DE2630959A1 - KILOWATT-HOUR METER WITH STATIC MEASURING SYSTEM - Google Patents
KILOWATT-HOUR METER WITH STATIC MEASURING SYSTEMInfo
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- G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
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Description
HELIOLIATT-IjJERKE ' 1 Berlin 12, den 1. Juli 1976HELIOLIATT-IjJERKE '1 Berlin 12, July 1, 1976
Elektrizitäts-Gesellschaft mbH klilmersdorfer Str. 39Elektrizitäts-Gesellschaft mbH klilmersdorfer Str. 39
Kilawattstundenzähler mit statischem MeßwerkKilawatt hour meter with static measuring mechanism
Die Erfindung betrifft einen Kilowattstundenzähler mit statischem Meßwerk, insbesondere für Drehstromnetze mit Spannungsteilern und Stromwandlern zur Pegelanpassung, mit einer Stromversorgung für die elektronischen Bauelemente und mit einer Anzeigeeinrichtung.The invention relates to a kilowatt hour meter with a static measuring mechanism, in particular for three-phase networks with voltage dividers and current transformers for level adjustment, with a power supply for the electronic components and with a display device.
Bekannte derzeitig verwendete Kilowattstundenzähler mit statischen Meßwerken arbeiten mit analogen Signalverarbeitungsmethoden, vorzugsweise nach dem timeriivision-Uerfahren mit anschließender Strom-Frequenz-Umsetzung. Für einen wirtschaftlichen Drehstromzähler sind diese l/erfahren ungeeignet, da bei analoger Signalverarbeitung genaue und damit teure Bauelemente verwendet werden müssen, deren zeitliche Inkonstanz das Meßergebnis zusätzlich verfälscht.Known currently used kilowatt hour meters with static measuring mechanisms work with analog signal processing methods, preferably according to the timerivision approach with subsequent current-frequency conversion. For an economic one Three-phase electricity meters are unsuitable because they are analogue Signal processing precise and therefore expensive components must be used, the temporal inconsistency of which additionally falsifies the measurement result.
Die Energieversorgungsunternehmen erwarten, daß ein Kilowattstundenzähler viele Gehre hindurch unkontrolliert im Wetz belassen werden kann und daß ein solches Serät zwanzig bis dreißig Jahre funktionsfähig bleibt.The utility companies expect a kilowatt-hour meter to do a lot Hear through uncontrolled can be left in the net and that such a thing Serät remains functional for twenty to thirty years.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drehstromzähler mit statischem Meßwerk zu schaffen, der sowohl die Anforderungen an die Meßgenauigkeit und deren Langzeitkonstanz als auch an die Zuverlässigkeit bei geringen Herstellungskosten erfüllt.The object of the invention is to provide a three-phase current meter with a static measuring mechanism create that meets both the requirements for measurement accuracy and its long-term constancy as well as the reliability at low manufacturing costs.
Diese Aufgabe ist durch die Erfindung gelöst, wie sie in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche dargestellt ist. Sie beruht im wesentlichen darauf, daß die Meßuertverarbeitung soweit wie möglich digital, damit fehler- und driftfrei, erfolgt, daß durch eine automatische Nullpunkt- und Eichungskorrektur der Einfluß der Bauelemente bzw. Schaltungsteile des Zählers, die die Meßgrößen analog verarbeiten, auf das Meßergebnis bis auf einen restlichen Linearitätsfehler eliminiert wird, daß ein Multiplexverfahren und als wesentliches Kennzeichen der Erfindung ein Mikrocomputer für die Steuerung und die Meßwertverarbeitung, dem ein ader zwei Anaiag-/Digital-üJandler vorgssstzt sind, angewendet werden.This object is achieved by the invention as described in the characterizing parts of the claims is shown. It is essentially based on the fact that the measurement processing is digital as far as possible, thus free of errors and drift, takes place that by an automatic zero point and calibration correction the influence the components or circuit parts of the meter that process the measured variables in an analog manner, on the measurement result is eliminated except for a residual linearity error is that a multiplexing process and, as an essential characteristic of the invention, a microcomputer for the control and the measured value processing, the one or two analog / digital transmitters are used.
10 S C >~ <0 S 1 8 1 0 SC > ~ <0 S 1 8
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, die aus 5 Figuren besteht. Dabei zeigt dieThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which from Consists of 5 figures. The
Fig. 1 ein zweikanaliges Multiplexsystem, dieFig. 1 shows a two-channel multiplex system, the
Fig. 2 ein einkanaliges Multiplexsystem, dieFig. 2 shows a single-channel multiplex system, the
Fig. 3 ein einkanaliges Multiplexsystem, bei dem sämtliche Eingangsgrößen als Stromsignale vorliegen, dieFig. 3 shows a single-channel multiplex system in which all input variables as Current signals are present that
Fig. k eine Übersicht der Signalabtastmöglichkeiten zur Berechnung der Augenblicksleistung, und dieFig. K shows an overview of the signal sampling options for calculating the instantaneous power, and the
Fig. 5 die Abtastfolge einer Spannung und eines Stromes zur Bildung der Augenblicksleistung. 5 shows the scanning sequence of a voltage and a current to form the instantaneous power.
Da ein Computer nur Digitalwerte verarbeiten kann, müssen zunächst die drei Spannungs-/Strotii-Paare der drei Phasen des Drehstramnetzes in entsprechende Digitalwerte umgesetzt werden. Hierbei ist zu beachten, daß zur Erfassung der Wirkleistung die zeitliche Zuordnung der Spannung und des Stromes einer Phase erhalten bleiben muß. Zur Einhaltung vorgegebener Fehlergrenzen darf bei Drehstromzählern höchstens ein Fehler von einigen LJinkelminuten auftreten; dieses entspricht bei 5Ü Hz einem Zeitfehler von einigen MikroSekunden.Since a computer can only process digital values, the three Voltage / Strotii pairs of the three phases of the three-phase network into corresponding digital values implemented. It should be noted that the time allocation of the voltage and the current of a phase is used to determine the active power must be preserved. In order to comply with the specified error limits, three-phase meters at most an error of a few angular minutes occur; this corresponds to a time error of a few microseconds at 5 ° Hz.
Verwendet man zwei Analog-/Digital-liJandler und einen zweikanaligen Multiplexer, so kann man einen Zeitfehler auf Hosten des Aufwands vermeiden (Fig. 1).If you use two analog / digital liJandlers and a two-channel multiplexer, so one can avoid a time error on hosting the expense (Fig. 1).
vorteilhafterweise uird jedoch ein Analag-zOigital-Uandler und ein einkanaliger Multiplexer mit zunächst sechs Eingängen verwendet. Hierbei werden z.B. die sechs Meßgrößen in folgender Reihenfolge von dem Multiplexer an den Analog-/Digital-Uandler angelegt, nacheinander in Digitalwerte umgesetzt und dem Computer zur Weiterverarbeitung zugeführt:however, an analog-to-digital converter and a single-channel converter are advantageously used Multiplexer with initially six inputs used. For example, the six Measured variables in the following order from the multiplexer to the analog / digital converter created, successively converted into digital values and sent to the computer Further processing supplied:
UR - 1R - US - 1S - ÜT - 1T U R - 1 R - U S - 1 S - Ü T - 1 T
Zwischen dem Abtastzeitpunkt, z.B. der Spannung LL und dem Abtastzeitpunkt des zugehörigen Stromes I1 tritt durch das Multiplexen ein Zeitversatz auf, dessen Betrag von der Multiplexfrequenz abhängt.Between the sampling time, for example the voltage LL and the sampling time of the associated current I 1 , the multiplexing causes a time offset, the amount of which depends on the multiplex frequency.
Da durch das Multiplexen jede Meßgröße abgetastet wird, bestimmt sich ihre Höhe im wesentlichen daraus, welche Harmonische noch erfaßt werden sollen. WirdSince each measured variable is scanned by the multiplexing, its height is determined essentially from which harmonics are still to be detected. Will
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angenommen, daß höhere als die zehnte Harmonische keine Rolle mehr spielen, so idürde eine Abtastfrequenz ν/απ 1 kHz ausreichen. Nimmt man 2 kHz, so benötigt man unter Einschluß des (\iullungs- und des Eichungszyklus1 mindestens 16 kHz = 60 μΞ. Zwischen der Abtastung einer Spannung und des zugehörigen Stromes liegt in diesem Fall eine Zeit von 6D μΞ; hierdurch wird die Messung der Wirkleistung bereits unzulässig verfälscht.assuming that higher than the tenth harmonic no longer play a role, a sampling frequency ν / απ 1 kHz would be sufficient. If 2 kHz is used, including the (\ iullungs- and calibration cycle 1) at least 16 kHz = 60 μΞ. In this case, there is a time of 6D μΞ between the sampling of a voltage and the associated current; this makes the measurement of the Active power already inadmissibly falsified.
(denn der Multiplexer, der Analog-/Digital-Lüandler und der Computer so schnell sind, daß sich die Multiplexfrequenz so weit erhöhen läßt, daß der verbleibende Zeitfehler vernachlä'ssigbar wird, dann brauchen keine weiteren Maßnahmen ergriffen zu werden. Für den Computer ist die Multiplikation zweier Zahlen in wenigen Mikrosekunden problematisch; diese Forderung läßt sich praktisch nur durch Parallel-Multiplikation erfüllen.(because the multiplexer, the analog / digital Lüandler and the computer are so fast are that the multiplex frequency can be increased so far that the remaining Time errors become negligible, then no further measures need to be taken to become. For the computer, multiplying two numbers in a few microseconds is problematic; this requirement can practically only be met by parallel multiplication fulfill.
Dies bedeutet, daß ein schneller Computer einzusetzen ist, der eine unnötige Verteuerung des Gerätes darstellt. Im folgenden werden daher einige V/erfahren erläutert, mit denen der bei langsamer Abtastung entstehende Zeitfehler weitgehend kompensierbar ist, so daß für die Meßwertverarbeitung ein Computer mit bedeutend geringerer Leistungsfähigkeit eingesetzt werden kann.This means that a faster computer has to be used, which is unnecessarily expensive of the device. In the following, therefore, some methods are explained with which the time error occurring during slow scanning can be largely compensated, so that a computer is important for the processing of the measured values lower performance can be used.
Das erste l/erfahren sieht analoge \/erzügerungsglieder vor, die in die Zuleitungen zum Multiplexer bei den jeweils später abgetasteten drei Meßgrößen eingeschleift werden. Wird von dem im vorigen Beispiel angenommenen Zahlenwert von 60 με ausgegangen, so ist eine derartige Verzögerung schwierig herzustellen und über lange Zeiträume konstant zu halten. Bei höheren Multiplexfrequenzen, wenn der Zeitfehler ohnehin schon klein ist, erscheint dieses Verfahren jedoch durchaus brauchbar, um diesen restlichen Fehler weitgehend zu kompensieren.The first l / experienced envisages analog \ / training elements that go into the supply lines looped into the multiplexer for each of the three measured variables sampled later will. If the numerical value of 60 με assumed in the previous example is assumed, so such a delay is difficult to establish and is long Keep time periods constant. At higher multiplex frequencies when the timing error is already small anyway, this method appears to be quite useful in order to largely compensate for this remaining error.
Durch die Patentanmeldung P 25375W.9 ist bekannt, daß der bei einkanaligem MuI-tiplexen unvermeidbar auftretende Zeitfehler nutzbringend zur Hampensation anderweitig im Elektronikzähler entstandener Signalverzögerungen bzw. üJinkelfehler verwendbar ist, indem dafür gesorgt wird, daß Vorzeichen und Betrag beider Verzögerungen sich aufheben. Durch den Betrag wird allerdings die Multiplexfrequenz festgelegt, was u.U. anderen Forderungen widersprechen könnte.From the patent application P 25375W.9 it is known that the one-channel multi-tiplexing unavoidably occurring time errors useful for hitching elsewhere Signal delays or angle errors in the electronic meter can be used by ensuring that the sign and magnitude of both delays cancel each other out. The amount, however, determines the multiplex frequency stipulates what might contradict other requirements.
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Erfindungsgemäß uiird vorgeschlagen, daß der Computer zunächst stets einige Abtastuierte speichert, bevor er sie auswertet. Diese Speicheriuerte sind in vielfältigerweise zu Interpolations- bzw. Extrapolationsrechnungen zu benutzen.According to the invention, it is proposed that the computer initially always scan a few times saves before it evaluates it. These storage values are varied to use for interpolation or extrapolation calculations.
Im einfachsten Fall läßt sich durch eine Änderung der Abtastreihenfolge:In the simplest case, by changing the scanning sequence:
UR - 1R - UR - US - 1S - US - UT - 1T - UT U R - 1 R - U R - U S - 1 S - U S - U T - 1 T - U T
eine sehr genaue Interpolationsmöglichkeit schaffen.create a very precise interpolation option.
Der Multiplexer benötigt in diesem Fall nicht mehr Eingänge, d.h. unter Einschluß der Nullpunkt- und der Eichungskorrektur acht Eingänge. Die Anzahl der Takte pro Multiplexerzyklus uiird jedoch erhöht. Der Computer kann nun aus den beiden Spannungsabtastuierten, die den zugehörigen Stromuert zeitlich gesehen beidseitig umgeben, durch lineare Interpolation den fehlenden Spannungsuiert errechnen und diesen dann mit dem betreffenden Stromuiert zur Ermittlung der Augenblicksleistung multiplizieren.In this case the multiplexer does not need any more inputs, i.e. with inclusion the zero point and calibration correction eight inputs. The number of bars per However, the multiplexer cycle is increased. The computer can now use the two voltage-scanned, which surround the associated Stromuert on both sides in terms of time, use linear interpolation to calculate the missing voltage and then use the relevant current to determine the instantaneous power multiply.
Eine weitere Abtastreihenfolge ist:Another sampling order is:
UR - UR - 1R - US - US - 1S - UT - UT - 1T U R - U R - 1 R - U S - U S - 1 S - U T - U T - 1 T
aus der der Computer den zum Stromuiert zeitlich zugehörigen Spannungsuiert durch Extrapolation berechnet.from which the computer determines the voltage associated with the current Extrapolation calculated.
Um die Erhöhung der Taktzahl pro Multiplexerzyklus zu vermeiden, läßt sich auch eine zeitlich weiter ausgreifende Interpolation realisieren. Hierbei folgen nicht mehr gleiche Multiplexerzyklen aufeinander, sondern es werden alternierend zuerst die drei Spannungen: LL-LL- LL und im nächsten Multiplexerdurchlauf die drei Ströme: In - I„ - Ix abgetastet. Der Computer interpoliert nunmehr den zu einem Stromuiert zeitlich zugehörigen Spannungsuiert aus den beiden Spannungswerten, die dem vorhergehenden und dem nachfolgenden Multiplexerzyklus entnommen sind. Bei ausreichend hoher Multiplexfrequenz bleibt der entstehende Interpolationsfehler ausreichend klein.In order to avoid increasing the number of clocks per multiplexer cycle, an interpolation that extends further over time can also be implemented. In this case, the same multiplexer cycles no longer follow one another, but first the three voltages: LL-LL-LL and in the next multiplexer cycle the three currents: I n - I "- I x are sampled alternately. The computer now interpolates the voltage value associated with a current calculation from the two voltage values taken from the preceding and the following multiplexer cycle. If the multiplex frequency is sufficiently high, the resulting interpolation error remains sufficiently small.
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Grundsätzlich ist es gleichgültig, ob die Spannungs- ader die Stramwerte durch Interpolation ermittelt werden. Bei dem l/erfahren mit Doppelabtastung der Spannungen oder der Ströme ist es jedoch zweckmäßig, die Ströme öfter abzutasten, da die Netzspannung im allgemeinen recht gut sinusförmig ist, mährend der Strom, z.B. durch thyristorgesteuerte Verbraucher, stark verzerrt sein kann, sg daß er durch die häufigere Abtastung genauer erfaßt wird.In principle, it does not matter whether the voltage wire carries the current values Interpolation can be determined. In the case of the l / experienced with double sampling of the voltages or the currents, however, it is useful to sample the currents more often, since the mains voltage is generally quite sinusoidal, while the current, e.g. by thyristor-controlled consumers, can be heavily distorted, so-called that it is more accurately detected by the more frequent scanning.
Bei der Interpolation ist es auch möglich, die Mittelwertbildung auf der Ebene der Augenblicksleistung vorzunehmen, d.h. z.B. bei der Abtastreihenfalge U-I-U kann man auch zunächst den ersten Spannungswert mit dem Stromwert multiplizieren, sodann den zweiten und über die beiden Produkte mitteln.With interpolation it is also possible to calculate the mean value on the plane the momentary power, i.e. e.g. in the case of the sample series U-I-U can also be the first voltage value with the current value multiply, then the second and average over the two products.
In Fig. 5 ist gezeichnet, wie - ohne Berücksichtigung des Multiplexens der drei Phasen - eine Spannung u(t) und ein zugehöriger Strom i(t) abgetastet werden. Die Anzahl der Abtastungen sei mit π bezeichnet. Die einzelnen Abtastuierte werden wie folgt miteinander multipliziert:In Fig. 5 it is drawn how - without taking into account the multiplexing of the three Phases - a voltage u (t) and an associated current i (t) are sampled. Let the number of samples be denoted by π. The individual scanned are multiplied as follows:
puiCt) = H (V1 + Vz + "2*3 + — 1Cn-Z)11Cn-I) * V p ui Ct) = H ( V1 + Vz + "2 * 3 + - 1 Cn-Z) 11 Cn-I) * V
Durch Einsetzen der Funktionswsrts ergibt sich allgemein:By inserting the function code the following results are generally obtained:
Das Ergebnis für den relativen Meßfehler der Leistung ist:The result for the relative measurement error of the power is:
Der Fehler ist weder von der Aussteuerung noch von der Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom abhängig, sondern nur von der Anzahl der Abtastwerte -TD Psriods. Die Periode und die Anzahl der Abtastwerte pro Periode sind jedoch ]:;-n£'':-antEn· dar MeBfshlsr kann daher sinraalig mit eingeeicht werden und fälltThe error is neither dependent on the modulation nor on the phase shift between voltage and current, but only on the number of sample values -TD Psriods. However, the period and the number of samples per cycle are]: -n £ '': - · represents distinctive MeBfshlsr can therefore sinraalig eingeeicht with and falls
somit heraus. Für einen Meßfehler v/an 1 % ergeben sich mindestens kk Abtastungen pro Periode (2ü ms); dies führt auf eine Abtastfrequenz van 2,2 kHz. Es spielt dabei keine Rolle, ob die Abtastwerte van Spannung und Strom in ein und demselben Multiplexerzyklus oder in alternierenden Multiplexerzyklen gewannen werden; für den Meßfehler ist nur der Zeitabstand maßgebend.thus out. For a measurement error v / an 1 % there are at least kk samples per period (2 ms); this leads to a sampling frequency of 2.2 kHz. It does not matter whether the voltage and current samples are obtained in one and the same multiplexer cycle or in alternating multiplexer cycles; only the time interval is decisive for the measurement error.
Bei alternierenden Zyklen reduziert sich die Anzahl der Takte in einem Abtastzyklus auf vier, wobei die Reihenfolge z.B. so aussieht:With alternating cycles, the number of clocks in a sampling cycle is reduced to four, whereby the order looks like this, for example:
UR - Us - UT - Null IR - I5 - Lj. - Referenzspannung UR - U5 - LL -U R - U s - U T - Zero I R - I 5 - Lj.- Reference voltage U R - U 5 - LL -
Null IR - I„ usuj.Zero I R - I "usuj.
Theoretisch ist es möglich, im Augenblick des Abtastens einer Größe, z.B. einer Spannung, den zugehörigen Wert der anderen Größe, z.B. eines Stromes, analog ztüischenzuspeichern, so daß ein zeitlich zusammengehöriges Paar zur Produktbildung zur Uerfügung steht. Praktisch ist dies schmierig, da bei Kilawattstunden-Zählern der Meßfehler über den gesamten Meßbereich relativ zum jeweiligen Meßwert konstant bleibt, so daß auch noch sehr kleine liierte genau erfaßt werden müssen. Bereits die Einstreuung durch die Schaltimpulse würde bei Uerwendung eines Analogspeichers kleine gespeicherte Werte erheblich verfälschen.Theoretically it is possible, at the moment of scanning a quantity, e.g. a Voltage, the corresponding value of the other quantity, e.g. a current, analog ztüischenzuspeichern so that a temporally related pair for product formation is available. In practice, this is greasy, as with kilawatt-hour meters the measurement error remains constant over the entire measurement range relative to the respective measurement value, so that even very small lines must be precisely recorded. Even the interference from the switching impulses would when using a Analog memory considerably falsify small stored values.
Nachdem erfindungsgemäß die bei einkanaligem Multiplexen auftretenden Probleme gelöst sind, verbleibt als Fehlerquelle hauptsächlich der Analog-Digital-Wandler, denn die nachfolgende digitale Weiterverarbeitung durch den Computer ist als fehlerfrei anzusehen.According to the invention, the problems occurring with single-channel multiplexing are solved, the main source of error is the analog-to-digital converter, because the subsequent digital processing by the computer is to be regarded as error-free.
In jedem einzelnen - oder bei alternierenden Multiplexerzyklen z.B. in jedem zweiten Multiplexerzyklus - ist ein Nullungstakt enthalten, in dem der Eingang des Analog-/Digital-Wandlers über den Multiplexer auf Nullpatential geschaltet wird. Gibt der Analog-Digital-Wandler einen van Null verschiedenen Digitalwert an den Computer, sd stellt dieser die Abweichung fest und speichert den Wert, um anschließend jeden weiteren vom Analog-Digital-Wandler angelieferten Digitaluiert vor der Auswertung damit zu korrigieren. Wegen der raschen Folge von Nullungstakten werden auch relativ schnell verlaufende Nullpunktwanderungen des Analog-/ Digital-Wandlers ausgeregelt. Somit entfällt ein Nullpunktfehler über die gesamte Lebensdauer des Gerätes.In every single - or with alternating multiplexer cycles, e.g. in every second one Multiplexer cycle - contains a zeroing cycle in which the input of the analog / digital converter is switched to zero potential via the multiplexer. If the analog-to-digital converter specifies a digital value that differs from zero the computer, sd this determines the deviation and saves the value to then digitized every further delivered by the analog-digital converter to be corrected with it before the evaluation. Because of the rapid sequence of zeroing cycles relatively fast zero point drifts of the analog / Digital converter regulated. This means that there is no zero point error over the entire process Lifespan of the device.
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- T- - T-
In jedem Multiplexerzyklus - oder bei alternierenden Zyklen in jedem zweiten wird der Eingang des Analng-/Digital-liJandlers über den Multiplexer an eine Referenzspannung geschaltet, deren Sollwert im Speicher des Computers enthalten ist. Liefert der Analog-/Digitalujandler einen wan diesem Sollwert abdeichenden Digitalisiert, so stellt der Computer die Abweichung fest, speichert den Korrekturfaktor und korrigiert anschließend jeden angelieferten Ldert, nachdem er zuvor den Nullpunktfehler berücksichtigt hatte. Damit entfällt der Eichungs- bzw. Steigungsfehler über die gesamte Lebensdauer des Gerätes.In every multiplexer cycle - or in every other cycle in the case of alternating cycles the input of the analog / digital converter via the multiplexer to a reference voltage whose setpoint is contained in the computer's memory. If the analog / digital handler delivers a digitized value that is dyed against this setpoint, this is how the computer determines the deviation and saves the correction factor and then corrects each delivered goods after having previously received the Had taken zero point errors into account. This eliminates the calibration or slope error over the entire service life of the device.
Als Restfehler verbleibt die Linearitütsabweichung der Analog-/Digital-LJandler-Umsetzer-Kennlinie, die jedoch immer genügend klein gehalten werden kann, da sie praktisch nur von der Präzision einer kliderstandsteilerkette abhängt.The residual error is the linearity deviation of the analog / digital LJandler converter characteristic, which, however, can always be kept sufficiently small, since it practically only depends on the precision of a resistor divider chain.
üJegen der Forderung nach konstantem relativem Meßfehler im gesamten Heßbereich ist es unzweckmäßig, mit einer linearen Analag-/Digital-U)andler-Umsetzer-Hennlinie zu arbeiten, die einen aufwendigeren Analog-/Digital-lilandler benötigt, dessen Genauigkeit bei großen Meßwerten nicht ausgenützt würde. Erfindungsgemäß wird deshalb eine nichtlinear gestufte Kennlinie bevorzugt, die solcherart ist, daß der relative Meßfehler an jedem Punkt der Kennlinie gleich ist. Die an sich hierfür geeignete logarithmische Stufung wird vorteilhaft durch die leichter zu realisierende binäre Stufung ersetzt. Selbstverständlich ist durch ein geeignetes Programm des Computers jede beliebige Analog-/Digital-Llandler-Umsetzer-Kennlinie zu berücksichtigen. Alle bisher aufgeführten Schaltungsteile des elektronischen Energiezählers - der Multiplexer M, der Mikrocomputer MC und der Analog-digital-wandler AD - sind einschließlich der Widerstände des Analog-/Digital-LJandlers monolithisch integrierbar.üBased on the requirement for constant relative measurement errors in the entire measuring range it is inexpedient to use a linear analog / digital converter / converter line to work that requires a more complex analog / digital lilandler, its accuracy would not be used for large measured values. According to the invention, a non-linearly stepped characteristic is therefore preferred which is such that the relative measurement error is the same at every point on the characteristic curve. The logarithmic graduation, which is suitable per se for this, is advantageous because it is easier to implement binary gradation replaced. It goes without saying that any desired analog / digital / Llandler converter characteristic curve can be created using a suitable program on the computer consider. All circuit parts of the electronic energy meter listed so far - The multiplexer M, the microcomputer MC and the analog-digital converter AD - including the resistors of the analog / digital converter are monolithic integrable.
Bei einem Drehstramzähler werden z.B. Spannungsteiler und Stromwandler, etwa Ferrit-Schalenkern-Stromwandler mit oder ohne elektronische Fehlerkompensation, verwendet. Uahlweise können der Multiplexer und der Analog-/Digital-klandler sämtliche Eingangssignale in Form von Spannungen oder von Strömen verarbeiten, wobei sich Ströme leichter über den Multiplexer durchschalten lassen; auch der Komparator des Analog-/Digital-wandlers vergleicht vorzugsweise Ströme statt Spannungen.In a three-phase meter, for example, voltage dividers and current transformers, such as ferrite pot-core current transformers, are used with or without electronic error compensation. Optionally, the multiplexer and the analog / digital clerk can do all of them Process input signals in the form of voltages or currents, whereby currents can be switched through more easily via the multiplexer; also the comparator of the analog / digital converter preferably compares currents instead of voltages.
In jedem Fall müssen die sechs Eingangsgrößen heruntergeteilt werden, damit sie von der Elektronik verarbeitet werden können. Bei der Fertigung eines solchenIn any case, the six input variables must be divided down so that they can be processed by electronics. When manufacturing one
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Zählers sind demnach z.B. die Spannungsteilerverhältnisse und Bürdenwiderstände der Stromwandler auf ihre Sollwerte abzugleichen. Derartige Abgleichvorgänge erfordern teure abgleichbare Bauteile und sind besonders arbeitsintensiv.Counters are e.g. the voltage divider ratios and load resistances adjust the current transformer to their setpoints. Such adjustments require expensive adjustable components and are particularly labor-intensive.
Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch behoben, daß grundsätzlich sämtliche Abgleicharbeiten entfallen, indem sie durch entsprEchende ProgrammiErung in einem Speicher ersetzt werden. Hierzu werden bei jedem einzelnen Berät in einem vorzugsweise vollautomatischen Prüfvorgang die tatsächlichen Istwerte der Spannungsteilerverhältnisse, Stromwandlerübersetzungsverhältnisse (einschließlich der Bürdenwiderstände) und der Referenzspannung gemessen und entsprechende Korrekturwerte in einen dem Computer zugänglichen Speicher eingeschrieben. Zweckmäßig wird hierfür ein programmierbarer Festwertspeicher (PROM) verwendet, der in dem Computerschaltkreis enthalten ist und von der Prüfvorrichtung automatisch programmiert wird. Sofern ein wiederholt programmierbarer Festwertspeicher (RePRDM) verwendet wird, lassen sich spätere Nacheichungen des Zählers wieder mit derselben Prüfapparatur durch Einprogrammieren neuer Werte bewerkstelligen.This disadvantage is eliminated according to the invention in that basically all Adjustments are no longer necessary because they are programmed in be replaced in a memory. For this purpose, each individual advisory in a preferably fully automatic test process the actual values of the voltage divider ratios, Current transformer transformation ratios (including the load resistances) and the reference voltage measured and corresponding correction values written in a memory accessible to the computer. A programmable read-only memory (PROM) is expediently used for this, the is included in the computer circuit and automatically operated by the test apparatus is programmed. If a repeatedly programmable read-only memory (RePRDM) is used, the meter can be recalibrated later with the same test equipment by programming in new values.
Elektronisch fehlerkompensierte Stromwandler sind bekannt und erlauben mit kleinen Ferrit-Schalenkernen sehr genaue Stromübersetzungen. Durch den erforderlichen Hilfsverstärker weisen sie jedoch am Ausgang in der Regel eine Offset-Gleichspannung auf. Bei der Berechnung der Augenblicksleistung entsteht so lange kein Fehler, wie nur an einem Eingang des Multiplizierers ein solcher Gleichspannungsanteil anliegt; dies ist vorauszusetzen, wenn der Zähler - uiie es bislang ausschließlich üblich war - von Spannungs- und Stromwandlern gespeist wird. Bei einem Einsatz mit direktem Anschluß jedoch kann bei längeren Zuleitungen und thyristorgesteuerten Verbrauchern durchaus ein Gleichanteil der Spannung entstehen, der zusammen mit dem Gleich-Offset eines elektronisch fehlerkompensierten Stromwandlers einen Meßfehler ergeben würde. Es ist deshalb zweckmäßig, wenn auf die elektronische Fehlerkompensation verzichtet wird. Stromwandler mit Ferrit-Kernen zeigen relativ große Fehler. Bei Anwendung des hier beschriebenen Verfahrens ist die automatische Prüfvorrichtung in der Lage, die zwei Fehlerkurven jedes einzelnen der drei Stromwandler in einem Zähler über den gesamten Aussteuerbereich zu messen und im programmierbaren Festwertspeicher (PROM) abzuspeichern. Der Computer wird nun jeden einzelnen vom Analog-/Digital-tüandler angelieferten Strammeßwert mit den zugehörigen Fehlerkurven bewerten. Voraussetzung für den prak-Electronically error-compensated current transformers are known and allow small ones Ferrite pot cores very precise current translations. However, due to the required auxiliary amplifier, they usually have an offset DC voltage at the output on. When calculating the instantaneous power, there is no error as long as such a DC voltage component is only present at one input of the multiplier is applied; this is to be assumed if the counter - uiie has only been able to do so until now was common - is fed by voltage and current transformers. At a Use with a direct connection, however, can be used with longer cables and thyristor-controlled cables Consumers definitely have a DC component of the voltage, which together with the DC offset of an electronically error-compensated current transformer would result in a measurement error. It is therefore useful if the electronic error compensation is not used. Current transformers with ferrite cores show relatively large errors. When using the procedure described here the automatic tester will be able to read the two error curves each one of the three current transformers in a counter over the entire modulation range and to save in the programmable read-only memory (PROM). Of the The computer is now every single measured value delivered by the analog / digital tüandler evaluate with the associated error curves. Prerequisite for the
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tischen Einsatz dieses Verfahrens ist lediglich, daß die Fehlerkurven eines sal- chsn Stromwandler über längere Zeit und auch nach eventuellen starken Überlastungen innerhalb gegebener Toleranzen bleiben.The only way to use this method is to ensure that the error curves of a current transformer remain within the given tolerances over a longer period of time and even after possible severe overloads.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden temperaturabhängige Meßfehler in gleicher Weise dadurch weitgehend kompensiert, daß die bekannten und im allgemeinen wenig examplarabhängigen Temperaturkoeffizienten der nicht von der automatischen Nullpunkt- und Eichungskorrektur erfaßten Bauelemente ebenfalls im programmierbaren Festwertspeicher (PROM) gespeichert werden, wobei noch ein geeigneter Temperaturfühler vorzusehen ist, dessen Ausgangssignal in ausreichenden zeitlichen Abständen über den Multiplexer und den Analog-Digital-Wandler dem Computer zuzuführen ist. Bei besonders hohen Ansprüchen an die Meßgenauigkeit ist es selbstverständlich auch möglich, z.B. die Temperaturkurve der die Eichung bestimmenden Referenzspannungsquelle bei jedem Einzelexemplar automatisch zu messen und im programmierbaren Festwertspeicher (PRGM) abzuspeichern.In a further embodiment of the invention, temperature-dependent measurement errors occur largely compensated in the same way that the known and im general temperature coefficients, which are not dependent on the examiner, of the automatic Components recorded for zero point and calibration correction are also stored in the programmable read-only memory (PROM), with a suitable one Temperature sensor is to be provided, the output signal of which is sent to the computer at sufficient time intervals via the multiplexer and the analog-to-digital converter is to be supplied. In the case of particularly high demands on the measurement accuracy, it is of course also possible, e.g. the temperature curve of the one that determines the calibration Reference voltage source to be measured automatically for each individual copy and to be stored in the programmable read-only memory (PRGM).
Bei der langen Einsatzdauer der Zähler sind die aiterungsbedingten Driften der nicht van der Nullpunkt- und Eichungskorrektur erfaßten Bauelemente von Bedeutung. Εξ handelt sich hier hauptsächlich um die Eingangsspannungsteiler, die Stromwandler und die Referenzspannungsquelle· Bei einer gut beherrschten Fertigung sind ΠΪ2 Alterungsraten bekannt und könnten ebenfalls im nicht änderbaren Festwertspeicher (ROH) üüsr programmierbaren Festwertspeicher (PROM) des Computers eingespeichert sein. Da Energiezähler in den meisten Fällen mit einer Netzversorgung für die Elektronik arbeiten, läßt sich aus der Netzfrequenz leicht eine Zeitbasis ableiten, die bei dem erwähnten vollautomatischen PrüfVorgang auf PJuIl gesetzt wird. Der Computer berücksichtigt bei der Berechnung der Energie den jeweiligen Stand der Zeitbasis und die Alterungsraten zur weitgehenden Kompensation alterungsbedingter Einflüsse.When the counters are used for a long time, the aging-related drifts of the components not recorded by the zero point and calibration correction are important. This mainly concerns the input voltage dividers, the current transformers and the reference voltage sourceWith well-controlled production, ΠΪ2 aging rates are known and could also be stored in the non-changeable read-only memory (ROH) via the programmable read-only memory (PROM) of the computer. Since energy meters work in most cases with a mains supply for the electronics, a time base can easily be derived from the mains frequency, which is set to PJuIl in the aforementioned fully automatic test process. When calculating the energy, the computer takes into account the respective status of the time base and the aging rates to largely compensate for aging-related influences.
Der Analog-Digital-Wandler muß bei einem Energiezähler - insbesondere bei einem Drehstramzähler - einen sehr großen Dynamikbereich verarbeiten. Da sein Eingang van dem Multiplexer ständig auf andere Eingangsgrößen umgeschaltet wird, kann sein Eingangssignal von einer Abtastung zur nächsten, z.B. von dem max. negativen auf den max. positiven Wert, springen. Diese großen Signalsprünge stellen hohe Ar^-rdsrungEn an den Komparator des Analag-Digital-QJandlers. Der KomparatorThe analog-to-digital converter must be used in an energy meter - especially in a Three-phase meters - process a very large dynamic range. There is his entrance van the multiplexer is constantly switched to other input variables, can its input signal from one sample to the next, e.g. from the maximum negative jump to the maximum positive value. These large signal jumps represent high Ar ^ -rdsrungEn to the comparator of the Analag-Digital-QJandler. The comparator
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braucht nach jeder Übersteuerung eine bestimmte Erholungszeit. Kritisch ist die exakte Erfassung eines van einem Maximalwert auf einen nahe bei Null springenden Signalwerts. Der bekannte mitlaufende Analog-/Digital-üJandler vermeidet diesas Problem, indem das Komparatoreingangssignal jeweils nur der Differenz zwischen zuiei Abtastungen entspricht.needs a certain recovery time after each override. That is critical exact detection of a van from a maximum value to one that jumps close to zero Signal value. The well-known analog / digital handler avoids this Problem with the comparator input signal only the difference between zuiei scans.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist auch das Prinzip des mitlaufenden Analog-VDigital-Ldandlers anwendbar. Bei jeder Abtastung einer Eingangsgröße wird ohnehin, wie beschrieben, der Abtastwert im Computer zum Zwecke der Interpolation gespeichert. Nach jeder Abtastung setzt der Analüg-ZDigital-ldandler den Analogwert in einen Digitalwert um, den der Computer übernimmt. Danach ist der Analag-Aiigital-ldandler wieder frei und kann nun schon vor Beginn der nächsten Abtastung vom Computer auf den letzten Abtastwert der jetzt abzutastenden Eingangsgröße voreingestellt werden. Der Komparator erhält wieder nur die Differenz zweier aufeinanderfolgender Abtastwerte zugeführt. Das t/areinstellen des Analog-/ Digital-Wandlers und das Aufschalten der zu messenden Eingangsgröße sind zeitlich so aufeinander abzustimmen, daß eine Komparatorübersteuerung so klein wie möglich gehalten wird.In a further embodiment of the invention, the principle of the concurrent Analog-V-digital converters can be used. Each time an input variable is sampled is anyway, as described, the sample value in the computer for the purpose of interpolation saved. The Analog-ZDigital-ldandler sets the Analog value into a digital value that the computer takes over. The Analag-Aiigital-ldandler is then free again and can now before the start of the next one Sampling by the computer for the last sampling value of the input variable to be sampled now can be preset. The comparator again only receives the difference between two consecutive samples. The t / are setting of the analog / The digital converter and the activation of the input variable to be measured are temporal to be coordinated so that a comparator overload is as small as is kept possible.
LJie bereits erwähnt, ist es vorteilhaft, die Eingangsgrößen als Ströme anzuliefern und einen Stromkomparator vorzusehen.As already mentioned, it is advantageous to deliver the input variables as currents and to provide a current comparator.
Gegenüber dem üblichen Ferraris-Zähler ist das hier beschriebene Meßverfahren aufgrund seiner Schnelligkeit anfällig gegen Stürimpulse. Um das Verhalten des elektronischen Energiezählers dem des Ferraris-Zählers anzunähern, wird erfindungsgemäß der Computer so programmiert, daß die Sprünge zwischen zwei Abtastungen in ihrer Höhe begrenzt sind und daß größere Sprünge als Störimpulse gewertet werden. Dabei sind entweder derartige als gestört erkannte Abtastwerte ganz zu unterdrücken, oder es wird der den programmierten Maximalwert übersteigende Teil subtrahiert. Ferner ist eine gleitende Mittelwertbildung möglich. Hierbei erfolgt die Mittelung vor der Berechnung der Augenblicksleistung oder auch danach.The measuring method described here is opposite to the usual Ferraris meter prone to storm impulses due to its speed. To understand the behavior of the To approximate electronic energy meter that of the Ferraris meter is according to the invention the computer is programmed in such a way that the jumps between two scans are limited in height and that larger jumps are counted as interference pulses will. In this case, such sampling values recognized as disturbed are either to be suppressed entirely, or the part exceeding the programmed maximum value is used subtracted. Moving averaging is also possible. This takes place the averaging before or after the calculation of the instantaneous power.
Durch entsprechende Programmierung des Computers ist erreichbar, daß die vielfach unerwünschte Genauigkeit der Messung bezüglich der Erfassung von Harmonischen der Netzfrequenz vermindert und der eines Ferraris-Zählers angenähert wird. Hierzu wird z.B. vom Computer eine Fourier-Transformation (FFT) durchgeführt.By appropriate programming of the computer it can be achieved that the multiple undesired accuracy of the measurement with respect to the detection of harmonics of the mains frequency is reduced and that of a Ferraris meter is approximated. For this purpose, e.g. a Fourier transformation (FFT) is carried out by the computer.
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Nach der Berechnung der Augenblicksleistung jeder Phase durch Multiplikation steht als Ergebnis ein Digitalwart zur Uerfügung, wobei bei einem Drehstramzähler nach die liierte der drei Phasen zu addieren sind. Zur Ermittlung der Energie ist nach eine Integration über der Zeit erforderlich.After calculating the instantaneous power of each phase by multiplication a digital attendant is available as a result, with a three-phase meter according to the relationship of the three phases are to be added. To determine the energy integration over time is required.
Die verbrauchte Energie wird in einem kumulierenden Zähler erfaßt und auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt. Hierzu sind die bekannten zählenden uno speichernden Rallenzählwerke mit Schrittmotorantrieb verwendbar.Es ist aber auch möglich, speichernde elektronische Anzeigevorrichtungen, z.B. elektrochromische oder elektrolytisch^ Anzeigen, einzusetzen. Auch eine normale nichfcspeichernde elektronische Anzeige ist möglich, wenn ein nichtflüchtiger Speicher, z.B. MfJDS-Speicher, zur l/erfügung steht. Wegen der begrenzten Zahl der Schreibzyklen, die ein salcher Speicher durchführen kann, bevor er unbrauchbar wird, wird man nur bei einem erkannten bevorstehenden !Metzausfall den zu rettenden Zahlenwert dort einschreiben.The energy consumed is recorded in a cumulative counter and on a Display device shown. For this purpose, the well-known counting uno storers Roller counters with stepper motor drive can be used, but it is also possible, storing electronic display devices, e.g. electrochromic or electrolytic ^ displays. Also a normal non-saving electronic display is possible if a non-volatile memory, e.g. MfJDS memory is available. Because of the limited number of write cycles, which a salcher memory can perform before it becomes unusable, one only becomes the one to be rescued in the event of a recognized imminent! Metz failure Write the numerical value there.
Bei jeder Art einer digitalen Anzeige entspricht ein Sprung in der kleinsten Ziffernstelle einem bestimmten Betrag verbrauchter Energie. Diese Zählimpulse sind z.B. dadurch zu gewinnen, daß der Computer nach Ermitteln der gesamten Augenblicksleistung so viele Perioden einer Referenzfrequenz abzählt, wie es dieser Augenblicksleistung entspricht; diese abgezählten Impulse sind nun direkt oder nach entsprechender Frequenzteilung der Anzeige zuzuführen. Es ist auch möglich, mit dem als Digitalurart vorliegenden üJert der Augenblicksleistung einen programmierbaren Frequenzteiler jeweils umzuschalten, der ständig die Impulse einer Referenzfrequenzquelle durch den programmierten Faktor teilt. Als Referenzfrequenz wird vorzugsweise die IMetzfrequenz verwendet; es ist auch möglich, die Taktfrequenz des Computers über eine Phasenregelschleife (PLL) von der Netzfrequenz abzuleiten ader einen Quarz zu verwenden. Der Computer ist durch ein entsprechendes Programm zu veranlassen, bestimmte Zeiten abzuzählen; auch der in vielen Computern enthaltene programmierbare Zeitgeber kann vorteilhaft eingesetzt werden.In any type of digital display, one jump corresponds to the smallest digit a certain amount of energy consumed. These counting pulses can be obtained, for example, by opening the computer after determining the total momentary power counts as many periods of a reference frequency as it corresponds to this instantaneous power; these counted impulses are now direct or to be supplied to the advertisement after corresponding frequency division. It is also possible, with the current output available as a digital type, a programmable one Frequency divider to switch over, which constantly receives the pulses from a reference frequency source divided by the programmed factor. The network frequency is preferably used as the reference frequency; it is also possible to change the clock frequency of the computer via a phase-locked loop (PLL) from the mains frequency or to use a quartz. The computer is through an appropriate Make the program count down certain times; also the one in many computers programmable timers included can be used to advantage.
Für Prüfzwecke ist ein besonderer Prüfausgang des Computers vorteilhaft, an dem die verbrauchte Energie mit kürzerer Meßzeit zur Uerfügung steht als an dem für die Anzeigevorrichtung bestimmten Ausgang.A special test output of the computer is advantageous for test purposes, on which the consumed energy is available with a shorter measuring time than at that for the display device determined output.
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üJirtschaftliche Camputer arbeiten mit relativ niedrigen Taktfrequenzen und benötigen deshalb, z.B. für Multiplikationen, lange Zeiten. Zur Zeitersparnis beim Multiplizieren ist mieder vom Prinzip des mitlaufenden Analag-/Digital-tiJandlers Gebrauch zu machen, indem nicht jedesmal die vollen üJerte von Spannung und Strom miteinander multipliziert werden, sondern nur die Differenzwerte zu den vorhergehenden Abtastwerten nach folgendem Schema:üJwirtschaftliche campers work with relatively low clock frequencies and need therefore, e.g. for multiplications, long times. To save time with Multiplying is based on the principle of the parallel analog / digital converter Make use of it by not using the full voltage and current values every time are multiplied with each other, but only the difference values to the previous ones Samples according to the following scheme:
un * 1O = 1Wl u n * 1 O = 1 Wl
Ist die Multiplikatianszeit bei rein serieller Verarbeitung für eine derartige Anwendung zu lang, so ist stets ein eigenes Parallel-Multiplizieruierk zu verwenden, Dhne daß das beschriebene Meßprinzip sich ändern würde.Is the multiplication time for purely serial processing for such a Application too long, a separate parallel multiplier must always be used, Dhne that the measuring principle described would change.
Ein besonderes Problem ist bei elektronischen Energiezählern die Störsicherheit. Übliche Ferraris-Zähler vertragen außerordentlich hohe Spitzenspannungen an den Eingängen, vielfach überstehen sie Spitzen von mehr als 10 kV. Der als vorteilhaft vorgeschlagene Strameingang - auch auf der Spannungsseite - erweist sich auch in dieser Hinsicht als günstiger, da geräteseitig praktisch keine Spannungen auftreten, so daß sehr wirksame Schutzmaßnahmen möglich sind.A particular problem with electronic energy meters is immunity to interference. Usual Ferraris meters can withstand extremely high peak voltages on the Inputs, they often withstand peaks of more than 10 kV. Which as beneficial proposed current input - also on the voltage side - turns out to be also in this regard as cheaper, since there is practically no tension on the device side occur, so that very effective protective measures are possible.
Bei einem Energiezähler mit einem Computer müssen besondere Vorkehrungen gegen das Eindringen von Störungen in die Elektronik getroffen werden, da ein Störimpuls bei einem Computer nicht nur zu falschen Daten, sondern auch zu einem falschen Befehl führen kann. Auch in dieser Beziehung erweist sich der in der Patent-Anmeldung P 25375^9.9 vorgeschlagene Einchip-Mikrocomputer als überlegen, weil die Auswirkungen von Störungen minimal werden, wenn der gesamte Computer auf einem einzigen Halbleiterkristall integriert ist. Störungen wirken dann nur noch auf die Eingänge und Ausgänge des Computers, wobei Störungen an den Eingängen lediglich zeitweise falsche Eingangsdaten erzeugen, aber keinen falschen Programmablauf verursachen.In the case of an energy meter with a computer, special precautions must be taken against the penetration of disturbances into the electronics can be taken as a glitch in the case of a computer, not only to wrong data, but also to wrong data Command can lead. In this respect, too, the patent application proves itself P 25375 ^ 9.9 proposed single-chip microcomputers as superior because the effects of interference become minimal when the entire computer is used is integrated on a single semiconductor crystal. Disturbances then only work still on the inputs and outputs of the computer, with interference at the inputs only temporarily generate incorrect input data, but not incorrect one Cause the program to run.
Die Erfindung soll nachstehend anhand einiger Figuren erläutert werden:The invention will be explained below with reference to a few figures:
In Figur 1 ist zunächst die weniger vorteilhafte, weil aufwendigere Lösung mit einem zweikanaligen Multiplexer M und zwei Analog-ZDigital-lilandlern AD,, AD„ gezeigt. Oeder Multiplexer M hat fünf Eingänge, da jeder der beiden Multiple-In Figure 1, the less advantageous because more complex solution is initially with a two-channel multiplexer M and two analog-ZDigital-lilandlern AD ,, AD " shown. Oeder multiplexer M has five inputs, since each of the two multiplexers
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xerkanäle und jeder der beiden Analog-Digital-Wandler AD„, AD„ im Hinblick auf ihren Nullpunkt- und Eichungsfehler korrigiert werden müssen. Der Mikrocomputer MC steuert sowohl den Multiplexer M wie die Analog-Digital-Wandler AD., AD„. Zum Zwecke der EnergiebErechnung erhält er noch die Referenzfrequenz f „ zu-xer channels and each of the two analog-to-digital converters AD ", AD" with regard to their zero point and calibration errors must be corrected. The microcomputer MC controls both the multiplexer M and the analog-digital converter AD., AD ". For the purpose of the energy calculation, he also receives the reference frequency f "
rerrer
gafüiirt. Der kumulierte Energieverbrauch wird auf einer Anzeigevorrichtung Ξ-hiießlich angezeigt, in diesem wie in den folgenden Bildern wird angenommen, daS der Mikrocomputer fC auch die erforderlichen Speicher enthält. Dies gilt auch für den mehrfach erwähnten, elektrisch programmierbaren Speicher zur Aufnahme der Horrekturkurven bzw. -werte. Es ist z.B. ein Metall-I\!itrid-Üxyd-Halbleiterspeicher (MWUS) verwendbar. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Mikrocomputer MC aus mehreren integrierten Schaltkreisen zusammenzustellen; nies ändert nichts am Gedanken der Erfindung.guaranteed. The accumulated energy consumption is shown on a display device Ξ-meaning displayed, in this as in the following images it is assumed that the microcomputer fC also contains the required memory. This also applies to the electrically programmable memory for recording mentioned several times the correction curves or values. It is e.g. a metal-I \! Itrid-Üxyd semiconductor memory (MWUS) can be used. Of course, it is also possible to assemble the microcomputer MC from several integrated circuits; never changes the idea behind the invention.
Ferner ist es nach dem Stand der Technik möglich, die bzw. den Analog-Digital-Wandler AD.,, ADn zusammen mit den dazugehörigen Widerständen sowie auch die □der den Multiplexer H zusammen mit dem Computer auf einem einzigen Schaltkreis unterzubringen. Der gesamte elektronische Drehstromzähler besteht dann im wesentlichen aus drei Stromwandiern, einer Widerstandsanordnung (z.B. Dünnfilm-Düer Dickschichttechnik), dam GroBschaltkreis, der Anzeige sowie der Stromversorgung. Er weist, wie beschrieben, keinerlei abgleichbare oder einsteilbare Bauelemente auf.Furthermore, according to the prior art, it is possible to accommodate the analog-to-digital converter AD 1, AD n together with the associated resistors and also the □ of the multiplexer H together with the computer on a single circuit. The entire electronic three-phase meter then essentially consists of three current transformers, a resistor arrangement (e.g. thin-film, thick-film technology), the large circuit, the display and the power supply. As described, it does not have any adjustable or adjustable components.
Ir Figur 2 ist die vorteilhaftere Lösung mit einem einkanaligen Multiplexer H und nur einem Analog-Digital-Wandler AD gezeichnet, wobei alle Eingangssignale des Multiplexers M in Form von Spannungen anliegen. Die gezeichnete Reihenfolge der Anschlüsse Ist nicht unbedingt identisch mit der Reihenfolge, In dar die Eingangssignale von dem Multiplexer M abgetastet werden. Der Computer gibt jeweils die Adresse des gewünschten Eingangs über eine Steuerleitung an den Multiplexer M; die Reihenfolge ist vom gewählten Programm abhängig. Ir FIG. 2 shows the more advantageous solution with a single-channel multiplexer H and only one analog-to-digital converter AD, all input signals of the multiplexer M being present in the form of voltages. The order in which the connections are drawn is not necessarily identical to the order in which the input signals are sampled by the multiplexer M. The computer sends the address of the desired input to the multiplexer M via a control line; the order depends on the selected program.
In Figur 3 ist die Schaltung für den Fall gezeichnet, daß alle Eingangssignale des Multiplexers M in Form von Stramsignalen vorliegen.In Figure 3, the circuit is drawn for the case that all input signals of the multiplexer M are in the form of current signals.
In Figur 4 sind verschiedene Möglichkeiten aufgezeichnet, die Signale abzutasten und die Augenblicksleistung jeweils zu berechnen; die Figuren 4a, b und c ^2zi2'nsn eicn hierbei auf die Messung nur einer Phase, während die FigurenVarious possibilities for sampling the signals are shown in FIG and to calculate the instantaneous performance in each case; Figures 4a, b and c ^ 2zi2'nsn here on the measurement of only one phase, while the figures
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kü, κ und f für die Messung bei drei Phasen gelten. kü, κ and f apply to the measurement in three phases.
Die Erfindung läßt sich für eine beliebige Anzahl von Phasen vertuenden, z.B. auch für einen sog. Dreileiterzähler, bei dem nur zwei Meßkanäle benötigt werden .The invention can be used for any number of phases, e.g. also for a so-called three-wire meter in which only two measuring channels are required .
In Figur 'ta ist die Abtastung und Interpolation bei der Spannungs- und Strommessung in einem einphasigen Netz gezeichnet: die Indizes bezeichnen die !Mummer der betreffenden Abtastung; es werden alternierend der Spannungs- und der Stromeingang abgetastet. Ein erstes Teilprodukt (Augenblicksleistung) p. ergibt sich z.B., indem aus den beiden Spannungsabtastungen un und u? ein Spannungsüjert interpoliert wird, der anschließend mit dem Stromabtastwert I1 multipliziert wird. Ein weiteres Teilprodukt p3 entsteht z.B. dadurch, daß aus den beiden Spannungswerten u„ und u, ein Lüert interpoliert wird, der anschließend mit dem Stromwert i, multipliziert wird. Die Gesamtleistung P ergibt sich für eine bestimmte Zahl von Abtastungen π zu:The sampling and interpolation in the voltage and current measurement in a single-phase network is shown in FIG. 3: the indices denote the number of the sampling concerned; the voltage and current input are scanned alternately. A first partial product (instantaneous output) p. results, for example, in that from the two voltage samples u n and u ? a voltage value is interpolated, which is then multiplied by the current sample value I 1. A further partial product p 3 arises, for example, from the fact that a Lüert is interpolated from the two voltage values u 1 and u, which is then multiplied by the current value i. The total power P results for a certain number of samples π as:
Hierbei werden η Multiplikationen ausgeführt.
2Here, η multiplications are carried out.
2
Spannungen und Ströme sind völlig gleichberechtigt und somit vertauschbar.Voltages and currents are completely equal and can therefore be interchanged.
In Figur 4b ist für den gleichen Fall der alternierenden Abtastung von Eingangsspannung und -strom eine andere Produktbildung beschrieben: aus den vorhandenen Abtastwerten werden nun Teilprodukte ρ gebildet, wobei abwechselnd die Spannung bzw. der Strom interpoliert wird. Die Leistung P errechnet sich hier zu:In FIG. 4b, a different product formation is described for the same case of alternating sampling of input voltage and input current: from the existing ones Samples are now formed partial products ρ, with alternating the voltage or the current is interpolated. The power P is calculated here as:
P = - (P1 + P2 + P3 + ·..)P = - (P 1 + P 2 + P 3 + · ..)
In Figur kc ist ein Beispiel für den Fall gezeichnet, daß die Mittelung erst nach der Bildung der Teilprüdukte ρ erfolgt. Die Gesamtleistung P ergibt sich wie im Fall 4b, jedoch wird hier nur ein Speicher für jeweils nur einen Abtastwert benötigt, weil vor der Multiplikation keine Interpolation mGnr erfolgt bzw. kein Mittelwert mehr gebildet wird.In FIG. Kc , an example is drawn for the case in which the averaging takes place only after the partial test products ρ have been formed. The total power P results as in case 4b, but here only one memory is required for only one sample, because before the multiplication there is no interpolation mGnr or no mean value is formed any more.
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Für alle drei !/erfahren gilt:For all three! / Experienced applies:
P = n-CVi + Vs + VS + i3^ + —) P = n- C Vi + Vs + VS + i 3 ^ + -)
Für den praktisch wichtigsten Teil der Messung in einem Drehstromnetz ist zunächst in Figur ^d die Abtastung der Phase R, in Figur ke die Abtastung der Phase S und in Figur ^f die Abtastung der Phase T gezeigt. Hierbei wurde die Abtastfolge:For the practically most important part of the measurement in a three-phase system is initially in Figure ^ d the sampling of the phase R, FIG ke in the sampling of the phase S and in FIG ^ the sampling of the phase T f shown. The scanning sequence was:
UR - 1S - UT - 1R - US - 1T U R - 1 S - U T - 1 R - U S - 1 T
vorausgesetzt. Die mit den Teilprodukten ρ bezeichneten Pfeile geben an, wie diese Teilprodukte entstanden sind.provided. The arrows marked with the partial products ρ indicate how these partial products were created.
Eine V/ielzahl von Abtastfolgen ist möglich; einige für das erfindungsgernäße Verfahren typische sind z.B.:A large number of scan sequences are possible; some for the method according to the invention typical are e.g .:
UR - 1R - UR - US - 1S - US - UT - 1T - UT U R - 1 R - U R - U S - 1 S - U S - U T - 1 T - U T
1T-0T" 1 1 T- 0 T " 1
1T 1 T
UR - US - UT - 1R - 1S - 1T U R - U S - U T - 1 R - 1 S - 1 T
UR - 1S - UT - 1R - US - 1T U R - 1 S - U T - 1 R - U S - 1 T
Wie erwähnt, bestimmt der Computer, welches Eingangssignal der Multiplexer M jeweils durchschalten soll, so daß je nach Programm in derselben Schaltung beliebige Abtastfolgen und eine beliebige Art der Auswertung der Abtastungen möglich ist.As mentioned, the computer determines which input signal the multiplexer M each should switch through, so that depending on the program in the same circuit any Scanning sequences and any type of evaluation of the scans are possible is.
Bei dem hier beschriebenen Energiezähler mit Computer ist die Abtastung nach Figur ka besonders zweckmäßig, weil ein Computer relativ schnell addieren kann, jedoch für eine Multiplikation eine vergleichsweise sehr lange Zeit benötigt; gemäß Figur 4a werden jedoch nur in Multiplikationen ausgeführt.In the case of the energy meter with computer described here, the sampling according to FIG. Ka is particularly useful because a computer can add relatively quickly, but requires a comparatively very long time for a multiplication; however, according to FIG. 4a, multiplications are only carried out.
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In Figur ^a - f ujurde der Übersichtlichkeit halber die Abtastung des Null- bzuj. Referenzpotentials fortgelassen. Oe nach der zu erwartenden Drift des !Mullpunkts bzuj. der Eichung ist nur zu fordern, daß Null- bzw. Eichpotential in ausreichenden zeitlichen Abständen abgetastet und entsprechende Korrekturtüerte gebildet und gespeichert werden. Es ist also keineswegs notwendig, in jedem Zyklus zur Abtastung der Eingangsgrößen auch die beiden erwähnten anderen Größen mitzuerfassen.For the sake of clarity, the scanning of the zero bzuj was shown in FIG. Reference potential omitted. Oe according to the expected drift of the! bzuj. The only requirement of the calibration is that the zero or calibration potential is sufficient scanned at time intervals and formed and corresponding correction guards get saved. So it is by no means necessary to scan in every cycle of the input variables also include the two other variables mentioned.
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