DE2345549A1

DE2345549A1 - Elektronisches ueberverbrauchs-erfassungsgeraet fuer elektrizitaetszaehler

Info

Publication number: DE2345549A1
Application number: DE19732345549
Authority: DE
Inventors: Juergen Wenk
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-09-10
Filing date: 1973-09-10
Publication date: 1975-04-17
Also published as: DK464474A; JPS5057279A; NO742949L; FR2243442A1; SE7411369L; CH573120A5; SE399769B; JPS5723225B2

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, 7. SEP. 1973 Berlin und München Werner-von-Siemens-Str. 50

Unser Zeichen: VPA 73/3219 Hs/Syr

Elektronisches Überverbrauchs-Erfassungsgerät für Elektrizitätszähler

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Überverbrauchs-Erfassungsgerät für Elektrizitätszähler, die eine dem Verbrauch entsprechende Impulsfolgefrequenz abgeben.

Es ist bereits ein elektronisches Überverbrauchs-Anzeigegerät für elektrische Leistung bekannt (OS 1 939 165), bei dem zur Feststellung des Überverbrauches ein Schwellwertelement vorgesehen ist, das anspricht, wenn die Periodendauer der Impulsfolge des Zählers einen vorbestimmten zeitlichen Schwellwert unterschreitet. U.a. ist hierbei ein Schwellwertelement angegeben, das einen Impulsgenerator aufweist, der über einen Frequenzuntersetzer an einen Rückstelleingang einer bistabilen Kippstufe angeschlossen ist. Weiter ist der Ausgang eines Leistungsmessers mit einem Rückstelleingang des Frequenzuntersetzers und über ein Verzögerungsglied mit einem Stelleingang der bistabilen Kippstufe verbunden. Weiterhin ist der Ausgang des Schwellwertelementes an einen ersten Eingang eines UND-Tores angeschlossen, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Leistungsmessers und dessen Ausgang mit einem Impulsgeber verbunden ist. Bei diesem bekannten Überverbrauchs-Anzeigegerät wird also die Periodendauer der Impulsfolgefrequenz des Leistungsmessers mit einem vorgegebenen Wert verglichen. Verbleibt die Periodendauer unter dem vorbestimmten Schwellwert, so werden sämtliche Zählimpulse an den Impulszähler weitergegeben, falls nicht der Verbrauchsgrenzwert mit Hilfe eines Stufenelementes entsprechend erhöht wird.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das elektrische Überverbrauchs-Erfassungsgerät derart auszubilden, daß die ab einer vorgegebenen Leistungsgrenze verbrauchte Energie gesondert erfaßt wird. Diese Aufgabe ist bisher nur auf mechanische Weise mit Hilfe eines Differentialgetriebes als Vergleichsglied gelöst worden.

Das elektronische Überverbrauchs-Erfassungsgerät gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgefrequenz des Zählers mit der Impulsfolgefrequenz einer Referenzimpulsfrequenzquelle verglichen, daß bei Überschreitung des durch die Referenzimpulsfrequenz vorgegebenen Verbrauchs die Differenz der beiden Impulsfolgefrequenzen gebildet und diese Differenz in ein Überverbrauchszählwerk eingezählt wird. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß die eine Festmenge darstellenden Impulse des Zählers auf den Setzeingang einer ersten bistabilen Kippstufe und den Takteingang einer zweiten bistabilen Kippstufe und die Impulse einer Referenzimpulsfrequenzquelle über einen Frequenzteiler auf den Rücksetzeingängen der beiden bistabilen Kippstufen gegeben werden, daß der Ausgang der ersten bistabilen Kippstufe mit dem Vorbereitungseingang der zweiten bistabilen Kippstufe verbunden ist und daß der Ausgang der zweiten bistabilen Kippstufe mit einem Eingang eines UND-Gatters verbunden ist, dessen anderer Eingang die Impulse des Zählers erhält und an dessen Ausgang ein den Überverbrauch zählendes Zählwerk angeschlossen ist. Um ein ungewolltes Zusammentreffen der Zählimpulse und Vorgabeimpulse zu verhindern, sind die Impulse des Zählers sowie die Impulse der Referenzimpulsfrequenzquelle dem Eingang der bistabilen Kippstufe über Gatter zugeführt, die mit einer wesentlich höheren Frequenz als die Zähl- bzw. Referenzfrequenz wechselweise getaktet werden. Vorzugsweise ist es als Zusatzeinrichtung zu einem Elektrizitätszähler in einem gesonderten Gehäuse über dem Klemmenblock angebracht.

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Anhand der Zeichnung, in der ein Aus führung st) ei spiel schematisch dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild und

Fig. 2 ein Schaltbild des elektronischen Überverbrauchs-Zählwerkes.

Mit 1 ist die Achse eines Zählerläufers bezeichnet, die zwei kronenförmige Magnete 2 trägt, die an ihren einander gegenüberliegenden Polzacken Pole unterschiedlicher Polarität aufweisen. Zwischen den kronenförmigen Permanentmagneten 2 befindet sich ein Hallgenerator 3. Die Kronenmagnete 2 sind der Übersicht halber auseinandergezogen dargestellt. Über eine Leitung 4 werden die durch die umlaufenden Kronenmagnete 2 im Hallgenerator erzeugten Impulse auf einen Schwellwertverstärker 5 gegeben, der in an sich bekannter Weise ausgebildet ist, wie Fig. 2 zeigt. An einer Leitung 6 treten rechteckförmige Zählimpulse auf, wobei jeder Zählimpuls den Verbrauch einer Festmenge anzeigt. Die Zählimpulse werden auf den Eingang eines Gatters 7 gegeben, das über eine Leitung 8 von einer Synchronisierungseinrichtung 9 getaktet wird. Die über das Gatter 7 geleiteten Zählimpulse werden unmittelbar über eine Leitung 10 dem Setzeingang einer bistabilen Schaltstufe 11 und über eine Leitung 12 dem Takteingang einer zweiten bistabilen Kippstufe 13 zugeführt. Der Ausgang Q der bistabilen Kippstufe 11 ist mit dem Vorbereitungseingang D der zweiten bistabilen Kippstufe 13 verbunden. Die Zählimpulse werden ferner über eine invertierende Schaltung 14 dem Eingang eines UND-Gatters 15 zugeführt. Der zweite Eingang des UND-Gatters 15 ist mit dem Ausgang Q der bistabilen Kippstufe 13 über eine Leitung 16 verbunden. Mit 17 ist ein Ausgang für eine Anzeigevorrichtung angedeutet.

Mit 20 ist eine Referenzimpulsfrequenzquelle bezeichnet, die beispielsweise ein quarzgesteuerter Impulsgeber oder die Netzfrequenz sein kann. Die Impulse werden über eine Leitung 21 einem Frequenzuntersetzer 22 zugeführt, sowie

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über eine Leitung 23 der Synchronisierungseinrichtung 9. Die Ausgangsimpulse des Frequenzuntersetzers 22 werden über eine Leitung 24 einem weiteren Gatter 2i> zugeführt, welches an seinem zweiten Eingang über eine Leitung 24 Synchronisierungsimpulse von der Synchronisierungseinrichtung 9 erhält. Die am Ausgang des Gaxters 25 auftretenden Impulse werden einmal über eine Leitung 27 dem Rückstelleingang R der bistabilen Kippstufe 11 und über eine Leitung 28 dem Rückstelleingang R der bistabilen Kippstufe 13 zugeführt. Ferner ist dem als UND-Eingang ausgebildeten Rückstelleingang der bistabilen Kippstufe 13 über eine Leitung 29 ein Sperrsignal zuführbar.

Die Ausgangsleitung 30 des UND-Gatters 15 ist über einen Verstärker 31 mit einem Schrittmotor 32 verbunden, welcher ein elektromechanisch.es Zählwerk 33 antreibt. Ferner kann von der Leitung 6 über einen Verstärker 34 sowie einen weiteren Schrittmotor 35 ein Zählwerk 36 für den Gesamtverbrauch angetrieben werden, wie in gestrichelten Linien angedeutet ist.

Das elektronische Überverbrauchs-Erfassungsgerät arbeitet wie folgt: Die Zählimpulse werden über die Leitung 6 und das Gatter 7 an den Setzeingang S der bistabilen Kippstufe 11 gegeben. Durch entsprechende Einstellung des Frequenzuntersetzers 22 wird über die Leitung 24 und das Gatter 25 den Rücksteileingängen R der beiden bistabilen Kippstufen und 13 die einer vorgegebenen Leistung entsprechende Referenzimpulsfrequenz zugeführt. Damit nicht gleichzeitig an beiden Eingängen S und R" der bistabilen Kippstufe 11 Impulse ankommen können, ist die Synchronisierungseinrichtung 9 vorgesehen, die die Gatter 7 und 25 abwechselnd taktet, und zwar mit einer wesentlich höheren Frequenz als die Impulsfolgefrequenzen des Zählers und der Referenzgröße. Die nacheinander eintreffenden Synchronisierimpulse S1 und S2 öffnen abwechselnd die Gatter 7 und 25, so daß auch die Ist- und Referenzimpulse nacheinander an die Eingänge der bistabilen Kippstufe 11 gelangen.

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Es wird angenommen, daß gerade ein Referenzimpuls aufgetreten ist. In diesem Falle gelangt dieser Impuls über die Leitungen 27, 28 auf die Rücksetzeingänge R der bistabilen Kippstufen 11 und 13. Diese werden rückgesetzt, so daß beide Ausgänge Q den Zustand L (Low) annehmen. Wenn nun ein Impuls vomZähler über die Leitung 6 eintrifft, so wird dieser Impuls nach dem Takten (über die Leitung 8) über Leitung 18, invertierende Schaltung 14 auf den einen Eingang des UND-Gatters 15 gegeben. Da jedoch die Leitung 16 ein L-Signal führt, bleibt das Gatter 15 gesperrt, so daß der Zählimpuls nicht über den Verstärker 31 und Schrittmotor 32 in das Überverbrauchszählwerk 33 eingezählt wird. Die Vorderflanke des Zählimpulses setzt jedoch über Leitung 10 die bistabile Kippstufe 11, so daß der Ausgang Q dem Vorbereitungseingang D das H-(High)Signal bereitstellt. Die Rückflanke des Zählimpulses gelangt über die. Leitung 12 an den Takt eingang der bistabilen Kippstufe 13, so daß das Η-Signal am Vorbereitungseingang D der bistabilen Kippstufe 13 auf den Ausgang Q der bistabilen Kippstufe 13 übertragen wird. Hierdurch witri. das Gatter 15 für den nächsten Zählimpuls geöffnet. Der nächste Zählimpuls kann also, sofern in der Zwischenzeit kein Referenzimpuls eintrifft, ungehindert über das UND-Gatter 15, Verstärker 31 und Schrittmotor 32 in das Überverbrauchszählwerk 33 gelangen. Sofern der nächste Zählimpuls vor dem Referenzimpuls eintrifft, ist die vorgegebene Leistung überschritten, so daß ein Überverbrauch stattfindet.

Trifft jedoch vor dem nächsten Zählimpuls ein Referenzimpuls ein, so werden die bistabilen Kippstufen 11 und 13 in einen Zustand übergeführt, bei dem beide Ausgänge das L-Signal führen. Das Gatter 15 ist demzufolge für den nächsten Zählimpuls gesperrt. Der nächste Zählimpuls setzt lediglich wieder über seine Vorderflanke die bistabile Kippstufe 11 und mit seiner Rückflanke die bistabile Stufe 13, wodurch das Gatter 15 geöffnet wird.

Entspricht die Ist-Leistung genau der Referenzleistung, so folgt auf jeden Ist-Impuls des Zählers ein Referenzimpuls, d.h. das durch den Ist-Impuls geöffnete Gatter 15 wird durch '

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den auf den Ist-Impuls folgenden Referenzimpuls wieder gesperrt. Es gelangt also der darauffolgende Ist-Impuls des Zählers wieder nicht zum Zählwerk 33. Beide Impulsfolgen subtrahieren sich also zu null; es herrscht kein Überverbrauch,

Ist die Ist-Leistung kleiner als die Referenzleistung, so wird das Gatter 15 durch einen oder mehrere Referenzimpulse zwischen zwei Ist-Irapulsen erst recht gesperrt. Es wird also ebenfalls kein Überverbrauch registriert.

Bei Istleistung größer als Referenzleistung treffen nun ein oder mehrere Ist-Impulse auf das offene Gatter 15 und werden im Überverbrauchswerk 33 gezählt, bevor der nächste Referenzimpuls das Gatter 15 wieder sperrt.

Die Schaltung gemäß Fig. 1 ist also in der Lage, bei Gleichheit von Ist- und Referenzleistung sicher den Überverbrauch Null festzustellen und auch bei kleiner Überschreitung der Referenzleistung, sobald die einem Impuls entsprechende Festmenge verbraucht ist, diese an das Überverbrauchszählwerk in Form eines Zählimpulses zu geben.

Die Wahl der Vorgabeleistung wird vorzugsweise an dem Untersetzer 22 eingestellt. Hierfür eignet sich besonders ein Modulo-Z-Zähler, wie er beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist. Es ist z.B. ein 6-Bit-Zähler, wobei durch Überbrückung der Kontakte eine Frequenzuntersetzung von 1;1... 128:1 vorgenommen werden kann. Die einzustellende Zahl Z kann nach folgender Formel ermittelt werden:

Z = f/p χ Ν

wobei F die Vergleichsfrequenz in Impulsen pro Stunde, P die Vorgabeleistung in kW und N die Ist-Impulse pro kWh bedeuten. Als Überverbrauchszählwerk ist in Fig. 1 ein über einen Schrittmotor 32 angetriebenes Rollenzählwerk 33 angedeutet. Falls erwünscht, kann auch ein nicht-flüchtiger, statischer Zählspeicher mit einer elektronischen Anzeige (LED, Flüssigkristall etc.) verwendet werden. Da der Rückstelleingang gemäß Fig. 1 der Zählstufe 13 ein UND-Eingang

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ist, so muß zum Inbetriebsetzen des Überverbrauchs-Erfassungsgerätes über die Leitung 29 dem Rückstelleingang R der bistabilen Kippstufe 13 ein Signal zugeführt werden. Wie Fig. 2 zeigt, können die Gatter 7 und 25 der Schaltung gemäß Fig. 1 in einfacher Weise durch die beiden D-Flip-Flops 37 und 38 sowie diesen nachgeschaltete Mono-Flops und 40 realisiert werden. Das Takten der D-Flip-Flops 37 und 38 erfolgt von der Netzfrequenz mit 50 Hz einmal unmittelbar (Leitung 26) und einmal über eine invertierende Schaltung 41 (Leitung 8), so daß das aufeinanderfolgende Takten je Halbwelle der Netzspannung erfolgt. Anstelle des UND-Einganges an der bistabilen Kippstufe 13 ist bei der Schaltung gemäß Fig. 2 eine invertierende Schaltung 42 sowie ein vorgeschaltetes ODER-Gatter 43 vorgesehen. Über einen Schaltkontakt 44 kann an den einen Eingang des Gatters 43 Signal gelegt werden, um die Überverbrauchsmessung zu sperren.

Bei dem elektronischen Überverbrauchs-Erfassungsgerät gemäß der Erfindung findet somit ein Vergleich der Impulsfolgefrequenz des Zählers mit der Impulsfolgefrequenz der Referenzimpulsfrequenzquelle 20 statt. Bei Überschreitung des vorgegebenen Verbrauchs wird die Differenz der beiden Impulsfolgefrequenzen gebildet und diese Differenz in dem Überverbrauchszählwerk 33 angezeigt.

über eine Leitung 17 kann eine weitere Anzeige oder auch zusätzliche Einrichtungen angesteuert werden.

8 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

.,/Elektronisches Überverbrauchs-Erfassungsgerät für Elek- ^ trizitätszähler, die eine dem Verbrauch entsprechende Impulsfolgefrequenz abgeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgefrequenz des Zählers (1) mit der Impulsfolgefrequenz einer Referenzimpulsfrequenzquelle (20) verglichen, daß bei Überschreitung des durch die Referenzimpulsfrequenz vorgegebenen Verbrauchs die Differenz der beiden Impulsfolgefrequenzen gebildet und diese Differenz in ein Uberverbrauchszählwerk (33) eingezählt wird.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Festmenge darstellenden Impulse des Zählers (1) auf den Setzeingang (S) einer ersten bistabilen Kippstufe (11) und den Takteingang (T) einer zweiten bistabilen Kippstufe (13) und die Impulse der Referenzimpulsfrequenzquelle (20) über einen Frequenzuntersetzer auf den Rücksetzeingängen (R") der beiden bistabilen Kippstufen (11, 13) gegeben werden, daß der Ausgang (Q) der ersten bistabilen Kippstufe (11) mit dem Vorbereitungseingang (D) der zweiten bistabilen Kippstufe (13) verbunden ist und daß der Ausgang (Q) der zweiten bistabilen Kippstufe (13) mit einem Eingang eines UND-Gatters (15.) verbunden ist, dessen anderer Eingang die Impulse des Zählers (1) erhält und an dessen Ausgang ein den Überverbrauch zählendes Zählwerk (33) angeschlossen ist.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse des Zählers (1) sowie die Impulse der Referenzimpulsfrequenzquelle (20) den Eingängen der bistabilen Kippstufen (11, 13) über Gatter (7, 25) geführt sind, die mit einer wesentlich höheren Frequenz als die Zählbzw. Referenzfrequenz wechselweise getaktet werden.
4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzimpulsfolge von der Netzfrequenz hergeleitet und als Frequenzuntersetzer (22) ein Modulο-Z-Zähler verwendet ist.

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5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Überverbrauchszähler ein von einem
Schrittmotor (32) angetriebenes Rollenzählwerk (33) verwendet ist.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Überverbrauchszähler ein nichtflüchtiger, statischer Zählspeicher verwendet ist.
7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Rücksetzeingang (R) der bistabilen Kippstufe (13) ein permanentes Rücksetζsignal anschaltbar ist.
8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Zusatzeinrichtung zu einem Elektrizitätszähler in einem gesonderten Gehäuse über dem Klemmenblock angebracht ist.

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