ИНДУКЦИОННЫЙ СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 1998 года по МПК G01R11/36 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроизмерительной технике и предназначено для учета активной энергии в двухпроводных сетях переменного тока номинальной частоты 50 Гц.

Известен вращающий элемент для индукционного счетчика электрической энергии, содержащий сердечники тока и напряжения, между которыми расположен противополюс [1].

Недостатком этого счетчика является невысокая точность и чувствительность из-за отсутствия фиксированного положения противополюса по отношению к полюсам сердечников тока и напряжения.

Известен индукционный электрический счетчик с барабанным якорем, в котором магнитные системы цепей напряжения расположены снаружи якоря, причем их полюса обращены радиально к барабану. Система снабжена стальным сердечником, расположенным внутри якоря [2].]
Однако данная конструкция счетчика имеет недостаточно хорошую нагрузочную характеристику и не позволяет осуществлять его хорошую регулировку.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является конструкция индукционного счетчика электрической энергии, включающая закрепленную на несущем кронштейне вращающую магнитную систему, содержащую установленные с воздушным зазором относительно друг друга сердечник цепи напряжения и сердечник цепи тока, счетный механизм, подвижную систему и нижнюю опору [3].

Недостатком указанной конструкции является невысокая точность и чувствительность счетчика, неудовлетворительная нагрузочная характеристика, сложность регулировки.

Задачей изобретения является создание конструкции индукционного счетчика электрической энергии, позволяющей обеспечить вращающий момент, пропорциональный интегрируемой величине, то есть электрической энергии - мощности.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи заключается в улучшении нагрузочной характеристики, позволяя получить ее с минимальной нелинейностью в рабочем диапазоне токов нагрузки, в упрощении регулировки счетчика, а также в уменьшении влияния счетного механизма на подвижную систему счетчика.

Поставленная задача с получением указанного технического результата, решается за счет того, что индукционный счетчик электрической энергии, включающий закрепленную на несущем кронштейне вращающую магнитную систему, содержащую установленные с воздушным зазором относительно друг друга сердечник цепи напряжения и сердечник цепи тока, счетный механизм, подвижную систему, нижнюю опору и токоподвод с элементами крепления для подключаемого провода, снабжен противополюсом, установленным по оси симметрии сердечника цепи напряжения и образующим с ним воздушный зазор, сердечники цепей напряжения и тока закреплены на плоском основании несущего кронштейна, причем величина воздушного зазора между упомянутыми сердечниками цепей напряжения и тока больше величины воздушного зазора между сердечником цепи напряжения и противополюсом, а счетный механизм содержит редуктор с коэффициентом редукции первой пары зубчато-червячного зацепления 1:60 и второй пары зубчатых колес 1:10.

Поставленная задача решается также за счет того, что:
- несущий кронштейн имеет выполненные из одной пластины путем гибки основание и параллельно расположенные верхнюю и нижнюю плоскости, причем последние связаны между собой металлической планкой, а верхняя плоскость со стороны основания имеет фигурный вырез;
- величина воздушного зазора между сердечниками цепи напряжения и сердечником цепи тока равна 2,8 ± 0,05 мм, а между сердечником цепи напряжения и противополюсом 2,4 + 0,1 мм;
- индукционный счетчик снабжен металлической пластиной, установленной с внутренней стороны элементов крепления подключаемого провода с возможностью взаимодействия с последним.

На фиг. 1 схематично показан общий вид индукционного счетчика в разрезе; на фиг. 2 - вид А на фиг.1; на фиг. 3 - несущий кронштейн с частичным разрезом; на фиг. 4 - вид Б на фиг.3; на фиг. 5 - эскиз вращающей магнитной системы; на фиг. 6 - вид В на фиг.5; на фиг. 7 - схематично счетный механизм; на фиг. 8 - вид Г на фиг.7.

Индукционный счетчик электрической энергии включает вращающую магнитную систему (фиг. 6), содержащую сердечник 1 цепи напряжения, изготовленный из пластин электротехнической стали с магнитными свойствами. На сердечнике 1 установлена катушка 2, состоящая из 9000 витков медного эмалированного провода диаметром 0,14 мм. Для замыкания магнитного потока по оси симметрии сердечника 1 цепи напряжения установлен противополюс 3, выполненный в виде металлического кронштейна, позволяющего формировать воздушный зазор 2,4 мм + 0,1 относительно полюса сердечника 1 цепи напряжения. Вращающая магнитная система содержит также изготовленный из пластин магнитомягкой стали с определенными магнитными свойствами сердечник 4 цепи тока и установленную на нем бескаркасную катушку 5, которая состоит из двух секций медного провода прямоугольного сечения. Геометрическая форма катушки 5 обеспечивается жесткостью провода, имеющего сечение порядка 7 мм² и более.

На полюсах сердечника цепи тока установлен магнитный шунт 6 (фиг.6), состоящий из пластин электротехнической стали и предназначенный для формирования нагрузочной характеристики счетчика. Между сердечниками 1 и 4 цепей напряжения и тока, соответственно, имеется воздушный зазор величиной 2,8 мм ± 0,05. Таким образом, воздушный зазор между сердечником цепи напряжения 1 и сердечником цепи тока 4 больше, чем воздушный зазор между сердечником цепи напряжения 1 и противополюсом 3.

Сердечник 1 цепи напряжения и сердечник 4 цепи тока закреплены на поверхности 7 (фиг.6) несущего кронштейна, которая является плоским основанием, объединяющим две параллельные плоскости 8 и 9, изготовленные из целой пластины металла, стянутые планкой 10, прилегающей к нижней и верхнем плоскостям 9 и 8, соответственно, несущего кронштейна (фиг.3). Верхняя плоскость 8 со стороны основания 7 имеет фигурный вырез 11 для размещения элементов вращающей магнитной системы.

Несущий кронштейн изготовлен из конструкционной стали и имеет форму, обеспечивающую необходимую жесткость. На несущем кронштейне между двумя параллельными плоскостями 9 и 10 на опорах установлена подвижная часть 12 счетчика. На верхней плоскости 10 несущего кронштейна с левой стороны установлена тормозная магнитная система 13, служащая для уравновешивания вращающего момента счетчика и состоящая из постоянного магнита, изготовленного из магнитотвердого сплава, ярма, изготовленного из стали с высокой магнитной проницаемостью и термокомпенсационной пластины, изготовленной из специального сплава. Тормозная магнитная система имеет воздушный зазор между полюсами магнита и ярмом, в который устанавливается диск подвижной системы. Магнитная индукция в воздушном зазоре имеет определенную величину, которая остается неизменной в течение всего срока эксплуатации счетчика.

Подвижная система счетчика состоит из алюминиевого диска 14, неподвижно закрепленного на металлической оси 15 (фиг.2). В средней части оси установлен регулятор компенсации самопроизвольного вращения диска при отсутствии тока нагрузки. Нижний конец оси имеет форму конуса для установки в нижнюю опору (подпятник) 16. Верхняя часть оси цилиндрическая, на нее устанавливается пластмассовый червяк, совмещенный с втулкой подшипника, имеющей калиброванное отверстие для металлической оси верхней опоры. Подвижная система устанавливается в зазоре вращающей магнитной системы и тормозной магнитной системы и закрепляется на опорах, обеспечивающих вращение с минимальным моментом трения в течение длительного срока эксплуатации. Конструкция опор обеспечивает фиксированное положение оси подвижной системы с необходимостью степенью точности. Центр вращения подвижной части находится на определенном расстоянии от оси вращающей магнитной системы.

Счетчик имеет токоподвод с элементами крепления для подключаемого провода. С внутренней стороны элементов крепления установлена металлическая пластина 17, которая имеет возможность взаимодействия с подключаемым проводом.

За счет наличия пластины 17 предотвращается повреждение токоподводящих проводов, а также улучшается контакт между соединяемыми проводами за счет увеличения поверхности их соприкосновения.

Счетный механизм 18 (фиг. 1) содержит редуктор, собранный на зубчатых колесах 19 (фиг.8), оцифрованные барабаны 20, 21, 22. Конструкция счетного механизма, имеет малый момент трения, обеспечивает минимальную нагрузку на подвижную часть, находясь с ней в зубчато-червячном зацеплении. Первая пара зубчато-червячного зацепления колес 23 редуктора имеет коэффициент редукции 1: 60. Вторая пара зубчатых колес 24 редуктора имеет коэффициент редукции 1: 10. Зубчатые колеса имеют соответственно 8 и 80 зубьев. Дальнейшая передача вращающего момента к оцифрованным барабанам счетного механизма производится с применением зубчатых колес без изменения коэффициента редукции (фиг. 7-8).

Барабаны счетного механизма и детали редуктора установлены на осях, закрепленных на металлической обойме с применением подшипников, на подшипниках установлены две оси первой и второй зубчатой пары редуктора.

Индукционный счетчик электрической энергии работает следующим образом. Через катушку цепи тока 5 пропускается полный ток потребителя, так как катушка цепи тока подключается последовательно с нагрузкой потребителя. Часть магнитных потоков, создаваемых вращающей магнитной системой, пересекает алюминиевый диск 14 подвижной системы счетчика (рабочие магнитные потоки), наводя в нем токи трансформации, которые, взаимодействуя с этими потоками, создают вращающий момент.

М_вр = С•ФU•ФI•sin (ФU" ФI),
где С - некоторая постоянная, определяемая конструкцией индукционного механизма.

Мощность однофазного переменного тока равна:
P = I•U•Cosϕ
где I, U - ток и напряжение;
ϕ - угол сдвига фаз между напряжением U и током I.

Для выполнения этого условия в индукционном счетчике обеспечивается пропорциональность одного из магнитных потоков напряжению переменного тока, а другого - току нагрузки.

Кроме того, обеспечивается выполнение необходимого условия:

То есть при чисто активной нагрузке, когда ток I совпадает по фазе с напряжением U, то есть ϕ = 0, сдвиг фаз магнитных потоков, создающих вращающий момент в индукционном счетчике, должен быть равен ψ₀= 90^°.

Сформированный в данной конструкции зазор с помощью противополюса 3 позволяет получить нагрузочную характеристику счетчика с минимальной нелинейностью в рабочем диапазоне токов нагрузки. Конструкция счетного механизма позволяет уменьшить дополнительную погрешность счетчика от влияния механического момента трения счетного механизма до величины не более 0,15%. Тормозная магнитная система служит для уравновешивания вращающего момента счетчика.

Счетчик предназначен для учета активной энергии в двухпроводных сетях переменного тока, номинальной частоты 50 Гц и используется в электроизмерительной технике. Индукционный счетчик электрической энергии имеет вращающую магнитную систему с сердечниками цепей тока и напряжения, между которыми имеется воздушный зазор, в котором установлен противополюс. Величина воздушного зазора между сердечниками цепей напряжения и тока больше величины воздушного зазора между сердечником цепи напряжения и противополюсом. Сердечники цепей напряжения и тока установлены на верхней плоскости несущего кронштейна. Счетный механизм содержит редуктор с коэффициентом редукции первой зубчато-червячной пары 1:60 и второй пары зубчатых колес 1:10. Изобретение позволяет улучшить нагрузочную характеристику счетчика, упростить регулировку счетчика, а также уменьшить влияние счетного механизма на подвижную систему счетчика. 3 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Индукционный счетчик электрической энергии, включающий закрепленную на несущем кронштейне вращающую магнитную систему, содержащую установленные с воздушным зазором относительно друг друга сердечник цепи напряжения и сердечник цепи тока, счетный механизм, подвижную систему, нижнюю опору и токоподвод с элементами крепления для подключаемого провода, отличающийся тем, что он снабжен противополюсом, установленным по оси симметрии сердечника цепи напряжения и образующим с ним воздушный зазор, сердечники цепей напряжения и тока закреплены на плоском основании несущего кронштейна, причем величина воздушного зазора между упомянутыми сердечниками цепей напряжения и тока больше величины воздушного зазора между сердечником цепи напряжения и противополюсом, а счетный механизм содержит редуктор с коэффициентом редукции первой пары зубчато-червячного зацепления 1 60 и второй пары зубчатых колес 1 10. 2. Счетчик по п.1, отличающийся тем, что несущий кронштейн имеет выполненные из одной пластины путем гибки основание и параллельно расположенные верхнюю и нижнюю плоскости, причем последние связаны между собой металлической планкой, а верхняя плоскость со стороны основания имеет фигурный вырез. 3. Счетчик по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что величина воздушного зазора между сердечником цепи напряжения и сердечником цепи тока равна 2,8 ± 0,05 мм, а между сердечником цепи напряжения и противополюсом 2,4 ± 0,1 мм. 4. Счетчик по одному из пп.1 3, отличающийся тем, что он снабжен металлической пластиной, установленной с внутренней стороны элементов крепления подключаемого провода с возможностью взаимодействия с последним.