Счетчик электроэнергии с логированием данных

Авторы патента:

Парфенов Григорий Александрович (RU)

Куделина Светлана Александровна (RU)

G01R21/133 - с использованием цифровой техники

G01R21/00 - Устройства для измерения электрической мощности или коэффициента мощности (G01R 7/12 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2786779:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)

Изобретение относится к метрологии. Счетчик электроэнергии содержит цифровой ваттметр со встроенным блоком питания, часы реального времени, причем первый вход цифрового ваттметра выполнен с возможностью подключения к трансформатору тока, а второй вход выполнен с возможностью подключения к сети напряжения 220 В, снабжен программируемым микроконтроллером, картридером с возможностью записи информации на Micro-SD и устройством световой сигнализации, при этом первый вход микроконтроллера подключен к выходу цифрового ваттметра, второй вход подсоединен к часам реального времени, третий вход выполнен с возможностью подключения к программатору, первый выход микроконтроллера подсоединен к картридеру, а второй выход подключен к устройству сигнализации, причем микроконтроллер выполнен с возможностью изменения интервала записи показаний электропотребления и значения максимального электропотребления. Технический результат - расширение функциональных возможностей и области применения электронного счетчика. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электротехнике, а именно, к измерительному оборудованию, и может быть использовано для анализа и учета потребленной электроэнергии бытовыми приемниками (кондиционерами, электроплитами, электронагревательными приборами, электрическими теплыми полами и тому подобным) за определенный период времени.

Известен счетчик электроэнергии и модуль адаптера для него (патент RU №2714858, публ. 19.02.2020, МПК G01R 22/06, Н04В 3/54), содержащие измерительный блок, блок связи для передачи сигналов данных в полосе связи по силовому кабелю, блок обработки для управления измерительным блоком и блоком связи. Блок связи выполнен с возможностью адаптировать полосу связи к среде связи и содержит блок обработки сигналов, переключатель, соединенный с блоком обработки сигналов, и управляющий модуль для управления переключателем.

Недостатками настоящего технического решения являются узкая область применения и малые функциональные возможности вследствие регистрации электропотребления только активной мощности и невозможности использования данного прибора для анализа электропотребления домашних электроприемников.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство измерения электрической энергии (патент RU №2661673, публ. 18.07.2018, МПК G01R 22/10), содержащее датчик тока, датчик напряжения, преобразователь электрической мощности в частоту импульсов, детектор отклонений среднеквадратического значения напряжения от требований ГОСТ, суммирующее устройство, модуль обработки, шифратор, съемный накопитель, часы реального времени, индикатор, интерфейс передачи данных.

Недостатками данного технического решения являются узкая область применения и малые функциональные возможности вследствие привязки суммации потребления электроэнергии к качеству электроэнергии и оценки электропотребления только активной мощности, что приводит к невозможности использования данного устройства для измерения электропотребления бытовых электроприемников.

Технической задачей предлагаемого изобретения является возможность измерения и записи истории электропотребления бытовыми потребителями за любой промежуток времени.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и области применения электронного счетчика.

Это достигается тем, что известный счетчик электроэнергии, содержащий цифровой ваттметр со встроенным блоком питания, часы реального времени, причем первый вход цифрового ваттметра выполнен с возможностью подключения к трансформатору тока, а второй вход выполнен с возможностью подключения к сети напряжения 220 В, снабжен программируемым микроконтроллером, картридером с возможностью записи информации на Micro-SD и устройством световой сигнализации, при этом первый вход микроконтроллера подключен к выходу цифрового ваттметра, второй вход подсоединен к часам реального времени, третий вход выполнен с возможностью подключения к программатору, первый выход микроконтроллера подсоединен к картридеру, а второй выход подключен к устройству сигнализации, причем микроконтроллер выполнен с возможностью изменения интервала записи показаний электропотребления и значения максимального электропотребления.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1

представлена общая принципиальная электрическая схема счетчика

электроэнергии с логированием данных, на фиг. 2 приведен пример

построения графика электропотребления с выбранным периодом осреднения за указанную дату.

Счетчик электроэнергии с логированием данных содержит цифровой ваттметр 1 со встроенным блоком питания, первый вход которого выполнен с возможностью подключения к трансформатору тока 2, а второй вход - с возможностью подключения к сети напряжения 220 В 3.

Выход цифрового ваттметра 1 подключен к первому входу микроконтроллера 4, первый выход которого подсоединен к картридеру 5. Ко второму входу микроконтроллера 4 подключены часы реального времени 6, а ко второму выходу подсоединено устройство световой сигнализации 7. Третий вход микроконтроллера 4 выполнен с возможностью подключения к программатору 8.

Микроконтроллер выполнен программируемым с возможностью изменения интервала записи показаний электропотребления и значения максимального электропотребления.

Счетчик электроэнергии с логированием данных работает следующим образом.

Программирование микроконтроллера 4 осуществляется при помощи внешнего программатора 8, подключаемого своим выходом к интерфейсу связи, связанному с третьим входом микроконтроллера 4.

Микроконтроллер 4, картридер 5, часы реального времени 6, устройство световой сигнализации 7 получают электропитание от встроенного в цифровой ваттметр 1 блока питания. При этом цифровой ваттметр 1 с помощью подключенных к его входам трансформатора тока 2 и сети напряжения 220 В 3 анализирует протекающую мощность в цепи, производя подсчет суммарной мощности, потребляемой подключенным к устройству бытовым прибором, и хранит данную информацию во внутренней памяти.

При загрузке и инициализации микроконтроллер 4 получает текущие время и дату с часов реального времени 6, после чего каждую минуту благодаря подаче сигнала на свой первый вход посредством прерываний, генерируемых часами реального времени 6, ведет учет текущего времени. При каждом срабатывании такого прерывания происходит нахождение остатка от целочисленного деления текущего времени на заданный в программе микроконтроллера 4 интервал осреднения.

Если данное значение равняется нулю, то микроконтроллер 4 осуществляет запрос текущих показаний об электропотреблении у цифрового ваттметра 1, который в ответ на данный запрос предоставляет массив данных, включающий:

- текущие время и дату;

- напряжение сети;

- мгновенный полный ток;

- мгновенную активную мощность;

- мгновенный коэффициент мощности;

- суммарную потребленную электроэнергию за текущие сутки.

Эти данные микроконтроллер 4 записывает на Micro-SD карту посредством картридера 5. При невозможности связи микроконтроллера 4 с цифровым ваттметром 1, неполучении микроконтроллером 4 сигнала о текущем времени от часов реального времени 6 или невозможности записи данных на Micro-SD карту посредством картридера 5 производится вывод информации об ошибке посредством устройства сигнализации 7. При указании максимально допустимой потребляемой мощности при программировании микроконтроллера 4 возможна индикация превышения данного параметра, осуществляемая посредством устройства сигнализации 7. Она осуществляется сравнением заданного в программе микроконтроллера 4 значения и значения, полученного при опросе микроконтроллером 4 цифрового ваттметра 1.

Таким образом, в отличие от устройства-прототипа (где счетчик электроэнергии может подсчитывать и передавать суммарную потребленную мощность с момента его включения по собственной линии связи), в предлагаемом изобретении микроконтроллер 4 осуществляет связь с часами реального времени 6 и картридером 5, занимается опросом цифрового ваттметра 1 и ведет самостоятельное логирование данных. Также программируемость микроконтроллера 4 позволяет осуществлять выбор периода записи показаний электропотребления, установку значения максимального электропотребления, при достижении которого сработает устройство сигнализации 7. Часы реального времени 6 позволяют знать точное текущее время, и на основе данной информации микроконтроллер 4 решает, в какой момент производить снятие показаний электропотребления. Картридер 5 позволяет сохранять полученные данные на Micro-SD карту памяти для дальнейшей обработки полученной информации на компьютере. Все эти аспекты позволяют получить дополнительный расширенный функционал счетчика электроэнергии в виде возможности логирования данных.

В результате работы устройства происходит сохранение данных на Micro-SD карту в следующем формате, представленном в таблице 1:

Благодаря указанной табличной форме выходных данных в последующем микроконтроллер 4 производит расчет мощности P_i посредством формулы:

Где T_ocp - заданное время осреднения, P_summ(i) - суммарная потребленная к данному моменту электроэнергия, P_summ(i-1) - суммарная электроэнергия, потребленная к прошлому моменту снятия показаний.

На основе рассчитанных данных возможно построение графиков электропотребления с выбранным периодом осреднения за указанную дату (фиг.2).

Таким образом, предлагаемое изобретение реализует запись данных об электропотреблении с заданным периодом осреднения, что дает возможность ведения истории электропотребления, ее анализа, нахождения максимума и минимума потребления, построения его графиков и общего контроля за электропотреблением, что позволяет обновлять методические данные о расчетных нагрузках современных бытовых электроприемников для уточнения расчетных мощностей электропотребления бытового сектора и уменьшения расхождения расчетного и фактического значения электропотребления. Устройство может быть использовано для сигнализации о превышении установленной мощности электропотребления и управления бытовыми электроприемниками для снижения пикового значения электропотребления квартиры.

Использование изобретения позволяет расширить функциональные возможности и область применения счетчика электроэнергии за счет осуществления периодической записи показаний электропотребления бытовых приемников для анализа электропотребления и уточнения их расчетной мощности, что позволяет повысить точность расчетов электрических нагрузок бытового сектора.

Счетчик электроэнергии с логированием данных, содержащий цифровой ваттметр со встроенным блоком питания, часы реального времени, причем первый вход цифрового ваттметра выполнен с возможностью подключения к трансформатору тока, а второй вход выполнен с возможностью подключения к сети напряжения 220 В, отличающийся тем, что он снабжен программируемым микроконтроллером, картридером с возможностью записи информации на Micro-SD и устройством световой сигнализации, при этом первый вход микроконтроллера подключен к выходу цифрового ваттметра, второй вход подсоединен к часам реального времени, третий вход выполнен с возможностью подключения к программатору, первый выход микроконтроллера подсоединен к картридеру, а второй выход подключен к устройству сигнализации, причем микроконтроллер выполнен с возможностью изменения интервала записи показаний электропотребления и значения максимального электропотребления.

Изобретение относится к информационным системам определения и нормирования расхода топливно-энергетических ресурсов на поездку поезда. Способ определения нормативного расхода энергоресурса на поездку автономного пригородного моторвагонного поезда заключается в том, что измеряют фактический расход энергоресурса на разгон после каждой остановки, скорость в конце разгона, время разгона и температуру атмосферного воздуха, определяют количество совершенной механической работы на разгон и текущее значение массы моторвагонного поезда.

Прибор контроля потребления электрической энергии в сети низкого напряжения // 2748936

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Сущность: прибор содержит монокристальный микроконтроллер, являющийся центральным вычислительным устройством и одновременно аналого-цифровым преобразователем, связанный с источником питания, датчики тока, выполненные в виде дифференциальных трансформаторов тока с разъемным сердечником, датчики напряжения, выполненные в виде резистивных делителей напряжения, устройство обработки входного сигнала тока, в качестве которого использовано электронное устройство, преобразующее двухполярный синусоидальный токовый аналоговый сигнал с датчиков тока в однополярный синусоидальный сигнал напряжения, подключенное к датчикам тока и устройству вычисления сдвига фаз между током и напряжением, устройство обработки входного сигнала напряжения, преобразующее двухполярный синусоидальный аналоговый сигнал напряжения с датчиков напряжения в однополярный синусоидальный сигнал напряжения, подключенное к датчикам напряжения и устройству вычисления сдвига фаз между током и напряжением.

Централизованное интеллектуальное электронное устройство системы автоматизированной электрической подстанции // 2720318

Изобретение относится к области электроники, в частности к автоматизации распределительных устройств высокого напряжения объектов электроэнергетики. Технический результат заключается в повышении производительности централизованного ИЭУ системы автоматизации электрической подстанции при реализации функций коммерческого учета и контроля качества электроэнергии при одновременном обеспечении надежности электропитания.

Способ измерения и учета расхода электроэнергии на производстве и устройство для его осуществления // 2699925

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электроизмерительной технике, и может быть использовано для измерения условно-постоянных и условно-переменных расходов электроэнергии. В предлагаемом способе измерения и учета расхода электроэнергии на производстве цикл наблюдения делят на минициклы, на первом этапе миницикла осуществляют измерение условно-постоянных расходов в момент простоя производственного оборудования и фиксируют их значение в системе учета электроэнергии, на втором этапе миницикла, следующим сразу за первым, осуществляют измерение общих расходов в период производства продукции и также фиксируют их значение в системе учета электроэнергии, затем определяют условно-переменные расходы за второй этап миницикла по выражению: , где Рп2 - условно-переменные расходы электроэнергии за второй этап миницикла, кВт*ч; РО2 - общие расходы электроэнергии за второй этап миницикла, кВт*ч; Рс1 - условно-постоянные расходы, измеренные на первом этапе миницикла, кВт*ч; Цm1 - длительность первого этапа миницикла, Цm2 - длительность второго этапа миницикла, ч; а полученную информацию по каждому этапу измерения передают на записывающее и показывающее устройство для визуального слежения.

Способ определения энергетических показателей движения поезда и системы тягового электроснабжения // 2690126

Изобретение относится к системам электроснабжения. Способ определения энергетических показателей движения поезда и системы тягового электроснабжения заключается в следующем.

Система расчета электрической мощности, электрошкаф, содержащий одну такую систему, соответствующая трансформаторная подстанция и способ расчета // 2668080

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении точности вычислительной системы и достигается за счет того, что система содержит первое устройство, содержащее элемент для измерения напряжения первичного проводника, средство для получения выборки измеренного напряжения, средство для передачи первого сообщения и средство для определения набора переменных репрезентативных значений напряжения, на основании напряжения, измеренного в течение данного периода передачи; по меньшей мере, одно второе устройство, имеющее датчик тока для определения силы тока во вторичном проводнике, подключенном к первичному проводнику, средство для получения выборки измеренной силы тока; и элемент для расчета упомянутой энергии, включающий в себя средство для приема первого сообщения и выполненный с возможностью расчета энергии в течение данного периода передачи на основании упомянутого массива данных и выборок силы тока, связанных с данным периодом передачи.

Счетчик электрической энергии // 2643923

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам учета и контроля расхода электроэнергии. Счетчик электроэнергии (СЭЭ), потребляемой из однофазной электрической сети, состоит из микроконтроллера с подключенными к нему источником питания, блоком индикации, блоком кнопок управления индикацией, энергонезависимой памятью, блоком приема-передачи данных по стандартным информационным каналам, датчиком напряжения электрической сети и несколькими датчиками тока, подключенными к линиям, соединяющим электрическую сеть с электрическими нагрузками нескольких абонентов, при этом СЭЭ имеет цифровой сигнальный процессор (ЦСП), соединенный цифровой интерфейсной шиной с микроконтроллером и содержащий блок нескольких измерителей расхода электроэнергии, блок нескольких аналогово-цифровых преобразователей (АЦП); при этом блок АЦП содержит один АЦП для измерения напряжения электрической сети, соединенный с каждым измерителем расхода электроэнергии, и несколько АЦП для измерения тока, а каждый АЦП для измерения тока соединен с одним соответствующим ему измерителем расхода электроэнергии.

Способ определения энергетических показателей движения поезда и системы тягового электроснабжения // 2641537

Изобретение относится к системам электроснабжения железнодорожного транспорта. Способ определения энергетических показателей движения поезда и системы тягового электроснабжения заключается в том, что на каждом шаге моделирования на основе тяговых расчетов с учетом напряжения на токоприемнике по графику движения поездов вычисляют параметры электроподвижного состава и системы тягового электроснабжения.

Способ определения энергетических показателей движения поезда и системы тягового электроснабжения // 2641537

Система для контроля и регулирования мощности и энергии, расходуемой транспортной системой // 2629622

Изобретение относится к подаче электроэнергии к электрическим сетям, контактирующим с токоприемниками транспортных средств. Система для контроля и регулирования мощности и энергии, расходуемой транспортной системой, содержит тяговые подстанции, соединенные по радиоканалу связи с бортовыми радиомодемами на электровозах.

Энергораспределительная система и способ управления энергораспределением в модульной системе преобразователей с использованием результатов расчета коэффициента полезного действия (варианты) // 2743297

Группа изобретений относится к энергораспределительной системе и двум способам управления энергораспределением в модульной системе преобразователей с использованием результатов расчета коэффициента полезного действия. Для управления энергораспределением от множества инверторов на одну или более нагрузок определяют с помощью вычислительных средств множество инверторов для удовлетворения требований по нагрузке, осуществляют доступ из памяти к функциям коэффициента полезного действия, связанного с инверторами, на основании которого выбирают нужную комбинацию, передают управляющие сигналы для обеспечения подачи энергии.