CH628146A5

CH628146A5 - Measuring instrument for measuring the power consumption in a single- or multi-phase electrical system

Info

Publication number: CH628146A5
Application number: CH1620977A
Authority: CH
Inventors: Miran Milkovic
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1976-12-29
Filing date: 1977-12-29
Publication date: 1982-02-15
Also published as: JPS53101477A; DE2757595A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Messgerät zum Messen der in einem einphasigen oder mehrphasigen elektrischen System verbrauchten Energie. The invention relates to a measuring device for measuring the energy consumed in a single-phase or multi-phase electrical system.

Die Erfindung bezieht sich auf das Messen der elektrischen Energie in der Grössenordnung von beispielsweise Kilowattstunden in einem elektrischen System. Die elektrische Energie in The invention relates to the measurement of electrical energy in the order of, for example, kilowatt hours in an electrical system. The electrical energy in

Kilowattstunden (kWh) wurde und wird weiterhin mit einem eine rotierende Scheibe aufweisenden Zähler gemessen, deru. a. in dem «Electrical Meterman's Handbook», Kapitel 7,7. Auflage, veröffentlicht 1965 durch Edison Electric Institute, beschrieben ist. Die im folgenden beschriebene Erfindung stellt eine Abweichung von der Methode und der Vorrichtung dar, die beim Induktionszähler mit Läuferscheibe verwendet wird. Zusätzlich sind in der Instrumenten- und Zählertechnik Systeme bekannt, die elektronische und Festkörpervorrichtungen zum Messen von Leisten und Arbeit verwenden. Ein Beispiel eines derartigen Systems ist in der US-PS 3 951 138 beschrieben. In einer derartigen Einrichtung ersetzen die elektronischen und Festkörpervorrichtungen die übliche Läuferscheibe. Somit werden in bekannten Systemen der durch eine Leitung fliessende Strom und die über einer Lastimpedanz, die mit der Leitung verbunden ist, anliegende Spannung jeweils abgetastet, und diese Parameter darstellende Signale sind mit einem Impulsbreiten* Amplitudenmultiplizierer verbunden. Der Multiplizierer erzeugt ein Ausgangssignal, das dem Produkt der abgetasteten Spannung und des Stromes proportional ist. Dieses Signal wird dann durch ein Tiefpassfilter gemittelt, um eine Gleichspannung mit einer Amplitude zu liefern, die der gesamten Durchschnittsleistung des elektrischen Systems proportional ist. Diese Gleichspannung wird durch einen Analog/Impulsfolgewandler in eine Impulskette umgewandelt, die eine variable Signalfolgegeschwindigkeit f aufweist, die der mittleren Leistung in dem System proportional ist, wobei jedes Ausgangsimpulssignal eine konstante quantifizierte Menge an elektrischer Energie darstellt. Die Ausgangsimpulskette wird dann mit einem Anzeigemechanismus gekoppelt, der beispielsweise einen Zähler oder ein Register aufweisen kann, das übliche Sammel-, Speicher- und Anzeigefunktionen ausführt. Ein Beispiel eines derartigen Kilowattstundenzählers ist in der US-PS 3 961 257 beschrieben. Jedoch weist keines dieser bekannten elektronischen Messsysteme eine interne Fehlerkorrektureinrichtung zum Korrigieren eines Fehlers in dem Zähler auf. Kilowatt hours (kWh) was and is still measured using a counter with a rotating disc. a. in the “Electrical Meterman's Handbook”, chapter 7.7. Edition published in 1965 by the Edison Electric Institute. The invention described below represents a deviation from the method and the device used in the induction counter with a rotor disk. In addition, systems are known in instrument and counter technology that use electronic and solid-state devices for measuring strips and work. An example of such a system is described in U.S. Patent 3,951,138. In such a device, the electronic and solid state devices replace the usual rotor disk. Thus, in known systems, the current flowing through a line and the voltage across a load impedance connected to the line are each sampled, and signals representing these parameters are connected to a pulse width * amplitude multiplier. The multiplier produces an output signal that is proportional to the product of the sensed voltage and current. This signal is then averaged through a low pass filter to provide a DC voltage with an amplitude proportional to the overall average power of the electrical system. This DC voltage is converted by an analog / pulse train converter into a pulse train having a variable signal rate, f, which is proportional to the average power in the system, each output pulse signal representing a constant quantified amount of electrical energy. The output pulse train is then coupled to a display mechanism, which may have, for example, a counter or a register, which performs the usual collection, storage and display functions. An example of such a kilowatt hour meter is described in U.S. Patent 3,961,257. However, none of these known electronic measuring systems has an internal error correction device for correcting an error in the counter.

Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Messgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem auch eine Fehlerkorrektur im Messgerät vorgesehen ist. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a measuring device of the type mentioned at the outset, in which an error correction is also provided in the measuring device.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is achieved by the features specified in the characterizing part of the first claim. Advantageous embodiments are specified in the dependent claims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention will now be explained in more detail with reference to the following description and the drawings.

Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild von einem einphasigen elektronischen Kilowattstundenzähler; 1 is a schematic block diagram of a single phase electronic kilowatt hour meter;

Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild von einem mehrphasigen elektronischen Kilowattstundenzähler. Figure 2 is a schematic block diagram of a multi-phase electronic kilowatt hour meter.

In Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das elektrische System, in dem Leistung und Energie bzw. Arbeit durch das Messgerät gemäss der Erfindung gemessen werden kann, kann irgendeinen Aufbau besitzen und beispielsweise ein übliches Leistungsverteilungssystem mit einer Netzfrequenz von 50 bzw. 60 Hz enthalten. Die Spannung in dem System wird durch einen Spannungstransformator 11 abgetastet. Der Strom in dem System wird durch einen Stromtransformator 13 gemessen. Der Spannungstransformator 11 weist eine erste Sekundärwicklung 15 auf, über der ein analoges Signal Vx entwickelt wird, das proportional zu der Spannung V in dem elektrischen System ist. Diese Spannung ist an die Klemmen A und B von Schaltern 17 bzw. 19 angelegt. Eine zweite Sekundärwicklung 21 des Transformators 11 entwickelt eine Spannung, die mit einer Leistungs-einspeisung23 in Verbindung steht. Die Leistungseinspeisung 23 enthält einen Gleichrichter und ein Filter und liefert eine Vielzahl von Ausgangsgrössen zur Speisung entsprechender aktiver Schaltungskomponenten in den Zähler. 1 shows a schematic block diagram of a preferred exemplary embodiment of the invention. The electrical system, in which power and energy or work can be measured by the measuring device according to the invention, can have any structure and, for example, contain a conventional power distribution system with a network frequency of 50 or 60 Hz. The voltage in the system is sensed by a voltage transformer 11. The current in the system is measured by a current transformer 13. The voltage transformer 11 has a first secondary winding 15, over which an analog signal Vx is developed, which is proportional to the voltage V in the electrical system. This voltage is applied to terminals A and B of switches 17 and 19, respectively. A second secondary winding 21 of the transformer 11 develops a voltage which is connected to a power supply 23. The power feed 23 contains a rectifier and a filter and supplies a large number of output variables for feeding corresponding active circuit components into the counter.

3 628 146 3,628,146

In dem in Fig. 1 dargestellten Zustand ist der Schaltarm 25 des Grösse proportional zu dem in dem System abgetasteten Strom, In the state shown in FIG. 1, the switch arm 25 is proportional in size to the current sensed in the system,

Schalters 17 mit der Klemme A geschlossen, während der aber 180° phasenverschoben zueinander. Die Spannung Vy hat Switch 17 closed with terminal A, but during the 180 ° out of phase with each other. The voltage has Vy

Schaltarm 27 des Schalters 9 mit der Klemme A verbunden ist. im wesentlichen die gleiche Phase wie der Strom in dem System. Switch arm 27 of the switch 9 is connected to the terminal A. essentially the same phase as the current in the system.

Somit koppelt der Schalter 17 die analoge Spannung Vx mit dem Es ist ersichtlich, dass der Schalter 55 dazu dient, entweder die einen Eingang der Vergleichsschaltung 29 über einen Widerstand 5 Spannung Vy oder — Vy an den Eingang der Integratorschaltung 31. Die andere Eingangsgrösse in die Vergleichseinrichtung 29 ist 63 zu legen, was von der Ausgangsgrösse der Vergleichseinrich- Thus, the switch 17 couples the analog voltage Vx to the. It can be seen that the switch 55 serves to either use one input of the comparison circuit 29 via a resistor 5 voltage Vy or - Vy to the input of the integrator circuit 31. The other input variable in Comparator 29 must be placed 63, which depends on the output size of the comparator.

eine relativ hochfrequente dreieckförmige Welle, die durch tung 29 abhängt. Wenn beispielsweise die Ausgangsgrösse der einen Dreieckswellengenerator 33 erzeugt wird, wobei dieses Vergleichseinrichtung 29 hoch ist, ist der Schaltarm 65 des a relatively high-frequency triangular wave, which depends on device 29. If, for example, the output variable of a triangular wave generator 33 is generated, this comparison device 29 being high, the switching arm 65 is the

Signal der Vergleichseinrichtung 29 über den Eingangswider- Schalters 55 mit der Netzleitung 61 verbunden; wenn dagegen die stand 35 zugeführt wird. io Ausgangsgrösse der Vergleichseinrichtung 29 klein ist, ist der Signal of the comparator 29 connected to the power line 61 via the input resistor switch 55; if, on the other hand, the stand 35 is fed. io output size of the comparator 29 is small

Der Dreieckswellengenerator 33 enthält einen Integrator, der Schaltarm 65 mit der Leitung 59 verbunden. The triangular wave generator 33 contains an integrator, the switching arm 65 connected to the line 59.

einen Verstärker 37 aufweist, dessen gleichphasiger Eingang Der Integrator 63 besitzt einen üblichen Aufbau und enthält has an amplifier 37, the in-phase input of the integrator 63 has a conventional structure and contains

über einen Widerstand 39 geerdet bzw. an Masse gelegt ist und einen Verstärker 67, dessen gleichphasiger Anschluss über einen dessen invertierter Eingang mit dem Ausgang eines Flipflop 41 Widerstand 69 mit Erde bzw. Masse verbunden ist und der is grounded or connected to ground via a resistor 39 and an amplifier 67, the in-phase connection of which is connected via an inverted input thereof to the output of a flip-flop 41, resistor 69 to ground or ground, and the

über einen Widerstand 43 verbunden ist. Ein Rückkopplungs- 15 zusätzlich einen Rückkopplungskondensator 71 aufweist. Die kondensator 45 ist zwischen den invertierten Eingang des Ver- Eingangsgrösse in den Integrator 63 ist ein zerhacktes analoges stärkers 37 und dessen Ausgang geschaltet, um dadurch eine Signal mit einer augenblicklichen Amplitude, die dem in dem is connected via a resistor 43. A feedback 15 additionally has a feedback capacitor 71. The capacitor 45 is connected between the inverted input of the input variable in the integrator 63 is a chopped analog amplifier 37 and its output, in order thereby to produce a signal with an instantaneous amplitude which corresponds to that in the

übliche Integratorschaltung zu bilden .Der Ausgang des Integra- elektrischen System gemessenen Strom proportional ist, und die tors ist mit dem Eingang der Vergleichsschaltung 29 über einen Dauer des zerhackten Abschnitts der Welle ist proportional zur Usual integrator circuit to form. The output of the integra-electric system measured current is proportional, and the tors is proportional to the input of the comparison circuit 29 over a duration of the chopped section of the wave

Widerstand 35 verbunden und ist ferner über einen Widerstand 20 Grösse der Spannung in dem System. Somit ist die Eingangsspan- Resistor 35 connected and is also via a resistor 20 magnitude of the voltage in the system. Thus the input span

49 mit dem Impulsgeber 47 verbunden. Der Impulsgeber enthält nung in den Integrator 63 proportional zu der in dem elektrischen eine erste Vergleichsschaltung 51 und eine zweite Vergleichs- System verbrauchten Leistung. Die Ausgangsgrösse des Integra-schaltung 53. Der andere Eingang der ersten Vergleichsschaltung tors ist ein Signal, das der in dem elektrischen System verbrauch- 49 connected to the pulse generator 47. The pulse generator contains voltage in the integrator 63 in proportion to the power consumed in the electrical a first comparison circuit 51 and a second comparison system. The output of the integra circuit 53. The other input of the first comparator circuit is a signal which is consumed in the electrical system.

51 liegt an einer festen positiven Spannung Vp und der andere ten Energie proportional ist. Dieses Signal wird durch eine 51 is due to a fixed positive voltage Vp and the other energy is proportional. This signal is given by a

Eingang der Vergleichsschaltung 53 liegt an einer konstanten 25 Impulserzeugerschaltung 73 in eine Impulskette umgewandelt, Input of the comparison circuit 53 is converted to a pulse train at a constant 25 pulse generator circuit 73,

negativen Spannung Vn. Die Ausgangsgrössen der Vergleichs- Dieser Impulsgeber 73 ist etwa ähnlich dem Impulsgenerator 47 negative voltage Vn. The output quantities of the comparison- This pulse generator 73 is approximately similar to the pulse generator 47

Schaltungen 51 und 53 sind so verbunden, dass sie die Eingänge in dem Dreieckswellengenerator33. Somit enthält der Impuisge- Circuits 51 and 53 are connected to have the inputs in the triangular wave generator 33. Thus, the impulse

des Flipflops 41 setzen bzw. zurücksetzen. nerator Vergleichseinrichtungen 75 und 77 und ein Flipflop 79. of the flip-flop 41 set or reset. generator comparison devices 75 and 77 and a flip-flop 79.

Im Betrieb sei angenommen, dass der Integrator in positiver Der Ausgang des Integrators ist über einen Widerstand 81 mit Richtung nach oben integriert, d. h. er erzeugt den positiv 30 jedem der Vergleichseinrichtungen 75 und 77 verbunden. Eine werdenden Abschnitt der Dreieckswelle. Wenn die Ausgangs- konstante positive Spannung Vp ist an den anderen Eingang der Spannung des Integrators den Spannungspegel Vp erreicht, Vergleichseinrichtung 75 gelegt, und eine konstante negative erzeugt die Vergleichseinrichtung 51 einen Ausgangsimpuls, um Spannung V„ ist an den anderen Eingang der Vergleichseinrich-das Flipflop 41 zu setzen. Dadurch wird am Ausgang des Flipflop tung 77 gelegt. Der Ausgang der Vergleichseinrichtung 75 ist mit 41 ein Impuls entwickelt, der bewirkt, dass der Integrator nach 35 dem Setzeingang des Flipflop 79 und der Ausgang der Ver-unten zu integrieren beginnt. Wenn der Integrator nach unten gleichseinrichtung 77 ist mit dem Rücksetzeingang der Verintegriert. d. h. eine Ausgangsspannung erzeugt, die in negativer gleichseinrichtung 79 verbunden. In operation it is assumed that the integrator is positive. The output of the integrator is integrated via a resistor 81 with an upward direction. H. it generates the positive 30 connected to each of the comparators 75 and 77. An expectant section of the triangular wave. When the output constant positive voltage Vp at the other input of the voltage of the integrator reaches the voltage level Vp, comparator 75 is applied, and a constant negative comparator 51 generates an output pulse to voltage V "is at the other input of the comparator-that To set flip-flop 41. Characterized 77 is placed at the output of the flip-flop. The output of the comparator 75 has a pulse developed at 41, which causes the integrator after 35 to start integrating the set input of the flip-flop 79 and the output of the bottom. When the integrator is equalized downward 77 is integrated with the reset input. d. H. generates an output voltage which is connected in negative equalizer 79.

Richtung verläuft, wird der negativ werdende Abschnitt der Im Betrieb sei angenommen, dass der Integrator 63 in positi-Dreieckswelle erzeugt. Wenn der Integrator eine Ausgangsspan- ver Richtung integriert. Wenn die Spannung am Ausgang des nung liefert, die den Pegel Vn erreicht, erzeugt die Vergleichsein- 40 Integrators gleich Vp ist, liefert die Vergleichseinrichtung 75 ein richtung 53 ein Ausgangssignal zum Zurücksetzen des Flipflop Ausgangssignal zum Setzen des Flipflop 79. Somit wird ein 41. Wenn dies auftritt, wird der Ausgang des Flipflop 41 umge- Impuls erzeugt, der einer Aufzeichnungs- und Anzeigevorrich-schaltet, um zu bewirken, dass der Integrator wieder nach oben tung 83 zugeführt wird, die einen üblichen Aufbau besitzt. Zur integriert. Dieser Zyklus wiederholt sich mit einer günstigen gleichen Zeit wird der Ausgangsimpuls zu den Schaltern 17 und schnellen Geschwindigkeit im Vergleich zur Frequenz der Netz- 45 19 rückgekoppelt, um dadurch zu bewirken, dass sich die Schaltspannung in dem elektrischen System. Beispielsweise kann in arme 25 bzw. 27 mit den Kontakten B schliessen. Dadurch dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Netzspannung die werden die Eingangsverbindungen zu der Vergleichseinrichtung übliche Netzfrequenz von 50 bzw. 60 Hz in elektrischen Vertei- 29 umgekehrt bzw. ausgetauscht, so dass nun die Dreieckswelle lungssystemen haben. In einem derartigen Fall erzeugt der mit dem gleichphasigen Eingang der Vergleichseinrichtung ver-Dreieckswellengenerator 33 vorzugsweise eine Dreieckswelle 50 bunden und die analoge Spannung Vx mit dem ungleichphasigen mit einer Frequenz von etwa 10 kHz. Eingang der Vergleichseinrichtung verbunden ist. Somit wird am Direction, the negative going section is assumed that in operation it is assumed that the integrator 63 generates in a positive triangular wave. When the integrator integrates an output span direction. If the voltage at the output of the voltage reaches the level Vn, the comparator generates integrator 40 is equal to Vp, the comparator 75 supplies a device 53 with an output signal for resetting the flip-flop output signal for setting the flip-flop 79. When this occurs, the output of the flip-flop 41 is generated a reverse pulse which switches a recording and display device to cause the integrator to be fed back upward 83, which has a conventional structure. For integrated. This cycle repeats at a convenient same time, the output pulse is fed back to the switches 17 and fast speed compared to the frequency of the mains 45 19, thereby causing the switching voltage in the electrical system. For example, in arms 25 or 27, contacts B can be used. As a result of the preferred embodiment, the mains voltage, the input connections to the comparison device, the usual mains frequency of 50 or 60 Hz are reversed or exchanged in electrical distributions, so that the triangular wave systems now have. In such a case, the triangular wave generator 33 connected to the in-phase input of the comparison device preferably generates a triangular wave 50 and the analog voltage Vx with the out-of-phase with a frequency of approximately 10 kHz. Input of the comparison device is connected. Thus on

Die Ausgangsgrösse der Vergleichseinrichtung 29 ist eine Eingang des Integrators 63 ein vorwiegend positiv werdendes The output variable of the comparison device 29 is an input of the integrator 63 which is predominantly positive

Impulskette, wobei jeder Impuls eine Zeitdauer hat, die der Signal geliefert und demzufolge beginnt der Integrator in negati- Pulse chain, where each pulse has a length of time that the signal delivered and consequently the integrator begins in negative

augenblicklichen Amplitude der Netzspannung in dem gemesse- ver Richtung zu integrieren. Wenn die Ausgangsgrösse des nen elektrischen System proportional ist. Die Ausgangsgrösse 55 Integrators auf den negativen Spannungswert Vn abfällt, liefert der Vergleichseinrichtung 29 ist somit ein Impulsbreiten-modu- die Vergleichsschaltung 77 einen Ausgangsimpuls zum Zurück- to integrate the instantaneous amplitude of the mains voltage in the measured direction. When the output of an electrical system is proportional. The output variable 55 integrator drops to the negative voltage value Vn, thus provides the comparison device 29 with a pulse width module. The comparison circuit 77 provides an output pulse for

liertes Signal mit einer Dauer, die der Netzspannung V propor- setzen des Flipflop 79. Dies hat ein Ausgangssignal zur Folge, das tional ist. Dieses Signal ist mit einer Schalteinrichtung 55 gekop- die Kontaktarme 25 und 27 der Schalter 17 bzw. 19 wieder mit pelt, die. wie dargestellt ist, einen mechanischen Aufbau besitzt. den Anschlussklemmen A verbindet. Der Zyklus wiederholt sich gated signal with a duration that is proportional to the mains voltage V of the flip-flop 79. This results in an output signal that is functional. This signal is coupled with a switching device 55- the contact arms 25 and 27 of the switches 17 and 19 again with pelt. as shown, has a mechanical structure. connects the connection terminals A. The cycle repeats itself

Es sei jedoch bemerkt, dass der Schalter 55 auch irgendein 60 dann selbst. Somit werden während des Integrationsprozesses geeigneter bekannter Elektronikschalter sein kann. Der Schalter nach oben und unten die Fehlersignale aufgrund von Verset- However, it should be noted that the switch 55 may also be any 60 itself. Thus, suitable known electronic switches may be used during the integration process. The switch up and down the error signals due to offset

55 dient als eine multiplizierende Einrichtung. Zungsspannungen, die aus dem Integrationsprozess resultieren. 55 serves as a multiplier. Tongue tensions resulting from the integration process.

Der Sekundärwickler 14 des Stromtransformators 13 ist ein ausgemittelt. Dies verbessert den dynamischen Bereich des mit einer Mittelanzapfung versehener Widerstand 57 parallel beschriebenen elektronischen Kilowattzählers. The secondary winder 14 of the current transformer 13 is averaged. This improves the dynamic range of the resistor 57, which is provided with a center tap and is described in parallel with an electronic kilowatt counter.

geschaltet. Die Mittelanzapfung des Widerstandes 57 ist mit Erde 65 In Fig. 2 ist ein mehrphasiges Kilowattmesssystem gezeigt, switched. The center tap of the resistor 57 is connected to earth 65. A multiphase kilowatt measuring system is shown in FIG.

bzw. Masse verbunden, so dass eine erste analoge Spannung Vy Insbesondere ist das Messsystem gemäss Fig. 2 so aufgebaut, or ground connected so that a first analog voltage Vy. In particular, the measuring system according to FIG. 2 is constructed in such a way that

auf einer Leitung 59 und eine zweite analoge Spannung — Vy auf dass Leistung in einem dreiphasigen System gemessen wird. Der einer Leitung 61 gebildet wird. Diese Spannungen sind in ihrer Kilowattstundenzähler enthält drei Spannungstransformatoren on a line 59 and a second analog voltage - Vy to measure power in a three-phase system. A line 61 is formed. These voltages are in their kilowatt hour meter which contains three voltage transformers

628 146 628 146

25 25th

11, 11' und 11" und drei Stromtransformatoren 13,13' und 13" zum Abtasten der Spannung und des Stromes in jeder der drei Phasen des mehrphasigen Systems. Wie in dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 enthält jeder Spannungstransformator eine Sekundärwicklung 15.15' und 15", die an dem einen Ende 5 11, 11 'and 11 "and three current transformers 13, 13' and 13" for sensing the voltage and current in each of the three phases of the multi-phase system. As in the exemplary embodiment according to FIG. 1, each voltage transformer contains a secondary winding 15.15 'and 15 ", which has 5 at one end

geerdet bzw. an Masse gelegt und mit dem Anschluss A von Schaltern 17,17' und 17" und mit dem Anschluss B von Schaltern 19,19' bzw. 19" an dem anderen Ende verbunden ist. Zusätzlich enthält jeder Spannungstransformator eine zweite Sekundärwicklung 21 , deren Ausgang mit einer Leistungsquelle 23 verbun-10 den ist. Die von den Sekundärwicklungen 21 gelieferten Spannungen werden summiert, gleichgerichtet und gefiltert, um zahlreiche Ausgangsgleichspannungen zu liefern zum Speisen der aktiven Schaltungselemente in dem Messsystem. is grounded or connected to ground and connected to connection A of switches 17, 17 'and 17 "and connection B of switches 19, 19' and 19" at the other end. In addition, each voltage transformer contains a second secondary winding 21, the output of which is connected to a power source 23. The voltages provided by the secondary windings 21 are summed, rectified and filtered to provide numerous DC output voltages for feeding the active circuit elements in the measurement system.

Die Stromtransformatoren enthalten jeweils eine Sekundär- 15 wicklung 14,14' und 14", denen jeweils ein Widerstand 57,57' bzw. 57" parallel geschaltet ist. Der Widerstand ist in der Mitte mit einer geerdeten bzw. an Masse gelegten Anzapfung versehen. so dass auf Leitungen 59 bzw. 61 zwei analoge Signale Vy und — Vv geliefert werden. Diese Signale sind dem in einer 20 bestimmten Phase des mehrphasigen Systems abgetasteten Strom proportional, aber die Spannung Vy ist 180° phasenverschoben in bezug auf die Spannung — Vy. The current transformers each contain a secondary winding 14, 14 'and 14 ", to which a resistor 57, 57' and 57" are connected in parallel. The resistor is provided with a grounded or grounded tap in the middle. so that two analog signals Vy and - Vv are supplied on lines 59 and 61, respectively. These signals are proportional to the current sampled in a particular phase of the multi-phase system, but the voltage Vy is 180 ° out of phase with the voltage - Vy.

Die Schalter 17 und 19 (im folgenden werden gleiche Schaltungselemente in jeder Phase nicht mehr mit einem Strich bezeichnet) legen Eingangsspannungen an die Vergleichseinrichtungen 29 an. Somit verbindet der Schalter 17, wenn er sich in der gezeigten Stellung befindet, die analoge Spannung Vx mit dem gleichphasigen Eingang der Vergleichseinrichtung 29 über den Widerstand 31, während der Schalter 19 eine Dreieckswelle an 30 den ungleichphasigen Eingangsanschluss der Vergleichseinrichtung 29 über einen Widerstand 35 verbindet. Der Dreieckswellengenerator 33 hat den gleichen Aufbau, wie er in Fig. 1 dargestellt ist und wird demzufolge hier nicht nochmal im einzelnen beschrieben. Es sei jedoch bemerkt, dass die durch den Dreieckswellengenerator 33 erzeugte Dreieckswelle eine Frequenz hat. die gross im Vergleich zur Frequenz der elektrischen Energie in dem gemessenen mehrphasigen elektrischen System ist. The switches 17 and 19 (in the following, the same circuit elements are no longer designated with a line in each phase) apply input voltages to the comparison devices 29. Thus, when the switch 17 is in the position shown, it connects the analog voltage Vx to the in-phase input of the comparator 29 through the resistor 31, while the switch 19 connects a triangular wave at 30 to the out-of-phase input terminal of the comparator 29 through a resistor 35 . The triangular wave generator 33 has the same structure as that shown in FIG. 1 and is therefore not described again in detail here. However, it should be noted that the triangular wave generated by the triangular wave generator 33 has a frequency. which is large compared to the frequency of the electrical energy in the measured multi-phase electrical system.

Die Ausgangsgrössen der Vergleichseinrichtungen 29 sind 40 Impulsbreiten-modulierte Signale mit einer Impulsbreite, die der Amplitude der analogen Spannung Vx proportional und somit der Amplitude der Spannung in einer bestimmten gemessenen Phase in dem elektrischen System proportional ist. Dieses Signal wird einem Multiplizierschalter 55 zugeführt, der in dem gezeig- 45 ten Ausführungsbeispiel einen mechanischen Aufbau besitzt. Es sei jedoch bemerkt, dass der Schalter 55 auch irgendein üblicher elektronischer Schalter sein kann. Auf das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 29 hin wird der Schaltarm 65 des Schalters 55 in einen Kontakt mit den Leitungen 59 oder 61 gedreht, was davon abhängt, ob das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung hoch oder tief ist. Somit ist der Ausgang des Schalters 55 durch einen ersten Summierwiderstand 60 mit der Integratorschaltung The outputs of the comparators 29 are 40 pulse width modulated signals with a pulse width proportional to the amplitude of the analog voltage Vx and thus proportional to the amplitude of the voltage in a particular measured phase in the electrical system. This signal is fed to a multiplier 55, which in the exemplary embodiment shown has a mechanical structure. However, it should be appreciated that switch 55 can also be any conventional electronic switch. In response to the output signal of the comparison device 29, the switching arm 65 of the switch 55 is rotated into contact with the lines 59 or 61, which depends on whether the output signal of the comparison device is high or low. Thus, the output of switch 55 is through a first summing resistor 60 with the integrator circuit

35 35

50 50

63 gekoppelt. Der Ausgang des Schalters 55' ist mit dem Integrator 63 über einen zweiten Summierwiderstand 62 und der Ausgang des Schalters 55" ist mit dem Integrator 63 über einen dritten Summierwiderstand 64 verbunden. Das Ausgangssignal von jedem der Schalter 55,55' und 55" ist ein zerhacktes analoges Signal mit einer Amplitude, die dem augenblicklichen Strom in den entsprechenden Phasen des mehrphasigen Systems proportional ist, wobei die Dauer der zerhackten Welle der Grösse der Spannung in der entsprechenden Phase des Systems proportional ist. Diese Signale werden summiert und dem Integrator 63 zugeführt, wobei das summierte Signal proportional zu der gesamten in dem mehrphasigen System verbrauchten Leistung proportional ist. Die Ausgangsgrösse des Integrators 63 ist eine Spannung, die der in dem mehrphasigen System verbrauchten Energie proportional ist. Diese Spannung wird einem Impulsgenerator 73 zugeführt, der den gleichen Aufbau wie der Impulsgenerator 73 gemäss Fig. 1 besitzt. Demzufolge wird die Arbeitsweise dieser Schaltungsanordnung nicht im einzelnen beschrieben . Die Ausgangsgrösse des Generators 73 ist eine Impulskette, die einer Aufzeichnungs- und Anzeigevorrichtung 83 zugeführt ist, die die Impulse sammelt und eine Aufzeichnung oder Anzeige davon in verbrauchten Kilowattstunden liefert. Die Ausgangsgrösse des Generators 73 wird auch zurückgekoppelt, um die Schaltarme der Schalter 17,17', 17", 19,19' und 19" mit dem Zweck anzutreiben, den während des Integrationsschrittes erzeugten Versetzungsfehler zu korrigieren. Wenn sich also die Schaltarme in der dargestellten Position befinden, ist die mittlere Ausgangsspannung der Schalter 55,55' und 55" negativ, und der Integrator 63 integriert demzufolge in positiver Richtung. Somit integriert der Integrator nach unten, bis seine Ausgangsspannung gleich V„ ist, und zu dieser Zeit wird ein Ausgangsimpuls geliefert zum Umschalten der Kontaktarme der Schalter 17—19" für einen Kontakt mit den Anschlussklemmen B. Wenn dies auftritt, ist die Dreieckswellenspannung an die gleichphasigen Eingangsklemmen der Vergleichseinrichtung 29 angelegt, während die analogen Spannungen Vx mit den ungleichphasigen Eingangsklemmen der Vergleichsschaltung 29 verbunden sind. Dies führt zu einer mittleren bzw. durchschnittlichen Ausgangsgrösse der Schalter 55,55' und 55", die negativ ist, und somit integriert der Integrator 63 in positiver Richtung. Wenn die Ausgangsspannung des Integrators 63 gleich Vp ist, liefert das Flipflop 79 einen Ausgangsimpuls, der die Schaltarme der Schalter 17— 19" zurück in einen Kontakt mit den Anschlussklemmen A schaltet. Somit ist ersichtlich, dass während der Aufwärts/ Abwärtsintegration die Fehlersignale des Integrators ausgemit-telt werden. Dies verbessert, wie gesagt, den dynamischen Bereich des beschriebenen elektronischen Kilowattzählers und gestattet eine relativ vereinfachte Schaltungsanordnung zum Messen sowohl der Leistung als auch der Energie in einem mehrphasigen System. 63 coupled. The output of switch 55 'is connected to integrator 63 through a second summing resistor 62 and the output of switch 55 "is connected to integrator 63 through a third summing resistor 64. The output signal from each of switches 55, 55' and 55" is on chopped analog signal with an amplitude proportional to the instantaneous current in the corresponding phases of the multiphase system, the duration of the chopped wave being proportional to the magnitude of the voltage in the corresponding phase of the system. These signals are summed and fed to the integrator 63, the summed signal being proportional to the total power consumed in the multi-phase system. The output of integrator 63 is a voltage that is proportional to the energy consumed in the multi-phase system. This voltage is fed to a pulse generator 73, which has the same structure as the pulse generator 73 according to FIG. 1. Accordingly, the operation of this circuit arrangement is not described in detail. The output of the generator 73 is a pulse train which is fed to a recording and display device 83 which collects the pulses and provides a record or display thereof in used kilowatt hours. The output of generator 73 is also fed back to drive the switch arms of switches 17, 17 ', 17 ", 19, 19' and 19" with the purpose of correcting the misalignment generated during the integration step. Thus, when the switch arms are in the position shown, the average output voltage of switches 55, 55 'and 55 "is negative and the integrator 63 therefore integrates in the positive direction. Thus, the integrator integrates downward until its output voltage is V" , and at that time an output pulse is provided to switch the contact arms of switches 17-19 "for contact with terminals B. When this occurs, the triangular wave voltage is applied to the in-phase input terminals of comparator 29, while the analog voltages Vx with out-of-phase input terminals of the comparison circuit 29 are connected. This leads to an average output of switches 55, 55 'and 55 ", which is negative, and thus integrator 63 integrates in the positive direction. If the output voltage of integrator 63 is Vp, flip-flop 79 supplies an output pulse, which switches the switching arms of the switches 17-19 "back into contact with the connection terminals A. It can thus be seen that the error signals of the integrator are averaged out during the up / down integration. As stated, this improves the dynamic range of the electronic kilowatt counter described and permits a relatively simplified circuit arrangement for measuring both the power and the energy in a multi-phase system.

Die Erfindung wurde zwar in Verbindung mit der Messung des Wirkverbrauchs (kWh) beschrieben, sie kann jedoch auch zur Messung des Scheinverbrauchs (kVAh) angewendet werden. Although the invention has been described in connection with the measurement of the active consumption (kWh), it can also be used for the measurement of the apparent consumption (kVAh).

M M

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

628 146 2 PATENT CLAIMS

1. Measuring device for measuring the energy consumed in a single-phase or multi-phase electrical system, characterized by means (13, 14) in each individual phase 3 for generating first and second analog signals which are proportional to the current in the corresponding phase, the first analog signal is 180 ° out of phase with the second analog signal, means (11, 15) in each individual phase for generating a third analog signal proportional to the voltage 10 in the system, and means (33) for generating one with respect to the System frequency high-frequency triangular signal, a comparison device (29) in each individual phase with an in-phase and an inverting input, switching means (17, 19) in each individual phase for selectively supplying the triangular signal to the one input of the comparison device and the corresponding third analog signal the other input of the comparison device,

the output of the comparator being a pulse width modulated signal, the pulse width of which is proportional to the amplitude of the corresponding third analog signal, means (55) in each individual phase for multiplying the corresponding pulse width modulated output signal of the corresponding comparator by one Signal proportional to the corresponding first and second analog signals proportional to the current, the output of each multiplier having an amplitude proportional to the current in the corresponding phase and a pulse width corresponding to the amplitude of the voltage in the an integrator (63) connected to the outputs of one or more multipliers and the output of which is proportional to the energy consumed in the system, a pulse generator (73) whose input is connected to the integrator, such ,

that the output of the integrator is converted into a pulse train 35, each pulse being proportional to the energy consumed in the system, means (83) connected to the pulse generator (73) for recording and displaying the energy consumed in the electrical system and error correction means (79 ) which respond to the output pulses of the pulse generator (73) for actuating the respective switching means (17, 19) to supply the corresponding third analog signal to that input connection of the corresponding comparison device to which the triangular signal has been applied up to that point and vice versa, so that offset integration errors in the measuring device are corrected.

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the pulse generator (73) has means for determining when the voltage level at the output of the integrator (63) reaches a first predetermined positive value, and means for determining when the output variable of the integrator second negative value is reached, producing an output pulse when the predetermined positive and negative values are reached.

3. Measuring device according to claim 2, characterized in that 55 each multiplier (55) has a switch which in each case selectively supplies the corresponding first or second analog signals to the integrator (63) according to the output variable of the corresponding comparison device (29).