SK50302009A3

SK50302009A3 - Elektronický watthodinový elektromer

Info

Publication number: SK50302009A3
Application number: SK5030-2009A
Authority: SK
Inventors: Kazunori Go; Noriko Yoshikawa
Original assignee: Osaki Electric Co., Ltd.
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2006-10-18
Publication date: 2010-03-08
Also published as: CN101542298B; CN101542298A; JPWO2008047428A1; WO2008047428A1; JP4896150B2

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka elektronického watthodinového elektromera, počítajúceho spotrebovanú elektrickú energiu meraného objektu na základe digitálneho signálu, konvertovaného prostriedkami (A/D, AD) na konvertovanie analógového na digitálny signál.

Doterajší stav techniky

Zaručený rozsah presnosti merania elektronického watthodinového elektromera je vo všeobecnosti asi ± 10 % menovitej hodnoty napätia, ale je široký rozsah od 6-krát po 1/40-krát väčší než menovitá hodnota pre prúd. Preto, aby sa prúd meral v zaručenom rozsahu presnosti merania s presnosťou ± 1 %, vyžaduje sa rozlíšenie 1/240 x 1 % = 1/24000, t. j. rozlíšenie 1/24000, a pre A/D prevodník (konvertor) sa vyžaduje rozlíšenie asi 15 bitov. Avšak A/D prevodník, nachádzajúci sa v mikropočítači, ktorý sa vo všeobecnosti používa ako aritmetické spracujúce zariadenie, má vo všeobecnosti rozlíšenie 10 bitov alebo najviac 12 bitov, a v elektronickom watthodinovom elektromere, používajúcom takýto univerzálny mikropočítač, sa toto rozlíšenie stáva nedostatočným. Preto, aby sa nahradilo nedostatočné rozlíšenie v A/D prevodníku, nachádzajúcom sa v mikropočítači, bežný elektronický watthodinový elektromer zosilňuje prúd, ktorý sa meria, so zosilňovacím činiteľom, zodpovedajúcim jeho veľkosti. Napríklad, v bežnom elektronickom watthodinovom elektromere, opísanom v patentovom dokumente 1, sa zosilňovací činiteľ automaticky nastaví na základe úrovne usmerneného a spriemerovaného meraného prúdu a menovitej úrovne zosilňovacích prostriedkov, a v zosilňovacích prostriedkoch sa výstup z prúdového snímača zosilní na základe nastaveného zosilňovacieho činiteľa. Ďalej existuje bežný elektronický watthodinový elektromer, vybavený viacerými zosilňovačmi vo viacerých stupňoch, ako je znázornené na obr. 1, aby boli schopné zosilniť meraný prúd s rôznymi zosilňovacími činiteľmi podľa jeho veľkosti.

Tento elektronický watthodinový elektromer je konfigurovaný tak, že zahrnuje univerzálny mikropočítač 1. Mikropočítač 1 je vybavený A/D prevodníkom 2 typu s postupnou aproximáciou a segmentom 3 softvérového spracovania, ktorý vykonáva

-2aritmetické operácie na základe digitálnych dát, konvertovaných v A/D prevodníku 2. Zosilňovače 9, 10, 11 a 12, ktoré zosilňujú vstupný signál päťkrát, sú zapojené v štyroch stupňoch k A/D prevodníku 2 cez voliaci spínač 7. Napäťový snímač 13 a prúdový snímač 14 sú pripojené k zosilňovaču 9 v prvom stupni cez voliaci spínač 8. Voliaci spínač 8 môže alternatívne prepínať spojenie k ľubovoľnej zo svoriek 8a, 8b a 8c. Keď je spojenie prepnuté k svorke 8a, zvolí a zmeria sa napäťový signál z napäťového snímača 13, keď je spojenie prepnuté k svorke 8b, zvolí a zmeria sa prúdový signál z prúdového snímača 14, a keď je spojenie prepnuté k svorke 8c, zvolí a zmeria sa referenčný potenciál detekčného výstupu každého zo snímačov 13 a 14. Voliaci spínač 7 môže alternatívne prepínať spojenie k ľubovoľnej zo svoriek 7a, 7b, 7c a 7d, keď sa zvolí počet stupňov zosilňovačov, použitých na zosilnenie prúdového signálu, detegovaného prúdovým snímačom 14. Keď je spojenie prepnuté k svorke 7a, zvolí sa zosilňovač 9 jedného stupňa a vstupný signál sa zosilní päťkrát. Ďalej, keď je spojenie prepnuté k svorke 7b, zvolia sa zosilňovače 9 a 10 dvoch stupňov, keď je spojenie prepnuté k svorke 7c, zvolia sa zosilňovače 9 až 11 troch stupňov, keď je spojenie prepnuté k svorke 7d, zvolia sa zosilňovače 9 až 12 štyroch stupňov, a vstupné signály sa zosilnia 5²-krát, 5³-krát a 5⁴-krát.

Ovládač displeja z tekutých kryštálov (LCD ovládač) 5, ktorý kontroluje LED (light emitting dióde - svetlo emitujúcu diódu) 15 a segment 6 displeja z tekutých kryštálov (LCD), je spojený so segmentom 3 softvérového spracovania. Segment 3 softvérového spracovania vynásobí hodnotu napätia a hodnotu prúdu, konvertované na digitálne dáta v A/D prevodníku 2, aby sa vypočítal elektrický výkon, a kumulatívne pripočíta elektrický výkon na vypočítanie elektrickej energie. Vypočítaná elektrická energia sa zobrazí na segmente 6 displeja z tekutých kryštálov a na základe vypočítanej elektrickej energie sa vygeneruje impulzný signál, úmerný spotrebovanej elektrickej energii, aby sa zapla a vypla LED 15.

Obr. 2 je -vývojový diagram, znázorňujúci prehľad výpočtového spracovania elektrickej energie vo vyššie opísanom segmente 3 softvérového spracovania.

Vo výpočtovom spracovaní elektrickej energie sa najprv vykoná simulované A/D konverzné spracovanie (pozri krok (v ďalšom opísaný ako S) 1 na obr. 2). V tomto spracovaní sa voliaci spínač 8 prepne na svorku 8b a digitálne dáta prúdovej hodnoty, ktorá sa najprv konvertuje A/D prevodníkom 2, sa vymažú, aby sa zlepšila presnosť merania prúdu. Potom sa vykoná A/D predkonverzné spracovanie (S2). V

-3tomto spracovaní sa vykoná spracovanie merania na určenie optimálneho počtu stupňov zosilňovačov, použitých na zosilnenie prúdového signálu zo zosilňovačov 9 až 12. Potom sa vykoná reálne A/D konverzné spracovanie prúdu (S3). V tomto spracovaní sa zosilňovače s počtom stupňov, určeným v S2, zvolia prepnutím voliaceho spínača 7 a po tom, čo sa výstup detekčného signálu z prúdového snímača 14 zosilní zvolenými zosilňovačmi, vykoná sa spracovanie konverzie detekčného signálu na digitálne dáta A/D prevodníkom 2. Potom sa vykoná simulované A/D konverzné spracovanie napätia (S4). V tomto spracovaní sa tak ako v simulovanom A/D konverznom spracovaní prúdu v SI voliaci spínač 8 prepne na svorku 8a a digitálne dáta napäťovej hodnoty, ktorá sa najprv konvertuje A/D prevodníkom 2, sa vymažú, aby sa zlepšila presnosť merania napätia. Potom sa vykoná reálne A/D konverzné spracovanie napätia (S5). V tomto spracovaní sa zosilňovač 9 jedného stupňa zvolí prepnutím voliaceho spínača 7 a po tom, čo sa výstupný detekčný signál z napäťového snímača 13 zosilní zosilňovačom 9, vykoná sa spracovanie konverzie detekčného signálu na digitálne dáta A/D prevodníkom 2.

Potom sa z prúdovej hodnoty, získanej v S3, a napäťovej hodnoty, získanej v S5, odstráni ofset (odchýlka) predchádzajúceho času, ktorý sa získa spracovaním S13, ktorý bude opísaný neskôr, a vypočíta sa (S6) elektrický výkon. Ofset je napätie, ktoré je na výstupe z A/D prevodníka 2, keď vstup je nula v každom zo zosilňovačov 9 až 12 a vzorec na výpočet elektrického výkonu v S6 je vyjadrený ako (hodnota napätia ofset) * (hodnota prúdu - ofset).

V ďalšom sa vykoná spracovanie (S7) nastavenia zisku. Konkrétnejšie, výsledok výpočtu elektrického výkonu, získaný v S6, sa zvýši vopred stanoveným násobiteľom v súlade so zosilňovacím súčiniteľom zosilňovačmi počtu stupňov, určeného v S2, a tým sa vykoná nastavenie zisku. Následne sa vykoná (S8) spracovanie korekcie chyby zisku. Konkrétnejšie, vykoná sa spracovanie odstránenia chyby, ku ktorej dochádza vo výsledku výpočtu elektrického výkonu v dôsledku chyby vo vnútornom odpore, ktorý určuje zosilňovací činiteľ v každom zo zosilňovačov 9 až 12. Potom sa vykoná (S9) výpočet elektrickej energie akumuláciou dát o elektrickom výkone, získaných spracovaním S6 až S8. Na základe elektrickej energie, vypočítanej v kumulatívnom spracovaní elektrických výkonov, sa do LED 15 (S 10) vyšle impulzný signál, úmerný spotrebovanej elektrickej energii, a vypočítaná elektrická energia sa zobrazí na segmente 6 s tekutým displejom.

-4V ďalšom sa vykoná spracovanie simulovanej A/D konverzie ofsetu (Sll). V tomto spracovaní sa voliaci spínač 8 prepne na svorku 8c a ofsetové dáta, ktoré sa najprv získali A/D prevodníkom 2, sa vymažú, aby sa zlepšila presnosť merania ofsetu každého zo zosilňovačov 9 až 12. Potom sa vykoná spracovanie reálnej A/D konverzie ofsetu (S 12). V tomto spracovaní sa postupne meria ofset každého zo stupňov zosilňovačov 9 až 12 prepínaním voliaceho spínača 7 a nameraný ofset sa konvertuje na digitálne dáta A/D prevodníkom 2. Meranie ofsetu sa vykoná niekoľkokrát a na základe výsledku merania sa vypočíta priemerná hodnota ofsetu (S13). Na základe takto získaného ofsetu sa vykoná spracovanie (S6) výpočtu elektrického výkonu nasledujúceho času, ako je opísané vyššie.

Patentový dokument 1: Japonský zverejnený patent č. 2004-177228 (odseky [0025] až [0031]).

Podstata vynálezu

Avšak, vo vyššie opísanom bežnom elektronickom watthodinovom elektromere, znázornenom na obr. 1, sa v dôsledku konfigurácie, v ktorej sú zosilňovače 9 až 12 zapojené do viacerých stupňov, musí optimálny počet stupňov zosilňovačov určiť spracovaním A/D predkonverzie prúdu v S2, ofsety zosilňovačov 9 až 12 príslušných stupňov sa musia merať spracovaním simulovanej A/D konverzie ofsetu v Sll, a viaceré hodnoty ofsetu, ktoré sú namerané spracovaním reálnej A/D konverzie ofsetu v S12, sa musia zapamätať pre každý zo stupňov zosilňovačov 9 až 12. Ďalej, nastavenie zisku sa musí vykonať pre každý zo zosilňovačov 9 až 12 každého stupňa spracovaním S7 nastavenia zisku a chyba odporu každého zo zosilňovačov 9 až 12 každého stupňa sa musí skorigovať spracovaním S8 korekcie chyby zisku. V súlade s tým sú vo vyššie opísanom bežnom elektronickom watthodinovom elektromere, znázornenom na obr. 1, potrebné mnohé spracovania, množstvo softvéru sa stáva veľkým, je potrebná veľká kapacita na zapamätanie dát, a preto je potrebný mikropočítač s veľkou pamäťou.

Ďalej, v dôsledku zvyšovania množstva spracovaní sa rýchlosť spracovania musí zlepšiť zvýšením operačného kmitočtu hodinových impulzov mikropočítača 1 a prúdová spotreba mikropočítača 1 sa stáva veľkou. Ďalej, v dôsledku konfigurácie, v ktorej sú zosilňovače 9 až 12 zapojené do viacerých stupňov, rozmer časti s analógovými obvodmi sa stáva veľkým, aby zväčšil podložku polovodičov a spotreba

- 5 prúdu v časti s analógovými obvodmi sa stáva veľkou. V súlade s tým sa v bežnom elektronickom watthodinovom elektromere, znázornenom na obr. 1, nedá použiť kompaktný napájači zdroj. Ďalej, so zväčšovaním spotreby prúdu sa stáva veľkým rozsah odchýlok výstupného napätia z napájacieho zdroja, a preto v bežnom elektronickom watthodinovom elektromere, znázornenom na obr. 1, je potrebný komponent obvodu na stabilizáciu výstupného napätia z napájacieho zdroja na zvýšenie nákladov. Ďalej, keď sa operačný kmitočet hodinových impulzov mikropočítača 21 stane vysokým, zväčší sa vplyv radiačnej intenzity elektrického poľa elektromagnetickým šumom, ktorý generuje mikropočítač 1. Preto sú v bežnom elektronickom watthodinovom elektromere, znázornenom na obr. 1, potrebné protiopatrenia, ako je elektromagnetické tienenie na zlepšenie výkonu odporu proti šumu (EMC) a náklady sa zvyšujú aj v tomto smere.

V dôsledku toho sa v bežnom elektronickom watthodinovom elektromere, znázornenom na obr. 1, nepodarilo úspešne zmenšiť veľkosť produktu ani znížiť náklady.

Tento vynález má vyriešiť vyššie uvedené problémy a poskytuje elektronický watthodinový elektromer, ktorý zahrnuje napäťový snímač, detegujúci napätie meraného objektu, prúdový snímač, detegujúci prúd meraného objektu, voliaci spínač, ktorý alternatívne volí a odovzdáva buď detekčný výstup napäťového snímača alebo prúdového snímača alebo referenčný potenciál detekčného výstupu, zosilňovacie prostriedky, ktoré zosilňujú detekčný výstup prinajmenšom prúdového snímača, a aritmetické spracujúce zariadenie, obsahujúce A/D konverzné prostriedky, ktoré konvertujú detekčné výstupy napäťového snímača a prúdového snímača a vyššie opísaný referenčný potenciál, ktoré vyšle voliaci spínač, do digitálnych signálov z analógových signálov, a aritmetické operačné prostriedky, ktoré aritmeticky spracujú spotrebovanú elektrickú energiu meraného objektu na základe digitálnych signálov, konvertovaných A/D konverznými prostriedkami, vyznačujúci sa tým, že zosilňovacie prostriedky sú tvorené diferenčnými zosilňovacími prostriedkami, ktoré diferenčné zosilňujú vstupný signál,

-6A/D konverzné prostriedky konvertujú vstupný signál na digitálny signál z analógového signálu ΔΣ moduláciou, a aritmetické operačné prostriedky vypočítajú spotrebovanú elektrickú energiu meraného objektu odstránením vyššie opísaného referenčného potenciálu, ktorý je konvertovaný A/D konverznými prostriedkami z každého z detekčných výstupov napäťového snímača a prúdového snímača, ktoré sú konvertované v A/D konverzných prostriedkoch.

Podľa tejto konfigurácie sa detekčný výstup napäťového snímača, detekčný výstup prúdového snímača a referenčné potenciály týchto detekčných výstupov konvertujú na digitálne signály z analógových signálov ΔΣ moduláciou v A/D konverzných prostriedkoch. Referenčný potenciál, konvertovaný na digitálny signál, sa odstráni z každého z detekčných výstupov napäťového snímača a prúdového snímača, ktoré sú konvertované na digitálne signály, aritmetickými operačnými prostriedkami, a tým sa ofsety diferenčných zosilňovacích prostriedkov a A/D konverzných prostriedkov odstránia z každého z detekčných výstupov napäťového snímača a prúdového snímača. Spotrebovaná elektrická energia meraného objektu sa vypočíta s použitím každého z detekčných výstupov napäťového snímača a prúdového snímača, z ktorých sú ofsety odstránené.

Konverzia z analógového signálu na digitálny signál v A/D konverzných prostriedkoch sa vykoná s vysokým rozlíšením jemným vzorkovaním prevzorkovaním v čase ΔΣ modulácie, a preto zosilňovacie prostriedky nemusia byť konfigurované tak, aby mali viaceré stupne na dosiahnutie rozlíšenia A/D konverzných prostriedkov. Preto, aj keď zosilňovacie prostriedky nie sú konfigurované s viacerými stupňami, detekčný výstup prúdového snímača, ktorý potrebuje široký rozsah zaručenej presnosti merania, sa dajú merať v širokom rozsahu s vysokou presnosťou. Ďalej, pretože zosilňovacie prostriedky nemusia byť konfigurované s viacerými stupňami, je zbytočné určovať optimálny počet stupňov zosilňovačov, merať ofset každého zo zosilňovačov každého stupňa a zapamätať namerané hodnoty ofsetu niekoľkokrát pre každý zo stupňov zosilňovačov. Ďalej, je zbytočné vykonať nastavenie zisku pre každý zosilňovač každého stupňa spracovaním nastavenia zisku a skorigovať chybu odporu pre zosilňovač každého stupňa spracovaním korekcie chyby zisku. V súlade s tým sa množstvo spracovaní zníži, čím sa zmenší veľkosť softvéru a kapacita na zapamätanie dát bude malá. Preto aritmetické spracujúce zariadenie vyžaduje len malú

-Ί veľkosť pamäte. Ďalej, pretože sa množstvo spracovaní zníži, operačný kmitočet hodinových impulzov aritmetického spracujúceho zariadenia sa potlačí, aby bol malý, ajeho spotreba prúdu sa môže znížiť. Ďalej, pretože zosilňovacie prostriedky nemusia byť konfigurované s viacerými stupňami, veľkosť časti s analógovým obvodom bude malá, čo môže zmenšiť veľkosť podložky a znížiť spotrebu prúdu v časti s analógovým obvodom. V súlade s tým sa dá použiť kompaktný napájači zdroj ako napájači zdroj elektronického watthodinového elektromera. Ďalej, pretože spotreba prúdu je znížená a rozsah odchýlok výstupného napätia z napájacieho zdroja sa dá zmenšiť, obvodový komponent na stabilizáciu výstupného napätia z napájacieho zdroja ako v bežnom elektronickom watthodinovom elektromere nie je potrebný a náklady sa dajú znížiť. Ďalej, pretože operačný kmitočet hodinových impulzov aritmetického spracujúceho zariadenia sa dá potlačiť, aby bol nízky, vplyv radiačnej intenzity elektrického poľa elektromagnetickým šumom, ktorý generuje aritmetické spracujúce zariadenie, sa dá znížiť a náklady, týkajúce sa opatrení na zlepšenie účinnosti odporu proti šumu, sa dajú potlačiť. V dôsledku toho sa elektronickým watthodinovým elektromerom podľa tohto vynálezu dá dosiahnuť dostatočné zmenšenie veľkosti produktu a zníženie nákladov.

Ďalej, pre zosilňovacie prostriedky sa používajú diferenčné zosilňovacie prostriedky, dá sa aplikovať predpätie na detekčný signál prinajmenšom z výstupu prúdového snímača zo zosilňovacích prostriedkov. Preto, aj keď sa detekčný signál z prúdového snímača mení v zápornej oblasti, tento detekčný signál sa zmení na signál, ktorý sa mení v kladnej oblasti, aplikovaním predpätia, detekčný signál z prúdového snímača sa zosilní zosilňovacími prostriedkami a môže sa konvertovať na digitálny signál A/D konverznými prostriedkami. Ďalej, pretože pre zosilňovacie prostriedky sa používajú diferenčné zosilňovacie prostriedky, aj keď sa šum dostane na vstupnú svorku, tento šum sa zruší a vplyv šumu sa dá vylúčiť. Preto sa vstupný signál dá zosilniť s vysokou presnosťou.

Ďalej sa tento vynález vyznačuje tým, že aritmetické operačné prostriedky opravia absolútnu chybu spotrebovanej elektrickej energie vynásobením spotrebovanej elektrickej energie vopred ručeným násobiteľom alebo nastavením prahovej hodnoty impulzného výstupu, zodpovedajúcej spotrebovanej elektrickej energii.

-8V súlade s touto konfiguráciou sa vynásobením vypočítanej spotrebovanej elektrickej energie vopred určeným násobiteľom v súlade so zosilňovacím činiteľom zosilňovacích prostriedkov skoriguje absolútna chyba vypočítanej spotrebovanej elektrickej energie. Ďalej, nastavením prahovej hodnoty impulzného výstupu, zodpovedajúcej vypočítanej spotrebovanej elektrickej energii, sa nastaví časovanie impulzného výstupu, impulz sa vyšle v súlade so skutočnou spotrebovanou elektrickou energiou a skoriguje sa absolútna chyba vypočítanej spotrebovanej elektrickej energie. Preto sa korekcia absolútnej chyby vypočítanej spotrebovanej elektrickej energie dá uskutočniť vynásobením vypočítanej spotrebovanej elektrickej energie vopred určeným násobiteľom alebo nastavením prahovej hodnoty impulzného výstupu a stupeň voľnosti znamienka elektronického watthodinového elektromeru sa zvýši.

Ďalej, tento vynález sa vyznačuje tým, že aritmetické operačné prostriedky odstránia referenčný potenciál, ktorý je konvertovaný A/D konverznými prostriedkami, z len jedného, buď detekčného výstupu prúdového snímača alebo detekčného výstupu napäťového snímača, keď sa referenčný potenciál detekčného výstupu prúdového snímača a referenčný potenciál detekčného výstupu napäťového snímača urobia odlišnými.

V súlade s touto konfiguráciou hodnotu elektrického výkonu, ktorá sa vypočíta z detekčného výstupu každého zo snímačov, tvorí jednosmerná zložka, ale ofsety zosilňovacích prostriedkov a A/D konverzných prostriedkov, ktoré sa objavia v detekčnom výstupe toho, z ktorého nie je referenčný potenciál odstránený, sa stane striedavou zložkou, ktorá sa objavuje pravidelne ako kladné a záporné napätie, a odstráni sa integračným spracovaním v procese integračného spracovania spotrebovanej elektrickej energie. V súlade s tým sa odstránenie referenčného potenciálu, konvertovaného A/D konverznými prostriedkami, vykoná len pre jeden, ktorýkoľvek z detekčného výstupu prúdového snímača alebo detekčného výstupu napäťového snímača, a preto sa ofsety zosilňovacích prostriedkov a A/D konverzných prostriedkov dajú odstrániť zo spotrebovanej elektrickej energie, ktorá sa počíta. Preto je výpočtové spracovanie spotrebovanej elektrickej energie meraného objektu zjednodušené, veľkosť softvéru sa zmenší, veľkosť pamäte aritmetického spracujúceho zariadenia sa zmenší a operačný kmitočet hodinových impulzov sa zníži, aby sa dala ďalej znížiť spotreba prúdu.

-9Ďalej sa tento vynález vyznačuje tým, že po tom, čo aritmetické spracujúce zariadenie prepne voliaci spínač, aby tento urobil ďalšiu voľbu, bezprostredne po dokončení konverzie A/D konverznými prostriedkami pre ľubovoľný z detekčných výstupov napäťového snímača a prúdového snímača a referenčného potenciálu detekčných výstupov sa ponechá určitý časový interval, a potom aritmetické spracujúce zariadenie spôsobí, že sa vykoná nasledujúca konverzia A/D konverznými prostriedkami.

Podľa tejto konfigurácie, keď sa dokončí konverzia A/D konverznými prostriedkami pre ľubovoľný z detekčných výstupov napäťového snímača a prúdového snímača a referenčného potenciálu detekčných výstupov, voliaci spínač sa ihneď prepne, po čom sa ponechá určitý časový interval, a potom sa vykoná konverzia A/D konverznými prostriedkami pre signál, ktorý vyšle prepnutý voliaci spínač. Preto sa každá konverzia A/D konverznými prostriedkami začne v stave, v ktorom je signál, ktorý sa zadá do A/D konverzných prostriedkov, stabilizovaný po uplynutí určitého času po prepnutí voliaceho spínača. V súlade s tým sa faktor, ktorý spôsobuje chybu merania, odstráni a každá konverzia A/D konverznými prostriedkami sa vykoná presne.

Ďalej, tento vynález sa vyznačuje tým, že aritmetické spracujúce zariadenie zastaví činnosť A/D konverzných prostriedkov ihneď po dokončení každej konverzie A/D konverznými prostriedkami a spôsobí prípravu na začatie nasledujúcej konverzie A/D konverznými prostriedkami.

Podľa tejto konfigurácie, keď sa dokončí každá konverzia pre detekčné výstupy napäťového snímača a prúdového snímača a referenčných potenciálov detekčných výstupov, činnosť A/D konverzných prostriedkov sa ihneď zastaví a vykoná sa príprava na začatie nasledujúcej konverzie A/D konverznými prostriedkami. Preto sa každá konverzia A/D konverznými prostriedkami rýchlo uskutoční zo stavu, v ktorom sa A/D konverzné prostriedky zastavia. V súlade s tým, keď sa konverzia vykonáva kontinuálne bez zastavenia činnosti A/D konverzných prostriedkov, začiatok nasledujúcej konverzie je oneskorený čakaním na dokončenie predchádzajúcej konverznej operácie A/D konverzných prostriedkov v čase začatia konverzie a podobne a začiatok každej konverzie sa nedá vykonať vo fixnom intervale, ale v súlade s touto konfiguráciou sa začiatok každej konverzie dá vykonať vo fixnom intervale. V dôsledku toho sa časovanie merania napätia a prúdu meraného

-10objektu a časovanie merania ofsetov urobia vo fixných intervaloch a výpočtové spracovanie spotrebovanej elektrickej energie meraného objektu sa dá vykonať presne.

Dalej, tento vynález sa vyznačuje tým, že referenčné napätie A/D konverzných prostriedkov je nastavené na rovnaký potenciál ako prevádzkové napätie aritmetického spracujúceho zariadenia.

Podľa tejto konfigurácie možno z napájacieho zdroja, ktorý dodáva referenčné napätie A/D konverzným prostriedkom, a napájacieho zdroja, ktorý dodáva prevádzkové napätie aritmetickému spracujúcemu zariadeniu, urobiť jeden spoločný napájači zdroj. Preto sa napájači zdroj, ktorý dodáva referenčné napätie A/D konverzným prostriedkom, nemusí pripraviť samostatne a dá sa dosiahnuť ďalšie zmenšenie veľkosti produktu a zníženie nákladov.

Podľa tohto vynálezu, ako je opísané vyššie, sa dá poskytnúť elektronický watthodinový elektromer, schopný dosiahnuť dostatočné zmenšenie veľkosti produktu a zníženie nákladov.

Stručný opis obrázkov na výkresoch

Obr. 1 je blokový diagram, znázorňujúci prehľad konfigurácie obvodov bežného elektronického watthodinového elektromera;

Obr. 2 je vývojový diagram, znázorňujúci prehľad výpočtového spracovania elektrickej energie v elektronickom watthodinovom elektromere, znázornenom na obr. i;

Obr. 3 je blokový diagram, znázorňujúci prehľad konfigurácie obvodov elektronického watthodinového elektromera podľa jedného uskutočnenia tohto vynálezu;

Obr. 4 je čiastočne(ý) podrobnejší diagram obvodu z blokového diagramu, znázorneného na obr. 3;

Obr. 5 je vývojový diagram, znázorňujúci prehľad výpočtového spracovania elektrickej energie v elektronickom watthodinovom elektromere, znázornenom na obr. 3;

Obr. 6 je vývojový diagram, znázorňujúci detaily výpočtového spracovania elektrickej energie, znázorneného na obr. 5;

-11 Obr. 7 je blokový diagram, znázorňujúci prehľad konfigurácie obvodov elektronického watthodinového elektromera podľa prvého modifikovaného príkladu tohto vynálezu;

Obr. 8 je blokový diagram, znázorňujúci prehľad konfigurácie obvodov elektronického watthodinového elektromera podľa druhého modifikovaného príkladu tohto vynálezu;

Obr. 9 je blokový diagram, znázorňujúci prehľad konfigurácie obvodov elektronického watthodinového elektromera podľa tretieho modifikovaného príkladu tohto vynálezu;

Obr. 10 je diagram, znázorňujúci vzťah kumulatívne sčítanej spotrebovanej elektrickej energie a impulzného signálu, ktorý sa generuje v elektronickom watthodinovom elektromere, podľa štvrtého modifikovaného príkladu tohto vynálezu;

a

Obr. 11 je diagram vnútorného obvodu A/D prevodníka, použitého pre elektronický watthodinový elektromer podľa piateho modifikovaného príkladu tohto vynálezu.

Výhodné uskutočnenie vynálezu

V ďalšom opíšeme najlepší spôsob uskutočnenia tohto vynálezu.

Obr. 3 je blokový diagram, znázorňujúci prehľad konfigurácie obvodov elektronického watthodinového elektromera jednofázového dvoj vodičového systému podľa tohto uskutočnenia. Ďalej, obr. 4 je čiastočne podrobnejší diagram obvodu z blokového diagramu, znázorneného na obr. 3. Na obr. 3 a 4 budú tie isté alebo zodpovedajúce časti ako na obr. 1 opísané tak, že im budú priradené tie isté referenčné čísla a charaktery.

Elektronický watthodinový elektromer podľa tohto vynálezu je konfigurovaný tak, že zahrnuje napäťový snímač 13, prúdový snímač 14, univerzálny mikropočítač 21 a segment 6 displeja z tekutých kryštálov. Mikropočítač 21, ktorý tvorí aritmetické spracujúce zariadenie, zahrnuje voliaci spínač 22, diferenčný zosilňovač 23, A/D prevodník 24, segment 25 softvérového spracovania, ovládač 5 displeja z tekutých kryštálov a LED 15, a elektrická zem (GND) obvodu je spojená s referenčným potenciálom Vss 0 V.

- 12Napäťový snímač 13 je tvorený obvodom napäťového deliča, ktoiý delí napätie V.sinot, ktoré je vložené medzi svorkami napájacieho zdroja PO a PI, rezistormi 13a, 13b a 13c, a deteguje rozdelené napätie Ev.sintot, ktoré sa objaví na každej z oboch svoriek rezistora 13c ako napätie meraného objektu, a odovzdá ho na výstupe. Zem signálu, ku ktorej je rezistor 13c pripojený, sa nastaví na potenciál s predpätím Vcom (1,8 V), čo je polovica prevádzkového napätia V_Dd (3,6 V) mikropočítača 21, aplikovaného na referenčný potenciál Vss, ako je znázornené na obr. 4. Prúdový snímač 14 tvorí odporový bočník 14a, deteguje napätie Ei.sincot, ktoré sa objaví medzi oboma svorkami odporového bočníka 14a v dôsledku zaťažovacieho prúdu I.sinot, ktorý prechádza medzi zaťažovacími svorkami 1S a ÍL ako prúd meraného objektu, a odovzdá ho na výstupe. Svorka PI napájacieho zdroja a zaťažovacia svorka 1S sú pripojené k tej istej 0 V ako referenčný potenciál Vss mikropočítača 21 a 0 V je referenčný potenciál detekčného výstupu prúdového snímača 14. Teda v tomto uskutočnení sú referenčný potenciál detekčného výstupu prúdového snímača 14 a referenčný potenciál detekčného výstupu napäťového snímača 13 nastavené na 0 V a 1,8 V a navzájom sa líšia.

Voliaci spínač 22 môže alternatívne prepínať spojenie k ľubovoľnej svorke zo svoriek 22a, 22b a 22c. Keď je spojenie prepnuté k svorke 22a, je zvolený detekčný výstup napäťového snímača 13, keď je spojenie prepnuté k svorke 22b, je zvolený detekčný výstup prúdového snímača 14, a keď je spojenie prepnuté k svorke 22c, je zvolený referenčný potenciál prúdového snímača 14. V súlade s tým voliaci spínač 22 alternatívne volí a odovzdáva na výstupe buď detekčný výstup napäťového snímača 13 alebo prúdového snímača 14 alebo referenčný potenciál detekčného výstupu.

Diferenčný zosilňovač 23 je spojený s každým z vyššie opísaných snímačov 13 a 14 cez voliaci spínač 22 a vyšle jeho zosilnený výstup do A/D prevodníka 24. Diferenčný zosilňovač 23 a A/D prevodník 24 majú potenciál s predpätím Vcom (1,8 V), generovaným napájacím zdrojom 26, ktorý sa pripočíta k zemi obvodu (0 V) ako referenčný potenciál a oba sú napájané prevádzkovým napätím V_Dd (3,6 V) mikropočítača 21 a prevádzkujú sa.

Ako je znázornené na obr. 4, invertujúca vstupná svorka (-) diferenčného zosilňovača 23 je pripojená k výstupnej svorke voliaceho spínača 22 cez rezistor 23a a detekčný výstup z každého zo snímačov 13 a 14 a jeho referenčný potenciál, zvolený voliacim spínačom 22, sa vyšlú do invertujúcej vstupnej svorky (-). Ďalej,

-13neinvertujúca vstupná svorka (+) je pripojená k referenčnému potenciálu 0 V prúdového snímača 14 cez rezistor 23b a je pripojená k napájaciemu zdroju 26 cez rezistor 23c. Ďalej, rezistor 23d je zaradený medzi invertujúcou vstupnou svorkou (-) a výstupnou svorkou diferenčného zosilňovača 23 tak, aby vytváral zápornú spätnú väzbu. Diferenčný zosilňovač 23 zahrnuje zosilňovacie prostriedky, ktoré zosilňujú detekčný výstup prinajmenšom prúdového snímača 14, zvoleného voliacim spínačom

22, a zahrnuje diferenčné zosilňovacie prostriedky, ktoré diferenčné zosilňujú vstupné signály, ktoré sú vyslané do invertujúcej vstupnej svorky (-) a neinvertujúcej vstupnej svorky (+).

A/D prevodník 24 je spojený s výstupnou svorkou diferenčného zosilňovača

23, Mikropočítač 21 prepína voliaci spínač 22 vždy po pevnom časovom intervale, aby spôsobil, že A/D prevodník 24 vykoná každú konverziu pre detekčné výstupy z napäťového snímača 13 a prúdového snímača 14 a referenčné potenciály detekčných výstupov vždy po pevnom časovom intervale. A/D prevodník 24 konvertuje signál, ktorý dostane z diferenčného zosilňovača 23, na digitálny signál z analógového signálu ΔΣ moduláciou s ohľadom na referenčné napätie V_ref. A/D prevodník 24 zahrnuje A/D konverzné prostriedky, ktoré konvertujú detekčné výstupy napäťového snímača 13 a prúdového snímača 14 a referenčného potenciálu prúdového snímača 14 na digitálne signály z analógových signálov ΔΣ moduláciou.

Segment 25 softvérového spracovania je pripojený na výstupnú stranu A/D prevodníka 24. LED 15, ku ktorej je vyslaný impulzný signál úmerný spotrebovanej elektrickej energii, a ovládač 5 displeja z tekutých kryštálov, ktorý ovláda displej segmentu 6 displeja z tekutých kryštálov, sú spojené so segmentom 25 softvérového spracovania. Segment 25 softvérového spracovania vypočíta elektrický výkon vynásobením detekčného výstupu napäťového snímača 13 a detekčného výstupu prúdového snímača 14, ktoré sú konvertované na digitálne signály v A/D prevodníku

24, a kumulatívne pripočíta vypočítaný elektrický výkon, aby vypočítal spotrebovanú elektrickú energiu meraného objektu. Vypočítaná spotrebovaná elektrická energia sa zobrazí na segmente 6 displeja z tekutých kryštálov v dôsledku ovládania ovládačom 5 displeja z tekutých kryštálov. Ďalej, segment 25 softvérového spracovania vygeneruje impulzný signál úmerný vypočítanej spotrebovanej elektrickej energii. Keď sa vyšle generovaný impulzný signál, prúd prejde do LED 15 a LED 15 emituje svetlo. Svetlo, emitované LE3D 15, sa deteguje svetelným snímačom a spracovanie

- 14detekcie s presnosťou merania elektrickej energie sa vykoná s použitím impulzného signálu úmerného spotrebovanej elektrickej energii. Segment 25 softvérového spracovania zahrnuje aritmetické operačné prostriedky, ktoré aritmeticky spracujú spotrebovanú elektrickú energiu meraného objektu na základe digitálnych signálov, konvertovaných v A/D prevodníku 24.

Obr. 5 je vývojový diagram, znázorňujúci prehľad výpočtového spracovania spotrebovanej elektrickej energie vyššie opísaným segmentom 25 softvérového spracovania.

Vo výpočtovom spracovaní spotrebovanej elektrickej energie v tomto uskutočnení sa najskôr vykoná A/D konverzné spracovanie prúdu (pozri S21 na obr. 5). V tomto spracovaní sa pripojenie voliaceho spínača 22 prepne k svorke 22b a detekčný výstup prúdového snímača 14, ktorý je zosilnený diferenčným zosilňovačom

23, sa konvertuje na digitálny signál z analógového signálu ΔΣ moduláciou A/D prevodníka 24. Následne sa vykoná A/D konverzné spracovanie napätia (S22). V tomto spracovaní sa pripojenie voliaceho spínača 22 prepne k svorke 22a a detekčný výstup napäťového snímača 13, ktorý je zosilnený diferenčným zosilňovačom 23, sa konvertuje na digitálny signál z analógového signálu ΔΣ moduláciou A/D prevodníka

24.

V ďalšom sa ofset, ktorý je konvertovaný na digitálny signál v spracovaní S27, ktoré opíšeme neskôr, predošlého času, odstráni z hodnoty prúdu, ktorá je konvertovaná na digitálny signál v S21, a hodnoty napätia, ktorá je konvertovaná na digitálny signál v S22, a elektrický výkon sa vypočíta z hodnoty prúdu a hodnoty napätia, z ktorých sú ofsety odstránené (S23). Ofset je napätie, ktoré sa objaví vo výstupe A/D prevodníka 24, keď vstup do diferenčného zosilňovača 23 je nula, a vzorec na výpočet výkonu vo vyššie opísanom spracovaní S23 je vyjadrený ako (hodnota napätia - ofset) * (hodnota prúdu - ofset).

V ďalšom sa vykoná spracovanie nastavenia zisku (824). V tomto spracovaní sa absolútna chyba okamžitého výkonu skoriguje vynásobením dát o elektrickom výkone, vypočítaných v S23, faktorom, ktorý sa určí vopred v súlade so zosilňovacím činiteľom diferenčného zosilňovača 23. V ďalšom sa dáta o elektrickom výkone, získané v spracovaniach S23 a S24. kumulatívne pripočítajú a vypočíta sa spotrebovaná elektrická energia (S25) a vypočítaná spotrebovaná elektrická energia sa zobrazí na segmente 6 displeja z tekutých kryštálov. Ďalej sa vygeneruje impulzný

- 15signál úmerný vypočítanej spotrebovanej elektrickej energii a generovaný impulzný signál sa vyšle do LED 15 (S26).

V ďalšom sa vykoná A/D konverzné spracovanie ofsetu (S27). V tomto spracovaní sa spojenie voliaceho spínača 22 prepne k svorke 22c a referenčný potenciál 0 V sa zadá do diferenčného zosilňovača 23 a diferenčné sa zosilní. Následne sa diferenčné zosilnený referenčný potenciál konvertuje na digitálny signál ΔΣ moduláciou A/D prevodníka 24 a vypočítajú sa ofsety diferenčného zosilňovača 23 a A/D prevodníka 24. Vo výpočtovom spracovaní výkonu v S23 nasledujúceho času sa ofsety, získané spracovaním A/D konverziou ofsetov v S27, odstránia z hodnoty napätia a hodnoty prúdu, ako je opísané vyššie, a vypočíta sa elektrický výkon.

Obr. 6 je vývojový diagram, znázorňujúci detaily vyššie opísaného výpočtového spracovania spotrebovanej elektrickej energie. Výpočtové spracovanie spotrebovanej elektrickej energie sa vykoná ako spracovanie prerušenia časovača (zdroja hodinových impulzov) mikropočítača 21.

Keď taktovaný čas časovača, ktorý taktuje časovanie prerušenia spracovania prerušenia časovača, dosiahne Tss (= 500 ps), spracovanie prerušenia časovača sa začne. V spracovaní prerušenia časovača najprv mikropočítač 21 zistí, či je alebo nie je nastavený príznak T_S2 (pozri S31 na obr. 6). Príznak Ts2 sa nastavuje v S39, ako opíšeme neskôr, zatiaľ čo sa vykoná spracovanie A/D konverzie napätia (pozri S22 na obr. 5). Ak je zistenie nie, mikropočítač 21 následne určí, či je alebo nie je nastavený príznak Vqff - práve sa vykonáva, t. j. či sa ofsety diferenčného zosilňovača 23 a A/D prevodníka 24 merajú alebo nie (S32). Príznak Voff - práve sa vykonáva sa nastaví v S45, ako opíšeme neskôr, zatiaľ čo sa vykonáva A/D konverzné spracovanie ofsetu (pozri S27 na obr. 5). Ak sa A/D konverzné spracovanie ofsetu nevykonalo a zistenie S32 je nie, mikropočítač 21 nastaví čas Tsi (= 93 s) v časovači (S33) a spôsobí, že časovač začne taktovať čas Tsi. Zatiaľ čo sa vykonáva taktovanie Tsi, vykonáva sa rad spracovaní po S39, ako je ďalej znázornené. Ďalej, v dôsledku nastavenia časovača v S33 dôjde k ďalšiemu prerušeniu časovača po uplynutí času T_Si a začne sa ΔΣ A/D konverzia. Potom mikropočítač 21 začne A/D konverzné spracovanie prúdu (pozri S21 na obr. 5) (S34). Pri tejto príležitosti je voliaci spínač 22 už prepnutý k svorke 22b, v dôsledku čoho sa detekčný výstup prúdového snímača 14 vyšle do A/D prevodníka 24 v spracovaní S56, ktoré opíšeme neskôr. Potom

- 16mikropočítač 21 zistí, či je alebo nie je dokončené A/D konverzné spracovanie prúdu, ktoré začalo v S34 (S35), a keď zistenie je áno, mikropočítač 21 okamžite zastaví činnosť A/D prevodníka 24 (S36). Následne mikropočítač 21 prepne voliaci spínač 22 na svorku 22a, aby nastavil stav na taký, v ktorom sa detekčný výstup napäťového snímača 13 vyšle do diferenčného zosilňovača 23 (S37) a vykoná prípravu na začatie nasledujúcej ΔΣ A/D konverzie napätia.

Potom sa hodnota, získaná odstránením hodnoty ofsetu (Voff hodnota), ktorá už bola konvertovaná na digitálny signál v S55, čo opíšeme neskôr, z hodnoty detekčného výstupu (AD hodnota) prúdového snímača 14, ktorá je konvertovaná na digitálny signál v spracovaniach S34 a S35 (hodnota prúdu - ofset), nastaví do oblasti dátovej operačnej pamäte neznázomenej RAM (Random Access Memory), nachádzajúcej sa v mikropočítači 21, ako hodnotu prúdu na použitie vo výpočte elektrického výkonu (S38). Potom mikropočítač 21 nastaví príznak Ts2 (S39) a dokončí spracovanie prerušenia časovača.

Ďalej, keď je nastavený príznak Ts2 a zistenie S31 je áno, mikropočítač 21 nastaví čas T_S2 (= T_Ss - T_Si = 500 - 93 = 407 ps) v časovači (S40) a spôsobí, že časovač začne taktovať čas T_S2- Zatiaľ čo sa vykonáva taktovanie času Ts2, vykonáva sa rad spracovaní po S49, znázornených ďalej. V dôsledku nastavenia časovača v S40 dôjde k nasledujúcemu prerušeniu časovača po uplynutí času Ts2 a začne sa ΔΣ A/D konverzia Voff v S52. Potom mikropočítač 21 začne A/D konverzné spracovanie napätia (pozri S22 na obr. 5) (S41). Pri tejto príležitosti je voliaci spínač 22 už prepnutý k svorke 22a, v dôsledku čoho sa detekčný výstup napäťového snímača 13 vyšle do A/D prevodníka 24 v spracovaní S37. Potom mikropočítač 21 zisti, či je alebo nie je dokončené A/D konverzné spracovanie napätia, ktoré začalo v S41 (S42), a keď zistenie je áno, mikropočítač 21 okamžite zastaví činnosť A/D prevodníka 24 (S43). Mikropočítač 21 prepne voliaci spínač 22 k svorke 22c a nastaví stav na taký, v ktorom sa referenčný potenciál prúdového snímača 14 vyšle do diferenčného zosilňovača 23 (S44), nastaví príznak Voff - práve sa vykonáva (S45) a urobí prípravu na začatie nasledujúcej ΔΣ A/D konverzie Voff (pozri S52).

Potom mikropočítač 21 nastaví hodnotu (hodnota napätia - ofset), ktorá sa získa odstránením hodnoty ofsetu (Voff hodnota), ktorá už je konvertovaná na digitálny signál v S55, čo opíšeme neskôr, z hodnoty detekčného výstupu (AD hodnota) napäťového snímača 13, ktorá už je konvertovaná na digitálny signál v

- 17spracovaniach S41 a S42, do oblasti dátovej operačnej pamäte neznázomenej v RAM, nachádzajúcej sa v mikropočítači 21, ako hodnotu napätia na použitie vo výpočte elektrického výkonu (S46). Potom mikropočítač 21 zruší príznak Ts2, ktorý bol nastavený v S39 (S47) a následne vynásobí hodnotu prúdu, nastavenú do oblasti dátovej operačnej pamäte v S38, a hodnotu napätia, nastavenú do oblasti dátovej operačnej pamäte, na výpočet elektrického výkonu (S48). Pre (s) dáta elektrického výkonu, vypočítané v S48, sa vykonajú vyššie opísané spracovanie nastavenia zisku (pozri S24 na obr. 5) a kumulatívne spracovanie elektrického výkonu (pozri S25 na obr. 5) a vypočíta sa spotrebovaná elektrická energia, pričom sa skoriguje jej absolútna chyba. Potom sa na základe vypočítanej spotrebovanej elektrickej energie vygeneruje impulzný signál úmerný spotrebovanej elektrickej energii (S49) a dokončí sa spracovanie prerušenia časovača. Generovaný impulzný signál sa vyšle do LED 15, ako je opísané vyššie (pozri S26 na obr. 5).

Ďalej, keď je nastavený príznak V_0FF - práve sa vykonáva a zistenie z S32 je áno, mikropočítač 21 nastaví čas Tss (= 500 ps) v časovači (S51) a spôsobí, že časovač začne taktovať čas Tss- Zatiaľ čo sa vykonáva taktovanie času T_Ss, vykoná sa rad spracovaní po S57, ako je znázornené ďalej. V dôsledku nastavenia časovača v

551 po uplynutí času Tss dôjde k nasledujúcemu prerušeniu časovača a začne sa ΔΣ A/D konverzia prúdu v S34. Potom mikropočítač 21 začne A/D konverzné spracovanie ofsetu (pozri S27 na obr. 5) (S52). Pri tejto príležitosti je voliaci spínač 22 už prepnutý k svorke 22c, v dôsledku čoho sa referenčný potenciál prúdového snímača 14 vyšle do A/D prevodníka 24 v spracovaní S44. Potom mikropočítač 21 zistí, či je alebo nie je dokončené A/D konverzné spracovanie ofsetu, ktoré začalo v

552 (S53), a keď zistenie je áno, mikropočítač 21 okamžite zastaví činnosť A/D prevodníka 24 (S54). Následne mikropočítač 21 nastaví hodnotu ofsetu (Voff hodnota), ktorá bola konvertovaná na digitálny signál v spracovaniach S52 a S53, do oblasti dátovej operačnej pamäte v RAM, nachádzajúcej sa v mikropočítači 21. Následne mikropočítač 21 prepne voliaci spínač 22 na svorku 22b, aby nastavil stav na taký, v ktorom sa detekčný výstup prúdového snímača 14 vyšle do diferenčného zosilňovača 23 (S56) a vykoná prípravu na začatie nasledujúcej ΔΣ A/D konverzie prúdu (pozri S34). Potom mikropočítač 21 zruší príznak V_Off - práve sa vykonáva, nastavený v S45 (S57), a skončí spracovanie prerušenia časovača.

-18V elektronickom watthodinovom elektromere podľa tohto uskutočnenia sú detekčný výstup napäťového snímača 13, detekčný výstup prúdového snímača 14 a referenčné potenciály týchto detekčných výstupov konvertované na digitálne signály z analógových signálov ΔΣ moduláciou v A/D prevodníku 24, ako je opísané vyššie (pozri S21, S22 a S27 na obr. 5 a S34, S41 a S52 na obr. 6). Aritmetickou operáciou v segmente 25 softvérového spracovania sa referenčné potenciály, konvertované na digitálne signály, odstránia z príslušných detekčných výstupov napäťového snímača 13 a prúdového snímača 14, konvertovaných na digitálne signály (pozri S38 a S46 na obr. 6), ofsety diferenčného zosilňovača 23 a A/D prevodníka 24 sa odstránia z príslušných detekčných výstupov napäťového snímača 13 a prúdového snímača 14. Spotrebovaná elektrická energia meraného objektu sa vypočíta s použitím príslušných detekčných výstupov napäťového snímača 13 a prúdového snímača 14, z ktorých sú ofsety odstránené (pozri S23 a S25 na obr. 5 a S48 na obr. 6).

Konverzia na digitálny signál z analógového signálu v A/D prevodníku 24 sa vykoná s vysokou presnosťou jemným vzorkovaním digitálneho signálu s prevzorkovaním v čase ΔΣ modulácie, a preto sa zosilňovacie prostriedky nemusia konfigurovať tak, aby mali viaceré stupne na dosiahnutie rozlíšenia A/D prevodníka 24 ako v bežnom elektronickom watthodinovom elektromere. Preto sa detekčný výstup prúdového snímača 14, ktorý vyžaduje široký zaručený rozsah presnosti merania, dá merať s vysokou presnosťou v širokom rozsahu bez toho, aby sa zosilňovacie prostriedky konfigurovali s viacerými stupňami. Ďalej, pretože zosilňovacie prostriedky sa nemusia konfigurovať s viacerými stupňami, nie je potrebné určovať optimálny počet stupňov zosilňovačov, merať ofset zosilňovača každého zo stupňov a zapamätať namerané hodnoty ofsetov niekoľkokrát v RAM pre každý zo stupňov zosilňovačov. Ďalej nie je potrebné vykonávať nastavenie zisku pre každý zosilňovač každého zo stupňov spracovaním nastavenia zisku a korigovať chybu odporu s ohľadom na zosilňovač každého zo stupňov spracovaním korekcie chyby zisku. V súlade s tým je množstvo spracovaní znížené, veľkosť softvéru v segmente 25 softvérového spracovania sa zmenší a kapacita pamäte pre dáta v RAM, nachádzajúcej sa v mikropočítači 21, sa zmenší. Preto sa veľkosť pamäte RAM, ktorú vyžaduje mikropočítač 21, dá zmenšiť. Ďalej sa zmenší množstvo spracovania. Preto sa operačný kmitočet hodinových impulzov mikropočítača 21 dá potlačiť na nízky a spotreba prúdu sa dá znížiť. Ďalej, zosilňovacie prostriedky sa nemusia konfigurovať

- 19s viacerými stupňami. Preto sa veľkosť časti s analógovým obvodom zmenší, aby sa zmenšila veľkosť podložky elektronického obvodu, nachádzajúcej sa v elektronickom watthodinovom elektromere, a spotreba prúdu v časti s analógovým obvodom sa môže zmenšiť. V súlade s tým sa ako napájači zdroj elektronického watthodinového elektromera dá použiť kompaktný napájači zdroj. Ďalej, hranice odchýlok výstupného napätia z napájacieho zdroja sa dajú zmenšiť znížením spotreby prúdu. Preto nie je potrebný obvodový komponent na stabilizáciu výstupného napätia napájacieho zdroja ako v bežnom elektronickom watthodinovom elektromere a náklady sa dajú potlačiť. Pretože sa operačný kmitočet hodinových impulzov mikropočítača 21 dá potlačiť na nízky, vplyv intenzity radiačného elektrického poľa elektromagnetickým šumom, generovaným mikropočítačom 21, sa zníži a náklady, týkajúce sa opatrení pre schopnosť odolnosti voči šumu, sa dajú potlačiť. Výsledkom elektronického watthodinového elektromera podľa tohto vynálezu je, že sa dá dosiahnuť dostatočné zmenšenie veľkosti produktu a zníženie nákladov.

Ďalej, pretože pre zosilňovacie prostriedky sa používa diferenčný zosilňovač 23, predpätie Vcom sa dá aplikovať na detekčné signály z napäťového snímača 13 a prúdového snímača 14, ktoré sú výstupom z diferenčného zosilňovača 23. Preto dokonca i vtedy, keď sa detekčné signály z napäťového snímača 13 a prúdového snímača 14 menia v zápornom rozsahu napätia, detekčné signály sa dajú zmeniť na signály, ktoré sa menia v kladnom rozsahu, aplikovaním predpätia Vcom, detekčné signály z napäťového snímača 13 a prúdového snímača 14 sa zosilnia diferenčným zosilňovačom 23 a môžu sa konvertovať na digitálne signály A/D prevodníkom 24. Ďalej, pretože pre zosilňovacie prostriedky sa používa diferenčný zosilňovač 23, aj keď sa šum dostane na jeho invertujúcu vstupnú svorku (-) a neinvertujúcu vstupnú svorku (+), tento šum sa vynuluje a vplyv šumu sa dá vylúčiť. Preto sa detekčné signály príslušných snímačov 13 a 14 dajú zosilniť s vysokou presnosťou.

Ďalej, v tomto uskutočnení sa prúdová ΔΣ A/D, ktorá začne od S34, napäťová ΔΣ A/D, ktorá začne od S41 a V_Off ΔΣ A/D, ktorá začne od S52 na obr. 6, vykonajú v pevných časových intervaloch Tsi + Ts2 + Tss (= 1000 ps). Keď je konverzia A/D prevodníkom 24 dokončená pre každý z detekčných výstupov napäťového snímača 13 a prúdového snímača 14 a referenčné potenciály detekčných výstupov, voliaci spínač 22 sa okamžite prepne (pozri S37, S44 a S56 na obr. 6), po čom je ponechaný určitý časový interval a potom sa vykoná konverzia A/D prevodníkom 24 pre signál, ktorý

-20vyšle prepnutý voliaci spínač 22 (pozri S34, S41 a S52 na obr. 6). Preto sa každá konverzia A/D prevodníkom 24 začne v stave, v ktorom je signál, vyslaný do A/D prevodníka 4, stabilizovaný po tom, ako uplynie určitý čas po prepnutí voliaceho spínača 22. V súlade s tým je faktor, ktorý generuje chybu merania, odstránený a každá konverzia A/D prevodníkom 24 sa vykoná presne.

Ďalej v tomto uskutočnení, keď je každá konverzia pre detekčné výstupy napäťového snímača 13 a prúdového snímača 14 a referenčné potenciály detekčných výstupov dokončená, činnosť A/D prevodníka 24 sa okamžite zastaví (pozri S36, S43 a S54 na obr. 6) a vykoná sa príprava na začatie nasledujúcej konverzie A/D prevodníkom 24. Preto sa každá konverzia A/D prevodníkom 24 vykoná rýchlo zo stavu, v ktorom sa A/D prevodník 24 zastaví. V súlade s tým, keď sa konverzia kontinuálne vykonáva bez zastavenia činnosti A/D prevodníka 24, začatie nasledujúcej konverzie je oneskorené čakaním na dokončenie predchádzajúcej operácie konverzie A/D prevodníka alebo podobne v čase začatia konverzie, a začatie každej konverzie sa nedá uskutočniť vo fixnom intervale, ale podľa tohto uskutočnenia sa začatie každej konverzie dá uskutočniť vo fixnom intervale 1000 (= 93 + 407 + 500) ps (pozri S34, S41 a S52 na obr. 6). V dôsledku toho sa časovanie merania napätia a prúdu meraného objektu a časovanie merania ofsetov uskutočňuje vo vopred určených intervaloch a výpočtové spracovanie spotrebovanej elektrickej energie meraného objektu sa dá vykonať presne.

Vo vyššie opísanom uskutočnení je opísaný prípad, v ktorom sa výpočet elektrického výkonu vykoná so vzorcom (hodnota napätia - ofset) * (hodnota prúdu ofset) (pozri S23 na obr. 5 a S38, S46 a S48 na obr. 6), ale tento vynález sa na to neobmedzuje. Pretože vo vyššie opísanom uskutočnení, keď sa referenčný potenciál (0 V) detekčného výstupu prúdového snímača 14 a referenčný potenciál (1,8 V) detekčného výstupu napäťového snímača 13 navzájom líšia, v segmente 25 softvérového spracovania sa aritmetická operácia môže konfigurovať tak, že referenčný potenciál detekčného výstupu prúdového snímača 14, konvertovaný A/D prevodníkom 24, sa odstráni len z detekčného výstupu prúdového snímača 14, konvertovaného A/D prevodníkom (nulovanie ofsetu).

Špecificky sa v tejto konfigurácii spracovanie S46 na obr. 6 odstránenia ofsetu z hodnoty napätia, detegovaného napäťovým snímačom 13, nevykoná a elektrický výkon sa vypočíta zo vzorca (hodnota napätia) * (hodnota prúdu - ofset). Dokonca i

-21 keď sa vykoná nulovanie ofsetu len na strane prúdu a nulovanie ofsetu na strane napätia sa nevykoná, spotrebovaná elektrická energia sa vypočíta presne, ako je ukázané ďalej.

Keď je napätie medzi svorkami napájacieho zdroja PO a PI na obr. 4 nastavené ako V.sincot, zem signálu napäťového snímača 13 je nastavená ako Vcom, ofset diferenčného zosilňovača 23 a A/D prevodníka 24 je nastavený ako Voff, hodnoty odporov rezistorov 13a, 13b a 13c sú nastavené ako Ri, R? a R3 a a = Ra/(Ri + R₂ + R3), výsledok A/D konverzie napätia, nameraného napäťovým snímačom 13 na základe napätia Ey.sincot, ktoré sa objavuje na každej z oboch svoriek rezistora 13c, je Ey.sincot + Voff = (V.sincot - Vcom)*⁰ + Voff

Ďalej, v dôsledku prúdu I.sincot, ktorý prechádza medzi zaťažovacími svorkami ÍL a 1S, sa napätie Ei.sinrot objaví na každej z oboch svoriek odporového bočníka 14a, a preto výsledok AfD konverzie prúdu, meraného prúdovým snímačom 14, je Ej.sinfflt + VoffV súlade s tým sa elektrický výkon vypočíta, ako je uvedené ďalej.

Elektrický výkon = (hodnota napätia) * (hodnota prúdu - ofset) = (Ey.sincot + Voff) + (Ej.sincot + Voff - Voff) = {(V.sincot - Vcom)*⁰ + V_0FF)*(Ei.smrot + V_Off - Voff)} = (a. V.sincot - a.VcoM + VoFF)*Ei.sincot = a.V.Ei.sin²®t - Ei(a.V_C0M - VoFFjsincot

V tomto prípade je hodnota elektrického výkonu, vypočítaná z detekčného výstupu každého zo snímačov 13 a 14, tvorená zložkou jednosmerného prúdu (a.V.Ei.sin²rot) prvého výrazu, ale ofset Voff diferenčného zosilňovača 23 a A/D prevodníka 24, ktorý sa objaví v detekčnom výstupe napäťového snímača 13, z ktorého referenčný potenciál nie je odstránený, sa stane zložkou striedavého prúdu Ei(a.VcoM - VoFF)sin<flt, ktorá sa mení na kladnú a zápornú hodnotu druhého výrazu a bude nula integračným spracovaním v kumulatívnom spracovaní elektrického výkonu v S25 na obr. 5. V súlade s tým sa vplyv Voff automaticky odstráni v čase výpočtu elektrického výkonu bez vykonania nulovania ofsetu na strane napätia. Špecificky, keď vo vyššie opísanom vzorci platí a.V - Ey, spotrebovaná elektrická energia, počítaná v čase 0 až t, sa vypočíta nasledujúcim vzorcom. Tu sa konverzia urobí tak, že sin²cot = -(cos2cot -1)/2.

-22£ ErEr&'rfat j -LWjsŕncdí dt

Ev'Ei f/ ·\ et

2— Jo ~l )<& - £3 fa-l/qw - /ofa) J, f m vt di ( zčd ^{í( n lb}}^ ~ ) “ f I foc- Vco*í- /ofaJ x (~ -£7 · «Γωΐ + ty J

Vzorec 1 ~ ^E- (* · - ν<*ή X {- 77 · C os (ω · + ty }

- “ — ( ΐίϋ' ^{fÍ ri} 4~ J ~ Ex (oc- VcoM ~ VoFF^ x (~ TJ · <-0S2Z + ·“·)

- ^^V' E·¹ ’ *

Tu, pretože E_v a E[ sú maximálne hodnoty, keď je vyššie opísaná spotrebovaná elektrická energia vyjadrená efektívnou hodnotou, platí nasledujúci vzorec.

Vzorec 2 —.

TIEvVľti-t = Ev-Ei-t

Teda, aj keď sa nulovanie ofsetu na strane napätia nevykoná, vplyv Voff sa .utomaticky odstráni v čase výpočtu elektrického výkonu.

-23Podľa vyššie opísanej konfigurácie sa odstránenie referenčného potenciálu, konvertovaného A/D prevodníkom 24, vykoná len pre detekčný výstup prúdového snímača 14 a tým sa ofsety diferenčného zosilňovača 23 a A/D prevodníka 24 dajú odstrániť zo spotrebovanej elektrickej energie, ktorá sa počíta. Preto je výpočtové spracovanie spotrebovanej elektrickej energie meraného objektu zjednodušené, veľkosť softvéru sa zmenší, veľkosť pamäte mikropočítača 21 sa zmenší a operačný kmitočet hodinových impulzov sa dá znížiť, aby sa ďalej znížila spotreba prúdu.

Ďalej, vo vyššie opísanej konfigurácii, ako je znázornené na obr. 3 a 4, je opísaný prípad, v ktorom sú referenčný potenciál detekčného výstupu prúdového snímača 14 a referenčný potenciál detekčného výstupu napäťového snímača 13 nastavené na 0 V a 1,8 V a referenčný potenciál detekčného výstupu prúdového snímača 14, konvertovaný A/D prevodníkom 24, je odstránený len z detekčného výstupu prúdového snímača 14, konvertovaného A/D prevodníkom 24, ale tento vynález sa na to neobmedzuje. Napríklad možno prijať konfiguráciu, v ktorej je referenčný potenciál detekčného výstupu prúdového snímača 14 nastavený na referenčný potenciál (napríklad 1,8 V) zeme signálu a referenčný potenciál detekčného výstupu napäťového snímača 13 je nastavený na referenčný potenciál Vss (napríklad 0 V) zeme obvodu, svorka 22c voliaceho spínača 22 je spojená s referenčným potenciálom Vss zeme obvodu a referenčný potenciál detekčného výstupu napäťového snímača 13, ktorý je konvertovaný A/D prevodníkom 24, je odstránený len z detekčného výstupu napäťového snímača 13, ktorý je konvertovaný A/D prevodníkom 24.

Ako je opísané vyššie, hodnotu elektrického výkonu, vypočítanú z detekčného výstupu každého zo snímačov 13 a 14, tvorí zložka jednosmerného prúdu, ale ofsety diferenčného zosilňovača 23 a A/D prevodníka 24, ktoré sa objavia v detekčnom výstupe toho, z ktorého referenčný potenciál nie je odstránený, sa stane zložkou striedavého prúdu, ktorá sa objavuje rovnomerne na kladnej a zápornej strane napätia a je odstránená integračným spracovaním (pozri S25 na obr. 5) v procese integračného spracovania spotrebovanej elektrickej energie. V súlade s tým sa odstránenie referenčného potenciálu, konvertovaného A/D prevodníkom 24, vykoná len pre jeden, ktorýkoľvek z detekčného výstupu prúdového snímača 14 alebo detekčného výstupu napäťového snímača 13, a tým sa ofsety diferenčného zosilňovača 23 a A/D prevodníka 24 dajú odstrániť zo spotrebovanej elektrickej energie, ktorá sa počíta.

-24Preto je výpočtové spracovanie spotrebovanej elektrickej energie meraného objektu zjednodušené, veľkosť softvéru sa zmenší, veľkosť pamäte mikropočítača 21 sa zmenší a operačný kmitočet hodinových impulzov sa zníži, aby bola možnosť ďalej znížiť spotrebu prúdu.

Ďalej, vo vyššie opísanom uskutočnení je opísaný prípad, v ktorom sú pár napäťového snímača 13 a prúdového snímača 14 konfigurované tak, aby boli pripojené k diferenčnému zosilňovaču 23 cez voliaci spínač 22, ale možno prijať konfiguráciu viacprvkového merača, zahrnujúceho viaceré páry napäťových snímačov a prúdových snímačov.

Obr. 7 je blokový diagram, znázorňujúci prehľad konfigurácie obvodov elektronického watthodinového elektromera, zahrnujúceho tri páry napäťových snímačov a prúdových snímačov. Na tomto výkrese majú tie isté alebo zodpovedajúce diely ako tie na obr. 3 priradené tie isté vzťahové čísla alebo charaktery a ich vysvetlenie je vynechané.

V elektronickom watthodinovom elektromere s viacerými prvkami podľa tohto uskutočnenia sú napäťové snímače 13A, 13B a 13C a prúdové snímače 14A, 14B a 14C pripojené k diferenčnému zosilňovaču 23, nachádzajúcemu sa v mikropočítači 41, cez voliaci spínač 42. Každý z prúdových snímačov 14A až 14C je tvorený prúdovým transformátorom alebo Rogowského cievkou a výpočet elektrického výkonu segmentom 25a softvérového spracovania sa vykoná pre každý prvok každého páru. Pokiaľ ide o iné hľadiská než tieto, prijala sa tá istá konfigurácia ako vo vyššie opísanom uskutočnení. V tejto konfigurácii je vytvorený podobný prevádzkový efekt pre elektronický watthodinový elektromer ako vo vyššie opísanom uskutočnení.

Ďalej, vo vyššie opísanom uskutočnení je opísaný prípad, v ktorom sú detekčné výstupy tak napäťového snímača 13, ako aj prúdového snímača 14 zosilnené diferenčným zosilňovačom 23, ale tento vynález sa na to neobmedzuje. Zaručený rozsah presnosti merania napätia, ktorým je meraný objekt, nie je široký rozsah v porovnaní s prúdom, ktorým je meraný objekt, a amplitúda detekčného signálu je veľká v porovnaní s prúdom, ktorým je meraný objekt. Preto, ako je znázornené na obr. 8, možno prijať konfiguráciu, v ktorej je napäťový snímač 13 priamo pripojený k A/D prevodníku 24 bez toho, aby bol pripojený k diferenčnému zosilňovaču 23. Na výkrese sú tým istým alebo zodpovedajúcim dielom ako na obr. 3 priradené tie isté vzťahové čísla a charaktery a ich vysvetlenie vynecháme.

-25V tejto konfigurácii sa prijala tá istá konfigurácia ako vo vyššie opísanom uskutočnení okrem bodu, v ktorom je napäťový snímač 13 pripojený k A/D prevodníku 24 bez toho, aby bol pripojený k diferenčnému zosilňovaču 23, s použitím dvoch voliacich spínačov 22 a 52, a bodu, v ktorom sa spracovanie v segmente 25b softvérového spracovania odlišuje v súlade s konfiguráciou.

Keď sa detekčný výstup napäťového snímača 13 vyšle do A/D prevodníka 24 a konvertuje sa na digitálny signál, voliace spínače 22 a 52 sa prepnú na svorky 22a a 52a, ako je znázornené na obr. 8, a detekčný výstup napäťového snímača 13 sa priamo vyšle do A/D prevodníka 24 cez voliace spínače 22 a 52. Ďalej, keď sa detekčný výstup prúdového snímača 14 vyšle do A/D prevodníka 24 a konvertuje sa na digitálny signál, voliace spínače 22 a 52 sa prepnú na svorky 22b a 52b a detekčný výstup prúdového snímača 14 sa zosilní diferenčným zosilňovačom 23 a potom sa vyšle do A/D prevodníka 24. Ďalej, keď sa referenčný potenciál prúdového snímača 14 vyšle do A/D prevodníka 24 a konvertuje sa na digitálny signál, voliace spínače 22 a 52 sa prepnú na svorky 22c a 52b a referenčný potenciál prúdového snímača 14 sa diferenčné zosilní v diferenčnom zosilňovači 23 a potom sa vyšle do A/D prevodníka 24. V súlade s tým je aj v tejto konfigurácii vytvorený podobný prevádzkový efekt pre elektronický watthodinový elektromer ako vo vyššie opísanom uskutočnení.

Ďalej, vo vyššie opísanom uskutočnení je opísaný prípad, v ktorom sa diferenčný zosilňovač 23 nachádza v predchádzajúcom stupni A/D prevodníka 24 vnútri mikropočítača 21, ale tento vynález sa na to neobmedzuje. Diferenčný zosilňovač 23 sa môže nachádzať v mikropočítači 21 alebo môže byť vytvorený mimo mikropočítača 21.

Obr. 9 je blokový diagram, znázorňujúci prehľad konfigurácie obvodov elektronického watthodinového elektromera, ktorý je konfigurovaný tak, že diferenčný zosilňovač 23 je vytvorený mimo mikropočítača 21. Na výkrese sú tým istým alebo zodpovedajúcim dielom ako na obr. 3 priradené tie isté vzťahové čísla a charaktery a ich vysvetlenie vynecháme.

Mikropočítač 61 v tejto konfigurácii je univerzálny mikropočítač, zahrnujúci zosilňovač 63, a zosilňovač 63 je pripojený k A/D prevodníku 24 cez voliaci spínač 62. Ďalej, prúdový snímač 14 je pripojený k voliacemu spínaču 22 vnútri mikropočítača 61 cez voliaci spínač 65 a diferenčný zosilňovač 64, vytvorený mimo mikropočítača 61. Táto konfigurácia je taká istá ako vyššie opísané uskutočnenie s

-26výnimkou týchto bodov a bodu, v ktorom sa spracovanie v segmente 25c softvérového spracovania odlišuje v súlade s týmito konfiguráciami.

Keď sa detekčný výstup napäťového snímača 13 vyšle do A/D prevodníka 24 a konvertuje sa na digitálny signál, voliace spínače 22 a 62 sa prepnú na svorky 22a a 62a, ako je znázornené na obr. 9. Detekčný výstup napäťového snímača 13 sa priamo vyšle do A/D prevodníka 24 cez voliace spínače 22 a 62. Ďalej, keď sa detekčný výstup prúdového snímača 14 vyšle do A/D prevodníka 24 a konvertuje sa na digitálny signál, voliace spínače 65, 22 a 62 sa prepnú na svorky 65a, 22b a 62b. Detekčný výstup prúdového snímača 14 sa zosilní diferenčným zosilňovačom 23 a zosilňovačom 63 a potom sa vyšle do A/D prevodníka 24. Ďalej, keď sa referenčný potenciál prúdového snímača 14 vyšle do A/D prevodníka 24 a konvertuje sa na digitálny signál, voliace spínače 65, 22 a 62 sa prepnú na svorky 65b, 22c a 62b. Referenčný potenciál prúdového snímača 14 sa zosilní v diferenčnom zosilňovači 23 a zosilňovači 63 a potom sa vyšle do A/D prevodníka 24. V súlade s tým je aj v tejto konfigurácii vytvorený podobný prevádzkový efekt ako pre elektronický watthodinový elektromer vo vyššie opísanom uskutočnení.

Ďalej, vo vyššie opísanom uskutočnení je opísaný prípad, v ktorom sa absolútna chyba spotrebovanej elektrickej energie koriguje vynásobením okamžitého elektrického výkonu vopred určeným násobiteľom v spracovaní nastavenia zisku (pozri S24 na obr. 5), ale tento vynález sa na to neobmedzuje.

Obr. 10 je diagram, znázorňujúci vzťah kumulatívne sčítanej spotrebovanej elektrickej energie (pozri S25 na obr. 5) a impulzného signálu, ktorý sa vyšle do LED 15 zo segmentu 25 softvérového spracovania, (a) na obr. 10 znázorňuje spotrebovanú elektrickú energiu, ktorá je kumulatívne sčítaná v súlade s uplynutým časom, a (b) na obr. 10 znázorňuje časovanie vyslania impulzného signálu, ktorý sa vyšle, keď spotrebovaná elektrická energia dosiahne fixnú hodnotu (prahovú hodnotu), znázornenú v (a) na obr. 10. V (a) a (b) na obr. 10 vodorovné osi reprezentujú časové osi.

Ak nie je potrebné korigovať absolútnu chybu spotrebovanej elektrickej energie, prahová hodnota impulzného výstupu sa nastaví na a, ako je znázornené plnou čiarou v (a) na obr. 10. Keď spotrebovaná elektrická energia, ktorá sa kumulatívne sčíta v segmente 25 softvérového spracovania, dosiahne a, vyšle sa impulzný signál, ako je znázornené v (b) na obr. 10, a kumulatívne sčítaná

-27 spotrebovaná elektrická energia sa znova nastaví na 0. Potom sa rovnakým spôsobom po každý raz, keď uplynie čas t a spotrebovaná elektrická energia dosiahne prahovú hodnotu a, vyšle impulzný signál. Prahová hodnota a sa nastaví tak, aby čas t bol konštantný a frekvencia impulzných signálov bude napríklad 6,4 Hz, keď sa na elektronický watthodinový elektromer aplikujú menovité napätie a menovitý prúd. Avšak, zvyšujúce sa množstvo spotrebovanej elektrickej energie, ktorá sa v skutočnosti kumulatívne pripočítava, sa zmení na malé a veľké ako pílovité tvary krivky, znázornené bodkovanou čiarou a bodkočiarkovanou čiarou v (a) na obr. 10 v súlade s presnosťou každej zo zložiek alebo podobne, ako citlivosť a hodnota vnútorného odporu každého zo snímačov 13 a 14, hodnota referenčného napätia V_ref, ktoré sa aplikuje na A/D prevodník 24, a chyba zisku v diferenčnom zosilňovači 23. Keď sa zvyšujúce množstvo mení takto, časovanie, v ktorom spotrebovaná elektrická energia dosiahne prahovú hodnotu a, sa zmení, a preto sa nastavením prahovej hodnoty impulzného výstupu, zodpovedajúcej spotrebovanej elektrickej energii, absolútna chyba spotrebovanej elektrickej energie skoriguje. Konkrétnejšie, keď sa zvyšujúce sa množstvo spotrebovanej elektrickej energie stane malým, ako je znázornené bodkovanou čiarou v (a) na obr. 10, prahová hodnota sa zmení z a na β (a > β). Ďalej, keď sa zvyšujúce sa množstvo spotrebovanej elektrickej energie stane veľkým, ako je znázornené bodkočiarkovanou čiarou, prahová hodnota sa zmení z a na γ (a < γ). Takýmto nastavením prahovej hodnoty sa nastaví časovanie impulzného výstupu, a preto sa impulzný signál vyšle v súlade so skutočnou spotrebovanou elektrickou energiou a absolútna chyba vypočítanej spotrebovanej elektrickej energie sa skoriguje.

Absolútna chyba vypočítanej spotrebovanej elektrickej energie sa skoriguje vynásobením spotrebovanej elektrickej energie vopred určeným násobiteľom v súlade so zosilňovacím činiteľom diferenčného zosilňovača 23 nastavením zisku v S24 na obr. 5, ale tiež sa koriguje nastavením prahovej hodnoty impulzného výstupu, ako je opísané vyššie. Preto sa počet stupňov voľnosti pri návrhu elektronického watthodinového elektromera zvyšuje.

Ďalej, vo vyššie opísanom uskutočnení je opísaný prípad, v ktorom sa detekčný signál každého zo snímačov 13 a 14 a referenčný potenciál zosilnia s použitím diferenčného zosilňovača, ale tento vynález sa na to neobmedzuje. Napríklad, v elektronickom watthodinovom elektromere, znázornenom na obr. 3 a 4,

-28sa detekčný signál každého zo snímačov 13 a 14 a referenčný potenciál môžu zosilniť v súlade so vstupným kapacitným pomerom A/D prevodníka 24 namiesto zosilňovača 23. Obr. 11 je diagram obvodu, znázorňujúci komutovaný kapacitný integračný obvod, ktorý je vytvorený vnútri A/D prevodníka 24.

A/D prevodník 24 zahrnuje operačný zosilňovač 71 a komparátor 72, pripojený k jeho výstupnej strane. Vstupná strana a výstupná strana operačného zosilňovača 71 sú spätnoväzbovo spojené pridržiavacími kondenzátormi 79 a 80. Ďalej sú k vstupnej strane operačného zosilňovača 71 pripojené vzorkovacie kondenzátory 73 a 74. každý s kapacitou Ci, ktoré vykonávajú vzorkovanie vstupného signálu, a spätnoväzbové kondenzátory 75 a 76, každý s kapacitou Cr, ktoré vykonávajú spätnú väzbu. Prepínače 77 a 78 sú pripojené k spätnoväzbovým kondenzátorom 75 a 76, tieto prepínače 77 a 78 prepína výstup komparátora 72 a na spätnoväzbové kondenzátory 75 a 76 sa aplikuje referenčné napätie +V_ref alebo -V_ref. Vzorkovací kondenzátor 73 je spojený s predtým uvedeným voliacim spínačom 22 a detekčný výstup a referenčný potenciál každého zo snímačov 13 a 14 sa vyšle do vzorkovacieho kondenzátora 73 v súlade s prepnutím voliaceho spínača 22. Ďalej, vzorkovací kondenzátor 74 je spojený s referenčným potenciálom prúdového snímača 14 a referenčný potenciál 0 V sa vyšle do vzorkovacieho kondenzátora 74.

Vo vyššie opísanej konfigurácii sa signály, ktoré sa vyšlú do vzorkovacích kondenzátorov 73 a 74, diferenčné zosilnia zosilňovacím činiteľom vstupného kapacitného pomeru Ci/Cr a ΔΣ modulujú a konvertujú sa na digitálne signály z analógových signálov. V súlade s tým je aj v tejto konfigurácii vytvorený podobný prevádzkový efekt ako vo vyššie opísanom uskutočnení.

Ďalej, vo vyššie opísaných uskutočneniach je opísaný prípad, v ktorom je napäťový snímač 13 tvorený napätie deliacimi rezistormí 13a až 13c a prúdový snímač 14 je tvorený odporovým bočníkom 14a, ale druhy napäťového snímača 13 a prúdového snímača 14 sa dajú vhodne zmeniť. Napríklad sa ako prúdový snímač 14 dá použiť prúdový transformátor (CT), znázornený na obr. 7, Rogowského cievka alebo podobne.

Ďalej, vo vyššie opísaných uskutočneniach je opísaný prípad, v ktorom sa spracovania A/D konverzie vykonajú v A/D prevodníku 24 pre detekčný výstup prúdového snímača 14, detekčný výstup napäťového snímača 13 a referenčný potenciál prúdového snímača 14 v tomto poradí prepínaním voliaceho spínača 22

-29(pozri S21, S22 a S27 na obr. 5), ale poradie spracovaní A/D konverzie pre príslušné signály sa dá vhodne zmeniť.

Ďalej, vo vyššie opísaných uskutočneniach je opísaný prípad, v ktorom sa referenčné napätie V_ref, ktoré sa aplikuje na A/D prevodník 24, pripraví oddelene od prevádzkového napätia Vdd mikropočítača 21. ale tento vynález sa na to neobmedzuje. Napríklad sa referenčné napätie V_ref A/D prevodníka 24 nastaví na ten istý potenciál ako prevádzkové napätie V_DD mikropočítača 21, a napájači zdroj, ktorý dodáva referenčné napätie V_ref do A/D prevodníka 24, a napájači zdroj, ktorý dodáva prevádzkové napätie Vdd mikropočítača 21, sa dajú spojiť do jedného spoločného napájacieho zdroja. Podľa tejto konfigurácie sa napájači zdroj, ktorý dodáva referenčné napätie V_ref do A/D prevodníka 24, nemusí pripraviť oddelene a dá sa dosiahnuť ďalšie zmenšenie veľkosti produktu a zníženie nákladov.

Ďalej, v spracovaní prerušenia časovača vo vyššie opísaných uskutočneniach sú opísané časy Tsi, Ts2 a Tss ako nastavené na 93 ps, 407 ps a 500 ps a predpätie Vcom a prevádzkové napätie Vdd mikropočítača 21 sú opísané ako nastavené na 1,8 V a 3,6 V, ale Tsi, Ts2 a Tss a Vcom a Vdd nie sú obmedzené na tieto hodnoty a dajú sa vhodne zmeniť.

Ďalej, vo vyššie opísaných uskutočneniach je opísaný prípad, v ktorom sú na zlepšenie správania vydržiavacieho napätia napäťového snímača 13 uvedené dva rezistory 13a a 13b zapojené do série medzi svorkou PO napájacieho zdroja a rezistorom 13c, ale počet rezistorov, zapojených medzi svorkou PO napájacieho zdroja a rezistorom 13c, môže byť jeden a tento počet rezistorov sa dá vhodne zmeniť.

Priemyselná využiteľnosť

Vo vyššie opísaných uskutočneniach je opísaný prípad, v ktorom sa tento vynález aplikuje na elektronický watthodinový elektromer jednofázového dvojvodičového systému, ale tento vynález sa dá tiež aplikovať na rôzne elektronické watthodinové elektromery jednofázového trojvodičového systému, trojfázového trojvodičového systému alebo podobne, ktoré aritmeticky spracúvajú spotrebovanú elektrickú energiu meraného objektu na základe digitálnych signálov, konvertovaných A/D konverznými prostriedkami. Keď sa tento vynález aplikuje na také rôzne elektronické watthodinové elektromery, sú tiež vytvorené prevádzkové efekty, podobné vyššie opísaným uskutočneniam.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Elektronický watthodinový elektromer, zahrnujúci: napäťový snímač, detegujúci napätie meraného objektu; prúdový snímač, detegujúci prúd meraného objektu;

voliaci spínač, alternatívne voliaci a vysielajúci buď detekčný výstup uvedeného napäťového snímača alebo uvedeného prúdového spínača alebo referenčný potenciál detekčného výstupu;

zosilňovacie prostriedky, zosilňujúce detekčný výstup prinajmenšom uvedeného prúdového snímača; a aritmetické spracujúce zariadenie, obsahujúce A/D konverzné prostriedky, konvertujúce detekčné výstupy uvedeného napäťového snímača a uvedeného prúdového spínača a uvedeného referenčného potenciálu, ktoré sa vyšlú uvedeným voliacim spínačom, na digitálne signály z analógových signálov, a aritmetické operačné prostriedky, aritmeticky spracúvajúce spotrebovanú elektrickú energiu meraného objektu na základe digitálnych signálov, konvertovaných A/D konverznými prostriedkami, vyznačujúci sa tým, že uvedené zosilňovacie prostriedky tvoria diferenčné zosilňovacie prostriedky, diferenčné zosilňujúce vstupný signál, uvedené A/D konverzné prostriedky konvertujú vstupný signál na digitálny signál z analógového signálu ΔΣ moduláciou, a uvedené aritmetické operačné prostriedky vypočítajú spotrebovanú elektrickú energiu meraného objektu odstránením uvedeného referenčného potenciálu, ktorý je konvertovaný uvedenými A/D konverznými prostriedkami z každého z detekčných výstupov uvedeného napäťového snímača a uvedeného prúdového snímača, ktoré sú konvertované uvedenými A/D konverznými prostriedkami.
2. Elektronický watthodinový elektromer podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m, že uvedené aritmetické operačné prostriedky skorigujú absolútnu chybu uvedenej spotrebovanej elektrickej energie vynásobením uvedenej spotrebovanej elektrickej energie vopred určeným násobiteľom alebo nastavením prahovej hodnoty impulzného výstupu, zodpovedajúcej uvedenej spotrebovanej elektrickej energii.

-31
3. Elektronický watthodinový elektromer podľa nároku 1 alebo nároku 2, vyznačujúci sa tým, že uvedené aritmetické operačné prostriedky odstránia uvedený referenčný potenciál, ktorý je konvertovaný uvedenými A/D konverznými prostriedkami z len jedného z detekčného výstupu uvedeného prúdového snímača alebo detekčného výstupu uvedeného napäťového snímača, keď sú uvedený referenčný potenciál detekčného výstupu uvedeného prúdového snímača a uvedený referenčný potenciál detekčného výstupu uvedeného napäťového snímača nastavené navzájom odlišne.
4. Elektronický watthodinový elektromer podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že po tom, čo uvedené aritmetické spracujúce zariadenie prepne uvedený voliaci spínač, aby urobil nasledujúcu voľbu, bezprostredne po dokončení konverzie uvedenými A/D konverznými prostriedkami pre ktorýkoľvek z detekčných výstupov uvedeného napäťového snímača a uvedeného prúdového snímača a referenčných potenciálov detekčných výstupov je ponechaný určitý časový interval a potom uvedené aritmetické spracujúce zariadenie spôsobí vykonanie ďalšej konverzie uvedenými A/D konverznými prostriedkami.
5. Elektronický watthodinový elektromer podľa nároku 4, vyznačujúci sa t ý m, že uvedené aritmetické spracujúce zariadenie zastaví činnosť uvedených A/D konverzných prostriedkov bezprostredne po dokončení každej konverzie uvedenými A/D konverznými prostriedkami a spôsobí prípravu na začatie nasledujúcej konverzie uvedenými A/D konverznými prostriedkami.
6. Elektronický watthodinový elektromer podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 5, vyznačujúci sa tým, že referenčné napätie uvedených A/D konverzných prostriedkov sa nastaví na ten istý potenciál ako prevádzkové napätie uvedeného aritmetického spracujúceho zariadenia.