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Leistungsabhängige Tarifiereinrichtung Einleitung Die Erfindung bezieht
sich auf eine leistungsabhängige Tarifiereinrichtung mit einem von einem Elektrizitätszähler
gesteuerten Impulsgeber zur Erzeugung von den Verbrauch einer Festmenge anzeigenden
Festmengenimpulsen und mit einem Summierzähler, der über ein digitales Pulsfrequenztor
an den Impulsgeber gekoppelt ist.
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Stand der Technik Lieferanten elektrischer Energie sind an einem möglichst
gleichmässigen Energiekonsum interessiert. Sie wenden daher im allgemeinen Tarife
an, die sich aus einem von der bezogenen
Energie cbhängigen Glied
und aus einem von der Leistung abhängigen Glied zusammensetzen. Für die Festlegung
des verbrauchsunabhängigen Tarifgliedes wurden schon zahlreiche Messeinrichtungen
vorgeschlagen, von denen sich in der Praxis nur der Maximumzöhler und der sogenannte
Ueberverbrauchszähler durchsetzen konnten.
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Es ist bekannt, Elektrizitätszähler mit einem Impulsgeber auszurüsten,
der jeweils nach dem Verbrauch einer vorgegebenen Festmenge einen Impuls abgibt.
Ausgehend von der Tatsache, dass solche Impulsgeber ohne weiteres belastungsarm
oder gar belastungsfrei an den Zählerrotor gekoppelt werden können, wurden bereits
Tarifiereinrichtungen vorgeschlagen, bei denen ein dem Elektrizitätszähler zugeordneter
Impulsgeber Verwendung findet. Hierbei werden die vom Impulsgeber erzeugten Festmengenimpulse
jeweils dann in einen Summierzähler eingezählt, wenn der Abstand zwischen den Impulsen
einen vorgegebenen Referenzwert unterschreitet. Somit registriert der Summierzähler
denjenigen Anteil der konsumierten Energie, der mit einer höheren als der vorgegebenen
Grenzleistung bezogen wurde. Bei einer bekannten Tarifiereinrichtung dieser Art
ist ein digitales Pulsfrequenztor vorgesehen, das zwischen den Impulsgeber und den
Summierzähler geschaltet ist und nur Impulse durchlässt, bei denen der Abstand zum
vorangehenden Impuls den Referenzwert unterschreiten.
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Eine andere bekannte Tarifiereinrichtung weist mehrere mechanische
Summierzähler auf, denen verschiedene Referenzwerte zugeordnet sind. Jeder dieser
Referenzwerte ist durch die Länge einer Führungsbahn gegeben, der während einer
zwischen zwei Festmengenimpulsen liegenden Zeitdauer ein Fühler mit konstanter Geschwindigkeit
entlang bewegt wird. Bei jedem Festmengenimpuls werden diejenigen Summierzähler
um einen Schritt weitergeschaltet, deren Fühler das Ende ihrer Führungsbahn nicht
erreicht haben. Jeder Summierzähler registriert also denjenigen Anteil der Energie,
der mit einer oberhalb der betreffenden Leistungsgrenze liegenden Leistung konsumiert
worden ist.
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Aufgabenstellung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische
Tarifiereinrichtung mit mehreren Summierzählern zu schaffen, von denen jeder denjenigen
Anteil der Energie registriert, der innerhalb eines bestimmten Leistungsbandes konsumiert
worden ist.
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Kennzeichen der Erfindung Diese Aufgabe wird bei einer Tarifiereinrichtung
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Pulsfrequenztor eine
digitale
Pulsfrequenzweiche mit mehreren Ausgängen ist, die jeweils an einen Summierzähler
angeschlossen sind, und dass die Pulsfrequenzweiche derart ausgebildet ist, dass
sie jeden Festmengenimpuls in Abhängigkeit von seinem Abstand zum vorangehenden
Festmengenimpuls an einen der Summierzähler weiterleitet.
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Beschreibung der Zeichnungsfiguren Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Tarifiereinrichtung,
Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Tarifiereinrichtung, Fig. 3 ein Schaltbild
einer Tarifiereinrichtung und Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Tarifiereinrichtung
mit Leistungsanzeige.
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Beschreibung der Fig. 1 In der Fig. 1 bedeutet 1 einen Elektrizitätszähler
konventioneller oder elektronischer Buuart mit einem Festmengen-Impulsgeber 2, der
jeweils nach dem Verbrauch einer Festmenge,
beispielsweise einer
Kilowattstunde, einen Festmengenimpuls abgibt. Dem Impulsgeber 2 ist eine digitale
Pulsfrequenzweiche 3 nachgeschaltet, deren Ausgänge 4 bis 8 jeweils an einen Summierzähler
9 bis 13 angeschlossen sind.
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Die-Pulsfrequenzweiche 3 leitet gemäss der folgenden Tabelle jeden
Festmengenimpuls in Abhängigkeit von seinem Abstand T zum vorangehenden Festmengenimpuls
an einen der Summierzähler 9 bis 13 weiter: Impulsabstand T Summierzähler T <
t1 9 t1 < T < t2 10 t2 < T < t3 11 t3 < T < t4 12 t4'<T 13
Hierbei bedeuten t1 bis t4 Referenzwerte, die beispielsweise wie folgt gewählt sind:
t1 = 5 Minuten t2 c 10 Minuten t3 = 20 Minuten t4 = 50 Minuten
Jeder
der Summierzähler 9 bis 13 summiert die Festmengenimpulse des ihm zugeordneten Leistungsbandes.
Die Zählerstände der Summierzähler können jederzeit abgelesen und zur tarifbestimmung
ausgewertet werden. Die an den Summierzählern ablesbaren Informationen ermöglichen
eine weitgehende Analyse der Lastkurve und enthalten Aussagen über die erreichten
Lastspitzen. Die Feinheit der Stufung und die Tarifbewertung kann den jeweiligen
Erfordernissen angepasst werden.
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Beschreibung der Fig. 2 In der Fig. 2 weisen gleiche Bezugszahlen
wie in der Fig. 1 auf gleiche Teile hin. Die Pulsfrequenzweiche 3 besteht im wesentlichen
aus einem Impulszähler 14, dessen Zähleingcng 15 über einen Impulsuntersetzer 16
an einen Impulsgenerator 17 gekoppelt ist, und einer Dekodierschaltung 18, die in
Abhängigkeit vom Zählerstand des Impulszählers 14 eines von mehreren Toren 19 bis
23 ansteuert, die eingangsseitig an den Impulsgeber 2 gekoppelt und ausgangsseitig
jeweils mit einem der Summierzöhler 9 bis .13 verbunden sind. Der Impulsgeber 2
ist auch an einen Rückstelleingang 24 des Impulszählers 14 und einen Rückstelleingang
25 des Impulsuntersetzers 16 angeschlossen.
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Nach jedem vom Impulsgeber 2 erzeugten Festmengenimpuls werden der
Impulszähler 14 und der Impulsuntersetzer 16 auf Null gestellt. Anschliessend werden
die vom Impulsgenerator 17 abgegebenen und vom Impulsuntersetzer 16 untersetzten
Impulse vom Impulszähler 14 gezählt. Entsprechend dem Zählerstand des Impulszählers
14 steuert die Dekodierschaltung 18 der Reihe nach eines der Tore 19 bis 23 an.
Der folgende Festmengenimpuls gelangt durch dasjenige der Tore 19 bis 23, das von
der Dekodierschaltung 18 gerade angesteuert ist, zu dem diesem Tor nachgeschalteten
Summierzähler.
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Die Pulsfrequenz des Impulsgenerators 17 geht linear in die Messgenauigkeit
ein und soll daher möglichst konstant sein.
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Der Impulsgenerator 17 wird daher vorzugsweise mit der Netzfrequenz
getaktet bzw. synchronisiert. Bei einer Pulsfrequenz von 50 Hz kann dann ein Impulsuntersetzer
16 mit einem Untersetzungsverhältnis von 15 000 : 1 und als Impulszähler 14 ein
Dezimalzähler verwendet werden, um die oben angegebenen Werte für t1 bis t4 zu erreichen.
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Ein einwandfreies Arbeiten der Tarifiereinrichtung setzt voraus, dass
bei einem Speisespannungsunterbruch keine Fehlimpulse registriert werden. Auch darf
der erste nach der Inbetriebnahme der Tarifiereinrichtung oder nach einem Spannungsunterbruch
auftretende Festmengenimpuls nicht erfasst werden, da hierdurch eine tatsächlich
gar nicht vorhandene Spitzenleistung
registriert werden könnte.
Ferner muss dafür gesorgt werden, dass beim zufälligen zeitlichen Zusammentreffen
eines Festmengenimpulses mit einem Impuls des Impulsgenerators 17 keine Fehlimpulse
registiert werden. Eine Schaltungsanordnung, bei der diese Randbedingungen auf besonders
einfache Weise erfüllt sind, ist in der Fig. 3 dargestellt.
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Beschreibung der Fig. 3 In der Fig. 3 sind gleiche Teile wie in den
vorangehenden Figuren wiederum mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
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Der Impulsgeber 2 ist an eine Impulssperrschaltung 26 angeschlossen,
deren Eingang 27 zu einem ersten Eingang eines UND-Tores 28 und zu einem Takteingang
einer bistabilen Kippstufe 29 führt. Der Ausgang der Kippstufe 29 ist mit einem
zweiten Eingang des UND-Tores 28 verbunden. Der Ausgang des UND-Tores 28 bildet
den Ausgang 30 der Impulssperrschaltung 26.
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Die Speisespannung UB der Schaltungsanordnung steuert über eine Verzögerungsschaltung
31 ein Monoflop 32, dessen Ausgang mit einem Eingang eines ODER-Tores 33 und einem
Rückstelleingang 34 der Kippstufe 29 verbunden ist. Der Impulsgeber 2 ist über ein
Monoflop 35 mit einem weiteren Eingang des ODER-Tores 33 gekoppelt, dessen Ausgang
an den Rückstelleingang 25
des Impulsuntersetzers 16, an den Rückstelleingang
24 des Impulszählers 14 und an einen Rückstelleingang 36 eines Flipflop 37 angeschlossen
ist.
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Die Verzögerungsschaltung 31 weist einen Transistor 38 auf, dessen
Emitter an die Masse und dessen Kollektor über einen Kollektorwiderstand 39 an die
Speisespannung UB angeschlossen ist. Die Basis des Transistors 38 ist über ein RC-Glied
40, 41 an die Speisespannung UB gekoppelt. Zwischen den Verbindungspunkt des Kondensators
40 mit dem Widerstand 41 und der Masse ist eine in Sperrichtung gepolte Diode 42
geschaltet.
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Vom Impulsgenerator 17 führt eine Verbindung über ein UND-Tor 43 zum
Impulsuntersetzer 16. Der Q-Ausgang des Flipflop 37 ist an einen Eingang dieses
UND-Tores und der Ausgang- 30 der Impulssperrschaltung 26 an einen weiteren, invertierenden
Eingang dieses UND-Tores angeschlossen.
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Die Decodierschaltung 18 besteht aus NAND-Toren 44 bis 48, die zugleich
die Funktion der Tore 19 bis 23 der Anordnung nach der Fig. 2 erfüllen, und deren
Ausgänge jeweils über einen invertierenden Verstärker 49 bis 53 an einen der Summierzähler
9 bis 13 angeschlossen sind, aus einem ODER-Tor 54 sowie dem Flipflop 37. Der Ausgang
jedes NAND-Tores 45 bis 48 ist mit Je einem Eingang derjenigen NAND-TQre verbunden,
die eine
niedrigere Bezugszahl aufweisen. Der Ausgang 30 der Impulssperrschaltung
26 ist an je einen Eingang der NAND-Tore 44 bis 48 geführt. Ein Ausgang Q1 des Impulszählers
14 ist mit einem Eingang des NAND-Tores-45 und ein Ausgang Q2 mit einem Eingang
des NAND-Tores 46 verbunden. Ausgänge Q3 und Q4 des Impulszählers 14 sind mit dem
ODER-Tor 54 zusammengefasst und an einen Eingang des NAND-Tores 47 geschaltet. Der
Ausgang Q4 ist schliesslich noch mit einem Takteingang 55 des Flipflop 37 verbunden.
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Die beschriebene Tarifiereinrichtung arbeitet wie folgt: Es sei angenommen,
dass die Tarifiereinrichtung soeben einen vom Impulsgeber 2 erzeugten Festmengenimpuls
verarbeitet hat und dass sich der Impulsuntersetzer 16, der Impulszähler 14 und
das Flipflop 37 in der Ruhelage befinden. Am Q-Ausgang des Flipflop 37 steht dann
ein L-Signal und am Ausgang 30 der Impulssperrschaltung 26 ein O-Signal an, so dass
die Impulse des Impulsgenerators 17 das UND-Tor 43 durchlaufen können und über den
Impulsuntersetzer 16 den Impulszähler 14 ansteuern. An den Ausgängen Q1 bis Q4 des
Impulszählers 14 und am Q-Ausgang des Flipflop 37 steht vorerst ein O-Signal an,
so dass die NAND-Tore 45 bis 48 einen allenfalls eintreffenden Festmengenimpuls
sperren. Hingegen könnte ein in diesem Zeitintervall auftretender Festmengenimpuls
das NAND-Tor 44 durchlaufen und vom Summierzähler 9 registriert werden.
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Entsprechend dem Zählerstand des Impulszählers 14 werden dann der
Reihe nach die NAND-Tore 45, 46 und 47 angesteuert, was im vorliegenden Beispiel
auf die Zählschritte 1, 2 und 4 erfolgt. Wird ein Festmengenimpuls abgegeben, so
durchläuft er die Impulssperrschaltung 26 und entsprechend seinem Abstand zum vorangehenden
Festmengenimpuls eines der NAND-Tore und wird im zugehörigen Summierzähler summiert.
Während der Dauer des Festmengenimpulses werden das UND-Tor 43 und somit auch der
Impulsuntersetzer 16 und der Impulszähler 14 gesperrt.
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Dadurch wird vermieden, dass der Impulszähler 14 während eines Festmengenimpulses
seinen Zustand wechseln und die Decodierschaltung 18 einen nicht definierten Zustand
einnehmen kann.
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Auf die abfallende Flanke des Festmengenimpulses gibt das Monoflop
35 einen Impuls ab, der den Impulsuntersetzer 16, den Impulszähler 14 und - sofern
das Flipflop 37 zuvor seine Lage gewechselt hatte - das Flipflop 37 zurückstellt.
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Wird bis zum Zählschritt 10 des Impulszählers 14 kein Festmengenimpuls
abgegeben, so geht auf diesen Zählschritt das Signal am Ausgang Q4 des Impulszählers
14 auf Null, das Flipflop 37 wird gekippt, das NAND-Tor 48 angesteuert und das UND-Tor
43 und somit auch der Impulsuntersetzer 16 und der Impulszähler 14 gesperrt. Der
nächste Festmengenimpuls durchläuft dann das NAND-Tor 48.
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Die Impulssperrschaltung 26 sperrt bei jeder Inbetriebnahme der Tarifiereinrichtung
den ersten Festmengenimpuls, lässt hingegen die nachfolgenden Festmengenimpulse
ungehindert durch.
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Wenn die bistabile Kippstufe 29 ihre Ausgangslage einnimmt, steht
an ihrem Ausgang ein O-Signal an, das das UND-Tor 28 sperrt. Durch die abfallende
Flanke des ersten Festmengenimpulses wird die Kippstufe gekippt und das UND-Tor
28 freigegeben.
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Im normalen Betriebszustand der Tarifiereinrichtung ist der Kondensator
40 der Verzögerungsschaltung 31 aufgeladen und der Transistor 38 gesperrt. Bei einem
Unterbruch der Speisespannung U8 entlädt sich der Kondensator 40 über die Diode
42 und die parallel liegende Last. Wenn die Speisespannung UB wieder eingeschaltet
wird, fliesst ein Ladestrom durch das RC-Glied 40, 41 zur Basis des Transistors
38, so dass dieser voll durchgesteuert wird. Der Transistor 38 bleibt leitend, bis
der Ladevorgang des Kondensators 40 beendet ist, anschliessend steigt die Spannung
am Kollektor des Transistors. Sobald diese Spannung den Eingangs-Schwellenwert des
Monoflop 32 erreicht, gibt dieses einen kurzen Impuls ab, der die Kippstufe 26,
den Impulsuntersetzer 16, den Impulszähler 14 und das Flipflop 37 in die Ausgangslage
stellt. Durch die Verzögerungsschaltung 31 wird gewährleistet, dass die Rückstellung
in die Ausgangslage erst erfolgt, wenn die Speisespannung UB tatsächlich voll vorhanden
ist.
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Beschreibung der Fig. 4 Bei den oben beschriebenen Tarifiereinrichtungen
registriert jeder der Summierzähler 9 bis 13 - wie bereits erwähnt - die innerhalb
eines bestimmten Leistungsbandes konsumierte Energie.
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Damit der Energiebezüger jederzeit feststellen kann, innerhalb welches
Leistungsbandes Energie bezogen wird, sind vorteilhaft Anzeigeelemente vorgesehen,
die jeweils angeben, in welchen Summierzähler der letzte Festmengenimpuls eingezählt
worden ist.
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Die Fig. 4 zeigt eine Tarifiereinrichtung mit einer solchen Leistungsanzeige.
Gleiche Teile wie in den vorangehenden Figuren sind wiederum mit den gleichen Bezugszahlen
versehen.
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Jeder der Ausgänge 4 bis 8 der Pulsfrequenzweiche 3 führt wiederum
zum zugehörigen Summierzähler 9 bis 13 und ausserdem zu einem Stelleingang 56 bis
60 eines aus zwei NOR-Elementen aufgebauten Speicherelementes 61 bis 65. Der Festmengen-Impulsgeber
2 steuert ein Monoflop 66, dessen Ausgang mit den Rückstelleingängen 67 bis 71 der
Speicherelemente verbunden ist.
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Die Impulsbreite des Monoflop 66 ist kürzer als diejenige der vom
Impulsgeber 2 abgegebenen Festmengenimpulse. Die Speicherelemente 61 bis 65 steuern
jeweils ein optisches oder mechanisches Anzeigeelement 72 bis 76, und zwar im dargestellten
Beispiel eine Leuchtdiode, die über einen nicht näher bezeichneten Widerstand zwischen
die positive Speisespannung
UB und den Ausgang des Speicherelementes
geschaltet ist.
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Auf die ansteigende Flanke jedes Festmengenimpulses gibt das Monoflop
66 einen Impuls ab, der die Speicherelemente 61 bis 65 in die Ausgangslage zurückstellt.
Gleichzeitig durchläuft der Festmengenimpuls die Pulsfrequenzweiche 3, wird entsprechend
seinem Abstand zum vorangehenden Festmengenimpuls beispielsweise in den Summierzähler
11 eingezählt und erscheint somit auch am Stelleingang 58 des zugehörigen Speicherelementes
63. Da der Impuls am Stelleingang 58 länger dauert als der Rückstellimpuls am Rückstelleingang
69, wird das Speicherelement 63 gekippt und die Leuchtdiode 74 zeigt an, dass zuletzt
der Summierzähler 11 betätigt wurde. Erscheint der nächstfolgende Festmengenimpuls
wiederum am Ausgang 6 der Pulsfrequenzweiche 3, so bleibt die Leuchtdiode 74 unterbrechungslos
an Spannung, weil beim gleichzeitigen Auftreten eines Impulses an beiden Eingängen
des Speicherelementes der Schaltzustand des zur Leuchtdiode 74 führenden NOR-Elementes
nicht wechselt.