Электронный счетчик активной электроэнергии

 

Назначение: долговременный учет активной электроэнергии без потери информации при исчезновении напряжения питания. Сущность изобретения: нормирующие преобразователи 1 и 2: компараторы 3,4,5; блок эквивалентности 6: счетчики 7,8; формирователь импульсов 9; регистры памяти 10,11; генератор псевдослучайных напряжений 12; генератор тактовых импульсов 13. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)я G 01 R 22/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Г г

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4795551/21 (22) 26,02.90 (46) 15.12.92. Бюл. М 46 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (72) В.И.Бунин, Л.Г,Журавин, О.К.Каплин и

Е.И.Семенов (56) Авдеев Б.Я. Основы метрологии и элек-. трические измерения. Л.: Энергоатомиэдат, 1987, с,169, рис.6-16.

Наконечный А.И., Чайковский О.И. Цифровые средства измерения мощности в звуковом диапазоне частот. Измерения, контроль, автоматизация, 1985, ЬЬ 2 (54)„ с.11, рис.7.

„„. Ж„„1781630 А1 (54) ЭЛЕКТРОННЫЙ СЧЕТЧИК АКТИВНОЙ

ЭЛ Е КТРОЭ Н Е РГИИ (57) Назначение: долговременный учет активной электроэнергии без потери информации при исчезновении напряжения питания. Сущность изобретения: ноомирующие преобразователи 1 и 2; компараторы

3,4,5; блок эквивалентности 6; счетчики 7,8; формирователь импульсов 9; регистры памяти 10, 11; генератор псевдослучайных напряжений 12; генератор тактовых импульсов 13. 1 з.п.ф-лы, 1 ил, 1781630

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может применяться в цифровых измерительных приборах и системах.Целью изобретения является повышение метрологической достоверности.

На чертеже изобра>кена схема предложенногоо устройства.

Электронный счетчик активной энергии содержит потенциальный и токовый нормализующие преобразователи 1 и 2, компараторы 3,4,5, логический блок 6 эквивалентности,1-ый и 2-ой счетчики 7,8 импульсов, формирователь 9 импульсов, 1ый и 2-ой регистры 10, 11 памяти, генератор

12 псевдослучайных напряжений и генератор 13 тактовых импульсов, причем A0cll8" довательно сбединены блоки 1,3 и 6, 2 и

6,7 и 10, 13,12,5,8 и 11, кроме того, вход блока 1 через формирователь 9 подключен . ко входу управления счетчика 7, к установочным входам которого подсоединены выходы регистра 10, второй выход блока 13 подключен к вычитающему входу счетчика

7, третий выход генератора 13 подсоединен . к объединенным входам управления блоков

8, l0 и 11, 1-ый выход блока 12 подключен также ко второму входу блока 3, а 2-ой выход к объединенным вторым входам сравнивающих устройств 4 и 5.

Нормализующие (или нормирующие) преобразователи 1 и 2 предназначены для формирования на выходе напряжения, пропорционального мгновенным значениям входного напряжения или тока соответственно и изменяющегося в нормированном диапазоне. Блок 1 может быть резистивным делителем напряжения либо измеритель.ным трансформатором напряжения, блок 2 — шунтом либо измерительным трансформатором тока с потенциальным выходом.

Компараторы 3-5 формируют на выходе логический сигнал 1(или иО"), если напряжение на перво,л входе (т,е. на выходе блоков

1, 2 или первом выходе блока 12)больше (меньше) напряжения на втором входе (стробирование выходов схем 3 и 5 импульсами от генератора 13 на фиг. для простоты не показано). Схемы 3-5 реализуются в виде стандартных микросхем.

Логический блок эквивалентности 6 формирует на своем выходе логический сигнал и1", если логические сигналы на входах

I одинаковы (эквивалентны), в противном, спучее ие выходе схемы о формируегсе сиг- нал "0". Блок 6 реализуется в виде стандартного сумматора по модулю и2" с инвертированием выходного сигнала.

Счетчик импульсов 7 представляет собой реверсивный счетчик, суммирующий число импульсов, поступающий на вход, связанный с выходом блока 6, и вычитающий число импульсов, поступающих на вход, связанный с выходом блока 13. При

5 поступлении импульса м1и на вход, связанный с выходом блока 9, на выходах счетчика

7 устанавливается кодовая комбинация, имеющая на его установочных входах (связанных с выходами регистра 10). Счетчик 7

10 реализуется типовым образом на основе интегральных схем, например, типа 155 ИЕ 6е или 155 ИЕ 7 (реверсивный двоичный или двоично-десятичный счетчик).

Счетчик импульсов 8 предназначен для

15 подсчета числа поступивших на счетный вход импульсов, выходной код устанавливается "0...0" при поступлении импульса нв вход управления (связанный с блоком 13), Счетчик 8 может быть построен на основе

20 типовых интегральных схем.

Формирователь 9 предназначен для формирования на своем выходе короткого импульса в момент подачи напряжения на. его вход(момент включения сетевого напря25 жения после кратковремейного или долговременного отключения сети), Блок 9 может быть реализован на основе последовательно соединенных детектора (выпрямителя), фильтра нижних частот(резистора и конден30 сатора). дифференцирующей PC цепи и порогового устройства (порог устанавливается таким, чтобы выходной импульс появлялся при включении сетевого напря>кения, но не возникал при. колебаниях сетевого напря35 жения в допустимых пределах +10„,15,}; при использовании устройства в сетях постоянного тока одной полярности амплитудный детектор не нужен.

Регистры памяти 10 и 11 предназначе40 ны для запоминания на своих выходах кодовой комбинации, имеющейся на входах, при появлении синхроимпульса на входе управления. Регистр 10 должен сохранять запомненную комбинацию и при исчезании

45 напргжения питания, Блоки 10 и 11 реализуются в виде типовых интегральных схем, например, на основе постоянных репрограммируемых запоминающих устройств с длительным сроком хранения информации

50 при включенном источнике питания и электрической перезаписью информации (время хранения у микросхем серии К1601 — не менее 3000 часов, у микросхем серии К 1609 — не менее 5 лет, 55 Генератор 12 псевдослучайных напряжений 12 формирует на двух своих выходах дге импульсные последовательности, амплитуды которых являются псевдослучайными некоррелированными величинами, равномерно распределенными в номиналь1781630

20

30

40

M UqU2 1

+—

2 U3 ном диапазоне +Uo (соответствующем диапазонам выходных напряжений блоков 1 и

2). Изменения выходных величин происходит на каждом. такте под действием импульсов, поступающих от генератора 13. Блок 12 может быть реализован, например, в виде последовательно включенных счетчика импульсов на входе, постоянного запоминающегоустройства, в котором предварительно запомнен массив случайных чисел с заданным распределением, и двух цифроаналоговых преобразователей на выходе.

Генератор 12 тактовых импульсов формирует на выходах периодические последовательности импульсов, причем частота f1 импульсов на выходе, связанном с блоком

12, должна быть много больше максимальной частоты в спектре тока и напряжения контролируемой сети (для сети переменного тока важен спектр сгибающей), частота fg импульсов на выходе, связанном со счетчиком 7, в 2 раза меньше, чем 1 ; период импульсов на выходе, связанном с блоками 8, 10 и 11, равен периоду повторения псевдослучайной последовательности в блоке t2 (реально это может составить единицы секунд). Блок 13 реализуется в виде типовых задающего генератора и делителя частоты.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение и ток контролируемой сети поступают на входы преобразователей 1 и 2 соответственно. На выходах блоков 1 и 2 формируются напряжения, мгновенные значения которых пропорциональны мгновенным значениям напряжения и тока контролируемой сети, Как известно, активная энергии определяется соотношением

Е = f U(t) () dt, о т,е. необходимо перемно>кить мгновенные значения напряжения и тока и результат проинтегрировать. С этой целью в устройстве используется стохастическое множительное устройство (блоки 3, 4, 6, 7 и 12), в счетчик 7 которого на вход вычитания дополнительно поступают импульсы с частотой fz, вдвое меньшей, чем частота появления псевдослучайных напряжений на выходах — блока 12, Как известно, в счетчике стохастического множительного устройства накапливается число импульсов М в соответствии с выражением где N — число тактов работы. множительного устройства, W(U) = 1/(2Up), /U/< Up — плотность распределения напряжений на выходах блока 12, U

М =ТГ1 (2 + ) — 0) 02 Т + Т— (2)

Первое слагаемое в (2) пропорционально измеряемой энергии (т.к. QUsx, 02 4х), а для устранения второго слагаемого необходимо на вычитающий вход счетчика 7 подавать импульсы с частотой f>/2, что и реализовано в предложенном устройстве.

Отметим, что данный вариант устранения постоянного слагаемого, в сравнении с прототипом, позволяет двое дольше работать без переполнения счетчика 7.

Так как выходной код счетчика 7 постоянно меняется, то для удобства считывания его показаний, а также для сохранения результатов при отключении питания, содер- . жимое счетчика 7 периодически заносится в регистр 10. При возобновлении работы счетчика 7 после включения питания предусмотрена начальная установка кода из резистора 10 в счетчик 7 с помощью формирователя 9, подающего управляющий импульс в блок 7.

С целью метрологического контроля осуществляется сравнение импульсных последовательностей на выходах блока 12 с .помощью блока 5, Так как псевдослучайные последовательности являются на самом деле детерминированными, то на каждом периоде их повторения число импульсов "1" на выходе блока 5 будет одно и то же, извлечение его из регистра 11 и сравнение с контрольным числом позволяет установить отказ любого элемента в блоке 12, точность которого, главным образом, влияет на величину инструментальной погрешности уст. ройства в целом. Для уменьшения емкости счетчика 8 и разрядности регистра 11 можно подсчитать разность между числами превышений первого (второго) из напря>кений на выходе блока 12 над вторым (первым). Реа-, лизация этого возможна, если в качестве блока 8 использовать реверсивный счетчик, Точность предлагаемого счетчика ак-. тивной энергии может быть очень высокой.

Действительно, инструментальная погрешность определяется (помимо малых norpeui1781630

Составитель С.Хромов

Редактор В.Трубченко . Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Н,Гунько

Заказ 4272 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент"; r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ностей преобразователей 1 и 2) отклонением плотности распределения напряжений на выходах блока 12 от равномерной в интервале+00 и стабильностью частоты f>. Эта погрешность может быть очень малой (со- 5 тые доли процента), т.к. в блоке 19 используется мера постоянного тока (напряжение

U ), а стабильность генератора 13 может быть обеспечена" кварцевым резонатором на уровне 10" 7;. Второй важной погреш- 10 ностью является методическая погрешность стохастического умножения из-за ограниченности числа испытаний N. Эта погрешность при измерении энергии тем меньше, чем больше время работы устрой- 15 ства, т.к. число испытаний N пропбрционально времени Т работы и частоте f<. Как известно, максимальная среднеквадратичная погрешность при этом меньше; чем диапазон измерения (преобразования), в 20 раз. Например, при f> = 105 Гц и Т=1 час "она составит величину 100/ 10

3600) = 0,0017%.

Предложенное устройство,"в отличие от прототипа, может обеспечить высокую точ- 25 ность. в течение длительной реальной эксплуатации: время непрерывной работы . больше, чем у-прототипа, в десятки раз.

Формула изобретения

1. Электронный счетчик активной элек- 30 троэнергии, содержащий нормирующие преобразователи тока и напряжения, первый и второй компараторы, логический блок эквивалентности, первый счетчик импульсоЪ гейератор тактовых импульсов, генера- 35 тор псевдослучайного напряженйя, причем выходы нормирующих преобразователей тока и напряжения соединены с.первыми входами первого и второго компараторов соответственно, соединенных своими вторыми входами с первым и вторым выходами генератора псевдослучайного напряжения, выходы первого и второго компараторов подключены к соответствующим входам блока эквивалентности, подключенного выходом к суммирующему входу первого счетчика импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения методологической достоверности, в него введены первый регистр памяти и формирователь импульсов, вход которого соединен с входом нормирующего преобразователя напряжения, а вы-. ход — с входом управления первого счетчика импульсов, установочные входы которого соединены с выходами первого регистра памяти, информационные входы которого подключены к выходам первого счетчика импульсов, вычитающим входом соединенного с первым выходом генератора тактовых импульсов, второй и третий выходы которого подключены к входам управления первого регистра памяти и генератора псевдослучайного напряжения соответственно.

2. Счетчик по п,1. отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены последовательно соединенные третйй компаратор, второй счетчик импульсов и второй регистр памяти, выходы которого являются выходами метрологического контроля всего устройства, вход управления которого соединен с входами управления, второго счетчика импульсов и первого регистра памяти, первый и второй входы третьего компаратора подсоединены к соответствующим выходам генератора псевдослучайных напряжений.