Счетчик энергии постоянного токавсесоюзнаяпатентно-] [хнг:^"каябиблиотека

 

283394

ОПИСАН ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ссюэ Советскик

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 02.I I.1970 (№ 1395343/24-7) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 06.Х.1970. Бюллетень № 31

Дата опубликования описания 26.I,1971

Кл. 21е, 21

МПК С Оlг 21/06

УДК 621.317.785.5 (088.8) Комитет по делам иэобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Л вторы изобретения

M. С. Белицкая и Л. Н. Волков

Заявитель

Научно-исследовательский институт постоянного тока

ВСЕСОЮЗНДЯ

ПАТ. Н1НО-t 1.ХИ!Г =."КЦ

БИБЛИО. 2Кд

СЧЕТЧИК ЭНЕРГИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Известные электронные счетчики энергии постоянного тока, основанные на умножении двух дискретных величин, одна из которых является результатом преобразования тока сети во временные интервалы с постоянной частотой следования, а другая пропорциональна напряжешпо сети, не обеспечивают высокой точности учета энергии прп одновременном изменении выходных параметров сети — тока и напряжения.

Целью изобретения является повышение точности учета энергии постоянного тока в условиях эксплуатации при одновременном изменении величины тока и напряжения сети до шестикратного увеличения или уменьшения.

С этой целью счетчик снабжен формирователем длительности дозирующих импульсов с времязадающим конденсатором и двумя транзисторами. Эмиттеры транзисторов генераторов тока преобразователя и интегратора через резисторы и потенциометры подключены к источнику отпирающего напряжения. Входы преобразователя и интегратора напряжения соединены резистором каждый со своим выходом, а выход преобразователя тока с токовым входом интегратора соединен через указанный формирователь длительности позирующих импульсов, входной резистор которого, подключенный вторым концом к*общей точке схемы, зашунтирован диодом со стороны времязадающего конденсатора формирователя. Эмиттер первого транзпсгора формирователя подключен к регулируемому отппрающему напряженшо. Для упрощения схемы и повышения надежности работы счетчика интегратор может быть снабжен транзпсторшлм ключом, эмиттср о-коллекторпый переход которого включен между общей точкой схемы и базой интегратора тока, которая через конденсатор прпсо10 едипена к выходу интегратора и через резистор к плюсу источника питания, соединенного также через резистор с базой ключа. Коллектор генератора тока и соединенная с ним обкладка накопительного конденсатора при15 соединены к минусу источника питания через переход эмиттер — коллектор первого транзистора порогового устройства и соединенные параллельно диод и переход база †эмптт второго транзистора этого устройства.

20 На фпг. 1 изображена блок-схема огшсываемого счетчика: на фиг. 2 и 3 — принципиальная электрическая схема счетчика.

Счетчик состоит из линейного интегратора

1, преобразователя 2 тока сети в частоту сле25 дованпя импульсов, формирователя 8 длит JII IlocTH дозирующих импульсов, электромеханического счетчика 4 и блока питания (на чертежах не показан) .

Интегратор 1 имеет входы 5, 6 и выход 7, 30 соединенный со входом электромеханического

283394 счетчика 4, и содержит транзисторы; ключи 8 и 9, генератор 10 стабильного тока, пороговое устройство на двух транзисторах 11 и 12.

В схему интегратора входят также диод 13, конденсаторы 14 и 15, резисторы 1б — 24, lloтенциометр 25 и терморезистор 2б (см. фиг. 2).

Вход 5 интегратора 1 через резистор 1б соединен с эмиттером транзистора 10 (в дальнейшем Т„и т. д.), коллектор которого соедиНЕН С ЭМИттЕрОМ Т1 И С Одиой ИЗ О6КЛадОК конденсатора 14, подключенного своей второй обкладкой к минусу источника U„„„, Коллектор Т„ присоединен к базе Т1г. Коллекторноэмиттерный переход последнего включен между минусом источника U«, и базой Т», на которую резисТорами 21, 22 подан минус источника. Выход 7 интегратора 1 присоединен к коллектору 71г, а между эмиттером Т« и обшей точкой схемы включен коллекторноэмиттерный переход ключа Т>. Параллельно

ПсрЕХОду баЗа — ЭМПттЕр Т1г ВКЛЮЧЕН дИОд 13 в прямом направлении; база Т«подключена к общей точке схемы через переход коллектор — эмиттер ключа Т,, на базу которого через резистор 19 подан плюс источника U„„,.

Последний через резистор 18 подкл1очеп также к базе Т,о, соединенной конденсатором 15 с выходом 7 интегратора, а через резистор 17 с базой ключа Т, на которую резистором 20 подан минус источника U«.,; на эмпттер генератора Т«подан пл1ос Itclî÷íèêà U„, черсз резистор 24 и потенцпомстр 25, который вместе с источником U„„,, зашуптпровап терморезистором 2б. Вход 5 генератора соединен с его выходом 7 резистором 23. Выход 7 интегратора 1 через конденсатор 27 соединен с управляющим электродом тиристора 28, включенным параллелыю электромеханическому счетчику 29, к обмотке возбуждения которого через, вход,30 подано ппта1ощсе синусопдальное напряжение. Преобразователь

2 так же как и интегратор 1 содержит генератор стабильного тока 7 ;», пороговое устройство на двух транзисторах 7;I»t Т», накопительный конденсатор 84 It источник питания

U,,, Преобразователь имеет вход 85, выход

Зб, резисторы 87 — 41, потенциометр 42 и терморезистор 48. Соединение этих элементов подобно соединению аналоп1чных элементов интегратора 1. Резистор 40 вкл1очен между входом 85 преобразователя 2 и его выходом

Зб. База транзистора 81, коллектор которого соединен с одной из обкладок конденсатора

84, непосредственно подключена к общей точке схемы. Преобразователь 2 подкл1очен к интегратору I через формирователь 3. Соединяются эти блоки с помощью диода 44 и конденсатора 45, обе обкладки которого через соответствующие резисторы 4б и 47 присоединены к общей точке схемы.

Формирователь 8 состоит из времяз u;Itotuего конденсатора 48, транзисторов 49 и 50, резисторов 51 — 54, потенциометра 55 и собран по схеме ждущего мультпвибратора. Для компенсации пзме1ения емкости конденсатора 48

7 оп, оп, ° э + (U — U „)сЯ, 45

Usx, оп, оп )с1х п + и 1вх, где R, — сопротивление резистора ченного в цепь эмиттсра

87, То1.

Преобразователь 2 не обеспечивает прямой пропорциональности между частотой импульсов 1 „на его выходе 86 и величиной преобразуемого напряжения (аналогпчпо ннтегра55 тору). Это обусловливается, во-первых, наличием интервала f„, который хотя и зависит от папря>кения U,„,, однако эта зависимость носит характер противоположный тому, который требуется для обеспечения указанной вы6О шс прямой пропорциональности (с ростом

U„,, t ðàñTcT из-за разряда накопительного конденсатора током Т„, который при U„„„+ 0 всегда открыт). Кроме того, непостоянство t

65 приводит к систематическим погрешностям при нагреве одна из его обкладок через диод

5б соединена с общей точкой схемы. Для точной подгонки длительности дозирующих импульсов эмиттер Т» через резистор 54 и по5 тенциометр 55 подключен к плюсу источника

U,,. Выход 57 формирователя 3 через резистор 58 соединен со входом б интегратора 1.

Схема работает следующим образом.

На вход 5 интегратора l подается напря10 жение U»„пропорциональное напряжению Ь сети (от 0 до 10 в), на вход 35 преобразователя 2 — напряжение U», (от 0 до 3 в), пропорциональное току сети.

Если эти напряжения отсутствуют, то Т»

l5 подготовлен к включению, остальные транзиt"ropl1 закрыты. При этом напряжение на конденсаторе 34 преобразователя 2 равно нулю, а обе обкладки конденсатора относительно общей точки схемы имеют потенциал, равный

20 IIBIIPII>Kel»tlo tscTочника Уп,, (Upper, ). В чае подачи на вход 35 напряжения U,„, черсз генератор „31 начинается линейный заряд конденсатора,34 от напряжения Уо„ до Uon, которые явля1отся результатом деления на25 пряжения U„,,: (7о„, — на резисторах 38, 39 при закрытых Т1г и Т ;;, U®„— на резисторе 39 и переходе эмпттер — коллектор при открытых

Т;г и Тпо Когда при закрытых Тзг и Т33 напри>кснис па нижней обкладке конденсатора 84

ЗО достигает напря>кения У,„,, Т,-, и 7 .„откры« IIolcs»1 конденсатор 34 начинает разряжаться;1о напряжения U„, .

В моме1гг сраигс пя напряжения на конденсаторе 84 с опорным U,„, Т» и Т,, закры35 1гаются и цикл повторяется. При этом на выходе Зб преобразователя возникают прямоугольные отрицательные импульсы, длительность которых 1„соответствует времени разряда конденсатора 34, а длительность пери4о ода и частота следования соответственно равI I Ы:

283394

10 ап, ап,, 1 ! п,Х А, 55

65 счетчика. Во-вторых, входные характеристики

Т,4 не строго линейны и ток в цепи его эмиттера оказывается ие прямо пропорциональ вх, ным U» (отношение растет гораздо ! э быстрее, чем U„„,). Влияние интервала времени ра. ряда конденсатора 84 на частоту выходиы: импульсов компенсируется резистором

40, с помощью которого автоматически регулируегся величина опорного напряжения U,, в зависимости от величины входного напряжения U», (чс;r больше U»,, тем меньше абсолютное значение U ) .

С целью стабилизации длительности импульсов 1„ последние с выхода 86 поступают на формирователь 8. Формирователь 8 работает в режиме ждущего мультивибратора.

При отсутствии импульсов t„ оба его транзистора открыты, и на выходе 57 имеется отрицательное напряжение, примерно равное напря>кению источника U„,, При появлении импульса („Т49 и Т,» закрываются, и иа выходе 57 возникает поло5кительиый перепад напряжения до /, U„,, Это напряжение остается постоянным в течение времени

t„=-300 яксек. Импульсы !и повторяются с частотой 7и а Нх длительность стабили. зирована с точностью 0,01% в сутки.

Высокая стабильность длительности дозирующих импульсов достигается включением на входе формирователя диода 56. При этом цепь разряда конденсатора 48 состоит из диода 56 и резистора 47. Благодаря указанному включению диода 56 иосто5ншал времени цепи разряда ири изменении температуры внешней среды практически ие изменяется, так как сопротивление диода 56 и емкость конденсатора 48 при нагреве изменяются в и1)отивоположных наиравлеltll5lx. ДЛ я уcTpа пения нелинейной зависимости f„=/ (U><,), обусловленной нелииейностью Bxollttt lx x3рактеристtIK генератора то1<3 81 Ita эмиттеп последнего подано регулируемое положительное смещение, величина которого выбирается та«, чтобы paooTa celtepaTopa I or

rIе поcToÿrlrtbtм ToKoì, 3 имllх лbc3ми.

При наличии U», и отсутствии U„„„, T» и

Т, интегратора 1 закрыты, à Ти открыт благодаря смещениям иа базах упомянутых транзисторов, полученным как сумма напряжений, являющихся результатом делеllllll Ilallpttrl

50 иия источника U„,, резисторами 20, 17, 1$ и напряжения источника Ugg, резисторами 18, 17 и 20, сумма этих напряжений больше нуля; для Tp - напряжения источника U„, резисторами 58 и !9 и напряжения U„, резистор; ми 19 и 58, эта сумма меньше нуля; для

79 — напряжения источника У,а, резисторами 20 и 17, 18 и U„p, 18, 17 It 20, сумма этих

It3ир tæcíèII больше нуля.

При открытом Т, напряжение на эмиттсрс

Т„равно нулю, и поэтому несмотря иа то, по U», 0, конденсатор 14 не заряжается.

15лагодаря этому исключается дополнительный иодзаряд накоиигельного конденсатора 14 остаточным током закрытого Т«. При появлении на входе б интегратора 1 импульсов 1„ напряжение иа базе Т9 становится положительным и Тп открывается, подключал тем самым оазу Т„и плюс источника UÄp, через резистор 18 к общей точке схемы. В этом случае Ts закрывается, Tto открывается и через его эмиттерно-коллекторный переход конденсатор !4 заряжается импульсом тока, амплитуда которого пропорциональна напряжению ссти ((- „, ), а длительность !и — .оку сети (U», ). Процесс заряда конденсатора 14 длится до тех пор, пока напряжение на нем не с1аиовится равным напряжешно Upg полу1и чеипому как результат деления напряжения

U„„,, иа резисторах 21, 22 и действующему иа базе Т„при закрытых TI, и Т,2. При этом

7 „и Т, открываются, и конденсатор 14 разряжается через открытыс переходы 7 1, и Т, II tДИОД 18 ДО ИаИРЯжЕИИЯ Up Уиа,, ДЕйСт2и вующсго в этом случае иа базе Т5ь Диод 18 с ществсиио уменьшает время (-в 30 раз) зарядя Koll;tettcaTopa !4, и шуитирул переход база — эмиттер Т в, одновременно уменьшает при длительной работе интегратора иагре этого транзистора гоком благодаря уменьшению времгчш разряда. Зто способствует уменьшению систематическиx ногperllllocTell счет шК;I.

Длл об<спечеиия этого в широком диапазоII< изменения напряжения U„„., вход 5 интегратора 1 резистором 28 присоединен и базе транзистора 1!. B этом случае величина Up„, изменяется с изменением С!», так, что отношение где !„, — амплитуда импульса тока заряда коид<.tlciITopa, несколько умсшииаетсл с ростом U», и это позволяет скомпенсировать увели IClllle времени разряда, имеющее место

rIptr увеличении U, При малой частоте дозирующих импульсов

tI;I входе б или малых значениях Itallptt» ения

У»,, процесс заряда конденсатора 14 llpoTOкает медленно и время сраоатываиил интегратора велико (14 сек) .

283394

В этом случае напря кенпе на конденсаторе

14 постепенно приближается к значению напряжения U,„ Il момент сравнения этих на1и пряжешш неустойчив, Для четкой работы порогового устройства (T„, Т,>) при малой «астоте и амплитуде дозирующих импульсов с базы Т„на базу Т„через конденсатор 15 1!оданы синхронизирующпе импульсы, совпадающие IIQ времени с началом дозпрующих импульсов на входе б. Амплитуда сппхропизирующих импульсов постоянна и не зависит от их частоты следования и амплитуды U„„, Эти импульсы заставляют срабатывать пороговое устройство интегратора в момент, ближайший к моменту сравнения, независимо от скорости заряда конденсатора 14.

Выходные импульсы интегратора, получакщиеся в результате двух сравнений напряжения на конденсаторе 14, с выхода 7 поступают на электромеханический счетчик, который подсчитывает энергию сети.

Предмет изобретения

1. Счетчик энергии постоянного тока, содержащий блок питания, счетное устройство, а также полупроводниковый преобразователь тока в частоту следования импульсов и линейный IIIITPcP ITQP IIBIIPIIiKcIIIIB, каждый которых состоит из генератора стабильного тока на транзисторе, накопительного конденсатора и порогового устройства на двух транзисторах, отли lQIotlt!Iticÿ тем, что, с целью повышения точности учета в пшроком диапазоне изменения тока и напряжения контролнрусмой сети, счетчик снабжен формирователем длительности дозирующих импульсов с времязадающим конденсатором и двумя транзисторами, эмпттеры транзисторов генераторов

5 тока преобразователя н интегратора через рсзисторы и потснцнометры подкл1очены к исто-шику отппрающего напряжения, входы преобразователя и интегратора напряжения соединены резистором ка кдый со своим вы10 ходом, а выход преобразователя тока с токовым входом интегратора соединен через указанный формирователь длительности дозирующих импульсов, входной резистор которого, подключенный вторым концом к общей точке

15 схемы, зашунтирован диодом со стороны времязадающего конденсатора формирователя, а эмпттер первого транзистора формирователя подключен к регулируемому отпирающему напряжению.

20 2. Счетчик по и. 1, отлича1о1и11йся тем, что, с целью упрощения схемы и повышения наде>кности работы счетчика, интегратор снабжен транзисторным ключом, эмиттерно-коллекторный переход которого включен между

25 общей точкой схемы и базой генератора тока, которая через конденсатор присоединена к выходу интегратора и через резистор к плюсу источника питания, соединенного также через резистор с базой ключа, а коллектор ге30 ператора тока и соединенная с ним обкладка накопительного конденсатора присоединены к минусу источника питания через переход эмиттер — коллектор первого транзистора порогового устройства и соединенные параллельно

35 диод и переход база — эмптгер второго транзистора этого устройства.

283304 иса

Фиг.З

Составитель И. Днепровская

Редактор В. С. Левятов

Корректор Л. В. Юшина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 4027/19 Тираж 480 Подписное

Ц1-1ИИ11И Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4i5