DE2438212B2 - Elektronischer gleichstrom-wattstundenzaehler - Google Patents

Description

a) einen Generator (19) zur Erzeugung einer jeweils auf ein Startsignal hin von einem bestimmten Ausgangsniveau (0) ansteigenden

für den Generator (19) liefert,

c) eine Torschaltung (23), die vom Spannungskomparator (20) während jedes Zeitinter- ao valls (0-3, 4-6, 7-9) des Anstiegs der Vergleichsspannung offengesteuert ist, um Zählimpulse an ein Verbrauchszählwerk (26) durchzulassen,

d) einen Generator zur Erzeugung von Zählimpulsen, deren maximaler zeitlicher Abstand (T) erheblich kleiner ist als die minimale Toröffnungszeit, sowie

e) einen Steuergenerator zum Starten des die Vergleichsspannung liefernden Generators (19) mittels Impulsen, deren minimaler zeitlicher Abstand (/„) größer ist als die maximale Toröffnungszeit, wobei der Zählimpuls- und der Steuergenerator derart ausgeführt sind, daß wahlweise einer von beiden eine Pulsspannung konstanter Frequenz liefert (Generator 24 bzw. 27), während der jeweils andere eine Pulsspannung liefert, deren Frequenz dem Verbraucherstrom (/) proportional ist (Generator 18).

ein Startsignal hin von einem bestimmten Ausgangsniveau ansteigenden Vergleichsspannung, deren zeitliche Änderung konstant ist und die jeweils auf ein Stopsignal hin schnell auf das Ausgangsniveau zurückgeführt wird,
einen Spannungskomparator, der die Verbraucherspannung mit der Vergleichsspannung des Generators vergleicht und bei Spannungsgleichheit das Stopsignal für den Generator liefert,
eine Torschaltung, die vom Spannungskomparator während jedes Zeitintervalls des Anstiegs der Vergleichsspannung offengesteuert ist, um Zählimpulse an ein Verbrauchszählwerk durchzulassen,

einen Generator zur Erzeugung von Zählimpulsen, deren maximaler zeitlicher Abstand erheblich kleiner ist als die minimale Toröffnungszeit, sowie

einen Steuergenerator zum Starten des die Vergleichsspannung liefernden Generators mittels Impulsen, deren minimaler zeitlicher Abstand größer ist als die maximale Toröffnungszeit, wobei der Zählimpuls- und der Steuergenerator derart ausgeführt sind, daß wahlweise einer von beiden eine Pulsspannung konstanter Frequenz liefert, während der jeweils andere eine Pulsspannung liefert, deren Frequenz dem Verbraucherstrom proportional ist.

2. Zähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuergenerator ein Strom-Frequenz-Umsetzer (18) verwendet ist.

3. Zähler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, 45
dadurch gekennzeichnet, daß der die Vergleichsspannung liefernde Generator (19) ein Sägezahngenerator ist. Anhand zweier Ausführungsbeispiele wird das

4. Zähler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Prinzip des elektronischen Gleichstrom-Wattstundendadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der 5° Zählers gemäß der Erfindung näher erläutert. Zähleinrichtung (26) über e'ne nachgeschaltete Fig. 1 zeigt den zeitlichen Verlauf einer Span-Frequenzteilerstufe (25) derart untersetzt züge- nung U, aufgetragen über der Zeitachse t. Mit 1 ist führt werden, daß die Integration der Impulszahl der konstante Anstieg einer Spannung bezeichnet, von einem Schrittmotor mit nachgeschaltetem me- wobei in an sich bekannter Weise dU/dt = konstant chanischem Rollenzählwerk vornehmbar ist. 55 ist. Diese Spannung kann beispielsweise mit einem

an sich bekannten Sägezahngenerator erzeugt werden. Diese ansteigende Spannung 1 wird mit der zu messenden Spannung U verglichen. Wenn die Gerade

mit der Steigung dU/dt die zu messende Spannung U

erreicht — dies ist im Punkt 2 —, so wird ein Schaltvorgang ausgelöst und gleichzeitig die Sägezahnspannung auf das Ausgangsniveau, das in diesem Falle gleich 0 Volt ist, zurückgestellt. Dieser Punkt ist mit bezeichnet. Mit Hilfe eines Frequenzgenerators, der

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Gleich

strom-Wattstundenzähler. Es ist bereits ein elektro- ⁶5 Impulse konstanter Frequenz abgibt, werden in dem

nischer Gleichstrom-Wattstundenzähler bekanntgeworden (DT-OS 22 37 174), bei dem ein Leistungs-Frequenz-Umsetzer Verwendung findet, wobei ein Zeitintervall des Spannungsanstieges Impulse auf eine Zähleinrichtung gegeben. Beispielsweise kann die Zählfrequenz aus der Netzfrequenz hergeleitet

werden. Die Anzahl der in dem Zeitintervall 0-3 eintreffenden Impulse des Frequenzgenerators ist daher proportional der zu messenden Spannung U.

Der Sägezahnanstieg wird nach einer Zeit r, wiederum eingeleitet, was durch den Punkt 4 in F i g. 1 angedeutet ist. Der Schnittpunkt mit der Spannung U ist mit S bezeichnet. Bei Gleichheit dieser beiden Spannungen wird die Sägezahnspannung wieder auf 0 zurückgesetzt, was durch Punkt 6 angedeutet ist. Die Wiedereinschaltung der Sägezahnspannung zum Zeitpunkt 4 erfolgt nun in Abhängigkeit vom Kehrwert des Stromes, d. h. r, ist proportional l/I. Zum Zeitpunkt 7 wird nach einer Zeit U, die ebenfalls umgekehrt proportional dem Strom ist, wiederum die Sägezahnspannung eingeleitet, die bei 8 mit der zu messenden Spannung verglichen und bei 9 auf das Ausgangsniveau zurückgestellt wird. Daran schließt sich wiederum nach einer dem Kehrwert des zu messenden Stromes proportionalen Zeitspanne t₃ ein Sägezahnimpuls an, der bei 10 beginnt, bei 11 die Spannung U erreicht und bei 12 wieder zurückgestellt wird. Werden nun die in den Zeitintervallen 0 bis 3, 4 bis 6, 7 bis 9 und 10 bis 12 eingehenden Impulsfolgen gezählt, so ist die Gesamtzahl dieser Impulse gleich der elektrischen Arbeit U-IT, wobei T ein bestimmtes Zeitintervall betrifft, welches je nach der erforderlichen Genauigkeit der Msssung mehr oder weniger einzelne Meßperioden t_r bis /„ umfaßt.

Das erfindungsgemäße Prinzip des Gleichstrom-Wattstundenzählers läßt sich in relativ einfacher Weise realisieren, da nur wenige Baugruppen Verwendung finden. In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel angedeutet. Mit 15 ist eine stromführende Leitung bezeichnet, an die ein Verbraucher 16 angeschlossen ist. Mit 17 ist ein Shunt bezeichnet, am dem ein Strom-Frequenz-Umsetzer 18 angeschlossen ist. Dieser gibt eine Frequenz / ab, die dem Strom I proportional ist. Der zeitliche Abstand t_n der Impulse entspricht dann dem T.ehrwert des Stromes MI, da

tn — γ ist. Der Ausgang des Strom-Frequenz-Umsetzers 18 ist mit dem Eingang eines Sägezahngenerators 19 verbunden. Der Ausgang des Sägezahngenerators 19 ist mit einem Komparator 20 verbunden, welcher über seinen anderen Eingang, beispielsweise über einen Widerstand 21, eine der Netzspannung U proportionale Spannung erhält. Der Ausgang des Komparator ist mit einem Eingang eines UND-Gatters 23 verbunden, welches an seinem anderen Eingang von einem Frequenzgenerator 24 Impulse konstanter Frequenz erhält. Der Ausgang des Komparators steht über eine Umkehrstufe 22 mit dem Rücksetzeingang R des Sägezahngenerators 19 in Verbindung. Der Ausgang des UND-Gatters 23 ist zweckmäßigerweise über eine Frequenzteilerstufe 25 mit einem Zählwerk 26 verbunden. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, die Zählfrequenz so 7u untersetzen, daß die Integration der Impulszahl über einen Schrittmotor mit nachgeschaltetem mechanischem Rollenzählwerk erfolgen kann. Dies hat Jen Vorteil, daß bei Ausfall der zu messenden Spannung der Zählerstand nicht verlorengehen kann; außerdem wird dadurch der Aufwand erniedrig;

Der in Fig. 2 dargestellte Wattstundenzähler arbeitet wie folgt: Bei einem Impuls des Strom-Frequenz-Umsetzers 18 wird der Sägezahngenerator 19 und damit auch der Komparator 20 eingeschaltet. Letzterer gibt Signal an das UKD-Gatter 23, so daß der Generator 24 mit konstanter Frequenz in das Zählwerk 26 einzahlt Sobald der Komparator 20 die Gleichheit der Sägezahnspannung mit der Spannung U feststellt, verschwindet am Ausgang des Komparators 20 das Signal, so daß das UND-Gatter 23 die Impulse vom Generator 24 sperrt. Gleichzeitig wird die Sägezahnspannung durch Abschalten des

ίο Sägezahngenerators auf das Ausgangsniveau zurückgeführt. Nach einer Zeit f„ die proportional Ml ist, gibt der Strom-Frequenz-Umsetzer den nächsten Impuls ab und der beschriebene Vorgang wiederholt sich.

Es versteht sich von selbst, daß der zeitliche Abstand t_x bis t„ so gewählt werden muß, daß keine Überschneidung mit den ansteigenden Spannungen entsteht

In F i g. 3 ist eine andere Variante dargestellt, wo-

ao bei sinngemäß gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Über der Zeit T ist wiederum die Spannung U aufgetragen, wobei zum Verständnis der Spannungseinbruch übertrieben dargestellt ist. Die Variante gemäß F i g. 3 unterscheidet sich von der in F i g. 1 dargestellten nur dadurch, daß die Zeitintervalle fj der wiederkehrenden Sägezahnspannungsanstiege 0-4, 4-7, 7-10 usw. konstant sind. Das heißt, /j ist konstant. Diese konstanten Zeitintervalle können beispielsweise aus der Netzfrequenz abgeleitet sein. In den Zeitintervallen des Spannungsanstieges 0-3, 4-6, 7-9 und 10-12 wird dann mit einer Frequenz eingezählt, die dem Meßstrom proportional ist, so daß der zeitliche Abstand der einzelnen Zählimpulse T = MI beträgt.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern vie in F i g. 2 bezeichnet sind. Ein Frequenzgenerator 27 gibt die Zeit /, vor, die dem Abstand der Impulse des Frequenzgenerators 24 entspricht. Bei jedem Impuls

wird der Sägezahngenerator 19 eingeschaltet. Über den Komparator 20 wird dann dessen Spannung mit der Netzspannung U verglichen. Während des Spannungsanstieges des Sägezahngenerators 19 erhält das UND-Gatter 23 von dem Komparator 20 auf seinen einen Eingang Signal, so daß in dieser Zeit vom Strom-Frequenz-Umsetzer 18 Impulse über den anderen Eingang des UND-Gatters 23 sowie über den Untersetzer 25 auf die Zähleinrichtung 26 gegeben werden. Sobald nun der Komparator 20 die Gleichheit der konstant ansteigenden Spannung mit der Netzspannung V feststellt, verschwindet an seinem Ausgang das Signal, und das UND-Gatter 23 wird gesperrt. Die Impulse, deren Abstand dem Kehrwert des Stromes entspricht, können nun nicht mehr durch

das UND-Gatter 23 gehen. Gleichzeitig wird der Sägezahngenerator 19 durch einen Impuls über die Umkehrstufe 22 zurückgestellt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 könnten sich die Meßperioden überschneiden, wenn die

Spannung U einen bestimmten vorgegebenen Maximalwert überschreitet. Dies würde dann zu Meßfehlern führen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 kann dieser Fall nur bei Überschreitung einer vorgegebenen zulässigen Meßspannung U eintreten. Seitens des Meßstromes / besteht aber keine Einengung des Meßbereiches.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

nach dem Ladungsmengenkompensationsverfahien arbeitender Spannungsimpulsgeber Impulse mit spannungsproportionaler Frequenz abgibt und ein ebenfalls nach dem Ladungsmengenkompensationsver-5 fahren arbeitender Stromimpulsgeber verwendet ist, wobei die Ladung der kompensierenden Ladungsimpulse proportional der Periodendauer des Spannungsimpulsgebers ist, so daß die Impulsfrequenz von dem Stromimpulsgeber dem Produkt aus Strom Vergleichssparmung, derenV Zeitliche °Ande- ίο und Spannung, also der Leistung proportional ist. rung konstant ist und die jeweils auf ein Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stopsignal hin schnell auf das Ausgangs- elektronischen Gleichstrom-Wattstundenzähler zu niveau zurückgeführt wird, schaffen, der weniger aufwendig ist als der bekannte b) einen Spannungskomparator (20), der die bei hinreichender Meßgenauigkeit. Der elektronische Verbraucherspannung (U) mit der Ver- 15 Gleichstrom-Wattstundenzähler gemäß der Erfindung gleichsspannung des Generators vergleicht ist gekennzeichnet durch und bei Spannungsgleichheit das Stopsignal "" " einen Generator zur Erzeugung einer jeweils auf Patentansprüche:

1. Elektronischer Gleichstrom-Wattstundenzähler, gekennzeichnet durch