UA8185U

UA8185U - System for measuring current and voltage ?? ?? ?? ??

Info

Publication number: UA8185U
Application number: UAU200500972U
Authority: UA
Inventors: Vladyslav Sergiiovych Golub
Original assignee: Vladyslav Sergiiovych Golub
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2005-07-15

Abstract

The proposed system for measuring current and voltage contains an ammeter with a shunt, a voltmeter, a voltage transducer, a delta modulator, circuit-isolating elements, and a self-contained power-supply unit.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель має відношення до електротехніки, приладобудування і мікроелектроніки, зокрема - до 2 електронних (статичних) вимірювачів потужності і лічильників електроенергії.The useful model is related to electrical engineering, instrumentation and microelectronics, in particular - to 2 electronic (static) power meters and electricity meters.

Першим аналогом корисної моделі є однофазний електронний лічильник електроенергії, що має за датчика струму шунт (резистор).The first analog of a useful model is a single-phase electronic electricity meter, which has a shunt (resistor) behind the current sensor.

Джерелом інформації є ЮОага Зпееї фірми АпаЇсд Оемісез, що виробляє вимірювальні мікросхеми АОЕ7753 (та інших типів, що розглянуті нижче) для лічильників електроенергії: 70 1) ЕмаІнайоп Воага Ооситепіайоп АОЕ7753 Епегду тейегіпд ІС: ЕМАІ-АОЕ775ЗЕВ. Апаїсд Оемісев, Кеу. РІВ, 01/02 (с.3, Фіг.4).The source of the information is YuOaga Zpeei of the company ApaYsd Oemisez, which produces measuring microcircuits AOE7753 (and other types discussed below) for electricity meters: 70 1) EmaInaiop Voaga Oositepiaiop AOE7753 Epegdu teyegipd IC: EMAI-AOE775ZEV. Apaisd Oemisev, Keu. RIV, 01/02 (p. 3, Fig. 4).

Шунт, як датчик струму, забезпечує більш велику точність, ніж трансформатор струму, розглянутий нижче.The shunt, as a current sensor, provides greater accuracy than the current transformer discussed below.

Недоліком є те, що шунт можна використати тільки в однофазному лічильнику.The disadvantage is that the shunt can be used only in a single-phase meter.

Другим аналогом є трифазний електронний лічильник електроенергії що має за датчиків струму 12 трансформатори струму з резисторами у колі вторинної обмотки (два або три трансформатори залежно від схеми вимірювання). Використання трансформаторів обумовлене тим, що вони забезпечують гальванічну ізоляцію в лічильнику між фазами електричної мережі.The second analog is a three-phase electronic electricity meter that has 12 current transformers with resistors in the secondary winding circuit as current sensors (two or three transformers depending on the measurement scheme). The use of transformers is due to the fact that they provide galvanic isolation in the meter between the phases of the electrical network.

Джерелом інформації є Юайа Зпееї:Source of information is Yuaya Zpeei:

І2) ЕмаІнайоп Воага Ооситепіайоп АОЕ7758 Епегду тегйегіпд ІС: ЕМАІ-АОЕ7758ЕВ. Апаїсд Оемісев, Кеу. РІВ, о8/03 (с.2, Фіг.2).I2) EmaInaiop Voaga Oositepiaiop AOE7758 Epegdu tegyegipd IS: EMAI-AOE7758EV. Apaisd Oemisev, Keu. RIV, o8/03 (p. 2, Fig. 2).

Недоліком другого аналога є те, що в трифазному лічильнику не можна використати шунта, який має більшу точність і більш просту конструкцію, ніж трансформатор струму.The disadvantage of the second analogue is that a shunt cannot be used in a three-phase meter, which has a higher accuracy and a simpler design than a current transformer.

Третім аналогом є двоканальний однофазний електронний лічильник електроенергії, в якому використовуються два датчики струму - у фазному та нейтральному проводах, які є, або один з них, 22 трансформаторними. -оThe third analogue is a two-channel single-phase electronic electricity meter, which uses two current sensors - in the phase and neutral wires, which are, or one of them, 22 transformer. -at

ІЗ) Епегоу Меїегіпд ІС м йКйп Оп-Спір Раш Оє(есіоп: АОЕ7760. АпаЇосд Оемісевз, Кеу. 0, 2004 (с.18, Фіг.25).IZ) Epigou Meyegipd IS m yKyp Op-Spir Rush Oe (Esiop: AOE7760. ApaYosd Oemisevz, Keu. 0, 2004 (p. 18, Fig. 25).

Недоліком третього аналога є недолік другого: в третьому аналогу не можна використати шунта, як датчика струму, в обох каналах. оThe disadvantage of the third analog is the disadvantage of the second: in the third analog, you cannot use a shunt as a current sensor in both channels. at

Четвертим аналогом є вимірювач електричної потужності, що був запропонований автором для позбавлення о вказаних недоліків першого, другого і третього аналогів.The fourth analogue is the electric power meter, which was proposed by the author to get rid of the indicated shortcomings of the first, second and third analogues.

Джерело інформації: --Source of information: --

І) Голуб В.С. Вимірювач електричної потужності. Заявка на винахід Мо2003021552 від 21.02.2003р. сI) Golub V.S. Electric power meter. Application for invention No. 2003021552 dated February 21, 2003. with

В вимірювачі використовуються шунти, але кожний канал вимірювання є ізольованим (разом з ізольованим джерелом живлення). На виході каналів використовуються елементи негальванічного зв'язку, що забезпечує проходження сигналу і, у той же час, ізоляцію вихідних кіл вимірювача від напруги електричної мережі. В одному із залежних пунктів формули корисної моделі показано використання сигма-дельта АЦП « (аналого-дифрового перетворювача), що складається з сигма-дельта модулятора і цифрового фільтра. 8The meter uses shunts, but each measurement channel is isolated (along with an isolated power supply). At the output of the channels, non-galvanic communication elements are used, which ensures the passage of the signal and, at the same time, isolation of the output circuits of the meter from the voltage of the electrical network. One of the dependent clauses of the useful model formula shows the use of a sigma-delta ADC (analog-to-digital converter), consisting of a sigma-delta modulator and a digital filter. 8

Модулятор включено перед елементом негальванічного зв'язку, а фільтр - після нього. Через елемент проходить сигнал модулятора. с Четвертий аналог не має недоліків першого, другого і третього аналогів. Але він не має конкретизації як з» корисна модель відносно п'ятого аналога, який був розроблений пізніше.The modulator is included before the element of non-galvanic communication, and the filter - after it. The modulator signal passes through the element. c The fourth analogue does not have the disadvantages of the first, second and third analogues. But it does not have a specification as a useful model relative to the fifth analogue, which was developed later.

П'ятим аналогом є сигма-дельта модулятор з гальванічне ізольованим виходом.The fifth analog is a sigma-delta modulator with a galvanically isolated output.

Джерелом інформації є Ргезз КеїЇеазе та Оайа Зпееєї на мікросхеми А07400, АБ7401 фірми Апаїосд Оемісев:The source of information is Rgezz KeiYease and Oya Zpeeyi on microcircuits A07400, AB7401 of Apaiosd Oemisev:

ІБ) Апасд Оемісез Іпігодисез Айдуапсей ОБаййа Сопмегегв їТог Моїог Сопіго! іп Іпдивігіаї апа Аціотоїме бо Арріїсайопев. Могмоса, МА, 2/17/2004 (ммли.апаІод.сот). - ІЄЇ Ізоїагеа Зідта-Оека Моаціаюг АО7400 / АЮ7401. АпаїЇсд Оемісез, Кеу. Рг), 2004 (с.1; с.9, Фіг.4).IB) Apasd Oemisez Ipigodisez Iduapsei OBaiya Sopmegegv iTog Moiog Sopigo! ip Ipdivigiai apa Atsiotoime bo Arriisaiopev. Mogmosa, MA, 2/17/2004 (mmly.apaIod.sot). - IEII Izoiagea Zidta-Oeka Moatsiayug АО7400 / АЮ7401. ApaiYisd Oemisez, Keu. Rg), 2004 (p. 1; p. 9, Fig. 4).

У п'ятому аналогу, що з'явився після подачі заявки за четвертим аналогом, частково використовується со технічне рішення, що було запропоноване в цьому четвертому аналогу. В ньому забезпечується гальванічна 4 20 ізоляція вихідного кола, а в каналі вимірювання використовується включені послідовно: шунт; сигма-дельта модулятор; елемент негальванічного зв'язку; цифровий фільтр (зіпс З ЯМКег в І6Ї). Елементом негальванічного зв'язку є трансформаторний елемент, розроблений на базі технології "їі Соцмріег" фірми Апаїісд Оемісев. П'ятий аналог, згідно з |І5, 6)Ї, призначений для керування електродвигунами. З точки зору заявки, що подається, він має три недоліки: має один канал (або, за термінологією, що використовується нижче, - підканал), не єIn the fifth analog, which appeared after the application for the fourth analog, partially uses the same technical solution that was proposed in this fourth analog. It provides 4 20 galvanic isolation of the output circuit, and in the measurement channel, the following are used in series: shunt; sigma-delta modulator; element of non-galvanic connection; digital filter (zip Z YAMKeg in I6Y). The element of non-galvanic communication is a transformer element, developed on the basis of the technology "Yii Sotsmrieg" of the company Apaiisd Oemisev. The fifth analogue, according to |I5, 6)Й, is intended for controlling electric motors. From the point of view of the application as submitted, it has three disadvantages: it has one channel (or, in the terminology used below, a subchannel), it is not

Со» вимірювачем потужності, а також не може бути використаний ним безпосередньо.Co" by the power meter, and also cannot be used by it directly.

Згідно з викладеним, автором поставлено задачу - спираючись на п'ятий аналог, що використовується як прототип, запропонувати корисну модель каналу вимірювання струму і напруги (зокрема, як складову частину вимірювачів електричної потужності і лічильників електроенергії), який не мав би недоліків перших трьох аналогів і відповідав би четвертому аналогу з конкретизацією рішень, зокрема ізольованого (локального) бо джерела живлення.According to the above, the author set a task - based on the fifth analogue, which is used as a prototype, to propose a useful model of the current and voltage measurement channel (in particular, as a component of electric power meters and electricity meters), which would not have the disadvantages of the first three analogues and would correspond to the fourth analogue with the specification of solutions, in particular an isolated (local) power source.

Поставлена задача досягається тим, щоThe set task is achieved by the fact that

Канал вимірювання струму і напруги, що містить підканал вимірювання струму з шунтом, який є датчиком струму на вході, підканал вимірювання напруги з датчиком напруги на вході, кожний підканал містить сигма-дельта модулятор з елементом негальванічного зв'язку на виході, згідно з корисною моделлю, що обидва бо підканали, від датчика до елемента зв'язку, мають загальній провід, і підключені до локального джерела живлення.A current and voltage measurement channel containing a shunt current measurement subchannel that is a current sensor at the input, a voltage measurement subchannel with a voltage sensor at the input, each subchannel containing a sigma-delta modulator with a non-galvanic coupling element at the output, according to a useful model , that both subchannels, from the sensor to the communication element, have a common wire and are connected to a local power source.

Крім того локальним джерелом живлення є триполюсний перетворювач змінного струму у постійний, загальний вивід якого підключений до загального проводу підканалів, вхідний вивід підключений до входу підканалу вимірювання напруги, а вихідний - до виводів живлення підканалів.In addition, the local power source is a three-pole AC to DC converter, the common output of which is connected to the common wire of the subchannels, the input output is connected to the input of the voltage measurement subchannel, and the output output is connected to the power outputs of the subchannels.

Канал є локальним джерелом живлення є чотириполюсний перетворювач змінного струму у постійний з ізольованими між собою первинним і вторинним колами, один вивід первинного кола підключений до входу підканалу вимірювання напруги, другий - до входу підканалу вимірювання струму, один вивід вторинного кола підключений до виводів живлення підканалів, другий - до загального проводу підканалів. 70 Канал є складовою частиною однофазного вимірювача потужності.The channel is a local power source is a four-pole AC to DC converter with isolated primary and secondary circuits, one output of the primary circuit is connected to the input of the voltage measurement subchannel, the second - to the input of the current measurement subchannel, one output of the secondary circuit is connected to the power outputs of the subchannels, the second - to the common wire of the subchannels. 70 The channel is a component of a single-phase power meter.

Канал є складовою частиною однофазного лічильника електроенергії.The channel is a component of a single-phase electricity meter.

Канал є складовою частиною багатофазного вимірювача потужності.The channel is a component of a multiphase power meter.

Канал за є складовою частиною багатофазного лічильника електроенергії.The channel is a component of a multiphase electricity meter.

Канал вимірювання струму та напруги, що пропонується, відрізняється від першого, другого та третього /5 аналога тим, що в ньому використовується шунт, що є датчиком струму і має гальванічний зв'язок із мережею, яка може бути багатофазною. Від четвертого аналога запропонований канал відрізняється тим, що він є його фрагментом, який базується на використані елементів, що поєднують сигма-дельта модулятор та елемент негальванічного зв'язку. Крім того, згідно з пп. 2 і З, дається конкретизація джерела живлення. Зокрема використовується локальне джерело живлення, ізольоване від інших джерел, але таке, що має гальванічний 2о Зв'язок із мережею. Від п'ятого аналога канал, що пропонується, відрізняється тим, що в ньому об'єднані обидва підканали струму та напруги (п'ятий аналог - це тільки один підканал), які мають при цьому загальний провід, до якого підключене локальне джерело живлення, спільне для обох підканалів. Запропонований канал являє собою завершену систему, яка призначена для вимірювання струму і напруги в одному каналі, по-перше, багатофазної мережі, та, по-друге, може бути використана і для вимірювання в однофазній мережі.The proposed current and voltage measurement channel differs from the first, second and third /5 analogs in that it uses a shunt that is a current sensor and has a galvanic connection to the network, which can be multiphase. The proposed channel differs from the fourth analog in that it is its fragment, which is based on the used elements that combine a sigma-delta modulator and an element of non-galvanic communication. In addition, according to paragraphs 2 and C, the specification of the power source is given. In particular, a local power source is used, isolated from other sources, but having a galvanic 2o connection with the network. The proposed channel differs from the fifth analog in that it combines both current and voltage subchannels (the fifth analog is only one subchannel), which at the same time have a common wire to which a local power source is connected, common to both subchannels. The proposed channel is a complete system, which is intended for measuring current and voltage in one channel, firstly, a multiphase network, and, secondly, it can be used for measurement in a single-phase network.

Перелік фігур:List of figures:

Фіг.1. Показано запропонований канал вимірювання струму і напруги, який підключений, як приклад, до т трифазної електромережі з трьома фазними проводами - А, В, С (без нейтрального проводу). На Фіг.1 "аї." - це датчик напруги, яким може бути відомий дільник із двох резисторів. га - це шунт (вимірювальний резистор), що є датчиком струму і включений послідовно з проводом фази А, струм якого треба вимірювати. "»" - це підсилювач ю зо сигналу, що надходить з датчика струму. Таке включення підсилювача відомо, і тому У формулі посилка на нього відсутня. "УА" Її НГЗ (у кожному з підканалів) - сигма-дельта модулятор і елемент негальванічного зв'язку, що со забезпечує гальванічну ізоляцію після модулятора (перед зовнішньою частиною вимірювача потужності або «-- лічильника). Показано два варіанти включення шунта: до і після загального проводу обох підканалів (Фіг.1, а і 1,6 відповідно). соFig.1. The proposed current and voltage measurement channel is shown, which is connected, as an example, to a three-phase electrical network with three phase wires - A, B, C (without a neutral wire). In Fig. 1 "ai." is a voltage sensor, which can be known as a divider from two resistors. ha is a shunt (measuring resistor), which is a current sensor and is connected in series with the wire of phase A, the current of which must be measured. "»" is an amplifier of the signal coming from the current sensor. Such inclusion of the amplifier is known, and therefore there is no reference to it in the formula. "UA" Its NGZ (in each of the subchannels) is a sigma-delta modulator and an element of non-galvanic communication, which provides galvanic isolation after the modulator (in front of the external part of the power meter or "-- counter). Two options for including the shunt are shown: before and after the common wire of both subchannels (Fig. 1, a and 1, 6, respectively). co

Фіг.2. На Фіг.2, додатково до Фіг.1, показано підключення ізольованого джерела живлення "Еув1 (для обох варіантів включення шунта). Джерело є триполюсним перетворювачем типу АС/ОС (змінного струму у постійний), загальний вивід якого підключений до загального проводу підканалів, вхідний вивід - до входу підканалу « вимірювання напруги, а вихідний є виводом для живлення каналу (Е живи). Джерело "Едуві, яке показано наFig. 2. Fig. 2, in addition to Fig. 1, shows the connection of the isolated power source "Euv1 (for both variants of shunt inclusion). The source is a three-pole converter of the AC/OS type (alternating current to direct current), the common output of which is connected to the common wire of the subchannels, the input terminal is to the input of the subchannel "voltage measurement, and the output terminal is the terminal for powering the channel (E live). The source "Eduvi, which is shown in

Фіг.2, записано у залежний п.2 формули. Але ж воно може бути не тільки триполюсним, але і чотириполюсним з не) ізольованими між собою входом і виходом (п.3 формули). | первинне коло може бути підключеним не тільки до с входу підканалу вимірювання струму (як у п.3), але і до загального проводу підканалів. Тоді чотириполюсне й джерело стає триполюсним (п.2). Крім вказаних перетворювачів, може бути загальний перетворювач для всіх «» каналів вимірювача потужності або лічильника електроенергії, але з ізольованими виходами для кожного каналу.Fig. 2, written in the dependent item 2 of the formula. But it can be not only three-pole, but also four-pole with an input and output isolated from each other (item 3 of the formula). | the primary circuit can be connected not only to the c input of the current measurement subchannel (as in item 3), but also to the common wire of the subchannels. Then the four-pole source becomes three-pole (item 2). In addition to the specified converters, there can be a common converter for all "" channels of the power meter or electricity meter, but with isolated outputs for each channel.

Для живлення вихідної частини каналу (після НГЗ) використовується джерело з напругою Е Хиво, загальне дляTo power the output part of the channel (after the NGZ), a source with a voltage E Khivo, common for

Всіх каналів, а також для інших частин вимірювача потужності або лічильника електроенергії. о Відомості, які підтверджують можливість здійснення корисної моделі. По-перше, модель базується на принципах, які лежать в основі вимірювачів потужності і лічильників електроенергії. По-друге, можливість - забезпечення гальванічної ізоляції обумовлена промисловим випуском мікросхем А07400 та АО7401, де ця о ізоляція виконана (хоча і для іншого випадку). Можливість поєднання вказаних принципів і ізоляції не викликає сп 50 сумнівів, і її видно із наведеного обгрунтовування і схем на Фіг.1 і 2.All channels, as well as for other parts of the power meter or electricity meter. o Information that confirms the possibility of implementing a useful model. First, the model is based on the principles underlying power meters and electricity meters. Secondly, the possibility of providing galvanic isolation is due to the industrial production of microcircuits A07400 and AO7401, where this isolation is performed (albeit for another case). The possibility of combining the specified principles and insulation does not cause any doubts, and it can be seen from the given rationale and the diagrams in Fig. 1 and 2.

Навантаження Мережа Ежвл Еджо ве ш-і се тNetwork load Ezhvl Ejo ve sh-i se t

С 55 с) ОА) А «ЩО Где ьоC 55 c) OA) A "WHAT Where is it

Св 6о Мережа Навантаження Єжва Ендо а) 6)St. 6o Network Load Yezhva Endo a) 6)

Фіг. 1 б5Fig. 1 b5

Еунвл Навантаження Б. МережаEunvl Load B. Network

АВС до"Ат і ЦІ й ЦІ до"" їн що ГК (фіг)ABC to "At and TSI and TSI to"" yin that GK (fig)

АвеAve

Мережа Навантаження 8) 6)Network Load 8) 6)

Фіг2Fig2

Claims

The formula of the invention

1. Current and voltage measurement channel containing a current measurement subchannel with a shunt that is a current sensor at the input, a voltage measurement subchannel with a voltage sensor at the input, each subchannel contains a sigma-delta modulator with a non-galvanic coupling element at the output, which is different by the fact that both subchannels, from the sensor to the communication element, have a common wire and are connected to a local power source.

2. Channel according to claim 1, which differs in that the local power source is a three-pole AC to DC converter, the common output of which is connected to the common wire of the subchannels, the input output is connected to the input of the voltage measurement subchannel, and the output output is connected to the power outputs of the subchannels. WITH

3. The channel according to claim 1, which differs in that the local power source is a four-pole AC to DC converter with isolated primary and secondary circuits, one output of the primary circuit is connected to the input of the voltage measurement subchannel, the second - to the input of the current measurement subchannel, one output of the secondary circuit is connected to the power outputs of the subchannels, the second - to the common wire of the subchannels. co

4. Channel according to claims 1, 2 or 3, which differs in that it is a component of a single-phase power meter. h

5. Channel according to claim 4, which differs in that it is a component of a single-phase electricity meter. co

6. A channel according to claims 1, 2 or 3, which is characterized by the fact that it is a component of a multiphase power meter.

7. The channel according to point b, which is distinguished by the fact that it is a component of a multiphase electricity meter. From the Official Bulletin "Industrial Property". Book 1 "Inventions, useful models, topographies of integrated microcircuits", 2005, M 7, 15.07.2005. State Department of Intellectual Property of the Ministry of Education and Science of Ukraine. . and (ee) - (ee) sl C; oh because b5