DE2406114C2 - Elektronischer Elektrizitätszähler - Google Patents

Description

F i g. 2 ein Prinzipschaltbild eines Strom-Impuls-Wandlers und

F i g. 3 em Pnnzipschaltbüd eines Spannungs-Impuls-Wandlers.

In der F i g. 1 bedeutet 1 einen Strom-Impuls-Wandler, der über einen Widerstand 2 unmittelbar an die Netzspannung U angeschlossen ist und zusammen mit diesem Widerstand einen Spannungs-Impuls-Wandler bildet. Ein Teil des Netzstrornes / gelangt

Differenz der Phasenverschiebung dieser beiden Wandler der Phasenverschiebung <5_m des Stromwand3 cntSpiiCut:

Falls der Strom-Impuls-Wandler 4 keine Zeitverzögerung aufweist, wird <5_m = ^₁₁ gewählt. In der Regel wird jedoch aus Einfachheitsgründen vorzuziehen

,,„ _... .... „ . _{fc &t} sein, die beiden Wandler gleich aufzubauen und auch

über einen Stromwandler 3 zu einem Strom-Impuls- io gleich zu dimensionieren, jedoch derart unterschied-Wandler 4. Der Spannungs-Impuls-Wandler 1, 2 und lieh abzugleichen, daß <5_m = <5„ — <5, ist. der Strom-Impuls-Wandler 4 erzeugen eine Impuls- Strom-Impuls-Wandler bzw. Spannungs-Impuls-

folge /„ bzw. Ζ,·, bei der das Verhältnis der Differenz Wandler, die eine Zeitverzögerung und somit für die zur Summe von Impulsdauer und Pausendauer der Anwendung in einem elektronischen Elektrizitäts-Spannung U bzw. dem Strom / proportional ist. Die 15 zähler nach der Erfindung geeignet sind, sind bebeiden Impulsfolgen j_u und J₁ werden in einer Koin- kannt. Im folgenden wird daher, ohne auf schaltungszidenzschaJtung 5 auf Koinzidenz geprüft. Ein Ab- technische Details einzugehen, lediglich der pnnzitastgenerator 6 erzeugt schmale Abtastimpulse mit der pielle Aufbau zweier geeigneter Wandler erläutert. Impulsfolgefrequenz f_r. Diese Abtastimpulse ge'ian- Die Fig. 2 zeigt einen Strom-Impuls-Wandler 12,

gen einerseits zusammen mit dem Ausgangssignal der 20 dessen Eingang 13 in der Schaltungsanordnung nach Koinzidenzschaltung 5 zu einer Abtastschaltung 7, der Fig. 1 an den Widerstand 2_oder an die Scuinwelche die Abtastimpulse bei Koinzidenz der Impulsfolgen/,, und U an einem Vorwärtszähleingang8 eines

Impulszählers 9 weiterleitet. Andererseits durchlaufen .... ^-

die Abtastimpulse einen Impulsuntersetzer 10 und 25 und einem zu diesem parallelen Kondensator 15 begelangen zu einem Rückwärtszähleingang 11 des steht. Der Ausgang des Miller-Integrators 14^15 ist Impulszählers 9. Der Mittelwert der Ausgangifrequenz f_a des Impulszählers 9 entspricht der elektrischen Leistung P=Ul und der jeweilige Zählerstand der elektrischen Arbeit.

Die Anordnung der Bauteile 6, 7, 9 und 10 ist hier als Beispiel angegeben und für das Wesen der Erfindung unerheblich. In bekannter Weise (vergleiche

z.B. die CH-PS 5 38 122) kann die Anordnung so ^ ,„ _o,

getroffen werden, daß die Referenzimpulse /_r bei 35 der einen Halbperiode des Impulsgenerator 18 scnal-Koinzidenz der beiden Impulsfolgen /„ und /,· in den tet der Schalter eine Konstantslromquelle /_s und Impulszähler hineingezählt und anderenfalls aus die- während der anderen Halbperiodc eine Konstantsem herausgezählt werden. Ferner kann gemäß einem
ebenfalls bekannten Vorschlag zur Kompensation
von Symmetriefehlern der Strom-Impuls-Wandler 1 40
und 4 das Eingangssignal des einen dieser beiden
Wandler periodisch umgepolt und synchron hierzu
die Zählrichtung des Impulszählers umgeschaltet

werden (vergleiche z. B. die CH-PS 5 51 013). -~. — _o, - - _

Der Stromwandler 3 weist naturgemäß einen nicht 45 h des Wandlers der Strom +I_r überlagert Der vernachlässigbaren Winkelfehler, d. h. ein von Null Strom l_e + /_r wird vom Miller-Integrator 14 15 abweichenden Phasenwinkel zwischen dem Primär- integriert, und die Spannung am Ausgang des lntestrom und dem Sekundärstrom auf. Um den Einfluß grators steigt negativ linear an. Sobald die Ausgangsdieses Winkelfehlers auf das Meßresultat zu kompen- spannung des Miller-Integrators 14, 15 den unteren sieren, ist der Strom-Impuls-Wandler 1 derart aufge- 50 Schwellenwert - U_s des Schwellenschalters 16 erbaut, daß bei einer Änderung des Eingangssignals reicht, kippt dieser Schwellenschalter um, und der dieses Wandlers das Tastverhältnis der Impulsfolge /„ Schalter 17 wird in die andere Lage umgelegt. Jetzt nicht verzögerungsfrei, sondern mit nner geeignet gelangt der Strom /,, - /_r an den Eingang des Millergewählten Zeitverzögerung verändert wird. Die Zeit- Integrators 14, 15, so daß die Spannung an dessen verzögerung T₁₁, mit der der Strom-Impuls-Wandler 1 55 Ausgang positiv linear ansteigt. Wenn diese Spannung auf eine Änderung seines Eingangssignals reagiert, den oberen Schwellenwert + U_s des Schwellenschal-

därwicklung des Stromwandlers 3 angeschlossen werden kann. Der Eingang 13 führt zu einem sogenannten Miller-Integrator, der aus einem Verstärker 14

mit dem Eingang eines Schwellenschalters 16 verbunden, welcher einen Schalter 17 steuert. Dieser Schalter legt in der einen Stellung eine Konstantstromquelle +/_r und in der anderen Stellung eine Konstantstromquelle —/_r an den Eingang des Miller-Integrators 14, 15. Ein Impulsgenerator 18, der symmetrische Rechteckimpulse mit der Impulsfolgefrequenz f₅ erzeugt, steuert einen Schalter 19. Während

stromquelle —/_s an den Eingang des Miller-Integrators 14, 15.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise des Strom-Impuls-Wandlers 12 wird vorerst angenommen, die Konstantstromquellen +/_s und — I_s seien nicht vorhanden und der Schalter 17 befinde sich in der gezeichneten Stellung, so daß sich dem Eingangsstrom

kann als Phasenverschiebung dieses Wandlers betrachtet werden. Bezogen auf die Netzfrequenz /_;V beträgt die Phasenverschiebung O₁₁ im Bogenmaß

Auch der Strom-Impuls-Wandler 4 kann eine Zeitverzögerung T, aufweisen. Für die Phasenverschiebung di dieses Wandlers gilt analog:

Der Strom-Impuls-Wandler 1 und der Strom-Imnuls-Wandler 4 sind derart dimensioniert, daß die

ters 16 erreicht, kippt dieser in die ursprüngliche I age zurück. Am Ausgang des Schwellenschalters entsteht eine Rechteckimpulsfolge /„ bzw. /,, für die die Beziehung

T — T -Li—Li. = k ■ I

T + T ^c

gilt, wobei Γ, die Impulsdauer, 7\, die Pausendauer und k eine Konstante bedeutet.

Ohne die Wirkung der Konstantstromquellen +/_s und —/_s ist die Impulsfolgefrequenz /„ bzw. /, des Strom-Impuls-Wandlers 12 vom Eingangsstrom

abhängig. Durch die periodische Umschaltung dieser Konstantstromquellen ergibt sich eine Synchronisation der Ausgangsfrequenz des Stroni-Impuls-Wandlers mit der Frequenz des Impulsgenerators 18; /„ bzw. /j ist gleich /_s. Infolge der Synchronisation rcagiert der Strom-Impuls-Wandler nicht augenblicklich, sondern mit einer bestimmten Zeitverzögerung T₁₁ bzw. T₁ auf eine Änderung des Eingangsstromes I₁.. Diese Zeitverzögerung ist zur Synchronisationsfrequenz /_s des Impulsgenerator 18 umgekehrt proportional. Wenn in der Schaltungsanordnung nach der Fig. 1 die Strom-Impuls-Wandler 1 und 4 entsprechend der F i g. 2 ausgeführt werden, können somit beide Wandler gleich dimensioniert, die Synchronisationsfrequenz /_s des Wandlers 1 jedoch etwas kleiner als diejenige des Wandlers 4 gewählt werden, derart, daß die Bedingung d_m = ö_u — O₁ erfüllt ist.

Die F i g. 3 zeigt einen Spannungs-Impuls-Wandler 20 mit einem Schalter 21, der in seiner ersten Schalterstellung eine Spannungsquelle 22 über einen Ladewiderstand 23 an einen Kondensator 24 legt und in seiner zweiten Schalterstellung den Kondensator 24 an den Eingang eines Schwellenschalters 25 schaltet. Ein Schalter 26 legt in seiner ersten Schalterstellung einen Kondensator 27 an den Eingang des Schwellenschalters 25 und in seiner zweiten Schalterstellung über einen Ladewiderstand 28 an eine Spannungsquelle 29. Die Spannungsquelle 22 besteht aus einer Referenzspannungsquelle U₁. und einem Widerstand 30 und die Spannungsquelle 29 ebenfalls aus einer Referenzspannungsquelle U_r und einem Widerstand 31, wobei die Verbindungspunkte der beiden Spannungsquellen U_r mit ihren zugehörigen Widerständen 30 bzw. 31 an die Netzspannung U angeschlossen sind, so daß die Spannungsquelle 22 die Spannung

U_T + -γ und die Spannungsquelle 29 die Spannung

Ur —γ abgibt. Der Eingang des Schwellenschalters 25 ist an eine Stromquelle I₀ und der Ausgang an den Triggereingang eines Flipflops 32 angeschlossen, das die beiden Schalter 21, 26 steuert.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise des Spannungs-Impuls-Wandlers 20 wird angenommen, daß sich die Schalter 21, 26 in der gezeichneten Stellung befinden

und der Kondensator 27 auf die Spannung U_T ^

aufgeladen ist. In der nun folgenden Halbperiode des Spannungs-Impuls-Wandlcrs wird der Kondensator

24 auf den Wert U_r + - - aufgeladen. Gleichzeitig

wird der Kondensator 27 mit einem konstanten Strom /„ entladen. Sobald die Spannung am Kondensator 27 auf den Wert Null gesunken ist, spricht der Schwellenschalter 25 an. Dadurch wird das Flipflop 32 gekippt, und die Schalter 21, 26 schalten ebenfalls um. In der folgenden Halbperiode wird der Kondensator 24 mit dem konstanten Strom /„ entladen und

der Kondensator 27 wieder auf den Wert U_r — yaufgeladen. Am Ausgang des Flipflops 32 entsteht somit eine Impulsfolge /„ bzw. /,, für die die Beziehung

J₁ - T₂ _ _U__

Y₁Tr₂" ~ Yur

Auf eine Änderung des Eingangssignals reagiert der Spannungs-Impuls-Wandler 20 nicht augenblicklich, sondern mit einer Verzögerungszeit

X _ Vr-C

wobei C die Kapazität der Kondensatoren 24 und 2Ί bedeutet. Dieser Spannungs-Impuls-Wandler eigne sich daher ebenfalls vorzüglich zur Anwendung ir der Schaltungsanordnung nach der Fig. 1, und zwai sowohl zur Erzeugung der Impulsfolge f_u als aurt der Impulsfolge /,·.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

nung und der Netzstrom mit Hilfe eines Spannungs-Patentansprüche: wandlers und eines Stromwandlers in proportionale Spannungen mit solchen Werten umgeformt, die für

1. Elektronischer Elektrizitätszähler mit einem eine elektronische Verarbeitung geeignet sind. Ein Spannungs-Impuls-Wandler zur Bildung einer 3 Komparator vergleicht diese Spannungen jeweils mit Impulsfolge, bei der das Verhältnis der Differenz einer Sägezahnspannung. Am Ausgang des Kompazur Summe von Impulsdauer und Pausendauer rators entsteht eine Impulsfolge, bei der das Verder Spannung proportional ist, mit einem einem hältnis der Differenz von Impulsdauer und Pausen-Stromwandler nachgeschalteten Strom-Impuls- dauer zur Summe dieser beiden Größen der Netz-Wandler zur Bildung einer weiteren Impulsfolge, io spannung bzw. dem Netzstrom proportional ist. Eine bei der das Verhältnis der Differenz zur Summe Koinzidenzschaltung spricht jeweils dann an, wenn von Impulsdauer und Pausendauer dem Strom zwei Impulse oder zwei Impulslücken der beiden proportional ist, mit einer Koinzidenzschaltung Impulsfolgen miteinander koinzidieren, und steuert zur Feststellung der Koinzidenz der beiden Im- einen Vorwärts-Rückwärts-Impulszähler derart, daß pulsfolgen and mit einem Impulszähler, der die j 5 die von einem Impulsgenerator erzeugten Referenzvon einem Impulsgenerator erzeugten Referenz- impulse in den Impulszähler hineingezählt oder aus impulse in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der diesem herausgezählt werden, je nachdem, ob Koin-Koinzidenzschaltung zählt, dadurch gekenn- zidenz der beiden Impulsfolgen vorliegt oder nicht, zeichnet, daß der Spannungs-Impuls-Wandler Der jeweilige Zählerstand des Impulszählers ent-(1, 2) und der Strom-Impuls-Wandler (4) 20 spricht dann der bezogenen elektrischen Energie, derart aufgebaut und dimensioniert sind, daß während der zeitliche Mittelwert der Ausgangsfredie Differenz der Phasenverschiebung dieser bei- queaz ein Maß für die elektrische Leistung darstellt, den Wandler der Phasenverschiebung des Strom- Bei einem anderen bekannten Elektrizitätszähler wandlers (3) entspricht. der eingangs genannten Art werden die von einem

2. Elektrizitätszähler nach Anspruch 1, da- 25 Impulsgenerator erzeugten Referenzimpulse jeweils durch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Impuls- dann gezählt, wenn zwei von einem Strom-Impuls-Wandler (1, 2) und der Strom-Impuls-Wandler Wandler und einem Spannungs-Impuls-Wandler er-(4) im wesentlichen gleich aufgebaut und dimen- zeugte Impulsfolgen miteinander koinzidieren. Aus sioniert, jedoch derart unterschiedlich abge- dem Impulszähler werden außerdem Impulse mit glichen sind, daß die Differenz der Phasenver- 30 konstanter Impulsfolgefrequenz herausgezählt. Der Schiebung dieser beiden Wandler der Phasen- jeweilige Zählerstand des Impulszählers entspricht verschiebung des Stromwandlers (3) entspricht. wiederum der elektrischen Energie.

3. Elektrizitätszähler nach Anspruch 1 oder 2, Bei elektronischen Elektrizitätszählern stellt sich dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs- das Problem, den Einfluß des Winkelfehlers des im Impuls-Wandler (1, 2) und der Strom-Impuls- 35 Eingangskreis erforderlichen Stromwandlers auf die Wandler (4) jeweils aus einem Miller-Integrator Meßgenauigkeit des Elektrizitätszählers zu kompen-(14, 15) und einem diesem nachgeschalteten sieren. Eine bekannte Möglichkeit hierzu besteht Schwellenschalter (16) bestehen, welcher über darin, den Winkelfehler des Stromwandlers mit Hilfe einen Schalter (17) die Polarität einer an den Ein- eines Verstärkers und einer Hilfswicklung elektrogang des Miller-Integrators (14, 15) angeschlosse- 40 nisch zu kompensieren, was mit einem beträchtlichen nen Stromquelle (/_r) steuert, daß ein Impulsgene- technischen Aufwand verbunden ist. Eine einfachere rator (18) über einen weiteren Schalter (19) die bekannte Methode besteht in der Reihenschaltung Polarität einer weiteren an den Eingang des eines Vorwiderstandes mit der Primärwicklung eines Miller-Integrators (14,15) angeschlossenen Strom- im Eingangskreis angeordneten Spannungswandlers, quelle (/_s) steuert und daß die Impulsfolgefre- 45 wobei dieser Vorwiderstand derart dimensioniert ist, quenz (/_s) des Impulsgenerators (18) des Span- daß die Winkelfehler des Spannungsmeßkreises und nungs-Impuls-Wandlers (1, 2) kleiner ist als die- des Strommeßkreises gleich groß sind und sich somit jenige des Strom-Impuls-Wandlers (4). auf das Meßresultat nicht auswirken. Die Tendenz

in der Entwicklung elektronischer Elektrizitätszähler

50 geht jedoch dahin, auf einen Spannungswandler im

Eingangskreis überhaupt zu verzichten, so daß der letztgenannte Weg oft außer Betracht fällt.

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Elek- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei

trizitätszähler mit einem Spannungs-Impuls-Wandler einem elektronischen Elektrizitätszähler der eingangs zur Eildung einer Impulsfolge, bei der das Verhältnis 55 genannten Art den Einfluß des Winkelfehlers des der Differenz zur Summe von Impulsdauer und Stromwandlers ohne zusätzlichen technischen Auf-Pausendauer der Spannung proportional ist, mii wand zu kompensieren. Diese Aufgabe wird erfineinem einem Stromwandler nachgeschalteten Strom- dungsgemäß dadurch gelöst, daß der Spannungs-Impuls-Wandler zur Bildung einer weiteren Impuls- Impuls-Wandler und der Strom-Impuls-Wandler derfolge, bei der das Verhältnis der Differenz zur Summe 60 art aufgebaut und dimensioniert sind, daß die Diffevon Impulsdauer und Pausendauer dem Strom pro- renz der Phasenverschiebung dieser beiden Wandler portional ist, mit einer Koinzidenzschaltung zur Fest- der Phasenverschiebung des Stromwandlers entstellung der Koinzidenz der beiden Impulsfolgen und spricht.

mit einem Impulszähler, der die von einem Impuls- Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der

generator erzeugten Referenzimpulse in Abhängigkeit 65 Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert, vom Ausgangssignal der Koinzidenzschaltung zählt. Es zeigt

Bei einem durch die CH-PS 5 38 122 bekannten Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines elektronischen

Elektrizitätszähler dieser Art werden die Netzspan- Elektrizitätszählers,