SU1190280A1 - Счетчик эектроэнергии - Google Patents

Abstract

.1. СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, содержащий преобразователь произведени  знакопеременного тока и посто нного напр жени  в частоту, выходы которого соединены с соответствующими входами реверсивного счетчика, вход напр жени  через выпр митель подключен к выходу масштабного преобразовател  напр жени  и входу детектора пол рности, а токовый вход к пр мому и инверсному выходам масштабного преобразовател , тока соответственно через первый и второй ключи, управл ющие входы которых подключены соответственно к пр 14ому и инверсному выходам детектора пол рности, о тличающийс  тем, что, с целью повьппени  точности измерени , в него введены два элемента И и генератор импульсной последовательности с синусоидально измен ющимс  коэффициентом заполнени , причем управл ющие входы ключей соединены с соответствующими выходами детектора пол рности через соответствующие элементы И, другие входы которых подключены к выходу генератора импульсной последовательности с синусоидально измен ющимс  коэффициентом заполнени , входы которого подключены к соответствующим выходам детектора пол рности .- , 2. Счетчик по п. 1, о т л и ч а ющ и и с   тем, что генератор импульсной последовательности с синусоидально измен ющимс  коэффициентом заполнени  содержит генератор импульсов , два делител  частоты, три счетчика, три дешифратора, три триггера , распределитель импульсов, два элемента ИЛИ, а также третий, четвертый , п тый элементы И и косинусный цифро-частртный преобразователь, информационные входы которого соединены с разр дньми выходами первого ; счетчика и входами первого и второго (Л дешифраторов, тактовый вход - с выходом первого делител  частоты и счетным входом первого счетчика, а выход - со счетным .входом второго счетчика, выходы первого и второго дешифраторов подключены соответственно к установочным входам первого и FO второго триггеров, входы сброса коо торых соединены с выходом первого ND Х элемента ИЛИ и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу первого триг-О гера, а выход - к входам сброса первого и второго счетчиков, входы управлени  реверсом которых соединены с выходом второго триггера, выходы третьего и четвертого элементов И подключены к входам первого элемента ИЛИ, а первые входы - соответственно к пр мому и инверсному выходам третьего триггера, информационный .вход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, а тактовый вход - с выходом генератора им

Description

пульсов, входом первого делител  частоты , первым входом п того элемента И, первым входом распределител  импульсов и через второй делитель частоты с вторым входом распределител , третий вход которого подключен через третий дешифратор к разр дным выходам третьего счетчика, а выходы - .к входу разрешени  записи третьего счет чика и второму входу п того элемента И, выход которого подключен к счетному входу третьего счетчика, информащюнные входы которого соединены с разр дными выходами второго счетчика , причем вторые входы третьего и четвертогоэлементов И  вл ютс  входами , а второй выход распределител  1 80 импульсов - выходом генератора импульсной последовательности с синусоидально измен ющимс  коэффициентом заполнени . 3. Счетчик по п. 1, отличающийс  тем, что в него введены последовательно соединённые инвертор и третий ключ, выводы которого соединены с выходами масштабного преобразовател  тока, выполненного в виде трансформатора тока, средний вывод вторичной обмотки которого подключен, к общему проводу, причем вход инвертора подключен к выходу генератора импульсной последовательности с синусоидально измен ющимс  коэффициентом заполнени .

1

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано в системах учета и контрол  потреблени  электроэнергии.

Цель изобретени  - повышение точности измерени .

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого счетчика; на фиг. 2 принципиальна  схема предлагаемого счетчика электроэнергии; на фиг. 3 временные диаграммы напр жений, по сн ющие работу счетчика; на фиг.Авариант схемы.генератора импульсов.

Счетчик электроэнергии содержит преобразователь 1 произведени  знакопеременного тока и посто нного напр жени  в частоту, выходы которого подключены к входам реверсивного счетчика 2, токовый вход через ключи 3 и 4 - к пр мому и инверсному выходам масштабного преобразовател  5 тока, а вход напр жени  через выпр митель 6 - к выходу масштабного преобразова-тел  7 напр жени , детектор 8 пол рности, вход которого подключен к выходу масштабного преобразовател  7 напр жени , первый 9 и второй 10 элементы И и генератор 11 импульсной последовательности с синусоидально измен ющимс  коэффициентом заполнени , входы 12 и 13 которого подключены соответственно к пр мому и инверсному вьтходам детектора 8 и

к первым входам элементов И 9 и 10, вторые входы которых соединены с выходом генератора 11, а выходы - с управл ющими входами ключей 3 и А соответственно.

Применение генератора 11 импульсной последовательности с синусоидально измен ющимс  коэффициентом заполнени  избавл ет от необходимости применени  традиционного широтно-импульсного модул тора со- сравнивающим устройством, внос щим большие погрешности, по вл етс  возможность получить высокую стабильность фрон|тов , если реализовать генератор 11 на дискретных логических элементах.

Генератор 11 импульсной последовательности с синусоидально измен ющимс  коэффициентом заполнени  содержит делители 14 и 15 частоты, входы которых подключены к выходу генератора 16 импульсов, счетчики 17 - 19, дешифраторы 20 - 22, косинусный цифро-частотный преобразователь 23, триггеры 24 - 26, третий 27, четвертый 28 и п тый 29 элементы И, элементы ИЛИ 30 и 31 и распределитель 32 импульсов, при этом счетный вход счетчика 17 соединен с выходом делител  14 частоты, а выходы соединены с входами косинусного цифро-частотного преобразовател  23, а также дешифраторов 20 и 21, выходы которых 3 соединены соответственно с установоч ными входами триггеров.24 и 25, причем выход последнего соединен с входом управлени  реверсом счетчиков 17 и 18, вторые входы третьего 27 .и чет вертого 28 элементов И соединены соответственно с пр мым и инверсным выходами детектора 8, инверсный выход которого соединен также с D-BXOдом триггера 26, пр мой и инверсный выходы которого соединены соответственно с- первьми входами третьего 27 и четвёртого 28 элементов И, выходы которых через элемент ИЛИ 30 соединен с входами сброса триггеров 24 и 25 и первым входом элемента ИЛИ 31,: второй вход которого соединен с выходом триггера 24, а выход - с входа ми сброса счетчиков 17 и 18, тактовы вход косинусного цифро-частотного пр образовател  23 соединен с выходом делител  14 частоты, а выход - со счетным входом счетчика 18, первый вход 33 распределител  32 импульсов соединен с выходом генератора 16, второй вход 34 - с выходом делител  15 частоты, первый выход 35 - с входом разрешени  записи счетчика 19, информационные входы которого соединены с разр дными выходами счетчика 18, счетный вход - с выход9м п того элемента И 29, а выходы через дешифр тор 22 - с третьим входом 36 распределител  32 импульсов, второй,вход п того элемента И 29 соединен с выходом генератора 16, а первый вход с вторым выходом 37 распределител  32 импульсов и выходом 38 генератора 11 импульсной последовательности. Счетчик также содержит последовательно соединенные инвертор 39 и ключ 40, выводы которого соединены с выходами масштабного преобразовате л  5 тока, а вход инвертора - с вько дом 38 генератора 11. Счетчик электроэнергии работает . следзтощим образом. Входное напр жение (фиг. За) поступает через масштабный преобразователь 7 напр жени  на вход детектора 8, на выходе которого формируетс  либо единичное , либо нулевое значение напр жени  в соответствии со знаком напр жени  сети (фиг. Зб), а также инверсный сигнал (фиг. За). При единичном значении напр жени  открьгоаетс  по второму входу первый элемент И 9 и при наличии единичного 80 сигнала на его первом входе единичное напр жение на выходе элемента И 9 открывает ключ 3, который подключает пр мой выход масштабного прёобрааавател  5 тока к nepBosiy входу преобразовател  1, аналогично при отрицательном знаке напр жени  ключ 4, управл емый с инверсного выхода детектора 8 через второй элемент И 10, подключаетс  первый вход преобразовател  1 к инверсному выходу йасштабного преобразовател  5 тока. На вто1)ой вход преобразовател  1.с выхода выпр мител  6 подаетс  посто нное напр жение , пропорциональное напр жению сети. На первые входы первого 9 и второго 10 элементов И с выхода генератора 11 подаетс  импульсна  после-, довательность, коэффициент заполнени  которой .измен етс  пропорционально абсолютной величине синуса от фазового значени  напр жени  сети. Синхронизаци  генератора 11 по фазе си-. нусоидальной модул ции .осуществл етс  с выходов детектора 8 в моменты . изменени  значений напр жений, поступающих на входы 12 и 13. Частоты импульсов на выходе преобразовател  1 равна произведению модулированного по синусоидальному закону тока I(t) на посто нное напр жение и псшученное на выходе выпр мител  6. Це-. на каждого импульса на выходе преобразовател  1 равна посто нному приращению активной знергии Л W, котора  получаетс  как и sincotdt. №1пульсы формируютс  на первом ыходе преобразовател  1 и подаютс  а с етный вход реверсивного счетчи- а 2. На. втором выходе преобразовате  1 формируетс  напр жение признаа пол рности, которое подаетс  на ход направлени  счета реверсивного четчика 2. В случае применени  четчика 2 с раздельными счетными : ходами, на первом выходе преобразоател  1 формируютс  импульсы при оложительной мгновенной мощности, на втором - при отрицательной. В еверсивном счетчике 2 накапливаетс  лгебрическа  сумма импульсов, проорциональна  потребл емой активной нергии.. Генератор 11 работает следующим бразом.

Напр жение с инверсного выхода детектора 8 поступает на D-вход триггера 26, на вход синхронизации которого подаетс  напр жение с выхода генератора 16. На триггере 26 форми-руютс  пр моугольные импульсы-, задержанные по отношению к сигналу на D-входе на период следовани  импульсов генератора 16 (примерно на одну микросекунду). На входы третьего элемента И 27 подаютс  неинвертированный сигнал с выхода детектора 8 (фиг. 36) и инвертированный задержанный сигнал с выхода триггера 26 (фиг. Зв). На выходе третьего элемента И 27 формируетс  короткий импульс (фиг. Зг) в момент изменени  знака напр жени  (фиг. За) с отрицательного на роложительный. Аналоги но на выходе четвертого элемента И 28 формируетс  импульс при изменении знака напр жени  с положительного на отрицательный. Указанные импульсы поступают на входы элемента ИЛИ 30, на выходе которого формируютс  импульсы при каждом изменении знака напр жени  (фиг. Зд). Каждый импульс через элемент ИЛИ 31 поступает на входы сброса счетчиков 17 и 18, устанавлива  их в исходное состо ние. Триггеры 24 и 25 также устанавливаютс  в исходное состо ние импульсами с выхода первого элемента ИЛИ 30. При этом единичный сигнал с ин|Версного выхода триггера 25 подаетс  на входы управлени  реверсом счетчиков 17 и 18, обеспечива  режим пр мого счета. Импульсы с выхода делител  14 частоты поступают на счетный вход счетчика 17 и Ка импульсный вхо косинусного цифро-частотного преобразовател  23.

С изменением двоичного числа, подаваемого на информационные входы цифро-частотного преобразовател  23 с выходов счетчика 17, происходит изменение средней частоты импульсов на выходе преобразовател  23 за счет запрета прохождени  определенных импульсов . Частота импульсов мен етс  в пределах углового значени  фазы напр жени  от О до

по косинусоидальному закону.

Импульсы с вьпсода косинусного 55 цифро-частотного преобразовател  23 поступают на счетный вход счетчика 18, на выходах которого накапливаетс  число, пропорциональное синусу углового значени  напр жени , начина  с момента изменени  знака. Когда

выходной код счетчика 17 достигнет

«т значени ,соответствующего углу - ,-,

срабатывает дешифратор 21, на установочный вхрд триггера 25 поступает импульс, перевод  его в единичное состо ние, а счетчики 17 и 18 - в режим регрессивного счета. После реверса число на выходе счетчика 18 убывает по синусоидальному закону при зна1 .1 чени х фазы напр жени  от it ,

в соответствии с числом на выходе счетчика 17, которое линейно убывает до нул .При нул х во всех разр дах счет чика 17 срабатывает дешифратор 20, триггер 24 переходит в единичное состо ние , сигнал с его выхода через элемент ИЖ 31 передаетс  на входы сброса счетчиков 17 и 18 и останавливает их счет вплоть до поступлени  очередного импульса с выхода элемента ИЛИ 30, которьш переводит триггеры 24 и 25 в нулевое состо ние, и далее процесс генерировани  синусоидальной функции на выходе счетчика 18 повтор етс . В случае, если нарушени  соответстви  между частотой сети и частотой генератора 16 импульс на входы сброса триггеров 24 и 25 приходит раньше формировани  сигнала на выходе дешифратора 20, то некоторое малое значение синуса на эыходе счетчика 18 обнул етс . Счетчики 17 и 18 i обнул ютс  передним фронтом импульса с элемента ИЛИ 31, а триггер 24 - задним фронтом импульса с элемента ИЛИ 30. Импульс с дешифратора 20 формируетс  более коротким , чем на выходе элемента ИЛИ 30. I

Таким образом, счетчик 18 имеет на выходе код, пропорциональный абсолютной величине синуса от фазового .угла напр жени . Преобразование указанного кода в длительность импульсов t происходит следующим образом . По сигналу с выхода делител  15 частоты, поступающего на второй вход 34 распределител  32 импульсов, очередной импульс с выхода генератора 16, поступающий на первый вход 33 распределител  32 импульсов, проходит на первый выход 35 последнего и на вход управлени  записью счетчика 19, записыва  в него текущее значение синуса с выхода счетчика 18. После этого формируетс  передний .фронт импульса длительностью в на втором выходе 37 распределител  32 импульсов. Этот сигнал открывает по первому входу п тый элемент И 29, разреша  проход импульсов генератора 16 на счетный вход счетчика 19, работающего в режиме регрессивного счета. Когда значение кода на выходе счетчика 19 нулевое, срабатывает дешифратор 22,поступает сигнал-на тре тий вход 36 распределител  32 импульсо по которому образуетс  задний фронт импульса на втором выходе 37 распре}целител  32 импульсов, вл ющимс  выходом генератора 11 импульсной после довательности с синусоидально измен ющимс  коэффициентом заполнени . Первичный преобразователь 5 тока в предлагаемом счетчике выполнен в виде трансформатора тока с отводом от середины вторичной обмотки, соединенным с общей щиной, при этом выход генератора 11 импульсной после довательности с синусоидально измён  Ю1ЦИМСЯ коэффициентом заполнени  че .рез инвертор 39 подключен к управл ю щему входу дополнительного ключа 40 выходы которого шунтируют обмотку трансформатора тока. Такое шунтирование обмотки в промежутках между импульсами обеспечива ет режим короткого замыкани  вторичной обмотки. Недостаток paccMOTpeijHoro устройства состоит в том, что по вл етс  погрешность измерени  электроэнергии при изменении частоты напр жени . Погрешность существенно увеличиваетс  при увеличении сдвига фаз между напр жением и током. Дл  устранени  указанной погрешности можно использовать известную схему фазовой автрподстройки частоты генератора 16 в соответствии с часто той сети (фиг. 4), где в качестве .задающего генератора используетс  управл емый генератор 41 импульсов, выход которого через делитель 42 частоты подключен к первому входу фазового детектора 43, св занного своим вторым входом с выходом детектора 8. Частота пр моугольного напр жени  на выходе делител  42 частоты номинально равна частоте напр жени  сети, т.е. частоте сигнала на выходе детектора 8. Если частоты отличаютс , то на выходе фазового детектора 43 по вл етс  напр жение, управл ющее частотой генератора. 41 и точно подстраивающее ее в соответствии с частотой напр жени  сети. ТаЛим образом, решаетс  задача уменьшени  погрешности от изменени  частоты напр жени . Предложенный счетчик электроэнергии имеет следующие преимущества по сравненгао с устройствами, осуществл ющими широтно-импульсную модул цию по напр жению: существенно снижаетс погрешность , обусловленна  нестабильностью фронтов, так как фронты сигналов на выходе генератора импульсной последовательности с синусоидально измен ющимс  коэффициентом запрлнени  образуютс  без участи  сравнивающего устройства от дискретного устройства; благодар  тому, что широтноимпульсный модул тор при всех значени х напр жени  формирует одну и ту же синусоидальную зависимость, имеетс  возможность выбора оптимального в метрологическом отношении закона модул ции, в частности прин ть максимальный коэффициент модул ции равным единицеJ благодар  указанной однозначности модул ционной картины могут быть лучше учтены методические пог- решности-модул тора. Так как в предложенном счетчике умножени  тока на напр жение.происходит в каждом такте широтно-импульсной модул ции, то искажение синусоидальной формы потребл емого тока дополнительной погрешности не вызывает . Предложенное устройство позволит существенно повысить точность измерени  потребл емой энергии. Это дает возможность дополнительной экономии электроэнергии и ее более рационального распределени .

s

JT

г-a

Фиг i rK

pnr -t

Claims (3)

1. СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, ' содержащий преобразователь произведения знакопеременного тока и постоянного напряжения в частоту, выходы которого соединены с соответствующими входами реверсивного счетчика, вход напряжения через выпрямитель подключен к выходу масштабного преобразователя напряжения и входу детектора полярности, а токовый вход к прямому и инверсному выходам масштабного преобразователя, тока соответственно через первый и второй ключи, управляющие входы которых подключены соответственно к прямому и инверсному выходам детектора полярности, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены два элемента И и генератор импульсной последовательности с синусоидально изменяющимся коэффициентом заполнения, причем управляющие входы ключей соединены с соответствующими выходами детектора полярности через соответствующие элементы И, другие входы которых подключены к выходу генератора импульсной последовательности с синусоидально изменяющимся коэффициентом заполнения, входы которого подключены к соответствующим выходам детектора полярности. ,

2. Счетчик по п. 1, о т ли ч а тощий с я тем, что генератор импульсной последовательности с синусоидально изменяющимся коэффициентом заполнения содержит генератор импульсов, два делителя частоты, три счетчика, три дешифратора, три триггера, распределитель импульсов, два элемента ИЛИ, а также третий, четвертый, пятый элементы И и косинусный цифро-частотный преобразователь, информационные входы которого соединены с разрядными выходами первого счетчика и входами первого и второго дешифраторов, тактовый вход - с выходом первого делителя частоты и счетным входом первого счетчика, а выход - со счетным .входом второго счетчика, выходы первого и второго дешифраторов подключены соответственно к установочным входам первого и второго триггеров, входы сброса которых соединены с выходом первого элемента ИЛИ и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу первого триггера , а выход - к входам сброса первого и второго счетчиков, входы управления реверсом которых соединены с выходом второго триггера, выходы третьего и четвертого элементов И подключены к входам первого элемента ИЛИ, а первые входы - соответст венно к прямому и инверсному выходам третьего триггера, информационный вход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, а тактовый вход - с выходом генератора им пульсов, входом первого делителя частоты, первым входом пятого элемента И, первым входом распределителя импульсов и через второй делитель частоты с вторым входом распределителя, третий вход которого подключен через третий дешифратор к разрядным выходам третьего счетчика, а выходы - .к входу разрешения записи третьего счет чика и второму входу пятого элемента И, выход которого подключен к счетному входу третьего счетчика, информационные входы которого соединены с разрядными выходами второго счетчика, причем вторые входы третьего и четвертого'элементов И являются входами, а второй выход распределителя импульсов - выходом генератора импульсной последовательности с синусоидально изменяющимся коэффициентом заполнения.

3. Счетчик поп. 1, отличающий с я тем, что в него введены последовательно соединенные инвертор и третий ключ, выводы которого соединены с выходами масштабного преобразователя тока, выполненного в виде трансформатора тока, средний вывод вторичной обмотки которого подключен к общему проводу, причем вход инвертора подключен к выходу генератора импульсной последовательности с синусоидально изменяющимся коэффициентом заполнения.