CH623416A5 - Method for measuring electrical energy in a kilowatt-hour meter with static measuring mechanism. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen elektri- The invention relates to a method for measuring electrical
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scher Arbeit in einem Kilowattstundenzähler mit statischem monische noch erfasst werden sollen. Wird angenommen, dass Messwerk nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. höhere als die zehnte Harmonische keine Rolle mehr spielen, work in a kilowatt hour meter with static monic are still to be recorded. If it is assumed that measuring mechanism according to the preamble of patent claim 1. harmonics higher than the tenth no longer play a role,
Bekannte derzeitig verwendete Kilowattstundenzähler mit so würde eine Abtastfrequenz von 1 kHz ausreichen. Nimmt statischen Messwerken arbeiten mit analogen Signalverarbei- man 2 kHz, so benötigt man unter Einschluss des Nullungs- und tungsmethoden, vorzugsweise nach dem Timedivision-Verfah- 5 des Eichungszyklus' mindestens 16 kHz A p,s. Zwischen der ren mit anschliessender Strom-Frequenz-Umsetzung. Für einen Abtastung einer Spannung und des zugehörigen Stromes liegt wirtschaftlichen Drehstromzähler sind diese Verfahren unge- in diesem Fall eine Zeit von 60 jj.s; hierdurch wird die Messung eignet, da bei analoger Signalverarbeitung genaue und damit der Wirkleistung bereits unzulässig verfälscht. Known currently used kilowatt hour meters with a sampling frequency of 1 kHz would suffice. If static measuring units work with analog signal processing at 2 kHz, then including the zeroing and determining methods, preferably according to the time division method of the calibration cycle, at least 16 kHz A p, s. Between the ren with subsequent current-frequency conversion. For a sample of a voltage and the associated current is economical three-phase meter, these methods are not - in this case a time of 60 jj.s; this makes the measurement suitable, since with analog signal processing, the active power is falsified and therefore already inadmissible.
teure Bauelemente verwendet werden müssen, deren zeitliche Wenn der Multiplexer, der Analog-Digital-Wandler und der expensive components must be used, the time when the multiplexer, the analog-to-digital converter and the
Inkonstanz das Messergebnis zusätzlich verfälscht. 10 Computer so schnell sind, dass sich die Multiplexfrequenz so Inconsistency also falsifies the measurement result. 10 computers are so fast that the multiplex frequency is so
Die Energieversorgungsunternehmen erwarten, dass ein weit erhöhen lässt, dass der verbleibende Zeitfehler vernachläs-Kilowattstundenzähler viele Jahre hindurch unkontrolliert im sigbar wird, dann brauchen keine weiteren Massnahmen ergrif-Netz belassen werden kann, und dass ein solches Gerät zwan- fen zu werden. Für den Computer ist die Multiplikation zweier zig bis dreissig Jahre funktionsfähig bleibt. Zahlen in wenigen Mikrosekunden problematisch; diese Forde- The energy supply companies expect that a large increase can be made that the remaining time error neglected kilowatt hour meter will remain uncontrollable for many years, then no further measures need to be left in the network and that such a device must be forced. For the computer, the multiplication of two tens to thirty years remains functional. Problematic numbers in a few microseconds; this requirement
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Messen 15 rung lässt sich praktisch nur durch Parallel-Multiplikation erfül-elektrischer Arbeit in einem Kilowattstundenzähler mit stati- ien. The object of the invention is to provide a method for measuring practically only by parallel multiplication of electrical work in a kilowatt-hour meter with statistics.
schem Messwerk zu schaffen, das sowohl die Anforderungen Dies bedeutet, dass ein schneller Computer einzusetzen ist, creating a measuring mechanism that meets both the requirements. This means that a fast computer must be used,
an die Messgenauigkeit und deren Langzeitkonstanz als auch der eine unnötige Verteuerung des Gerätes darstellt. Im folgen-an die Zuverlässigkeit bei geringen Herstellungskosten erfüllt. den werden daher einige Verfahren erläutert, mit denen der bei Diese Aufgabe ist durch die Erfindung gelöst, wie sie im 20 langsamer Abtastung entstehende Zeitfehler weitgehend kom-kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dargestellt ist. Sie pensierbar ist, so dass für die Messwertverarbeitung ein Com-beruht im wesentlichen darauf, dass die Messwertverarbeitung puter mit bedeutend geringerer Leistungsfähigkeit eingesetzt soweit wie möglich digital, damit fehler- und driftfrei, erfolgt, werden kann. the measuring accuracy and its long-term consistency as well as an unnecessarily expensive device. In the following the reliability at low manufacturing costs is met. Therefore, some methods are explained with which this object is achieved by the invention as it is shown in the part of patent claim 1, largely com-characterizing in the time errors arising in the slow scanning. It is pensable, so that for the processing of measured values, a Com is essentially based on the fact that the measured value processing computer can be used with significantly lower performance as far as possible digitally, so that it is error-free and drift-free.
dass durch eine automatische Nullpunkt- und Eichungskorrek- Das erste Verfahren sieht analoge Verzögerungsglieder tur der Einfluss der Bauelemente bzw. Schaltungsteile des Zäh- ^ vor, die in die Zuleitungen zum Multiplexer bei den jeweils spä-lers auf das Messergebnis bis auf einen restlichen Linearitäts- ter abgetasteten drei Messgrössen eingeschleift werden. Wird fehler eliminiert wird, dass ein Multiplexverfahren und als Von dem im vorigen Beispiel angenommenen Zahlenwert von wesentliches Kennzeichen der Erfindung ein Computer für die 60 p,s ausgegangen, so ist eine derartige Verzögerung schwierig Steuerung und die Messwertverarbeitung, dem ein Analog- herzustellen und über lange Zeiträume konstant zu halten. Bei Digital-Wandler vorgesetzt ist, angewendet werden. 30 höheren Multiplexfrequenzen, wenn der Zeitfehler ohnehin The first method provides analog delay elements for the influence of the components or circuit parts of the counter, which in the supply lines to the multiplexer in each case later on the measurement result except for a remaining linearity three scanned parameters can be looped in. If an error is eliminated that a multiplexing method and a computer for the 60 p, s are assumed to be the essential characteristic of the invention assumed from the numerical value assumed in the previous example, then such a delay is difficult to control and process the measured values, which an analogue can produce and transmit to keep constant for long periods of time. If digital converter is used, applied. 30 higher multiplex frequencies, if the time error anyway
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei- schon klein ist, erscheint dieses Verfahren jedoch durchaus spielsweise näher erläutert. Dabei zeigt brauchbar, um diesen restlichen Fehler weitgehend zu kompen- The invention is already small in the following with the aid of the drawing, but this method appears to be explained in more detail by way of example. It shows useful to largely compensate for this remaining error
Fig. 1 ein zweikanaliges Multiplexsystem, sieren. 1 shows a two-channel multiplex system.
Fig. 2 ein einkanaliges Multiplexsystem, Durch das Patent 598 598 ist bekannt, dass der bei einkanali- 2 shows a single-channel multiplex system. It is known from patent 598 598 that the single-channel
Fig. 3 ein einkanaliges Multiplexsystem, bei dem sämtliche 35 gem Multiplexen unvermeidbar auftretende Zeitfehler nutz-Eingangsgrössen als Stromsignale vorliegen, bringend zur Kompensation anderweitig im Elektronikzähler 3 shows a single-channel multiplex system, in which all 35 time-error useful input variables occurring in accordance with multiplexing are present as current signals, otherwise leading to compensation in the electronics counter
Fig. 4 eine Übersicht der Signalabtastmöglichkeiten zur entstandener Signalverzögerungen bzw. Winkelfehler ver-Berechnung der Augenblicksleistung, und wendbar ist, indem dafür gesorgt wird, dass Vorzeichen und Fig. 4 is an overview of the signal sampling options for the resulting signal delays or angular error ver calculation of the instantaneous power, and is reversible by ensuring that the sign and
Fig. 5 die Abtastfolge einer Spannung und eines Stromes Betrag beider Verzögerungen sich aufheben. Durch den Betrag zur Bildung der Augenblicksleistung. 40 wird allerdings die Multiplexfrequenz festgelegt, was u. U. Fig. 5 cancel the scan sequence of a voltage and a current amount of both delays. By the amount for the creation of the instantaneous power. 40, however, the multiplex frequency is set, which u. U.
Da ein Computer nur Digitalwerte verarbeiten kann, müs- anderen Forderungen widersprechen könnte. Daher wird vor-sen zunächst die drei Spannungs-Strom-Paare der drei Phasen geschlagen, dass der Computer zunächst stets einige Abtast-des Drehstromnetzes in entsprechende Digitalwerte umge- werte speichert, bevor er sie auswertet. Diese Speicherwerte setzt werden. Hierbei ist zu beachten, dass zur Erfassung der sind in vielfältigerweise zu Interpolations- bzw. Extrapolations-Wirkleistung die zeitliche Zuordnung der Spannung und des 45 rechnungen zu benützen. Since a computer can only process digital values, other requirements may have to be contradicted. For this reason, the three voltage-current pairs of the three phases are first proposed so that the computer always first saves a few samples of the three-phase network converted into corresponding digital values before it evaluates them. These saved values are set. It should be noted here that the temporal assignment of the voltage and the calculations must be used to record the active power in a variety of interpolation or extrapolation modes.
Stromes einer Phase erhalten bleiben muss. Zur Einhaltung vor- im einfachsten Fall lässt sich durch eine Änderung der gegebener Fehlergrenzen darf bei Drehstromzählern hoch- Abtastreihenfolge: Current of a phase must be maintained. In order to comply with - in the simplest case - by changing the given error limits, three-phase meters can be scanned in high order:
stens ein Fehler von einigen Winkelminuten auftreten; dieses entspricht bei 50 Hz einem Zeitfehler von einigen Mikrosekun- UR - IR - UR - Us - Is - Us - UT - It - UT den. 50 at least an error of a few minutes of angle occurs; at 50 Hz this corresponds to a time error of a few microseconds UR - IR - UR - Us - Is - Us - UT - It - UT den. 50
Verwendet man zwei Analog-Digital-Wandler und einen eine sehr genaue Interpolationsmöglichkeit schaffen, zweikanaligen Multiplexer, so kann man einen Zeitfehler auf Der Multiplexer benötigt in diesem Fall nicht mehr Ein If you use two analog-digital converters and one that creates a very precise interpolation option, two-channel multiplexer, you can set a time error. In this case, the multiplexer no longer needs one
Kosten des Aufwands vermeiden (Fig. 1). gänge, d. h. unter Einschluss der Nullpunkt- und der Eichungs- Avoid cost of effort (Fig. 1). gears, d. H. including the zero and calibration
Vorteilhafterweise wird jedoch ein Analog-Digital-Wandler korrektur acht Eingänge. Die Anzahl der Takte pro Multi-und ein einkanaliger Multiplexer mit zunächst sechs Eingängen 55 plexerzyklus wird jedoch erhöht. Der Computer kann nun aus verwendet. Hierbei werden z. B. die sechs Messgrössen in fol- den beiden Spannungsabtastwerten, die den zugehörigen gender Reihenfolge von dem Multiplexer an den Analog-Digi- Stromwert zeitlich gesehen beidseitig umgeben, durch lineare tal-Wandler angelegt, nacheinander in Digitalwerte umgesetzt Interpolation den fehlenden Spannungsabtastwerten, die den und dem Computer zur Weiterverarbeitung zugeführt: zugehörigen Stromwert zeitlich gesehen beidseitig umgeben, However, an analog-to-digital converter advantageously corrects eight inputs. The number of clocks per multi and a single-channel multiplexer with initially six inputs 55 plexer cycle is increased. The computer can now be used. Here, for. For example, the six measured variables in the following two voltage samples, which surround the associated gender sequence from the multiplexer to the analog-digital current value on both sides, are created by linear tal converters, converted into digital values one after the other. Interpolation of the missing voltage samples that the and fed to the computer for further processing: the associated current value is surrounded on both sides over time,
60 durch lineare Interpolation den fehlenden Spannungswert UR - IR - Us - Is - Ut - It errechnen und diesen dann mit dem betreffenden Stromwert zur Ermittlung der Augenblicksleistung multiplizieren. Zwischen dem Abtastzeitpunkt, z. B. der Spannung UR und Eine weitere Abtastreihenfolge ist: 60 calculate the missing voltage value UR - IR - Us - Is - Ut - It by linear interpolation and then multiply it by the relevant current value to determine the instantaneous power. Between the sampling time, e.g. B. the voltage UR and another scanning order is:
dem Abtastzeitpunkt des zugehörigen Stromes iR, tritt durch das Multiplexen ein Zeitversatz auf, dessen Betrag von der Mul- 65 UR - UR - IR - Us - Us - Is - UT - UT - IT tiplexfrequenz abhängt. the sampling time of the associated current iR, the multiplexing results in a time offset, the amount of which depends on the multiplex frequency 65 UR - UR - IR - Us - Us - Is - UT - UT - IT.
Da durch das Multiplexen jede Messgrösse abgetastet wird, aus der der Computer den zum Stromwert zeitlich zugehörigen bestimmt sich ihre Höhe im wesentlichen daraus, welche Har- Spannungswert durch Extrapolation berechnet. Since the multiplexing is used to sample every measured variable from which the computer determines the time associated with the current value, the height of which essentially depends on which Har voltage value is calculated by extrapolation.
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Um die Erhöhung der Taktzahl pro Multiplexerzyklus zu vermeiden, lässt sich auch eine zeitlich weiter ausgreifende Interpolation realisieren. Hierbei folgen nicht mehr gleiche Multiplexerzyklen aufeinander, sondern es werden alternierend zuerst die drei Spannungen: UR - UA - UTund im nächsten Multiplexerdurchlauf drei Ströme: Ir - Is - It abgetastet. Der Computer interpoliert nunmehr den zu einem Stromwert zeitlich zugehörigen Spannungswert aus den beiden Spannungswerten, die dem vorhergehenden und dem nachfolgenden Multiplexerzyklus entnommen sind. Bei ausreichend hoher Multi-plexerfrequenz bleibt der entstehende Interpolationsfehler ausreichend klein. In order to avoid increasing the number of clock cycles per multiplexer cycle, interpolation that extends further in time can also be implemented. The same multiplexer cycles no longer follow one another, but instead the three voltages are alternately sampled first: UR - UA - UT and in the next multiplexer run three currents: Ir - Is - It are sampled. The computer now interpolates the voltage value associated with a current value from the two voltage values which have been taken from the previous and the subsequent multiplexer cycle. If the multiplexer frequency is sufficiently high, the resulting interpolation error remains sufficiently small.
Grundsätzlich ist es gleichgültig, ob die Spannungs- oder die Stromwerte durch Interpolation ermittelt werden. Bei dem Verfahren mit Doppelabtastung der Spannungen oder der Ströme ist es jedoch zweckmässig, die Ströme öfter abzutasten, In principle, it does not matter whether the voltage or the current values are determined by interpolation. In the method with double sampling of the voltages or the currents, however, it is expedient to sample the currents more often,
Durch Einsetzen der Funktionswerte ergibt sich allgemein: Using the function values generally results in:
n/2-4 n / 2-4
pJwH pJwH
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da die Netzspannung im allgemeinen recht gut sinusförmig ist, während der Strom, z. B. durch thyristorgesteuerte Verbraucher, stark verzerrt sein kann, so dass er durch die häufigere Abtastung genauer erfasst wird. since the mains voltage is generally quite sinusoidal, while the current, e.g. B. can be heavily distorted by thyristor-controlled consumers, so that it is detected more accurately by the more frequent scanning.
Bei der Interpolation ist es auch möglich, die Mittelwertbildung auf der Ebene der Augenblicksleistung vorzunehmen, d. h. z. B. bei der Abtastreihenfolge U -1 - I kann man auch zunächst den ersten Spannungswert mit dem Stromwert multiplizieren, sodann den zweiten und über die beiden Produkte mittein. With interpolation, it is also possible to carry out the averaging on the level of the instantaneous power, i. H. e.g. B. in the scanning sequence U -1 - I can also first multiply the first voltage value by the current value, then the second and over the two products in the middle.
In Fig. 5 ist gezeichnet, wie - ohne Berücksichtigung des Multiplexens der drei Phasen - eine Spannung u(t) und ein zugehöriger Strom i(t) abgetastet werden. Die Anzahl der Abtastungen sei mit n bezeichnet. Die einzelnen Abtastwerte werden wie folgt miteinander multipliziert: 5 shows how - without taking into account the multiplexing of the three phases - a voltage u (t) and an associated current i (t) are sampled. Let n be the number of scans. The individual samples are multiplied together as follows:
Pui(t) = l/n(Uoil + Ì1U2 + U2Ì3 + ... i(n-2)U(n-l)-in) Pui (t) = l / n (Uoil + Ì1U2 + U2Ì3 + ... i (n-2) U (n-l) -in)
[Û sin(œ02v~%)][i sintuùoZvTn + Y* —■)] [Û sin (œ02v ~%)] [i sintuùoZvTn + Y * - ■)]
y=0 y = 0
y-4 y-4
[u sin(cu02vTM)][ï sin(Uo2vT„ + f- [u sin (cu02vTM)] [ï sin (Uo2vT „+ f-
2T 2T
77 77
Das Ergebnis für den relativen Messfehler der Leistung ist: The result for the relative measurement error of performance is:
"rei cos (2<c^~ ) - 1 M "rei cos (2 <c ^ ~) - 1 st
Der Fehler ist weder von der Aussteuerung noch von der Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom abhängig, sondern nur von der Anzahl der Abtastwerte pro Periode. Die Periode und die Anzahl der Abtastwerte pro Periode sind jedoch Konstanten; der Messfehler kann daher einmalig mit eingeeicht werden und fällt somit heraus. Für einen Messfehler von 1% ergeben sich mindestens 44 Abtastungen pro Periode (20 ms); dies führt auf eine Abtastfrequenz von 2,2 kHz. Es spielt dabei keine Rolle, ob die Abtastwerte von Spannung und Strom in ein und demselben Multiplexerzyklus oder in alternierenden Multiplexerzyklen gewonnen werden; für den Messfehler ist nur der Zeitabstand massgebend. The error is neither dependent on the modulation nor on the phase shift between voltage and current, but only on the number of samples per period. However, the period and number of samples per period are constants; the measurement error can therefore be calibrated once and is therefore eliminated. For a measurement error of 1%, there are at least 44 samples per period (20 ms); this leads to a sampling frequency of 2.2 kHz. It does not matter whether the samples of voltage and current are obtained in one and the same multiplexer cycle or in alternating multiplexer cycles; only the time interval is decisive for the measurement error.
Bei alternierenden Zyklen reduziert sich die Anzahl der Takte in einem Abtastzyklus auf vier, wobei die Reihenfolge z. B. so aussieht: With alternating cycles, the number of clocks in a sampling cycle is reduced to four. B. looks like this:
UR - Us - UT - Null — Ir - Is - It ~ Referenzspannung — Ur - Us - UT - Null — Ir - Is usw. UR - Us - UT - Null - Ir - Is - It ~ reference voltage - Ur - Us - UT - Null - Ir - Is etc.
Theoretisch ist es möglich, im Augenblick des Abtastens einer Grösse, z. B. einer Spannung, den zugehörigen Wert der anderen Grösse, z. B. eines Stromes, analog zwischenzuspei-chern, so dass ein zeitlich zusammengehöriges Paar zur Produktbildung zur Verfügung steht. Praktisch ist dies schwierig, da bei Kilowattstundenzählern der Messfehler über den gesamten Messbereich relativ zum jeweiligen Messwert konstant Theoretically it is possible, at the moment of scanning a quantity, e.g. B. a voltage, the associated value of the other size, e.g. B. of a stream, to interpose analogously, so that a chronologically related pair is available for product formation. In practice, this is difficult because with kilowatt hour meters, the measurement error is constant over the entire measuring range relative to the respective measured value
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bleibt, so dass auch noch sehr kleine Werte genau erfasst werden müssen. Bereits die Einstreuung durch die Schaltimpulse würde bei Verwendung eines Analogspeichers kleine gespeicherte Werte erheblich verfälschen. remains, so that even very small values must be recorded precisely. Even the interference from the switching impulses would significantly falsify small stored values when using an analog memory.
Nachdem erfindungsgemäss die bei einkanaligem Multiplexen auftretenden Probleme gelöst sind, verbleibt als Fehlerquelle hauptsächlich der Analog-Digital-Wandler, denn die nachfolgende digitale Weiterverarbeitung durch den Computer ist als fehlerfrei anzusehen. After the problems with single-channel multiplexing have been solved according to the invention, the main source of error remains the analog-to-digital converter, since the subsequent digital processing by the computer can be regarded as error-free.
In jedem einzelnen - oder bei alternierenden Multiplexerzyklen z. B. in jedem zweiten Multiplexerzyklus - ist ein Nullungstakt enthalten, in dem der Eingang des Analog-Digital-Wandlers über den Multiplexer auf Nullpotential geschaltet wird. Gibt der Analog-Digital-Wandler einen von Null verschiedenen Digitalwert an den Computer, so stellt dieser die Abweichung fest und speichert den Wert, um anschliessend jeden weiteren vom Analog-Digital-Wandler angelieferten Digitalwert vor der Auswertung damit zu korrigieren. Wegen der raschen Folge von Nullungstakten werden auch relativ schnell verlaufende Nullpunktwanderungen des Analog-Digital-Wandlers ausgeregelt. Somit entfällt ein Nullpunktfehler über die gesamte Lebensdauer des Gerätes. In each individual - or with alternating multiplexer cycles z. B. in every second multiplexer cycle - a zeroing cycle is included, in which the input of the analog-digital converter is switched to zero potential via the multiplexer. If the analog-digital converter sends a non-zero digital value to the computer, the computer determines the deviation and stores the value in order to subsequently correct any further digital value supplied by the analog-digital converter before the evaluation. Because of the rapid sequence of zeroing cycles, relatively fast zero point movements of the analog-digital converter are corrected. This eliminates a zero point error over the entire service life of the device.
In jedem Multiplexerzyklus - oder bei alternierenden Zyklen in jedem zweiten - wird der Eingang des Analog-Digital-60 Wandlers über den Multiplexer an eine Referenzspannung geschaltet, deren Sollwert im Speicher des Computers enthalten ist. Liefert der Analog-Digital-Wandler einen von diesem Sollwert abweichenden Digitalwert, so stellt der Computer die Abweichung fest, speichert den Korrekturfaktor und korrigiert 65 anschliessend jeden angelieferten Wert, nachdem er zuvor den . Nullpunktfehler berücksichtigt hatte. Damit entfällt der Eichungs- bzw. Steigungsfehler über die gesamte Lebensdauer des Gerätes. In each multiplexer cycle - or in alternating cycles in every second - the input of the analog-digital-60 converter is switched via the multiplexer to a reference voltage, the setpoint of which is contained in the memory of the computer. If the analog-digital converter delivers a digital value that deviates from this nominal value, the computer determines the deviation, saves the correction factor and then corrects 65 each delivered value after having previously received the. Had considered zero point error. This eliminates the calibration or slope error over the entire life of the device.
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Als Restfehler verbleibt die Linearitätsabweichung der fehler ergeben würde. Es ist deshalb zweckmässig, wenn auf die The linearity deviation that would result would remain as a residual error. It is therefore appropriate if the
Analog-Digital-Wandler-Umsetzer-Kennlinie, die jedoch elektronische Fehlerkompensation verzichtet wird. Strom- Analog-to-digital converter converter characteristic curve, which, however, does not use electronic error compensation. Electricity-
immer genügend klein gehalten werden kann, da sie praktisch wandler mit Ferrit-Kernen zeigen relativ grosse Fehler. Bei nur von der Präzision einer Widerstandsteilerkette abhängt. Anwendung des hier beschriebenen Verfahrens ist die automa- can always be kept sufficiently small, since practical converters with ferrite cores show relatively large errors. When only depends on the precision of a resistor divider chain. Application of the procedure described here is the automatic
Wegen der Forderung nach konstantem relativem Messfeh- 5 tische Prüfvorrichtung in der Lage, die zwei Fehlerkurven Due to the requirement for constant relative measurement errors, the test device is able to measure the two error curves
1er im gesamten Messbereich ist es unzweckmässig, mit einer jedes einzelnen der drei Stromwandler in einem Zähler über linearen Analog-Digital-Wandler-Umsetzer-Kennlinie zu arbei- den gesamten Aussteuerbereich zu messen und im program- In the entire measuring range, it is impractical to work with each of the three current transformers in a counter using linear analog-digital converter converter characteristics and to measure the entire modulation range and
ten, die einen aufwendigeren Analog-Digital-Wandler benötigt, mierbaren Festwertspeicher (PROM) abzuspeichern. Der dessen Genauigkeit bei grossen Messwerten nicht ausgenützt Computer wird nun jeden einzelnen vom Analog-Digital- storable programmable read-only memory (PROM) which requires a more complex analog-digital converter. The computer, whose accuracy is not used for large measured values, is now used by the analog-digital
würde. Es wird deshalb eine nichtlinear gestufte Kennlinie 10 Wandler angelieferten Strommesswert mit den zugehörigen bevorzugt, die solcherart ist, dass der relative Messfehler an Fehlerkurven bewerten. would. A non-linearly stepped characteristic curve 10 transducer with the associated current measurement value is preferred, which is such that the relative measurement error evaluates error curves.
jedem Punkt der Kennlinie gleich ist. Die an sich hierfür geeig- Voraussetzung für den praktischen Einsatz dieses Verfah- every point of the characteristic is the same. The prerequisite for the practical use of this procedure
nete logarithmische Stufung wird vorteilhaft durch die leichter rens ist lediglich, dass die Fehlerkurven eines solchen Strom- nete logarithmic gradation is advantageous due to the easier rens is only that the error curves of such a current
zu realisierende binäre Stufung ersetzt. Selbstverständlich ist wandlers über längere Zeit und auch nach eventuellen starken durch ein geeignetes Programm des Computers jede beliebige 15 Überlastungen innerhalb gegebener Toleranzen bleiben. binary gradation to be implemented replaced. Of course, any 15 overloads remain within given tolerances over a long period of time and also after any strong ones through a suitable program on the computer.
Analog-Digital-Wandler-Ümsetzer-Kennlinie zu berücksichti- In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden tem- Analog-digital converter converter characteristic to be taken into account. In a further embodiment of the invention, temperature
gen. Alle bisher aufgeführten Schaltungsteile des elektroni- peraturabhängige Messfehler in gleicher Weise dadurch weit- All circuit parts of the electronics-dependent measurement error listed so far in the same way thereby
schen Energiezählers - der Multiplexer M, der Mikrocomputer gehend kompensiert, dass die bekannten und im allgemeinen energy meter - the multiplexer M, the microcomputer going to compensate that the known and in general
MC und der Analog-Digital-Wandler AD - sind einschliesslich wenig exemplarabhängigen Temperaturkoeffizienten der nicht der Widerstände des Analog-Digital-Wandlers monolithisch 20 von der automatischen Nullpunkt- und Eichungskorrektur integrierbar. erfassten Bauelemente ebenfalls im programmierbaren Fest- MC and the analog-digital converter AD - including the temperature coefficients of the non-resistors of the analog-digital converter monolithic 20, which are not particularly dependent on the examples, can be integrated by the automatic zero point and calibration correction. recorded components also in the programmable fixed
Bei einem Drehstromzähler werden z. B. Spannungsteiler wertspeicher (PROM) gespeichert werden, wobei noch ein und Stromwandler, etwa Ferrit-Schalenkern-Stromwandler mit geeigneter Temperaturfühler vorzusehen ist, dessen Ausgangsoder ohne elektronische Fehlerkompensation, verwendet. signal in ausreichenden zeitlichen Abständen über den Multi-Wahlweise können der Multiplexer und der Analog-Digital- 25 plexer und den Analog-Digital-Wandler dem Computer zuzu-Wandler sämtliche Eingangssignale in Form von Spannungen führen ist. Bei besonders hohen Ansprüchen an die Messgenauoder von Strömen verarbeiten, wobei sich Ströme leichter über igkeit ist es selbstverständlich auch möglich, z. B. die Temperaden Multiplexer durchschalten lassen; auch der Komparator turkurve der die Eichung bestimmenden Referenzspannungs-des Analog-Digital-Wandlers vergleicht vorzugsweise Ströme quelle bei jedem Einzelexemplar automatisch zu messen und im statt Spannungen. 30 programmierbaren Festwertspeicher (PROM) abzuspeichern. In a three-phase meter z. B. voltage divider value memory (PROM) can be stored, and a current transformer, such as ferrite-shell core current transformer with a suitable temperature sensor, the output of which or without electronic error compensation, is used. signal at sufficient time intervals via the multi-choice, the multiplexer and the analog-digital plexer and the analog-digital converter can lead to the computer-to-converter all input signals in the form of voltages. In the case of particularly high demands on the measurement accuracy or processing of currents, whereby currents are easier than usual, it is of course also possible, for. B. let the Temperaden multiplexer switch through; the comparator curve of the reference voltage of the analog-digital converter, which determines the calibration, preferably compares the current source for each individual specimen to be measured automatically and instead of voltages. 30 programmable read-only memories (PROM).
In jedem Fall müssen die sechs Eingangsgrössen herunter- Bei der langen Einsatzdauer der Zähler sind die alterungsgeteilt werden, damit sie von der Elektronik verarbeitet wer- bedingten Driften der nicht von der Nullpunkt- und Eichungs-den können. Bei der Fertigung eines solchen Zählers sind dem- korrektur erfassten Bauelemente von Bedeutung. Es handelt nach z. B. die Spannungsteilerverhältnisse und Bürdenwider- sich hier hauptsächlich um die Eingangsspannungsteiler, die stände der Stromwandler auf ihre Sollwerte abzugleichen. Der- 35 Stromwandler und die Referenzspannungsquelle. Bei einer gut artige Abgleichvorgänge erfordern teure abgleichbare Bau- beherrschten Fertigung sind die Alterungsraten bekannt und teile und sind besonders arbeitsintensiv. könnten ebenfalls im nicht änderbaren Festwertspeicher In any case, the six input variables have to be reduced. Given the long service life of the counters, the ages have to be divided so that they cannot be processed by the electronics due to drifts that cannot be caused by the zero point and calibration. When manufacturing such a counter, the corrected components are important. It acts according to e.g. For example, the voltage divider ratios and burdens mainly relate to the input voltage dividers, which would match the current transformers to their setpoints. The current transformer and the reference voltage source. In the case of a good type of adjustment processes, expensive, adjustable, construction-controlled production is required, the aging rates are known and are partial and are particularly labor-intensive. could also be in the non-changeable read-only memory
Dieser Nachteil wird erfindungsgemäss dadurch behoben, (ROM) oder programmierbaren Festwertspeicher (PROM) des dass grundsätzlich sämtliche Abgleicharbeiten entfallen, indem Computers eingespeichert sein. Da Energiezähler in den mei-sie durch entsprechende Programmierung in einem Speicher 40 sten Fällen mit einer Netzversorgung für die Elektronik arbei-ersetzt werden. Hierzu werden bei jedem einzelnen Gerät in ten, lässt sich aus der Netzfrequenz leicht eine Zeitbasis ablei-einem vorzugsweise vollautomatischen Prüfvorgang die tat- ten, die bei dem erwähnten vollautomatischen Prüfvorgang auf sächlichen Istwerte der Spannungsteilerverhältnisse, Strom- Null gesetzt wird. Der Computer berücksichtigt bei der wandlerübersetzungsverhältnisse (einschliesslich der Bürden- Berechnung der Energie den jeweiligen Stand der Zeitbasis widerstände) und der Referenzspannung gemessen und ent- 45 und die Alterungsraten zur weitgehenden Kompensation altesprechende Korrekturwerte in einen dem Computer zugängli- rungsbedingter Einflüsse. According to the invention, this disadvantage is remedied by (ROM) or programmable read-only memory (PROM), that basically all adjustment work is omitted by storing computers. Since energy meters in most cases are replaced by appropriate programming in a memory 40 cases with a mains supply for the electronics. For this purpose, for each individual device, a time base can be easily deduced from the mains frequency, preferably a fully automatic test process, which is set to actual values of the voltage divider ratios, current zero in the fully automatic test process mentioned. When converting the converter (including the burden calculation of the energy, the current state of the time base resistances) and the reference voltage are taken into account and the aging rates are compensated for, and the aging rates are largely compensated for in an age-related correction.
chen Speicher eingeschrieben. Zweckmässig wird hierfür ein Der Analog-Digital-Wandler muss bei einem Energiezähler programmierbarer Festwertspeicher (PROM) verwendet, der - insbesondere bei einem Drehstromzähler - einen sehr grosin dem Computerschaltkreis enthalten ist und von der Prüfvor- sen Dynamikbereich verarbeiten. Da sein Eingang von dem richtung automatisch programmiert wird. Sofern ein wieder- -so Multiplexer ständig auf andere Eingangsgrössen umgeschaltet holt programmierbarer Festwertspeicher (RePROM) verwen- wird, kann sein Eingangssignal von einer Abtastung zur näch-det wird, lassen sich spätere Nacheichungen des Zählers wie- sten, z. B. von dem max. negativen auf den max. positiven Wert, der mit derselben Prüfapparatur durch Einprogrammieren springen. Diese grossen Signalsprünge stellen hohe Anforde-neuer Werte bewerkstelligen. rungen an den Komparator des Analog-Digital-Wandlers. Der Chen memory written. The analog-digital converter must be used for an energy meter programmable read-only memory (PROM), which - especially in the case of a three-phase meter - is very large in the computer circuit and processes the dynamic range of the test device. Because its input is automatically programmed by the direction. Provided that a programmable read-only memory (RePROM) can be used again and again, so its multiplexer can be switched from one scan to the next. B. from the max. negative to the max. positive value that jump through programming with the same test equipment. These big jumps in signal make high demands new values. the comparator of the analog-digital converter. The
Elektronisch fehlerkompensierte Stromwandler sind 55 Komparator braucht nach jeder Übersteuerung eine bekannt und erlauben mit kleinen Ferrit-Schalenkernen sehr bestimmte Erholungszeit. Kritisch ist die exakte Erfassung genaue Stromübersetzungen. Durch den erforderlichen Hilfs- eines von einem Maximalwert auf einen nahe bei Null springen-verstärker weisen sie jedoch am Ausgang in der Regel eine Off- den Signalwerts. Der bekannte mitlaufende Analog-Digital-set-Gleichspannung auf. Bei der Berechnung der Augenblicks- Wandler vermeidet dieses Problem, indem das Komparator-leistung entsteht so lange kein Fehler, wie nur an einem Ein- 6« eingangssignal jeweils nur der Differenz zwischen zwei Abgang des Multiplizierens ein solcher Gleichspannungsanteil tastungen entspricht. Electronically error-compensated current transformers are 55 comparators need one after each overdrive and allow very specific recovery times with small ferrite shell cores. The exact recording of exact current translations is critical. However, due to the required auxiliary amplifier jumping from a maximum value to a amplifier close to zero, they usually have an off-signal value at the output. The well-known tracking analog-digital-set DC voltage. This problem is avoided in the calculation of the instantaneous converters, since the comparator power does not produce an error as long as only the difference between two outputs of the multiplication of such a DC voltage component corresponds to only one input signal.
anliegt; dies ist vorauszusetzen, wenn der Zähler - wie es bis- In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist auch das lang ausschliesslich üblich war - von Spannungs- und Strom- Prinzip des mitlaufenden Analog-Digital-Wandlers anwendbar, is present; this is to be assumed if the counter - as was the case in a further embodiment of the invention, which was only customary for a long time - is applicable to the voltage and current principle of the analog-to-digital converter that is running,
wandlern gespeist wird. Bei einem Einsatz mit direktem Bei jeder Abtastung einer Eingangsgrösse wird ohnehin, wie converters is fed. In the case of use with a direct link, each time an input variable is scanned, how
Anschluss jedoch kann bei längeren Zuleitungen und thyristor- b5 beschrieben, der Abtastwert im Computer zum Zwecke der gesteuerten Verbrauchern durchaus ein Gleichanteil der Span- Interpolation gespeichert. Nach jeder Abtastung setzt der Ana- However, connection can be described for longer supply lines and thyristor b5, the sample value in the computer for the purpose of controlled consumers can definitely store a constant component of the span interpolation. The Ana-
nung entstehen, der zusammen mit dem Gleich-Offset eines log-Digital-Wandler den Analogwert in einen Digitalwert um, voltage, which, together with the direct offset of a log-digital converter, converts the analog value into a digital value,
elektronisch fehlerkompensierten Stromwandlers einen Mess- den der Computer übernimmt. Danach ist der Analog-Digital- electronically error-compensated current transformer takes a measurement that the computer takes over. Then the analog-digital
7 623416 7 623416
Wandler wieder frei und kann nun schon vor Beginn der näch- Für Prüfzwecke ist ein besonderer Prüfausgang vorteilhaft, The converter is free again and can now be used before the start of the next phase.
sten Abtastung vom Computer auf den letzten Abtastwert der an dem die verbrauchte Energie mit kürzerer Messzeit zur j etzt abzutastenden Eingangsgrösse voreingestellt werden. Verfügung steht als an dem für die Anzeigevorrichtung Der Komparator erhält wieder nur die Differenz zweier aufein- bestimmten Ausgang. Most sampling from the computer to the last sampling value on which the energy consumed is set with a shorter measuring time for the input variable to be sampled now. Is available as for the display device. The comparator again only receives the difference between two dedicated outputs.
anderfolgender Abtastwerte zugeführt. Das Voreinstellen des 5 Wirtschaftliche Computer arbeiten mit relativ niedrigen Analog-Digital-Wandlers und das Aufschalten der zu messen- Taktfrequenzen und benötigen deshalb, z. B. für Multiplikatio-den Eingangsgrösse sind zeitlich so aufeinander abzustimmen, nen, lange Zeiten. Zur Zeitersparnis beim Multiplizieren ist wie-dass eine Komparatorübersteuerung so klein wie möglich der vom Prinzip des mitlaufenden Analog-Digital-Wandlers gehalten wird. Gebrauch zu machen, indem nicht jedesmal die vollen Werte supplied following samples. Presetting the 5 Economical computers work with relatively low analog-to-digital converters and switching on the clock frequencies to be measured and therefore require, for. B. for multiplication-the input variables are to be coordinated in time, NEN, long times. To save time when multiplying, it is like that a comparator overload is kept as small as possible, which is kept by the principle of the analog-to-digital converter that is running. To make use of it by not having full values each time
Wie bereits erwähnt, ist es vorteilhaft, die Eingangsgrössen 10 von Spannung und Strom miteinander multipliziert werden, als Ströme anzuliefern und einen Stromkomparator vorzuse- sondern die Differenzwerte zu den vorhergehenden Abtast-hen. werten nach folgendem Schema: As already mentioned, it is advantageous to multiply the input variables 10 of voltage and current with one another, to supply them as currents and to provide a current comparator, but rather the difference values to the previous samples. score according to the following scheme:
Gegenüber dem üblichen Ferraris-Zähler ist das hier beschriebene Messverfahren aufgrund seiner Schnelligkeit un • in = un_t • Ai • in_i • Au anfällig gegen Störimpulse. Um das Verhalten des elektroni- 15 Compared to the usual Ferraris counter, the measuring method described here is susceptible to interference pulses due to its speed un • in = un_t • Ai • in_i • Au. To understand the behavior of the electronic 15
sehen Energiezählers dem des Ferraris-Zählers anzunähern, Ist die Multiplikationszeit bei rein serieller Verarbeitung für wird mit Vorteil der Computer so programmiert, dass die eine derartige Anwendung zu lang, so ist stets ein eigenes Par- see the energy meter to approximate that of the Ferraris meter. If the multiplication time for purely serial processing is advantageously programmed for the computer in such a way that such an application is too long, there is always a separate parameter.
Sprünge zwischen zwei Abtastungen in ihrer Höhe begrenzt aliel-Multiplizierwerk zu verwenden, ohne dass das beschrie-sind und dass grössere Sprünge als Störimpulse gewertet wer- bene Messprinzip sich ändern würde. The use of aliel multipliers is limited in terms of the height of jumps between two scans, without this being described and that larger jumps which are considered to be interference impulses would change.
den. Dabei sind entweder derartige als gestört erkannte Abtast- 20 Ein besonderes Problem ist bei elektronischen Energiezähwerte ganz zu unterdrücken, oder es wird der den program- lern die Störsicherheit. Übliche Ferraris-Zähler vertragen aus-mierten Maximalwert übersteigende Teil subtrahiert. Ferner ist serordentlich hohe Spitzenspannungen an den Eingängen, vieleine gleitende Mittelwertbildung möglich. Hierbei erfolgt die fach überstehen sie Spitzen von mehr als 10 kV. Der als vorteil-Mitteilung ver der Berechnung der Augenblicksleistung oder haft vorgeschlagene Stromeingang - auch auf der Spannungs-auch danach. 25 seite - erweist sich auch in dieser Hinsicht als günstiger, da the. Either such scans identified as disturbed 20 A special problem with electronic energy counts must be suppressed entirely, or the programmer's immunity to interference. Conventional Ferraris counters tolerate parts that exceed the maximum value that is subtracted. Furthermore, extremely high peak voltages at the inputs, a moving averaging is possible. In this case, they withstand peaks of more than 10 kV. The advantage of the calculation of the instantaneous power or the current input suggested - also on the voltage - even afterwards. 25 pages - proves to be cheaper in this regard, too
Durch entsprechende Programmierung des Computers ist geräteseitig praktisch keine Spannungen auftreten, so dass sehr erreichbar, dass die vielfach unerwünschte Genauigkeit der Mes- wirksame Schutzmassnahmen möglich sind. Appropriate programming of the computer means that practically no voltages occur on the device side, so that it is very achievable that the often undesirable accuracy of the protective protective measures is possible.
sung bezüglich der Erfassung von Harmonischen der Netzfre- Bei einem Energiezähler mit einem Computer müssen quenz vermindert und der eines Ferraris-Zählers angenähert besondere Vorkehrungen gegen das Eindringen von Störungen wird. Hierzu wird z. B. vom Computer eine Fourier-Transfor- 30 in die Elektronik getroffen werden, da ein Störimpuls bei einem mation (FFT) durchgeführt. Computer nicht nur zu falschen Daten, sondern auch zu einem Solution regarding the detection of harmonics of the network frequency. With an energy meter with a computer, the frequency must be reduced and that of a Ferraris meter must be approximated as special precautions against the ingress of interference. For this, z. For example, a Fourier transformer 30 can be taken into the electronics by the computer, since an interference pulse is carried out at a mation (FFT). Computer not only for wrong data, but also for one
Nach der Berechnung der Augenblicksleistung jeder Phase falschen Befehl führen kann. Auch in dieser Beziehung erweist durch Multiplikation steht als Ergebnis ein Digitalwert zur sich der im Patent 598 598 vorgeschlagene Einchip-Mikrocom- After calculating the instantaneous power each phase can result in wrong command. In this connection too, the result of multiplication is a digital value as the result of the one-chip microcom-
Verfügung, wobei bei einem Drehstromzähler noch die Werte puter als überlegen, weil die Auswirkungen von Störungen der drei Phasen zu addieren sind. Zur Ermittlung der Energie ist 35 minimal werden, wenn der gesamte Computer auf einem einzi-noch eine Integration über der Zeit erforderlich. gen Halbleiterkristall integriert ist. Störungen wirken dann nur Available, with a three-phase meter the values are better than superior because the effects of disturbances in the three phases must be added. To determine the energy 35 will be minimal if the entire computer is required to integrate one over time. integrated semiconductor crystal. Faults then only work
Die verbrauchte Energie wird in einem kumulierenden Zäh- noch auf die Eingänge und Ausgänge des Computers, wobei 1er erfasst und auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt. Hierzu Störungen an den Eingängen lediglich zeitweise falsche Einsind die bekannten zählenden und speichernden Rollenzähl- gangsdaten erzeugen, aber keinen falschen Programmablauf werke mit Schrittmotorantrieb verwendbar. Es ist aber auch 40 verursachen. The energy consumed is recorded in a cumulative count on the inputs and outputs of the computer, with the 1 being recorded and displayed on a display device. For this purpose, malfunctions at the inputs are only occasionally incorrect. Generate the known counting and storing roller counting data, but no wrong program sequences with stepper motor drive can be used. But it is also causing 40.
möglich, speichernde elektronische Anzeigevorrichtungen, Die Erfindung soll nachstehend anhand einiger Figuren z. B. elektrochromische oder elektrolytische Anzeigen, einzu- erläutert werden: possible, storing electronic display devices, the invention is based on some figures z. B. electrochromic or electrolytic displays to be explained:
setzen. Auch eine normale nichtspeichernde elektronische In Fig. 1 ist zunächst die weniger vorteilhafte, weil aufwen- put. A normal, non-storing electronic device is first of all the less advantageous in FIG.
Anzeige ist möglich, wenn ein nichtflüchtiger Speicher, z. B. digere Lösung mit einem zweikanaligen Multiplexer M und MNOS-Speicher, zur Verfügung steht. Wegen der begrenzten 45 zwei Analog-Digital-Wandlern ADi, AD2 gezeigt. Jeder MultiZahl der Schreibzyklen, die ein solcher Speicher durchführen plexer M hat fünf Eingänge, da jeder der beiden Multiplexerka-kann, bevor er unbrauchbar wird, wird man nur bei einem näle und jeder der beiden Analog-Digital-Wandler ADi, AD2 im erkannten bevorstehenden Netzausfall den zu rettenden Zah- Hinblick auf ihren Nullpunkt- und Eichungsfehler korrigiert lenwert dort einschreiben. werden müssen. Der Mikrocomputer MC steuert sowohl den Display is possible if a non-volatile memory, e.g. B. digere solution with a two-channel multiplexer M and MNOS memory is available. Because of the limited 45 two analog-to-digital converters ADi, AD2 shown. Each number of write cycles that such a memory performs plexer M has five inputs, since each of the two multiplexers can be used before they become unusable, and only one channel and each of the two analog-digital converters ADi, AD2 are detected in the upcoming Power failure, correct the number to be saved with regard to its zero point and calibration error. Need to become. The microcomputer MC controls both
Bei jeder Art einer digitalen Anzeige entspricht ein Sprung 50 Multiplexer M wie die Analog-Digital-Wandler ADi, AD2. Zum in der kleinsten Ziffernstelle einem bestimmten Betrag ver- Zwecke der Energieberechnung erhält er noch die Referenz-brauchter Energie. Diese Zählimpulse sind z. B. zu gewinnen, frequenz fRef zugeführt. Der kumulierte Energieverbrauch wird dass der Computer nach Ermitteln der gesamten Augenblicks- auf einer Anzeigevorrichtung schliesslich angezeigt. In dieser leistung so viele Perioden einer Referenzfrequenz abzählt, wie wie in den folgenden Figuren wird angenommen, dass der es dieser Augenblicksleistung entspricht; diese abgezählten 55 Mikrocomputer MC auch die erforderlichen Speicher enthält. Impulse sind nun direkt oder nach entsprechender Frequenztei- Dies gilt auch für den mehrfach erwähnten, elektrisch program-lung der Anzeige zuzuführen. Es ist auch möglich, mit dem als mierbaren Speicher zur Aufnahme der Korrekturkurven bzw. Digitalwort vorliegenden Wert der Augenblicksleistung einen -werte. Es ist z. B. ein Metall-Nitrid-Oxyd-Halbleiterspeicher programmierbaren Frequenzteiler jeweils umzuschalten, der (MNUS) verwendbar. Selbstverständlich ist es auch möglich, ständig die Impulse einer Referenzfrequenzquelle durch den b0 den Mikrocomputer MC aus mehreren integrierten Schaltkrei-programmierten Faktor teilt. Als Referenzfrequenz wird vor- sen zusammenzustellen; dies ändert nichts am Gedanken der zugsweise die Netzfrequenz verwendet; es ist auch möglich, die Erfindung. For every type of digital display, a jump corresponds to 50 multiplexers M like the analog-digital converters ADi, AD2. For the purpose of energy calculation in the smallest digits of a certain amount, he still receives the reference energy required. These counts are e.g. B. to win, frequency fRef fed. The cumulative energy consumption is finally displayed on a display device after the total moment has been determined. In this power counts as many periods of a reference frequency as in the following figures it is assumed that it corresponds to this instantaneous power; this counted 55 microcomputers MC also contains the necessary memory. Pulses are now direct or according to the corresponding frequency. This also applies to the electrical programming mentioned several times. It is also possible to use the instantaneous power value available as a memory that can be mapped to record the correction curves or digital word. It is Z. B. to switch a metal nitride oxide semiconductor memory programmable frequency divider, the (MNUS) can be used. Of course, it is also possible to constantly divide the pulses of a reference frequency source by the b0 the microcomputer MC from several integrated circuit-programmed factors. The following is to be compiled as the reference frequency; this does not change the idea of using the network frequency; it is also possible the invention.
Taktfrequenz des Computers über eine Phasenregelschleife Ferner ist es nach dem Stand der Technik möglich, die bzw. Clock frequency of the computer via a phase locked loop Furthermore, according to the prior art, it is possible to
(PLL) von der Netzfrequenz abzuleiten oder einen Quarz zu den Analog-Digital-Wandler ADi, AD2 zusammen mit den verwenden. Der Computer ist durch ein entsprechendes Pro- b5 dazugehörigen Widerständen sowie auch die oder den Multi-gramm zu veranlassen, bestimmte Zeiten abzuzählen ; auch der plexer M zusammen mit dem Computer auf einem einzigen in vielen Computern enthaltene programmierbare Zeitgeber Schaltkreis unterzubringen. Der gesamte elektronische Drehkann vorteilhaft eingesetzt werden. Stromzähler besteht dann im wesentlichen aus drei Stromwand- Derive (PLL) from the mains frequency or use a crystal to the analog-digital converter ADi, AD2 together with the. The computer is to be made to count certain times by means of a corresponding resistance and the multi-gram (s); also to house the plexer M together with the computer on a single programmable timer circuit included in many computers. The entire electronic rotation can be used advantageously. Electricity meter then essentially consists of three current wall
623416 623416
ern, einer Widerstandsanordnung (z. B. Dünnfilm- oder Dick-»chichttechnik), dem Grossschaltkreis, der Anzeige sowie der Stromversorgung. Er weist, wie beschrieben, keinerlei abgleichbare oder einstellbare Bauelemente auf. a resistor arrangement (e.g. thin film or thick film »technology), the large circuit, the display and the power supply. As described, it has no adjustable or adjustable components.
In Fig. 2 ist die vorteilhaftere Lösung mit einem einkanali-gen Multiplexer M und nur einem Analog-Digital-Wandler AD gezeichnet, wobei alle Eingangssignale des Multiplexers M in Form von Spannungen anliegen. Die gezeichnete Reihenfolge der Anschlüsse ist nicht unbedingt identisch mit der Reihenfolge, in der die Eingangssignale von dem Multiplexer M abgetastet werden. Der Computer gibt jeweils die Adresse des gewünschten Eingangs über eine Steuerleitung an den Multiplexer M; die Reihenfolge ist vom gewählten Programm abhängigln Fig. 3 ist die Schaltung für den Fall gezeichnet, dass alle Eingangssignale des Multiplexers M in Form von Stromsignalen vorliegen. 2 shows the more advantageous solution with a single-channel multiplexer M and only one analog-to-digital converter AD, all input signals of the multiplexer M being present in the form of voltages. The drawn order of the connections is not necessarily identical to the order in which the input signals are sampled by the multiplexer M. The computer gives the address of the desired input to the multiplexer M via a control line; the sequence depends on the selected program. The circuit is drawn in FIG. 3 in the event that all input signals of the multiplexer M are present in the form of current signals.
In Fig. 4 sind verschiedene Möglichkeiten aufgezeichnet, die Signale abzutasten und die Augenblicksleistung jeweils zu berechnen; die Fig. 4a, b und c beziehen sich hierbei auf die Messung nur einer Phase, während die Fig. 4d, e und f für die Messung bei drei Phasen gelten. Various possibilities are recorded in FIG. 4 for sampling the signals and calculating the instantaneous power in each case; 4a, b and c relate to the measurement of only one phase, while FIGS. 4d, e and f apply to the measurement of three phases.
Die Erfindung lässt sich für eine beliebige Anzahl von Phasen verwenden, z. B. auch für einen sog. Dreileiterzähler, bei dem nur zwei Messkanäle benötigt werden. The invention can be used for any number of phases, e.g. B. also for a so-called three-wire meter, in which only two measuring channels are required.
In Fig. 4a ist die Abtastung und Interpolation der Span-nungs- und Strommessung in einem einphasigen Netz gezeichnet: die Indizes bezeichnen die Nummer der betreffenden Abtastung; es werden alternierend der Spannungs- und der Stromeingang abgetastet. Ein erstes Teilprodukt (Augenblicksleistung) pi ergibt sich z. B, indem aus den beiden Spannungsabtastungen uo und U2 ein Spannungswert interpoliert wird, der anschliessend mit dem Stromabtastwert ii multipliziert wird. Ein weiteres Teilprodukt p3 entsteht z. B. dadurch, dass aus den beiden Spannungswerten U2 und U4 ein Wert interpoliert wird, der anschliessend mit dem Stromwert Ì3 multipliziert wird. Die Gesamtleistung P ergibt sich für eine bestimmte Zahl von Abtstungen n zu: 4a shows the sampling and interpolation of the voltage and current measurement in a single-phase network: the indices denote the number of the sample concerned; the voltage and current inputs are sampled alternately. A first partial product (instantaneous power) pi results, for. B by interpolating a voltage value from the two voltage samples uo and U2, which is then multiplied by the current sample value ii. Another sub-product p3 is created e.g. B. by interpolating a value from the two voltage values U2 and U4, which is then multiplied by the current value Ì3. The total power P results for a certain number of divisions n:
P = 2/n(pi + p3 + ...) P = 2 / n (pi + p3 + ...)
Hierbei werden n/2 Multiplikationen ausgeführt. Here, n / 2 multiplications are carried out.
Spannungen und Ströme sind völlig gleichberechtigt und somit vertauschbar. Voltages and currents are completely equal and therefore interchangeable.
In Fig. 4b ist für den gleichen Fall der alternierenden Abtastung von Eingangsspannung und -ström eine andere Produktbildung beschrieben: aus den vorhandenen Abtastwerten werden nun Teilprodukte pn gebildet, wobei abwechselnd die Spannung bzw. der Strom interpoliert wird. Die Leistung P errechnet sich hier zu: 4b describes a different product formation for the same case of the alternating sampling of input voltage and current: partial products pn are now formed from the existing sampling values, the voltage or the current being interpolated alternately. The power P is calculated here:
P = l/n(pi + p2 + p3 + ...) P = l / n (pi + p2 + p3 + ...)
In Fig. 4c ist ein Beispiel für den Fall gezeichnet, dass die Mittelung erst nach der Bildung der Teilprodukte p„ erfolgt. Die Gesamtleistung P ergibt sich wré im Fall der Fig. 4b, jedoch wird hier nur ein Speicher für jeweils nur einen Abtastwert benötigt, weil vor der Multiplikation keine Interpolation mehr erfolgt bzw. kein Mittelwert mehr gebildet wird. 4c shows an example for the case in which the averaging takes place only after the formation of the partial products p ". The total power P arises in the case of FIG. 4b, but here only one memory is required for only one sample value at a time, because no interpolation takes place before the multiplication or an average value is no longer formed.
Für alle drei Verfahren gilt: The following applies to all three processes:
p = l/n(uoii + Ì1U2 + U2Ì3 + Ì3U4 + ...) p = l / n (uoii + Ì1U2 + U2Ì3 + Ì3U4 + ...)
Für den praktisch wichtigsten Teil der Messung in einem Drehstromnetz ist zunächst in Fig. 4d die Abtastung der Phase R, in Fig. 4e die Abtastung der Phase S und in Fig. 4f die Abtastung der Phase T gezeigt. Hierbei wurde die Abtastfolge: For the practically most important part of the measurement in a three-phase network, the sampling of phase R is first shown in FIG. 4d, the sampling of phase S in FIG. 4e and the sampling of phase T in FIG. 4f. Here the scan sequence was:
Ur-Is-Ut-Ir-Us-It vorausgesetzt. Die mit den Teilprodukten pn bezeichneten Pfeile geben an, wie diese Teilprodukte entstanden sind. Ur-Is-Ut-Ir-Us-It provided. The arrows labeled with the partial products pn indicate how these partial products were created.
Eine Vielzahl von Abtastfolgen ist möglich; einige für das erfindungsgemässe Verfahren typische sind z. B.: A variety of scan sequences are possible; some typical of the method according to the invention are e.g. B .:
Ur-Ir-Ur-Us-Is-Us-Ut-It-UT Ur-Ir-Ur-Us-Is-Us-Ut-It-UT
Ur - Ir - Ur - Is - Us - Is - Ur - Ij - Ut - Ir - Ur - Ir - Ur - Ir - Ur - Is - Us - Is - Ur - Ij - Ut - Ir - Ur - Ir -
Us-Is-Us-It-Ut-It Us-is-us-it-ut-it
Ur - Us - Ut- Ir - Is - It Ur - Us - Ut- Ir - Is - It
Ur - Is - Ut - Ir - Us - It Ur - Is - Ut - Ir - Us - It
Wie erwähnt, bestimmt der Computer, welches Eingangssignal der Multiplexer M jeweils durchschalten soll, so dass je nach Programm in derselben Schaltung beliebige Abtastfolgen und eine beliebige Art der Auswertung der Abtastungen möglich ist. As mentioned, the computer determines which input signal the multiplexer M should switch through, so that, depending on the program, any scan sequences and any type of evaluation of the scans is possible in the same circuit.
Bei dem hier beschriebenen Energiezähler mit Computer ist die Abtastung nach Fig. 4a besonders zweckmässig* weil ein Computer relativ schnell addieren kann, jedoch für eine Multiplikation eine vergleichsweise sehr lange Zeit benötigt; gemäss Fig. 4a werden jedoch nur n/2 Multiplikationen ausgeführt. In the case of the energy meter with computer described here, the scanning according to FIG. 4a is particularly expedient * because a computer can add up relatively quickly, but takes a comparatively very long time for multiplication; 4a, however, only n / 2 multiplications are carried out.
In den Fig. 4a-f wurde der Übersichtlichkeit halber die Abtastung des Null- bzw. Referenzpotentials fortgelassen. Je nach der zu erwartenden Drift des Nullpunkts bzw. der Eichung ist nur zu fordern, dass Null- bzw. Eichpotential in ausreichenden zeitlichen Abständen abgetastet und entsprechende Korrekturwerte gebildet und gespeichert werden. Es ist also keineswegs notwendig, in jedem Zyklus zur Abtastung der Eingangsgrössen auch die beiden erwähnten anderen Grössen mitzuerfassen. 4a-f, the sampling of the zero or reference potential has been omitted for the sake of clarity. Depending on the expected drift of the zero point or the calibration, the only requirement is that the zero or calibration potential is sampled at sufficient intervals and corresponding correction values are formed and stored. It is therefore in no way necessary to include the two other variables mentioned in each cycle for sampling the input variables.
8 8th
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
g G
3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings
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