DE2630959A1

DE2630959A1 - Kilowattstundenzaehler mit statischem messwerk

Info

Publication number: DE2630959A1
Application number: DE19762630959
Authority: DE
Inventors: Artur Dr Ing Seibt; Omer Viaene
Original assignee: Heliowatt Werke Elektrizitaet GmbH
Current assignee: Heliowatt Werke Elektrizitaet GmbH
Priority date: 1976-07-07
Filing date: 1976-07-07
Publication date: 1978-01-12
Also published as: IE45251L; GB1575148A; AT368815B; ATA291277A; DE2630959C2; LU77696A1; FR2357907B1; NL7704500A; DK205777A; FR2357907A1; IE45251B1; CH623416A5; IT1080625B; BE855872A

Description

HELIOLIATT-IjJERKE ' 1 Berlin 12, den 1. Juli 1976

Elektrizitäts-Gesellschaft mbH klilmersdorfer Str. 39

Kilawattstundenzähler mit statischem Meßwerk

Die Erfindung betrifft einen Kilowattstundenzähler mit statischem Meßwerk, insbesondere für Drehstromnetze mit Spannungsteilern und Stromwandlern zur Pegelanpassung, mit einer Stromversorgung für die elektronischen Bauelemente und mit einer Anzeigeeinrichtung.

Bekannte derzeitig verwendete Kilowattstundenzähler mit statischen Meßwerken arbeiten mit analogen Signalverarbeitungsmethoden, vorzugsweise nach dem timeriivision-Uerfahren mit anschließender Strom-Frequenz-Umsetzung. Für einen wirtschaftlichen Drehstromzähler sind diese l/erfahren ungeeignet, da bei analoger Signalverarbeitung genaue und damit teure Bauelemente verwendet werden müssen, deren zeitliche Inkonstanz das Meßergebnis zusätzlich verfälscht.

Die Energieversorgungsunternehmen erwarten, daß ein Kilowattstundenzähler viele Gehre hindurch unkontrolliert im Wetz belassen werden kann und daß ein solches Serät zwanzig bis dreißig Jahre funktionsfähig bleibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drehstromzähler mit statischem Meßwerk zu schaffen, der sowohl die Anforderungen an die Meßgenauigkeit und deren Langzeitkonstanz als auch an die Zuverlässigkeit bei geringen Herstellungskosten erfüllt.

Diese Aufgabe ist durch die Erfindung gelöst, wie sie in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche dargestellt ist. Sie beruht im wesentlichen darauf, daß die Meßuertverarbeitung soweit wie möglich digital, damit fehler- und driftfrei, erfolgt, daß durch eine automatische Nullpunkt- und Eichungskorrektur der Einfluß der Bauelemente bzw. Schaltungsteile des Zählers, die die Meßgrößen analog verarbeiten, auf das Meßergebnis bis auf einen restlichen Linearitätsfehler eliminiert wird, daß ein Multiplexverfahren und als wesentliches Kennzeichen der Erfindung ein Mikrocomputer für die Steuerung und die Meßwertverarbeitung, dem ein ader zwei Anaiag-/Digital-üJandler vorgssstzt sind, angewendet werden.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, die aus 5 Figuren besteht. Dabei zeigt die

Fig. 1 ein zweikanaliges Multiplexsystem, die

Fig. 2 ein einkanaliges Multiplexsystem, die

Fig. 3 ein einkanaliges Multiplexsystem, bei dem sämtliche Eingangsgrößen als Stromsignale vorliegen, die

Fig. k eine Übersicht der Signalabtastmöglichkeiten zur Berechnung der Augenblicksleistung, und die

Fig. 5 die Abtastfolge einer Spannung und eines Stromes zur Bildung der Augenblicksleistung.

Da ein Computer nur Digitalwerte verarbeiten kann, müssen zunächst die drei Spannungs-/Strotii-Paare der drei Phasen des Drehstramnetzes in entsprechende Digitalwerte umgesetzt werden. Hierbei ist zu beachten, daß zur Erfassung der Wirkleistung die zeitliche Zuordnung der Spannung und des Stromes einer Phase erhalten bleiben muß. Zur Einhaltung vorgegebener Fehlergrenzen darf bei Drehstromzählern höchstens ein Fehler von einigen LJinkelminuten auftreten; dieses entspricht bei 5Ü Hz einem Zeitfehler von einigen MikroSekunden.

Verwendet man zwei Analog-/Digital-liJandler und einen zweikanaligen Multiplexer, so kann man einen Zeitfehler auf Hosten des Aufwands vermeiden (Fig. 1).

vorteilhafterweise uird jedoch ein Analag-zOigital-Uandler und ein einkanaliger Multiplexer mit zunächst sechs Eingängen verwendet. Hierbei werden z.B. die sechs Meßgrößen in folgender Reihenfolge von dem Multiplexer an den Analog-/Digital-Uandler angelegt, nacheinander in Digitalwerte umgesetzt und dem Computer zur Weiterverarbeitung zugeführt:

^UR - ¹R - ^US - ¹S - ^ÜT - ¹T

Zwischen dem Abtastzeitpunkt, z.B. der Spannung LL und dem Abtastzeitpunkt des zugehörigen Stromes I₁ tritt durch das Multiplexen ein Zeitversatz auf, dessen Betrag von der Multiplexfrequenz abhängt.

Da durch das Multiplexen jede Meßgröße abgetastet wird, bestimmt sich ihre Höhe im wesentlichen daraus, welche Harmonische noch erfaßt werden sollen. Wird

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angenommen, daß höhere als die zehnte Harmonische keine Rolle mehr spielen, so idürde eine Abtastfrequenz ν/απ 1 kHz ausreichen. Nimmt man 2 kHz, so benötigt man unter Einschluß des (\iullungs- und des Eichungszyklus¹ mindestens 16 kHz = 60 μΞ. Zwischen der Abtastung einer Spannung und des zugehörigen Stromes liegt in diesem Fall eine Zeit von 6D μΞ; hierdurch wird die Messung der Wirkleistung bereits unzulässig verfälscht.

(denn der Multiplexer, der Analog-/Digital-Lüandler und der Computer so schnell sind, daß sich die Multiplexfrequenz so weit erhöhen läßt, daß der verbleibende Zeitfehler vernachlä'ssigbar wird, dann brauchen keine weiteren Maßnahmen ergriffen zu werden. Für den Computer ist die Multiplikation zweier Zahlen in wenigen Mikrosekunden problematisch; diese Forderung läßt sich praktisch nur durch Parallel-Multiplikation erfüllen.

Dies bedeutet, daß ein schneller Computer einzusetzen ist, der eine unnötige Verteuerung des Gerätes darstellt. Im folgenden werden daher einige V/erfahren erläutert, mit denen der bei langsamer Abtastung entstehende Zeitfehler weitgehend kompensierbar ist, so daß für die Meßwertverarbeitung ein Computer mit bedeutend geringerer Leistungsfähigkeit eingesetzt werden kann.

Das erste l/erfahren sieht analoge \/erzügerungsglieder vor, die in die Zuleitungen zum Multiplexer bei den jeweils später abgetasteten drei Meßgrößen eingeschleift werden. Wird von dem im vorigen Beispiel angenommenen Zahlenwert von 60 με ausgegangen, so ist eine derartige Verzögerung schwierig herzustellen und über lange Zeiträume konstant zu halten. Bei höheren Multiplexfrequenzen, wenn der Zeitfehler ohnehin schon klein ist, erscheint dieses Verfahren jedoch durchaus brauchbar, um diesen restlichen Fehler weitgehend zu kompensieren.

Durch die Patentanmeldung P 25375W.9 ist bekannt, daß der bei einkanaligem MuI-tiplexen unvermeidbar auftretende Zeitfehler nutzbringend zur Hampensation anderweitig im Elektronikzähler entstandener Signalverzögerungen bzw. üJinkelfehler verwendbar ist, indem dafür gesorgt wird, daß Vorzeichen und Betrag beider Verzögerungen sich aufheben. Durch den Betrag wird allerdings die Multiplexfrequenz festgelegt, was u.U. anderen Forderungen widersprechen könnte.

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Erfindungsgemäß uiird vorgeschlagen, daß der Computer zunächst stets einige Abtastuierte speichert, bevor er sie auswertet. Diese Speicheriuerte sind in vielfältigerweise zu Interpolations- bzw. Extrapolationsrechnungen zu benutzen.

Im einfachsten Fall läßt sich durch eine Änderung der Abtastreihenfolge:

^UR - ¹R - ^UR - ^US - ¹S - ^US - ^UT - ¹T - ^UT

eine sehr genaue Interpolationsmöglichkeit schaffen.

Der Multiplexer benötigt in diesem Fall nicht mehr Eingänge, d.h. unter Einschluß der Nullpunkt- und der Eichungskorrektur acht Eingänge. Die Anzahl der Takte pro Multiplexerzyklus uiird jedoch erhöht. Der Computer kann nun aus den beiden Spannungsabtastuierten, die den zugehörigen Stromuert zeitlich gesehen beidseitig umgeben, durch lineare Interpolation den fehlenden Spannungsuiert errechnen und diesen dann mit dem betreffenden Stromuiert zur Ermittlung der Augenblicksleistung multiplizieren.

Eine weitere Abtastreihenfolge ist:

^UR - ^UR - ¹R - ^US - ^US - ¹S - ^UT - ^UT - ¹T

aus der der Computer den zum Stromuiert zeitlich zugehörigen Spannungsuiert durch Extrapolation berechnet.

Um die Erhöhung der Taktzahl pro Multiplexerzyklus zu vermeiden, läßt sich auch eine zeitlich weiter ausgreifende Interpolation realisieren. Hierbei folgen nicht mehr gleiche Multiplexerzyklen aufeinander, sondern es werden alternierend zuerst die drei Spannungen: LL-LL- LL und im nächsten Multiplexerdurchlauf die drei Ströme: I_n - I„ - I_x abgetastet. Der Computer interpoliert nunmehr den zu einem Stromuiert zeitlich zugehörigen Spannungsuiert aus den beiden Spannungswerten, die dem vorhergehenden und dem nachfolgenden Multiplexerzyklus entnommen sind. Bei ausreichend hoher Multiplexfrequenz bleibt der entstehende Interpolationsfehler ausreichend klein.

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Grundsätzlich ist es gleichgültig, ob die Spannungs- ader die Stramwerte durch Interpolation ermittelt werden. Bei dem l/erfahren mit Doppelabtastung der Spannungen oder der Ströme ist es jedoch zweckmäßig, die Ströme öfter abzutasten, da die Netzspannung im allgemeinen recht gut sinusförmig ist, mährend der Strom, z.B. durch thyristorgesteuerte Verbraucher, stark verzerrt sein kann, sg daß er durch die häufigere Abtastung genauer erfaßt wird.

Bei der Interpolation ist es auch möglich, die Mittelwertbildung auf der Ebene der Augenblicksleistung vorzunehmen, d.h. z.B. bei der Abtastreihenfalge U-I-U kann man auch zunächst den ersten Spannungswert mit dem Stromwert multiplizieren, sodann den zweiten und über die beiden Produkte mitteln.

In Fig. 5 ist gezeichnet, wie - ohne Berücksichtigung des Multiplexens der drei Phasen - eine Spannung u(t) und ein zugehöriger Strom i(t) abgetastet werden. Die Anzahl der Abtastungen sei mit π bezeichnet. Die einzelnen Abtastuierte werden wie folgt miteinander multipliziert:

^pui^Ct) = H ⁽V1 ⁺ Vz ⁺ "2*3 ⁺ — ¹Cn-Z)¹¹Cn-I) * V

Durch Einsetzen der Funktionswsrts ergibt sich allgemein:

Das Ergebnis für den relativen Meßfehler der Leistung ist:

Der Fehler ist weder von der Aussteuerung noch von der Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom abhängig, sondern nur von der Anzahl der Abtastwerte -TD Psriods. Die Periode und die Anzahl der Abtastwerte pro Periode sind jedoch ]^:;-n£'':-antEn· dar MeBfshlsr kann daher sinraalig mit eingeeicht werden und fällt

somit heraus. Für einen Meßfehler v/an 1 % ergeben sich mindestens kk Abtastungen pro Periode (2ü ms); dies führt auf eine Abtastfrequenz van 2,2 kHz. Es spielt dabei keine Rolle, ob die Abtastwerte van Spannung und Strom in ein und demselben Multiplexerzyklus oder in alternierenden Multiplexerzyklen gewannen werden; für den Meßfehler ist nur der Zeitabstand maßgebend.

Bei alternierenden Zyklen reduziert sich die Anzahl der Takte in einem Abtastzyklus auf vier, wobei die Reihenfolge z.B. so aussieht:

U_R - U_s - U_T - Null I_R - I₅ - Lj. - Referenzspannung U_R - U₅ - LL -

Null I_R - I„ usuj.

Theoretisch ist es möglich, im Augenblick des Abtastens einer Größe, z.B. einer Spannung, den zugehörigen Wert der anderen Größe, z.B. eines Stromes, analog ztüischenzuspeichern, so daß ein zeitlich zusammengehöriges Paar zur Produktbildung zur Uerfügung steht. Praktisch ist dies schmierig, da bei Kilawattstunden-Zählern der Meßfehler über den gesamten Meßbereich relativ zum jeweiligen Meßwert konstant bleibt, so daß auch noch sehr kleine liierte genau erfaßt werden müssen. Bereits die Einstreuung durch die Schaltimpulse würde bei Uerwendung eines Analogspeichers kleine gespeicherte Werte erheblich verfälschen.

Nachdem erfindungsgemäß die bei einkanaligem Multiplexen auftretenden Probleme gelöst sind, verbleibt als Fehlerquelle hauptsächlich der Analog-Digital-Wandler, denn die nachfolgende digitale Weiterverarbeitung durch den Computer ist als fehlerfrei anzusehen.

In jedem einzelnen - oder bei alternierenden Multiplexerzyklen z.B. in jedem zweiten Multiplexerzyklus - ist ein Nullungstakt enthalten, in dem der Eingang des Analog-/Digital-Wandlers über den Multiplexer auf Nullpatential geschaltet wird. Gibt der Analog-Digital-Wandler einen van Null verschiedenen Digitalwert an den Computer, sd stellt dieser die Abweichung fest und speichert den Wert, um anschließend jeden weiteren vom Analog-Digital-Wandler angelieferten Digitaluiert vor der Auswertung damit zu korrigieren. Wegen der raschen Folge von Nullungstakten werden auch relativ schnell verlaufende Nullpunktwanderungen des Analog-/ Digital-Wandlers ausgeregelt. Somit entfällt ein Nullpunktfehler über die gesamte Lebensdauer des Gerätes.

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- T-

In jedem Multiplexerzyklus - oder bei alternierenden Zyklen in jedem zweiten wird der Eingang des Analng-/Digital-liJandlers über den Multiplexer an eine Referenzspannung geschaltet, deren Sollwert im Speicher des Computers enthalten ist. Liefert der Analog-/Digitalujandler einen wan diesem Sollwert abdeichenden Digitalisiert, so stellt der Computer die Abweichung fest, speichert den Korrekturfaktor und korrigiert anschließend jeden angelieferten Ldert, nachdem er zuvor den Nullpunktfehler berücksichtigt hatte. Damit entfällt der Eichungs- bzw. Steigungsfehler über die gesamte Lebensdauer des Gerätes.

Als Restfehler verbleibt die Linearitütsabweichung der Analog-/Digital-LJandler-Umsetzer-Kennlinie, die jedoch immer genügend klein gehalten werden kann, da sie praktisch nur von der Präzision einer kliderstandsteilerkette abhängt.

üJegen der Forderung nach konstantem relativem Meßfehler im gesamten Heßbereich ist es unzweckmäßig, mit einer linearen Analag-/Digital-U)andler-Umsetzer-Hennlinie zu arbeiten, die einen aufwendigeren Analog-/Digital-lilandler benötigt, dessen Genauigkeit bei großen Meßwerten nicht ausgenützt würde. Erfindungsgemäß wird deshalb eine nichtlinear gestufte Kennlinie bevorzugt, die solcherart ist, daß der relative Meßfehler an jedem Punkt der Kennlinie gleich ist. Die an sich hierfür geeignete logarithmische Stufung wird vorteilhaft durch die leichter zu realisierende binäre Stufung ersetzt. Selbstverständlich ist durch ein geeignetes Programm des Computers jede beliebige Analog-/Digital-Llandler-Umsetzer-Kennlinie zu berücksichtigen. Alle bisher aufgeführten Schaltungsteile des elektronischen Energiezählers - der Multiplexer M, der Mikrocomputer MC und der Analog-digital-wandler AD - sind einschließlich der Widerstände des Analog-/Digital-LJandlers monolithisch integrierbar.

Bei einem Drehstramzähler werden z.B. Spannungsteiler und Stromwandler, etwa Ferrit-Schalenkern-Stromwandler mit oder ohne elektronische Fehlerkompensation, verwendet. Uahlweise können der Multiplexer und der Analog-/Digital-klandler sämtliche Eingangssignale in Form von Spannungen oder von Strömen verarbeiten, wobei sich Ströme leichter über den Multiplexer durchschalten lassen; auch der Komparator des Analog-/Digital-wandlers vergleicht vorzugsweise Ströme statt Spannungen.

In jedem Fall müssen die sechs Eingangsgrößen heruntergeteilt werden, damit sie von der Elektronik verarbeitet werden können. Bei der Fertigung eines solchen

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Zählers sind demnach z.B. die Spannungsteilerverhältnisse und Bürdenwiderstände der Stromwandler auf ihre Sollwerte abzugleichen. Derartige Abgleichvorgänge erfordern teure abgleichbare Bauteile und sind besonders arbeitsintensiv.

Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch behoben, daß grundsätzlich sämtliche Abgleicharbeiten entfallen, indem sie durch entsprEchende ProgrammiErung in einem Speicher ersetzt werden. Hierzu werden bei jedem einzelnen Berät in einem vorzugsweise vollautomatischen Prüfvorgang die tatsächlichen Istwerte der Spannungsteilerverhältnisse, Stromwandlerübersetzungsverhältnisse (einschließlich der Bürdenwiderstände) und der Referenzspannung gemessen und entsprechende Korrekturwerte in einen dem Computer zugänglichen Speicher eingeschrieben. Zweckmäßig wird hierfür ein programmierbarer Festwertspeicher (PROM) verwendet, der in dem Computerschaltkreis enthalten ist und von der Prüfvorrichtung automatisch programmiert wird. Sofern ein wiederholt programmierbarer Festwertspeicher (RePRDM) verwendet wird, lassen sich spätere Nacheichungen des Zählers wieder mit derselben Prüfapparatur durch Einprogrammieren neuer Werte bewerkstelligen.

Elektronisch fehlerkompensierte Stromwandler sind bekannt und erlauben mit kleinen Ferrit-Schalenkernen sehr genaue Stromübersetzungen. Durch den erforderlichen Hilfsverstärker weisen sie jedoch am Ausgang in der Regel eine Offset-Gleichspannung auf. Bei der Berechnung der Augenblicksleistung entsteht so lange kein Fehler, wie nur an einem Eingang des Multiplizierers ein solcher Gleichspannungsanteil anliegt; dies ist vorauszusetzen, wenn der Zähler - uiie es bislang ausschließlich üblich war - von Spannungs- und Stromwandlern gespeist wird. Bei einem Einsatz mit direktem Anschluß jedoch kann bei längeren Zuleitungen und thyristorgesteuerten Verbrauchern durchaus ein Gleichanteil der Spannung entstehen, der zusammen mit dem Gleich-Offset eines elektronisch fehlerkompensierten Stromwandlers einen Meßfehler ergeben würde. Es ist deshalb zweckmäßig, wenn auf die elektronische Fehlerkompensation verzichtet wird. Stromwandler mit Ferrit-Kernen zeigen relativ große Fehler. Bei Anwendung des hier beschriebenen Verfahrens ist die automatische Prüfvorrichtung in der Lage, die zwei Fehlerkurven jedes einzelnen der drei Stromwandler in einem Zähler über den gesamten Aussteuerbereich zu messen und im programmierbaren Festwertspeicher (PROM) abzuspeichern. Der Computer wird nun jeden einzelnen vom Analog-/Digital-tüandler angelieferten Strammeßwert mit den zugehörigen Fehlerkurven bewerten. Voraussetzung für den prak-

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tischen Einsatz dieses Verfahrens ist lediglich, daß die Fehlerkurven eines sal- chsn Stromwandler über längere Zeit und auch nach eventuellen starken Überlastungen innerhalb gegebener Toleranzen bleiben.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden temperaturabhängige Meßfehler in gleicher Weise dadurch weitgehend kompensiert, daß die bekannten und im allgemeinen wenig examplarabhängigen Temperaturkoeffizienten der nicht von der automatischen Nullpunkt- und Eichungskorrektur erfaßten Bauelemente ebenfalls im programmierbaren Festwertspeicher (PROM) gespeichert werden, wobei noch ein geeigneter Temperaturfühler vorzusehen ist, dessen Ausgangssignal in ausreichenden zeitlichen Abständen über den Multiplexer und den Analog-Digital-Wandler dem Computer zuzuführen ist. Bei besonders hohen Ansprüchen an die Meßgenauigkeit ist es selbstverständlich auch möglich, z.B. die Temperaturkurve der die Eichung bestimmenden Referenzspannungsquelle bei jedem Einzelexemplar automatisch zu messen und im programmierbaren Festwertspeicher (PRGM) abzuspeichern.

Bei der langen Einsatzdauer der Zähler sind die aiterungsbedingten Driften der nicht van der Nullpunkt- und Eichungskorrektur erfaßten Bauelemente von Bedeutung. Εξ handelt sich hier hauptsächlich um die Eingangsspannungsteiler, die Stromwandler und die Referenzspannungsquelle· Bei einer gut beherrschten Fertigung sind ΠΪ2 Alterungsraten bekannt und könnten ebenfalls im nicht änderbaren Festwertspeicher (ROH) üüsr programmierbaren Festwertspeicher (PROM) des Computers eingespeichert sein. Da Energiezähler in den meisten Fällen mit einer Netzversorgung für die Elektronik arbeiten, läßt sich aus der Netzfrequenz leicht eine Zeitbasis ableiten, die bei dem erwähnten vollautomatischen PrüfVorgang auf PJuIl gesetzt wird. Der Computer berücksichtigt bei der Berechnung der Energie den jeweiligen Stand der Zeitbasis und die Alterungsraten zur weitgehenden Kompensation alterungsbedingter Einflüsse.

Der Analog-Digital-Wandler muß bei einem Energiezähler - insbesondere bei einem Drehstramzähler - einen sehr großen Dynamikbereich verarbeiten. Da sein Eingang van dem Multiplexer ständig auf andere Eingangsgrößen umgeschaltet wird, kann sein Eingangssignal von einer Abtastung zur nächsten, z.B. von dem max. negativen auf den max. positiven Wert, springen. Diese großen Signalsprünge stellen hohe Ar^-rdsrungEn an den Komparator des Analag-Digital-QJandlers. Der Komparator

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braucht nach jeder Übersteuerung eine bestimmte Erholungszeit. Kritisch ist die exakte Erfassung eines van einem Maximalwert auf einen nahe bei Null springenden Signalwerts. Der bekannte mitlaufende Analog-/Digital-üJandler vermeidet diesas Problem, indem das Komparatoreingangssignal jeweils nur der Differenz zwischen zuiei Abtastungen entspricht.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist auch das Prinzip des mitlaufenden Analog-VDigital-Ldandlers anwendbar. Bei jeder Abtastung einer Eingangsgröße wird ohnehin, wie beschrieben, der Abtastwert im Computer zum Zwecke der Interpolation gespeichert. Nach jeder Abtastung setzt der Analüg-ZDigital-ldandler den Analogwert in einen Digitalwert um, den der Computer übernimmt. Danach ist der Analag-Aiigital-ldandler wieder frei und kann nun schon vor Beginn der nächsten Abtastung vom Computer auf den letzten Abtastwert der jetzt abzutastenden Eingangsgröße voreingestellt werden. Der Komparator erhält wieder nur die Differenz zweier aufeinanderfolgender Abtastwerte zugeführt. Das t/areinstellen des Analog-/ Digital-Wandlers und das Aufschalten der zu messenden Eingangsgröße sind zeitlich so aufeinander abzustimmen, daß eine Komparatorübersteuerung so klein wie möglich gehalten wird.

LJie bereits erwähnt, ist es vorteilhaft, die Eingangsgrößen als Ströme anzuliefern und einen Stromkomparator vorzusehen.

Gegenüber dem üblichen Ferraris-Zähler ist das hier beschriebene Meßverfahren aufgrund seiner Schnelligkeit anfällig gegen Stürimpulse. Um das Verhalten des elektronischen Energiezählers dem des Ferraris-Zählers anzunähern, wird erfindungsgemäß der Computer so programmiert, daß die Sprünge zwischen zwei Abtastungen in ihrer Höhe begrenzt sind und daß größere Sprünge als Störimpulse gewertet werden. Dabei sind entweder derartige als gestört erkannte Abtastwerte ganz zu unterdrücken, oder es wird der den programmierten Maximalwert übersteigende Teil subtrahiert. Ferner ist eine gleitende Mittelwertbildung möglich. Hierbei erfolgt die Mittelung vor der Berechnung der Augenblicksleistung oder auch danach.

Durch entsprechende Programmierung des Computers ist erreichbar, daß die vielfach unerwünschte Genauigkeit der Messung bezüglich der Erfassung von Harmonischen der Netzfrequenz vermindert und der eines Ferraris-Zählers angenähert wird. Hierzu wird z.B. vom Computer eine Fourier-Transformation (FFT) durchgeführt.

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- ve-

Nach der Berechnung der Augenblicksleistung jeder Phase durch Multiplikation steht als Ergebnis ein Digitalwart zur Uerfügung, wobei bei einem Drehstramzähler nach die liierte der drei Phasen zu addieren sind. Zur Ermittlung der Energie ist nach eine Integration über der Zeit erforderlich.

Die verbrauchte Energie wird in einem kumulierenden Zähler erfaßt und auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt. Hierzu sind die bekannten zählenden uno speichernden Rallenzählwerke mit Schrittmotorantrieb verwendbar.Es ist aber auch möglich, speichernde elektronische Anzeigevorrichtungen, z.B. elektrochromische oder elektrolytisch^ Anzeigen, einzusetzen. Auch eine normale nichfcspeichernde elektronische Anzeige ist möglich, wenn ein nichtflüchtiger Speicher, z.B. MfJDS-Speicher, zur l/erfügung steht. Wegen der begrenzten Zahl der Schreibzyklen, die ein salcher Speicher durchführen kann, bevor er unbrauchbar wird, wird man nur bei einem erkannten bevorstehenden !Metzausfall den zu rettenden Zahlenwert dort einschreiben.

Bei jeder Art einer digitalen Anzeige entspricht ein Sprung in der kleinsten Ziffernstelle einem bestimmten Betrag verbrauchter Energie. Diese Zählimpulse sind z.B. dadurch zu gewinnen, daß der Computer nach Ermitteln der gesamten Augenblicksleistung so viele Perioden einer Referenzfrequenz abzählt, wie es dieser Augenblicksleistung entspricht; diese abgezählten Impulse sind nun direkt oder nach entsprechender Frequenzteilung der Anzeige zuzuführen. Es ist auch möglich, mit dem als Digitalurart vorliegenden üJert der Augenblicksleistung einen programmierbaren Frequenzteiler jeweils umzuschalten, der ständig die Impulse einer Referenzfrequenzquelle durch den programmierten Faktor teilt. Als Referenzfrequenz wird vorzugsweise die IMetzfrequenz verwendet; es ist auch möglich, die Taktfrequenz des Computers über eine Phasenregelschleife (PLL) von der Netzfrequenz abzuleiten ader einen Quarz zu verwenden. Der Computer ist durch ein entsprechendes Programm zu veranlassen, bestimmte Zeiten abzuzählen; auch der in vielen Computern enthaltene programmierbare Zeitgeber kann vorteilhaft eingesetzt werden.

Für Prüfzwecke ist ein besonderer Prüfausgang des Computers vorteilhaft, an dem die verbrauchte Energie mit kürzerer Meßzeit zur Uerfügung steht als an dem für die Anzeigevorrichtung bestimmten Ausgang.

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üJirtschaftliche Camputer arbeiten mit relativ niedrigen Taktfrequenzen und benötigen deshalb, z.B. für Multiplikationen, lange Zeiten. Zur Zeitersparnis beim Multiplizieren ist mieder vom Prinzip des mitlaufenden Analag-/Digital-tiJandlers Gebrauch zu machen, indem nicht jedesmal die vollen üJerte von Spannung und Strom miteinander multipliziert werden, sondern nur die Differenzwerte zu den vorhergehenden Abtastwerten nach folgendem Schema:

^un * ¹O = ¹Wl

Ist die Multiplikatianszeit bei rein serieller Verarbeitung für eine derartige Anwendung zu lang, so ist stets ein eigenes Parallel-Multiplizieruierk zu verwenden, Dhne daß das beschriebene Meßprinzip sich ändern würde.

Ein besonderes Problem ist bei elektronischen Energiezählern die Störsicherheit. Übliche Ferraris-Zähler vertragen außerordentlich hohe Spitzenspannungen an den Eingängen, vielfach überstehen sie Spitzen von mehr als 10 kV. Der als vorteilhaft vorgeschlagene Strameingang - auch auf der Spannungsseite - erweist sich auch in dieser Hinsicht als günstiger, da geräteseitig praktisch keine Spannungen auftreten, so daß sehr wirksame Schutzmaßnahmen möglich sind.

Bei einem Energiezähler mit einem Computer müssen besondere Vorkehrungen gegen das Eindringen von Störungen in die Elektronik getroffen werden, da ein Störimpuls bei einem Computer nicht nur zu falschen Daten, sondern auch zu einem falschen Befehl führen kann. Auch in dieser Beziehung erweist sich der in der Patent-Anmeldung P 25375^9.9 vorgeschlagene Einchip-Mikrocomputer als überlegen, weil die Auswirkungen von Störungen minimal werden, wenn der gesamte Computer auf einem einzigen Halbleiterkristall integriert ist. Störungen wirken dann nur noch auf die Eingänge und Ausgänge des Computers, wobei Störungen an den Eingängen lediglich zeitweise falsche Eingangsdaten erzeugen, aber keinen falschen Programmablauf verursachen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand einiger Figuren erläutert werden:

In Figur 1 ist zunächst die weniger vorteilhafte, weil aufwendigere Lösung mit einem zweikanaligen Multiplexer M und zwei Analog-ZDigital-lilandlern AD,, AD„ gezeigt. Oeder Multiplexer M hat fünf Eingänge, da jeder der beiden Multiple-

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xerkanäle und jeder der beiden Analog-Digital-Wandler AD„, AD„ im Hinblick auf ihren Nullpunkt- und Eichungsfehler korrigiert werden müssen. Der Mikrocomputer MC steuert sowohl den Multiplexer M wie die Analog-Digital-Wandler AD., AD„. Zum Zwecke der EnergiebErechnung erhält er noch die Referenzfrequenz f „ zu-

rer

gafüiirt. Der kumulierte Energieverbrauch wird auf einer Anzeigevorrichtung Ξ-hiießlich angezeigt, in diesem wie in den folgenden Bildern wird angenommen, daS der Mikrocomputer fC auch die erforderlichen Speicher enthält. Dies gilt auch für den mehrfach erwähnten, elektrisch programmierbaren Speicher zur Aufnahme der Horrekturkurven bzw. -werte. Es ist z.B. ein Metall-I\!itrid-Üxyd-Halbleiterspeicher (MWUS) verwendbar. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Mikrocomputer MC aus mehreren integrierten Schaltkreisen zusammenzustellen; nies ändert nichts am Gedanken der Erfindung.

Ferner ist es nach dem Stand der Technik möglich, die bzw. den Analog-Digital-Wandler AD.,, AD_n zusammen mit den dazugehörigen Widerständen sowie auch die □der den Multiplexer H zusammen mit dem Computer auf einem einzigen Schaltkreis unterzubringen. Der gesamte elektronische Drehstromzähler besteht dann im wesentlichen aus drei Stromwandiern, einer Widerstandsanordnung (z.B. Dünnfilm-Düer Dickschichttechnik), dam GroBschaltkreis, der Anzeige sowie der Stromversorgung. Er weist, wie beschrieben, keinerlei abgleichbare oder einsteilbare Bauelemente auf.

Ir Figur 2 ist die vorteilhaftere Lösung mit einem einkanaligen Multiplexer H und nur einem Analog-Digital-Wandler AD gezeichnet, wobei alle Eingangssignale des Multiplexers M in Form von Spannungen anliegen. Die gezeichnete Reihenfolge der Anschlüsse Ist nicht unbedingt identisch mit der Reihenfolge, In dar die Eingangssignale von dem Multiplexer M abgetastet werden. Der Computer gibt jeweils die Adresse des gewünschten Eingangs über eine Steuerleitung an den Multiplexer M; die Reihenfolge ist vom gewählten Programm abhängig.

In Figur 3 ist die Schaltung für den Fall gezeichnet, daß alle Eingangssignale des Multiplexers M in Form von Stramsignalen vorliegen.

In Figur 4 sind verschiedene Möglichkeiten aufgezeichnet, die Signale abzutasten und die Augenblicksleistung jeweils zu berechnen; die Figuren 4a, b und c ^2zi2'nsn eicn hierbei auf die Messung nur einer Phase, während die Figuren

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kü, κ und f für die Messung bei drei Phasen gelten.

Die Erfindung läßt sich für eine beliebige Anzahl von Phasen vertuenden, z.B. auch für einen sog. Dreileiterzähler, bei dem nur zwei Meßkanäle benötigt werden .

In Figur 'ta ist die Abtastung und Interpolation bei der Spannungs- und Strommessung in einem einphasigen Netz gezeichnet: die Indizes bezeichnen die !Mummer der betreffenden Abtastung; es werden alternierend der Spannungs- und der Stromeingang abgetastet. Ein erstes Teilprodukt (Augenblicksleistung) p. ergibt sich z.B., indem aus den beiden Spannungsabtastungen u_n und u_? ein Spannungsüjert interpoliert wird, der anschließend mit dem Stromabtastwert I₁ multipliziert wird. Ein weiteres Teilprodukt p₃ entsteht z.B. dadurch, daß aus den beiden Spannungswerten u„ und u, ein Lüert interpoliert wird, der anschließend mit dem Stromwert i, multipliziert wird. Die Gesamtleistung P ergibt sich für eine bestimmte Zahl von Abtastungen π zu:

Hierbei werden η Multiplikationen ausgeführt.
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Spannungen und Ströme sind völlig gleichberechtigt und somit vertauschbar.

In Figur 4b ist für den gleichen Fall der alternierenden Abtastung von Eingangsspannung und -strom eine andere Produktbildung beschrieben: aus den vorhandenen Abtastwerten werden nun Teilprodukte ρ gebildet, wobei abwechselnd die Spannung bzw. der Strom interpoliert wird. Die Leistung P errechnet sich hier zu:

P = - (P₁ + P₂ + P₃ + ·..)

In Figur kc ist ein Beispiel für den Fall gezeichnet, daß die Mittelung erst nach der Bildung der Teilprüdukte ρ erfolgt. Die Gesamtleistung P ergibt sich wie im Fall 4b, jedoch wird hier nur ein Speicher für jeweils nur einen Abtastwert benötigt, weil vor der Multiplikation keine Interpolation _mGnr erfolgt bzw. kein Mittelwert mehr gebildet wird.

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Für alle drei !/erfahren gilt:

^{P =} n-^CVi ⁺ Vs ⁺ VS + i₃^ + —)

Für den praktisch wichtigsten Teil der Messung in einem Drehstromnetz ist zunächst in Figur ^d die Abtastung der Phase R, in Figur ke die Abtastung der Phase S und in Figur ^f die Abtastung der Phase T gezeigt. Hierbei wurde die Abtastfolge:

^UR - ¹S - ^UT - ¹R - ^US - ¹T

vorausgesetzt. Die mit den Teilprodukten ρ bezeichneten Pfeile geben an, wie diese Teilprodukte entstanden sind.

Eine V/ielzahl von Abtastfolgen ist möglich; einige für das erfindungsgernäße Verfahren typische sind z.B.:

^UR - ¹R - ^UR - ^US - ¹S - ^US - ^UT - ¹T - ^UT

^UR - ¹R - ^UR - ¹S - ^US - ¹S - ^ÜT - ¹T - ^UT - ¹R - ^UR - ¹R - ^US - ¹S

¹T-⁰T" ¹

¹T

^UR - ^US - ^UT - ¹R - ¹S - ¹T

^UR - ¹S - ^UT - ¹R - ^US - ¹T

Wie erwähnt, bestimmt der Computer, welches Eingangssignal der Multiplexer M jeweils durchschalten soll, so daß je nach Programm in derselben Schaltung beliebige Abtastfolgen und eine beliebige Art der Auswertung der Abtastungen möglich ist.

Bei dem hier beschriebenen Energiezähler mit Computer ist die Abtastung nach Figur ka besonders zweckmäßig, weil ein Computer relativ schnell addieren kann, jedoch für eine Multiplikation eine vergleichsweise sehr lange Zeit benötigt; gemäß Figur 4a werden jedoch nur in Multiplikationen ausgeführt.

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In Figur ^a - f ujurde der Übersichtlichkeit halber die Abtastung des Null- bzuj. Referenzpotentials fortgelassen. Oe nach der zu erwartenden Drift des !Mullpunkts bzuj. der Eichung ist nur zu fordern, daß Null- bzw. Eichpotential in ausreichenden zeitlichen Abständen abgetastet und entsprechende Korrekturtüerte gebildet und gespeichert werden. Es ist also keineswegs notwendig, in jedem Zyklus zur Abtastung der Eingangsgrößen auch die beiden erwähnten anderen Größen mitzuerfassen.

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Le

r s e i t e

Claims

Patentansprüche:

)y Kilauiattstundenzähler mit statischem Meßujerk, insbesondere für Drehstramnetze mit Vorrichtungen zum Anpassen der Eingangsgrößen an die von der Elektronik verarbeitbaren Pegel mit einer Stromversorgung für die elektronischen Bauelemente und mit einer Anzeigevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßuierk (Fig. 2,3) aus einem einkanaligen Multiplexer (M) mit acht Eingängen, einem Analog-/Digital-üJandler (AD) und einem Computer (MC) besteht, bei dem ein Eingang des Multiplexers (M) an IMullpotential, ein anderer Eingang an ein Referenzpotential (LJ „), drei Eingänge mit den Eingangsspannungsgrößen (LL, Ug, LL) und drei Eingänge mit den Eingangsstromgrößen (I_R, I_q, Ι_χ) verbunden sind, daß zur Ermittlung und Speicherung eines Pdullpunktfehlerujertes durch den Computer (MC) von dem Multiplexer (M) in ausreichenden Abständen das [\Iullpotential sowie zum Ermitteln und Speichern eines Eichungsfehlers das Referenzpotential (LJ „) an den Analog-/Digital-Uandler (AD) geschaltet uiird, daß der Computer (MC) alle ihm über den Multiplexer (M) und den Analog-/Digital-üJandler (AD) in digitaler Farm zugeführten Eingangsgrößen vor der Weiterverarbeitung mit dem gespeicherten I\lullpunktfehlerujert vorzeichenrichtig beaufschlagt und mit dem dem Eichungsfehler entsprechenden gespeicherten Karrekturfaktor verknüpft, daß der Multiplexer (M), vom Camputer (MC) gesteuert, die Eingangsgrößen in vorgegebener Reihenfolge über den Analog-ZDigital-uIgndler (AD) dem Computer (MC) zuführt, daß dieser eine vorgegebene Anzahl von Abtasttuerten der Eingangsgrößen speichert, daß der Computer (MC) zur Ermittlung der Augenblicksleistung aus den gespeicherten Abtastuerten mit Hilfe linearer Inter- oder Extrapolation vor oder nach Ausführung der Multiplikation den durch die zeitlich nacheinander erfolgende Abtastung zusammengehöriger Eingangsgrößen entstandenen Fehler kompensiert, daß die ermittelten Augenblicksleistungen der einzelnen Phasen summiert, mit einer Referenzfrequenz (f _f) verknüpft und eine der verbrauchten Energie entsprechende Information einem nichtflüchtigen Speicher mit Anzeigevorrichtung oder einer speichernden Anzeige zugeführt wird, daß die Istabioeichungen von den Sollwerten der nicht von der automatischen Nullpunkt- und Ei-· chungskorrektur erfaßten T_Eile des Zählers souiie der Referenzspannungsquelle (U _f) ermittelt und entsprechende Korrekturuerte in einem elektrisch programmierbaren Speicher gespeichert und vom Computer (MC) bei der Berechnung des Energieverbrauchs berücksichtigt werden.

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ORiGiNAL INSPECTED

2) Kilawattstundenzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz des Computers von einem Quarz ader über eine PhasenregelschleifE (PLL) aus der Netzfrequenz abgeleitet ist.

3) Kilowattstundenzähler nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die TaktfrequEnz des Camputers als Referenzfrequenz für die Integration verwendet uird.

if) Kilawattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplexfrequenz mit der [Metzfrequenz synchronisiert ist.

5) Kilawattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplexfrequenz gegenüber der Netzfrequenz frei läuft bzw. zusätzlich frequenzmoduliert wird.

6) Kilawattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplexfrequenz über das Pragramm von der Taktfrequenz des Computers abgeleitet ist.

7) Kilawattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßoierk (Fig. 1) aus einem zuieikanaligen Multiplexer (M) mit je fünf Eingängen, zuiei Analag-/Digital-üJandlern (AD., AD„) und einem Computer (MC) besteht, bEi dem einer der jeweils fünf Eingänge an Nullpotential, ein zweiter der jEüJEÜs fünf Eingänge an ein Referenzpotential und die Eingangsgrößen LL, U₁-., LU den verbleibenden drei Eingängen des einen, und die Eingangsgrößen I_R, Iq. I-p den verbleibenden drei Eingängen des anderen Multiplexers (M) zugeführt und über die beiden Analog-/Digital-li!andler (AD., AD₂) dem Computer (MC) in digitaler Farm übermittelt werden.

8) Kilouiattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer (MC) zur Integration der Augenblicksleistung durch Programmsteuerung jeweils eine der jewEiligsn Augenblickslsistung EntsprEchendE Zahl von Perioden einer Referenzfrequenz (f _f) abzählt und diese der speichernden Anzeigevorrichtung zuführt.

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9) Kilowattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils errechnete Augenblicksleistung zum Einstellen eines programmierbaren Frequenzteilers bzw. -vervielfachers verwendet wird, der Impulse einer Referenzfrequenz (f _) teilt bzw. vervielfacht und daß die so erhaltenen Zählimpulse als Maß für die verbrauchte Energie der speichernden Anzeige zugeführt werden.

10) Kilouattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz des Computers als Referenzfrequenz verwendet und daß die für die Integration benötigte Zeitvorgabe in an sich bekannter Weise durch eine Programmschleife oder durch einen auf dem Computerschaltkreis integrierten Zeitgeber erzeugt wird.

11) Kilowattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 1D, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation der Zeitverzögerung bei einkanaliger Abtastung und Analog-/ Digital-Ul_andlung der jeweils zeitlich später abgetastete Wert eines Spannungs-Strom-Paares mit Hilfe eines analogen Uerzögerungsgliedes entsprechend verzögert ist.

12) Kilowattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei einkanaligem Multiplexen im Augenblick der Abtastung einer GröSe der zugehörige Augenblickswert dEr zum Spannungs-Strom-Paar gehörenden Größe analog zwischengespeichert und anschließend dem Analog-Digital-Wandler (AD) zugeführt ist.

13) Kilowattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ermittlung des Abtastuiertes einer Größe, der zeitlich zu dem Abtastwert der anderen Größe eines Spannungs-StrDm-Paares gehört und der wegen des einkanaligen Multiplexens nicht gleichzeitig abfragbar ist, der Computer aus mindestens zwei Abtastwerten der einen Größe durch Inter- ader Extrapolation den fehlenden liiert errechnet.

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Kilowattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem einphasigen Energiezähler der einkanalige Multiplexer vom Computer gesteuert alternierend die Eingangsgrößen Spannung und Strom sowie in ausreichenden zeitlichen Abständen ebenfalls Nullpotential sowie eine Referenzspannung abtastet und daß der Camputer aufgrund des ihm eingegebenen Programms stets die beiden zuletzt abgetasteten Werte gespeichert hält, daß er bei jeder einzelnen Abtastung aus dem soeben erhaltenen und dem im Speicher verfügbaren früheren Abtastuert derselben Größe einen interpolierten Wert berechnet und diesen mit dem im Speicher verfügbaren Liert der anderen Größe zur Ermittlung der Augenblicksleistung multipliziert, so daß abujechselnd Interpolationstijerte für die Spannung und den Strom errechnet und mit dem momentanen Wert der anderen Größe multipliziert werden.

15) KilDUiattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem einphasigen Energiezähler der einkanalige Multiplexer vom Computer gesteuert alternierend die Eingangsgrößen Spannung und Strom sowie in ausreichenden zeitlichen Abständen i\lullpütential und eine Referenzspannung abtastet, daß der Computer aus jeweils zwei aufeinanderfolgenden Abtastwerten der einen Größe durch Interpolation den Mittelwert errechnet und diesen jeweils mit dem zeitlich dazwischenliegenden Abtastwert der anderen Größe multipliziert.

IS) Kilcwattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem einphasigen Energiezähler der ainkanalige Multiplexer vom Computer gesteuert alternierend die Eingangsgrößen Spannung und Strom sowie in ausreichenden zeitlichen Abständen Nullpotential und eine Referenzspannung abtastet, daß der Camputer fortlaufend jeweils zwei zeitlich aufeinanderfolgende Abtastwerte beider Größen miteinander multipliziert und die TeilproduktE summiert.

17} Kiiowattstundenzähler nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mehrphasigen Energiazähler dar einkanalige Multiplexer vom Computer gesteuert die Spannungen und Ströme der Phasen sowie in ausreichenden zeitlichen Abständen Nullpotential und eine Referenzspannung abtastet, wobei die Eingangsgrößen wie folgt nacheinander abgetastet werden:

^UR - ¹R - ^UR - ⁰S - ¹S - ^US - ^UT * ¹T - ^UI

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18) Kilowattstundenzähler nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mehrphasigen Energiezähler der einkanalige Multiplexer \/om Computer gesteuert die Spannungen und Ströme der Phasen sowie in ausreichenden zeitlichen Abständen füullpotential und eine Referenzspannung abtastet, uiobei die Eingangsgrößen wie folgt nacheinander abgetastet werden:

V ¹R - ^UR - ¹S - ^US - ¹S - ^UT - ¹T - ^UT - ¹R - ^UR - ¹R - ^US - ¹S - ^US I₁. - U₁. - I₁.

19) Kilowattstundenzähler nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mehrphasigen Energiezähler der einkanalige Multiplexer vom Computer gesteuert die Spannungen und Ströme der Phasen souiie in ausreichenden zeitlichen Abständen f\lullpotential und eine Referenzspannung abtastet, uiobei die Eingangsgrößen wie folgt nacheinander abgetastet werden:

^UR " ^US " ^UT " ¹R " ¹S ~ ¹T

2ü) Hiloujattstundenzähler nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mehrphasigen Energiezähler der einkanalige Multiplexer vom Computer gesteuert die Spannungen und Ströme der Phasen sowie in ausreichenden zeitlichen Abständen IMullpotential und eine Referenzspannung abtastet, wobei die Eingangsgrößen wie folgt nacheinander abgetastet werden:

^UR - ¹S - ^UT - ¹R - ⁰S - ¹T

21) Kilowattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 2G, dadurch gekennzeichnet, daß alle über den Multiplexer dem Analog-/Digital-liJandler zugeführten Signale in Spannungen umgeformt sind, sofern sie nicht bereits als Spannungen vorliegen.

22) Kilowattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die über den Multiplexer dem Analog-/Digital-liJandler zugeführten Signale in Ströme umgeformt sind, sofern sie nicht bereits als Ströme vorliegen.

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23) Kilawattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzer-Kennlinie des Analag-/Digital-Wandlers so gestuft ist, daß der auf den jeweiligen Meßwert bezogene relative Meßfehler unabhängig von der Aussteuerung konstant bleibt und daß der Computer die Umsetzer-Hennlinie des Analog-/Digital-liJandlers bei der Weiterverarbeitung der von diesem angelieferten Werte berücksichtigt.

2k) Kilowattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog-Digital-Wandler eine logarithmisch gestufte Umsetzer-Hennlinie aufweist und daß der Computer diese bei der Weiterverarbeitung der von dem Analog-Digital-Wandler angelieferten Zahlenmerte berücksichtigt.

25) HiloLüattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch Zk, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog-Digital-Wandler eine binär gestufte Umsetzer-Hennlinie aufweist und daß der Computer diese bei der Weiterverarbeitung der νση dem Analog-Digital-Wandler angelieferten Zahlenwerte berücksichtigt.

2b) KÜDWattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Computer gesteuerte Analog-Digital-Wandler zusätzlich zum Multiplexbetrieb als mitlaufender Analog-Digital-Wandler ausgebildet ist und der Analog-Digital-Wandler bereits vor Beginn der Abtastung einer bestimmten Größe schon auf den vorherigen Abtastwert derselben Größe eingestellt ist, so daß der Komparator des Analag-Digital-Wandlers nur noch die Differenz zwischen dem neuen und dem alten Abtastwert zu verarbeiten braucht.

27) Kilowattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Berechnung der Augenblicksleistung der Computer nicht jeweils die vollen Abtastwerte von Spannung und Strom, sondern nur den vorherigen gespeicherten Wert mit der Strom- bzw. Spannungsdifferenz multipliziert.

28) Kilowattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berechnung der Augenblicksleistung ein Parallel-Multiplizierwerk eingesetzt wird.

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29) Kilowattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der AnalGg-/Digital-üJandler und evtl. auch der Multiplexer zusammen mit dem Computer auf einem einzigen Halbleiterkristall integriert ist, und daß an diesen Schaltkreis neben der Stromversorgung lediglich noch die sechs pegelangepaßten Eingangsgrößen sowie die Anzeigevorrichtung für den Energieverbrauch anzuschließen sind.

3D) Hilowattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß elektronisch fehlerkampensierte Stromwandler verwendet werden und daß der Computer so programmiert ist, daß er aus den vom Analog-ZDigital-bJandler angelieferten LJerten einen darin enthaltenen fehlerhaften Dffset-Gleichanteil, der vom Hilfsverstärker des Stromwandler herrührt, bei der Berechnung der Augenblicksleistung eliminiert.

31) Hilouiattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 3D, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer so programmiert ist, daß er bei verzerrten Eingangssignalen nur jeweils die Grundwelle bei der Berechnung der Augenblicksleistung berücksichtigt.

32) Hilowattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer zum Zwecke des Berechnens der Grundwelle bei einEm verzerrten Eingangssignal eine Fourier-Transformation (FFT) durchführt.

33) Hilowattstundenzähler nach Anspruch Ί b3s Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer so programmiert ist, daß er Sprünge in den Abtastwerten, die eine vorgegebene Höhe übersteigen, als Störungen bewertet und daß er entweder den überschießenden Teil subtrahiert oder solche gestörten Abtastwerte verwirft.

34) Hilowattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer so programmiert ist, daß er eine gleitende Mittelwertbildung bei der Berechnung der Augenblicksleistung bzw. der Energie vornimmt.

35) Hilowattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 3k, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiezähler bzw. der Cnmputerschaltkreis selbst einen elektrisch programmierbaren Speicher enthält, dessen Inhalt auch bei Ausfall der l/ersorgungsspannung erhalten bleibt.

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36) Kilouattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiezähler bzuj. der Computerachaltkreis selbst einen elektrisch schreib- und auslesbaren nichtflüchtigen Speicher (z.B. MNOS-Speicher) enthält und daß dieser Speicher in ausreichenden zeitlichen Abständen wieder aufgefrischt wird, um zu gewährleisten, daß die dart einmal gespeicherten Daten erhalten bleiben.

37) Hiloüjattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der kumulierte Zählerstand (Energieverbrauch) bei Ausfall der i\ietzversargung in einem nichtflüchtigen Speicher abgespeichert uiird.

36) Kilcwattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiezähler eine elektronische Anzeigevorrichtung enthält, die vom Computer gesteuert wird.

39) Kilüwattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiezähler eine speichernde Anzeigevorrichtung enthält.

4G) Kilowattstundenzähier nach Anspruch 1 bis Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiezähler einen geschützten Anschluß für ein (z.B. tragbares) Prüfgerät aufweist, mit dessen Hilfe in kürzester Zeit der Zähler geprüft werden kann.

41) Hiloujattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiezähler über einen weiteren oder den geschützten Anschluß seinen Zählerstand mit einer Zählerkennung ausgibt.

h2) Kilouiattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabe des Zählerstandes mit einer Zählerprüfung kombiniert ist.

43) Kilüwattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Energiezähler enthaltene Computer neben der reinen Energieberechnung zusätzlich eine ader mehrere solcher Aufgaben übernimmt, uie sie bisher bei Energiezählern mit Zusatzgeräten üblich sind (Maximumzähler, Überverbrauchszähler, Festmsngenzähler, Grenzwertkantakte usw.)

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44) KilouattstundEnzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 43, dadurch gEkEnnzeichnst, daß übt Cümputsr dES Energiezählera bEi der ÜbErnahme dEr AufgabEn einEs RundsteuerEmpfangers so programmiert ist, daß εγ mit bskannten MEthodEn dEr digitalEn Filterung nicht nur das Dekodieren dEr Rundsteuerbefehle, sondern auch das Ausfiltern dEr RundstEuErimpulsE nach Entsprechender PEgElanpassung und SiqnalaufberEitung vornimmt.

45) KiloLüattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß bei der ÜbernahmE dEr AufgabEn εϊπεξ RundsteuerEmpfängErs diE Programmierung dos RundsteuErEmpfängErs im nichtflüchtigen Speicher dES Zählers bzw. Computers Enthalten ist.

46) KilDuattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Übernahme dsr Aufgaben Eines Rundsteuerempfängers durch den CornputEr dES EnErgiezählErs der Energiezähler auch für den EnergiEkundEn bEstimmtE SignalE ausgibt.

47) HilDLijattstundenzählEr nach Anspruch 1 bis Anspruch 4G, dadurch gEksnnzEichnet, daß der Energiezähler bziu. der in ihm enthaltene Computerschaltkreis selbst einen elektrisch programmierbaren bzw. beüEbig oft neu programmiErbaren Speicher enthält, in dem Korrekturuerte bzuj. Horrekturkuruen für alle Bauelemente des Zählers Enthalten sind, die nicht vc-π der automatischen Nullpunkt- und Eichungskorrektur erfaßt uerdEn, dsren Eigenschaften bzu. üJertE jedoch in die Messung eingehen, und daß der Computer so programmiert ist, daß er bei dsr Berechnung des EnergievErbrauchs die jeueiligEn HorrEkturuerte bzu. -kurven berücksichtigt (z.B.: TEilungsfaktorEn der EingangsspannungsteilEr, Beträge und Fehluiinkel der StromuandlerübersEtzungsvErhältnissE, Referenzspannung, ReferenzfrequEnz).

48) HiloüjattstundEnzählEr nach Anspruch 1 bis Anspruch 47, dadurch gskennzeichnet, daß der EnergiEzählEr ksinErlei Abgleich- oder Einstellelemente enthält, daß diE AbüJEichungen der noch in das MeßergEbnis eingEhEnden Bauelemente von ihren SolluertEn jeueils ermittelt und entsprechende KorrekturuertE bzui. -kurven in den elektrisch programmierbaren Speichsr dES Zählsrs bzu. ComputErschaltkreises gespEichErt uerdEn, und daß dsr ComputEr bei der EnErgieberechnung die jeujEiligen Korrekturuierte bzu. -kurven bErücksichtigt.

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k3~) Kilowattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch kB, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung der Abweichungen der in das Meßergebnis noch eingehenden Bauelemente von den Sollwerten der im Zähler vorhandene Multiplexer und der vorhandene Analog-/Digital-ltiandler mitbenutzt werden, indem an den Zähler geeignete Eingangssignale gelegt und die Istwerte am Ausgang des Analog-/Digital-Wandlers oder an einem geeigneten Ausgang des Computers in digitaler Form abgegriffen werden, so daß alle über der Aussteuerung so gemessenen Kurven bzw. Karrekturkurven die individuellen Abweichungen sowohl des Multiplexers wie des Analog-/Digital-liIandlers van der Sall-Umsetzer-Kennlinie zwischen O % und 1DG % des Meßbereichs enthalten, wodurch bei entsprechender Zahl van Meßpunkten pro Korrekturkurve jede Abweichung der Umsetzer-Kennlinie von ihrem Sallverlauf (linear, logarithmisch, binär usw.) bis auf einen beliebig kleinen Restfehler kompensiert ist.

50) Kilowattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch kB, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden einzelnen Stromwandler eine Korrekturkurve für den Betrag und eine Korrekturkurve für den Fehlwinkel ermittelt, gespeichert und bei der Errechnung berücksichtigt wird.

51) Kilowattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß generische oder individuelle Temperaturkoeffizienten bzw. Temperaturkurven der noch in das Meßergebnis eingehenden Bauelemente im Festwertspeicher (ROM) oder im programmierbaren Festwertspeicher (PROM) oder im elektrisch änderbaren Festwertspeicher (EaRGM) des Zählers bzw. Computerschaltkreises gespeichert sind, daß der Zähler einen Temperaturfühler enthält, daß das Eingangssignal dieses Temperaturfühlers z.B. unter Mitbenutzung des vorhandenen Multiplexers und Analog-/Digital-Uandlers dem Computer zugeführt wird, und daß der Computer bei der Berechnung des Energieverbrauchs die gemessene Betriebstemperatur und die gespeicherten Temperaturabhängigkeiten mit berücksichtigt.

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52) Ki ^wattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß generische oder individuelle Alterungsraten der noch in das Meßergebnis eingehenden Bauelemente im Festwertspeicher (ROM) oder im programmierbaren Festwertspeicher (PROM) oder im elektrisch änderbaren Festwertspeicher (EaRDM) des Zählers bzw. Camputerschaltkreises gespeichert sind, daß der Zähler eine frei laufende ader wan einer Referenzfrequenz abgeleitete Zeitbasis besitzt, und daß der Computer bei der Berechnung des Energieverbrauchs die Alterungsraten und den gegenwärtigen Stand der Zeitbasis mit berücksichtigt.

53) Hiloujattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer so programmiert ist, daß bei einer Nachkontrolle des Zählers durch die inzwischen eingetretene Bauelementealterung sich ergebende neue Horrekturwerte bzw. -kurven in den Speicher eingeschrieben werden.

54) Kilowattstundenzähler nach Anspruch 1 bis Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch programmierbare Speicher des Zählers bzw. Computerschaltkreises zusätzlich eine Zählerkennung enthält, die aus einer Seriennummer und evtl. einem Datencode und einem Prüfcode besteht.

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