DE1298620B - Elektrizitaetszaehler mit ausschliesslich elektronischen Bauelementen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Elektrizitätszähler, der ohne bewegte Teile arbeitet und in einer vornehmlich aus Halbleiter-Bauelementen aufgebauten Schaltung eine Impulsfolge mit einer leistungsproportionalen Impulsfolgefrequenz erzeugt, wobei die Impulse zwecks Registrierung der elektrischen Energie in einer nachgeschalteten Impulszählstufe aufsummiert werden.
• Bei einem bekannten Zähler dieser Art, der Gegenstand des Hauptpatentes ist, wird zur Erzeugung einer der Verbraucherleistung proportionalen Impulsfolge ein Impulsgenerator verwendet, dessen Frequenz über Meßumformer von der Differenz zweier Temperaturen gesteuert wird, von denen die eine ihren Wert in quadratischer Abhängigkeit vom Effektivwert der Vektorsumme eines dem Verbraucherstrom und eines der Verbraucherspannung proportionalen Stromes verändert, während die andere ihren Wert in quadratischer Abhängigkeit vom Effektivwert der Vektordifferenz dieser Ströme und vom Effektivwert des impulsförmigen Ausgangsstromes des Impulsgenerators verändert.
• In dieser Schaltung werden die Quadrate der Effektivwerte durch thermische Meßglieder gebildet.
• Dies erfordert wegen der thermischen Trägheit eine relativ hohe Einstellzeit der leistungsproportionalen Impulsfolgefrequenz nach Laständerung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Zählern dieser Art eine leistungsproportionale Impulsfolgefrequenz zu erhalten, die den Leistungsschwankungen praktisch trägheitslos folgt.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an Stelle der t1îermischen Umformer zur Bildung des Effektivwertes der Vektorsumme eines dem Verbraucherstrom und eines der Verbraucherspannung proportionalen Stromes sowie des Effektivwertes der Vektordifferenz dieser Ströme und des Effektivwertes des impulsförmigen Ausgangsstromes des Impulsgenerators an sich bekannte Schaltungen zur Umwandlung des Effektivwertes einer Wechselspannung in eine Gleichspannung verwendet werden.
• F i g. I zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Schaltung eines solchen Zählers. Im Widerstand R1 fließt die Vektorsumme eines der Verbraucherspannung und eines dem Verbraucherstrom proportionalen Stromes (llt bzw. @i). Der Widerstand R2, der die gleiche Größe wie R, besitzt, wird von der Vektordifferenz dieser Ströme durchflossen. Der Widerstand R3 (= R2 = R1) wird von einer monostabilen Kippstufe K mit dem impulsförmigen Zusatzstrom lz gespeist. An R1 und an die in Reihe geschalteten Widerstände R2 und R3 sind Effektivwertumformer angeschlossen. Solche Umformer (in der Zeichnung als »Eff.-Umf.« bezeichnet), die unter Zuhilfenahme mehr oder minder vollkommener quadratischer Glieder den Effektivwert einer Wechselspannung in eine proportionale Gleichspannung umwandeln, sind bekannt. Am Eingang des Verstärkers liegt eine Gleichspannung, deren Wert der Differenz der Effekt ivwerle der Vektorsumme (#u+#i) einerseits und der Vektordifferenz (#u-#i) vermehrt um den impulsförmigen Stromes andererseits entspricht. Uberschreitet die Spannung am Eingang des Verstärkers einen bestimmten niedrigen positiven Wert, so wird diese Spannung verstärkt und löst an der nachgeschalteten monostabilen Kippstufe einen Impuls aus.
• Diese Impulse, die gleiche Amplitude und gleiche zeitliche Dauer, d. h. gleichen Energieinhalt, be- sitzen, folgen aufeinander mit einer derartigen Impulsfolgefrequenz, daß der Effektivwert des an R1 auftretenden Spannungsabfalls gleich dem Effektivwert der Summe (1,j - 1i) R2 und ÜR3 wird, da nur in diesem Fall die positive Eingangsspannung am Eingang des Verstärkers im Mittel praktisch verschwindet, d. h. nur einen vernachlässigbar kleinen positiven Wert besitzt. Der aus Verstärker, Kippstufe und Effektivwertumformern bestehende Regelkreis sorgt also dafür, daß die folgende Gleichung aufrechterhalten wird: (#u + #i)eff = [(#u-#i) + Iz]eff. (1) Da die Impulsfrequenz von der Netzfrequenz verschieden ist, kann Gleichung (1) auch wie folgt geschrieben werden: (#u + #i)eff = #(#u-#i)eff2 + Iz2. (2) Wird diese Gleichung quadriert, so erhält man (#u + #i)2 2 (#u - #i)2 2 2 (3) also Iz2 = (#n + #i)2 - (#u - #i)2 = 2 #u#i (4) = 4 # IuIi cos q = k1 UI cos q.
• Das Quadrat des impulsförmigen Zusatzstromes ist also dem Produkt der Verbraucherspannung U mit der Wirkkomponente des im Verbraucher fließenden Stromes l cosq, d. h. der zu messenden elektrischen Leistung proportional, da voraussetzungsgemäß die Ströme Iu bzw. Ii der Verbraucherspannung U bzw. dem Verbraucherstrom I verhãltnisgleich und mit ihnen phasengleich sind. Da ferner die einzelnen Impulse dem Widerstand R3 stets die gleiche Energie Wt zuführen, ist die Leistung wj f = 1-2 . R3. (5) Da R3 und W1 konstant sind, wird also nach (4): f = k2 # U # I # cosq. (6) Die im Zähler erzeugte Impulsfolgefrequenz f ist also der zu messenden Wirkleistung proportional.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß im Gegensatz zu Zählern mit thermischen Umformern die Impulsfolgefrequenz jeder Anderung der Verbraucherleistung praktisch trägheitslos folgt.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Elektrizitätszähler, bestehend aus einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Impulsfolge mit einer der Verbraucherleistung proportionalen Impulsfolgefrequenz und einer nachgeschalteten Impulszählstufe, bei dem die Vorrichtung zur Erzeugung der Impulsfolge aus einem Impulsgenerator besteht, dessen Frequenz in Abhängigkeit von der Differenz zweier Spannungen gesteuert wird, von denen die erste aus der Vektorsumme eines der Verbraucherspannung und eines dem Verbraucherstrom proportionalen Stromes hergeleistet und vom Effektivwert dieses Summenstromes abhängig ist, während die zweite aus der Vektordi fferenz der beiden genannten proportionalen Ströme hergeleitet und vom impulsförmigen Ausgangsstrom des Impulsgenerators beaufschlagt ist, nach Patent 1 263 922,d a d u r ch gek ei' nz e i c h n e t, daß die erste der beiden die Frequenz des Impulsgenerators steuernden Spannungen in linearer Abhängigkeit vom Effektivwert der Vektorsumme der dem Verbraucherstrom und der der Verbraucherspannung proportionalen Ströme steht und die zweite Spannung in linearer Abhängigkeit vom Effektivwert der Summe der Augenblickswerte des impulsförmigen Generatorstromes und des Stromes, der der Vek- tordifferenz der dem Verbraucherstrom und der der Verbraucherspannung proportionalen Ströme entspricht.
2. 2. Elektrizitätszähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung der Effektivwerte unter Verwendung an sich bekannter Diodenschaltungen erfolgt, die ausgangsseitig eine dem Effektivwert der Eingangswechselgröße proportionale Gleichspannung liefern.