SU1721519A1

SU1721519A1 - Электронный счетчик электроэнергии

Info

Publication number: SU1721519A1
Application number: SU894736179A
Authority: SU
Inventors: Александр Иосифович Покрас; Юрий Федорович Тесик; Олег Юрьевич Чурин
Original assignee: Институт Электродинамики Ан Усср
Priority date: 1989-09-05
Filing date: 1989-09-05
Publication date: 1992-03-23

Abstract

Изобретение относитс к электроизмерительной технике и может быть использо но при построении несложных в реализации многофазных счетчиков электрической энергии высокой точности с широким динамическим диапазоном изменени фазных токов. Целью изобретени вл етс повышение точности измерени электроэнергии трехфазной (многофазной) сети. Поставленна цель достигаетс введением в счетчик трех управл емых усилителей 7-9. управл емого делител 14 частоты, мультиплексора 17, усилител 18, амплитудного детектора 19, делител 20 напр жени и компаратора 21 с соответствующими функциональными св з ми. Мультиплексор 17 подключен на вход амплитудного детектора 19 последовательно , и при превышении предельного, уровн компаратор 21 переключает коэффициенты передачи управл емых усилителей 7-9. Примененна в счетчике схема выбора коэффициентов передачи управл емых усилителей позвол ет отказатьс от дублировани каналов управлени . Счетчик также содержит трансформаторы тока 1-3 и напр жени 4-6, умножители 10-12, преобразователь 13 напр жени в частоту и блок 15 индикации, 2 ил. сл с

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении несложных в реализации многофазных электронных счетчиков электрической энергии высокой 5 точности с широким динамическим диапазоном изменения фазных токов.

Целью изобретения является повышение точности измерения электроэнергии трехфазной (многофазной) сети. 10

На фиг. 1 изображена блок-схема предложенного электронного счетчика электроэнергии; на фиг. 2 - сигналы фазных токов на выходах первого, второго и третьего трансформаторов токов (а) и выходные сиг- 15 налы амплитудного детектора и делителя напряжения (б).

Электронный счетчик электроэнергии содержит первый 1, второй 2 и третий 3 трансформаторы тока, первый 4, второй 5 и 20 третий 6 трансформаторы напряжения, первый 7, второй 8 и третий 9 управляемые усилители, первый 10, второй 11 и третий 12 умножители, преобразователь 13 напряжения в частоту, управляемый делитель 25 14 частоты, блок 15 индикации, блок 16 управления, мультиплексор 17, усилитель 18. амплитудный детектор 19, делитель 20 напряжения и компаратор 21.

Электронный счетчик электроэнергии 30 работает следующим образом.

Фазные токи и напряжения при помощи первого 1, второго 2 и третьего 3 трансформаторов тока и первого 4, второго 5 и третьего 6 трансформаторов напряжения 35 преобразуются в низковольтные сигналы диапазона ±10 В. Затем сигналы фазных токов через первый 7. второй 8 и третий 9 управляемые усилители поступают на первые входы первого 10, второго 11 и третьего 40 12 умножителей, на вторые входы которых поступают выходные сигналы первого 4, второго 5 и третьего 6 трансформаторов напряжения соответственно. В результате перемножения на выходах первого 10, второго 45 11 и третьего 12 умножителей формируются кривые мгновенных фазных мощностей в соответствии с выражением η $ Pf(t) = Ктн‘Ктт'Куу 'Кумн · -и р х 50

V = 1 х sin(vtt>t + ^f) iFfviot + + (Pf), где Pp(t) - мгновенная мощность F-й фазы в 55 момент времени t, 1 <F<m (для трехфазной сети m = 3);

Ктн. Ктт - коэффициенты преобразования трансформаторов напряжения и тока, принимаемые одинаковыми для всех фаз;

Куу, Кумн - коэффициенты передачи управляемых усилителей и умножителей, также одинаковые для всех фаз;

U V , I f - амплитудные значения напряжения и тока F-й фазы v -й гармоники. 1<v<n;

ψρ - фазовый сдвиг напряжения F-й фазы первой гармоники;

<р\ - фазовый сдвиг между током и напряжением F-й фазы v-й гармоники.

Далее сумма кривых мгновенных фазных мощностей при помощи преобразователя 13 напряжения в частоту преобразуется в последовательность импульсов, которые, проходя через управляемый делитель 14 частоты, суммируются в блоке 15 индикации. Таким образом, за интервал времени, равный одному периоду Τι первой гармоники входных сигналов, в блок 15 индикации поступает Ν_τ импульсов, число которых пропорционально количеству электроэнергии за тот же интервал:

Ντ ^— Ктн ’ Ктт ’ Куу' Кумн * Кп нч ’ Кудч X m n t + Τι

X Σ * Σ · / χ up^χF = 1F =1 t ) -I xsin (v<wt + V*f)'If -εΐηίνω t + Vr + φε) dt= < ^T1 v 1? ? * = Ky’-y-· 2, Z ’Uf-If-COS (pF, - ⁱ F = 1 V = 1 где Кпнч. Кудч - коэффициенты преобразования преобразователя напряжения в частоту и управляемого делителя частоты;

К - суммарный коэффициент преобразования.

Первый 7, второй 8 и третий 9 управляемые усилители представляют собой усилители с переменным коэффициентом передачи, выбираемым в зависимости от логического уровня сигнала на их управляющих входах. Если на этих входах присутствует сигнал логической 1, то К_Му = 1 и первый 7, второй 8 и третий 9 управляемые усилители работают в режиме повторителей напряжения. Если на управляющие входы управляемых усилителей 7-9 приходит сигнал логического О, то К_Му = К и данные блоки работают в режиме усилителей входных сигналов с коэффициентом усиления К. Коэффициент деления К_УДч управляемого делителя 14 частоты изменяется аналогично, принимая значения либо единицы, либо К в зависимости от логического уровня сигнала на своем управляющем входе. Таким образом, изменение коэффициентов пере дачи управляющих усилителей 7-9 компенсируется соответствующим изменением коэффициента передачи (деЯЬния) управляемого делителя 14 частоты и в блок 15 индикации поступает количество им- 5 пульсов N, отражающее реальное количест во электроэнергии.

Выбор коэффициентов передачи управляемых усилителей 7-9 и управляемого делителя 14 частоты происходит под дейст- 10 вием блоков 16-21. На выходе счетчика, являющемся выходом блока 16 управления, с шагом дискретизации Т_г формируются коды, управляющие работой мультиплексора 17; (Тг - период выходных импульсов .15 генератора). Интервал времени Т_г намного меньше периода Тг первой гармоники токов в исследуемой сети, поэтому в результате высокоскоростного циклического опроса трансформаторов 1-3 тока 20 на выходе мультиплексора 17 в произвольный момент временил формируется сигнал UMn(t), определяемый номером F опрашиваемой фазы:

U_Mn(t) = U_Mn (—О ·πί + F) + г) = ²⁵ = Κττ'Ιρ·5ΐη(νω(-²—(у · m + F) + J ύ ¹¹ + τ + ψρ + φρ), где I - количество циклов полного опроса ³θ мультиплексором 17 всех m фаз с момента начала отсчета, совпадающего с нуль-переходом сигнала тока первой фазы;

т- интервал времени, плавно изменяю35 щийся в пределах <τ <

лгТг Τι

Далее выходной сигнал мультиплексора 17 усиливается в К раз усилителем 18 .

и поступает на амплитудный детектор 19, ⁴θ выделяющий максимальное положительное значение этого сигнала за один период его изменения

Uafl(t).= max I KUMn(t) I ;

te[0;T], ⁴⁵

Таким образом, на выходе амплитудного детектора 19 постоянно поддерживается уровень напряжения, соответствующий усиленной в К раз амплитуде наибольшего по величине фазного тока трехфазной (в общем случае, m-фазной) системы за один период ее первой гармоники. Данный сигнал Uafl(t) сравнивается с выходным постоянным напряжением делителя 20 напряжения иди, которое формируется непосредственно ⁵⁵из напряжения питания. Если амплитудное значение наибольшего из фазных токов меньше заданного порогового значения,

т.е. и_ад < и_дн. то на выходе компаратора 21 формируется сигнал логической 1. В результате этого выходные сигналы первого 1. второго 2 и третьего 3 трансформаторов тока усиливаются в К раз при помощи первого 7, второго 8 и третьего 9 управляемых усилителей, а коэффициент деления частоты управляемого делителя 14 частоты устанавливается равным К. В противоположном случае (при иад и_дн) на выходе компаратора 21 устанавливается сигнал логического ”0 и коэффициенты усиления первого 7, второго 8 и третьего 9 управляемых усилителей и коэффициент деления управляемого делителя 14 частоты становятся равными единице. Таким образом, диапазон входных сигналов токов умножителей 10—12 выбирается, исходя из амплитудного значения наибольшего из фазных токов за один период их первой гармоники, что обеспечивает высокое быстродействие счетчика,

Компаратор 21 выполнен по схеме с гистерезисом, поэтому небольшие пульсации на выходе амплитудного детектора 19 не приводят к его ложным Срабатываниям и неустойчивой работе устройства. Применение усилителя 18 позволяет резко снизить требования к формированию опорного напряжения на втором входе компаратора 21 (что дает возможность использовать для этого обычный делитель 20 напряжения), а также полностью избежать возможной неустойчивой работы схемы на границе переключения коэффициентов передачи управляемых усилителей, характерной для приборов такого типа.

Использование предлагаемого счетчика позволяет по сравнению с известным повысить точность измерения электроэнергии трехфазной (в общем случае многофазной) сети без существенного увеличения аппаратурных затрат. При этом введенные блоки 16-21 влияния на точность работы измерительных каналов' не оказывают, так как при менение мультиплексирования не приводит к появлению импульсных выбросов на выходах и входах умножителей.

Повышение точности достигается за счет снижения мультипликативной погрешности умножителей при малых фазных токах. Например, если максимальная погрешность умножителей в динамическом диапазоне изменения токов d равна <5, то при выборе коэффициента усиления первого, второго и третьего управляемых усилителей К = d в предложенном счетчике погрешность измерения электроэнергии многофазной сети в диапазоне (Г также не превышает д. В известном счетчике макси7 мальное значение погрешности в этом случае d д.

Так, если передаточная характеристика используемых первого, второго и третьего аналоговых умножителей линейная в диапазоне изменения сигнала тока, то при выборе коэффициентов усиления первого, второго и третьего управляемых усилителей и коэффициента деления управляемого делителя частоты равным 32, динамический диапазон работы электронного счетчика также увеличивается в 32 раза:

/икс.у_<1<=дба

I «мин / 1 *мин 1 где и - динамический

V «мин I у 'мин 1 диапазон известного и предложенного устройств;

К - коэффициент усиления первого, второго и третьего управляемых усилителей.

Правомерность выбора коэффициентов передачи первого, второго и третьего управляемых усилителей, исходя из амплитуды 25 максимального из фазных токов, даже при неравномерной загрузке фаз подтверждается тем, что при ||аакс ||ЛИН У' где 1р^макс. 1]^мин -* амплитудные значения максимального фазного тока F фазы и минимального фазного тока j фазы.

Электроэнергия j-й фазы может измеряться с погрешностью, в у раз большей погрешности измерения энергии F фазы, без снижения общей погрешности измерения суммарного количества электроэнергии всех m фее.

Предложенное техническое решение может быть использовано в электронных трехфазных (многофазных) счетчиках электроэнергии, построенных на базе аналоговых перемножений, имеющих линейную передаточную характеристику в достаточно широком динамическом диапазоне изменения входных сигналов (порядка 30-40). Использование его в счетчиках, построенных на основе цифроаналоговых или цифровых перемножителей, не.позволяет существенно повысить точность, так как применение всего двух поддиапазонов для работы таких устройств недостаточно

Claims

Формула изобретения

Электронный счетчик электроэнергии, содержащий три трансформатора тока, три трансформатора напряжения, три умножителя, преобразователь напряжения в частоту, блок индикации и блок управления, причем входные клеммы фазных токов подключены к входам первого, второго и третьего трансформаторов тока соответственно, входные клеммы фазных напряжений соединены с входами соответственно первого, второго и третьего трансформаторов напряжения, выходы первого, второго и третьего умножителей подключены к входу преобразователя напряжения в частоту, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения электроэнергии трехфазной сети, в него введены три управляемых усилителя, управляемый делитель частоты, мультиплексор, усилитель, амплитудный детектор, делитель напряжения и компаратор, причем выходы первого, вто30 рого и третьего трансформаторов токов подключены к первому, второму и третьему входам мультиплексора и через первый, второй и третий управляемые усилители к первым входам первого, второго и третьего умножителей соответственно, вторые входы которых соединены с выходами соответственно первого, второго и третьего трансформаторов напряжения, блок управления выходов соединен с управляющим входом мультиплексора, выход которого через усилитель и амплитудный детектор подключен к первому входу компаратора, клемма напряжения питания через делитель напряжения соединена с вторым входом компаратора, который выходом подключен к управляющим входам управляемых усилителей и к управляющему входу управляемого делителя частоты, вход которого соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту, а выход - с входом блока индикации.