält einen ohmisch kapazitiven Spannungsteiler 41, zwei Shunt-Regler 42 und 43, einen Puffer-Kondensator C1, einen Spannungsteiler 44, einen Serie-Regler 45, zwei Überwachungsanordnungen 46 und 47, eine Gangreserve-Spannungsquelle 48 und fakultativ eine Leuchtanzeige 49. Die vier Speiseeingänge R1, S1, T1 und N1 des Speisegerätes 24 werden, wie bereits erwähnt, über die ÜberspannungsSchutzanordnung 23 (siehe Fig. 1) vom Energieversorgungsnetz mit einer Dreiphasen-Spannung gespeist, welche im unmittelbar nachgeschalteten ohmisch kapazitiven Spannungsteiler 41 in eine geregelte Gleichspannung VCSP; VCSN umgewandelt wird.
Der ohmisch kapazitive Spannungsteiler 41 enthält vorzugsweise eine aus sechs Dioden D1 bis D6 bestehende DrehstromBrückenschaltung 41a, deren zweipoliger Gleichstrom-Ausgang über je einen Serie-Widerstand R1 bzw. R2 mit dem ersten Pol je einer Suppressordiode D7 bzw. D8 und dem ersten Pol je einer Induktivität L1 bzw. L2 verbunden ist, wobei die zweiten Pole der beiden Induktivitäten L1 und L2 die Eingänge zu den zwei Shunt-Reglern 42 und 43 bilden. Die zweiten Pole der beiden Suppressordioden D7 und D8 sind miteinander, mit dem Null-Leiter N1 und mit einem ersten Eingang der Leuchtanzeige 49 verbunden. Die drei Drehstrom-Eingänge der Drehstrom-Brückenschaltung 41a sind über je einen Reihenkondensator C2 mit einem der drei Speiseeingänge R1 bzw. S1 bzw.
T1 des Speisegerätes 24 verbunden, wobei die von den Speiseeingängen R1, S1 und T1 abgewandten Pole der Reihenkondensatoren C2 jeweils zusätzlich noch mit je einem von drei weiteren Eingängen der Leuchtanzeige 49 verbunden sind. Die letztere enthält nicht dargestellt eine Widerstand/Leuchtdiode-Reihenschaltung pro Phase, die jeweils zwischen der betreffenden Phase und dem Null-Leiter N1 angeordnet ist, wobei jeder Leuchtdiode vorzugsweise eine Rückflussdiode in umgekehrter Richtung parallelgeschaltet ist.
Das am Null-Leiter N1 anstehende Potential ist z.B. das MassePotential GND. Der Shunt-Regler 42 ist zwischen dem positiven Ausgangspol und dem Null-Leiter N1 und der zweite Shunt-Regler 43 zwischen dem Null-Leiter N1 und dem negativen Ausgangspol des ohmisch kapazitiven Spannungsteilers 41 angeordnet. Die Gleichspannung VCSP; GND ist eine positive Spannung, die im Shunt-Regler 42 geregelt wird und den zum letzteren parallelgeschalteten Puffer-Kondensator C1 zwecks Energiespeicherung auflädt, was einer Datenrettung bei einem allfälligen Netzspannungsausfall dient. Sie speist ebenfalls den parallel dazu geschalteten Spannungsteiler 44, in dem die Gleichspannung VCSP; GND auf eine positive Gleichspannung VCSDIV reduziert wird. Die letztere speist ihrerseits einen Eingang der Überwachungsanordnung 47.
Die Gleichspannung VCSN; GND ist dagegen eine negative Spannung, die im zweiten Shunt-Regler 43 geregelt wird. Die Gleichspannung VCSP; VCSN speist den Eingang des Serie-Reglers 45, der sie in eine zusätzlich geregelte Gleichspannung VDD; VSS umwandelt. Die Gleichspannung VDD; GND speist zweipolig die beiden Überwachungsanordnungen 46 und 47 sowie die Gangreserve-Spannungsquelle 48. Ein zweiter zweipoliger Speiseeingang der letzteren wird von einem Supercap, einem Akkumulator oder einer Batterie 48a gespeist. Die Überwachungsanordnung 46 überwacht die Gleichspannung VDD; GND und erzeugt an ihrem Ausgang das Rückstellsignal POR, welches unter anderem auch einen Eingang eines Tiefpassfilters 50 speist, wo es gefiltert wird und in das Rückstellsignal rst umgewandelt wird.
Das Rückstellsignal POR ist ein logisches Signal zum Starten des Mikrocomputers 26 sobald die Gleichspannung VDD; GND einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat. Ausserdem setzt es den Mikrocomputer 26 in einen kontrollierten Zustand sobald die Gleichspannung VDD; GND einen vorgegebenen Schwellenwert unterschritten hat. Die Überwachungsanordnung 47 überwacht die Gleichspannung VCSDIV; GND und erzeugt an ihrem Ausgang das Unterbrechungssignal INTP. Letzteres wird erzeugt, sobald die Gleichspannung VCSDIV; GND einen vorgegebenen Wert überschritten hat und sichergestellt ist, dass zur allfälligen Datenrettung genügend Energie gespeichert ist. Es dient ausserdem der Auslösung der Datenrettung bei einem Netzspannungsausfall.
Die Gangreserve-Spannungsquelle 48, an deren Ausgang die Gangreserve-Spannung GARES ansteht, liefert die Energie für den Betrieb der Uhrenschaltung 27; 28; 29 und damit der Kalenderuhr 27 während eines Netzspannungsausfalls.
Die in der Fig. 3 dargestellte Signalaufbereitungs-Anordnung 22 wird über je einen getrennten Eingang von den Gleichspannungen VDD, GND und VSS sowie von den Signalen rstRR (über Eingang K), ST1 (über Eingang L), ST2 (über Eingang M), ST3 (über Eingang V) und rst (über Eingang W) gespeist. Sie enthält einen Oszillator 51, der vorzugsweise einen Quarz-Oszillator ist, einen Frequenzteiler 52, eine Signalauswerte-Anordnung 53 pro Phase, eine Synchronisier-Anordnung 54 pro Phase, einen Zähler 55, drei Oder-Gatter 56, 57 und 58, ein Nand-Gatter 59, drei Frequenzteiler 61, 62 und 63, einen Impulsformer 64, drei Nand-Gatter 65, 66 und 67 sowie einen Treiber 68.
Der Oszillator 51 erzeugt Impulse, deren Frequenz z.B. 32, 768 kHz (2<<1><5>> Hz) beträgt und die einem Eingang des nachgeschalteten Frequenzteilers 52 zugeführt werden, wo die Frequenz heruntergeteilt wird zwecks Erzeugung von z.B. vier intern benötigten Taktsignalen CL1, CL2, CL3 und CL4 sowie des Referenz-Taktsignals FREF, welches letzteres über den Ausgang 22d der Anordnung 22 den drei Messeinheiten 21 zugeführt wird (siehe Fig. 1). Die Frequenzen der Signale FREF, CL1, CL2, CL3 und CL4 sind vorzugsweise 4096 Hz (2<1><2> Hz), 32 kHz, 500 Hz, 32 Hz, 1 Hz. Um Synchronisier-Probleme zu vermeiden, sind die Impulse des Taktsignals CL1 vorzugsweise um eine halbe Periode phasenverschoben gegenüber den vom Oszillator 51 erzeugten Impulsen gleicher Frequenz.
Die Signale CL1 und rst speisen je einen Eingang der Bauelemente 53, 54, 55, 61, 62, 63 und 64, die Signale ST3, CL4 und rstRR je einen Eingang der drei Anordnungen 53, das Signal CL2 einen Eingang des Impulsformers 64 und die Signale ST2 und ST3 je einen getrennten Eingang der Frequenzteiler 62 und 63. Die drei Ausgänge A, B und C der Anordnung 22, an denen jeweils eines der Phasenausfall-Signale PF1 bzw. PF2 bzw. PF3 ansteht, werden durch je einen Ausgang PF der drei Anordnungen 53 gebildet. Je ein Ausgang RR der drei Anordnungen 53, an dem jeweils ein Rückwärtslaufsignal RR1 bzw. RR2 bzw. RR3 ansteht, ist mit je einem getrennten Eingang des Oder-Gatters 58 verbunden, dessen Ausgangssignal RRST auf den Ausgang D der Anordnung 22 geführt ist. Je ein Ausgang CR der drei Anordnungen 53, an dem jeweils ein Leerlauf-Signal CR1 bzw. CR2 bzw.
CR3 ansteht, ist auf je einen getrennten Eingang des Nand-Gatters 59 geführt, dessen Ausgangssignal TCR einen ersten Eingang des Nand-Gatters 67 speist.
Das Mess-Signal MINP1 bzw. MINP2 bzw. MINP3 am Ausgang der zu einer Phase gehörigen Messeinheit 21 (siehe Fig. 1) speist jeweils über einen Eingang 22a bzw. 22b bzw. 22c der Anordnung 22 einen Signaleingang MINP der zur betreffenden Phase gehörigen nachgeschalteten Anordnung 53, in der es jeweils in zwei Signalen MPOS und MNEG umgewandelt wird, die beide auf je einen getrennten Eingang der zur betreffenden Phase gehörenden Synchronisier-Anordnung 54 geführt sind, welche jeweils einen ersten und einen zweiten Ausgang besitzt. Die ersten Ausgänge der drei Anordnungen 54 sind jeweils auf getrennte Eingänge des Oder-Gatters 56 und die zweiten Ausgänge der drei Anordnungen 54 jeweils auf getrennte Eingänge des Oder-Gatters 57 geführt. Drei Steuerausgänge des Zählers 55 sind mit einem Steuereinang je einer der drei Anordnungen 54 verbunden.
Die Ausgänge der beiden Oder-Gatter 56 und 57 sind mit je einem getrennten Eingang des Frequenzteilers 61 verbunden, dessen zwei Ausgänge über den Frequenzteiler 62 bzw. 63 auf je einen getrennten Eingang des Impulsformers 64 geführt sind, welcher zwei Ausgänge besitzt, an denen das Signal MDIR bzw. MPULS ansteht und die beide zwei Ausgänge 22e und 22f der Anordnung 22 bilden. Das Signal MDIR speist invertiert einen ersten Eingang des Nand-Gatters 65, an dessen zweiter Eingang das Steuersignal ST1 ansteht und dessen Ausgang mit einem ersten Eingang des Nand-Gatters 66 verbunden ist, an dessen zweiter Eingang das Signal MPULS ansteht und dessen Ausgang auf einen zweiten Eingang des Nand-Gatters 67 geführt ist. Der Ausgang des letzteren ist über den Treiber 68 mit dem Testausgang TSTOUT der Anordnung 22 verbunden.
Die Dauer der Impulse der Mess-Signale MINP1, MINP2 und MINP3 und der Signale MPOS und MNEG beträgt vorzugsweise 32 mu s. Die Signale MPOS und MNEG bestehen je aus Impulsen, deren Frequenz proportional der gemessenenen positiven bzw. negativen Leistung ist. Erscheint ein Impuls des Signals MPOS bzw. MNEG an einem der beiden Ausgänge einer Anordnung 53, wird dieser in der zur betreffenden Phase gehörigen Anordnung 54 zwischengespeichert bis zu dem Augenblick, an der die betreffende Phase abgefragt wird. Der Zähler 55 zählt jeweils bis "Drei" und fragt in den Anordnungen 54 die gespeicherten Impulse der Signale MPOS und MNEG der drei Phasen zyklisch ab, um den gefundenen Abfragewert unverzüglich an den zugehörigen Ausgang der betreffenden Anordnung 54 weiterzuleiten. Liefert eine Phase negativwertige Impulse, d.h.
Impulse des Signals MNEG, und eine andere Phase positivwertige Impulse, d.h. Impulse des Signals MPOS, so heben sich diese Impulse nicht gegenseitig auf, sondern es werden alle Impulse an das zugehörige Oder-Gatter 56 bzw. 57 weitergegeben. Die drei Anordnungen 54 und die zwei Oder-Gatter 56 und 57 bilden zusammen zwei Zeitmultiplexer 54; 56 und 54; 57, deren gemeinsames Steuergerät der Zähler 55 ist. Einer der beiden Zeitmultiplexer 54; 56, dessen Ausgang der Ausgang des OderGatters 56 ist, ist für die positivwertigen Impulse und der andere, dessen Ausgang der Ausgang des Oder-Gatters 57 ist, für die negativwertigen Impulse vorhanden.
Die beiden Zeitmultiplexer 54; 56 und 54; 57 werden vom Zähler 55 jeweils so gesteuert, dass die drei Anordnungen 54 ihre Impulse zeitlich nacheinander an die beiden Oder-Gatter 56 und 57 weitergeben, wo sie somit zu unterschiedlichen Zeiten erscheinen, so dass die zu unterschiedlichen Energieflussrichtung gehörenden Ausgangsimpulse aller Anordnungen 53 zwecks Energie-Summierung in je einem der beiden Zeitmultiplexer 54; 56 bzw. 54; 57 im Zeitmultiplexer zeitlich hintereinander geschaltet werden. Die Ausgangsfrequenz des Oder-Gatters 56 bzw. 57 ist dann jeweils gleich der Summe der zugehörigen Ausgangsfrequenzen der drei Anordnungen 54 und demnach proportional der gemessenen positiven bzw. negativen Dreiphasen-Leistung.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Art digitaler Addition ist die Robustheit der zugehörigen digitalen Schnittstelle gegen Störungen, die Flexibilität in der Wahl des Abgleichkonzeptes, die Aufteilung der Analog- und Digitalfunktionen auf zwei dafür spezialisierte kundenspezifische Schaltungen und schliesslich eine kleinere Anzahl von Anschlüssen der verschiedenen Modulen. Eine durch die Impulsaddition entstehende Frequenz-Unregelmässigkeit kann durch eine Wahl eines genügend kleinen Energiewertes der Impulse auf einen tolerierbaren kleinen Wert reduziert werden.
Je ein Ausgang der beiden Zeitmultiplexer 54; 56 und 54; 57 ist über die nachgeschalteten Frequenzteilern 61 und 62 bzw. 61 und 63 mit einem getrennten Eingang des Mikrocomputers 26 verbunden. In den Frequenzteilern 61 und 62 bzw. 61 und 63 werden dabei die gefundenen Summenwerte, d.h. die Ausgangsfrequenzen der Oder-Gatter 56 und 57, geteilt zwecks Erhalt einer bestimmten Impulswertigkeit oder Zählerkonstante. Im Frequenzteiler 61 werden die Ausgangsfrequenzen der Oder-Gatter 56 und 57 vorzugsweise durch sechszehn geteilt. Es braucht dann sechszehn Impulse am Eingang, damit ein Impuls am Ausgang des Frequenzteilers 61 erscheint, welcher in diesem Fall einen 16mal höheren Energiewert darstellt als ein Impuls am Eingang des Frequenzteilers 61. Der letztere ist vorzugsweise ein 5Bit-Vorwärts/Rückwärts-Zähler, der gemäss dem in der Fig. 6 dargestellten Zustands-Diagramm arbeitet.
Da auch bei Energiebezug (z.B. bei cos PHI < 1) negative Energiewerte auftreten können und erst ein Mittelwert, z.B. über sechszehn Impulse, etwas über die Energierichtung aussagt, arbeitet der Frequenzteiler 61 auch als Tiefpassfilter. Wechseln sich nämlich z.B. positiv- und negativwertige Impulse kontinuierlich ab und erscheinen nie mehr als fünfzehn Impulse der gleichen Art, wird nie ein Impuls am Ausgang des Frequenzteilers 61 erscheinen.
Die beiden Ausgangsfrequenzen des Frequenzteilers 61 werden anschliessend im Frequenzteiler 62 bzw. 63 noch einmal geteilt und zwar so, dass ein Impuls am Ausgang des letzteren jeweils immer 1Wh positiver bzw. negativer Energie entspricht. Zu diesem Zweck muss das Teilerverhältnis der beiden Frequenzteiler 62 und 63 je nach Grösse der vorhandenen Netzspannung, 230 Volt oder 110 Volt, und der Art des verwendeten Messeinheit 21 mit Hilfe der beiden Steuersignale ST2 und ST3 entsprechend programmiert werden. Das Teilerverhältnis ist z.B. bei 230 Volt gleich "2" (wenn ST2; ST3 = "11") oder "4" (wenn ST2; ST3 = "10") und bei 110 Volt gleich "4" (wenn ST2; ST3 = "01") oder "8" (wenn ST2; ST3 = "00").
Im Impulsformer 64 werden die Dauer der von den Frequenzteilern 62 und 63 angelieferten Impulse und Impulslücken jeweils mit Hilfe einer Zwischenspeicherung auf 10 ms vergrössert. Ausserdem werden die für beide Energierichtungen getrennt angelieferten Impulse als Signal MPULS einem einzigen gemeinsamen Ausgang des Impulsformers 64 und damit auch einem einzigen Ausgang 22f der Anordnung 22 zugeführt. Zusätzlich wird eine Information bezüglich der Energierichtung des betreffenden Impulses als Signal MDIR einem weiteren Ausgang des Impulsformers 64 und damit dem Ausgang 22e der Anordnung 22 zugeführt. Das Signal MDIR besitzt z.B. einen Logikwert "Eins", wenn ein gleichzeitig anstehender Impuls des Signals MPULS zu einer positiven Energie, und einen Logikwert "Null", wenn ein gleichzeitig anstehender Impuls des Signals MPULS zu einer negativen Energie gehört.
Wenn kein Impuls des Signals MPULS vorhanden ist, ist das Signal MDIR z.B. gleich "Null". Der Impulsformer 64 ist eine Zustands Maschine, welche z.B. zehn Zustände "Null" bis "Neun" besitzt. Wenn keine Impulse empfangen werden, besitzt der Impulsformer 64 den Zustand "Null". Nachdem ein Impuls empfangen wurde, durchläuft der Impulsformer 64 alle Zustände mit der Taktfrequenz 500 Hz des Taktsignals CL2. Im Zustand "Eins" geht das Signal MDIR auf einen Logikwert "Eins", wenn der Impuls zu einer positiven Energie gehört und im Zustand "Vier" ggf. MPULS auf Eins. Im Zustand "Neun" wird der verarbeitete Impuls gelöscht und werden die Signale MPULS und MDIR wieder auf Null zurückgesetzt. Nach dem Zustand "Neun" geht der Impulsformer 64 automatisch wieder in den Zustand "Null", um ggf. den empfangenen nächsten Impuls zu verarbeiten.
Das Steuersignal ST1 steuert im Normalbetrieb, d.h. wenn kein Leerlauf vorhanden ist, das am Testausgang TSTOUT anstehende Signal. Im Normalbetrieb ist das Ausgangssignal TCR des NandGatters 59 gleich "Eins" und das Nand-Gatter 67 dadurch dauernd freigegeben. Besitzt das Steuersignal ST1 einen Logikwert "Eins", dann ist das Nand-Gatter 65 dauernd freigegeben und ein Logiwert "Null" erscheint am Ausgang des Nand-Gatters 66 sowie ein Logikwert "Eins" am Ausgang des Nand-Gatters 67 nur dann, wenn beide Signale MDIR und MPULS einen Logikwert "Eins" besitzen, d.h. wenn der Impuls des Signals MPULS zu einer positiven Energie gehört. Also nur positivwertige Impulse betreiben in diesem Fall den Testausgang TSTOUT. Die am letzteren angeschlossenen Leuchtdioden 38 und 39 (siehe Fig. 1) blinken dann nur im Rhythmus dieser positiwertigen Impulse.
Besitzt dagegen das Steuersignal ST1 einen Logikwert Null, dann ist das Nand-Gatter 65 dauernd gesperrt und ein Logikwert Eins an seinem Ausgang gibt das Nand-Gatter 66 dauernd frei, so dass alle, sowohl zur positiven als auch zur negativen Energie gehörenden Impulse des Signals MPULS den Ausgang des NandGatters 67 und damit den Testausgang TSTOUT erreichen. In diesem Fall blinken die dort angeschlossenen Leuchtdioden 38 und 39 (siehe Fig. 1) im Rhythmus sowohl der zur positiven als auch der zur negativen Energie gehörenden Impulse. Beide Arten von Impulsen sind dann am Testausgang TSTOUT nicht mehr zu unterscheiden. Jeder Impuls am Testausgang TSTOUT und jeder Impuls des Signals MPULS besitzt sowohl eine Impulsdauer als auch eine minimale Impulslücke von jeweils 10 ms sowie eine Wertigkeit von 1Wh.
Der Leerlauf wird in jeder der drei Phasen getrennt überwacht und, falls vorhanden, als Logikwert "Eins" am Ausgang CR der zur betreffenden Phase gehörenden Anordnung 53 angezeigt. Tritt ein Dreiphasen-Leerlauf auf, nimmt das Ausgangssignal TCR des Nand- Gatters 59 einen Logikwert "Null" und das Ausgangssignal des Nand-Gatters 67 dauernd einen Logikwert "Eins" an. Die am Testausgang TSTOUT angeschlossenen Leuchtdioden 38 und 39 (siehe Fig. 1) blinken dann nicht mehr, sondern leuchten in diesem Fall dauernd.
Die in der Fig. 4 dargestellte Signalauswerte-Anordnung 53 enthält einen Impulsdauer-Decoder 69, ein digitales Tiefpassfilter 70, eine Leerlaufunterdrückungs-Anordnung 71, einen Energierückwärts-Detektor 72, einen Frequenzteiler 73 und eine Freigabeanordnung 74;75, die aus zwei Und-Gattern 74 und 75 besteht.
Der am Eingang der Anordnung 53 angeordnete Impulsdauer-Decoder 69 enthält zwei Nor-Gatter 76a und 76b, einen "Logik Null"Zähler 77, zwei Und-Gatter 78a und 78b, einen "Logik Eins"Zähler 79, einen Decoder 80, ein Exklusiv-Oder-Gatter 81 sowie zwei Und-Gatter 82a und 82b. Der Zähler 77 ist vorzugsweise ein 3Bit- und der Zähler 79 vorzugsweise ein 4Bit-Zähler. Ihre Takteingänge werden jeweils vom Taktsignal CL1 gespeist. Der Signaleingang MINP der Anordnung 53 ist mit je einem ersten Eingang der Gatter 76a, 78a und 81 verbunden. Der Ausgang des letzteren ist auf einen seriellen Eingang des Zählers 77 geführt, dessen serieller Ausgang mit einem zweiten Eingang des Gatters 81 und einem ersten Eingang des Gatters 76b verbunden ist.
Das Rückstellsignal rst ist auf je einen zweiten Eingang der Gatter 76a und 76b geführt, deren Ausgänge je mit einem Rückstelleingang RS des Zählers 77 bzw. 79 verbunden sind. Der Ausgang des Gatters 78a, dessen zweiter Eingang mit dem seriellen Ausgang des Zählers 79 verbunden ist, ist auf einen seriellen Eingang des letzteren geführt. Der serielle Ausgang bildet dabei ausserdem noch den Ausgang PF der Anordnung 53 und ist zusätzlich noch mit einem ersten Eingang des Gatters 78b verbunden, dessen Ausgang auf je einen ersten Eingang der beiden Gatter 82a und 82b geführt ist. Der Parallelausgang des Zählers 79 ist über eine Busverbindung mit einem Buseingang des Decoders 80 verbunden, der zwei Ausgänge besitzt, wovon jeweils einer auf einen zweiten Eingang des Gatters 82a bzw. 82b geführt ist.
Die Ausgänge der beiden letzteren bilden je einen von zwei Ausgängen des Impulsdauer-Decoders 69. Ein Parallelausgang des Zählers 77 ist ausserdem mit einem zweiten Eingang des Gatters 78b verbunden.
Der Impulsdauer-Decoder 69 dient einerseits der Trennung der zu unterschiedlichen Energieflussrichtungen gehörenden Impulse und anderseits der Sperrung der letzteren Impulse und der Erzeugung einer fehlenden Phasen-Anzeige, wenn ein Phasenausfall vorhanden ist. Er ermittelt somit jeweils, ob die betreffenden Impulse zu einer positiven oder negativen Energieflussrichtung gehören oder ob ein Phasenausfall für die betreffende Phase vorliegt. Ein Phasenausfall liegt dann vor, wenn die zugehörige Messeinheit 21 für die betreffende Phase keinen Nulldurchgang der zugehörigen Phasenspannung uR bzw. uS bzw. uT detektieren kann. Der Impulsdauer-Decoder 69 entstört ausserdem die Impulse des am Signaleingang MINP der Anordnung 53 anstehenden Mess-Signals MINP1 bzw. MINP2 bzw. MINP3.
Für jede Phase ist jeweils sowohl eine Information bezüglich einer ermittelten Energieflussrichtung als auch eine Information bezüglich eines Vorhandenseins eines Phasenausfalles in der Dauer der Ausgangsimpulse der zugehörigen Messeinheit 21 enthalten. Die Energieflussrichtung ist somit als Impulsdauer in den Impulsen der drei Mess-Signale MINP1, MINP2 und MINP3 enthalten. Eine Impulsdauer kleiner als 3 Perioden des Taktsignals CL1 wird z.B. als Störsignal interpretiert und ignoriert. Eine Impulsdauer von 3 bis 6 Perioden entspricht z.B. einem negativen Energieimpuls und eine Impulsdauer von 7 bis 10 Perioden z.B. einem positiven Energieimpuls, während eine Impulsdauer grösser als 10 Perioden z.B. einem Phasenausfall entspricht.
Eine Unterscheidung der Energiefluss-Richtung ist aus folgenden Gründen erforderlich: Einerseits können die Messeinheiten 21 die Energie in beiden Richtungen messen und für gewisse Anwendungen müssen die Energieimpulse für beide Energiefluss-Richtungen getrennt erfasst werden. Anderseits wechselt, bei vorhandenem Blindleistungsanteil im Energieversorgungsnetz, die momentane Leistung innerhalb einer Netzperiode viermal das Vorzeichen, d.h. bei einer hohen Auflösung der Quantisierung wechselt das zu den Impulsen gehörende Vorzeichen entsprechend oft. Diese kurzzeitige Änderungen der Vorzeichen der Impulse können z.B. mittels Digitalfilter unterdrückt werden, was später noch erläutert wird.
Die Zähler 77 und 79 werden vom Rückstellsignal rst auf Null zurückgestellt. Während eines am Eingang MINP der Anordnung 53 anstehenden Impulses stellt dieser über das Gatter 76a den Zähler 77 auf Null zurück, der anschliessend solange zurückgestellt und ausser Betrieb bleibt, wie der betreffende Impuls ansteht. Der Zähler 79 wird bei jedem Impulsbeginn des am Eingang MINP erscheinenden Mess-Signals MINP1 bzw. MINP2 bzw. MINP3 mit Hilfe des Und-Gatters 78a gestartet und zählt während der Dauer eines jeden Impulses die Anzahl Perioden des Taktsignals CL1. Der am Impulsende im Zähler 79 gespeicherte Zählwert ist ein Mass für die Impuldauer und wird im Decoder 80 decodiert. Je nachdem, ob die Impulsdauer einem negativen oder positiven Energiequantum entspricht, erscheint ein Logikwert "Eins" am ersten bzw. zweiten Ausgang des Decoders 80.
Der Logikwert "Eins" wird anschliessend über eines der Gatter 82a bzw. 82b, falls dieses vom Zähler 77 über das Gatter 78b freigegeben ist, an den zugehörigen Ausgang des ImpulsdauerDecoders 69 weitergeleitet.
Falls ein Phasenausfall vorliegt, erreicht der Zähler 79 einen Zählwert Elf, der zur Folge hat, dass ein Logikwert "Null" an seinem seriellen Ausgang und damit auch am Ausgang PF der Anordnung 53 erscheint, als Zeichen dafür, dass ein Phasenausfall vorliegt. Er wird als Phasenausfall-Signal PF1 bzw. PF2 bzw. PF3 über den Steuerausgang A bzw. B bzw. C der Anordnung 22 (siehe Fig. 3) an die Anordnung 25 weitergeleitet (siehe Fig. 1). Gleichzeitig werden die Gatter 78a, 78b, 82a und 82b gesperrt, so dass der Zähler 79 aufhört zu zählen und die Ausgangssignale des Decoders 80 die Ausgänge des ImpulsdauerDecoders 69 nicht mehr erreichen.
Ein Impuls kann durch Störsignale zeitweise gelöscht werden, so dass der Zähler 79 nicht erkennen kann, ob ein echtes oder ein durch eine Impulslöschung vorgetäuschtes Impulsende vorliegt. Daher ist der Zähler 77 vorhanden, dessen Zählvorgang mit Hilfe des Exklusiv-Oder-Gatters 81 gestartet wird. Sobald ein echtes oder vorgetäuschtes Impulsende am Signaleingang MINP erscheint, wird die über das Gatter 76a vorhandene Rückstellung des Zählers 77 aufgehoben und erscheint am Ausgang des Exklusiv-Oder-Gatters 81 ein Logikwert "Eins", da am seriellen Ausgang des Zählers 77 nach der Rückstellung ein Logikwert "Eins" erscheint und somit an den beiden Eingängen des Gatters 81 unterschiedliche Logikwerte anstehen. Der Zähler 77 zählt die Impulse des Taktsignals CL1 während der am Signaleingang MINP anstehenden Impulslücke.
Wenn für eine Impulslücke bei zwei aufeinanderfolgenden steigenden Flanken des Taktsignals CL1 je ein Logikwert Null vorhanden ist, dann handelt es sich um eine echte Impulslücke und in den beiden ersten Zähler-Flip Flops des 3Bit-Zählers 77 ist je ein Logikwert "Eins" gespeichert. Dies wird mittels eines nicht dargestellten Und-Gatters decodiert, so dass am Parallel-Ausgang des Zählers 77 ein Logikwert "Eins" erscheint, der, falls kein Phasenausfall vorliegt, das Gatter 78b und damit auch die Gatter 82a und 82b freigibt. Dies hat zur Folge, dass der im Decoder 80 decodierte Zählwert des Zählers 79, der zu dem Impuls gehört, der der echten Impulslücke voranging, korrekterweise an den Ausgang des Impulsdauer-Decoders 69 weitergeleitet wird, da der Zählwert des Zählers 79 die echte Impulsdauer dieses Impulses darstellt.
Bei der nächsten steigenden Flanke des Taktsignals CL1 wird dann ein Logikwert "Eins" in das dritte Zähl-Flip Flop des 3Bit-Zählers 77 geladen, was einen Logikwert "Null" am Ausgang des letzteren zur Folge hat, der über das Gatter 76b den Zähler 79 auf NUll zurückstellt. Der letztere ist dann bereit zur Auswertung des nächsten, am Signaleingang MINP erscheinenden Impulses. Wenn die Impulslücke jedoch nur durch eine Impulslöschung vorgetäuscht wurde, dann erscheint nach einer Beendigung der Impulslöschung wieder ein zum laufenden Impuls gehörender Logikwert "Eins" am Signaleingang MINP. Der Zähler 79 wird erneut gestartet, während gleichzeitig über das Gatter 76a der Zähler 77 auf Null zurückstellt wird, was zur Folge hat, dass am Parallelausgang des Zählers 77 ein Logikwert "Null" erscheint, der das Gatter 78b und damit auch die Gatter 82a und 82b sperrt.
Der im Decoder 80 decodierte Zählwert des Zählers 79 wird somit noch nicht an den Ausgang des Impulsdauer-Decoders 69 weitergeleitet, da der Zählwert des Zählers 79 vor Beendigung des Zählvorganges noch nicht der gesuchten Impulsdauer entspricht.
"Offset"-Impulse sind Impulspaare, die aus je einem positiv- und einem negativwertigen Impuls bestehen, die bei einem abwesenden Magnetfeld, d.h. bei einem abwesenden Phasen-Laststrom iR bzw. iS bzw. iT, in der zur betreffenden Phase gehörenden Messeinheit 21 erzeugt werden können. In dem dem Impulsdauer-Decoder 69 nachgeschalteten digitalen Tiefpassfilter 70 werden die in der betreffenden Phase vorhandenen "Offset"-Impulse eliminiert, d.h. zwei aufeinanderfolgende Impulse müssen zu einer gleichen positiven bzw. negativen Energierichtung gehören, damit sie an den Ausgang des Tiefpassfilters 70 weitergeleitet werden. Ein einzelner Impuls für eine bestimmte Energierichtung gilt als "Offset"-Impuls und wird unterdrückt. Das Tiefpassfilter 70 wird vom Taksignal CL1 und vom Rückstellsignal rst gespeist.
Die Anordnung 71 enthält ein Oder-Gatter 83, eine RückstellAnordnung 84, einen Zähler 85, ein Nand-Gatter 86 und ein Flip Flop 87. Der Zähler 85 ist ein 16- oder 32-Sekundenzähler. Die beiden Ausgänge des Tiefpassfilters 70 sind auf je einen von zwei Eingängen des Gatters 83 geführt, dessen Ausgang mit einem Eingang der Anordnung 84 und einem ersten Eingang des Gatters 86 verbunden ist. Ein Ausgang der Anordnung 84 ist auf einen Rückstelleingang RS des Zählers 85 geführt. Ein Takteingang der Anordnung 84 wird vom Taktsignal CL1 und derjenige des Zählers 85 vom Taktsignal CL4 (l Hz) gespeist. Der Steuereingang ST3 ist auf einen Umschalteingang des Zählers 85 geführt.
Ein an ihm anstehender Logikwert "Eins" oder "Null" nimmt ein erstes Zähl-Flip Flop des Zählers 85 in oder ausser Betrieb, so dass der Zähler 85 entweder sechszehn oder zweiunddreissig Ein-Sekunden-Perioden des Taktsignals CL4 zählt. Die Werte "Sechszehn" bzw. "Zweiunddreissig" Sekunden sind somit mit Hilfe des Steuereingangs ST3 programmierbar. Ein nichtinvertierender serieller Ausgang Q des Zählers 85 ist mit einem z.B. D-Eingang des Flip Flops 87 verbunden, während sein invertierender serieller Ausgang mit seinem seriellen Eingang und mit dem zweiten Eingang des Gatters 86 verbunden ist, dessen Ausgang auf einen Rückstelleingang RS des Flip Flops 87 geführt ist. Der Takteingang des letzteren wird vom Taktsignal CL1 gespeist.
Ein invertierender Ausgang des Flip Flops 87 ist mit dem ersten Eingang der Gatter 74 und 75 verbunden, deren zweite Eingänge jeweils von einem der beide Ausgänge des Tiefpassfilters 70 angesteuert werden. Ein nichtinvertierender Ausgang Q des Flip Flops 87 bildet den Ausgang CR der Anordnung 53, während die Ausgänge der beiden Gatter 74 und 75 die beiden Ausgänge der Anordnung 53 bilden, an denen die Signale MPOS und MNEG anstehen. Die Anordnung 71 kann mit dem Rückstellsignal rst auf Null zurückgestellt werden. Ausgänge des Tiefpassfilters 70 und damit des Impulsdauer-Decoders 69 sind somit über die Freigabeanordnung 74; 75 mit Ausgängen der Signalauswerte-Anordnung 53 verbunden, wobei die Freigabeanordnung 74; 75 von einem Ausgang der Leerlaufunterdrückungs-Anordnung 71 gesteuert ist.
Ein Leerlauf entspricht einem Zustand des Multifunktionszählers, in dem kein Unterschied mehr zwischen einem gültigen Signal und einem Störsignal, z.B. Rauschen, feststellbar ist. Die Leerlaufunterdrückungs-Anordnung 71 ermittelt, ob während einem vorgegebenen programmierten Zeitwert, z.B. während 16 oder 32 Sekunden, keine Impulse am Ausgang des Tiefpassfilters 70 bzw. am Ausgang des Impulsdauer-Decoders 69 erschienen sind. Die Ausgangssignale des letzteren erreichen dann solange nicht mehr einen zugehörigen Ausgang der Anordnung 53, bis dass der zeitliche Abstand zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Impulsen wieder kleiner als der vorgegebene programmierte Zeitwert ist. Die Anordnung 71 ermittelt also, ob während 16 oder 32 Sekunden weder positiv- noch negativwertige Impulse am Ausgang des Tiefpassfilters 70 erschienen sind.
Wenn dies der Fall ist, sperrt ein am invertierenden Ausgang des Flip Flops 87 erscheinender Logikwert "Null" die beiden Gatter 74 und 75, so dass die Ausgangssignale des Tiefpassfilters 70 solange nicht mehr den zugehörigen Ausgang der Anordnung 53 erreichen, bis dass der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen wieder kleiner als der programmierte Zeitwert "Sechszehn" bzw. "Zweiunddreissig" Sekunden ist. Ausserdem erscheint ein Logikwert "Eins" am Ausgang CR der Anordnung 53 als Zeichen, dass eine Leerlauf vorliegt. Dieser Logikwert "Eins" wird in der Anordnung 22 als Leerlauf-Signal CR1 bzw. CR2 bzw. CR3 je einem Eingang des Nand-Gatters 59 zugeführt, dessen Ausgangssignal TCR das Gatter 67 sperrt, wenn alle drei Phasen einen Leerlauf aufweisen (siehe Fig. 3).
Der Mikrocomputer 26 seinerseits erhält keine Information über den Status des Leerlaufes bzw. der Leerlaufunterdrückung.
Bei jedem Impuls der an einem der beiden Ausgänge des Tiefpassfilters 70 erscheint, wird in der Anordnung 84 ein kurze Impulslücke erzeugt, welche den Zähler 85 jeweils kurz auf Null zurückstellt, damit dieser anschliessend, jeweils bei Null beginnend, die bis zum nächsten Impuls verstreichende Zeit durch Zählung der Impulse des Taktsignals CL4 ermitteln kann. Erscheint ein nächster Impuls bevor der Zähler 85 den Zählwert "Sechszehn" bzw. "Zweiunddreissig" erreicht hat, dann stellt er über das Gatter 86 das Flip Flop 87 auf Null zurück, falls dieses nicht bereits auf Null zurückgestellt war.
Erreicht der Zähler 85 dagegen den Zählwert "Sechszehn" bzw. "Zweiunddreissig", wird das Gatter 86 gesperrt und ein Logikwert "Eins" mit der nächsten steigenden Flanke des Taktsignals CL1 in das Flip Flop 87 geladen, was am Ausgang CR der Anordnung 53 einen Logikwert "Eins" ergibt als Zeichen, dass eine Leerlauf vorliegt. Gleichzeitig werden die Gatter 74 und 75 gesperrt. Der Zähler 85 kann nur mittels des Rückstellsignals rst auf Null zurückgestellt werden, worauf der nächste Impuls an einem der beiden Ausgänge des Tiefpassfilters 70 über die Gatter 83 und 86 das Flip Flop 87 auf Null zurückstellt.
Die Ausgangssignale der beiden Gatter 74 und 75 werden in der Anordnung 53 noch dem Frequenzteiler 73 zugeführt, wo ihre Frequenzen jeweils noch z.B. durch vier geteilt werden. Der Frequenzteiler 73 ist mittels des Rückstellsignals rst auf Null rückstellbar und sein Takteingang wird vom Taktsignal CL1 gespeist. Der Frequenzteiler 73 ist vorzugsweise ein 3BitVorwärts/Rückwärts-Zähler, der gemäss dem in der Fig. 7 dargestellten Zustands-Diagramm arbeitet. Da auch bei Energiebezug kuzzeitig negative Energiewerte auftreten können und erst ein Mittelwert, z.B. über vier Impulse, etwas über die Energierichtung aussagt, arbeitet der Frequenzteiler 73 auch als Tiefpassfilter. Wechseln sich nämlich z.B. positiv- und negativwertige Impulse kontinuierlich ab und erscheinen nie mehr als drei Impulse der gleichen Art, wird nie ein Impuls am Ausgang des Frequenzteilers 73 erscheinen.
Die Impulse am Ausgang des letzteren besitzen einen viermal grösseren Energiewert als die Impulse an seinem Eingang. Kommen also nur Impulse einer einzigen Energierichtung, braucht es vier Impulse am Eingang, um einen Impuls am Ausgang des Frequenzteilers 73 zu erzeugen.
Eingänge des Energierückwärts-Detektors 72 sind über den Frequenzteiler 73 an den Ausgängen der Freigabeanordnung 74; 75 und damit auch an den Ausgängen der Anordnung 53 angeschlossen. Der Energierückwärts-Detektor 72 dient zur Ermittlung, ob über eine vorgegebene Zeit Impulse an den Ausgängen der Anordnung 53 erschienen sind, die ausschliesslich zu einer negativen Energieflussrichtung gehören.
Der Energierückwärts-Detektor 72 enthält ein Und-Gatter 88, zwei Nor-Gatter 89 und 90, einen Frequenzteiler 91 und ein Flip Flop 92. Das Taktsignal CL1 speist die Takteingängeg des Flip Flops 92 und des Frequenzteilers 91. Das Frequenzteil-Verhältnis des letzteren kann mittels eines am Steuereingang ST3 anstehenden Logikwertes "Eins" oder "Null" auf den Wert "Acht" bzw. "Sechszehn" programmiert werden, indem im Frequenzteiler 91 ein zusätzliches Zähl-Flip Flop in oder ausser Betrieb genommen wird. Nur die zu negativen Energiewerten gehörenden Ausgangsimpulse des Frequenzteilers 73 werden einem Eingang des Frequenzteilers 91 zugeführt und ihre Frequenz dort durch "Acht" bzw. "Sechszehn" geteilt. Der Ausgang des Frequenzteilers 91 ist mit einem Eingang des Flip Flops 92 verbunden, während sein Rückstelleingang RS vom Ausgang des Gatters 89 angesteuert wird.
Der Rückstelleingang RS des Flip Flops 92 wird vom Ausgang des Gatters 90 angesteuert. Der Q-Ausgang des Flip Flops 92 bildet den Ausgang RR der Anordnung 53 und ist gleichzeitig mit je einem ersten Eingang der Gatter 88 und 89 verbunden. Das von der Anordnung 25 gelieferte Rückstellsignal rstRR (siehe Fig. 1) ist auf einen zweiten Eingang des Gatters 88 geführt, dessen Ausgang mit einem ersten Eingang des Gatters 90 verbunden ist. Das Rückstellsignal rst speist je einen zweiten Eingang der Gatter 89 und 90. Die zu positiven Energiewerten gehörenden Ausgangsimpulse des Frequenzteilers 73 sind auf einen dritten Eingang des Gatters 89 geführt.
Rückwärtsenergie liegt vor, wenn über eine bestimmte Zeit nur negative Energiewerte gemessen werden und z.B. für total 1Wh negativwertige Energie ermittelt wird, was acht bzw. sechszehn Impulsen am Eingang des Energierückwärts-Detektors 72 entspricht. Treten somit dort nacheinander, ohne dazwischenliegende positivwertige Impulse, acht bzw. sechszehn negativwertige Impulse auf, wird deren Frequenz im Frequenzteiler 91 durch acht bzw. sechszehn geteilt, d.h. nach acht bzw. sechszehn solcher Impulse erscheint ein Logikwert "Eins" am seriellen Ausgang des Frequenzteilers 91. Der Logikwert "Eins" wird anschliessend im Flip Flop 92 gespeichert, wo er am Q-Ausgang und damit auch am Ausgang RR der Anordnung 53 erscheint, als Zeichen dass Rückwärtsenergierichtung vorliegt.
Gleichzeitig wird der Frequenzteiler 91 über das Gatter 89 auf Null zurückgestellt und das Gatter 88 für das Rückstellsignal rstRR freigegeben. Erscheint zwischendurch, bevor ein Logikwert "Eins" den seriellen Ausgang des Frequenzteilers 91 erreicht, am Ausgang des Frequenzteilers 73 ein positivwertiger Impuls, dann stellt dieser den Frequenzteiler 91 über das Gatter 89 auf Null zurück, so dass dieser bei der Frequenzteilung erneut bei Null beginnt. Das Rückstellsignal rst stellt den Frequenzteiler 91 und das Flip Flop 92 über die Gatter 89 und 90 zurück.
Das Ausgangssignal RRST des Oder-Gatters 58 (siehe Fig. 3) nimmt einen Logikwert "Eins" an, wenn mindestens in einer Phase Rückwärtsenergie gemessen wurde. Sein Informationsinhalt wird in das höchstwertigste Bit des Registers 115 sowie verzögert in das höchstwertigste Bit des Schieberegisters 120 übernommen (siehe Fig. 5), um anschliessend über die Busverbindung SPI1 zum Mikrocomputer 26 übertragen zu werden (siehe Fig. 1). Der letztere stellt nach einer jeden solchen Auslesung, in der der Status des Ausgangssignals RRST "Eins" war, über die Busverbindung SPI1 und ein Und-Gatter 114 (siehe Fig. 5) mit Hilfe des Ausgangssignals rstRR des letzteren in jeder Anordnung 53 das Flip Flop 92 (siehe Fig. 4) auf Null zurück. Nach dieser Rückstellung wird der Frequenzteiler 91 wieder freigegeben.
Liest der Mikrocomputer 26 dagegen einen Status "Null" des Ausgangssignals RRST, dann erfolgt keine Zurückstellung des Flip Flops 92. In allen drei Phasen kann eine Rückwärtsenergiemessung vorliegen, der Mikrocomputer 26 kann jedoch nicht feststellen, in welcher der Phasen die Rückwärtsenergiemessung vorliegt.
Die in der Fig. 5 dargestellte Fehlerermittlungs-Anordnung 25 enthält zwei Dreiphasen-Spannungsteiler 93 und 94, sechs Schmitt-Trigger 95 bis 100, zwei Zeitfenster-Anordnungen 101 und 102, drei Ereignisdetektoren 103 bis 105, einen einpoligen Schalter 106 bzw. 107 bzw. 108 pro Phase, eine Steuerelektronik 109, fakultativ eine Zweiphasenausfall-Anzeigeanordnung 110, drei Ereigniszähler 111 bis 113, ein Und-Gatter 114, ein Register 115, einen Verstärker 116, ein Tiefpassfilter 117, einen Wandler 118, einen Inverter 119, ein Schieberegister 120 und einen Treiber 121.
Innerhalb der Anordnung 25 sind die vier vom Energieversorgungsnetz über die Überspannungs-Schutzanordnung 23 (siehe Fig. 1) gespeisten Speiseeingänge R2, S2, T2 und N2 mit je einem getrennten Eingang sowohl des DreiphasenSpannungsteilers 93 als auch des Dreiphasen-Spannungsteilers 94 verbunden. Jeder Dreiphasen-Spannungsteiler 93 und 94 enthält z. B. einen aus zwei Widerständen bestehenden Spannungsteiler pro Phase und damit auch je einen Ausgang pro Phase. Er teilt jeweils die relativ hohe Phasenspannung von z.B. 220 Volt oder 110 Volt des Energieversorgungsnetzes herunter auf einen in elektronischen Geräten üblichen Spannungswert.
Die drei Ausgänge des Dreiphasen-Spannungsteilers 94 sind über je einen der Schmitt-Trigger 95 bis 97 mit je einem getrennten Eingang der Zeitfenster-Anordnung 101 sowie über je einen der Schmitt-Trigger 98 bis 100 mit je einem getrennten Eingang der Zeitfenster-Anordnung 102 verbunden. Die Anordnungen 101 und 102 besitzen je einen Ausgang pro Phase. Der Schmitt-Trigger 95 bzw. 96 bzw. 97 erzeugt jeweils an seinem Ausgang einen Logikwert "Eins", wenn er für die ihm zugehörige Phasenspannung eine Unterspannung detektiert, d. h. feststellt, dass diese einen bestimmten Wert, z.B. 90% der Nennspannung, unterschreitet.
Desgleichen erzeugt der Schmitt-Trigger 98 bzw. 99 bzw. 100 jeweils an seinem Ausgang einen Logikwert "Eins", wenn er für die ihm zugehörige Phasenspannung eine Überspannung detektiert, d.h. feststellt, dass diese einen bestimmten Wert, z.B. 110% der Nennspannung, überschreitet.
Die drei Ausgänge der Zeitfenster-Anordnung 101 sind mit je einem getrennten Eingang des Ereignisdetektors 103 verbunden, während die drei Ausgänge der Zeitfenster-Anordnung 102 mit je einem getrennten Eingang des Ereignisdetektors 104 verbunden sind. Die Ereignisdetektoren 103 und 104 besitzen ebenfalls einen Ausgang pro Phase. Wenn die Unterspannung bzw. Überspannung für eine bestimmte Phase länger als 500 ms andauert, wird der zugehörige, am Ausgang des betreffenden Schmitt-Triggers anstehende Logikwert Eins in dem betreffenden Ereignisdetektor 103 bzw. 104 gespeichert.
Zu diesem Zweck werden die Ausgangssignale der sechs Schmitt-Trigger 95 bis 100 in der Zeitfenster-Anordnung 101 bzw. 102 alle 30 mu s abgetastet und, wenn ein Logikwert Eins einmal in einem 31,25 ms dauernden Zeitfenster erscheint, als stattgefundenes Ereignis in der zugehörigen Zeitfenster-Anordnung 101 bzw. 102 übernommen. Wenn das betreffende Ereignis 16 mal hintereinander auftritt, d. h. wenn das Ereignis kontinuierlich während 500 ms vorhanden ist, dann wird an zugehöriger Stelle im betreffende Ereignisdetektor 103 bzw. 104, der das hintereinanderfolgende Auftreten des Ereignisses zählt, ein Logikwert Eins gespeichert als Zeichen, dass eine Unterspannung bzw. Überspannung der betreffenden Phase während 500 ms aufgetreten ist. Dieses genügend lange Auftreten einer Unter- bzw. Überspannung wird für jede Phase getrennt jeweils im Ereigniszähler 111 bzw. 112 gezählt.
Zu diesem Zweck sind die drei Ausgänge des Ereignisdetektors 103 bzw. 104 auf je einen getrennten Eingang des Ereigniszählers 111 bzw. 112 geführt. Ausserdem sind die drei Ausgänge des Ereignisdetektors 103 noch mit je einem getrennten Eingang der Steuerelektronik 109 und, falls vorhanden, der Zweiphasenausfall-Anzeigeanordnung 110 verbunden. Letztere ermittelt und zeigt eine genügend lange dauernde Unterspannung in zwei Phasen an. Derjenige Eingang der Anordnung 25, an dem das vom Mikrocomputer 26 herrührende Signal CYC ansteht, ist mit einem weiteren Eingang der Anordnung 109 verbunden, während drei Steuerausgänge der letzteren jeweils mit einem Steuereingang einer der drei Schalter 106 bzw. 107 bzw. 108 verbunden ist.
Die drei Ausgänge des Dreiphasen-Spannungsteilers 93, an denen jeweils ein Signal RCIN1 bzw. RCIN2 bzw. RCIN3 ansteht, sind über je einen der drei Schalter 106 bzw. 107 bzw. 108 mit dem Signalausgang RCOUT der Anordnung 25 sowie mit einem Eingang des Verstärkers 116 verbunden. Der letztere, das Tiefpassfilter 117 und der Wandler 118 sind in der angegebenen Reihenfolge in Reihe geschaltet. Der Wandler 118 ist z.B. ein Komparator oder ein Nulldetektor. Der Ausgang des Wandlers 118 bildet den Synchronisier-Ausgang SYNC der Anordnung 25. Die Steuerelektronik 109 steuert die Schalter 106 bis 108 so, dass nur ein einziger dieser Schalter 106 bzw. 107 bzw. 108 geschlossen ist und zwar ein solcher, der zu einer Phase des Energieversorgungsnetzes gehört, die keine 500 ms dauernde Unterspannung aufweist.
Demnach ist im Betrieb am SynchronisierAusgang SYNC der Anordnung 25 und am Eingang des Verstärkers 116 immer eine im Dreiphasen-Spannungsteiler 93 reduzierte Phasenspannung des Energieversorgungsnetzes vorhanden, die keine 500 ms dauernde Unterspannung aufweist. Diese sinusförmige Phasenspannung wird im Verstärker 116 verstärkt, im Tiefpassfilter 117 gefiltert und so von Störsignalen, wie Netzharmonischen und/oder Rundsteuersignalen, befreit, um im Wandler 118 in ein in Funktion der Zeit rechtförmiges, digitales Signal umgewandelt zu werden, welches zur Synchronisierung des Mikrocomputers 26 und der Uhrenschaltung 27; 28; 29 verwendet wird. Bei mindestens einer angeschlossenen funktionsfähigen Phase dient somit deren z.B. 50Hz-Phasenspannung als Zeitbasis für den Mikrocomputer 26 und die Kalenderuhr 27.
Die Signalaufbereitungs-Anordnung 22 liefert der Anordnung 25 über die drei Eingänge E, F und G für jede Phase ein Phasenausfall-Signal PF1 bzw. PF2 bzw. PF3, sowie über den Eingang H das Signal RRST. Die drei Phasenausfall-Signale PF1, PF2 und PF3 werden auf zwei Arten behandelt. Einerseits werden sie drei getrennten Eingängen des Ereignisdetektors 105 zugeführt, der sie als Ereignisse detektiert, welche anschliessend im Ereigniszähler 113 gezählt werden, dessen drei Eingänge mit je einem getrennten Ausgang des Ereignisdetektors 105 verbunden sind. Anderseits werden die Logikwerte der drei Phasenausfall-Signale PF1, PF2 und PF3 sowie des Signals RRST in den vier höchstwertigsten Bits des Registers 115 zu StatusZwecken gelesen.
Die Ereigniszähler 111, 112 und 113 sind z.B. 4Bit-Zähler und besitzen dann je vier Ausgänge. Diese Ausgänge der Ereigniszähler 111, 112 und 113 sowie die vier Eingänge E, F, G und H der Anordnung 25 sind in der angegebenen Reihenfolge, beim niederwertigsten Bit LSB beginnend und beim höchstwertigsten Bit MSB endend, mit je einem getrennten Eingang des Registers 115 verbunden, der ebensoviele, d. h. total sechszehn Ausgänge besitzt, welche ihrerseits auf je einen getrennten Paralleleingang des Schieberegisters 120 geführt sind, in dem somit sechszehn Bits 0 bis 15 gespeichert werden. Im Register 115 werden die entsprechenden Bits der Ereigniszähler 111 bis 113 sowie der Signale PF1, PF2, PF3 und RRST gespeichert, wenn dieses z. B. mittels eines an einem Freigabeeingang EN des Registers 115 anstehenden Logikwertes "Eins" verlangt wird.
Die bidirektionale Busverbindung SPI1 besitzt vier Leiter. Über drei dieser Leiter speist der Mikrocomputer 26 die Anordnung 25 mit je einem von drei Signalen CEB ("chip enable"), SCK ("system clock") und MOSI ("master out, slave in"), während die Anordnung 25 über den vierten Leiter den Mikrocomputer 26 mit einem Signal MISO ("master in, slave out") speist. Der Mikrocomputer 26 wählt als Master-Computer mit Hilfe des Signals CEB die Anordnung 25 und liefert der letzteren das Taktsignal SCK.
Das Signal CEB ist ein Freigabesignal und speist den Freigabeeingang EN des Registers 115 und über den Inverter 119 einen Freigabeeingang des Treibers 121 sowie einen ersten Eingang des Und-Gatters 114. Ein zweiter Eingang des letzteren wird vom Signal RRST gespeist, während ein Ausgang des Und-Gatters 114 einen Ausgang J der Anordnung 25 bildet, an dem das Rückstellsignal rstRR ansteht. Das Signal SCK ist ein Taktsignal und auf einen Takteingang des Schieberegisters 120 geführt, während das Signal MOSI auf einen seriellen Signaleingang desselben geführt ist. Ein serieller Signalausgang des Schieberegisters 120 ist mit einem Eingang des Treibers 121 verbunden, an dessen Ausgang das Signal MISO ansteht.
Das Schieberegister 120 wird mittels des Signals CEB im geeigneten Augenblick parallel mit dem Inhalt des Registers 115 geladen, damit der so im Schieberegister 120 gespeicherte Inhalt anschliessend zeitseriell Bit für Bit über den Treiber 121 und dem zugehörigen Leiter der bidirektionalen Busverbindung SPI1 als Signal MISO zum Mikrocomputer 26 übertragen werden kann. Umgekehrt können Informationsbits des letzteren zeitseriell Bit für Bit als Signal MOSI vom Mikrocomputer 26 über den zugehörigen Leiter der bidirektionalen Busverbindung SPI1 zur Anordnung 25 übertragen werden, wo sie mit Hilfe des Taktsignals SCK über den seriellen Eingang in das Schieberegister 120 geschoben und zwischengespeichert werden. In der Praxis wird das Signal MOSI allerdings nur zu Testzwecken verwendet.
Im Register 115 der Anordnung 25 sind somit für sämtliche Phasen das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Über- und Unterspannungen sowie von Phasenausfall-Signalen PF1, PF2 und PF3, ein Zählwert der letzteren sowie ein Sammelresultat RRST einer Rückwärtsenergie-Detektion zwischengespeichert. Im Schieberegister 120 werden dann die im Register 115 zwischengespeicherten Informationen übernommen zwecks anschliessender zeitserieller Übertragung zum Mikrocomputer 26 über die Busverbindung SPI1. Die Mess-Signale MINP1, MINP2 und MINP3 der drei Messeinheiten 21 werden über je eine Eindrahtverbindung von der betreffenden Messeinheit 21 zur Anordnung 22 übertragen (siehe Fig. 1). Diese Übertragung kann jedoch auch über eine normierte bidirektionale Busverbindung SPI4 erfolgen, die ähnlich aufgebaut ist wie die Busverbindung SPI1.
Dies hat den Vorteil, dass die entsprechend abgeänderte Messeinheit, welche nachfolgend mit 221 bezeichnet wird, zusätzlich zu Energiemesswerten noch digitalisierte Momentanwerte des zugehörigen Phasen-Laststromes iR bzw. iS bzw. iT und der zugehörigen Phasenspannung uR bzw. uS bzw. uT liefern kann.
Die Anordnung 22 enthält in diesem Fall einen zusätzlichen Mikrocomputer 222, der als Master-Computer arbeitet, und die Messeinheiten 221 weisen zusätzlich zum Takteingang IRF je einen SCK-, einen MOSI-, einen BCIR-("bidirectional interrupt request") und einen SSB-Eingang ("sensor select bar") auf sowie einen MISO-Ausgang. Der durch den Oszillator 51 und den Frequenzteiler 52 (siehe Fig. 3) gebildete Taktgenerator 51j52 speist den Mikrocomputer 222 mit einem Taktsignal 223. Wenn mehrere Messeinheiten 221 vorhanden sind, dient der SSB-Eingang jeweils dazu, die betreffende Messeinheit 221 anzuwählen und deren MISO- und MOSI-Anschlüsse in Betrieb zu nehmen. Der BCIR-Eingang kann zu Startzwecken oder zu Unterbrechungszwecken ("interrupt") verwendet werden.
Wie in der Fig. 8 dargestellt enthält jede Messeinheit 221 vorzugsweise fünf Register 224, 225, 226, 227 und 228, die in der angegebenen Reihenfolge hintereinander geschaltet sind, je ein Ausgangs-Schieberegister bilden und vorzugsweise je acht Bits aufweisen. Der serielle Ausgang des Registers 228 ist auf den MISO-Ausgang der betreffenden Messeinheit 221 geführt, während deren MOSI-Eingang mit einem seriellen Eingang eines Eingangs-Schieberegisters 229 verbunden ist, dessen serieller Ausgang auf einen seriellen Eingang des Registers 224 geführt ist. Ein Parallelausgang des Eingangs-Schieberegisters 229 ist mit einem Paralleleingang eines Registers 230 einer Steuerlogik 231 verbunden. Die beiden Register 229 und 230 besitzen vorzugsweise 4 Bits und dienen als serielles Programmier-Daten-Register SPDR bzw. als Modus-Register MREG.
Im Register 228 werden z.B. ein gemessener Energiewert (5 Bits) und drei Flags (3 Bits) gespeichert. Die letzteren zeigen z.B. das Resultat einer Hall-Impedanz-Messung, einer Nullspannungs-Messung und einer Fehlerermittlung an. Im Register 227 wird z.B. das höchstwertigste und im Register 226 das niederwertigste Strom-Byte CMSB bzw. CLSB eines 16Bit-Abtastwertes eines zugehörigen Phasen-Laststromes iR bzw. iS bzw. iT gespeichert. Im Register 225 wird z.B. das höchstwertigste und im Register 224 das niederwertigste Spannungs-Byte VMSB bzw. VLSB eines 16Bit-Abtastwertes einer zugehörigen Phasenspannung uR bzw. uS bzw. uT gespeichert.
Die SCK-Eingänge der drei Messeinheiten 221 sind miteinander verbunden und werden über einen ersten Leiter der bidirektionalen Busverbindung SPI4 vom Mikrocomputer 222 mit einem gleichen Taktsignal SCK gespeist. Die MOSI-Eingänge der drei Messeinheiten 221 sind miteinander verbunden und werden über einen zweiten Leiter der bidirektionalen Busverbindung SPI4 vom Mikrocomputer 222 mit einem gleichen Signal MOSI gespeist. Die MISO-Ausgänge der drei Messeinheiten 221 sind miteinander verbunden und speisen über einen dritten Leiter der bidirektionalen Busverbindung SPI4 den Mikrocomputer 222 mit einem gleichen Signal MISO. Der SSB-Eingang der drei Messeinheiten 221 ist mit je einem getrennten Ausgang SSB1 bzw. SSB2 bzw. SSB3 des Mikrocomputers 222 verbunden.
Die Messeinheiten 221 besitzen zwei Operations-Modi, welcher jeweils im Modus-Register 230 gespeichert ist. Im ersten Modus werden die Informationen mit einer vorgegebenen Taktfrequenz von einer Messeinheit 221 zum Mikrocomputer 222 übertragen. Im zweiten Modus fragt der Mikrocomputer 222 die Informationen mit seiner eigenen Taktfrequenz ab und eine Messeinheit 221 gibt ihre Informationen nur auf Anfrage des Mikrocomputers 222 ab. Im ersten, in der Fig. 9 dargestellten Modus sind die Takteingänge IRF der drei Messeinheiten 221 miteinander verbunden und werden vom Taktgenerator 51; 52 mit dem gleichen Referenz-Taktsignal FREF gespeist. Zusätzlich sind die BCIR-Eingänge der drei Messeinheiten 221 miteinander und mit einem Anschluss INT des Mikrocomputers 222 verbunden.
Im zweiten, in der Fig. 10 dargestellten Modus werden die Takteingänge IRF der drei Messeinheiten 221 von drei getrennten Ausgängen des Taktgenerators 51; 52 mit einer gleichen Taktfrequenz gespeist und der BCIR-Eingang der drei Messeinheiten 221 ist mit je einem getrennten Ausgang SC1 bzw. SC2 bzw. SC3 des Mikrocomputers 222 verbunden.
The invention relates to a multifunction counter according to the preamble of claim 1.
A multifunction counter of the type mentioned in the preamble of claim 1 is known from US Pat. No. 4,742,296.
The invention has for its object to improve the known multifunction counter so that a determined direction of energy flow and a detected phase failure can be recognized.
According to the invention, this object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims.
An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below.
Show it:
1 is a block diagram of a multifunction counter,
2 is a block diagram of a power supply with an associated voltage monitoring arrangement,
3 shows a block diagram of a signal processing arrangement,
4 shows a block diagram of a signal evaluation arrangement,
5 is a block diagram of an error detection arrangement,
6 shows a state diagram of a 5-bit up / down counter,
7 is a state diagram of a 3-bit up / down counter,
8 shows a register arrangement of a measuring unit,
9 shows a first variant of a bus interface connection between three measuring units and a master computer
10 shows a second variant of a bus interface connection between three measuring units and a master computer.
The same reference numerals designate the same parts in all figures of the drawing.
The multifunction meter includes a single-phase or multi-phase electricity meter 20; 21; 22, an overvoltage protection arrangement 23, a power supply 24, a fault detection arrangement 25, a microcomputer 26, an optional ripple control receiver RCR, a liquid crystal display LCD and a clock circuit 27; 28; 29, which in addition to a calendar clock 27, which is a real-time clock, also contains a driver 28 for the liquid crystal display LCD and a voltage divider and temperature compensation arrangement 29. In addition, there are a large number of input and / or output arrangements 30 to 36, which are arranged as interface circuits between auxiliary inputs and / or auxiliary outputs of the multifunction counter and so-called PORT connections of the microcomputer 26.
The liquid crystal display LCD is preferably a customer-specific display with special display images, e.g. Numbers, a key, a clock, etc. Driver 28 outputs are e.g. Connected via a 32-bit and a 4-bit bus connection 28a and 28b to a bus input of the liquid crystal display LCD, which enables the latter to be multiplexed four times. The driver 28 feeds the arrangement 29 with a BIAS supply voltage; GND, while three voltage outputs of the arrangement 29 are each connected to a separate input VLC0 or VLC1 or VLC2 of the driver 28. The arrangement 29 supplies the voltage levels required by the driver 28 and corrects the reading angle of the liquid crystal display LCD as a function of the temperature.
The calendar clock 27 shows the time (in hours, minutes and seconds), the date (in years, months and days), weekday numbers, week numbers, summer and winter time and leap years. A quartz or an external one, from the arrangement 25 to the synchronization input SYNC of the clock circuit 27; 28; 29 supplied synchronization signal. If the latter is faulty, the quartz is automatically switched over.
In addition to a central processor CPU, the microcomputer 26 also has at least one read / write memory RAM, a read-only memory ROM and an electrically erasable programmable read-only memory E. <2> PROM as well as several input and / or output interface circuits, so-called PORTS. It always works as a master computer and processes peripheral signals, from which it forms energy and / or power values, which it passes on to the liquid crystal display LCD and / or to output arrangements (e.g. 34, 35 and 36) if necessary. Billing data is stored every time there is a power failure and periodically in the programmable read-only memory E <2> PROM saved captive.
Arrangements 30 and 31 are e.g. Multi-bit input arrays, while array 32 e.g. is a multi-bit output arrangement. The arrangements 30 and 32 each contain an optocoupler or an electromagnetic relay per bit for the purpose of electrical isolation, the light-emitting diode of the optocoupler or the relay coil forming an input and the phototransistor of the optocoupler or the relay contact forming an output of the arrangement 30 and 32, respectively . The arrangement 30 is arranged as an interface circuit between a bus input 30a of the multifunction counter and the microcomputer 26, its outputs being connected to PORT inputs of the microcomputer 26 via a bus connection 30b.
Bus input 30a preferably includes control inputs for control purposes, such as a tariff changeover, a cumulation of measured values or a time limit for a maximum measurement. The arrangement 31 contains a push button per bit, which is connected via a line of a bus connection 31 a to a PORT input of the microcomputer 26. A first, freely accessible pushbutton is preferably used to call up the display, while a second, sealed pushbutton is used to accumulate measured values or to switch between winter and summer seasons. With both pushbuttons together e.g. certain parameters can also be programmed, e.g. the time or date of the calendar clock 27.
The arrangement 32 is arranged as an interface circuit between the microcomputer 26 and a bus output 32a of the multifunction counter, PORT outputs of the former being connected to inputs of the arrangement 32 via a bus connection 32b. The bus output 32a preferably contains control outputs, with the aid of which e.g. Loads or control inputs can be controlled by additional multifunction counters.
Arrangements 33 and 36 are e.g. Serial 1-bit output arrangements, which are constructed similarly to the arrangement 32, with the difference that the arrangement 36 contains only a single optocoupler and the arrangement 33 contains only a single electromagnetic relay. A contact e of the latter forms a two-pole auxiliary output 33a of the multifunction counter, while a two-pole PORT output of the microcomputer 26 is connected to the associated relay coil via a two-pole connection 33b. An input of the arrangement 36 is fed via a two-pole connection 36a from a PORT output of the microcomputer 26 and its output is routed to a two-pole auxiliary output +/- r53 of the multifunction counter. The auxiliary output r53 provides, e.g. for remote counting purposes, fixed quantity pulses, i.e. Pulses per kWh.
The arrangements 34 and 35 are standardized serial interface circuits, both of which basically perform the same function. The former is preferably an optical interface circuit OPT and the latter is preferably a current loop interface circuit CS. Outputs of the arrangements 34 and 35, which face the microcomputer 26, are connected via a common single-pole change-over switch 37 to a PORT input of the microcomputer 26, either the associated output signal of the arrangement 34 or the associated output signal of the arrangement 35 as the signal RxD relevant PORT input of the microcomputer 26 is supplied. A control input of the changeover switch 37 is controlled by a control signal SEL present at a further PORT output of the microcomputer 26, which selects the arrangement 34 or 35.
In contrast, inputs of the arrangements 34 and 35 which face the microcomputer 26 are connected to one another and are fed by a PORT output of the microcomputer 26 with a signal TxD. An optical output 34a and an optical input 34b of the arrangement 34 each form an optical auxiliary input or auxiliary output of the multifunction counter, while the arrangement 35 has a two-pole connection 35a, which serves as a +/- auxiliary input / output of the multifunction counter. The interface circuits OPT and CS serve e.g. for bidirectional communication with reading and / or parameterization devices. The OPT interface circuit preferably represents an asynchronous interface according to DIN standard 66258, in which protocols according to IEC standard 1107 are normally processed. However, other protocols are also possible on customer request.
In contrast, the interface circuit CS is an internally galvanically isolated two-wire interface for communication via a plug connection.
The electricity meter 20; 21; 22 measures active energy and / or reactive energy and / or apparent energy. When measuring a single type of energy, for each phase it has a voltage / current converter 20 belonging to the relevant phase and a measuring unit 21 belonging to the respective phase. It also has a central signal processing arrangement 22 that is common to all phases. In contrast, when measuring two or three different types of energy, there are twice as many components 20 and 21.
In the following and in FIG. 1, the assumption applies that the electricity meter 20; 21; 22 is a pure active energy three-phase electricity meter which has three voltage / current converters 20 and three measuring units 21 and is connected to four wires N (neutral conductor), R, S and T of an electrical power supply network which is connected via the overvoltage Protective arrangement 23 feeds four feed inputs R1, S1, T1 and N1 of supply device 24 and four feed inputs R2, S2, T2 and N2 of arrangement 25. To prevent overvoltages and / or surge voltages, the overvoltage protection arrangement 23 preferably contains one voltage-dependent resistor per phase, which is arranged in each case between the relevant phase and the neutral conductor N.
To filter very fast line-bound interference signals or interference voltage peaks, suppressor diodes or inductors for damping high-frequency currents can also be present.
Among other things, four DC voltages VCSP, VDD, GND (0 volt) and VSS, two reset signals POR and rst, a power reserve voltage GARES for the calendar clock 27 and an interruption signal INTP for the microcomputer 26 are generated in the supply device 24. VCSP is e.g. 10 volts, VDD e.g. 5 volts and VSS e.g. -5 volts. The three direct voltages VDD, GND and VSS feed all measuring units 21 as well as the arrangements 22 and 25. The two direct voltages VDD and GND feed the microcomputer 26, the clock circuit 27; 28; 29, the input and / or output arrangements 30, 31, 34 and 35 and, if present, the ripple control receiver RCR. The two direct voltages VCSP and GND feed the output arrangements 32, 33 and 36.
The reset signal rst sets the arrangement 22 via input W and the reset signal POR the microcomputer 26, the clock circuit 27; 28; 29 and, if necessary, the ripple control receiver RCR. The power reserve voltage GARES is fed to a first input and a reset signal RST present at a further PORT output of the microcomputer 26 to a second input of a power reserve arrangement 40, the output of which is connected to an input RES of the clock circuit 27; 28; 29 is connected. The interrupt signal INTP is routed to a further PORT input of the microcomputer 26.
In a three-phase electricity meter 20; 21; 22, which measures a single type of energy, feeds each phase voltage of the energy supply network via the overvoltage protection arrangement 23 directly, if an active energy is measured, or via a subsequent 90 ° phase shifter, not shown in FIG. 1, if a reactive energy is measured Input of the voltage / current converter 20 belonging to the relevant phase.
The internal structure of the measuring units 21 is not shown in the drawing, since it is known at least from US Pat. No. 4,742,296 or US Pat. No. 4,728,886. Each measuring unit 21 contains a preferably U-shaped current loop 21a, which is either directly from an associated phase load current iR or iS or iT of the energy supply network (see FIG. 1) or via an associated current transformer (not shown) with a phase associated with this -Last current iR or iS or iT proportional current is fed. Within each measuring unit 21 belonging to a phase, a Hall element (not shown) is preferably arranged between the parallel current conductors of the current loop 21a, the current input of which is fed by a supply current which is proportional to a phase voltage uR or uS or UT of the phase in question.
For this purpose, an output of the voltage / current converter 20 belonging to the respective phase is connected to a first pole of the current input concerned and the output of the overvoltage protection arrangement 23 belonging to the neutral conductor N is connected to a second pole of this current input. Since the magnetic field to which the Hall element is exposed is proportional to the associated phase load current iR or iS or iT, the output voltage of the Hall element in question is proportional to the measured power value uR.iR or uS.iS or UT.iT respectively associated phase. Within each measuring unit 21, its Hall element is followed by a voltage / frequency converter, not shown, in which the associated power value uR.iR or uS.iS or uT.iT is converted into a proportional frequency fR or fS or fT.
At the output of the voltage / frequency converter of the three measuring units 21, which is also the signal output OES of the respective measuring unit 21, there is a measuring signal MINP1 or MINP2 or MINP3, which consists of pulses whose frequency fR or fS or fT is in each case proportional to the power value uR.iR or uS.iS or uT.iT measured in the relevant phase by the associated measuring unit 21. The measurement signals MINP1, MINP2 and MINP3 are each conducted to a separate signal input 22a or 22b or 22c of the arrangement 22. Each measuring unit 21 is calibrated before it is installed in the multifunction counter.
The temperature dependency of the transmission factor of each Hall element can either be compensated for by an equally large temperature dependency of a reference voltage contained in the downstream voltage / frequency converter or by means of the temperature dependence of the semiconductor resistance of the Hall element. In the latter case, a temperature-dependent resistor is connected in parallel to the feed input of the Hall element, which derives a temperature-dependent portion of the feed current of the Hall element. As the temperature increases, the transmission factor of the Hall element increases, but at the same time the semiconductor resistance of the Hall element also increases, so that the supply current of the latter decreases accordingly.
With the value of the temperature-dependent resistance arranged in parallel, the two opposing influences can be set to be of the same size, so that the overall transmission of the Hall element becomes temperature-independent.
In addition to using the Hall element to measure the power values, it is also possible to use other measuring principles. E.g. can also be inductively coupled to each U-shaped current loop 21 a according to US Pat. No. 4,810,989, the values diR / dt or diS / dt or diT / dt of the derivative of the first order of the phase load currents iR or iS or iT is determined, which is then converted into the values of iR or iS or iT in a downstream integrator.
The voltage / frequency converters of the three measuring units 21 all require the same reference frequency, e.g. 4096 Hz, which is fed from a reference signal output 22d of the arrangement 22 in the form of a reference clock signal FREF, which consists of pulses as a function of time, via a clock input IRF. The reference clock signal FREF on the one hand and the measurement signals MINP1, MINP2 and MINP3 on the other are asynchronous to one another. The input side of the connections belonging to the signals FREF, MINP1, MINP2 and MINP3 is each equipped with a Schmitt trigger, which is not shown in the drawing for the sake of simplicity of the drawing.
This allows the installation of a low-pass filter with any large phase shifts as protection against high-frequency interference, which considerably improves the robustness of the measuring arrangement against high-frequency interference.
The arrangement 22 has two signal outputs 22e and 22f, at which a signal MDIR or MPULS is present, which is led to a separate further PORT input of the microcomputer 26. A test output TSTOUT of the arrangement 22 is e.g. connected to a cathode of a light-emitting diode 38, the anode of which is led to a cathode of a light-emitting diode 39, the anode of which is in turn connected to the direct voltage VDD. One of the two LEDs 38 and 39 is e.g. an infrared light-emitting diode that is used for transmission purposes and / or for machine-readable reading. The test output TSTOUT supplies a power-proportional frequency of rectangular pulses and serves as an optical interface to a test device in which the measuring accuracy of the measuring units 21 and the signal processing arrangement 22 can be checked.
Instead of two light-emitting diodes 38 and 39, a plurality of light-emitting diodes can also be connected in series with the same polarity and used for a wide variety of display purposes, such as for the separate display of a high and low tariff and / or for the separate display of a positive and negative energy value. The light-emitting diodes connected in series are then preferably fed by a constant current source and are each short-circuited by a switching transistor which e.g. is switched to the rhythm of pulses which represent the data to be displayed.
Four control outputs A, B, C and D of the arrangement 22, at each of which one of the four signals PF1, PF2, PF3 and RRST is present, are each connected to a separate control input E or F or G or H of the arrangement 25. A control output J of the latter, at which a signal rstRR is present, and three control signals ST1, ST2 and ST3 are each connected to a separate control input K or L or M or V of the arrangement 22.
A synchronizing output SYNC of the arrangement 25 is each with a synchronizing input SYNC of the clock circuit 27; 28; 29 and the microcomputer 26, while a further PORT output of the latter, at which a signal CYC is present, is connected to a further control input P of the arrangement 25. An output of the clock circuit 27; 28; 29, at which a signal BUSY is present, is connected to a further PORT input of the microcomputer 26. If a ripple control receiver RCR is present, its input is connected to a signal output RCOUT of the arrangement 25, while three outputs of the ripple control receiver RCR, to which one of three output signals INT, UND120VO or RCROUT is present, each have a separate additional port input of the microcomputer 26 are performed.
The ripple control signal input of the ripple control receiver RCR is automatically connected to one of the three phases of the power supply network that has no undervoltage. The ripple control receiver RCR thus receives, via the arrangements 23 and 25 and the signal output RCOUT of the latter, information which is transmitted in the form of sound-frequency pulses over a single phase of the energy supply network which has no undervoltage. A single healthy phase is sufficient to ensure the function of the run control receiver RCR. The latter filters the received signal in order to free it from interference signals such as the 50 Hz voltage signal, its harmonics and external ripple control signals. It then decodes the information received, which usually contains commands that are executed immediately or with a delay.
The ripple control receiver RCR is preferably used, among other things, to switch tariffs. In this case, the tariff can e.g. instead of using the bus input 30a, can be controlled with the aid of certain ripple control commands received. The functionality and evaluation of the information received is the same as for known ripple control receivers.
The calendar clock 27 can in turn also be used for tariff changes and then represents a third possibility for controlling the same.
A bus connection SPI1 or SPI2 or SPI3 is provided for the purpose of bidirectional communication between the microcomputer 26 on the one hand and the arrangement 25 or the clock circuit 27; 28; 29 or the ripple control receiver RCR available.
The supply device 24 shown in FIG. 2 contains an ohmic capacitive voltage divider 41, two shunt regulators 42 and 43, a buffer capacitor C1, a voltage divider 44, a series regulator 45, two monitoring arrangements 46 and 47, a power reserve voltage source 48 and optionally a light indicator 49. As already mentioned, the four feed inputs R1, S1, T1 and N1 of the feed device 24 are fed via the overvoltage protection arrangement 23 (see FIG. 1) from the power supply network with a three-phase voltage which is ohmic in the immediately downstream capacitive voltage divider 41 into a regulated DC voltage VCSP; VCSN is converted.
The ohmic capacitive voltage divider 41 preferably contains a three-phase bridge circuit 41a consisting of six diodes D1 to D6, the two-pole direct current output of which is connected via a series resistor R1 or R2 to the first pole of a suppressor diode D7 or D8 and the first pole of one Inductor L1 and L2 is connected, the second poles of the two inductors L1 and L2 forming the inputs to the two shunt controllers 42 and 43. The second poles of the two suppressor diodes D7 and D8 are connected to one another, to the neutral conductor N1 and to a first input of the light indicator 49. The three three-phase inputs of the three-phase bridge circuit 41a are each connected via a series capacitor C2 to one of the three feed inputs R1 or S1 or
T1 of the supply device 24 is connected, the poles of the series capacitors C2 facing away from the supply inputs R1, S1 and T1 each being additionally connected to one of three further inputs of the light indicator 49. The latter, not shown, contains a resistor / light emitting diode series connection per phase, which is arranged in each case between the relevant phase and the neutral conductor N1, with each light emitting diode preferably having a reflux diode connected in parallel in the opposite direction.
The potential at the neutral conductor N1 is e.g. the ground potential GND. The shunt regulator 42 is arranged between the positive output pole and the neutral conductor N1 and the second shunt regulator 43 between the neutral conductor N1 and the negative output pole of the ohmic capacitive voltage divider 41. The DC voltage VCSP; GND is a positive voltage, which is regulated in the shunt regulator 42 and charges the buffer capacitor C1 connected in parallel with the latter for the purpose of energy storage, which is used for data recovery in the event of a possible mains voltage failure. It also feeds the voltage divider 44 connected in parallel, in which the DC voltage VCSP; GND is reduced to a positive DC voltage VCSDIV. The latter in turn feeds an input to the monitoring arrangement 47.
The DC voltage VCSN; In contrast, GND is a negative voltage, which is regulated in the second shunt regulator 43. The DC voltage VCSP; VCSN feeds the input of series regulator 45, which converts it into an additionally regulated DC voltage VDD; VSS converts. The DC voltage VDD; GND supplies the two monitoring arrangements 46 and 47 as well as the power reserve voltage source 48 in a two-pole manner. A second two-pole supply input of the latter is fed by a supercap, an accumulator or a battery 48a. The monitoring arrangement 46 monitors the DC voltage VDD; GND and generates at its output the reset signal POR, which among other things also feeds an input of a low-pass filter 50, where it is filtered and converted into the reset signal rst.
The reset signal POR is a logic signal for starting the microcomputer 26 as soon as the DC voltage VDD; GND has exceeded a predetermined threshold. It also puts the microcomputer 26 in a controlled state as soon as the DC voltage VDD; GND has fallen below a predetermined threshold. The monitoring arrangement 47 monitors the DC voltage VCSDIV; GND and generates the interrupt signal INTP at its output. The latter is generated as soon as the DC voltage VCSDIV; GND has exceeded a specified value and it is ensured that enough energy is saved for any data recovery. It is also used to trigger data recovery in the event of a power failure.
The power reserve voltage source 48, at the output of which the power reserve voltage GARES is present, supplies the energy for the operation of the clock circuit 27; 28; 29 and thus the calendar clock 27 during a power failure.
3 is processed via a separate input from the direct voltages VDD, GND and VSS and from the signals rstRR (via input K), ST1 (via input L), ST2 (via input M), ST3 (via input V) and rst (via input W). It contains an oscillator 51, which is preferably a quartz oscillator, a frequency divider 52, a signal evaluation arrangement 53 per phase, a synchronizing arrangement 54 per phase, a counter 55, three OR gates 56, 57 and 58, a nand Gate 59, three frequency dividers 61, 62 and 63, a pulse shaper 64, three Nand gates 65, 66 and 67 and a driver 68.
The oscillator 51 generates pulses whose frequency is e.g. 32, 768 kHz (2nd < <1> <5>> Hz) and which are fed to an input of the downstream frequency divider 52, where the frequency is divided down in order to generate e.g. four internally required clock signals CL1, CL2, CL3 and CL4 as well as the reference clock signal FREF, the latter being fed to the three measuring units 21 via the output 22d of the arrangement 22 (see FIG. 1). The frequencies of the signals FREF, CL1, CL2, CL3 and CL4 are preferably 4096 Hz (2nd <1> <2> Hz), 32 kHz, 500 Hz, 32 Hz, 1 Hz. In order to avoid synchronization problems, the pulses of the clock signal CL1 are preferably out of phase by half a period with respect to the pulses of the same frequency generated by the oscillator 51.
The signals CL1 and rst each feed one input of the components 53, 54, 55, 61, 62, 63 and 64, the signals ST3, CL4 and rstRR each an input of the three arrangements 53, the signal CL2 an input of the pulse shaper 64 and Signals ST2 and ST3 each have a separate input to the frequency dividers 62 and 63. The three outputs A, B and C of the arrangement 22, at each of which one of the phase failure signals PF1 or PF2 or PF3 is present, are each by an output PF three arrangements 53 are formed. Each output RR of the three arrangements 53, at which a reverse run signal RR1 or RR2 or RR3 is present, is connected to a separate input of the OR gate 58, the output signal RRST of which is led to the output D of the arrangement 22. One output CR each of the three arrangements 53, at each of which an idle signal CR1 or CR2 or
CR3 is present, is led to a separate input of the nand gate 59, the output signal TCR of which feeds a first input of the nand gate 67.
The measuring signal MINP1 or MINP2 or MINP3 at the output of the measuring unit 21 belonging to a phase (see FIG. 1) feeds a signal input MINP of the downstream associated with the respective phase via an input 22a or 22b or 22c of the arrangement 22 Arrangement 53, in which it is converted into two signals MPOS and MNEG, both of which are routed to a separate input of the synchronizing arrangement 54 belonging to the relevant phase, each having a first and a second output. The first outputs of the three arrangements 54 are each connected to separate inputs of the OR gate 56 and the second outputs of the three arrangements 54 are each connected to separate inputs of the OR gate 57. Three control outputs of the counter 55 are connected to a control input of one of the three arrangements 54.
The outputs of the two OR gates 56 and 57 are each connected to a separate input of the frequency divider 61, the two outputs of which are routed via the frequency divider 62 and 63 to a separate input of the pulse shaper 64, which has two outputs on which the Signal MDIR or MPULS is present and the two two outputs 22e and 22f of the arrangement 22 form. The signal MDIR, inverted, feeds a first input of the nand gate 65, at the second input of which the control signal ST1 is present and whose output is connected to a first input of the nand gate 66, at the second input of which the signal MPULS is present and the output of which second input of the nand gate 67 is guided. The output of the latter is connected to the test output TSTOUT of the arrangement 22 via the driver 68.
The duration of the pulses of the measurement signals MINP1, MINP2 and MINP3 and the signals MPOS and MNEG is preferably 32 ms. The signals MPOS and MNEG each consist of pulses, the frequency of which is proportional to the measured positive and negative power. If a pulse of the signal MPOS or MNEG appears at one of the two outputs of an arrangement 53, this is temporarily stored in the arrangement 54 belonging to the relevant phase until the moment at which the relevant phase is queried. The counter 55 counts to "three" in each case and cyclically polls the stored pulses of the signals MPOS and MNEG of the three phases in the arrays 54 in order to immediately forward the query value found to the associated output of the arrangement 54 in question. Returns a phase of negative-value pulses, i.e.
Pulses of the signal MNEG, and another phase positive-value pulses, i.e. Pulses of the signal MPOS, these pulses do not cancel each other out, but all pulses are passed on to the associated OR gate 56 or 57. The three arrangements 54 and the two OR gates 56 and 57 together form two time multiplexers 54; 56 and 54; 57, whose common control device is counter 55. One of the two time multiplexers 54; 56, the output of which is the output of the OR gate 56, is present for the positive-value pulses and the other, the output of which is the output of the OR gate 57, for the negative-value pulses.
The two time multiplexers 54; 56 and 54; 57 are controlled by the counter 55 in such a way that the three arrangements 54 pass their pulses one after the other to the two OR gates 56 and 57, where they appear at different times, so that the output pulses of all arrangements 53 belonging to different directions of energy flow for the purpose of energy Summation in each of the two time multiplexers 54; 56 and 54; 57 can be connected in series in the time multiplexer. The output frequency of the OR gate 56 or 57 is then in each case equal to the sum of the associated output frequencies of the three arrangements 54 and accordingly proportional to the measured positive or negative three-phase power.
A key advantage of this type of digital addition is the robustness of the associated digital interface against interference, the flexibility in the choice of the adjustment concept, the division of the analog and digital functions into two specialized customer-specific circuits and finally a smaller number of connections of the different modules. A frequency irregularity resulting from the pulse addition can be reduced to a tolerable small value by choosing a sufficiently small energy value for the pulses.
One output each of the two time multiplexers 54; 56 and 54; 57 is connected via the downstream frequency dividers 61 and 62 or 61 and 63 to a separate input of the microcomputer 26. In the frequency dividers 61 and 62 or 61 and 63, the sum values found, i.e. the output frequencies of the OR gates 56 and 57 divided to obtain a certain pulse weight or counter constant. In the frequency divider 61, the output frequencies of the OR gates 56 and 57 are preferably divided by sixteen. It then takes sixteen pulses at the input for a pulse to appear at the output of the frequency divider 61, which in this case represents a 16 times higher energy value than a pulse at the input of the frequency divider 61. The latter is preferably a 5-bit up / down counter which operates according to the state diagram shown in FIG. 6.
Since also with energy supply (e.g. with cos PHI <1) negative energy values can occur and only an average, e.g. B. The frequency divider 61 also works as a low-pass filter by means of sixteen pulses, which provides information about the energy direction. For example, change. B. positive and negative value pulses continuously and never appear more than fifteen pulses of the same type, a pulse will never appear at the output of the frequency divider 61.
The two output frequencies of the frequency divider 61 are then in the frequency divider 62 or 63 divided again so that a pulse at the output of the latter is always 1 Wh positive or corresponds to negative energy. For this purpose, the division ratio of the two frequency dividers 62 and 63 must be programmed accordingly using the two control signals ST2 and ST3, depending on the size of the mains voltage present, 230 volts or 110 volts, and the type of measuring unit 21 used. The division ratio is e.g. B. at 230 volts equal to "2" (if ST2; ST3 = "11") or "4" (if ST2; ST3 = "10") and at 110 volts equal to "4" (if ST2; ST3 = "01") or "8" (when ST2; ST3 = "00").
In the pulse shaper 64, the duration of the pulses and pulse gaps delivered by the frequency dividers 62 and 63 are each increased to 10 ms with the aid of intermediate storage. In addition, the pulses delivered separately for both energy directions are fed as signal MPULS to a single common output of the pulse shaper 64 and thus also to a single output 22f of the arrangement 22. In addition, information regarding the energy direction of the pulse in question is supplied as a signal MDIR to a further output of the pulse shaper 64 and thus to the output 22e of the arrangement 22. The signal MDIR z. B. a logic value "one" if a simultaneous pulse of the MPULS signal belongs to a positive energy, and a logic value "zero" if a simultaneous pulse of the MPULS signal belongs to a negative energy.
If there is no pulse of the MPULS signal, the MDIR signal is e.g. B. equals zero". The pulse shaper 64 is a state machine which, for. B. has ten states "zero" to "nine". If no pulses are received, the pulse shaper 64 is in the "zero" state. After a pulse is received, the pulse shaper 64 cycles through all states at the clock frequency 500 Hz of the clock signal CL2. In state "one" the signal MDIR goes to a logic value "one" if the pulse belongs to a positive energy and in state "four" if necessary MPULS to one. In the "nine" state, the processed pulse is deleted and the signals MPULS and MDIR are reset to zero. After the "nine" state, the pulse shaper 64 automatically returns to the "zero" state in order to to process the next received pulse.
The control signal ST1 controls in normal operation, i. H. if there is no idle, the signal present at the test output TSTOUT. In normal operation, the output signal TCR of the Nand gate 59 is "one" and the Nand gate 67 is thereby continuously released. If the control signal ST1 has a logic value "one", then the nand gate 65 is continuously released and a logic value "zero" appears at the output of the nand gate 66 and a logic value "one" at the output of the nand gate 67 only if both signals MDIR and MPULS have a logic value "one", i. H. when the pulse of the MPULS signal belongs to a positive energy. In this case, only positive-value pulses operate the test output TSTOUT. The LEDs 38 and 39 connected to the latter (see Fig. 1) then only flash in the rhythm of these positive impulses.
If, on the other hand, the control signal ST1 has a logic value of zero, then the nand gate 65 is permanently blocked and a logic value of one at its output continuously releases the nand gate 66, so that all pulses of the signal belonging to both positive and negative energy are present MPULS reach the output of the NandGatter 67 and thus the test output TSTOUT. In this case, the LEDs 38 and 39 connected there flash (see Fig. 1) in the rhythm of the impulses belonging to both positive and negative energy. The two types of pulses can then no longer be distinguished at the TSTOUT test output. Each pulse at the TSTOUT test output and each pulse of the MPULS signal have both a pulse duration and a minimum pulse gap of 10 ms each and a value of 1 Wh.
The idling is monitored separately in each of the three phases and, if present, is displayed as logic value "one" at the output CR of the arrangement 53 belonging to the phase in question. If three-phase idling occurs, the output signal TCR of the nand gate 59 assumes a logic value "zero" and the output signal of the nand gate 67 continuously assumes a logic value "one". The LEDs 38 and 39 connected to the test output TSTOUT (see Fig. 1) then no longer flash, but in this case light up continuously.
The in the Fig. The signal evaluation arrangement 53 shown in FIG. 4 contains a pulse duration decoder 69, a digital low-pass filter 70, an idle suppression arrangement 71, an energy backward detector 72, a frequency divider 73 and an enable arrangement 74; 75, which consists of two AND gates 74 and 75 .
The pulse duration decoder 69 arranged at the input of the arrangement 53 contains two nor gates 76a and 76b, a "logic zero" counter 77, two AND gates 78a and 78b, a "logic one" counter 79, a decoder 80, an exclusive -Or gate 81 and two AND gates 82a and 82b. The counter 77 is preferably a 3-bit counter and the counter 79 is preferably a 4-bit counter. Their clock inputs are each fed by the clock signal CL1. The signal input MINP of the arrangement 53 is connected to a first input of the gates 76a, 78a and 81. The output of the latter is fed to a serial input of counter 77, the serial output of which is connected to a second input of gate 81 and a first input of gate 76b.
The reset signal rst is fed to a second input of the gates 76a and 76b, the outputs of which each have a reset input RS of the counter 77 or 79 are connected. The output of gate 78a, the second input of which is connected to the serial output of counter 79, is connected to a serial input of the latter. The serial output also forms the output PF of the arrangement 53 and is additionally connected to a first input of the gate 78b, the output of which is led to a first input of the two gates 82a and 82b. The parallel output of the counter 79 is connected via a bus connection to a bus input of the decoder 80 which has two outputs, one of which is connected to a second input of the gate 82a or 82b is guided.
The outputs of the latter two each form one of two outputs of the pulse duration decoder 69. A parallel output of counter 77 is also connected to a second input of gate 78b.
The pulse duration decoder 69 serves on the one hand to separate the pulses belonging to different directions of energy flow and on the other hand to block the latter pulses and to generate a missing phase display if there is a phase failure. It thus determines in each case whether the pulses in question belong to a positive or negative direction of energy flow or whether there is a phase failure for the phase in question. A phase failure occurs when the associated measuring unit 21 does not have a zero crossing of the associated phase voltage uR or uS or uT can detect. The pulse duration decoder 69 also suppresses the pulses of the measuring signal MINP1 or signal present at the signal input MINP of the arrangement 53 or MINP2 or MINP3.
For each phase, both information relating to a determined energy flow direction and information relating to the presence of a phase failure are contained in the duration of the output pulses of the associated measuring unit 21. The direction of energy flow is therefore contained as a pulse duration in the pulses of the three measurement signals MINP1, MINP2 and MINP3. A pulse duration less than 3 periods of the clock signal CL1 is e.g. B. interpreted as an interference signal and ignored. A pulse duration of 3 to 6 periods corresponds to e.g. B. a negative energy pulse and a pulse duration of 7 to 10 periods z. B. a positive energy pulse during a pulse duration greater than 10 periods e.g. B. corresponds to a phase failure.
A distinction between the energy flow direction is necessary for the following reasons: On the one hand, the measuring units 21 can measure the energy in both directions and for certain applications the energy impulses for both energy flow directions have to be recorded separately. On the other hand, if there is a reactive power component in the energy supply network, the instantaneous power changes four times within a network period, ie. H. with a high resolution of the quantization, the sign belonging to the pulses changes accordingly often. These short-term changes in the sign of the pulses can, for. B. can be suppressed by means of digital filters, which will be explained later.
The counters 77 and 79 are reset to zero by the reset signal rst. During a pulse present at the input MINP of the arrangement 53, the latter resets the counter 77 to zero via the gate 76a, which then resets and remains out of operation for as long as the relevant pulse is present. The counter 79 is at each start of the pulse of the measuring signal MINP1 appearing at the input MINP or MINP2 or MINP3 started with the help of the AND gate 78a and counts the number of periods of the clock signal CL1 during the duration of each pulse. The count value stored in counter 79 at the end of the pulse is a measure of the pulse duration and is decoded in decoder 80. Depending on whether the pulse duration corresponds to a negative or positive energy quantum, a logic value "one" appears on the first or second output of decoder 80.
The logic value "one" is then via one of the gates 82a or 82b, if this is released by the counter 77 via the gate 78b, forwarded to the associated output of the pulse duration decoder 69.
If there is a phase failure, the counter 79 reaches a count value elf, which has the consequence that a logic value "zero" appears at its serial output and thus also at the output PF of the arrangement 53, as a sign that there is a phase failure. It is used as phase failure signal PF1 or PF2 or PF3 via control output A or B or C of the arrangement 22 (see Fig. 3) forwarded to the arrangement 25 (see FIG. 1). At the same time, the gates 78a, 78b, 82a and 82b are blocked, so that the counter 79 stops counting and the output signals of the decoder 80 no longer reach the outputs of the pulse duration decoder 69.
A pulse can be temporarily erased by interference signals, so that the counter 79 cannot recognize whether a real pulse end or a pulse end pretended by a pulse cancellation is present. Therefore, the counter 77 is present, the counting process of which is started with the exclusive-OR gate 81. As soon as a real or simulated pulse end appears at the signal input MINP, the reset of the counter 77 present via the gate 76a is canceled and a logic value "one" appears at the output of the exclusive-OR gate 81, since at the serial output of the counter 77 after the reset a logic value "one" appears and thus different logic values are present at the two inputs of the gate 81. The counter 77 counts the pulses of the clock signal CL1 during the pulse gap present at the signal input MINP.
If there is a logic value zero for a pulse gap on two successive rising edges of the clock signal CL1, then it is a real pulse gap and a logic value "one" is stored in each of the first two counter flip-flops of the 3-bit counter 77. This is decoded by means of an AND gate, not shown, so that a logic value "one" appears at the parallel output of counter 77, which, if there is no phase failure, enables gate 78b and thus also gates 82a and 82b. As a result, the count value of the counter 79 decoded in the decoder 80, which belongs to the pulse that preceded the real pulse gap, is correctly forwarded to the output of the pulse duration decoder 69, since the counter value of the counter 79 is the real pulse duration thereof Represents impulse.
On the next rising edge of the clock signal CL1, a logic value "one" is then loaded into the third counting flip-flop of the 3-bit counter 77, which results in a logic value "zero" at the output of the latter, which, via gate 76b, the counter 79 to zero. The latter is then ready to evaluate the next pulse appearing at the MINP signal input. If, however, the pulse gap was only simulated by a pulse cancellation, a logic value "one" belonging to the current pulse reappears at the signal input MINP after the pulse cancellation has ended. The counter 79 is started again, while at the same time the counter 77 is reset to zero via the gate 76a, which has the consequence that a logic value "zero" appears at the parallel output of the counter 77, which the gate 78b and thus also the gates 82a and 82b locks.
The count value of the counter 79 decoded in the decoder 80 is therefore not yet forwarded to the output of the pulse duration decoder 69, since the count value of the counter 79 does not yet correspond to the pulse duration sought before the counting process has ended.
"Offset" pulses are pairs of pulses, each consisting of a positive and a negative-value pulse, which in an absent magnetic field, i. H. with an absent phase load current iR or iS or iT, can be generated in the measuring unit 21 belonging to the relevant phase. In the digital low-pass filter 70 connected downstream of the pulse duration decoder 69, the "offset" pulses present in the relevant phase are eliminated, i. H. two successive impulses must result in the same positive or belong negative energy direction so that they are forwarded to the output of the low-pass filter 70. A single pulse for a specific energy direction is considered an "offset" pulse and is suppressed. The low-pass filter 70 is fed by the clock signal CL1 and the reset signal rst.
The arrangement 71 contains an OR gate 83, a reset arrangement 84, a counter 85, a nand gate 86 and a flip-flop 87. Counter 85 is a 16 or 32 second counter. The two outputs of the low-pass filter 70 are each connected to one of two inputs of the gate 83, the output of which is connected to an input of the arrangement 84 and a first input of the gate 86. An output of the arrangement 84 is fed to a reset input RS of the counter 85. A clock input of the arrangement 84 is fed by the clock signal CL1 and that of the counter 85 by the clock signal CL4 (1 Hz). The control input ST3 is connected to a switch input of the counter 85.
A logic value "one" or "zero" applied to it takes a first counting flip-flop of the counter 85 into or out of operation, so that the counter 85 counts either sixteen or thirty-two one-second periods of the clock signal CL4. The values "sixteen" or "Thirty-two" seconds can thus be programmed using the control input ST3. A non-inverting serial output Q of the counter 85 is connected to a z. B. D input of the flip-flop 87 is connected, while its inverting serial output is connected to its serial input and to the second input of the gate 86, the output of which is led to a reset input RS of the flip-flop 87. The clock input of the latter is fed by the clock signal CL1.
An inverting output of flip-flop 87 is connected to the first input of gates 74 and 75, the second inputs of which are each controlled by one of the two outputs of low-pass filter 70. A non-inverting output Q of the flip-flop 87 forms the output CR of the arrangement 53, while the outputs of the two gates 74 and 75 form the two outputs of the arrangement 53, at which the signals MPOS and MNEG are present. The arrangement 71 can be reset to zero with the reset signal rst. Outputs of the low-pass filter 70 and thus of the pulse duration decoder 69 are thus via the release arrangement 74; 75 is connected to outputs of the signal evaluation arrangement 53, the release arrangement 74; 75 is controlled by an output of the idle suppression arrangement 71.
An idle corresponds to a state of the multifunction counter in which there is no longer a difference between a valid signal and an interference signal, e.g. B. Noise, is noticeable. The idle suppression arrangement 71 determines whether during a predetermined programmed time value, e.g. B. for 16 or 32 seconds, no pulses at the output of the low-pass filter 70 or appeared at the output of the pulse duration decoder 69. The output signals of the latter then no longer reach an associated output of the arrangement 53 until the time interval between two successive pulses is again less than the predetermined programmed time value. The arrangement 71 thus determines whether neither positive nor negative-value pulses have appeared at the output of the low-pass filter 70 for 16 or 32 seconds.
If this is the case, a logic value "zero" appearing at the inverting output of the flip-flop 87 blocks the two gates 74 and 75, so that the output signals of the low-pass filter 70 no longer reach the associated output of the arrangement 53 until the time interval between two successive pulses again less than the programmed time value "sixteen" or "Thirty-two" seconds is. In addition, a logic value "one" appears at the output CR of the arrangement 53 as a sign that there is an idle. This logic value "one" is in the arrangement 22 as an idle signal CR1 or CR2 or CR3 each fed to an input of the nand gate 59, whose output signal TCR blocks the gate 67 when all three phases are idle (see FIG. 3).
The microcomputer 26 in turn receives no information about the status of the idle or idle suppression.
For each pulse that appears at one of the two outputs of the low-pass filter 70, a short pulse gap is generated in the arrangement 84, which briefly resets the counter 85 to zero, so that it then, starting from zero, the time elapsing until the next pulse can be determined by counting the pulses of the clock signal CL4. If a next pulse appears before the counter 85 reaches the count "sixteen" or Has reached "thirty-two", then it sets the flip-flop 87 to zero via the gate 86, if this has not already been reset to zero.
On the other hand, the counter 85 reaches the count value "sixteen" or "Thirty-two", the gate 86 is blocked and a logic value "one" is loaded into the flip-flop 87 with the next rising edge of the clock signal CL1, which results in a logic value "one" at the output CR of the arrangement 53 as a sign that there is an idle state . At the same time, gates 74 and 75 are blocked. The counter 85 can only be reset to zero by means of the reset signal rst, whereupon the next pulse at one of the two outputs of the low-pass filter 70, via the gates 83 and 86, resets the flip-flop 87 to zero.
The output signals of the two gates 74 and 75 are still fed to the frequency divider 73 in the arrangement 53, where their frequencies are still z. B. to be divided by four. The frequency divider 73 can be reset to zero by means of the reset signal rst and its clock input is fed by the clock signal CL1. The frequency divider 73 is preferably a 3-bit up / down counter, which according to the in the Fig. 7 shown state diagram works. Since negative energy values can occur for a short time even when purchasing energy and only an average value, e.g. B. The frequency divider 73 also works as a low-pass filter via four pulses, which provides information about the energy direction. For example, change. B. positive and negative value pulses continuously and never appear more than three pulses of the same type, a pulse will never appear at the output of the frequency divider 73.
The pulses at the output of the latter have a four times greater energy value than the pulses at its input. If there are only pulses of a single energy direction, four pulses are required at the input in order to generate a pulse at the output of the frequency divider 73.
Inputs of the energy backward detector 72 are via the frequency divider 73 at the outputs of the release arrangement 74; 75 and thus also connected to the outputs of the arrangement 53. The energy backward detector 72 is used to determine whether, over a predetermined time, pulses have appeared at the outputs of the arrangement 53 which belong exclusively to a negative energy flow direction.
The energy backward detector 72 includes an AND gate 88, two NOR gates 89 and 90, a frequency divider 91 and a flip flop 92. The clock signal CL1 feeds the clock inputs of the flip-flop 92 and the frequency divider 91. The frequency division ratio of the latter can be set to the value "eight" or by means of a logic value "one" or "zero" at the control input ST3. "Sixteen" can be programmed by putting an additional counting flip-flop in or out of operation in the frequency divider 91. Only the output pulses of the frequency divider 73 belonging to negative energy values are fed to an input of the frequency divider 91 and their frequency there by "eight" or "Sixteen" shared. The output of the frequency divider 91 is connected to an input of the flip-flop 92, while its reset input RS is driven by the output of the gate 89.
The reset input RS of the flip-flop 92 is driven by the output of the gate 90. The Q output of the flip-flop 92 forms the output RR of the arrangement 53 and is simultaneously connected to a first input of the gates 88 and 89. The reset signal rstRR supplied by the arrangement 25 (see FIG. 1) is led to a second input of gate 88, the output of which is connected to a first input of gate 90. The reset signal rst feeds a second input of gates 89 and 90. The output pulses of the frequency divider 73 belonging to positive energy values are led to a third input of the gate 89.
Reverse energy is present if only negative energy values are measured over a certain time and e.g. B. for a total of 1 Wh negative energy is determined, which is eight or corresponds to sixteen pulses at the input of the energy backward detector 72. So step there one after the other without any positive impulses in between, eight or sixteen negative-value pulses, their frequency in the frequency divider 91 is divided by eight or divided sixteen, d. H. after eight or A logic value "one" appears at sixteen such pulses at the serial output of the frequency divider 91. The logic value "one" is then stored in the flip-flop 92, where it appears at the Q output and thus also at the output RR of the arrangement 53, as a sign that there is a reverse energy direction.
At the same time, the frequency divider 91 is reset to zero via the gate 89 and the gate 88 is released for the reset signal rstRR. If, in the meantime, before a logic value "one" reaches the serial output of the frequency divider 91, a positive-value pulse appears at the output of the frequency divider 73, then this resets the frequency divider 91 to zero via the gate 89, so that it starts again at zero when dividing the frequency . The reset signal rst resets the frequency divider 91 and the flip-flop 92 via the gates 89 and 90.
The output signal RRST of the OR gate 58 (see Fig. 3) assumes a logic value "one" if reverse energy was measured in at least one phase. Its information content is transferred into the most significant bit of register 115 and, with a delay, into the most significant bit of shift register 120 (see FIG. 5) in order to then be transferred to the microcomputer 26 via the bus connection SPI1 (see FIG. 1). After each such reading, in which the status of the output signal RRST was "one", the latter provides via the bus connection SPI1 and an AND gate 114 (see FIG. 5) using the output signal rstRR of the latter in each arrangement 53 the flip-flop 92 (see Fig. 4) return to zero. After this reset, the frequency divider 91 is released again.
On the other hand, if the microcomputer 26 reads a "zero" status of the output signal RRST, the flip-flop 92 is not reset. There may be a reverse energy measurement in all three phases, but the microcomputer 26 cannot determine which phase the reverse energy measurement is in.
The in the Fig. Fault detection arrangement 25 shown in FIG. 5 contains two three-phase voltage dividers 93 and 94, six Schmitt triggers 95 to 100, two time window arrangements 101 and 102, three event detectors 103 to 105, a single-pole switch 106 and 107 or 108 per phase, control electronics 109, optionally a two-phase failure display arrangement 110, three event counters 111 to 113, an AND gate 114, a register 115, an amplifier 116, a low-pass filter 117, a converter 118, an inverter 119, a shift register 120 and a driver 121.
Within the arrangement 25, the four from the power supply network via the overvoltage protection arrangement 23 (see FIG. 1) fed supply inputs R2, S2, T2 and N2 each with a separate input of both the three-phase voltage divider 93 and the three-phase voltage divider 94. Each three-phase voltage divider 93 and 94 contains e.g. B. one voltage divider consisting of two resistors per phase and therefore one output per phase. It shares the relatively high phase voltage of z. B. 220 volts or 110 volts of the power supply network down to a voltage value common in electronic devices.
The three outputs of the three-phase voltage divider 94 are each via one of the Schmitt triggers 95 to 97, each with a separate input of the time window arrangement 101, and via one of the Schmitt triggers 98 to 100, each with a separate input of the time window arrangement 102 connected. The arrangements 101 and 102 each have one output per phase. The Schmitt trigger 95 or 96 or 97 generates a logic value "one" at its output when it detects an undervoltage for the phase voltage associated with it, i. H. determines that this has a certain value, e.g. B. 90% of the nominal voltage.
Likewise, the Schmitt trigger 98 or 99 or 100 each have a logic value "one" at its output if it detects an overvoltage for the phase voltage associated with it, ie. H. determines that this has a certain value, e.g. B. 110% of the nominal voltage.
The three outputs of the time window arrangement 101 are each connected to a separate input of the event detector 103, while the three outputs of the time window arrangement 102 are each connected to a separate input of the event detector 104. Event detectors 103 and 104 also have one output per phase. If the undervoltage or If the overvoltage for a certain phase lasts longer than 500 ms, the associated logic value one present at the output of the relevant Schmitt trigger in the relevant event detector 103 or 104 saved.
For this purpose, the output signals of the six Schmitt triggers 95 to 100 in the time window arrangement 101 or 102 sampled every 30 microseconds and, if a logic value one appears once in a time window lasting 31.25 ms, as an event taking place in the associated time window arrangement 101 or 102 taken over. If the event in question occurs 16 times in a row, i.e. H. if the event is present continuously for 500 ms, then the relevant event detector 103 or 104, which counts the successive occurrence of the event, a logic value one stored as a sign that an undervoltage or Overvoltage of the phase concerned occurred during 500 ms. This sufficiently long occurrence of a lower or Overvoltage is separated for each phase in the event counter 111 or Counted 112.
For this purpose, the three outputs of the event detector 103 or 104 each to a separate input of the event counter 111 or 112 led. In addition, the three outputs of the event detector 103 are each connected to a separate input of the control electronics 109 and, if present, the two-phase failure display arrangement 110. The latter determines and indicates a sufficiently long undervoltage in two phases. That input of the arrangement 25 at which the signal CYC originating from the microcomputer 26 is present is connected to a further input of the arrangement 109, while three control outputs of the latter each have a control input of one of the three switches 106 or 107 or 108 is connected.
The three outputs of the three-phase voltage divider 93, at each of which a signal RCIN1 or RCIN2 or RCIN3 is pending, are each one of the three switches 106 or 107 or 108 is connected to the signal output RCOUT of the arrangement 25 and to an input of the amplifier 116. The latter, the low-pass filter 117 and the converter 118 are connected in series in the order given. The converter 118 is e.g. B. a comparator or a zero detector. The output of converter 118 forms the synchronization output SYNC of arrangement 25. The control electronics 109 controls the switches 106 to 108 such that only a single one of these switches 106 or 107 or 108 is closed, namely one that belongs to a phase of the energy supply network that does not have an undervoltage lasting 500 ms.
Accordingly, a phase voltage of the power supply network which is reduced in the three-phase voltage divider 93 and does not have an undervoltage lasting 500 ms is always present during operation at the synchronizing output SYNC of the arrangement 25 and at the input of the amplifier 116. This sinusoidal phase voltage is amplified in amplifier 116, filtered in low-pass filter 117 and thus freed from interference signals, such as network harmonics and / or ripple control signals, in order to be converted in converter 118 into a digital signal which is regular in function of time and which is used to synchronize the microcomputer 26 and the clock circuit 27; 28; 29 is used. With at least one connected functional phase, their z. B. 50 Hz phase voltage as the time base for the microcomputer 26 and the calendar clock 27.
The signal processing arrangement 22 supplies the arrangement 25 via the three inputs E, F and G for each phase a phase failure signal PF1 or PF2 or PF3, and the signal RRST via input H. The three phase failure signals PF1, PF2 and PF3 are handled in two ways. On the one hand, they are fed to three separate inputs of the event detector 105, which detects them as events, which are then counted in the event counter 113, the three inputs of which are each connected to a separate output of the event detector 105. On the other hand, the logic values of the three phase failure signals PF1, PF2 and PF3 and the signal RRST in the four most significant bits of register 115 are read for status purposes.
The event counters 111, 112 and 113 are e.g. B. 4-bit counter and then each have four outputs. These outputs of the event counters 111, 112 and 113 and the four inputs E, F, G and H of the arrangement 25 are each connected to a separate input of the register 115 in the order given, starting with the least significant bit LSB and ending with the most significant bit MSB , just as many, d. H. has a total of sixteen outputs, which in turn are each connected to a separate parallel input of the shift register 120, in which sixteen bits 0 to 15 are thus stored. The corresponding bits of the event counters 111 to 113 as well as the signals PF1, PF2, PF3 and RRST are stored in the register 115 if this is e.g. B. by means of a logic value "one" pending at an enable input EN of register 115.
The bidirectional bus connection SPI1 has four conductors. Via three of these conductors, the microcomputer 26 feeds the arrangement 25 with one of three signals CEB ("chip enable"), SCK ("system clock") and MOSI ("master out, slave in"), while the arrangement 25 via the fourth conductor feeds the microcomputer 26 with a signal MISO ("master in, slave out"). The microcomputer 26 selects the arrangement 25 as the master computer with the aid of the signal CEB and supplies the latter with the clock signal SCK.
The signal CEB is an enable signal and feeds the enable input EN of the register 115 and, via the inverter 119, an enable input of the driver 121 and a first input of the AND gate 114. A second input of the latter is fed by the signal RRST, while an output of the AND gate 114 forms an output J of the arrangement 25, at which the reset signal rstRR is present. The signal SCK is a clock signal and is fed to a clock input of the shift register 120, while the signal MOSI is fed to a serial signal input thereof. A serial signal output of the shift register 120 is connected to an input of the driver 121, at whose output the signal MISO is present.
The shift register 120 is loaded in parallel with the content of the register 115 by means of the signal CEB at a suitable moment, so that the content stored in the shift register 120 is then serially bit by bit via the driver 121 and the associated conductor of the bidirectional bus connection SPI1 as a signal MISO to the microcomputer 26 can be transferred. Conversely, information bits of the latter can be transmitted time-serially bit by bit as a signal MOSI from the microcomputer 26 via the associated conductor of the bidirectional bus connection SPI1 to the arrangement 25, where they are shifted into the shift register 120 by means of the clock signal SCK via the serial input and temporarily stored. In practice, however, the MOSI signal is only used for test purposes.
In the register 115 of the arrangement 25, the presence or absence of overvoltages and undervoltages and of phase failure signals PF1, PF2 and PF3, a count of the latter and a collective result RRST of a reverse energy detection are thus temporarily stored for all phases. The information temporarily stored in register 115 is then adopted in shift register 120 for the purpose of subsequent time-serial transmission to microcomputer 26 via bus connection SPI1. The measurement signals MINP1, MINP2 and MINP3 of the three measurement units 21 are transmitted from the respective measurement unit 21 to the arrangement 22 via a single-wire connection (see FIG. 1). However, this transmission can also take place via a standardized bidirectional bus connection SPI4, which is constructed similarly to the bus connection SPI1.
This has the advantage that the correspondingly modified measuring unit, which is referred to below as 221, in addition to energy measurement values, also digitized instantaneous values of the associated phase load current iR or iS or iT and the associated phase voltage uR or uS or uT can deliver.
In this case, the arrangement 22 contains an additional microcomputer 222, which works as a master computer, and the measuring units 221 each have an SCK, a MOSI, a BCIR ("bidirectional interrupt request") and an SSB in addition to the clock input IRF Input ("sensor select bar") and a MISO output. The by the oscillator 51 and the frequency divider 52 (see Fig. 3) formed clock generator 51j52 feeds the microcomputer 222 with a clock signal 223. If there are several measuring units 221, the SSB input serves in each case to select the relevant measuring unit 221 and to put its MISO and MOSI connections into operation. The BCIR input can be used for start-up purposes or for interrupt purposes.
As in Fig. 8, each measuring unit 221 preferably contains five registers 224, 225, 226, 227 and 228, which are connected in series in the order given, each form an output shift register and preferably each have eight bits. The serial output of register 228 is connected to the MISO output of the relevant measuring unit 221, while its MOSI input is connected to a serial input of an input shift register 229, the serial output of which is connected to a serial input of register 224. A parallel output of the input shift register 229 is connected to a parallel input of a register 230 of control logic 231. The two registers 229 and 230 preferably have 4 bits and serve as serial programming data register SPDR or as mode register MREG.
In register 228 z. B. a measured energy value (5 bits) and three flags (3 bits) are stored. The latter show e.g. B. the result of a Hall impedance measurement, a zero voltage measurement and an error determination. In register 227 z. B. the most significant and in register 226 the least significant current byte CMSB or CLSB of a 16-bit sample value of an associated phase load current iR or iS or iT saved. In register 225 z. B. the most significant and in register 224 the least significant voltage byte VMSB or VLSB of a 16-bit sample value of an associated phase voltage uR or uS or uT saved.
The SCK inputs of the three measuring units 221 are connected to one another and are supplied with the same clock signal SCK by the microcomputer 222 via a first conductor of the bidirectional bus connection SPI4. The MOSI inputs of the three measuring units 221 are connected to one another and are fed by the microcomputer 222 with the same signal MOSI via a second conductor of the bidirectional bus connection SPI4. The MISO outputs of the three measuring units 221 are connected to one another and feed the microcomputer 222 with a same signal MISO via a third conductor of the bidirectional bus connection SPI4. The SSB input of the three measuring units 221 is each with a separate output SSB1 or SSB2 or SSB3 of the microcomputer 222 connected.
The measuring units 221 have two operating modes, which are each stored in the mode register 230. In the first mode, the information is transmitted from a measuring unit 221 to the microcomputer 222 at a predetermined clock frequency. In the second mode, the microcomputer 222 queries the information at its own clock frequency and a measuring unit 221 only outputs its information on request from the microcomputer 222. In the first, in Fig. 9 mode, the clock inputs IRF of the three measuring units 221 are connected to one another and are generated by the clock generator 51; 52 fed with the same reference clock signal FREF. In addition, the BCIR inputs of the three measuring units 221 are connected to one another and to a connection INT of the microcomputer 222.
In the second, in Fig. 10 shown mode, the clock inputs IRF of the three measuring units 221 from three separate outputs of the clock generator 51; 52 fed with the same clock frequency and the BCIR input of the three measuring units 221 is each with a separate output SC1 or SC2 or SC3 of the microcomputer 222 connected.
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Legal Events
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