Электронный счетчик электроэнергии

 

М. Ф. Бартновский, В. У. Кизилрв" -"--и И. И. Смилянскнй !

Харьковский ордена Ленина политехнический институт иМ. В. И..Ленина

l (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54} ЭЛЕКТРОННЫЙ СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Изобретение относится к области измерения электрической энергии в системах постоянного и переменного тока.

Известны схемы электронных счетчи ков электроэнергии (ЭСЭ), в которых сигнал, пропорциональный электрической мощ ности, . получается посредством использования широтной и амплитудной модуляции с последующим йреобразованием этого сигнала в частоту с помощью преобразователя напряжение-частота (ПНЧ), выход10 ные импульсы которого подаются на электронный или электромеханический -счетчик

И.

Недостатком указанного устройства является наличие многократного преобразо»

1$ вания входных сигналов. Один сомножи тель преобразуется в длительность посред ством широтного модулятора (ШИМ), другой сомножитель - в амплитуду посредством амплитудного модулятора (AN), ШИМ

AN сигнал усредняется, преобразуется в

Ъ частоту и с помощью счетчика в число импульсов. Указанная последовательность

2 преобразования сигнала естественно ведет к усложнению схемы и снижает точность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электрон ный счетчик электроэнергии, содержащий счетчик импульсов, два источника сигналов-сомножителей, индикатор и широтноимпульсный модулятор, состоящий из ин тегратора, ко входу которого подк)почены выходы источника первого сигнала-сомножителя и источника опорного тока (напряжения) с ynpasnseMol полярностью, управляющий вход которого подключен к выходу охваченного положительной обратной связью компаратора, вход которого подключен к выходу интегратора Г2),.

Недостатком известного устройства яв ляется сложность конструкции, обусловлен» ная необходимостью многократного преобразования сигналов.

Бель изобретения - упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в электронном счетчике электроэнерлии,,содержащем счетчик импульсов, два источ-" ника сигналов сомножителей, индикатор и широтно-импульсный модулятор, состоящий из интегратора, ко входу которого подключены выходы источника первичного сигнала-cîìíîæèòåëÿ и исто шика опорного тока (напряжения) с управляемой полярностью, управляющий вход которого подключен к выходу охваченного положительной обратной связью компаратора, вход которого подключен к выходу интегратора, введены генератор опорной частоты и второй компаратор, инвертируюший и неинвертируюший входы которого через резисторы подключе= ны к выходу интегратора и через разнопо лярные ключи - к нулевому проводу схемы, управляюшие входы ключей подключены к выходу первого компаратора, один из входов которого подключен к выходу источника второго сигнала-сомножителя, выход второго компаратора и выход генератора опорной частоты подключены к соответствующим входам двух элементов совпадения, выход первого из которых подключен к суммирующему входу счетчика импульсов, а выход второго - через элемент отрицания - к вычитаюшему входу счетчика импульсов.

В этом счетчике разность длительностей выходных импульсов широтно-импульсного модулятора сразу оказывается пропорциональной мгновенной энергии сигналов и остается только преобразовать ее в число импульсов, что и осушествляетсы путем подсчета импульсов генератора опорной частоты в счетчике. В результате схема значительно упрощается, так как исключается амплитудный модулятор, фильтр и преобразователь напряжение частота. Уменьшение числа преобразований сигнала увеличивает точность работы устройства, а упрощение схемы приводит к увеличению надежности.

На фиг, 1 представлена блок-схема счетчика; на фиг. 2 — реализация этой схемы на интегральных операционных усилителях; на фиг. 3 — временные диаграммы работы схемы.

Электронный счетчик электроэнергии состоит иэ источников 1 и 2 входных сиг налов, один иэ которых пропорциоанален току, а другой - напряжению контролируемой сети. Источники 1 и 2 входных сиг налов подключены ко входам широтно-им» пульсного модулятора 3, состоящего из интегратора 4, первого компаратора 5 с узлом 6 положительной братной связи, источника 7 опорного тока (напряжения) полярность которого олределяется поляр64М 4 ностью выходного сигнала первого компа ратора 5, второго компаратора 8, двух противофазных ключей 9 и 10 и двух резисторов 11 и 12. Источник 1 входного сиг»нала и источник 7 опорного тока подключены ко входу интегратора 4. Источник 2 входного сигнала, узел 6 обратной связи н выход интегратора 4 подключены ко входу компаратора 5. Выход интегратора 4 подключен так1О же через резисторы 1 1 и 12 соответственно к инвертируюшему и неннвертируюшему входам второго компаратора 8. Указанные входы через ключи 9 и 10, работ. таюшие в противофазе, подключены к ну15 Левой шине устройства. Управляющие входы ключей 9 и 10 соединены с выходом первого компаратора 5. Выход второго компаратора 8 является выходом широтно-импульсного модулятора 3, он подклю2р чен на первые входы элементов 13 и 14 совпадения, ко вторым входам которых подключен выход генератора 15 ойорной частоты. Выход элемента 13 совпадения подключен к суммирующему входу счетчи25 ка 16, а выход элемента 14 совпадения через элемент 17 отрицания - к вычитаюшему входу счетчика 16. Выход последнего подключен ко.входу индикатора 18, г

Компаратор 5 выполнен неинвертирую5п шим, цепь его положительной обратной связи создается резистором 6, в качестве источника 7 эталонного напряжения используется диодный мост, в диагональ которого включен стабилитрон, осуществляющий стабилизацию выходного напряжения

35 компаратора. Ключи 9 и 10 выполнены на полевых транзисторах с каналами р и и типа.

Счетчик работает следующим образом.

Пусть в некоторый момент времени, обозначенный на временных диаграммах (фиг. 3) ky напряжение Uo на выходе компаратора 5положительно,,а иа выходе интегратора 4 равно нулю. Интегратор 4

45 интегрируют сумму напряжения Оа и напряжения. источника 1 входного сигнала

0< в отрицательную сторону. Ключ 10 замкнут, а ключ 9 разомкнут и на инвертирующий вход компаратора 8 подается отрицательное напряжение с выхода интег50 ратора 4. При этом напряжение на выходе компаратора 8 будет положительным и импульсы генератора 4 через открытый элемент 13 будут проходить на суммирующий вход счетчика 16.

Когда отрицательное напряжение на вы« ходе интегратора 4 в момент времени

1 станет равным по модулю сумме напря»

5 &6 ження срабатывания компаратора 5 Ок н источника 2 входного сигнала U. компаратор 5 скачком изменит знак. Длительность интервала времени с, = - 0

1 1 определится как

"К+ (1

1 (10 u+

8491 6 но поменять местами входы компаратора

8 или входы счетчика 16.

Легко -показать, что число, записанное в счетчик 16 за период работы схемы Т, пропорционально энергии входных сигналов эа это время. Период работы схемы T состоит иэ четырех тактов и равен (6) 10

-О с=т —" о о,-и4 где T0 - постоянная времени интегратоРа; 0К) u °; uo) UII

При изменении полярности компаратора

5 изменится по величине и знаку скорость интегрирования, ключ 10 разомкнется, а ключ 9 замкнется, полярность напряжения на выходе компаратора 8 изменится на противоположную и импульсы генератора

15 через элемент 14 и элемент 17 поступят на вычнтающий вход счетчика 16.

В момент времени 1 напряжение на выходе интегратора 4 достигнет нулевого уровня и компаратор 8 снова изменит знак, при этом импульсы генератора

15 вновь поступят на суммирующий вход счетчика 16. Интервал времени с = -К

l л равен u + u

l1 l»T к 1

0 00-О (2)

В момент времени положительное напряжение на выходе интегратора 4 скомпенсирует отрицательное напряжение (01,+ 0 ° ), Компараторы 5 и 8 опять изменят знак выходного сигнала и импульсы генератора 15 поступят на вычитаюший вход счетчика. Интервал времени 1, = Е9-Q равен

Наконец в момент времени 14. полоФ жительное напряжение на выходе интегратора уменьшаясь снова достигнет нуля, компаратор 8 снова изменит полярность на положительную и описанный выше процесс повторится. Интервал времени -t - определится как

J (4)

4 0 00+04

Число импульсов, записанное в счетчике, за период работы схемы, будет равно

4-04.01 0 1 1 1 1 Э- 4)= 0Tð 1й 1 (5)

0 4. где 0 - частота генератора 15.

Знак минус перед (5) показывает, . что при принятой полярности входных сиг налов показания счетчика отрицательные.

Для изменения напряжения счета достаточ» и p p 0 k 0

4Т0 0 *", "й "З "о й(о -04. откуда 4 ТО Т ф у рс 0

0 4

Поставив это выражение в (5) получим

0 („О U„„u>> й0 где Эт - энеРгиЯ за вРеми T.

Таким образом, за любой интервал времени кратный целому числу периодов работы схемы, показания счетчика пропорциональны энергии входных сигналов, т.е. в данном устройстве широтно-импульсный модулятор оказывается перемножающим.

Если в известном устройстве относительная разность выходных импульсов

g= =kU линейно еленине оТ одно

30 го вХодного сигнала, то в предлагаемом устройстве относительная разность дли тельностей за четыре такта линейно зависит от произведения входных сигналов

8 .,— "Q.+ 3 "4- 14-1А и 1+ " + 1 + "4- 001С

Таким образом, по сравнению с известными предлагаемый счетчик исключает ряд

40, преобразований входных сигналов — ампли тудную модуляцию, фильтрацию и преобразования напряжения в частоту. Из схемы исключаются амплитудный модулятор и преобразователь,. напряжение-частота. что

45 значительно упрощает. устройство счетчика и способствует увеличению точности и надежности.

Формула изобретения

Электронный счетчик электроэнергии, содержащий счетчик импульсов, два источника сигналов-сомножителей, иидиiщтор II широтно-импульсный модулятор, состоящий

55 из интегратора, ко входу которого подкдю чены выходы источника первого сигнала сомножителя и источника опорного тока (напряжения) с управляемой полярностью, 7 8664М 8 управляющий вход которого подключен к ной частоты подключены к соответствуювыходу охваченного положительной обрат- щим входам двух элементов совпадения, ной связью компаратора, вход которого выход первого из которых подключен к подключен к выходу интегратора, о т л и- суммирующему входу счетчика импульсов

1 ч а ю m и и с я тем, что, с целью уп- g а выход второго через элемент отрицарощения, в него введены генератор опор- нии - к вычитающему входу счетчика имной частоты и второй компаратор, инвер- пульсов. тнруюший и неинвертируюший входы кото- Источники информации, рого через резисторы подключены к выхо- принятые во внимание при экспертизе ду интегРатоРа и через Разнополярные клю- l0 g g<6r6g Hgret pe6ggrg y6ger чи - к нулевомУ пРовоДУ схемы управлЩ - — Z5 68r 666г Юав86 Р,6.-"5 еввпв 26Ищие входы ключей подключены к выходу ЗСЪг ", 497Sy б7, N4 р 280-Я98. первого компаратора, один из входов ко- ЙМОМ6г Hermeln,9tar% Re ncbotv Д, торого подключен к выходу источника вто- ФбИ6Г Klan. EKektrOniSCtrer Pruf Zahporo сигнала-сомножителя, выход вто- д Cer.-пS 6eens х6ФЕВСФг И и 979 47 М и

I I рого компаратора и выход генератора опор- Р ° 9&Э-866.

Составитель С. Шитов

Редактор Г. Иолкова Техред А.Савка Корректор С. Шомак

Заказ 8072/68 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета CCCP по делам изобретений и открытий

3.1.3035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

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