Elektrische Zählereinrichtung für beide Energieflussrichtungen
An Elektrizitätszähler werden in Bezug auf Genauigkeit hohe Ansprüche gestellt. Zur Kompensation der Lagerreibung wird deshalb ein Spannungsvortrieb eingestellt. Da dieser durch eine geometrische Unsymmetrie des Triebsystems erzeugt wird, wirkt diese Unsymmetrie in der entgegengesetzten Drehrichtung des Zählers als Bremsung. Elektrizitätszähler weisen somit nur in einer Drehrichtung die verlangte hohe Genauigkeit auf. Man kann sie daher entweder nur für die Zählung von Energiebezug oder Energieabgabe verwenden.
Bei der Fernzählung ist es daher allgemein üblich, für jede Energierichtung einen Impulsgeberzähler einzusetzen, wobei einer der beiden Zähler mit gekreuzten Stromphasen angeschlossen ist. Beide Zähler erhalten je eine Rückiaufsperre für die unerinschle Drehrich- tung. Es hat sich gezeigt, dass die Rücklaufsperren nicht nur störanfällig sind, sondern auch deren Reibungsverhältnisse sich im Laufe der Zeit ändern. Da mit solchen Zählern sehr grosse Leistungen gemessen werden, müssen an diese Zähler höchste Anforderungen gestellt werden.
Der Erfilnng lMaqgt li ie Aufgabe zugrunde, eine elek- trische Zählereinrichtung, insbesondere eine Impulsge berzälblereirichtung, zu sciiaffen, die für beide Energieflussrichtungen verwendet werden kann, ohne dass sie die erwähnten Nachteile aufweist.
Die Zählerezilnrich- tung für beide Energieflussrichtungen gemäss der Er findung iigt dadrardh gekennzeichnet, dass ein Drellrich- tungs-Diskriminator vorgesehen ist, der bei Wechsel der Läuferdrehrichtung infolge einer Umkehr der Energieflussrichtung den Spannungs- oder Stromkreis des Zählers sowie ein eingebautes Zwei-Tarifzählwerk umschal ;
text. Durch den Drelrrichtungs-Dlskrin'inator wird also jedesmal, wenn sich die Drelirichtung des Zählers infolge eines Energierichtungswechsels umkehrt, d. h. wenn der Zähler nach rückwärts laufen will, der Span nungs- oder Strornkreis so umschaltet, das der Zähler bei jeder Energierichtung vorwärts läuft.
Vorzugsweise ist der Zähler als Impulsgeberzähler ausgebildet. Zu diesem Zweck wird von der Zählerachse vorzugsweise ein elektronischer Impulsgeber angetrieben, der gleichzeitig zumindest einen Teil des Drehrichtungs-Diskriminators bildet. Als Impulsgeber wird zweckmässigerweise eine Anordnung mit zwei um 90" el versetzt angeordneten Hallgeneratoren und ein damit zusammenwirkendes Kronenmagnetsystem verwendet, dem eine Drehrichtungs-Auswerteschaltung zugeordnet ist. Diese nimmt sowohl die Umsdhaltung des Spannungs- oder Stromkreises vor, als auch die Aussendung der Impulse. Je nach Energierichtung werden Impulse mit positiver oder negativer Polarität über eine einzige Übertragungsleitung gesendet.
An der Empfangsstelle werden mit Hilfe einer Gleichrichterschaltung oder polarisierter Relais die Impulse nach Energierichtung aufgespalten und den entsprechenden Fernzählempfängern oder Fernmessgeräten zugeführt.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise erläutert. Fig. 1 zeigt im Prinzip eine Zählereinrichtung für beide Energieflussrichtungen. Mit 1 ist ein Messwerk des Zählers bezeichnet, dessen Stromspule über einen Wandler 2 und dessen Spannungsspule über einen Spannungswandler 3 vom Wechselstromnetz gespeist werden. Von der nicht dargestellten Zählerachse wird über ein Vorgelege 4 ein Zwei-Tarifzählwerk 5 angetrieben, wobei das Zählwerk 6 dem Energiebezug und das Zählwerk 7 der Energielieferung zugeordnet ist.
Die Umschaltung erfolgt in üblicher Weise über ein Relais 8, welches an dem Spannungspfad angeschlossen ist.
Mit Hilfe eines Spannungs-Umschaltrelais 9 kann der Spannungskreis des Messwerkes 1 entsprechend um geschaltet werden. Das Umschaltrelals 9 wird von einem Drehrichtungs-Diskriminator 10 gesteuert. Der Diskriminator 10 wird von einem mit der Drehachse des Zählers verbundenen Impulsgeber 11 gesteuert. Als Impulsgeber wird vorzugsweise ein rückwirkungsfrei arbeitendes System verwendet, das beispielsweise aus einem umlaufenden mehrpoligen Magnetsystem mit feststehend angeordneten magnetfeldabhär4gigen, rückwirkungsfreien Sonden besteht. Ein solches System ist bei spielsweise in der deutschen Patentschrift 1 198 851 beschrieben.
Vorzugsweise ist als Impulsgeber ein mit zwei um einen solchen Winkel versetzt angeordneten Hallgeneratoren zusammenwirkendes Kronenmagnetsystem verwendet, so dass die beiden Hallspannungen mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 900 abgegeben werden. Mit einem solchen Impulsgebersystem und einer elektronischen Auswerteeinrichtung ist man in der Lage, die Tendenz einer Drehrichtung rechtzeitig zu erkennen.
Der Impulsgeber besteht vorzugsweise aus zwei Kronenmagneten, deren Zacken wechselnde Polarität aufweisen. Sie sind mittels Halterungen gefasst und auf der Läuferachse so angebracht, dass sich jeweils Kronenzacken entgegengesetzter Polarität gegenüberstehen. Die beiden um 90" el versetzt angeordneten Hallgeneratoren ragen in den Luftspalt zwischen den Polzacken und werden beim Drehen des Läufers von magnetischen Flüssen wechselnder Richtung durchsetzt. Da die beiden abgegebenen Hallspannungen bei drehendem Läufer eine elektrische Phasenverschiebung von 90" aufweisen, kann man in an sich bekannter Weise nach dem sin-cos Verfahren die Dreiniidhümg dlds Läufers feststellen.
Durch Abtasten mit zwei Hallgeneratoren erhält man gegenüber einem Hallgenerator gleichzeitig die doppelte Impulszahl je Läuferumdrehung, was den Vorteil hat, dass die Einstellzeitkonstante des anzeigenden Messwerkes klein sein kann.
In Fig. 2 ist die Drehrichtungs-Auswerteschaltung dargestellt. Die Ausgangsspannungen der beiden Hallgeneratoren werden über je eine Anpassungsstufe 12, 13 bistabilen Kippstufen 14, 15 zugeführt. An den Ausgängen A7 der beiden bistabilen Kippstufen 14 und 15 treten dann die in Fig. 3 dargestellten, um 900 phasenverschobenen Rechteckspannungen a und b auf. Mit Hilfe der beiden Umkehrstufen 16 und 17 werden die beiden Komplementärspannungen a und b der Rechteckspannungen a und b gebildet, die an den Ausgängen Al und AO austrSen. Diese vier Spannungen a, a, b, b werden einer Sonderstufe 18 zugeführt, welche -am Eingang vier Differenzierglieder aufweist, die aus den Signalen a, b, , b die differenzierten Signale a, b, a, b mit z.B. als a-Übergang von 0 nach a formen.
Die Stufe 18 hat zwei Ausgänge Al und A0, wobei der Ausgang Al dem Vorwärtslauf und der Ausgang A0 dem Rückwärtslauf des Zählers zugeordnet ist. Ausgangssignale erscheinen nur bei bestimmten Kombinationen der Eingangssignale a, b, a, b und der differenzierten Signale a, b, a, b. Beispielsweise wird an dem Ausgang A1 nur Signal auftreten, wenn eine der folgenden Signalkombinationen auftritt: a und b, b und'a, a und b, b und a An dem Ausgang A0 treten immer dann Signale auf, wenn eine der folgenden Kombinationen auftritt: a und b, b und a, a und b, b und Åa
Der Ausgang AO der Stufe 18 ist über eine bistabile Kippstufe 19 und eine weitere Verstärkerstufe 20 mit dem Spannungsumschaltrelais 9 verbunden.
Sobald also ein Rückwärtsimpuls R auftritt, wird das Spannungs umschaltrelais 9 über die bistabile Kippstufe 19 umge-schaltet. Dadurch dreht der Zähler wieder in Vorwärtsrichtung. Die Stufe 19 hat Gedächtnisfunktion, so dass der neue Schaltzustand des Spannungsrelais auch dann erhalten bleibt, wenn der Rückwärtsimpuls vorüber ist.
Bei einer erneuten Drehrichtungsänderung des Energieflusses bringt der dadurch ausgelöste Rückwärtsimpuls die bistabile Kippstufe 19 wieder in die Ausgangslage.
Das Relais polt die Spannung wieder um, so dass der Zähler wieder vorwärts läuft.
Bei gleichbleibender Energieflussrichtung werden der Läuferdrehrichtung entsprechend stets Vorwärtsimpulse V gegeben. Nach Inversion in der Umkehrstufe 21 steuern die Impulse V eine monostabile Kippstufe 22 mit fest eingestellter Impulsldauer von etwa 60 ms an.
Der Ausgang A1 dieser Stufe ist mit zwei Undstufen 23 und 24 verbunden. Je nach Energieflussrichtung erscheinen nun die Impulse der Kippstufe 22 am Ausgang der einen oder anderen Undstufe, weil je nach Energieflussrichtung von den Ausgängen der bistabilen Kippstufe 19 das eine oder das andere Undgatter L-Signal am Eingang erhält. Die anschliessenden Umkehrstufen 25 und 26 dienen zum Verstärken dieser Fernzählimpulse, die dann als positive oder negative Spannung abgegeben werden, je nachdem, ob die Stufe 25 oder die Stufe 26 angesteuert wird. Durch diese Schaltung zur Impulsverarbeitung besteht eine feste Zuordnung sowohl zwischen der Energieflussrichtung und dem Vorzeichen der Impulse, als auch zwischen der Energieflussrichtung und dem Erregungszustand des Relais. Diese Zuordnungen können nicht ausser Tritt gebracht werden.
Die Femzählimpulse werden über Leitungen 27 übertragen und am Empfangs ort über entgegengesetzt gerichtete Dioden zu Fernzählempfängern für Energiebezug bzw. Energieabgabe geführt. Es können auch für beide Energierichtungen gleichartige Impulse gesendet werden, wobei durch ein zusätzliches Dauersignal die jeweils vorliegende Energierichtung markiert wird.
Electric meter for both directions of energy flow
High demands are made on electricity meters in terms of accuracy. To compensate for the bearing friction, a stress advance is therefore set. Since this is generated by a geometric asymmetry of the drive system, this asymmetry acts as a brake in the opposite direction of rotation of the counter. Electricity meters therefore only have the required high accuracy in one direction of rotation. They can therefore either only be used to count energy consumption or energy output.
In remote counting it is therefore common practice to use a pulse generator counter for each direction of energy, one of the two counters being connected with crossed current phases. Both counters are each given a backstop for the reverse direction of rotation. It has been shown that the backstops are not only prone to failure, but also that their friction conditions change over time. Since very high outputs are measured with such meters, the highest demands must be placed on these meters.
The object of the invention is to create an electrical meter device, in particular a pulse metering device, which can be used for both directions of energy flow without having the disadvantages mentioned.
The metering device for both energy flow directions according to the invention iigt dadrardh characterized in that a drill direction discriminator is provided which, when the rotor rotation direction changes due to a reversal of the energy flow direction, the voltage or current circuit of the meter as well as a built-in two-tariff meter;
text. The drilling direction Dlskrin'inator so every time the drilling direction of the counter is reversed as a result of a change of energy direction, i. H. if the counter wants to run backwards, the voltage or current circuit switches over so that the counter runs forwards with every energy direction.
The counter is preferably designed as a pulse generator counter. For this purpose, an electronic pulse generator is preferably driven by the counter axis, which at the same time forms at least part of the rotational direction discriminator. An arrangement with two Hall generators offset by 90 "el and a cooperating crown magnet system to which a direction of rotation evaluation circuit is assigned is expediently used as the pulse generator. This takes care of both the maintenance of the voltage or electrical circuit and the transmission of the pulses Depending on the direction of energy, pulses with positive or negative polarity are sent over a single transmission line.
At the receiving point, with the help of a rectifier circuit or polarized relay, the impulses are split according to the direction of energy and fed to the corresponding remote counting receivers or remote measuring devices.
The invention is explained, for example, using the drawing. Fig. 1 shows in principle a counter device for both directions of energy flow. 1 designates a measuring mechanism of the meter, the current coil of which is fed via a converter 2 and the voltage coil of which is fed from the alternating current network via a voltage converter 3. A two-tariff counter 5 is driven from the counter axis, not shown, via a back gear 4, the counter 6 being assigned to the energy consumption and the counter 7 to the energy supply.
The switchover takes place in the usual way via a relay 8 which is connected to the voltage path.
With the help of a voltage changeover relay 9, the voltage circuit of the measuring mechanism 1 can be switched accordingly. The switching relay 9 is controlled by a rotational direction discriminator 10. The discriminator 10 is controlled by a pulse generator 11 connected to the axis of rotation of the counter. A reaction-free system is preferably used as the pulse generator, which consists, for example, of a rotating multi-pole magnet system with fixedly arranged magnetic field-dependent, reaction-free probes. Such a system is described, for example, in German Patent 1,198,851.
A crown magnet system that interacts with two Hall generators arranged offset by such an angle is preferably used as the pulse generator, so that the two Hall voltages are emitted with a mutual phase shift of 900. With such a pulse generator system and an electronic evaluation device, it is possible to recognize the tendency of a direction of rotation in good time.
The pulse generator preferably consists of two crown magnets, the teeth of which have alternating polarity. They are held in brackets and attached to the rotor axis in such a way that crown teeth of opposite polarity face each other. The two Hall generators, which are offset by 90 "el, protrude into the air gap between the pole teeth and are permeated by magnetic fluxes in alternating directions when the rotor rotates. Since the two Hall voltages emitted have an electrical phase shift of 90" when the rotor rotates As is known, the Dreiniidhümg dlds runner can be determined using the sin-cos method.
By scanning with two Hall generators you get twice the number of pulses per rotor revolution compared to a Hall generator, which has the advantage that the response time constant of the measuring mechanism can be small.
In Fig. 2, the direction of rotation evaluation circuit is shown. The output voltages of the two Hall generators are fed to bistable multivibrators 14, 15 via an adaptation stage 12, 13 each. At the outputs A7 of the two bistable multivibrators 14 and 15, the square-wave voltages a and b shown in FIG. 3, phase-shifted by 900, then occur. With the aid of the two reversing stages 16 and 17, the two complementary voltages a and b of the square-wave voltages a and b are formed, which emerge at the outputs A1 and AO. These four voltages a, a, b, b are fed to a special stage 18 which - at the input has four differentiating elements which, from the signals a, b,, b, produce the differentiated signals a, b, a, b with e.g. shape as a transition from 0 to a.
The stage 18 has two outputs Al and A0, the output Al being assigned to the forward run and the output A0 to the reverse run of the counter. Output signals only appear with certain combinations of the input signals a, b, a, b and the differentiated signals a, b, a, b. For example, a signal will only occur at output A1 if one of the following signal combinations occurs: a and b, b and'a, a and b, b and a Signals always occur at output A0 when one of the following combinations occurs: a and b, b and a, a and b, b and Åa
The output AO of stage 18 is connected to voltage switchover relay 9 via a bistable multivibrator 19 and a further amplifier stage 20.
As soon as a reverse pulse R occurs, the voltage switchover relay 9 is switched over via the bistable multivibrator 19. This causes the counter to turn in the forward direction again. Stage 19 has a memory function so that the new switching status of the voltage relay is retained even when the reverse pulse has passed.
When the direction of rotation of the energy flow changes again, the reverse pulse triggered thereby brings the bistable multivibrator 19 back into its starting position.
The relay reverses the polarity so that the counter runs forward again.
If the direction of energy flow remains the same, forward pulses V are always given in accordance with the direction of rotation of the rotor. After inversion in the reversing stage 21, the pulses V control a monostable multivibrator 22 with a fixed pulse duration of about 60 ms.
The output A1 of this stage is connected to two AND stages 23 and 24. Depending on the direction of energy flow, the pulses of flip-flop 22 appear at the output of one or the other AND stage, because depending on the direction of energy flow from the outputs of bistable flip-flop 19, one or the other AND gate receives an L signal at the input. The subsequent reversing stages 25 and 26 serve to amplify these remote counting pulses, which are then emitted as positive or negative voltage, depending on whether stage 25 or stage 26 is being activated. With this circuit for pulse processing, there is a fixed assignment both between the direction of energy flow and the sign of the pulses and between the direction of energy flow and the state of excitation of the relay. These assignments cannot be disrupted.
The remote counting pulses are transmitted via lines 27 and at the receiving site via oppositely directed diodes to remote counting receivers for energy consumption or energy output. Similar impulses can also be sent for both directions of energy, whereby the current energy direction is marked by an additional continuous signal.