Электронный счетчик активной электроэнергии

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ ЕСПУБЛИК(505 6 01 В 22/00 ГОСУДАР СТВЕ ННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР ЕНТНО"1"г 1 ЕНИЯ АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ ЕТЧИК АКТИВНОИ й инин элекэдат,Цифв звуния,(56) Авдеев Б.Я. Основы метрологии итрические измерения. Л.: Э нергоатом1987, с,169, рис.6-16.Наконечный А.И., Чайковский О,Ировые средства измерения мощностиковом диапазоне частот. Измерконтроль, автоматизация, 1985, В 2с.11, рис.7.(54) ЭЛЕКТРОННЫЙ СЧ ЭЛ Е КТРОЭ Н Е РГИИ (57) Назначение: долго тивной электроэнергии мации при исчезнов питания. Сущность изо ющие преобразователи 3,4,5; блок эквивалентн формирователь импуль мяти 10, 11; генератор и пряжений 12; гене импульсов 13. 1 з.п,ф-лы временный учет акбез потери инфорении напряжения бретения; ноомиру и 2; компараторы ости 6; счетчики 7,8; сов 9; регистры пасевдослучайных наратор тактовых , 1 ил,Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может применяться в цифровых измерительных приборах и системах.- Целью изобретения является повышение метрологической достоверности.На чертеже изобракена 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, 1- ый и 2-ой регистры 10, 11 памяти, генератор 12 псевдослучайных напряжений и генератор 13 тактовых импульсов, причем последовательносбединены 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 выходгенератора 13 подсоединен . к объединенным входам управления блоков 8, 10 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.Нармализующие (или нормирующие) преобразователи 1 и 2 предназначены для формирования на выходе напряжения, прапарцианальнога мгновенным значениям входного напряжения или тока соответственна и изменяющегося в нормированном диапазоне. Блок 1 может быть резистивным делителем напряжения либо измеритель.ным трансформаторам напряжения, блок 2 - шунтам либо измерительным трансформаторам тока с потенциальным выходом.Компаратары 3-5 формируют на выходе логический сигнал 1(или иО"), если напряжение на перва,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 и 1", если логические сигналы на входах одинаковы (эквивалентны), в противном , спучее ие выходе схемы о формируегсе сиг-нал "0". Блок 6 реализуется в виде стандартного сумматора по модулю и 2" 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 навход, связанный с выходом блока 13. При5 поступлении импульса м 1 и на вход, связанный с выходом блока 9, на выходах счетчика7 устанавливается кодовая комбинация,имеющая на его установочных входах (связанных с выходами регистра 10), Счетчик 710 реализуется типовым образом на основе интегральных схем, например, типа 155 ИЕ 6 еили 155 ИЕ 7 (реверсивный двоичный илидвоична-десятичный счетчик).Счетчик импульсов 8 предназначен для15 подсчета числа поступивших на счетныйвход импульсов, выходной код устанавливается "ОО" при поступлении импульса нввход управления (связанный с блоком 13),Счетчик 8 может быть построен на основе20 типовых интегральных схем.Формирователь 9 предназначен дляформирования на своем выходе короткогоимпульса в момент подачи напряжения наего вход(момент включения сетевого нап ря 25 жения после кратковремейного или долговременного отключения сети), Блок 9 можетбыть реализован на основе последовательно соединенных детектора (выпрямителя),фильтра нижних частот(резистора и канден 30 сатора), диФференцирующей РС цепи и порогового устройства (параг устанавливаетсятаким, чтобы выходной импульс появлялсяпри включении сетевого напрякения, на невозникал при. колебаниях сетевого напря 35 жения в допустимых пределах +10,15 Я;при использовании устройства в сетях постоянного тока одной полярности амплитудный детектор не нужен.Регистры памяти 10 и 11 предназначе 40 ны для запоминания на своих выходах кодовой комбинации, имеющейся на входах, припоявлении синхроимпульса на входе управления. Регистр 10 должен сохранять запомненную комбинацию и при исчезании45 напргжения питания,Блоки 10 и 11 реализуются в виде типовых интегральных схем,например, на основе постоянных репраграммируемых запоминающих устройств сдлительным срокам хранения информации50 при включенном источнике питания и электрической перезаписью информации (времяхранения у микросхем серии К 1601 - неменее 3000 часов, у микросхем серии К 1609- не менее 5 лет,55 Генератор 12 псевдослучайных напряжений 12 формирует на двух своих выходахдве импульсные последовательности, амплитуды которых являются псевдослучайными некаррелираванными величинами,равномерна распределенными в наминальном диапазоне +Ос (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 11 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 12 импульсов на выходе, связанном со счетчиком 7, в 2 раза меньше, чем 11: период импульсов на выходе, связанном с блоками 8, 10 и 11, равен периоду повторения псевдослучайной последовательности в блоке 12 (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 1Е = 0б,от,е. необходимо перемнокить 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 й, 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 Й - число тактов работы. множительного устройства, Ю(0) = 1/(2 ОО), /О/ Оо - плотность распределения напряжений на выходах блока 12, О 02 - математическое ожидание произведения входных напряже- . ний. Так как время работы Т устройства связано с частотой соотношением Т = й/1, то из выражения (1) можно получить связь между числом М, временем Т работы и входными напряжениями: Т 1(20 + ) 0102 Т+Т -(2)Первое слагаемое в (2) пропорционально измеряемой энергии (т.к. 01"0, 02 Ь), а для устранения второго слагаемого необходимо на вычитающий вход счетчика 7 подавать импульсы с частотой 11/2, 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 напряжений на выходе блока 12 над вторым (первым), Реа", лизация этого возможна, если в качестве блока 8 использовать реверсивный счетчик,Точность предлагаемого счетчика активной энергии может быть очень высокой. Действительно, инструментальная погрешность определяется (помимо малых погреш1781630 Составитель С,ХромовРедактор В,Трубченко . Техред М.Моргентал Корректор Н,Гунько Заказ 4272 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 45 Производственно-издательский комбинат "Патент"; г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ностей преобразователей 1 и 2) отклонением плотности распределения напряжений на выходах блока 12 от равномерной в интервале+Оо и стабильностью частоты 11. Эта погрешность может быть очень малой (со тые доли процента), т.к. в блоке 19 используется мера постоянного тока (напряжение Оо), а стабильность генератора 13 может быть обеспечена"кварцевымрезонатором на уровне 10;4. Второй важной погреш ностью является методическая погрешность стохастического умножения из-за ограниченности числа испытаний й. Эта погрешность при измерении энергии тем меньше, чем больше время работы устрой ства, т,к. число испытаний й про"ибрционально времени Т работы и частоте 11. Как известно,максимальная среднеквадратичнаяпогрешность при этом меньше; чем диапазон измерения (преобразования), в 20 раз. Например, при 11 = 105 Гц и Т=1 час "она составит величину 100/ 10 3600) = 0,0017%.Предложенное устройство,-в отличие от прототипа, может обеспечить высокую точ ность.в течение длительной реальной эксплуатации: время непрерывной работы . больше,чему прототипа, в десятки раз.формула изобретения1. Электронный счетчик активной алек троэнергии, содержащий нормирующие преобразователи тока и напряжения, первый и второй компараторы, логический блок эквивалентности, первый счетчик импуль- соЪ тбйератор тактовых импульсов, генера 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 счет. чика импульсов, о т л и ч а ю щ и й с я 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. о т л и ч а ю щ и й с я 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.