預付式電子電度表的製作方法
2023-09-18 10:56:30
專利名稱：預付式電子電度表的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種預付式電子電度表，更具體地說，涉及一種能夠在預付電費之後才供電的預付式電子電度表。
一般地說，電度表是指一種測量負載用電量的計量表。近來，由於對多功能、機構精巧和高精度的不斷增長的需要，機械式電度表正在被電子式裝置所替代。
圖1表示常規的電子式電度表。如圖中所示，配置電源單元10以便從電源接收電能並將電能提供給系統的每個元件。配置一個包含電壓互感器21和電流互感器22的輸入變換器20用於將由電源提供的高電壓、大電流變換為低電壓和小電流。配置包含乘法器31和頻率變換器32的電功率/頻率變換器30用於表示由輸入變換器20的輸出電壓和電流相乘得到的電功率電平和用於輸出一個其頻率與提供到負載的電功率成比例的信號。配置包含分頻器41和顯示器42的數字電路單元40用於根據一個時間周期對電功率/頻率變換器30的輸出頻率進行分頻以及顯示輸出頻率。
電源單元10包括用於將電源提供的交流電流(AC)降低的功率變換器11，一個供電電路單元12，用於將由功率變換器11降低的交流電流整流為直流電流，並用於將該直流電流提供到每個電路元件；以及一供電中斷補償單元13，用於當發生供電中斷時，利用電池補充進行供電。
電壓互感器21與電源並聯，電流互感器22與電源串聯。
下面參照附圖解釋常規的電子型電度表的工作情況。
首先，將由電源提供的AC降到預定電平，由供電電路單元12將經此降低的AC整流為直流DC，然後提供到系統的每個電路單元。
這裡，供電中斷補償單元13意在當供電中斷時，利用電池提供電能，以便維持測量的數據和在易失性存儲器中存儲的各種參數。
此外，輸入變換器20的電壓互感器21和電流互感器22分別接收電源的高電壓和大電流，並且將經此接收的高電壓和大電流變換為低電壓和小電流。
例如，如果電源提供220伏、30安和60赫的電力，並且電壓互感器21和電流互感器22的變比分別為M∶1和N∶1，那麼電壓互感器21根據變比M∶1降低電壓並輸出1/M的電壓(伏)，以及電流互感器22輸出1/N的電流(安)。
電功率/頻率變換器30中的乘法器31將由電壓互感器21和電流互感器22輸入的電壓和電流相乘，並輸出與負載當時消耗的電功率成比例的脈衝調製信號，頻率變換器32將由乘法器31輸出的該脈衝調製信號變換為一頻率信號。
數字電路單元40在預定的時間間隔對由頻率變換器32輸出的頻率信號進行分頻並累加，和在顯示單元42上顯示該信號，由此測量消耗的電能量。
然而，由於常規的電子式電度表用於一種延期付款系統，這種系統在預定的付款期內對用電費事後付款，如果用戶搬到另外一個地方，會難於計算使用的電能費用和向用戶索取所使用的電能的費用。此外，在供電期間或支付用電帳單時，利率發生變化或通貨膨脹，由於貨幣價值差，可能使用戶或供電商蒙受損失。
因此，本發明的一個目的是提供一種能克服常規的電子型電度表的局限性的預付式電子電度表。
本發明的再一個目的是提供一種預付式電子電度表，其能夠防止由於在供電計時和用電費用率支付計時之間的計時差引起的貨幣損失，並且易於進行用電費用計算，使預付給供電商的電費與用戶預付使用費後應使用的電量相一致。
為了實現上述目的，提供一種預付式電子電度表，其包括一個功率變換器，用於將由電源提供的高電壓和大電流變換為低電壓和小電流一個功率/頻率變換器，用於通過將由功率變換器輸出的電壓和電流相乘提供使用電能的指示，以及輸出一個其頻率正比於所乘結果的信號；一個電記帳單計算和顯示單元，用於按照預定的時間間隔，對由功率/頻率變換器輸出的信號頻率進行分頻和累加，由此計算用電量和對該量值記帳，將因此計算的記帳單與先前設定的預付使用費相比較，當記帳量值等於預付使用費時產生一個負載中斷信號；以及一個開關，用於在來自用電記帳單計算和顯示單元的負載中斷信號的控制下將負載與電源斷開。
通過下面的介紹，會使本發明的另外的優點、目的、特徵變得更加明顯。
通過下文提供的詳細介紹和附圖，將會更完整地理解本發明，這些附圖僅為了說明而提供，因此，不是對本發明的限制，其中圖1是表示常規的電子式電度表結構的示意方塊圖；圖2是表示根據本發明的預付式電子電度表結構的示意方塊圖；圖3是表示在圖2中的用電費用率設定和輸入單元的結構的示意方塊圖；圖4是用於根據本發明的預付式電子電度表的運算方法的流程圖；圖5A到5D是表示基本用電費用率和使用電能費用的表格；以及圖6A到6E是表示例如在如圖3所示的卡中存儲的條形碼和密碼的信息的示意圖。
圖2表示根據本發明的預付式電子電度表。按與常規的電子式電度表相同的方式配置電源單元10、輸入變換器20和功率/頻率變換器30。還提供一用電記帳單計算和顯示單元50，用於按照預定的時間間隔對由功率/頻率變換器30輸出的頻率信號進行分頻和累加，計算用電量，將該頻率和與預先設定的用電費用率相對應的數據相比較，顯示用電記帳單，根據用電記帳單計算和顯示單元50的控制信號中斷電源供電。
該用電記帳單計算和顯示單元50包括一個分頻器51，用於按照預定的時間間隔對由頻率變換器32輸出的頻率信號進行分頻和累加，和用於計算用電量。所包括的用電費用率設定和輸入單元52用於設定用電的基本費用率和該用電量的各種費用率以及用於輸入預付使用費，比較單元53，用於根據由分頻器51所計算的用電量，對該用電量的記帳單進行計算，將因此計算的用電記帳單和由用電費用率設定和輸入單元52提供的預付使用費相比較，當記帳值超過預付使用費時，輸出報警信號和中斷供電信號。負載控制器54根據來自比較單元53的中斷供電信號控制向電路負載的供電，報警信號輸出單元55根據來自比較單元53的比較信號控制報警信號的產生。設置顯示單元56以便根據來自比較單元53的比較信號顯示用電量和記帳信息。
用電費用率設定和輸入單元52包括用電費用率設定單元52-1，用於用電的基本費用率和用電的各種費用率的設定，費用率信息輸入單元52-2，用於各種類型的輸入元件輸入預付使用費；輸入信號選擇器52-3，用於選擇通過費用率信息輸入單元52-2輸入的各種類型的費用率信息；以及存儲器52-4，用於存儲費用率設定單元52-1和輸入信號選擇器52-3的輸出。
費用率信息輸入單元52-2可以包括條形碼輸入單元52b，用於讀取變換為條形碼格式的預付使用費信息；密碼輸入單元52b，用於輸入變換為密碼數碼格式的預付使用費信息；一個接口單元52c，用於讀取存儲在IC卡或磁卡中的費用率信息；或者一個貨幣識別器52d，用於識別貨幣票據。
下面參照附圖，將解釋根據本發明的預付式電子電度表的工作情況。
首先，利用功率變換器11將由電源提供的交流電AC降低到預定的電平，利用供電電路單元12將經此降低的交流電AC整流為直流電DC，並提供到系統的每一電路元件。
供電中斷補償單元13意在用於在供電中斷的過程中利用電池向裝置的各個電種供電。並維持測量的數據和在易失性存儲器中存儲的各種參數。
輸入變換器20的電壓互感器21和電流互感器22將電源輸出的高電壓和大電流變換為低電壓和小電流。乘法器31將由電壓互感器21和電流互感器22輸出的電壓和電流相乘，並輸出一個與用電量成比例的脈衝調製信號。頻率變換器32將該脈衝調製信號變換為頻率信號，並將該頻率信號輸出到用電記帳單計算和顯示單元50。
用電記帳單計算和顯示單元50中的分頻器51按照預定的時間間隔對由頻率變換器32輸出的頻率信號進行分頻和累加，並將使用的電量輸出到比較裝置53。
在這裡，指出這一點是很重要的，即當設計用電量的定標器時，怎樣利用頻率變換器32來確定與用電量成比例的頻率信號。
例如，利用頻率變換器32根據如下條件設定最大負載N(脈衝/秒)。
3P 4W110V30A60Hz這裡，利用如下表達式得到在最大負載下的電功率。
P＝3×E×I(W) 公式(I)＝3×100V×30A＝9900(W)公式(II)當對於一個頻率分量按照最大負載表達電功率時，電功率是9900/N(瓦秒/脈衝)，以及當用該千瓦時/脈衝的數值結果進行表達時，電功率是0.00275/N(千瓦時/脈衝)。
即，當由頻率變換器32輸出一個脈衝時，利用分頻器51進行分頻得到的用電量是0.00275/N(千瓦時/脈衝)。
用電費用率設定和輸入單元52執行的功能是設定用電量的基本費用率和使用電量的各費用率以及輸入預付使用費。
下面將解釋設定用電量的基本費用率和使用電量的各費用率的功能。倘若提供的電量用於一公共的寓所，通過將使用的用電量費用率和基本費用率相加來計算用電費用率。
這裡，基本費用率是一個與固定費用對應的費用率，該基本費用是由於維持供電部門運行和由供電商安裝該系統而收取的。如圖5A所示，基本上，用電費用率可以分為6項。這些項通常是由供電商設定的。
此外，如圖5B所示，各種用電費用率通常按照7項設定，用於以不同方式適應用電量很大的用戶和用電量較少的用戶的各種用電費用率。這些項目通常是由供電商設定的。
作為參考，在韓國公寓中，如在圖5C中所示的基本費用率是根據各種用電費用率和供電章程確定的，用電記帳單是按照圖5D所示項目確定的。
例如，當一個家庭在一個月內使用了151kwh(千瓦時)的電量時，參照如圖5C所示的基本費用率，該基本費用率是740元(韓幣)，參照如圖5D中所示的用電費用率可按下述方式計算電費。
0-50kwh 30.70元×50kwh＝1535元51-100kwh72.5元×50kwh＝3625元101-200kwh 108.90元×50kwh＝5553.9元10713.9元因此，該用電量記帳單是10713元。
所以，總的用電量記帳值是11454.9元，它是通過將基本費用率的費用(740元)和所使用的電量的費用(10713.9元)相加得到的。
接著，將解釋預付使用費的輸入。通過根據用戶的要求或者利用條形碼，或者利用密碼、或者利用諸如集成電路卡或磁卡之類的卡，或者利用貨幣票據識別器以可供選擇的方式輸入預付使用費。
首先，解釋利用條形碼的方法。如圖3所示，一個小型的條形碼掃描器，例如裝在電度表內的條形碼輸入單元52a讀出由供電商提供的條形碼張貼標記的內容，並且將因此讀出的內容經過輸入信號選擇電路52-3輸出到存儲器52-4。
這裡，條形碼張貼標誌如圖6A所示包含基本費用率信息、用電量費用率信息、以及指明條形碼張貼標誌有效日期的年、月、日信息，以及預付使用量信息。
因此，把由條形碼輸入單元52a讀出的基本費用率信息、用電量費用率信息、年、月和日信息和預付使用費信息存儲在存儲器52-4，以及將預付使用量存儲在電度表中。
如果利用密碼，如圖3所示，把具有鍵盤的密碼輸入單元52b裝入電度表，利用鍵盤輸入密碼，該密碼是向供電商預付使用費時提供給用戶的，將預付使用費密碼寫入電度表。
如圖6B所示，該密碼由12個字母字符組成，其包括，用電量費用率分類信息、密碼、預付使用費信息和有效輸入期。
如果使用預付卡，如圖3所示，將卡接口52C例如卡讀出器裝入電度表，通過讀出卡(集成電路卡或磁卡)上的內容將預付使用費寫入電度表，該卡在利用卡接口52C向供電商預付使用費時提供給用戶。這裡，如圖6C所示，將基本費用率信息、用電量費用率信息和預付使用費信息寫入到卡中。
如果利用貨幣票據識別器，將貨幣票據識別器如圖3所示裝入電度表。在某個短時使用的場所例如在旅館或暫住公寓使用者通過利用貨幣票據將預付使用費寫入電度表。
因此，比較單元53根據由分頻器51分頻的頻率信號計算用電量，以及根據存儲在用電費用率設定和輸入單元52中的各費用率信息計算該用電量記帳單。
假如用電量記帳單數值大於預付使用費和剩餘量之和，即剩餘的總量，負載控制器54根據來自比較單元53的比較信號斷開供電電路開關60，這樣由電源向電力裝置的供電就被斷開。
當剩餘量小於一預定量時，比較單元53向報警信號輸出單元55輸出比較信號，通過報警通知用戶剩餘量很小。
即，假如，電量(已經使用的)記帳單量值乘以1.15所得到的數值大於預付費和剩餘量之和，則將報警信號傳送到報警信號輸出單元55。
這裡，乘以1.15是為了提前報警，告之用電記帳單量值將要超過輸入在電度表中的預付量，以及現時剩餘的預付使用費很小。
顯示單元56根據來自比較單元53的比較結果顯示所使用的電量(kwh)以及記帳單信息。如圖6D所示，假如所希望的信息不能同時全部顯示，則最好逐項顯示，並且顯示內容包括，項代碼和相應的項數值信息。即按照預定的時間間隔，周期性地顯示項代碼和數值。
在圖6D和6E中，「01」表示項代碼「所使用電量的總量」，以及數值「58493」表示現時所用的電量的總量。
圖6E表示按照預定時間間隔周期性地在顯示單元56中顯示的信息，其包括項代碼和項顯示內容。
下面參照圖4中的流程圖，解釋根據本發明的預付式電子電度表的工作情況。
首先，當控制程序起動時，進行起始化處理，然後T、U、V、W、X、Y和Z各緩衝器被置O，其中T標註用於存儲剩餘量的緩衝器，U標註用於存儲「1.15×使用電量記帳單量值」的數值的緩衝器，V標註用於存儲已用的電量值的緩衝器，W標註用於存儲預付量加上剩餘量的緩衝器。
此外，X標註用於存儲已用電量的緩衝器，Y標註用於存儲此外輸入的預付量的緩衝器，Z標註用於存儲輸入脈衝的緩衝器。
在步驟101設定「季節性變化日期」，用於由供電商確定用電費用率的支付時間。如果沒有設定「季節性變化日期」，則按照每個月的第一天設定起始值，並且將當月使用的電量值自動地在每個月的相同日期自動設定為0(零)。
如果用電費用率通常按照特定的季節變化，則需要該「季節性變化日期」，以便該用電量記帳單量值能精確地累積。假如季節日期是不變的，則可參照累積到該即時時間的用電量的量值，刷新用電記帳單的量值，可以計算或多或少花費的用電量記帳單。
例如，在安裝電度表持續3.5個月以後，設想該用電量的總量按照下述計算。
直到三個月357kwh三個月之後108kwh該用電量的總量483kwh這裡，如果沒有季節性變化，根據基本費用率和對於483kwh的總用電量的用電費用率來計算用電記帳值。然而，假如有暫時季節性變化，由於用電記帳單量值是根據基本費用率和對於半月108kwh的用電量的用電費用率計算的，在用電記帳值方面可能有很大的差別。
在設定季節性變化日期完成之後，由頻率變換器32輸出的脈衝信號以累積方式存儲在緩衝器「Z」中，以及在步驟103將預付使用費存儲在緩衝器「Y」中。
在步驟104將當前日期與設定的季節性變化日期相比較。根據比較結果，如果兩個日期一致，就會確認一個新的季節(一個月)開始，並且緩衝器「Z」置於0(零)，在步驟105計算新的月份的用電量。假如兩個日期不一致，則根據在緩衝器「Z」中累積的脈衝信號計算用電量kwh，並存儲在緩衝器「X」中。
即，如上所述，利用頻率變換器32設定最大負載，以及根據數值0.00275/N(kwh/脈衝)計算用電量，該數值是當電壓和電流設為3P、4W、110V、30A和60Hz時得到的。
此外，在步驟107將預付量x′和剩餘量y′之和的數值存儲在緩衝器「W」中，並且在步驟108中如圖5B中所示，將存儲在緩衝器「x」中的用電量和第一標示行(1#)的「F」用電量相比較。當該用電量小於第一標示行(1#)的用電量時，利用下文將介紹的第一用電記帳單量值計算法來計算用電記帳單量值，並且在步驟109存入緩衝器「V」。當該用電量大於第一標示行(1#)的用電量時，在步驟110，將該用電量與第二標示行(2#)的「G」用電量相比較。
根據比較結果，當該用電量小於第二標示行(2#)的用電量時，根據第二用電記帳單量值計算方法計算用電記帳單量值並在步驟111中存儲在緩衝器「V」內，以及當該用電量大於第二標示行(2#)的用電量時，在步驟112將該用電量與第三標示行(3#)的用電量相比較。
如圖5B所示，在步驟112、114、116和118按照與上述相同的方式，將該用電量與表中的第3、4、5和6標示行的「H」、「I」、「J」和「K」量相比較。當該用電量分別小於第3、4、5或6標示行的其中任一量值時，利用對應的第3、4、5或6記帳單量值計算該用電記帳單量值，並且在步驟111、113、115、117和119將其存在緩衝器「V」中。當該用電量大於第3、4、5和6標示行的每一個量值時，進行該用電量與下一個更高的標示行的量值相比較。
當該用電量大於第6標示行的量「K」時，利用第7記帳單量值計算法計算該用電記帳單量值。並在步驟120將其存在緩衝器「V」中。
下面介紹第1到第7記帳單量值計算法。基本費用率和用電費用率參照圖5A和5B。
第1用電記帳單量值＝第1基本費用率+(第一標示行的用電費用率×用電量)；第2用電記帳單量值＝第1基本費用率+{(第一標示行的用電費用率×F)+[第二標示行的用電費用率×(用電量)-F]}；第3用電記帳單量值＝第2基本費用率+{(第一標示行的用電費用率×F)+[第二標示行的用電費用率×(G-F)]+[第3標示行的用電費用率×(用電量-G)]}；第4用電記帳單量值＝第3基本費用率+{(第一標示行的用電費用率×F)+[第二標示行的用電費用率×(G-F)]+[第三標示行的用電費用率×(H-G)]+[第四標示行的用電費用率×(用電量-H)]}；第5用電記帳單量值＝第4基本費用率+{(第一標示行的用電費用率×F)+[第二標示行的用電費用率×(G-F)]+[第三標示行的用電費用率×(H-G)]+[第四標示行的用電費用率×(I-H)]+[第五標示行的用電費用率×(用電量-I)]}；第6用電記帳單量值＝第5基本費用率+{(第一標示行的用電費用率×F)+[第二標示行的用電費用率×(G-F)]+[第三標示行的用電費用率×(H-G)+[第四標示行的用電費用率×(I-H)]+[第五標示行的用電費用率×(J-I)]+[第六標示行的用電費用率×(用電量-J)]}；以及第7用電記帳單量值＝第6基本費用率+{(第一標示行的用電費用率×F)+[第二標示行的用電費用率×(G-F)]+[第三標示行的用電費用率×(H-G)]+[第四標示行的用電費用率×(I-H)]+[第五標示行的用電費用率×(J-I)]+[第六標示行的用電費用率×(K-J)]+(第七標示行的用電費用率×K)]}。
比較單元53將存儲在緩衝器「V」中的用電量的記帳值與剩餘的總的預付量和存儲在緩衝器「W」中的剩餘量相比較(步驟121)，並且當該用電記帳單量值大於剩餘的預付量值時，在步驟122根據由負載控制器54產生的負載中斷信號斷開開關60，因此斷開供電。
當用電量記帳單量值小於剩餘的預付使用費時，在步驟123不產生負載中斷信號，並且在步驟124將等於「1.15×用電記帳單量值」的數值存入緩衝器「U」，以及在步驟125將存儲在緩衝器「U」中的該數值與剩餘的預付使用費相比較。
當存在緩衝器「U」中的數值大於該剩餘預付量時，由於剩餘預付量小，在步驟126，根據提供到報警信號輸出單元55上的報警信號、5分鐘後，在步驟127和128釋放報警。
當存儲在緩衝器「U」中的數值小於剩餘預付量值時，由存儲在緩衝器「W」中的剩餘預付量值中減去存儲在緩衝器「V」中的記帳單量值，並將餘額存入緩衝器「T」。在顯示單元56上顯示存儲在緩衝器「X」中的用電量和存儲在緩衝器「T」中的剩餘預付使用量。
在此之後，程序返回到步驟102。重複進行上述程序步驟。
如上所述，根據本發明的預付式電子電度表是指在預付款之後才實現用電，因此，防止了由於用戶在供電計時和用電費用率記帳計時之間的差別而可能產生貨幣上的損失。此外，當用電用戶搬到別處時，能夠有效地計算用電記帳值。
雖然，為了說明的目的已經公開了本發明的各優選實施例，對於本技術領域的技術人員來說會認識到在不脫離所提出的權利要求中所述的本發明的保護範圍和構思的情況下，能夠進行各種改型、補充和替換。
權利要求
1.一種預付式電子電度表，包含功率變換裝置，用於將由電源提供的高電壓和大電流變換為低電壓和小電流；功率/頻率變換裝置，用於通過將自功率變換器輸出的電壓和電流相乘提供用電量的指示，並用於輸出一個其頻率與該乘法結果成比例的信號；用電記帳單量值計算和顯示裝置，用於按照預定時間間隔將來自功率/頻率變換裝置輸出的信號的頻率進行分頻和累加，由其計算用電量和記帳單量值，將由此計算的記帳單量值與先前設定的預付量值相比較，當記帳量值等於預付量值時，產生負載中斷信號；以及開關裝置，用於在來自用電記帳單量值計算和顯示裝置的負載中斷信號的控制下，由電源斷開負載。
2.如權利要求1所述的電度表，其中所述的用電記帳單量值計算和顯示單元包括一個分頻器，用於對由頻率變換器輸出的頻率信號進行分頻和累加和用於根據其結果計算用電量；費用率設定和輸入單元，用於設定有關用電服務的基本費用率和用電的費用率，以及用於輸入預付使用費；比較單元，用於根據來自分頻器裝置的用電量以及來自費用率設定和輸入單元的基本費用率和用電費用率來計算該記帳單量值，以及用於將因此計算的記帳單量值與來自費用率設定和輸入單元的預付量值比較，根據比較結果輸出比較信號；負載控制器，用於根據來自比較單元比較信號控制對電路負載的供電；報警信號輸出單元，用於根據來自比較單元的比較信號控制報警的發生；以及顯示單元，用於根據比較單元的比較信號，顯示用電量和記帳單量值。
3.如權利要求2所述的電度表，其中所述的用電費用率設定和輸入單元包括用於通過讀出條形碼信息輸入預付使用費的條形碼掃描器裝置。
4.如權利要求3所述的電度表，其中所述的條形碼包含基本費用率信息、用電費用率信息、年、月、日信息以及代表條形碼有效期的預付使用費信息。
5.如權和要求2所述的電度表，其中所述的費用率設定和輸入單元包括用於輸入預付使用費和輸入密碼的鍵盤。
6.如權利要求4所述的電度表，其中所述的密碼包含表示用電費用率信息、預付使用費信息和有效輸入期信息的字母字符。
7.如權利要求2所述的電度表，其中所述的費用率設定和顯示單元包括卡接口裝置，用於通過讀出在卡上的信息輸入預付使用費。
8.如權利要求2所述的電度表，其中所述的費用率設定和輸入單元包括貨幣識別器，用於輸入預付使用費。
9.如權利要求2所述的電度表，其中所述的費用率設定和輸入單元包含用電費用率設定單元，用於設定基本用電費用率和用電量的用電費用率；信息輸入單元，用於輸入費用率信息和預付使用費信息；輸入信號選擇器，用於選擇通過信息輸入單元輸入的各種類型的費用率信息和預付使用費信息；存儲器，用於存儲用電費用率設定單元的輸出和輸入信號選擇器的輸出。
全文摘要
預付式電子電度表包括功率變換器，將電源提供的高電壓大電流變成低電壓小電流；功率/頻率變換器，將輸入變換器輸出的電壓和電流相乘產生用電量指示及輸出與該用電量成比例的頻率；用電記帳單計算和顯示單元，存儲費用率和預付數據，在預定的時間間隔對功率/頻率變換器輸出頻率進行分頻和累加，計算用電量和用電量記帳單量值，將計算的記帳單值和先前設定的預付量值比較，顯示記帳和用電信息，發出報警，產生中斷信號，中斷供電；及開關，根據中斷信號斷開供電。
文檔編號G01R11/00GK1152129SQ9612244
公開日1997年6月18日 申請日期1996年9月13日 優先權日1995年9月13日
發明者徐七洙 申請人:Lg產電株式會社