СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована для измерения, контроля и учета электрической энергии.
Из уровня техники известен электронный счетчик электрической энергии с автоматической компенсацией величины смещения (патент ЕПВ № 0134001, 1985г.), содержащий перемножитель, выход которого соединен с входом интегратора и аналоговым выходом устройства компенсации, управляющий выход которого соединен с переключателями, которые через определенные промежутки времени замыкают вход перемножителя на опорный потенциал и шунтируют конденсатор интегратора на время, в течение которого компаратор нулевого напряжения, подключенный к выходу интегратора, так воздействует на устройство компенсации, состоящее из реверсивного счетчика, к выходам которого подключена матрица резисторов, выход которой является аналоговым выходом устройства компенсации, что выходное напряжение интегратора становится равным нулю. Недостатком данного счетчика является зависимость длительности и частоты повторения циклов компенсации от величины смещения и измеряемой мощности. Необходимость обеспечения малой постоянной времени при компенсации величины смещения снижает помехоустойчивость устройства компенсации.
Известен также счетчик (№ 2098835, 1997г.), содержащий датчики напряжения и тока, соединенные с перемножителем-преобразователем, выход которого подключен к микропроцессору, оперативное запоминающее устройство, устройство предоплаты и директивную кнопку, подключенные к микропроцессору, выход которого соединен с дисплеем, и переключающее устройство. Дисплей выполнен содержащим цифровой и мнемонический индикаторы. Последний содержит, по крайней мере, три регистра, отображающие
информацию: первый - о величине потребления электроэнергии в нагрузке потребителя, второй - о наличии и интенсивности расходования оплаченной электроэнергии, а третий - об интенсивности расходования электроэнергии, предоставленной в кредит, и сигнализации об окончании подачи электроэнергии. При этом переключающее устройство выполнено в виде вакуумного выключателя, управляющий привод которого соединен с микропроцессором. К недостаткам данного счетчика можно отнести сложность конструкции.
Наиболее близким по технической сущности является счетчик электроэнергии (патент RU № 2039357, 1995г.), который и выбран в качестве прототипа. Счетчик содержит преобразователи тока и напряжения, переключатель, бестрансформаторный источник питания, перемножитель с дифференциальными входами, ключ, источник опорного напряжения, интегратор, генератор опорной частоты, формирователь импульсов обратной связи и счетчик импульсов. Введение переключателя, запоминающего конденсатора и формирователя импульсов позволяет компенсировать аддитивную погрешность перемножителя. Использование диодного моста в бестрансформаторном источнике питания и дифференциальных выходов перемножителя, а также введение ключа позволяет снизить потребляемую мощность. Недостатком данного счетчика является ограниченное количество выполняемых функций.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей, повышение точности измерений.
Технический результат достигается тем, что в счетчик электрической энергии, содержащий преобразователи тока и напряжения, перемножитель с дифференциальными входами, интегратор, генератор опорной частоты, счетчик импульсов, бестрансформаторный источник питания, дополнительно введены устройство индикации, контроллер индикации, часы, энергонезависимая
память, телеметрический интерфейс, причем роль преобразователей тока и напряжения, перемножителя с дифференциальными входами и интегратора выполняет аналого-цифровой преобразователь, при этом первый вход счетчика импульсов соединен со вторым выходом генератора опорной частоты, первый выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со вторым входом счетчика импульсов, третий вход которого соединен с последовательно соединенными входом-выходом энергонезависимой памяти и вторым входом-выходом часов, первый вход которых соединен со вторым выходом бестрансформаторного источника питания, первый выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, вход телеметрического интерфейса соединен с первым выходом счетчика импульсов, второй выход которого соединен с входом контроллера индикации, выход которого соединен с входом устройства индикации.
На чертеже представлена структурная схема счетчика электрической энергии, где
1 - бестрансформаторный источник питания;
2 - аналого-цифровой преобразователь;
3 - генератор опорной частоты;
4 - часы;
5 - счетчик импульсов;
6 - контроллер индикации;
7 - энергонезависимая память;
8 - телеметрический интерфейс;
9 - устройство индикации.
При этом первый выход бестрансформаторного источника питания 1 соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя 2, первый вход которого соединен с первым выходом генератора опорной частоты 3. Второй выход генератора опорной частоты 3 соединен с первым входом
счетчика импульсов 5, второй выход которого соединен с выходом анало-го-цифрового преобразователя 2, а первый выход счетчика импульсов 5 соединен с входом телеметрического интерфейса. Второй выход счетчика импульсов 5 соединен с входом контроллера индикации 6, выход которого соединен с входом устройства индикации 9. Третий вход счетчика импульсов 5 соединен с последовательно соединенными вторым входом-выходом часов 4 и входом-выходом энергонезависимой памяти 7. При этом первый вход часов 4 соединен со вторым выходом бестрансформаторного источника питания 1.
Питание счетчика осуществляется от бестрансформаторного источника питания 1.
Для преобразования плавно меняющихся величин в схеме счетчика используется аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2 с импульсно-кодовой модуляцией. АЦП производит преобразование аналогового сигнала в четкую последовательность импульсов, частота следования которых изменяется в зависимости от изменения входного сигнала.
Генератор опорной частоты 3 обеспечивает выдачу сигналов заданной частоты для стабильной работы аналого-цифрового преобразователя 2 и счетчика импульсов 5.
Часы 4 выполнены в виде отдельного функционального блока и имеют программную коррекцию хода. Для функционирования часов 4 во время отсутствия питающего напряжения в схеме счетчика предусмотрена литиевая батарея.
Счетчик импульсов 5 представляет собой микропроцессор, работающий в режиме непрерывного счета по заданной программе. Он осуществляет все функции управления и согласования в схеме счетчика электрической энергии: синхронизацию считываемых данных с преобразователя тока и напряжения, считывание данных, занесенных в энергонезависимую память 7, программную коррекцию хода часов 4, режим отображения данных на устройстве индикации 9.
Энергонезависимая память 7 осуществляет хранение данных, сформированных микропроцессором после обработки, до момента их обновления.
Отображение текущих значений потребляемой мощности производит устройство индикации 9, выполненное в виде высококонтрастного жидкокристаллического экрана, управляемого контроллером индикации 6. Контроллер индикации 6 представляет собой дешифратор, изменяющий двоичный код, поступающий со счетчика импульсов, в необходимые значения напряжения для управления устройством индикации и формирования на нем различных буквенно-цифровых и мнемонических символов в зависимости от режима работы счетчика электрической энергии.
Телеметрический интерфейс 8 предназначен для передачи телеметрической информации посредством импульсов, частота которых соответствует частоте энергии, проходящей через счетчик. Его используют для поверки и настройки счетчика.
Предлагаемый счетчик электрической энергии работает следующим образом. При включении счетчика электрической энергии в электрическую сеть бестрансформаторный источник питания 1 преобразовывает напряжение до уровня рабочего (5В), после чего осуществляется питание схемы.
Основным режимом работы счетчика электрической энергии является непрерывный подсчет импульсов, поступающих от аналого-цифрового преобразователя 2, формирование данных с учетом текущего тарифа и запись их в основную память счетчика электрической энергии.
Генератор опорной частоты 3 обеспечивает выдачу сигналов заданной частоты для работы аналого-цифрового преобразователя 2 и счетчика импульсов 5. Счетчик импульсов 5 из энергонезависимой памяти 7 получает исходные данные для работы и накопленные показания, а также информацию о дате и времени из часов 4. После чего счетчик импульсов 5 анализирует полученную информацию и передает на контроллер индикации 6 показания, соответствующие текущему тарифу, которые поступают на устройство
индикации 9, то есть высвечиваются на экране счетчика электрической энергии. Смена тарифа происходит автоматически в зависимости от типа и времени суток, времени года, тарифной зоны. Напряжение и ток поступают на аналого-цифровой преобразователь 2, который анализирует их и выдает последовательность импульсов, частота которых соответствует частоте, проходящей через счетчик электрической энергии. Импульсы анализируются и учитываются счетчиком импульсов 5 по заранее определенной программе, записанной в контроллер индикации 6, а также передаются на телеметрический интерфейс 8.
Конструкция предлагаемого счетчика электрической энергии проста и надежна, позволяет получить высокую точность измерения за счет использования микросхем современной разработки. Наличие внутренних часов и программного управления позволяет расширить функциональные возможности счетчика электрической энергии, а именно, производить автоматическую смену тарифа в зависимости от типа и времени суток, времени года, тарифной зоны.