Устройство для измерения электрической энергии

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 04.10.77 (2! ) 2527972/18-21 (53)М. Кл.

G 01 Я 21/06 с присоединением заявки .%

3Ъеударственный квинтет

СССР ае делом изобретений к етхритнй (23) П риоритет

Опубликовано 05.01.80.Бюллетень J% 1 (58) УДК 621.317.. 78 (088. 8) Дата онубликования описания 08.01.80 (72) Авторы изобретении

P. А. Лхмеджанов, В. Г. Шахов и О. В. Коблов (71) Заявитель

Омский институт инженеров железнодорожного транспорта (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ЭНЕРГИИ

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности, к устройствам для измерения электрической энергии в сетях переменного и постоянного тока различного назначения.

Известны устройства NIsi раздельного учета электроэнергии положительного и отрицательного направлений протекания, в одном из которых переменные напряжения и ток преобразуются в прямоугольные

10 импульсы, раздельно поступающие Hs два входа триггера. По конечному состоянию триггера определяется направление протекания электроэнергии и производится переключение регистрирующих устройств (11 15

Устройство может работать при ограниченном фазовом сдвиге между током и напряжением, и при сдвигах фаз, близо ких к 90, возможны ложные подключения. Кроме того, появляется дополнитель- ная погрешность, связанная с тем, что пороговые уровни устройств, преобразующих синусоиды в прямоугольные напряж ния всегда практически отличны от нуля, ;поэтому при изменении амплитуды тока появляется дополнительный фазовый сдвиг фронтов импульсов, что также ведет к ложным срабатываниям. Наконец, устройство не может работать в сетях с наличием постоянной составляющей в контролируемой сети.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство, состоящее из переключателя полярности, у которого на входы поступают прямой и инверсный сигналы, пропорциональные мощности, а выход связан с интегратором. Выход последнего соединен с четырьмя пороговыми элементами, два из которых связаны со входами первого триггера, а два других через элемент

ИЛИ со входом второго триггера. Выход первого триггера подключен к управляюmeMy входу коммутатора полярности моптности и к первым входам двух схем совпадения, к выходу каждой из которых присоединено регистрирующее устройство. Выход второго триггера связан со.вторыми

8251

$0

3 70 входами схем совпадения (2). При работе данного устройства в обычном режиме напряжение на выходе интегратора изменяется в пределах +0„,а при изменении направления протекания энергии оно возрастает до + IJ4, или -Ц„ По этому призна» ку срабатывает второй триггер, подключая другое регистрирующее устройство.

Устройство имеет погрешность, свяэанНую с недоучетом энергии, протекающей во время изменения направления энергии. В течение времени, необходимого для снижении выходного напряжения интегратора от величины Ц до 4о энергии, не учитывается. Это время тем больше, чем больше разность опорных уровней

Ц и 1.1о. Возможность ее уменьшения ограничена ввиду малых уровней выходных напряжений операционных усилителей и, следовательно, ограничения возможностей регулирования интегратора. Второй недостаток — незначительная помехоустойчивость

Пель предлагаемого изобретения — повышение точности и помехоустойчивости. ,Юля этого в устройство для измерения электрчческой энергии, содержащее переключатель полярности мощности, выход которого соединен через интегратор с двумя пороговыми элементами, первый триггер, выход которого связан с управляющим- входом переключателя полярности мощности и с первыми входами двух схем совпадения, к выходу каждой из которых .подключено регистрирующее устройство и второй триггер, выход которого присоединен ко вторым входам схем совпадения, и элемент ИЛИ, введены логический блок и дискриминатор длительности. При этом выходы первого и второго пороговых элементов соединены со входами логического блок а и эл емента

ИЛИ, выход которого через дискриминатор длительности связан со входом второго триггера, причем выход второго триггера соединен с третьим входом логического блока, выход которого связан со входом первого триггера.

Кроме того, дискриминатор длительности связан со вторым триггером через дополнительно введенный элемент

ИЛИ, один вход которого соединен с выходом дискриминатора длительности не-. посредственно, а второй — через также введенный в устройство управляемый генератор.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг, 5

15 зо

ЗО

4О 2 и фиг. 3 показаны временные диаграммы, иллюстрирующие его работу.

Устройство содержит переключатель

1 полярности мощности, интегратор 2, пороговые элементы 3 и 4, логический блок 5, первый триггер 6, элементы

ИЛИ 7 и 8, дискриминатор 9 длительности, управляемый генератор 10, второй триггер 1 1, схемы 1 2 и 1 3 совпадения, регистрирующие устройства 14 и 15.

На фиг. 2 и 3 обозначено 0Р— напряжение на входе интегратора; IJ напряжение на выходах первого и второго пороговых элементов соответств .нно; 0, —. напряжение на выходе дискриминатора . длительности; 0 напряжение на выходе ро о триггера 1/С " ) . напря жения на выходах схем совпадения, 0 -— напряжение на выходе управляемого генер атора.

Устройство работает следующим образом.

В первый момент времени переключатель 1 находится в положении, показанном на фиг. 1. Для упрощения предположим, что в пределах одного цикла интегрирования мощность не изменяется. Тогда на выходе интегратора 2 будет линейно изменяющееся напряжение. При достижении порогового значения +Ц на фиг. 2 показано штрихами) срабатывает пороговый элемент 3 и через логический блок 5 триггер 6 опрокидывается. Триггер ll в это время находится в состоянии 1, поэтому срабатывает схема 12 совпадения и на регистрирующее устройство 14 поступает импульс. Одновременно переключатель 1 изменяет полярность входного сигнала, как это показано на фиг. 2 сплошной линией (штриховой линией обозначена реальная мощность). Интегрирование ведется в противоположную. сторону до уровня — Uo, после чего срабатывают пороговый элемент 4 и триггер 6, а переключатель 1 возвращается в исходное состояние. Аналогично интегрирование ведется в положительном направлении до уровня +lJ При этом импульсы поступают по-прежнему на регистрирующее устройство 14, так как триггер ll своего состоянии не меняет.

При изменении знака мощности в некоторый момент времени интегратор 2, как это показано на фиг. 2, изменяет направление интегрирования. Его выходное напряжение превышает уровень +Ц о так как триггер 6 своего состояния не изменяет. На выходе порогового элемен708251 та 3 при этом появляется постоянное напряжение (фиг. 2). Этот сигнал через элемент ИЛИ 7 попадает на дискриминатор длительности 9, который реагирует на длительность импульса <., превышаю- 3 щую максимально возможную. дискриминатор 9 вырабатывает импульс, поступающий через схему ИЛИ 8 на триггер 11, изменяя его состояние. Выходной сигнал с триггера 11, поступая на логический блок 5, переключает триггер 6. Одновременно открывается схема 13 совпадения, с выхода которой импульсы поступают уже на регистрирующее устройство 15

15 вплоть до новой смены направления протекания энергии.

Если сигнал, пропорциональный мощности, исчезает (отсутствует поток энергии), выходное напряжение интегратора 2 из-за наличия дрейфа или небольшого сме20 щения постепенно достигает напряжения насыщения (фиг. 3). При этом-один пороговый элемент находится в состоянии "О, второй в "1". Йискриминатор 9 формиру23 ет импульс, запускающий через некоторое время управляемый генератор 10. Последний вырабатывает импульсы с большим периодом. Эти импульсы через элемент

ИЛИ 8 периодически изменяют состояние

30 триггера 11, поддерживая его в состоянии готовности к работе., Аналогично данное устройство работает при импульсной помехе, которая может опрокинуть триггер 11. При этом

35 интегратор 2 меняет направление интегри, рования и выходит за пределы рабочей зоны, на что реагирует дискриминатор длительности 9, переводя триггер 11 через элемент ИЛИ 8 в рабочее состоя- 4 ние. Если и в этот момент придет помеха и триггep 11 не опрокинется, срабатывает генератор 10, формируя импульсы до тех пор, пока схема не установится в рабочее положение. Этим обеспечивается помехоустойчивость устройства при интенсивном действии помех.

Введение дискриминатора 9 длительности позволяет повысить точность регистрации энергии, так как недоучет энергии во время переключения значительно уменьшается. Рабочий участок интегрирования можно расширить почти. до зоны насыщения операционного усилителя, что снижает время перехода в рабочую зону из насыщения и улучшает возможности регулирования устройства. Введение дискриминатора 9, управляемого генератора 10, элемента ИЛИ 8 позволяет, кроме того, намного увеличить помехоустойчивость устройства.

Получаемый технико-экономический эффект от применения предлагаемого устройства состоит в повышении точности и помехоустойчивости, что позволяет применить его в сетях с большим уровнем помех, как это имеет место, например, на подвижном составе электрифицированных железных дорог.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения электрической энергии, содержащее переключатель полярности мощности, выход которого соединен через интегратор с двумя пороговыми элементами, первый триггер, выход которого связан с управляющим входом переключателя полярности мощности и с первыми входами двух схем совпадения, к выходу каждой из которых подключено регистрирующее устройство, второй триггер, выход которого присоединен ко вторым входам схем совпадения, и элемент ИЛИ, о т л и ч а ю m е е с я тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости, введены логический блок и дискриминатор длительности, при этом выходы первого и второго пороговых элементов соединены со входами логического блока и элемента ИЛИ, выход которого через дискриминатор длительности связан со входом второго триггера, причем выход второго триггера соединен с третьим входом логического блока, выход которого связан со входом первого тригера.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что дискриминатор длительности связан со вторым триггером через дополнительно введенный элемент

ИЛИ, один вход которого соединен с выходом дискриминатора длительности непосредственно, а второй — через также введенный в устройство управляемый генератор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ ¹ 2450252, кл. G 019 21/00, опублик. 1976.

2. Патент Швейцарии No 535435, кл.. G 018 21/06, опублик. 1973.

708251

И

Составитель В. Степанов

Редактор Б. Павлов ТехредЛ. Алферова Корректор Г. Решетник

Заказ 8477/39 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППЛ "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная. 4