Измеритель электрической энергии

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для измерения количества энергии. Целью изобретения является повышение точности. Измеритель содержит преобразователь напряжения в частоту импульсов, реверсивный счетчик, многоразрядный индикатор, датчик полярности, преобразователь ток-фаза импульсов и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для измерения количества электрической энергии.

В настоящее время для этой цели широко используются счетчики электрической энергии индукционного типа с электромеханическим приводом.

Однако низкая точность и ограниченный набор возможных дополнительных функций ограничивает их применение в современных электрораспределительных сетях, предусматривающих, в частности, изменение действующего тарифа во времени.

Предлагаемые в последние годы в большом количестве электронные измерители электрической энергии имеют более высокую точность, чем счетчики индукционного типа, и предусматривают многотарифный учет электроэнергии.

В основу большого количества электронных измерителей электроэнергии положен принцип широтно-импульсной амплитудной модуляции - умножения, по которому амплитуда импульса пропорциональна одной переменной - сомножителю, а его длительность - другой. В случае электронных измерителей электроэнергии этими переменными являются ток, потребляемый нагрузкой, и напряжение на ней.

По технической сущности предлагаемому изобретению наиболее близок электронный счетчик электроэнергии, который имеет в своем составе преобразователь напряжения в частоту импульсов, соединенный выходом с счетным входом реверсивного счетчика, датчик полярности, включенный выходом на вход управления реверсивного счетчика.

Кроме того, счетчик содержит схему умножения, вырабатывающую сигнал в виде уровня напряжения, пропорционального мгновенному значению произведения напряжения на ток нагрузки, т.е. мгновенной мощности. Выход умножителя соединен с входом преобразователя напряжения - частота.

Основным недостатком прототипа является низкая точность, обусловленная погрешностями, вносимыми аналоговым умножителем.

Предлагаемый измеритель электрической энергии содержит преобразователь напряжения в частоту импульсов, соединенный выходом со счетным входом реверсивного счетчика, датчик полярности, включенный выходом на вход управления реверсивного счетчика.

Особенностью предлагаемого измерителя электрической энергии заключается в том, что он содержит преобразователь ток - фаза импульсов, формирующий на выходе импульсы логических уровней 0 и 1, период T следования которых остается постоянным, а соотношение длительностей определяется соотношением тока нагрузки с периодически линейно изменяющимся в пределах от -1 до +1 эталонным током, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом вход преобразователя ток - фаза импульсов служит токовым входом измерителя, а выход соединен с входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, а его второй вход соединен с выходом датчика полярности, вход которого вместе с подключенным к нему входом преобразователя напряжение - частота импульсов служит входом напряжения измерителя На фиг. 1 приведена схема предлагаемого измерителя электрической энергии.

Измеритель электрической энергии содержит преобразователь 1 напряжения в частоту импульсов, соединенный выходом со счетным входом реверсивного счетчика 2, многоразрядный индикатор 3, датчик 4 полярности, включенный выходом на вход управления реверсивного счетчика.

Кроме того, измеритель содержит преобразователь 5 ток - фаза импульсов, формирующий на выходе импульсы логических уровней 0 и 1, период T следования которых остается постоянным, а соотношение длительностей определяется соотношением тока нагрузки с периодически линейно изменяющимся в пределах от -1 до +1 эталонным током, логический элемент 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом вход преобразователя 5 служит токовым входом измерителя, выход преобразователя 5 соединен с входом логического элемента 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом реверсивного счетчика 2, а его второй вход соединен с выходом датчика 4 полярности, вход которого вместе с подключенным к нему входом преобразователя 1 напряжение - частота импульсов служит входом напряжения измерителя.

Работа измерителя иллюстрируется временными диаграммами на фиг. 2. Частота импульсов, поступающих с выхода преобразователя 1 напряжение - частота на счетный вход реверсивного счетчика 2 пропорциональна напряжению Y на входе измерителя , где - масштабный коэффициент преобразователя 1, Гц/В.

С другой стороны, соотношение длительностей импульсов логических уровней 0 и 1 на выходе преобразователя 5, поступающих на вход управления направлением счета U/D реверсивного счетчика 2 через логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ импульсов пропорциональна току через измеритель: t₀/t₁ = 1 + i/I, где t₀ - длительность импульса 0 на выходе преобразователя 5, где t₁ - длительность импульса 1 на выходе преобразователя 5, i - ток через измеритель или ток нагрузки, А,
I - масштабный коэффициент преобразователя, А.

При нулевом токе нагрузки i = 0, t₀/t₁ = 1. Импульсы частотой f, поступающие на счетный вход счетчика 2 с выхода преобразователя 1 при положительном напряжении на входе измерителя, фиксируемом датчиком 4 полярности, управляющим через логический элемент 6 направлением счета реверсивного счетчика 2 будут наращивать содержимое счетчика 2 в течение интервала 0 и уменьшать в течение интервала t₁. Таким образом, за один период следования импульсов преобразователя 5 содержимое счетчика 2 не изменится.

При отрицательном токе нагрузки интервал 0 окажется короче интервала t₁ и тогда при положительном напряжении на входе измерителя содержимое счетчика 2 за один период T изменится на число N:

где
= T/I, с/А.

Если напряжение на входе измерителя изменит знак, то сигнал, поступающий с выхода датчика 4 полярности через логический элемент 6 на управляющий вход счетчика 2 изменит направление счета в соответствующих интервалах на противоположное. Тогда справедливо с учетом знаков U и i.

По сравнению с прототипом предлагаемый измеритель обеспечивает более высокую точность измерения электрической энергии, так как не содержит устройств аналогового перемножителя, вносящих дополнительную погрешность.

Формула изобретения

Измеритель электрической энергии, содержащий преобразователь напряжение - частота импульсов, соединенный выходом с счетным входом реверсивного счетчика, датчик полярности, отличающийся тем, что он содержит преобразователь ток - фаза импульсов, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и многоразрядный индикатор, вход преобразователя ток - фаза импульсов служит токовым входом измерителя, выход преобразователя ток - фаза импульсов соединен с входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, а его другой вход соединен с выходом датчика полярности, вход которого вместе с подключенным к нему входом преобразователя напряжение - частота импульсов служит входом напряжения измерителя, выход реверсивного счетчика соединен с входом информации многоразрядного индикатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2