ЭЛЕКТРОННЫЙ СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2006 года по МПК G05B11/01 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к электронному счетчику электричества в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

Уровень техники

Современные счетчики электричества работают с датчиком тока, который выполнен, например, в виде трансформатора тока, а измеренные величины тока и напряжения подаются в электронный модуль счетчика, в котором они записываются в память и при необходимости указываются на индикаторе. Период времени между поверками электронных счетчиков ограничен. Для поверки счетчик подлежит демонтажу или замене. Для этого при определенных условиях питающий контакт токоприемника должен быть обесточен.

Закон о поверке и сертификации не разрешает модифицировать функции электрических счетчиков путем обновления программного обеспечения или корректировать погрешности программного обеспечения. Для этого также требуется монтаж и демонтаж счетчика электричества.

Счетчики электричества, которые работают с так называемыми пассивными трансформаторами тока, имеют ряд недостатков. Так, их точность зависит от внутреннего сопротивления и температуры. Кроме того, на них может оказывать влияние случайное отсутствие фазы и магнитные свойства сердечника трансформатора тока.

Счетчики электричества, прямо подключенные к электросети, нагружены также так называемыми постоянными составляющими тока потребления. Для точности работы счетчиков электричества важно, чтобы за счет этих постоянных составляющих не возникали недопустимо высокие дополнительные погрешности измерений.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании электронного счетчика электричества, в особенности бытового счетчика электричества, который в достаточной мере отвечает требованиям поверки и в то же время не требует больших затрат при изготовлении и, в особенности, лишен недостатков счетчиков электричества, содержащих трансформаторы тока. Кроме того, изобретение направлено на решение той задачи, чтобы при замене модуля счетчика создать возможность не прерывать электрическое питание токоприемника и оставлять встроенным датчик тока.

В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет создания счетчика электричества, обладающего признаками по пункту 1 формулы изобретения.

Согласно изобретению электронный счетчик электричества, в особенности бытовой счетчик электричества, содержит на каждую фазу один трансформатор тока с одной первичной обмоткой, одной вторичной обмоткой и сердечником и электронный измерительный модуль. На каждый сердечник соответствующего трансформатора тока намотана последовательно соединенная с сопротивлением рабочей нагрузки компенсационная обмотка, которая задействована посредством регулятора, связанного со вторичной обмоткой, таким образом, что магнитный поток в сердечнике является близким к нулю. При этом сердечник соответствующего трансформатора тока рассчитан так, что при постоянной составляющей в первичном токе сердечник не приводится в состояние насыщения, а напряжение на сопротивлении рабочей нагрузки поступает в измерительный модуль для определения тока. Компенсационный ток измеряется сопротивлением рабочей нагрузки и соответствует величине подлежащего измерению тока. Эта величина напряжения вводится в измерительный модуль для учета количества энергии, которое, как известно, является произведением напряжения на силу тока и время.

В предпочтительном варианте исполнения трансформатор тока составляет часть трансформаторного модуля, который снабжен устройством разъемного соединения, а измерительный модуль также снабжен устройством разъемного соединения и содержит регулятор.

Коэффициент трансформации первичного тока во вторичный ток однозначно связан с соотношением между первичной и компенсационной обмотками. Изменения свойств сердечника или переходных сопротивлений в широком диапазоне устраняются посредством регулирования компенсации. В типичном случае регулирование производится таким образом, что ко вторичной обмотке подсоединен электронный усилитель, выходной сигнал которого инвертируется и подается на компенсационную обмотку для создания в сердечнике магнитного потока, компенсирующего поток, создаваемый первичной обмоткой.

Электронный счетчик электричества по изобретению имеет то преимущество, что колебания температуры не вызывают погрешностей измерений. Устраняются также фазовые погрешности, типичные для трансформатора тока.

Особенное преимущество изобретения проявляется при появлении постоянных составляющих тока. Предпочтительно сердечник выполнен таким образом, что при появлении постоянной составляющей он не достигает магнитного насыщения. Поскольку переменные составляющие компенсируются, сердечник должен быть рассчитан только на случайно возникающие постоянные составляющие, что позволяет уменьшить размеры сердечника.

Поскольку измеряемый ток определяется только числом витков обмоток и сопротивлением рабочей нагрузки, обеспечивается получение выходного сигнала, пропорционального току нагрузки. Этот сигнал имеет небольшой разброс, что создает особые преимущества для модульных счетчиков. Изменений выходного сигнала в пределах длительного срока практически не предвидится или они будут значительно ниже, чем в известных устройствах уровня техники.

Особые преимущества имеет использование счетчика электричества по изобретению, выполненного по модульному принципу. В этом исполнении трансформаторы тока и устройство разъемного соединения (штекерная часть) образуют модуль, который может оставаться постоянно связанным с клеммами электрической сети. Измерительный модуль, в свою очередь, снабжен устройством разъемного соединения, которое может быть подключено к устройству разъемного соединения первого модуля. При демонтаже измерительного модуля нет необходимости в отсоединении трансформаторного модуля от сети и, таким образом, отключения от сети электроснабжения. В особенности выгодно, если трансформатор в данном случае выполнен устойчивым к размыканию цепи.

Трансформаторный модуль может надежно работать без ограничения по времени или, по меньшей мере, обычно имеет более длительный срок между поверками, чем электронный счетчик в целом. Поэтому трансформаторный модуль может оставаться в установке в течение неопределенного времени.

Перечень фигур

Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны два примера осуществления изобретения. На чертежах:

фиг.1 изображает электронный счетчик электричества по изобретению в первом примере выполнения,

фиг.2 изображает электронный счетчик электричества по изобретению во втором примере выполнения.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показана коробка электронного счетчика электричества в виде корпуса 10, который может быть опломбирован и предназначен для размещения в нем компонентов счетчика. В корпусе помещен модуль 12 счетчика, содержащий три трансформатора 14, 15, 16 тока. Каждый трансформатор тока имеет первичную обмотку 20, вторичную обмотку 22, компенсационную обмотку 24 и сердечник 26 (обозначения показаны только в отношении трансформатора 14). Первичная обмотка 20 обычным образом связана с клеммами 28 электрической цепи питания. С клеммами связан потенциометр 30 для определения напряжения U_L сети. Это напряжение является известным параметром сети для установления энергопотребления.

Вторичная обмотка 22 и компенсационная обмотка 24 намотаны на один сердечник и содержат, например, одинаковое число витков, например 1000. К выходу вторичной обмотки 22 подсоединен инвертирующий усилитель 32, выход которого связан с компенсационной обмоткой 24. Сопротивление 34 нагрузки преобразует компенсационный ток в напряжение U_IL. Величина этого напряжения соответствует потреблению электроэнергии, подлежащему измерению счетчиком. Эта величина также вводится в измерительную систему электронного счетчика, подробное описание которой не приводится.

Показанная настройка трансформатора тока такова, что поле в сердечнике 26 установлено примерно нулевой величины. За счет этого напряжение во вторичной обмотке 22 равно примерно нулю, а ток в компенсационной обмотке 24 (компенсационный ток) соответствует току питания, который измеряется на сопротивлении 34.

Благодаря описанному компенсированному трансформатору тока создается возможность свести к минимуму влияние температуры и погрешности измерений из-за фазовых ошибок и подобных воздействий. Кроме того, при появлении постоянной составляющей в измеряемом токе переменная составляющая не повышает поток в сердечнике 26, так что этот поток определяется только постоянной составляющей. Благодаря тому, что сердечник выполнен таким образом, что он не достигает магнитного насыщения посредством постоянной составляющей, обеспечивается устранение возможных погрешностей измерения из-за погрешностей насыщения.

Фиг.2 изображает электронный счетчик электричества по изобретению во втором примере выполнения. Одинаковые элементы счетчика обозначены одними и теми же позициями.

Схема связей в примере выполнения по фиг.2 отличается от примера выполнения по фиг.1 тем, что трансформаторы 14-18 расположены в первом модуле 40, а усилители 32, сопротивления 34 и другие, не описанные элементы измерительной части расположены в измерительном модуле 42. Измерительный модуль 42 и дополнительный модуль 44, предназначенный для питания и обеспечения функционирования измерительного модуля 42, расположены в общем корпусе 46. Каждый модуль снабжен устройствами разъемного соединения для подсоединения друг к другу модулей 40 и 42 или 44. Разъемное соединение обозначено общей позицией 48 и не описано подробно. После того, как корпус 10а открыт, корпус 46 может быть легко вынут, например, для замены другим модулем счетчика. При этом может сохраняться соединение трансформаторного модуля 40 с клеммами 28. В том случае, когда нет необходимости в каких-либо специальных мерах предосторожности, то требуется, чтобы трансформаторы 14-18 были устойчивы к размыканию цепи.

Описанная компоновка имеет то преимущество, что трансформаторный модуль 40, который может эксплуатироваться почти неограниченное время без проверки и переаттестации, может оставаться связанным с электрической сетью по время проверки или замены модуля 42 счетчика.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к технике измерения электрической энергии. Технический результат - повышение точности измерения. Для достижения данного результата на каждый сердечник соответствующего трансформатора тока намотана последовательно соединенная с сопротивлением рабочей нагрузки компенсационная обмотка, которая соединена с входом регулятора, связанного с вторичной обмоткой, таким образом, что магнитный поток в сердечнике является по существу нулевым, а напряжение на сопротивлении рабочей нагрузки поступает в измерительный модуль для определения тока нагрузки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электронный счетчик электрической энергии, в особенности бытовой счетчик электроэнергии, содержащий на каждую фазу один трансформатор тока с одной первичной обмоткой, одной вторичной обмоткой и сердечником и электронный измерительный модуль, отличающийся тем, что на каждый сердечник (26) соответствующего трансформатора (14, 16, 18) тока намотана последовательно соединенная с сопротивлением рабочей нагрузки компенсационная обмотка, которая задействована посредством регулятора (32), связанного с вторичной обмоткой, таким образом, что магнитный поток в сердечнике (26) является по существу нулевым, а напряжение на сопротивлении (34) рабочей нагрузки поступает в измерительный модуль (12) для определения тока.2. Счетчик по п.1, отличающийся тем, что сердечник (26) соответствующего трансформатора (14, 16, 18) тока рассчитан так, что при постоянной составляющей в первичном токе сердечник не приводится в состояние насыщения.3. Счетчик по п.1 или 2, отличающийся тем, что трансформатор (14-18) тока составляет часть трансформаторного модуля (40), который снабжен устройством разъемного соединения, а измерительный модуль (42) также снабжен устройством разъемного соединения и содержит регулятор (32).4. Счетчик по п.3, отличающийся тем, что трансформатор (14-18) тока выполнен устойчивым к размыканию цепи.