DE2348667B2

DE2348667B2 - Elektronischer kWh-Zähler

Info

Publication number: DE2348667B2
Application number: DE2348667A
Authority: DE
Inventors: Julius Dr.Rer.Nat. 8501 Rueckersdorf Brunner; Manfred Dipl.-Ing. 8501 Schwarzenbruck Schwendtner; Guenter 8500 Nuernberg Steinmueller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-09-27
Filing date: 1973-09-27
Publication date: 1975-08-14
Also published as: US3953795A; FR2245952B1; DE2348667A1; IT1022330B; NL7411874A; FR2245952A1; AT353887B; ATA719674A; DK466874A; SE7412054L; JPS5062076A; JPS547585B2; NO743133L

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Kilowattstunden-Zähler mit einer oder mehreren nach (dem Prinzip der Impulsdauer-Impulshöhen-Modulation arbeitenden Multiplikationseinrichtung(en) zur Erzeugung eines dem Produkt aus Lastspannung und -strom proportionalen Stroms oder einer diesem Produkt proportionalen Spannung.

Durch die DTPS 18 07 581 ist eine Schaltungsanordnung ;tur Messung elektrischer Energie bekanntgeworden, bei der ein Impulsdauer-Impulshöhen-Modulalions Multiplizierer Verwendung findet, wobei ein von der Spannung gesteuerter Impulsdauer-Pausendauer-ModuJator verwendet ist, der über einen Umschalter die Polarität eines mittels eines Stromwandiers gebildeten, dem Strom proportionalen Signals steuert, so daß der zeitliche Mittelwert dieses Signals dem Produkt aus Spannung und Strom proportional ist. Mit Hilfe eines nachgeschalteten Strom-Frequenz-Wandlers wird eine Impulsfolge mit dem Produkt proportionaler Impulsfol- g₅ gefrequenz zur nachfolgenden Impulszählung gebildet. Normalerweise sind die zweipolig ausgeführten Umschalter durch Transistoren gebildet. Als Impuisdauer-Pausendauer-Modulator wird meist ein solcher verwendet, wie er beispielsweise in der DTPS 15 91963 beschrieben ist, wobei dem Multivibrator zwei gesonderte Stromquellen zugeordnet sind, die aus je einem Transistor bestehen, dessen Kollektor an dem Emitter des zugehörigen Transistors des Multivibrators angeschlossen ist und dessen Emitter über einen Widerstand an einer Batteriespannung liegt, wobei die Basen der beiden Transistoren der Stromquellen mit den beiden Enden der Sekundärwicklung eines Spannungswandlers verbunden sind, dessen Mittelanzapfung an einer konstanten Bezugsspannung liegt.

Wie zuvor !Abgeführt worden ist, besteht der Amplituden-Modulator meist aus zwei im Sekundärkreis eines Stromwandlers liegenden elektronischen Schaltern, deren Steuerelektroden an den Multivibrator gekoppelt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Kilowattstunden-Zähler der eingangs beschriebenen Art zu vereinfachen, ohne daß die Meßgenauigkeit darunter leidei. Der elektronische Kilowattstunden Zähler gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung eines Widerstandsnetzwerkes direkt von der Verbraucherspannung ein dieser proportionaler erster Strom und unter zusätzlicher Verwendung eines invertierenden Verstärkers ein dieser proportionaler zweiter Strom mit einer gegenüber dem ersten Strom entgegengesetzten Polarität und halbierten Momentanwerten abgeleitet werden und daß mit Hilfe eines Schalters, der durch einen vom Verbraucherstrom gesteuerten Impulsdauer-Impulspausen-Modulator betätigt wird, der erste Strom in einem der beiden Schaltzustände des Schalters zum zweiten Strom addiert wird, um als Mittelwert dieses Summenstroms einen dem Produkt aus Laststrom und Lastspannung proportionalen Strom zu erhalten. Auf diese Weise können also der meist erforderliche Spannungswandler zur Herleitung einer der Verbraucherspannung proportionalen Größe und ein Schalter eingespart werden.

Eine weitere Vereinfachung der Schaltung sowie eine Verbilligung kann gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung dadurch vorgenommen werden, daß der Summenstrom so bemessen ist, daß die Lastspannung kleiner als etwa 0,5 V bleibt und daß der erste Strom dem Summationspunkt des ersten und zweiten Stroms über zwei antiparallele Dioden zugeführt wird, deren nicht mit dem Summationspunkt verbundene Anschlüsse über den Schalter an das Bezugspotential der Spannung gelegt sind. Dadurch kann der von den Schaltern des Impulsdauer-lmpulshöhen-Modulations-Multiplizierers herrührende Fehler eleminiert werden, da die Restspannung des einzigen Schalters im leitenden Zustand unkritisch ist. Bekanntlich weisen elektronische Schalter im leitenden Zustand eine nicht unbedeutende Restspannung auf, die temperatur- und alterungsabhängig ist und sich daher ungünstig auf die Meßgenauigkeit des Zählers auswirkt.

Eine weitere Vereinfachung und Verbilligung bei größeren Stückzahlen kann dadurch erzielt werden, daß der vom Verbraucherstrom gesteuerte Impulsdauier-impulspausen-Modulator einschließlich des zugehörigen Schalters als monolithisch integrierte Halbleiterschaltung ausgebildet ist.

An Hand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt sind, wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig.1 ein Prinzipschallbild einer Schaltungsanord-

nung für einen elektronischen Kilowattstunden-Zähler, Fig.2 eine andere Ausführungsvariante der Schaltunggemäß Fig. 1.

Mit R, Sund Tsind die Phasen eines Dr<"hstromneizes bezeichnet. In Fig.l und 2 ist im Prinzip nur der Impulsdauer-lmpulshöhen-Modulations-Multiplizierer 1 für die Phase R dargestellt. Mit 2 ist ein Stromwandler für die Phase Rbezeichnet, dessen Primäarwicklung3 in der Phasenzulei'nng R liegt, während seine Sekundärwicklung 4 einem Impulsdauer-Impulspauseii-Modulator 5 des Impulsdauer-Impulshöhen-Modulations-Muitiplizierers I eine stromproportionale Größe zuführt. Im Gegensatz zu den bekannten elektronischen Kilowatt stunden-Zählern wird der Impulsdauer-Impulspausen-Modulator nicht von der Verbraucherspannung, sondem vom Verbraucherstrom gesteuert.

Von der Verbraucherspannung der Phase R wird direkt, d. h. ohne einen Spannungswandler, über einen Widerstand 6 ein erster Strom /1 abgeleitet. Über einen Widerstand 7 sowie einen invertierenden Verstärker 9 und die Widerstände 10 und 11 wird ein der Verbraucherspannung proportionaler zweiter Strom /2 mit entgegengesetzter Polarität zu dem ersten Strom abgeleitet, der jedoch nur den halben Momentanwert des Stroms /1 besitzt. Die beiden Ströme /1 und 12 werden in einem Punkt 12 summiert, wobei der Strom /1 über einen Schalter 13 geführt wird, der von dem Modulator 5 betätigt wird, wobei während der Einschaltdauer Tl dieses Schalters Ströme /1 und i'2 addiert werden und während dessen Öffnungsdauer 72 nur der Strom /2 fließt. Wie nachstehend bewiesen wird, ist der Mittelwert des Summenstroms /0 dem Produkt aus Laststrom und Lastspannung proportional. An einem Punkt 14, an dem die Summenströme der Phasen S und T angeschlossen sein können, ist in an sich bekannter Weise ein Quantisierer 16 angeschlossen, der in an sich bekannter Weise als Strom-Frequenz-Wandler ausgebildet ist und einen Impulszähler 17 ansteuert.

Unter der Voraussetzung, daß der Strom /1 = k ■ Ur und der Strom H= —'/2 k · LJr ist, beträgt der Mittelwert /ο des Stroms /ο

7 K/1 I- /2) + Γ2/2

7 1 +7 2 ^;

nach Einsetzen der Werte für /1 und 12 ergibt sich

7 1 7'2

2^{k L}"

7Ί H Ti)·

Da der Impulsdauer-Impulspausen-Modulator 5 vom Verbrauchersirom gesteuert wird und deshalb bekanntlich der Klammerausdruck diesem Strom proportional ist, ergibt sich für den Mittelwert des Stroms A>

7„ = \ kk-L_Ri_K.

Dadurch, daß bei der Schaltung gemäß Fig.l der Spannungswandler in Wegfall kommt und nur ein Schalter erforderlich ist, wird eine Verbilligung und Vereinfachung des elektronischen k Wh-Zähiers erzielt.

F i g. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, wobei jedoch wirkungsmäßig gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig.l versehen sind. Die Schaltungsanordnung ist so bemessen, daß die am Punkt 14 anstehend? Lastspannung stets kleiner als etwa 0,5 V bleibt. Ferner wird der erste Strom /1 den Summationspunkt 12 über zwei antiparallelgeschaltete Dioden 18 zugeführt, wobei die nicht mit dem Summationspunkt 12 verbundenen Anschlüsse mit Hilfe des Schalters 13 auf das Bezugspotential 0 der Spannung Ur gelegt werden können. Damit wird nicht nur das Potential des Schalters 13 gegenüber der Schaltung nach Fig.l eindeutig festgelegt, sondern es ist auch die Restspannung des Schalters im leitenden Zustand vollständig ohne Bedeutung.

Zweckmäßigerweise ist der vom Verbraucherstrom gesteuerte Impulsdauer-Impulspausen-Modulator 5 einschließlich des zugehörigen Schalters 13 als monolithisch integrierte Halbleiterschaltung ausgebildet, denn selbstverständlich ist der Schalter 13 gemäß Fig.l und 2 ein kontaktloser Halbleiterschalter.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronischer Kilowattstunden-Zähler mit einer oder mehreren nach dem Prinzip der Impulsdauer-Impulshöhen-Modulalion arbeitenden Multiplikationseinriehtung(en) zur Erzeugung eines dem Produkt aus Lastspannung und -strom proportionalen Stroms oder einer diesem Produkt proportionalen Spannung, dadurch gekennzeichnet, daR unter Verwendung eines Widerstandsnetzwerkes (6, 7, 11) direkt von der Verbraucherspannung (Ur) ein dieser proportionaler erster Strom (/1) und unter zusätzlicher Verwendung eines invertierenden Verstärkers (V, 10) ein dieser proportionaler zweiter Strom (ß) mit einer gegenüber dem ersten Strom (/1) entgegengesetzten Polarität und halbierten Momentanwerten abgeleitet werden und daß mit Hilfe eines Schalters (13), der durch einen vom Verbraucherstrom ,(7/?^ gesteuerten Impulsdauer-Impulspausen-Modulator (5) betätigt wird, der erste Strom (/1) in einem der beiden Schaltzustände des Schalters (13) zum zweiten Strom (12) addiert wird, um als Mittelwert dieses Summenstroms (/0) einen dem Produkt aus Laststrom (Ik) und Lastspannung (Ur) proportionalen Strom zu erhalten.

2. Elektronischer Kilowattstunden-Zähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Summenstrom (/0) so bemessen ist, daß die Lastspannung kleiner als etwa 0,5 V bleibt, und daß der erste Strom (/1) dem Summationspunkt (12) des ersten und zweiten Stroms (/1 und! 12) über zwei antiparallele Dioden (18) zugeführt wird, deren nicht mit dem Summationspunkt (12) verbundene An-Schlüsse über den Schalter (13) an das Bezugspotential (0) der Spannung (UR)ge\egt sind

3. Elektronischer Kilowattstunden-Zähler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Verbraucherstrom (//^gesteuerte Impulsdauer-Impulspausen-Modulator (5) einschließlich des zugehörigen Schalters (13) eine monolithisch integrierte Halbleiterschaltung ist.