Электронный счетчик электроэнергии

М. Ф. Бартновский, В. У. Кизилрв-".и И. И. СмилянскнйХарьковский ордена Ленина политехнический институтиМ, В, ИЛенина(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 ф ности, получается посредством использования широтной и амплитудной модуляции с последующим йреобразованием этого сигнала в частоту с помощью преобразователя напряжение-частота (ПНЧ), выход 10 ные импульсы которого подаются на электронный или электромеханический счетчик И.Недостатком указанного устройства является наличие многократного преобразо15 вания входных сигналов. Один сомножи тель преобразуется в длительность посредством широтного модулятора (ШИМ), другой сомножитель - в амплитуду посредством амплитудного модулятора (АМ), ШИМ АМ сигнал усредняется, преобразуется в частоту и с помощью счетчика в число импульсов. Указанная последовательность 2преобразования 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 широтно- импульсный модулятор состоящий из интегратора, ко входу которого подключены выходы источника первого сигнала-сомножителя и источника опорного тока (напряжения) с управляемой полярностью, управляющий вход которого подключен к выходу охваченного положительной обратной связью компаратора, вход которого подключен к выходу интегратора Г 21.Недостатком известного устройства яв ляется сложность конструкции, обусловленная необходимостью многократного преобразования сигналов.Бель изобретения - упрощение конструкции.Указанная цель достигается тем, что в электронном счетчике электроэнервии,,содержашем счетчик импульсов, два источ-"ника сигналов сомножителей, индикатор иширотно-импульсный модулятор, состоящийиз интегратора, ко входу которого подключены выходы источника первичного сигнала-сомножителя и исто шика опорного тока(напряжения) с управляемой полярностью,управляющий вход которого подключен квыходу охваченного положительной обратной связью компаратора, вход которогоподключен К выходу интегратора, введеныгенератор опорной частоты и второй компаратор, инвертируюший и неинвертируюшийвходы которого через резисторы подключе=ны к выходу интегратора и через разнополярные ключи - к нулевому проводу схемы, управляющие входы ключей подкгпочены к выходу первого компаратора, одиниз входов которого подключен к выходуисточника второго сигнала-сомножителя,выход второго компаратора и выход генератора опорной частоты подключены к соответствующим входам двух элементовсовпадения, выход первого из которых подключен к суммирующему входу счетчикаимпульсов, а выход второго - через элемент отрицания - к вычитающему входусчетчика импульсов,В этом счетчике разность длительностей выходных импульсов широтно-импульсного модулятора сразу оказывается пропорциональной мгновенной энергии сигналов и остается только преобразовать еев число импульсов, что и осуществляетс 1путем подсчета импульсов генератора опорной частоты в счетчике. В результатесхема значительно упрощается, так какисключается амплитудный модулятор,фильтр и преобразователь напряжение частота. Уменьшение числа преобразованийсигнала увеличивает точность работы устройства, а упрощение схемы приводит кувеличению надежности.На фиг, 1 представлена блок-схемасчетчика; на фиг. 2 - реализация этойсхемы на интегральных операционных усилителях; на фиг. 3 - временные диаграммы работы схемы.Электронный счетчик электроэнергиисостоит иэ источников 1 и 2 входных сигналов, один иэ которых пропорциоаналентоку, а другой - напряжению контролируемой сети. Источники 1 и 2 входных сигъналов подключены ко входам широтно-импульсного модулятора 3, состоящего изинтегратора 4, первого компаратора 5 сузлом 6 положительнойбратной связи,источника 7 опорного тока (напряжения)полярность которого олределяется поляр 4ностью выходного сигнала первого компаратора 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 и выход интегратора 4 подключены ко входу компаратора 5, Выход интегратора 4 подключен также через резисторы 11 и 12 соответственно к инвертируюшему и неинвертирующему входам второго компаратора 8. Указанные входы через ключи 9 и 10, работтаюшие в противофазе, подключены к нулевой шине устройства, Управляющие входы ключей 9 и 10 соединены с выходомпервого компаратора 5, Выход второгокомпаратора 8 является выходом широтно-импульсного модулятора 3, он подклю О чен на первые входы элементов 13 и 14совпадения, ко вторым входам которыхподключен выход генератора 15 ойорнойчастоты. Выход элемента 13 совпаденияподключен к суммирующему входу счетчи ка 16, а выход элемента 14 совпадениячерез элемент 17 отрицания - к вычитаюшему входу счетчика 16. Выход последнего подключен ко.входу индикатора 18,Компаратор 5 выполнен неинвертирую- ЗО щим, цепь его положительной обратнойсвязи создается резистором 6, в качестве источника 7 эталонного напряжения используется диодный мост, в диагональ которого включен стабилитрон, осуществляющий стабилизацию выходного напряжениякомпаратора. Ключи 9 и 10 выполнены наполевых транзисторах с каналами р и 11типа.Счетчик работает следующим образом,Пусть в некоторый момент времени,обозначенный на временных диаграммах(фиг. 3) 111 напряжение ОО на выходекомпаратора 5 положительно, а на выходеинтегратора 4 равно нулю Интегратор 4 45интегрируют сумму напряжения ОО и напряжения. источника 1 входного сигналаЦ( в отрицательную сторону. Ключ 10замкнут а ключ 9 разомкнут и на инвертирующий вход компаратора 8 подаетсяотрицательное напряжение с выхода интегратора 4. При этом напряжение на выходе компаратора 8 будет положительным иимпульсы генератора 4 через открытыйэлемент 13 будут проходить на суммирующий вход счетчика 16.55 Когда отрицательное напряжение на вы ходе интегратора 4 в момент временистанет равным по модулю сумме напря7 М 64 М 8 управляющий вход которого подключен к ной частоты подключены к соответствую- выходу 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 ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уп-а выход второго через элемент отрицарощения, в него введены генератор опор- ния - к вычитающему входу счетчика имной частоты и второй компаратор, инвер- пульсов.тирующий и неинвертирующий входы кото- Источники информации, рого через резисторы подключены к выхо- принятые во внимание при экспертизе ду интегратора и через рйзнополярные клю, р 6 ГФС цОГ 6 я 6 ГОЮ 366 Г ,ру чи - к нулевому проводу схемы, управлню- -ЬгИВег С 66 Г 16 ава 6 05. - 5 ее 675 ХВЙ- щие входы ключей подключены к выходу ЗСЬГУ 1", 4 Я 7, 47, МФ, Р 280-298, первого компаратора, один из входов ко- ЙМОМ 6 Г ЙФГЗТЮй, Ибгк РЮИСФФбгД, торого подключен к выходу источника вто- ФбйЕГ КОЕ. ЕВ 6 ИГОЭЗСпВГ РГбфуаИ- рого сигнала-сомножителя, выход вто З бег.-н 5161 йвйв й 64+ВСМ 1 И н 197 Э 47 МЙ