Электронный счетчик электроэнергии

ОЮЗ СОВЕТСКИХОциАлистическиЕСПУБЛИК 519 А 01 й 11/00, 22/О ВЕННЫЙ КОМИТЕТТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМССР ГОСУДАР ПО ИЗОБ ПРИ ГКН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт электродинамики АН УССР (72) А.И.Покрас, Ю.Ф.Тесик и О.Ю.Чурин (53) 621.317.785 (088.8)(54) ЭЛЕКТРОННЫЙ СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ(57) Изобретение относится к злектроизме-. рительной технике и может быть испольэоМно при построении несложных в реализации многофазных счетчиков электрической энергии высокой точности с широким динамическим диапазоном изменения фаэных токов, Целью изобретения является повышение точности измерения электроэнергии трехфазной (многофазной) сети. Поставленная цель достигается введением в счетчик трех управляемых усилителей 7 - 9, управляемого делителя 14 частоты, мультиплексора 17, усилителя 18, амплитудного детектора 19, делителя 20 напряжения и компаратора 21 с соответствующими функциональными связями, Мультиплексор 17 подключен на вход амплитудного детектора 19 последовательно, и при превышении предельного, уровня компаратор 21 переключает коэффициенты передачи управляемых усилителей 7 - 9. Примененная в счетчике схема выбора коэффициентов передачи управляемых усилителей позволяет отказаться от дублирования каналов управления. Счетчик также содержит трансформаторы тока 1-3 и на . пряжения 4 - 6, умножители 10-12, преобразователь 13 напряжения в частоту и блок й индикации, 2 ил,5 10 15 20 30 35 40 45 50 55 х зп(мв 1+фГ) 1 г(1 со 1+9 г+ срг),где Рр(1) - мгновенная мощность Г-й фазы в момент времени т, 1 Гп 1 (для трехфазной сети е 3);Ктм, Ктт - коэффициенты преобразования трансформаторов напряжения и тока, принимаемые одинаковыми для всех фаз; Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении несложных в реализации многофазных электронных счетчиков электрической энергии высокой точности с широким динамическим диапазоном изменения фазных токов.Целью изобретения является повышение точности измерения электроэнергии трехфазной (многофазной) сети.На фиг. 1 изображена блок-схема предложенного электронного счетчика электроэнергии; на фиг. 2 - сигналы фазных токов на выходах первого, второго и третьего трансформаторов токов (а) и выходные сигналы амплитудного детектора и делителя напряжения (б).Электронный счетчик электроэнергии содержит первый 1, второй 2 и третий 3 трансформаторы тока, первый 4, второй 5 и третий 6 трансформаторы напряжения, первый 7, второй 8 и третий 9 управляемые усилители, первый 10, второй 11 и третий 12 умножители, преобразователь 13 напряжения в частоту, управляемый делитель 14 чтоты, блок 15 индикации, блок 16 управления, мультиплексор 17, усилитель 18, амплитудный детектор 19, делитель 20 напряжения и компаратор 21.Электронный счетчик электроэнергии работает следующим образом.Фазные токи и напряжения при помощи первого 1, второго 2 и третьего 3 трансформаторов тока и первого 4, второго 5 и третьего 6 трансформаторов напряжения преобразуются в низковольтные сигналы диапазона +10 В, Затем сигналы фазных токов через первый 7, второй 8 и третий 9 управляемые усилители поступают на первые входы первого 10, второго 11 и третьего 12 умножителей, на вторые входы которых поступают выходные сигналы первого 4, второго 5 и третьего 6 трансформаторов напряжения соответственно. В результате перемножения на выходах первого 10, второго 11 и третьего 12 умножителей формируются кривые мгновенных фазных мощностей в соответствии с выражениемдР 4 с) - Ктн Ктт Куу Куин 0 г хР =1 Куу, Куин - коэффициенты передачи управляемых усилителей и умножителей, также одрнаовые для всех фаз;0 1, 1 Ъ - амплитудные значения напряжения и тока Р-й фазы м -й гармоники, 1 и ;ф г - фазовый сдвиг напряжения Г-й фазы первой гармоники;ф г - фазовый сдвиг между током и напряжением Г-й фазы и-й гармоники,Далее сумма кривых мгновенных фазных мощностей при помощи преобразователя 13 напряжения в частоту преобразуется в последовательность.импульсов, которые, проходя через управляемый делитель 14 частоты, суммируются в блоке 15 индикации. Таким образом, за интервал времени, равный одному периоду Т 1 первой гармоники входных сигналов, в блок 15 индикации поступает Мт импульсов, число которых пропорционально количеству электроэнергии за тот же интервал;Йт = Ктн Ктт КууКуин Кпнч Кудч хв и т+Т 1х ; . х ухЕ=1 Г =1Фхз п (ю ои + фг)гз 1 п(и а с + фр + рг) б т=ПУ 2 ХЬ Ог 1 гсозУ,де Кпнч Кудч - коэффициенты преобразования преобразователя напряжения в частоту и управляемого делителя частоты;К - суммарный коэффициент преобразования.Первый 7, второй 8 и третий 9 управляемые усилители представляют собой усилители с переменным коэффициентом передачи, выбираемым в зависимости от логического уровня сигнала на их управляющих входах, Если на этих входах присутствует сигнал логической "1", то Киу = 1 и первый 7, второй 8 и третий 9 управляемые усилители работают в режиме повторителей напряжения, Если на управляющие входы управляемых усилителей 7-9 приходит сигнал логического "0", то Киу = .К и данные блоки работает в режиме усилителей входных сигналов с коэффициентом усиления К.Коэффициент деления Кудч управляемого делителя 14 частоты изменяется аналогично, принимая значения либо единицы, либо К в зависимости от логического уровня сигнала на своем управляющем входе. Таким образом, изменение коэффициентов передачи управляющих усилителей 7-9 компенсируется соответствующим изменением коэффициента передачи (деяния) управляемого делителя 14 частоты и в блок 15 индикации поступает количество им пульсов М, отражающее реальное количество электроэнергии.Выбор коэффициентов передачи управляемых усилителей 7 - 9 и управляемого делителя 14 частоты происходит под дейст вием блоков 16-21. На выходе счетчика, являющемся выходом блока 16 управления, с шагом дискретизации Тг формируются коды, управляющие работой мультиплексора 17, (Тг - период выходных импульсов .15 генератора). Интервал времени Тг намного меньше периода Т 1 первой гармоники токов в исследуемой сети, поэтому в результате высокоскоростного циклического опроса трансформаторов 1 - 3 тока 20 на выходе мультиплексора 17 в произвольный момент времени т формируется сигнал Омп(т), определяемый номером Е опрашиваемой фазы:О.(т)=О( - 0 ) )=2 Тг 25Т 12 7 гТг+ т+фр + Ор);где - количество циклов полного опроса мультиплексором 17 всех гл фаз с момента начала отсчета, совпадающего с нуль-переходом сигнала тока первой фазы;т- интервал времени, плавно изменяющийся в пределах35( 2 лТгТ 1Далее выходной сигнал мультиплексора 17 усиливается в К раз усилителем 18 и поступает на амплитудный детектор 19, 40 выделяющий максимальное положительное значение этого сигнала за один период его измененияОад(т) = гпах 1 КОмп(т) 1т Я 0; Т.45Таким образом, на выходе амплитудного детектора 19 постоянно поддерживается уровень напряжения, соответствующий усиленной в К раз амплитуде наибольшего по величине фазного тока трехфазной(в общем случае, а-фазной) системы.за один период ее первой гармоники, Данный сигнал Оад(т) сравнивается с выходным постоянным напряжением делителя 20 напряжения Одн, которое Формируется н е и ос редс твен но из напряжения питания, Если амплитудное значение наибольшего из фазных токов меньше заданного порогового значения, т,е. ОадОдн, то на выходе компаратора 21 формируется сигнал логической "1". В результате этого выходные сигналы первого 1, второго 2 и третьего 3 трансформаторов тока усиливаются в К раз при помощи первого 7, второго 8 и третьего 9 управляемых усилителей, а коэффициент деления частоты управляемого делителя 14 частоты устанавливается равным К. В противоположном случае (при Оад - Одн) на выходе компаратора 21 устанавливается сигнал логического "0" и коэффициенты усиления первого 7, второго 8 и третьего 9 управляемых усилителей и коэффициент деления управляемого делителя 14 частоты становятся равнымй единице, Таким образом, диапазон входных сигналов токов умножителей 10 - 12 вцбирается, исходя из амплитудного значения наибольшего из фазных токов за один период их первой гармоники, что обеспечивает высокое быстродействие счетчика,Компаратор 21 выполнен по схеме с гистерезисом, поэтому небольшие пульсации на выходе амплитудного детектора 19 не приводят к его ложным срабатываниям и неустойчивой работе устройства. Применение усилителя 18 позволяет резко снизить требования к формированию опорного напряжения на втором входе компаратора 21 (что дает возможность. использовать для этого обычный делитель 20 напряжения), а также полностью избежать возможной неустойчивой работы схемы на границе переключения коэффициентов передачи управляемых усилителей, характерной для приборов такого типа,Использование предлагаемого счетчика позволяет по сравнению с известным повысить точность измерения электроэйергии трехфазной (в общем случае многофазной) сети без существенного увеличения аппаратурных затрат. При этом введенные блоки 16 - 21 влияния на точность работы измерительных каналов не оказывают, так какприменение мультиплексирования не приводит к появлению импульсных выбросов на выходах и входах умножителей,Повышение точности достигается за счет снижения мультипликативной погрешности умножителей при малых фазных токах. Например, если максимальная погрешность умножителей в динамическом диапазоне изменения токов д равна д, то при выборе коэффициента усиления первого, второго и третьего управляемых усилителей К = д в предложенном счетчике погрешность измерения электроэнергии многофазной сети в диапазоне 6 также не превышает д. В известном счетчике макси 1721519мальное значение погрешности в этом случ.ае б д.Так, если передаточная характеристика используемых первого, второго и третьего аналоговых умножителей линейная в диапа зоне изменения сигнала тока,то при выборе коэффициентов усиления первого, второго и третьего управляемых усилителей и коэффициента деления управляемого делителя частоты равным 32, динамический диапазон 10 работы электронного счетчика также увеличивается в 32 раза:(- К = 960макс максгде " и - динамическиймин миндиапазон известного и предлокенного устройств; 20К - коэффициент усиления первого, второго и третьего управляемых усилителей,Правомерность выбора коэффициентов передачи первого, второго и третьего управляемых усилителей, исходя из амплитуды 25 максимального из фазных токов, даже при неравномерной загрузке фаз подтверждается тем, что при30уаксуингде 1, 1 - . амплитудные знакеи максимального фазного тока Р фазы и мини мального фазного токафазыЭлектроэнергия )-й. фазы может измеряться с погрешностью, в у раз большей погрешности измерения энергии Р фазы, без сниженма Общей погрешности измерения 40 суммарнего количества электроэнергии всех в фее.Предеоженное техническое решение может балль использовано в электронных трехфазных (многофазных) счетчиках элект роэнергии, построенных на базе аналоговых перемножений, имеющих линейную передаточную характеристику в достаточно широком динамическом диапазоне изменения входных сигналов (порядка 30-40), Ис пользование его в счетчиках, построенных на основе цифроаналоговых или цифровых перемножителей, не.позволяет существенно повысить точность, так как применение всего двух поддиапазонов для работы таких устройств недостаточноФормул а и зоб рете н и яЭлектронный счетчик электроэнергии, содержащий три трансформатора тока, три трансформатора напряжения, три умножителя, преобразователь напряжения в частоту, блок индикации и блок управления, причем входные клеммы фазных токов подключены к входам первого, второго и третьего трансформаторов тока соответственно, входные клеммы фазных напряжений соединены с входами соответственно первого, второго и третьего трансформаторов напряжения, выходы первого, второго и третьего умножителей подключены к входу преобразователя напряжения в частоту, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения электроэнергии трехфазной сети, в него введены три управляемых усилителя, управляемый делитель частоты, мультиплексор, усилитель, амплитудный детектор, делитель напряжения и компаратор, причем выходы первого, второго и третьего трансформаторов токов подключены к первому, второму и третьему входам мультиплексора и через первый, второй и третий управляемые усилители к первым входам первого, второго и третьего умножителей соответственно, вторые входы которых соединены с выходами соответственно первого; второго и третьего трансформаторов напряжения, блок управления выходов соединен с управляющим входом мультиплексора, выход которого через усилитель и амплитудный детектор подключен к первому входу компаратора, клемма напряжения питания через делитель напряжения соединена с вторым входом компаратора, который выходом подключен к управляющим входам управляемых усилителей и к управляющему входу управляемого делителя частоты, вход которого соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту, а выход - с входом блока индикации.1721519 Юмх 419Составитель С, Хромов Редактор И. Шмакова Техред М,Моргентал Корректор 0к Заказ 949 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 10