SU868593A1 - Цифровой электронный счетчик электроэнергии - Google Patents

Description

(54) ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано дл  цифрового измерени  электрической энергии. Известны цифровые электронные счетчики электроэнергии, построенные иа основе ваттметров, в которых мгновенные значени  одного из входных сигналов (напр жение нагрузки) преобразуютс  в пропорциональные им интервалы времени дц , а мгновенные значени  другого входного сигнала (тока нагрузки) преобразуютс  в частоту следовани  импульсов f . При этом число импульсов частоты f; на интервале д пропорционгшьно произведению мгновенных значений тока и напр жени  нагрузки. При суммировании таких пачек импульсов в сетчике импульсов накапливаетс  число, пропорциональное энергии Cl . Недостатком подобных устройств  вл етс  низка  точность, обусловлен на  накоплением погрешности дискретности , имеющей место при формировани пачек импульсов. Известен также электронный счетчи электроэнергии, содержащий два интег ратора, два сравнивак дих устройства, два источника опорного напр жени , два триггера, два переключател  и реверсивный счетчик, причем первый вход первого интегратора соединен с одной из входных шин устройства, выходы первого и второго-интеграторов соединены соответственно с первыми зхо амк первого и второго сравнивающих устройств , выход одного из |йсточников опорного напр жени  подключен к первым , входам первого и второго переключателей , одного триггера соединен с входс   вычитани  реверсивного счетчика, а выход другого триггера соединен с входом сложени  того же счетчика. Рассматриваекый счетчик электроэнергии состоит из двух идентичных каналов, каждый из которых представл ет собой квадратичный преобразователь напр жение-частота (кпнч), причем на вход первого КПНЧ подаетс  сигнал V, , напр жение, пропорциональгде Цц ное напр жению нагрузки/ напр жение, пропорциональное току нагрузки,

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

N (f, -f.i)dt W, . (3) Оо

пропорциональное электроэнергии Г2.

Недостатком.описанного устройства  вл етс  низка  точность, обусловленна  тем, что начальна  частота F каждого КПНЧ определ етс  посто нной времени соответствующего интегратора и кроме того,, дл  правильного функци онировани  (без методической погрешности ) устройства, необходимо обеспечить равенство посто нных времени первого и второго интеграторов по каждому входу.

Цель изобретени  - повышение точностм .

Поставленна  цель достигаетс  тем что в цифровой электронный счетчик электроэнергии, содержёвдий два интегратора , два сравниэающих устройст ва, два источника опорного напр жени два триггера, два переключател  и реверсивный счетчик, причем первый вход первого интегратора соединен с

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

На чертеже приведена структурна  схема цифрового электронного счетчика электроэнергии.

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

устройство работает следующим образом .

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

Claims (2)

1. Допустим, что в момент пуска на третий вход первого интегратора 1 подключено положительное напр жение УО с ИОН б, а входные сигналы ) и Щ (t) имеют положительную пол рность . В ЭТОМ случае напр жение на выходе интегратора 1 отрицательное и измен етс  в соответствии с выражением ur-| l-4rVf o - r4jU)dt .fJ..U (4) Ui t; Tr . гле t; «jCvA; e c, - посто нные времени интегратора 1. При равенстве сопротивлений R uR/j R R будут равны и посто н jfue времени , t tT , тог да выражение (4) принимает.вид V-T7(,-V)t. (5) Записыва  выражени  (4) и (5), мы полагали, что напр жени  и(1)( остаютс  посто нными в течение времени интегрировани . Интегрирование входных сигналов VoiU-H (t) и (t) осуществл етс  в те чение временного интервала t , зад ваемого формирователем 13 временного интервала. Задним фронтом сигнала с ФВИ 13 триггер 9 переводитс  в проти воположное состо ние, выдава  при этом импульс на вход вычитани  РСч 8 И на управл ющий вход переключател  4, который подключает к третьему входу интегратора 1 опорное напр жение отрицательной пол рности - Vg с ИОН 7. Значение опорного напр жени  по модулю превосходит максимашьно возможное значение суммы сигналов lly(t) и ), т.е. направление интегрировани  всегда определ етс  знаком опорного напр жени . После подключени  на вход интегратора 1 отрицательного опорного напр жени , выходное напр жение интегратора определ етс  выражением ) (6) в момент, когда выходное напр жение интегратора 1 становитс  равным нулю, срабатывает СУ 11, запуска  ФВИ 13, который выдает очередной интервал времени t р . В течение этого интервала выходное напр жение интегратора продолжает измен тьс  в со ответствии с выргикением (6). По окончании интервгша tjj триггер 9 вновь измен ет свое состо ние, в результате на вход вычитани  РСч 8 поступает еще один импульс, а переключатель 4 вновь подключает положительное опорное напр жение с ИОН 6.Интегратор 1 снова мен ет направление интегрировани  и в момент равенства выходного напр жени  интегратора 1 нулю срабатывает СУ 11, запуска  ФВИ 13. По окончании интервала. t« вновь перебрасываетс  триггер 9, в РСч 8 поступает очередной импульс, вновь измен етс  пол рность опорного напр жени (Задаваемого на вход интегратора и, соответственно, направление интегрировани . Далее цикл работы повтор етс . Выражение дл  периода Т мгновенной частоты выходных импульсов триггера 9 записывают в следующем виде Т -1-14+ t,. ,(7) где t. - врем , в. течение которого опорное напр жение, подаваемое на вход интегратора,положительно; t.. - врем , в течение которого на вход интегратора подключено отрицательное опорное напр жение. Напр жение, до которого зар жаетс  емкость интегратора 1 в течение времени tj , в том случае когда подключено отрицательное напр жение , полностью компенсируетс  в течение времени t,. -t ()Ч ° о Когда на тр€8тий вход интегратора подключено положительное опорное напр жение , тогда справедливо равенство o(t,,-tofO ;(-VVVn)V 1-1 ) в Рассужда  аналогично дл  случа , когдс). в течение времени на вход интегратора подключено положительное опорное напр жение, получим равенство .;).,-Kt.)- 19) Выражени  дл  t,. и t,j,. , найденные из равенств, (8) и (9), имеют вид . С учетом выражени  (7),(10) и (11) мгновенна  частота выходных импульсов триггера 9 записана как , ... где Р V,| Vi - мгновенна  мощность сигнала. Нижн  -час ь схемы счетчика элекроэнергии , состо ща  из второго инегратора 2, СУ 9, ФВИ 4, тригге1)а 10, переключател  5, работает аналоично вышеописанной, с той шшш разицей , что на второй вход интегратоа 2 подаетс  напр жение - U(t) с ыхода инвертора 3. При этом мгновенна  частота имульсов , поступающих на шину сложени  Сч 8, определ етс  выражением Г При непрерывной работе устройств в РСч 8 накапливаетс  число, опреде л емое ;еыражением ( fu- v)dt 1ли, подставл   значени  частот из (12) и (13), получаем t . (14) JVgto Таким образом, число, накопленное в счетчике, пропорционально электроэнергии входных сигналов. Как видно из выражени  (14), кото рое представл ет собой функцию преобразовани  устройства, предлагаемый счетчик электроэнергии  вл етс  высокоточным прибором, так как в его функцию преобразовани  вход т только величины Voto которые могут быть заданы с высокой точностью и стабиль ностью во времени. Формула изобретени . Цифровой электронный счетчик эле троэнергии, содержащий два интегратора , два сравниванлцих устройства, два источника опорного напр жени , два триггера, два переключател  и реверсивный счетчик, причем первый вход первого интегратора соединен с Одной из входных шин устройства, вых ды, первого и второго интеграторов со динены соответственно с первыми вхо дами первого и второго сравнивающих устройств, выход одного из источнико опорного напр жени  подключен к пер вым входам первого и второго переключателей , выход одного триггера с единен с входом вычитани  реверсивногр счетчика, а выход другого триггера соединен с входом сложени  того же счетчика, о тличаюцийс  тем, что, с целью повышени  точности, в него введены инвертор, два формировател  временного интервала и пусковое устройство, причем первые входы обоих интеграторов объединены между собой, второй вход первого интегратора соединен со второй входной шиной устройства и через инвертор со вторым входом второго интегратора, третьи входы интеграторов подключены соответственно к выходам первого и второго переключателей, вторые входы которых объединены и подключены к выходу второго источника опорного напр жени , а управл ющие входы первого и второго переключател  подклюны соответственно к выходам первого и второго триггеров, вторые входы обоих сравнивающих устройств подключены к общей шине устройства, а выходы их соединены соответственно с входами первого и второго формирователей временного интервгша, управл ющие входа формирователей временного интервала подключены к выходу пускового устройства, а выходы их соединены соответственно с входами первого и второго триггеров. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Малыгина Н.В. Метод построени  цифровых ваттметров посто нного и переменного тока. Цифрова  электроизмерительна  техника, ОНТИприбор, 1966, ч.П, с.24-29.
2. 2.Патент СЗЙА 3780273, кл. 235-150.52, опублик. 18.12.78 (прототип).