RU2097773C1

RU2097773C1 - Electronic electric energy meter

Info

Publication number: RU2097773C1
Application number: RU95115416A
Authority: RU
Inventors: Василий Семенович Яныгин
Original assignee: Василий Семенович Яныгин
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1997-11-27

Abstract

FIELD: electric measuring equipment. SUBSTANCE: the meter uses a multiplier of signals of current and voltage transmitters, multiplication voltage-to-output signal frequency converter, time-division multiplier with averaging and switching of multiplication voltage polarity at the output of the low-pass filter; integrator of current and voltage of the adder of bias source and multiplier signals, generator of capacitor voltage compensation pulses by current from voltages of two compensation sources with a stable difference at a bias source voltage close to their half-sum; control signal generator for producing reverse signals corresponding to the sign of voltage increments at the capacitor of the integrator which consists of a clocked storage element and a solver element that changes the signal at the storage element output depending on the switching signal, output counter of increments of reference signal period count signals at different reverse signals. EFFECT: enhanced accuracy and reliability, expanded range of meter regulation. 20 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности, к измерителю счетчика электроэнергии, формирующему для счетчика-индикатора по сигналам датчиков напряжения и тока электросети заданное число выходных сигналов при расходе единицы измерения электроэнергии. The invention relates to an electrical measuring technique, in particular, to a meter of an electric meter, forming a specified number of output signals for a meter-indicator based on signals from voltage and current sensors of a power supply network at a unit flow rate of electric power.

Общеизвестный электронный измеритель электроэнергии, содержащий перемножитель сигналов датчиков тока и напряжения электросети и преобразователь напряжения перемножения в частоту выходных сигналов. Общеизвестны перемножители напряжений аналоговых типов с постоянным выходным напряжением и прецизионные времяимпульсные перемножители с импульсным выходным напряжением, усредняемым фильтром низкой частоты в постоянное напряжение. A well-known electronic meter of electricity, comprising a multiplier of the signals of the current and voltage sensors of the network and a converter of the voltage multiplying the frequency of the output signals. Well-known analog voltage multipliers with a constant output voltage and precision time-pulse multipliers with a pulsed output voltage, averaged by a low-frequency filter into a constant voltage.

Известны прецизионные тактируемые преобразователи напряжения в частоту выходных сигналов импульсно-компенсационного типа, содержащие интегратор с интегрирующим токи и интегрирующим напряжение дифференциальными входами, выполненный в виде управляемого входными сигналами генератора тока с конденсатором в токоуправляемой цепи, например, операционный усилитель с емкостной обратной связью, с инвертирующим и неинвертирующим, интегрирующим ток и напряжение входами, и генератор импульсов стабильного напряжения компенсации воздействия преобразуемого напряжения на интегратор, длительность которых формируется счетчиком опорных сигналов стабильной частоты, или тактируемым элементом памяти по тактовым фронтам опорных сигналов, что проще и надежней. [1]
Известен электронный измеритель электроэнергии, выбранный прототипом, содержащий:
перемножитель сигналов датчиков тока и напряжения с коммутируемой переключателем полярностью одного из сигналов;
источник смещения, выход которого соединен с выходом перемножителя, образуя сумматор их сигналов с выходом тока, датчик частот, состоящий из генератора с выходом опорных сигналов стабильной частоты и ее счетчика-делителя с выходом сигналов коммутации, выходной счетчик приращений разности сигналов счета, сформированных в цикле коммутации, например реверсивный, с общеизвестным преобразованием в счетчик с входами счета и реверса, с выходом сигналов измерителя;
тактируемый опорными сигналами преобразователь суммарного однонаправленного тока перемножителя и источника смещения в частоту импульсов компенсации, выход сигналов счета которых соединен с соответствующим входом выходного счетчика, вход реверса которого объединен с входом коммутации переключателя полярности перемножителя и выходом сигналов коммутации датчика частот, что реверсом счета компенсирует воздействие тока смещения и вносящих погрешность напряжений смещений нуля элементов перемножителя и преобразователя.Known are precision clock converters of voltage to the frequency of output signals of a pulse-compensation type, containing an integrator with integrating currents and voltage-integrating differential inputs, made in the form of a current generator with a capacitor in a current-controlled circuit, for example, an operational amplifier with capacitive feedback, with an inverting and non-inverting, integrating current and voltage inputs, and a pulse generator of a stable voltage compensation of the impact reobrazuemogo voltage on the integrator, the duration of which is formed by counter support stable frequency signals or clocked memory element fronts clock reference signal, it is easier and more reliable. [one]
Known electronic meter of electricity selected by the prototype, containing:
a multiplier of signals of current and voltage sensors with a switch-switched polarity of one of the signals;
a bias source, the output of which is connected to the output of the multiplier, forming an adder of their signals with current output, a frequency sensor consisting of a generator with the output of the reference signals of stable frequency and its counter divider with the output of switching signals, an output counter of increments of the difference of the count signals generated in the cycle switching, for example, reverse, with the well-known conversion to a counter with inputs of the account and reverse, with the output of the meter signals;
a reference clock converter of the total unidirectional current of the multiplier and the bias source to the frequency of the compensation pulses, the output of the counting signals of which is connected to the corresponding input of the output counter, the reverse input of which is combined with the switching input of the polarity multiplier switch and the output of the frequency sensor switching signals, which compensates the current effect by reverse bias and introducing an error in the voltage of the bias of the zero elements of the multiplier and the Converter.

При этом преобразователь выполнен:
с интегратором на инвертирующем усилителе, первый вход которого соединен с выходом тока сумматора, с двухканальной токоуправляемой цепью на двух конденсаторах, коммутируемых переключателем, вход коммутации которого соединен с входом коммутации переключателя перемножителя, что устраняет накопление погрешностей коммутации полярности входного напряжения интегратора, с напряжением выходов усилителя на выходах интегратора;
с компаратором, входы которого соединены с выходами интегратора, выход которого выход сигналов полярности и счета;
с формирователем сигналов управления с двухканальным формированием сигналов компенсации и их длительности управляемыми сигналами полярности выхода компаратора и сигналами коммутации счетчиками опорных сигналов, считающих в каналах раздельно для запоминания и восстановления длительности сигналов компенсации, что устраняет вызванное их прерыванием в моменты коммутации накопление погрешностей, с использованием элемента выхода сигнала компенсации как переключателя напряжения, первый вход которого соединен с выходом напряжения первого источника компенсации, выход импульсов компенсации которого соединен через переключатель каналов, коммутируемый сигналами коммутации, и резистор компенсации со вторым входом интегратора [2]
Недостатками известного измерителя являются:
низкая точность, обусловленная токами утечки переключателя интегратора и конденсаторов в составляющих половину времени измерения периодах хранения отключенным конденсатором остаточных напряжений, что вызвано двухканальным интегратором;
падением напряжения на сопротивлениях ключей интегратора;
конечным быстродействием усилителя интегратора при использовании времяимпульсного перемножителя с выходным импульсным напряжением, усреднению которого препятствует переключение полярности его входного сигнала;
сквозным током переключателя интегратора с конечным быстродействием, разряжающим конденсаторы в моменты коммутации;
малым отношением длительности сигналов коммутации и компенсации, что увеличивает погрешность от сквозных токов переключателей перемножителя и интегратора, ограниченным конечной разрядностью выходного счетчика, реверсом счета компенсирующего воздействие за длительность сигналов коммутации тока источника смещения, превышающего максимальный ток перемножителя;
изменением выходного сопротивления перемножителя, что изменяет коэффициент преобразования измерителя;
дополнительными выходными сигналами выходного реверсивного счетчика, что вызвано реверсом его счета в пределах содержимого, формирующего выходной сигнал;
а также низкая надежность, обусловленная:
двухканальным формированием сигналов компенсации;
формированием их длительности счетчиком опорных сигналов с запоминанием и восстановлением ее при коммутациях;
требуемой разнополярностью напряжений смещения и компенсации, что исключает возможность однополярного электропитания измерителя, упрощающего счетчик и повышающего надежность;
малый возможный диапазон регулирования аналоговой частью измерителя, что затрудняет создание универсального измерителя для счетчиков на разные номинальные мощности при большой трудоемкости регулирования счетчика, вызванной усреднением частоты выходных сигналов измерителя, неравномерной из-за большого реверса счета выходного счетчика измерителя.When this Converter is made:
with an integrator on an inverting amplifier, the first input of which is connected to the adder current output, with a two-channel current-controlled circuit on two capacitors switched by a switch, the switching input of which is connected to the switching input of the multiplier switch, which eliminates the accumulation of switching errors of the integrator input voltage polarity, with the voltage of the amplifier outputs at the outputs of the integrator;
with a comparator, the inputs of which are connected to the outputs of the integrator, the output of which is the output of polarity and count signals;
with a control signal generator with two-channel generation of compensation signals and their duration by controlled polarity output signals of the comparator and switching signals by counters of reference signals, counting in channels separately for storing and restoring the duration of compensation signals, which eliminates the accumulation of errors caused by their interruption at the time of switching using the element compensation signal output as a voltage switch, the first input of which is connected to the voltage output of the first compensation source, the output of the compensation pulses of which is connected through a channel switch, switched by switching signals, and a compensation resistor with the second input of the integrator [2]
The disadvantages of the known meter are:
low accuracy due to leakage currents of the integrator switch and capacitors in the storage periods of the disconnected capacitor of residual voltages, which are caused by a two-channel integrator;
voltage drop across the resistances of the integrator keys;
the final speed of the integrator amplifier when using a time-pulse multiplier with an output pulse voltage, the averaging of which is prevented by switching the polarity of its input signal;
through current of the integrator switch with finite speed discharging capacitors at the moments of switching;
a small ratio of the duration of the switching and compensation signals, which increases the error from the through currents of the switches of the multiplier and the integrator, limited by the finite bit depth of the output counter, and by reversing the account to compensate for the effect of the switching signals of the bias source current exceeding the maximum multiplier current;
a change in the output resistance of the multiplier, which changes the conversion coefficient of the meter;
additional output signals of the output reversible counter, which is caused by the reversal of its count within the contents forming the output signal;
as well as low reliability due to:
two-channel formation of compensation signals;
formation of their duration by the counter of reference signals with storing and restoring it during switching;
the required different polarity of bias and compensation voltages, which eliminates the possibility of unipolar power supply of the meter, simplifying the meter and increasing reliability;
the small possible range of regulation by the analog part of the meter, which makes it difficult to create a universal meter for meters at different rated powers with the high complexity of meter control caused by averaging the frequency of the meter output signals, is uneven due to the large reverse of the meter counter output counter.

Задачей изобретения является создание электронного измерителя электроэнергии с повышающими точность:
применением одноканального интегратора;
возможностью усреднения напряжения перемножения времяимпульсных перемножителей, исключения влияния сопротивления ключей переключателя интегратора или токоограничивающих элементов в цепи конденсатора интегратора и выхода перемножителя;
увеличением отношения длительности сигналов коммутации и импульсов компенсации без увеличения разрядности выходного счетчика;
исключением совпадения моментов коммутации с импульсами компенсации совмещением фронтов сигналов коммутации и импульсов компенсации;
исключением дополнительных выходных сигналов реверсивного выходного счетчика;
с повышающим надежность одноканальным формированием сигналов компенсации, формированием их длительности тактовыми фронтами опорных сигналов, возможностью однополярного электропитания измерителя при однополярных напряжениях смещения и компенсации, с возможностью дискретного регулирования измерителя для расширения диапазона регулирования, с минимальным реверсом счета для снижения трудоемкости регулирования счетчика.The objective of the invention is the creation of an electronic meter of electricity with increasing accuracy:
using a single-channel integrator;
the possibility of averaging the multiplication voltage of time-pulse multipliers, eliminating the influence of the resistance of the integrator switch keys or current-limiting elements in the capacitor circuit of the integrator and the output of the multiplier;
an increase in the ratio of the duration of switching signals and compensation pulses without increasing the capacity of the output counter;
the exception of the coincidence of the switching moments with the compensation pulses by combining the edges of the switching signals and compensation pulses;
exclusion of additional output signals of the reverse output counter;
with reliability increasing the single-channel generation of compensation signals, the formation of their duration by the clock edges of the reference signals, the possibility of unipolar power supply of the meter at unipolar bias and compensation voltages, with the possibility of discrete regulation of the meter to expand the control range, with a minimal count reversal to reduce the complexity of meter control.

Поставленная задача решается тем, что в известном электронном измерителе электроэнергии, содержащем перемножитель входных сигналов с выходом датчиков напряжения и тока электросети, с первым и вторым выходами, с переключателем полярности, источник смещения, сумматор выходных сигналов перемножителя и источника смещения с выходом тока, интегратор с первыми и вторыми выходами и интегрирующими токи первым, соединенным с выходом тока сумматора, и вторым входами, с переключателем, с конденсатором токоуправляемой цепи, датчик частот, состоящий из генератора с выходом опорных сигналов и счетчика-делителя, вход которого соединен с выходом опорных сигналов, с выходом сигналов коммутации, объединенным с входами коммутации переключателей перемножителя и интегратора, выходной счетчик приращений разности сигналов счета с входами счета и реверса, с выходом сигналов измерителя, резистор компенсации, генератор импульсов компенсации, имеющий первый источник компенсации с выходом напряжения, переключатель напряжений с первым, соединенным с выходом первого источника компенсации, и вторым входами, выход импульсов компенсации которого через резистор компенсации соединен с вторым входом интегратора, компаратор, входы которого соединены с выходами интегратора, формирователь сигналов управления с входом полярности, соединенным с выходом компаратора, с входами сигналов опорных и коммутации, соединенных с соответствующими выходами датчика частот, с формированием сигналов счета, выход которых соединен с соответствующим входом выходного счетчика, и компенсации, выход которых соединен с входом коммутации переключателя напряжений, согласно изобретению перемножитель выполнен с переключением полярности напряжения перемножения, сумматор дополнен выходом напряжения, интегратор дополнен третьим дифференциальным входом, интегрирующим напряжение, соединенным с выходом напряжения сумматора, и выполнен с переключением направления тока, формируемого токоуправляемой цепью, через конденсатор, с напряжением конденсатора на выходах интегратора, генератор импульсов компенсации дополнен вторым источником компенсации с выходом напряжения, имеющим стабильную разность с напряжением первого источника компенсации и соединенным со вторым входом переключателя напряжений, формирователь сигналов управления выполнен с возможностью формирования сигналов реверса, соответствующих знаку приращений напряжения конденсатора интегратора от напряжений в импульсах компенсации, выход которых соединен с соответствующим входом выходного счетчика, и выполнен с формированием сигналов реверса и компенсации дополнительно введенными тактируемым элементом памяти, установочный вход которого вход полярности, тактовый вход вход опорных сигналов, и решающим элементом, первый вход которого соединен с выходом элемента памяти, второй вход вход коммутации, выходной счетчик приращений разности сигналов счета периодов опорных сигналов при разных сигналах реверса выполнен с заданным изменением содержимого при сформировании выходного сигнала. The problem is solved in that in the well-known electronic meter of electricity, containing a multiplier of input signals with the output of voltage and current sensors of the mains, with first and second outputs, with a polarity switch, a bias source, an adder of output signals of the multiplier and a bias source with current output, an integrator with the first and second outputs and integrating currents of the first connected to the current output of the adder, and second inputs, with a switch, with a capacitor of a current-controlled circuit, a frequency sensor, consisting d from the generator with the output of the reference signals and the counter-divider, the input of which is connected to the output of the reference signals, with the output of the switching signals combined with the switching inputs of the switches of the multiplier and the integrator, the output counter of increments of the difference of the count signals with the inputs of the count and reverse, with the output of the meter signals , a compensation resistor, a compensation pulse generator having a first compensation source with a voltage output, a voltage selector with a first connected to the output of the first compensation source, and watts other inputs, the output of the compensation pulses of which through the compensation resistor is connected to the second input of the integrator, a comparator, the inputs of which are connected to the outputs of the integrator, a control signal generator with a polarity input connected to the output of the comparator, with the inputs of the reference and switching signals connected to the corresponding outputs of the frequency sensor , with the formation of counting signals, the output of which is connected to the corresponding input of the output counter, and compensation, the output of which is connected to the switching input of the switch n According to the invention, the multiplier is made with switching the polarity of the voltage of the multiplier, the adder is supplemented with a voltage output, the integrator is supplemented with a third differential input integrating the voltage connected to the voltage output of the adder, and the current direction generated by the current-controlled circuit is switched through the capacitor with the voltage of the capacitor the outputs of the integrator, the compensation pulse generator is supplemented by a second compensation source with a voltage output having a stable with the voltage of the first compensation source and connected to the second input of the voltage switch, the driver of the control signals is configured to generate reverse signals corresponding to the sign of the increment of the voltage of the integrator capacitor from the voltages in the compensation pulses, the output of which is connected to the corresponding input of the output counter, and made with the formation of signals reverse and compensation additionally introduced by the clocked memory element, the installation input of which is the input of polarity, so the input input is the input of the reference signals, and the decisive element, the first input of which is connected to the output of the memory element, the second input is the switching input, the output counter of the increments of the difference of the count signals of the periods of the reference signals for different reverse signals, is made with a given change in the content when the output signal is generated.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных примеров выполнения электронного измерителя электроэнергии и чертежами, где на фиг. 1 изображена структурно-функциональная схема измерителя, на фиг. 2 - структурно-функциональная схема с примером выполнения составных частей измерителя электроэнергии переменного тока, пригодная к интегральному исполнению. The invention is further explained in the description of specific examples of the electronic power meter and the drawings, where in FIG. 1 shows a structural-functional diagram of a meter; FIG. 2 is a structural and functional diagram with an example of the implementation of the components of the meter of electric power of alternating current, suitable for integral execution.

Электронный измеритель электроэнергии (фиг. 1) содержит перемножитель 1 с входами сигналов датчиков напряжения и тока электросети, с входом коммутации переключателя полярности напряжения перемножения, с первым и вторым выходами, интегратор 2 с первым и вторым входами, интегрирующими токи, с третьим дифференциальным входом, интегрирующим напряжение, управляемый генератор тока которого выполнен, например, на операционном усилителе 3 на инвертирующем входе которого суммируются токи токоуправляемой цепи с его выхода, первого и второго входов интегратора 2 при их объединении с неинвертирующим входом третьим входом интегратора 2, на переключателе 4 направления тока с первыми и вторыми, соединенными с инвертирующим входом и выходом усилителя 3, входами и выходами, соединенными с последовательно соединенными конденсатором 5 и иммитирующим сопротивление переключателя 4 резистором 6, с напряжением конденсатора 5 на входах или выходах переключателя 4, например, на выходах конденсатора 5, используемых как выходы интегратора 2, резистор 7 компенсации, источник 8 смещения, сумматор 9 сигналов выходов перемножителя 1 и источника 8 смещения, выход тока которого с выходным сопротивлением, формируемым элементами и резистором 10 сумматора, и выход напряжения соединены соответственно с первым и третьим входом интегратора 2, генератор 11 импульсов компенсации. The electronic electricity meter (Fig. 1) contains a multiplier 1 with inputs of the voltage and current sensors of the mains, with a switching input for the polarity of the multiplying voltage switch, with first and second outputs, an integrator 2 with first and second inputs integrating currents, with a third differential input, integrating voltage, the controlled current generator of which is made, for example, on the operational amplifier 3 at the inverting input of which the currents of the current-controlled circuit from its output, the first and second input are summed in integrator 2, when combined with a non-inverting input, the third input of integrator 2, on the current direction switch 4 with the first and second, connected to the inverting input and output of amplifier 3, inputs and outputs connected to the capacitor 5 connected in series and simulating the resistance of switch 4 by resistor 6 , with the voltage of the capacitor 5 at the inputs or outputs of the switch 4, for example, at the outputs of the capacitor 5 used as the outputs of the integrator 2, the compensation resistor 7, the bias source 8, the signal adder 9 fishing output of multiplier 1 and the bias source 8, the current output of which the output impedance formed by the resistor elements and the adder 10, and a voltage output connected respectively to the first and the third input of the integrator 2, a generator 11, compensation pulses.

Генератор 11 имеет компаратор 12, входы которого соединены с выходами интегратора 2, первый 13 и второй 14 источники компенсации с выходами, напряжений, переключатель 15 напряжений со входами, соединенными с выходами источников 13 и 14 компенсаций, с выходом, соединенным через резистор 7 компенсации с вторым входом интегратора 2; формирователь 16 сигналов управления с входом полярности, соединенным с выходом компаратора 12, и с входами сигналов опорных и коммутации, с формированием и выходами сигналов компенсации, соединенным с входом коммутации переключателя 15 напряжений, а также счета и реверса, имеющий тактируемый элемент 17 памяти, установочный метод которого вход полярности, тактовый вход вход опорных сигналов, решающий элемент 18, первый вход которого соединен с выходом элемента 17 памяти, второй вход вход сигналов коммутации. При выходном напряжении интегратора 2 на выходах (фиг. 1) или входах (фиг. 2) переключателя 4 сигналы реверса и компенсации формируются соответственно на выходах элементов памяти 17 и решающего 18 или решающего 18 и памяти 17. Для формирования сигналов счета возможно использование опорных сигналов. Измеритель также содержит датчик 19 частот, имеющий генератор 20 стабильной частоты с выходом опорных сигналов, соединенный с соответствующим входом формирователя 16, и счетчик-делитель 21 с входом, соединенным с выходом генератора 20, и выходом сигналов коммутации, объединенными с входами коммутации переключателей перемножителя 1, интегратора 2 и соответствующим входом формирователя 16; выходной счетчик 22 с входами счета и реверса, соединенными с соответствующими выходами формирователя 16 с выходом СИ сигналов измерителя. The generator 11 has a comparator 12, the inputs of which are connected to the outputs of the integrator 2, the first 13 and second 14 sources of compensation with outputs, voltages, a voltage switch 15 with inputs connected to the outputs of the sources 13 and 14 of compensation, with the output connected through the compensation resistor 7 with the second input of the integrator 2; driver 16 of the control signals with a polarity input connected to the output of the comparator 12, and with the inputs of the reference and switching signals, with the formation and outputs of the compensation signals connected to the switching input of the voltage switch 15, as well as counting and reverse, with a clocked memory element 17, installation the method of which is the input of polarity, the clock input is the input of the reference signals, the decisive element 18, the first input of which is connected to the output of the memory element 17, the second input is the input of the switching signals. When the output voltage of the integrator 2 at the outputs (Fig. 1) or inputs (Fig. 2) of the switch 4, the reverse and compensation signals are generated respectively at the outputs of the memory elements 17 and decisive 18 or decisive 18 and memory 17. For the formation of counting signals, reference signals can be used . The meter also includes a frequency sensor 19, having a stable frequency generator 20 with an output of reference signals connected to the corresponding input of the driver 16, and a counter-divider 21 with an input connected to the output of the generator 20 and the output of the switching signals combined with the switching inputs of the multiplier switches 1 , integrator 2 and the corresponding input of the shaper 16; the output counter 22 with the inputs of the account and reverse connected to the corresponding outputs of the shaper 16 with the SI output of the meter signals.

Измеритель может выполняться и работать следующим образом. The meter can run and work as follows.

Перемножитель 1 с переключателем полярности напряжения перемножения выполнен общеизвестным, например времяимпульсным, с переключателем полярности выходных напряжений при одно- или двухканальном с разнополярными выходами выполнениях, позволяющих применить усредняющие фильтры без влияния их инерционности, одного из входных сигналов, инвертированием сигнала управления выходным модулятором при переменном токе, иным общеизвестным переключением. The multiplier 1 with the polarity switch of the multiplication voltage is made generally known, for example, pulse-time, with the polarity switch of the output voltages in single-channel or two-channel with bipolar outputs executions, which allow the use of averaging filters without affecting their inertia, one of the input signals, by inverting the control signal of the output modulator with alternating current other well-known switching.

Сумматор 9 может быть токовым, аналогичным прототипу, с выходами напряжения и тока параллельно соединенными выходами перемножителя 1 и источника смещения 8, но целесообразней "пассивное" суммирование напряжений последовательным соединением выходов источника 8 смещения и перемножителя 1, с выходом напряжения первым выходом перемножителя 1, с выходом тока через резистор 10 сумматора 9 с второго его выхода, например, объединенного с выходом источника 8 смещения, что формирует суммарное напряжение на его первом выходе. The adder 9 may be current, similar to the prototype, with voltage and current outputs connected in parallel to the outputs of the multiplier 1 and the bias source 8, but it is more expedient to “passively” add up the voltages by a series connection of the outputs of the bias source 8 and the multiplier 1, with the voltage output being the first output of the multiplier 1, s the current output through the resistor 10 of the adder 9 from its second output, for example, combined with the output of the bias source 8, which forms the total voltage at its first output.

Возможны варианты объединения интегрирующего усилителя с общеизвестными "активными" сумматорами, преобразователями токов и напряжений, выполненных, например, на операционных усилителях с образованием интегрирующих входов тока и напряжения. Variants of combining an integrating amplifier with well-known "active" adders, current and voltage converters, made, for example, on operational amplifiers with the formation of integrating current and voltage inputs, are possible.

Интегратор 2 интегрирует суммарный ток первого и второго входов конденсатором 5, формируя на нем приращения напряжения за время интегрирования, определяемые, например, при указанном выше "пассивном" варианте сумматора 9, с учетом напряжения смещения нуля между входами усилителя 3 уравнениями:

; U_ин U_см+i_см(r+R_см),
где ΔU приращения напряжения конденсатора 5;
C емкость конденсатора 5;
t время интегрирования;
i_с, i_к, i_см токи конденсатора 5, компенсации, сумматора 9;
U_1, ₂, U_n, U_см.0, U_им напряжения источников 13 или 14 компенсации, среднее перемножения, смещение нуля усилителя, инвертирующего входа усилителя 3;
R_н, R_см, r сопротивления резисторов компенсации 7, сумматора 10, выхода источника смещения 8.2 Решение уравнений дает уравнение приращений:

где

коэффициент усиления приращений, формируемых напряжением перемножения.The integrator 2 integrates the total current of the first and second inputs by the capacitor 5, forming voltage increments on it during the integration time, determined, for example, with the above “passive” version of the adder 9, taking into account the zero bias voltage between the inputs of the amplifier 3 by the equations:

; U _in U _cm + i _cm (r + R _cm ),
where ΔU is the voltage increment of the capacitor 5;
C capacitor capacitance 5;
t integration time;
i _s , i _k , i _cm currents of the capacitor 5, compensation, adder 9;
U _1, ₂ , U _n , U _{cm 0} , U _them voltage sources 13 or 14 compensation, the average multiplication, the zero offset of the amplifier, the inverting input of the amplifier 3;
R _n , R _cm , r resistance of the compensation resistors 7, the adder 10, the output of the bias source 8.2 The solution of the equations gives the equation of increments:

Where

gain of the increments generated by the multiplication voltage.

Приращения не зависят от сопротивления выходов перемножителя 1, требуемые разные знаки приращений от напряжений смещения и компенсации формируются при их однополярности, приращения от напряжения перемножения могут усиливаться без дополнительного усилителя, что упрощает измеритель, повышая надежность. The increments do not depend on the resistance of the outputs of the multiplier 1, the required different signs of the increments from the bias and compensation voltages are formed when they are unipolar, the increments from the multiplying voltage can be amplified without an additional amplifier, which simplifies the meter, increasing reliability.

Коммутация напряжений компенсации вызывает приращение согласно уравнениям:

Учитывая стабильную разность напряжений источников 13 и 14 компенсации, уравнения приращений принимают вид:

где

переменная составляющая напряжений компенсаций;

постоянная составляющая входных напряжений;
U_ст U₂-U₁ разность напряжений источников 13 и 14 компенсаций.Switching compensation voltages causes an increment according to the equations:

Given the stable voltage difference of the

sources

13 and 14 of compensation, the equations of increments take the form:

Where

variable component of compensation voltages;

DC component of input voltages;
U _article U ₂ -U ₁ voltage difference of

sources

13 and 14 of compensation.

При установке напряжения смещения близким к полусумме напряжений компенсации постоянная составляющая приближается к нулю:

При разнополярных, близких по величине напряжениях компенсации целесообразно замещение источника 8 смещения общей шиной. При этом постоянная составляющая приближается к нулю, коэффициент усиления приращений равен:

Источник 8 смещения целесообразно выполнять резистивным делителем напряжения между выходами источников 13, 14 компенсации с коэффициентом деления близким к двум, что повышает надежность. Коэффициент усиления приращений при этом равен:

, где R сопротивление резисторов делителя.When you set the bias voltage close to half the compensation voltages, the DC component approaches zero:

When bipolar, close in magnitude of the compensation voltage, it is advisable to replace the bias source 8 with a common bus. In this case, the constant component approaches zero, the gain of the increments is equal to:

The bias source 8 is expediently performed by a resistive voltage divider between the outputs of the

compensation sources

13, 14 with a fission factor close to two, which increases reliability. The gain of the increments in this case is equal to:

where R is the resistance of the resistors of the divider.

При резисторе 10 сумматора с бесконечным сопротивлением, т.е. его исключении, коэффициент усиления приращений равен единице и не зависит от сопротивлений выхода источника 8 смещения и резистора 7 компенсации, что повышает точность. With the resistor 10 of the adder with infinite resistance, i.e. its exclusion, the gain of the increments is equal to unity and does not depend on the output resistances of the bias source 8 and the compensation resistor 7, which increases accuracy.

При замещении источника 8 смещения одним из источников компенсации уравнения приращений принимают вид:

Они не зависят от напряжений источников 13, 14 компенсации, которые могут быть однополярными.When replacing the displacement source 8 with one of the compensation sources, the equations of increments take the form:

They do not depend on the

voltage sources

13, 14 compensation, which can be unipolar.

При втором варианте сумматора 9 с выходом напряжения объединенными выходами перемножителя 1 и источника смещения 9, уравнения приращений аналогичны, но коэффициенты их усиления на единицу меньше, и в сопротивление резистора 10 входит сопротивление выходов перемножителя 1. In the second version of the adder 9 with a voltage output by the combined outputs of the multiplier 1 and the bias source 9, the increment equations are similar, but their amplification coefficients are one less, and the resistance of the outputs of the multiplier 1 is included in the resistance of the resistor 10.

При коммутации переключателя 4 сигналами коммутации равной длительности в цикле изменяется направление тока конденсатора 5, что ведет к компенсации приращений его напряжения за цикл коммутации от постоянной составляющей входных напряжений, воздействующей как разнополярное при разных сигналах коммутации в цикле. Приращения от напряжения перемножения, меняющего полярность синхронно с изменением направления тока, сохраняют знак, что устраняет накопление погрешностей от коммутации полярности входного напряжения интегратора 5. Резистор 6 уменьшает разряд конденсатора 5 сквозными токами переключателя 4 в моменты коммутации, что повышает точность и его сопротивление может быть увеличено введением последовательно с конденсатором 5 дополнительной токоограничительной цепи. Подача напряжения выводов конденсатора 5 на выходы интегратора 2 устраняет воздействие изменения его полярности сигналами коммутации, присутствующее на выходе усилителя 3, что повышает точность. Напряжение выхода усилителя 3 определяется уравнением:

где U_вых выходное напряжение усилителя 3;
R_ос сопротивление резистора 6.When the switch 4 is switched by switching signals of equal duration in the cycle, the direction of the current of the capacitor 5 changes, which leads to compensation of the increment of its voltage per switching cycle from the constant component of the input voltages, acting as bipolar with different switching signals in the cycle. The increments from the voltage of multiplication, changing the polarity synchronously with the change in the direction of the current, keep the sign, which eliminates the accumulation of errors from switching the polarity of the input voltage of the integrator 5. Resistor 6 reduces the discharge of the capacitor 5 through currents of the switch 4 at the moments of switching, which increases the accuracy and its resistance can be increased by the introduction in series with the capacitor 5 of an additional current-limiting circuit. The voltage supply of the terminals of the capacitor 5 to the outputs of the integrator 2 eliminates the effect of a change in its polarity by switching signals present at the output of the amplifier 3, which increases the accuracy. The output voltage of the amplifier 3 is determined by the equation:

where U _{o the} output voltage of the amplifier 3;
R _OS resistance of the resistor 6.

Напряжение выхода изменяется больше суммарного напряжения смещения и перемножения на неинвертирующем входе усилителя 3, установка напряжения смещения близким к середине интервала допустимых выходных напряжений усилителя 3 при установленных напряжениях его электропитания уменьшает вероятность их превышения, искажающего интегрирование, что уменьшает вызванную этим погрешность. The output voltage changes more than the total bias and multiplication voltage at the non-inverting input of the amplifier 3, setting the bias voltage close to the middle of the interval of permissible output voltages of the amplifier 3 at the set supply voltage reduces the likelihood of exceeding them, distorting the integration, which reduces the error caused by this.

В генераторе 11 импульсов компенсации компаратор 12 по напряжению конденсатора 5 на выходах интегратора 2 формирует на выходе сигнал, соответствующий его полярности. Элемент 17 памяти формирователя 16 сигналов управления повторяет на выходе сигнал полярности его установочного входа, сформированный в момент тактового фронта опорного сигнала на его тактовом входе, совпадающего с тактовым фронтом опорного сигнала на входе счетчика-делителя 21 датчика частот 19, что формирует длительность импульсов компенсации, кратную периодом опорных сигналов и синхронизирует фронты сигналов коммутации и импульсов компенсации, устраняя совпадение моментов с импульсами компенсации и вызванную этим погрешность. При напряжении конденсатора 5 на выходах интегратора 2, формируемом на выходах переключателя 4, его полярность и сигнал выхода элемента 17 памяти, используемый как сигнал реверса, не изменяются при коммутации переключателя 4 сигналом коммутации, изменяющим направление тока конденсатора 5, и соответствуют требуемому компенсирующему приращению напряжения конденсатора 5. Решающий элемент 18 с функцией управляемого сигналом коммутации изменения сигнала выхода элемента 17 памяти, выполненный, например, на логическом элементе с суммирующими входами "искл. ИЛИ", формирует сигнал компенсации, переключающий напряжение источников 13 или 14 при изменениях сигналов коммутации, что сохраняет требуемое компенсирующее направление тока и приращение напряжения конденсатора 5 от напряжения источников 13 и 14 компенсации. Вариант исключает влияние сопротивления ключей переключателя на точность измерителя. In the generator 11 compensation pulses, the comparator 12 for the voltage of the capacitor 5 at the outputs of the integrator 2 generates an output signal corresponding to its polarity. The memory element 17 of the driver 16 of the control signals repeats the output polarity signal of its installation input generated at the time of the clock front of the reference signal at its clock input, which coincides with the clock front of the reference signal at the input of the counter-divider 21 of the frequency sensor 19, which forms the duration of the compensation pulses, a multiple of the period of the reference signals and synchronizes the edges of the switching signals and compensation pulses, eliminating the coincidence of the moments with the compensation pulses and the resulting error. When the voltage of the capacitor 5 at the outputs of the integrator 2, formed at the outputs of the switch 4, its polarity and the output signal of the memory element 17, used as a reverse signal, do not change when the switch 4 is switched by a switching signal that changes the direction of the current of the capacitor 5, and correspond to the required compensating voltage increment capacitor 5. The decisive element 18 with the function controlled by the switching signal changes the output signal of the memory element 17, made, for example, on a logic element with summing inputs s "exc. OR", generates the compensation signal, the switching voltage sources 13 or 14 by switching signal changes that retains the desired compensating direction of the current and voltage increment condenser 5 from voltage sources 13 and 14 compensation. The option eliminates the influence of the resistance of the switch keys on the accuracy of the meter.

При выходном напряжении интегратора 2, формируемом на входах переключателя 4, например, объединенным с выходом усилителя 3, его полярность и сигнал выхода элемента 17 памяти, используемый как сигнал компенсации, изменяются при коммутации переключателем 4 направления тока конденсатора 5, что ведет к коммутации напряжения источников 13 или 14 переключателем 15 и сохраняет компенсирующее направление тока конденсатора 5. Решающий элемент 18, идентичный по функции и выполнению предыдущему варианту, соответственно формирует на выходе сигнал, соответствующий знаку приращения напряжения конденсатора 5 и используемый как сигнал реверса. Вариант уменьшает влияние входных токов компаратора 12, но возможны сбои формирования сигналов компенсации при несинхронности фронтов сигналов опорных и коммутации. When the output voltage of the integrator 2 generated at the inputs of the switch 4, for example, combined with the output of the amplifier 3, its polarity and the output signal of the memory element 17, used as a compensation signal, change when the switch 4 switches the current direction of the capacitor 5, which leads to switching the voltage of the sources 13 or 14 by the switch 15 and saves the compensating direction of the current of the capacitor 5. The decisive element 18, identical in function and implementation of the previous embodiment, accordingly generates a signal at the output, respectively stvuyuschy capacitor voltage increment sign 5 and used as a reverse signal. The option reduces the influence of the input currents of the comparator 12, but there may be malfunctions in the formation of compensation signals when the edges of the reference and switching signals are not synchronous.

Возможен вариант с замещением источника 8 смещения одним из источников компенсации, например, источником 13 и выполнением решающего элемента 18 элементом совпадений, например, "2-И", формирующего на выходе сигнал счета и компенсации при сигнале коммутации, когда напряжение источника 14 имеет компенсирующее действие, что, ввиду повторяемости сигнала реверса при сигналах счета, позволяет использовать выходной нереверсивный счетчик, упрощающий измеритель и повышающий надежность. Ввиду формирования сигналов счета при нулевом напряжении конденсатора 5 на входах компаратора 12 и разряда конденсатора 5 токами утечки при отсутствии напряжения перемножения, такой измеритель склонен к "самоходу", отношение длительности сигналов коммутации и компенсации не более единицы, что снижает точность. It is possible that the bias source 8 is replaced by one of the compensation sources, for example, source 13 and the decision element 18 is made by a coincidence element, for example, “2-I”, which generates an output signal of counting and compensation when the switching signal is received, when the voltage of source 14 has a compensating effect , which, in view of the repeatability of the reverse signal for counting signals, allows the use of an output non-reversible counter, simplifying the meter and increasing reliability. Due to the formation of counting signals at zero voltage of the capacitor 5 at the inputs of the comparator 12 and discharge of the capacitor 5 with leakage currents in the absence of multiplying voltage, such a meter is prone to self-propelled, the ratio of the duration of the switching signals and compensation is not more than unity, which reduces accuracy.

Целесообразнее вариант без замещения источника 8 смещения источником компенсации с выполнением решающего элемента 18 с суммирующими входами, например, "искл. ИЛИ", с выполнением устройства управления выходного счетчика с селектором, пропускающим для счета разность опорных сигналов при разных сигналах реверса. Селектор может выполняться, например, на дополнительно введенных втором элементе памяти, установочный вход которого соединен с выходом сигнала реверса, тактовый вход со входом опорных сигналов, втором элементе с суммирующими входами "искл. ИЛИ", входы которого соединены с выходами сигналов реверса и второго элемента памяти, а также элементе совпадений, например, "2-ИЛИ", выход которого выход сигналов счета, первый вход которого соединен с выходом второго элемента "искл. ИЛИ", второй вход со входом опорных сигналов, образуя селектор последовательных повторений сигналов реверса и опорного сигнала. Вариант сложен, что снижает надежность, но при приращениях напряжения конденсатора 5 от постоянной составляющей входных напряжений интегратора 2 за длительность сигнала коммутации меньших приращений от переменной составляющей за период опорных сигналов, т.е. при постоянной составляющей меньшей отношения разности напряжений компенсации и коэффициента деления счетчика-делителя 20, реверс счета меньше единицы, что позволяет использовать выходной нереверсивный счетчик, но требуется установка постоянной составляющей входных напряжений, близкой к нулю при высокой ее стабильности. It is more expedient that the bias source 8 is not replaced with a compensation source, with a deciding element 18 with summing inputs, for example, “exclusive. OR”, with an output counter control device with a selector that allows the reference signal difference to be counted for different reverse signals. The selector can be performed, for example, on an additionally inserted second memory element, the installation input of which is connected to the output of the reverse signal, a clock input with the input of the reference signals, the second element with summing inputs "exclusive OR", the inputs of which are connected to the outputs of the reverse signals and the second element memory, as well as a coincidence element, for example, “2-OR”, the output of which is the output of counting signals, the first input of which is connected to the output of the second element “exclusive OR,” the second input with the input of reference signals, forming a sequence selector true repetitions of reverse and reference signals. The option is complicated, which reduces reliability, but with increments of the voltage of the capacitor 5 from the constant component of the input voltages of the integrator 2 over the duration of the switching signal, smaller increments from the variable component for the period of the reference signals, i.e. with a constant component of a smaller ratio of the compensation voltage difference and the division ratio of the counter-divider 20, the counter reverse is less than unity, which allows the use of an output non-reversible counter, but requires the installation of a constant component of the input voltage close to zero with its high stability.

Целесообразней вариант селектора разности опорных сигналов при выходном нереверсивном счетчике, выполненный, например, на двух счетчиках с входом запрета счета, на входы счета которых опорные сигналы поступают через элементы совпадений, управляемые сигналами реверса, на цифровом компараторе со входами, соединенными с выходами разрядов счетчиков, формирующим при равенстве содержащих счетчиков сигнал запрета на соответствующем входе счетчика и разрешающим прохождение опорных сигналов через элемент совпадений на выходе селектора. Вариант сложен, что снижает надежность. It is more expedient to use the selector of the difference of the reference signals at the output non-reversible counter, made, for example, on two counters with a counter ban input, on the inputs of the counts of which the reference signals are supplied through coincidence elements controlled by the reverse signals, on a digital comparator with inputs connected to the outputs of the bits of the counters, forming, with the equality of the counters, the inhibit signal at the corresponding input of the counter and allowing the passage of the reference signals through the coincidence element at the output of the selector. The option is complex, which reduces reliability.

Более целесообразен вариант с общеизвестным реверсивным счетчиком, что упрощает измеритель. Выходной счетчик 22 считает периоды опорных сигналов по сигналу реверса, соответствующему знаку напряжений компенсаций в эти периоды. Уравнение приращений счета выходного счетчика 22 имеет вид:

где M приращение счета;
m_i, n_i количества периодов опорных сигналов при разных сигналах реверса за длительность сигналов цикла коммутаций;
N число циклов коммутации.A more suitable option is the well-known reversible counter, which simplifies the meter. The output counter 22 counts the periods of the reference signals by the reverse signal corresponding to the sign of the compensation voltages in these periods. The equation of the increments of the account of the output counter 22 has the form:

where M is the increment of the account;
m _i , n _{i the} number of periods of the reference signals for different reverse signals for the duration of the signals of the switching cycle;
N is the number of switching cycles.

Уравнения остаточных напряжений конденсатора 5 в моменты коммутаций имеют вид:
U_oi U_oi-1+t_o/R_kC[(U_oc+U_п.с+hU_n)m_i+ (-U_oc+U_п.с+hU_n)n_i]
U_oi+1 U_oi+t_o/R_kC[(U_oc+U_п.с+hU_n)m_i+1+ (-U_oc-U_п.с+hU_n)n_i+1]
где: U_oi-1, U_oi, U_oi-1 остаточные напряжения;
t_o период опорных сигналов.The equations of the residual voltages of the capacitor 5 at the time of switching are:
U _{_oi} U _{_oi-1} _{_{+ t o / R k C [}} (U oc + U _ps _{_{+ hU n) m i + (}} -U oc + U _ps + hU _{n) n} _i]
U _{oi + 1} _{_{_{U oi + t o / R k}}} C [(U oc + U _ps ₊ hU _n) m _i + ₁ + (-U _oc -U _ps ₊ hU _{n) n} _i + _1]
where: U _oi-1 , U _oi , U _oi-1 residual stresses;
t _o period of reference signals.

При этом справедливы уравнения:
m_i+n_i T/t_o 0,5K
где: K коэффициент деления частоты опорных сигналов счетчиком-делителем 21;
T длительность сигнала коммутации.In this case, the equations are valid:
m _i + n _i T / t _o 0.5K
where: K is the division coefficient of the frequency of the reference signals by the counter-divider 21;
T is the duration of the switching signal.

Решение уравнений относительно M дает уравнение:

где: T_изм 2 NT время измерений.Solving equations with respect to M gives the equation:

where: T _ism 2 NT time measurements.

Второе слагаемое правой части уравнения не превышает конечной величины и накопление погрешности не происходит, приращения счета не зависят от напряжений компенсаций относительно общей шины, которые могут быть однополярными, и от емкости конденсатора 5, а при исключении резистора 10 сумматора 9 от сопротивлений выхода источника 8 смещения и резистора 7 компенсации, что повышает точность. Напряжение перемножения пропорционально мощности электросети и приращения света пропорциональны расходу электроэнергии. Реверс счета выходного счетчика максимален при нулевом напряжении перемножения, его абсолютная величина, определенная из уравнений остаточных напряжений с учетом реверса от чередующихся напряжений компенсации равна:

Так как постоянная составляющая при напряжении смещения, близком к полусумме напряжений компенсаций, приближается к нулю, то реверс счета приближается к двум, а при формировании сигналов счета селекторами к нулю, что ускоряет регулирование и позволяет существенно увеличить отношение длительностей сигналов коммутаций и периодов опорных сигналов, т.е. коэффициент деления счетчика-делителя 20, повышая точность.The second term of the right-hand side of the equation does not exceed the final value and the error does not accumulate, the increment of the count does not depend on the compensation voltages relative to the common bus, which can be unipolar, and on the capacitance of the capacitor 5, and with the exception of the resistor 10 of the adder 9 from the resistance of the output of the bias source 8 and compensation resistor 7, which improves accuracy. The multiplication voltage is proportional to the power of the mains and the increment of light is proportional to the energy consumption. The counter counter of the output counter is maximum at zero voltage of multiplication, its absolute value determined from the equations of residual stresses taking into account the reverse from alternating compensation voltages is equal to:

Since the constant component at a bias voltage close to half the sum of the compensation voltages approaches zero, the counting reverse approaches two, and when the counting signals are formed by selectors to zero, this accelerates regulation and allows a significant increase in the ratio of the duration of switching signals and periods of the reference signals, those. division ratio of the counter-divider 20, increasing accuracy.

Составные части измерителя электроэнергии переменного тока (фиг. 2) выполнены следующим образом. The components of the meter of electricity of alternating current (Fig. 2) are made as follows.

Перемножитель 1 выполнен, например, времяимпульсным и содержит: широтно-импульсный модулятор 23, вход которого соединен с выходом датчика сигнала напряжения, выполненным, например, резистивным делителем напряжения электросети (на схеме не показан); амплитудно-импульсный модулятор 24 в виде переключателя полярности, входы которого соединены с выходами датчика сигнала тока, выполненным, например, трансформатором тока электросети (на схеме не показан), вход коммутации с выходом широтно-импульсного модулятора 23; фильтр 25 низкой частоты на конденсаторе 26 и резисторе 27, входы которого соединены с выходами модулятора 24; переключатель 28 полярности напряжения перемножения, входы которого соединены с выходами 25, выходы которого выходы перемножителя 1. The multiplier 1 is made, for example, time-pulse and contains: a pulse-width modulator 23, the input of which is connected to the output of the voltage signal sensor, made, for example, by a resistive voltage divider (not shown); an amplitude-pulse modulator 24 in the form of a polarity switch, the inputs of which are connected to the outputs of the current signal sensor, made, for example, by a current transformer of the mains current (not shown in the diagram), a switching input with the output of a pulse-width modulator 23; a low-pass filter 25 on a capacitor 26 and a resistor 27, the inputs of which are connected to the outputs of the modulator 24; switch 28 polarity of the voltage of the multiplication, the inputs of which are connected to the outputs 25, the outputs of which the outputs of the multiplier 1.

Отсутствие напряжений смещения нуля элементов тракта устраняет погрешность их перемножения, фильтр 25 низкой частоты усредняет импульсное напряжение перемножения в постоянное, коммутация полярности которого переключателем 28 с частотой, существенно меньшей частоты модуляции перемножителя 1, снижает погрешность, обусловленную конечным быстродействием усилителя 3 интегратора 2. При втором варианте сумматора 9 возможно выполнение перемножителя 1 с переключателем полярности управляемым инвертором сигнала коммутации модулятора 24, например, элементом с суммирующими входами, без фильтра 25, что повышает надежность. The absence of zero bias voltages of the path elements eliminates the error of their multiplication, the low-pass filter 25 averages the pulse multiplication voltage to a constant voltage, switching the polarity of which with switch 28 with a frequency substantially less than the modulation frequency of multiplier 1 reduces the error due to the final speed of amplifier 3 of integrator 2. When the second the option of the adder 9 may run the multiplier 1 with a polarity switch controlled by the inverter of the switching signal of the modulator 24, for example p, an element with summing inputs, without filter 25, which increases reliability.

Интегратор 2 описан выше и выполнен с выходами, совмещенными с выходами усилителя 3. The integrator 2 is described above and is made with the outputs combined with the outputs of the amplifier 3.

Источник 8 смещения описан выше и выполнен делителем напряжения на одинаковых резисторах 29 и 30, выход которого выход источника смещения 8. The bias source 8 is described above and is made by a voltage divider on the same resistors 29 and 30, the output of which is the output of the bias source 8.

Сумматор 9 описан выше и выполнен пассивным. The adder 9 is described above and is made passive.

Генератор 11 импульсов компенсации описан выше и выполнен с выходом сигналов компенсации на выходе элемента 17 памяти, например, D-триггера, тактовые фронты сигналов на тактовом входе которого совпадают с тактовыми фронтами сигналов входа счетчика-делителя 21 датчика частот 19, что совмещает фронты импульсов компенсации и сигналов коммутации, с выходом сигналов реверса на выходе решающего элемента 18 "искл. ИЛИ" с использованием сигналов тактового входа элемента 17 памяти для формирования сигналов счета. The compensation pulse generator 11 is described above and is configured to output compensation signals at the output of the memory element 17, for example, a D-trigger, the clock edges of the signals at the clock input of which coincide with the clock edges of the input signals of the counter-divider 21 of the frequency sensor 19, which combines the edges of the compensation pulses and switching signals, with the output of the reverse signals at the output of the deciding element 18 "excl. OR" using the clock signals of the input element 17 of the memory to generate counting signals.

Датчик 19 частот содержит генератор 20 стабильной частоты, счетчик-делитель 21, вход которого соединен с выходом генератора 20, с формированием сигналов коммутации на выходе Q_m двоичных разрядов. Коэффициент деления счетчика-делителя 21 равен:
K 2^m,
где m номер выхода двоичных разрядов.The frequency sensor 19 contains a stable frequency generator 20, a counter-divider 21, the input of which is connected to the output of the generator 20, with the formation of switching signals at the output of Q _m binary bits. The division ratio of the counter-divider 21 is equal to:
K 2 ^m
where m is the binary output number.

Период опорных сигналов равен:

где f частота генератора 20 датчика 19 частот.The reference signal period is:

where f is the frequency of the generator 20 of the sensor 19 frequencies.

Выходной счетчик 22 с входами счета "С" и реверса "±1" выполнен с тактовым фронтом сигналов счета, обратным тактовому фронту опорного сигнала тактового входа элемента 17 памяти, что устраняет сбой счета от совпадения фронтов сигнала счета и реверса. Исключение дополнительных выходных сигналов из-за реверса счета в пределах первого содержимого, формирующего выходной сигнал, достигается изменением при сформировании выходного сигнала первого содержимого на второе, имеющих разность в пределах, определяемых неравенством:

где

максимальный реверс счета;
Z разность первого и второго содержимых;
A общий коэффициент деления счетчика 22.The output counter 22 with the inputs of the count "C" and reverse "± 1" is made with a clock edge of the count signals, the opposite of the clock edge of the reference signal of the clock input of the memory element 17, which eliminates the counting failure from the coincidence of the edges of the count signal and the reverse. The exclusion of additional output signals due to reverse counts within the first content that forms the output signal is achieved by changing the output signal of the first content to the second, having a difference within the limits determined by the inequality:

Where

maximum account reverse;
Z is the difference between the first and second contents;
A total counter division factor 22.

Неравенство преобразуется в выражения:

Их левые части представляют коэффициенты деления счетчика 22 с изменяемым содержимым для разных направлений счета. Задание содержимых устанавливает коэффициент деления счетчика 22, что определяет число выходных сигналов на единицу измерения электроэнергии, расширяя диапазон регулирования, например, для разных номинальных мощностей измерителя.Inequality translates into expressions:

Their left parts represent the division factors of the counter 22 with variable content for different directions of the account. Setting the contents sets the division ratio of the counter 22, which determines the number of output signals per unit of electrical energy measurement, expanding the control range, for example, for different rated power of the meter.

Счетчик 22 с изменением содержимых может выполняться с выходом формирователя сигнала переноса CO при первом содержимом, с входом размещения SE установки второго содержимого, со входами SO-Sm задания кода одного из содержимых соединением их с шиной логических сигналов "лог. 0", "лог. 1", с дополнительно введенным формирователем 31 сигнала установки, например, ждущим мультивибратором, выход которого выход СИ измерителя, формирующим сигнал длительностью меньше периода сигнала счета, сформировавшего выходной сигнал, что исключает ошибки счета при любых сигналах реверса, вход которого соединен с выходом CO, выход с выходом разрешения SE установки счетчика 22. Counter 22 with a change in contents can be performed with the output of the CO transfer signal shaper at the first content, with the input of the placement SE of the installation of the second content, with the inputs SO-Sm of setting the code of one of the contents by connecting them to the logical signal bus "log. 0", "log. 1 ", with an additional input of the setup signal driver 31, for example, a waiting multivibrator, the output of which is the SI meter output, generating a signal with a duration shorter than the period of the count signal that generated the output signal, which eliminates count errors when any reverse signals, the input of which is connected to the CO output, the output with the output of the resolution SE of setting the counter 22.

Возможен вариант выходного счетчика, содержащий реверсивный счетчик с коэффициентом деления, превышающим удвоенный максимальный реверс счета, с изменением первого содержимого при сформировании выходного сигнала, например, близком к половине коэффициента деления, выход которого соединен с входом счетчика с постоянным направлением счета, коэффициент деления которого задается общеизвестными способами, что снижает разрядность реверсивного счетчика, упрощая схему и повышая надежность. A variant of the output counter is possible, containing a reversible counter with a division ratio greater than twice the maximum count reversal, with a change in the first content when generating the output signal, for example, close to half of the division coefficient, the output of which is connected to the counter input with a constant count direction, the division ratio of which is set in well-known ways, which reduces the capacity of the reversible counter, simplifying the circuit and increasing reliability.

Целесообразно дополнительное введение дешифратора 32, внешние входы которого соединяются с шиной логических сигналов, образуя код варианта номинальной мощности измерителя, выходы с входами задания кодов содержимых счетчика 22, соответствующих кодам вариантов, что сокращает число присоединяемых входов измерителя, повышая надежность. It is advisable to additionally introduce a decoder 32, the external inputs of which are connected to the logical signal bus, forming a variant code of the rated power of the meter, outputs with the inputs of the job codes for the contents of the counter 22, corresponding to the option codes, which reduces the number of connected inputs of the meter, increasing reliability.

При заданном измерении содержимого счета на единицу выходной счетчик 22 может выполняться по общеизвестным схемам счетчиков-делителей. For a given measurement of the contents of the account per unit, the output counter 22 can be performed according to well-known schemes of divider counters.

Предлагаемый электронный измеритель электроэнергии может выполняться в едином интегральном исполнении для разных номинальных мощностей электросети с дискретным их переключением, что делает измеритель универсальным, имеющим точность, определяемую стабильностью опорной частоты и разности напряжений компенсации, не требует особых технологий изготовления, повышающих его стоимость, и позволяет создать точный и надежный счетчик электроэнергии с одним регулировочным элементом, например, коэффициента передачи датчика сигнала электросети, что снижает стоимость счетчика. The proposed electronic electricity meter can be performed in a single integrated design for different nominal power of the power supply network with their discrete switching, which makes the meter universal, having accuracy determined by the stability of the reference frequency and the difference in compensation voltages, does not require special manufacturing technologies that increase its cost, and allows you to create accurate and reliable energy meter with one adjustment element, for example, the transmission coefficient of the sensor signal power supply and, which reduces the cost of the counter.

Claims

1. An electronic energy meter containing a multiplier of the input signals from the outputs of the voltage and current sensors of the mains with first and second outputs, with a polarity switch, a bias source, an adder of the output signals of the multiplier and a bias source with a current output, an integrator with first and second outputs, and integrating currents first, connected to the output of the adder, and second inputs, with a switch, with a capacitor of a current-controlled circuit, a frequency sensor consisting of a generator with an output of reference signals and a counter a divider, the input of which is connected to the output of the reference signals of the generator, with the output of the switching signals combined with the switching inputs of the switches of the multiplier and the integrator, an output counter of increments in the difference of the count signals with the inputs of the count and reverse, with the output of the meter signals, a compensation resistor, a compensation pulse generator, having a first compensation source with a voltage output, a voltage selector with a first, connected to the output of the first compensation source, and second inputs, the output of the compensation pulses which through a compensation resistor is connected to the second input of the integrator, a comparator, the inputs of which are connected to the outputs of the integrator, a driver of control signals with a polarity input connected to the output of the comparator, with the inputs of the reference and switching signals connected to the corresponding outputs of the frequency sensor, with the formation of counting signals, which are received at the corresponding input of the output counter, and compensations that are received at the switching input of the voltage switch, characterized in that the multiplier is n with a multiplication voltage polarity switch, the adder is supplemented with a voltage output, the integrator is supplemented with a third differential input integrating voltage connected to the adder voltage output, and is made with a switch formed by a current-controlled current direction circuit through a capacitor, with a capacitor voltage at the integrator outputs, the compensation pulse generator is supplemented a second compensation source with a voltage output having a stable difference with the voltage of the first compensation source and connected to the second input of the voltage switch, the driver of the control signals is configured to generate reverse signals corresponding to the sign of the voltage increments on the integrator capacitor from the voltages in the compensation pulses, which are applied to the corresponding input of the output counter, and consists of a clocked memory element, the installation input of which is the input polarity, the clock input is the input of the reference signals, and the decisive element, which changes the output signal of the element and the dependence on ala switching a first input coupled to an output memory element, its second input is the input of the switching control signal generator, the output signal increments counter counting periods of the reference signals at different reverse signals formed with a predetermined change in the content account when the constitution of the output signal.

2. The meter according to claim 1, characterized in that the adder is made with summing the input voltages by a serial connection of the output of the bias source and the outputs of the multiplier, with a current output connected via an additionally added resistor of the adder to the first output of the multiplier, with the voltage output being the second output of the multiplier.

3. The meter according to claim 2, characterized in that the voltage of the bias source is set close to half the voltage of the compensation sources.

4. The meter according to claim 2 or 3, characterized in that the bias source is made by a resistive voltage divider with a dividing factor close to two, the inputs of which are connected to the outputs of the first and second compensation sources, the output of which is the output of the bias source.

5. The meter according to claim 2, or 3, or 4, characterized in that the voltage of the compensation sources and the power supply are installed unipolar.

6. The meter according to claim 2 or 3, characterized in that the voltages of the compensation sources are set bipolar and close in magnitude, the bias source is replaced by a common bus.

7. The meter according to one of paragraphs. 1 to 6, characterized in that the multiplier is made pulse-time, with an additional low-pass filter, the inputs of which are connected to the outputs of the amplitude-pulse modulator of the multiplier, the outputs with the inputs of the polarity switch of the multiplier voltage at the outputs of the multiplier.

8. The meter according to one of paragraphs.2 to 7, characterized in that the voltage of the bias source is set close to the middle of the interval of permissible output voltages of the integrator amplifier at the set voltage of its power supply.

9. The meter according to one of paragraphs.2 to 8, characterized in that the upper limit of the resistance of the resistor of the adder with the total voltage of the source of bias and multiplication at the voltage output is set to infinite.

10. The meter according to one of claims 1 to 9, characterized in that the voltage outputs of the integrator capacitor are capacitor outputs, the driver of control signals is made with the output of reverse signals at the output of the memory element, with the output of compensation signals at the output of the deciding element with summing inputs, with the formation of signals accounts from reference signals.

11. The meter according to claim 10, characterized in that the output counter is made with a selector of successive repetitions of the signals of the inputs of the reverse and counting, the output of which and the input of the reverse are connected respectively to the inputs of the count and reverse of the counter.

12. The meter according to claim 11, characterized in that the constant component of the input voltage of the integrator is set to a smaller ratio of the difference between the compensation voltages and the frequency division coefficient of the reference signals by a counter-divider of the frequency sensor, the counter is made with a constant direction of counting.

13. The meter according to p. 10, characterized in that the output counter is made with a selector of the difference of the signals of the input of the account for different signals of the input of the reverse, the output of which is connected to the input of the counter with a constant direction of the account.

14. The meter according to claim 1 or 2, characterized in that the bias source is replaced by the first compensation source, the integrator capacitor voltage outputs the capacitor leads, the control signal generator is made with the output of the compensation and count signals at the output of the matching deciding element, the output counter is made in a constant direction bills.

15. The meter according to one of claims 1 to 14, characterized in that the output counter is configured to generate an output signal with the first content switched to the second content having a predetermined difference with the first during the count signal that generated the first content.

16. The meter according to item 15, wherein the output counter is supplemented by inputs of the job of the first or second content connected to the bus of logical signals, forming their code that determines the division ratio of the counter, the input resolution of the installation of the second content, the shaper of the switching signal for a duration within the period the signal of the account, the input of which is connected to the output of the counter, the output with the permission input
17. The meter according to clause 16, characterized in that the lower limit of the specified difference in the contents of the output reverse counter is set larger than the maximum counting reversal, its upper limit is set smaller than the difference in the total division ratio of the output counter and the maximum counting reverse, the duration of the switching signal is less than the duration of the counting signal period .

18. The meter according to 17, characterized in that the output counter contains a reversible counter with a division ratio greater than twice the maximum count reversal, with close to half the division coefficient, the change in the first content when generating the output signal, the output of which is connected to the input of the additionally entered counter with a constant the direction of the account, the output of which is the output of the meter.

19. The meter according to one of claims 1 to 18, characterized in that the division coefficients of the output counter are set to set the transmit coefficient of the meter.

20. The meter according to claim 19, characterized in that the output counter is supplemented by a decoder with inputs, the connection of which with the logic signal bus forms a variant code of the rated power of the meter, at the outputs of which are connected to the inputs that determine the meter transmission coefficient of the corresponding rated power options.