СХЕМА ДЛЯ ПРОВЕРКИ ИНДУКЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСЧЕТЧИКОВ Российский патент 2014 года по МПК G01R11/24 

Описание патента на изобретение RU2517757C1

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для проверки чувствительности индукционных электросчетчиков с вращающимися дисками к реверсированию последних под действием включенной в сеть после электросчетчика несимметричной для положительного и отрицательного полупериодов сетевого напряжения комплексной нагрузки.

Известно, что индукционные электросчетчики содержат в своем составе перемножитель мгновенного значения протекающего через его низкоомную токовую обмотку тока нагрузки на действующее в высокоомной обмотке мгновенное значение напряжения сети, что реализуется действием соответствующих магнитных полей на вращающийся магнитомягкий диск, при этом вращательный момент, прикладываемый к диску, пропорционален мгновенному значению произведений этих магнитных полей, то есть произведению мгновенных значений тока на напряжение в указанных обмотках, а подсчет электроэнергии определяется числом вращений диска, что эквивалентно операции интегрирования указанных мгновенных значений произведений во времени.

При активной нагрузке форма токов и напряжений является синусоидальной, при этом максимум тока в активной нагрузке соответствует максимуму напряжения, то есть пиковые значения произведений тока на напряжение соответствуют фазам сетевого напряжения φ1(t)=ωt+π/2 и φ2=ωt+3π/2, причем оба этих произведения для положительных и отрицательных полупериодов сетевого напряжения всегда положительны, что создает вращательный момент одного знака, и диск вращается в одном и том же направлении, то есть без признаков реверса.

С другой стороны, известно, что при подключении к сети чисто емкостной нагрузки (конденсатора без потерь), диск электросчетчика остается в неподвижном состоянии, хотя в цепи протекает электрический ток, величина которого iC(t) определяется номиналом емкости С включенного конденсатора по формуле iC(t)=UO sin ωt/jωС, где UO - амплитудное значение напряжения сети, ω - круговая частота сетевого напряжения, j - мнимая единица, указывающая на то, что фазы мгновенных значений тока в конденсаторе и напряжения на его обкладках отличаются на постоянную во времени разность Δφ=π/2. При этом в проводниках сети и, следовательно, через электросчетчик циркулирует электрическая энергия с двойной частотой 2F=ω/π, а вращательный момент, приложенный к диску счетчика, испытывает переменнозначные осцилляции с этой двойной частотой с результирующим вращательным моментом, равным нулю, и диск электросчетчика не вращается.

Для оценки влияния несимметричной для положительных и отрицательных полупериодов сетевого напряжения комплексной нагрузки на способность реверсирования вращающегося диска в индукционном электросчетчике следует создать такую нагрузку, что и является объектом заявляемого технического решения.

Целью изобретения является создание несимметричной для положительных и отрицательных полупериодов сетевого напряжения комплексной нагрузки.

Указанная цель достигается в схеме для проверки индукционных электросчетчиков, выполненной на основе трансформатора с повышающей и понижающей вторичными обмотками, к первичной обмотке которого, включаемой в сеть переменного тока, подключена цепь из последовательно соединенных накопительного конденсатора и тиристора, конденсатор через высоковольтный диод связан с повышающей вторичной обмоткой трансформатора и заряжается от нее при отрицательных полупериодах сетевого напряжения, а управляющий переход тиристора соединен с понижающей обмоткой трансформатора через встречно последовательно включенные стабилитрон и диод, а также резистор, причем тиристор открывается в течение положительных полупериодов сетевого напряжения с некоторой временной задержкой от начала этих полупериодов.

Достижение поставленной цели объясняется существенным нарушением симметрии во временном распределении мгновенных значений произведения тока рассматриваемой нагрузки на напряжение, действующее в ней, для положительной и отрицательной полуволн сетевого напряжения и разнозначностью этих произведений в указанных временных интервалах, при которой суммарный вращательный момент, воздействующий на диск индукционного электросчетчика, не равен нулю, и диск движется в реверсивном направлении.

В задачу разработчиков таких индукционных электросчетчиков входит обеспечение минимизации или полного исключения реверсивного движения их дисков при использовании абонентами такого рода комплексных нагрузок.

Заявляемое техническое решение поясняется схемой на рис.1 и временными диаграммами на рис.2.

На рис.1 представлены соединения следующих элементов:

1 - трансформатора с повышающей и понижающей вторичными обмотками,

2 - высоковольтного диода, заряжающего накопительный конденсатор 3 при отрицательных полупериодах сетевого напряжения,

3 - накопительного конденсатора,

4 - тиристора, разряжающего накопительный конденсатор 3 в течение положительных полупериодов сетевого напряжения,

5 - стабилитрона, используемого в качестве ограничителя напряжения,

6 - диода, открывающего тиристор 4 при положительных полупериодах сетевого напряжения,

7 - резистор, ограничивающий ток управляющего перехода тиристора 4.

Рассмотрим действие заявляемой схемы.

В течение первой четверти отрицательного полупериода сетевого напряжения, показанного в верхней части диаграмм на рис.2, происходит заряд накопительного конденсатора 3 от повышающей вторичной обмотки трансформатора 1 через высоковольтный диод 2, как это видно в средней части диаграмм на рис.2. При постоянной времени цепи заряда τЗАР=[rЛ (w2/w1)2+RВН] С<<Т/4, где rЛ - активное сопротивление линии электропередачи (внутреннее сопротивление источника электрической сети), w2/w1>1 - соотношение витков повышающей вторичной и первичной обмоток трансформатора 1, RВН - внутреннее сопротивление повышающей вторичной обмотки трансформатора 1. Например, при rЛ=1 Ом, w2/w1=2, Rbh=6 Ом и С=100 мкФ имеем τЗАР=1 мс<<Т/4=5 мс. Таким образом, накопительный конденсатор 3 зарядится до напряжения UC=(W2/W1) UO=1,41*220*2=620 В (при этом накопительный конденсатор типа К75-1 следует взять на рабочее напряжение 1 кВ). Оно не изменяется до момента открытия тиристора 4.

Когда мгновенное значение напряжения на понижающей обмотке трансформатора 1 несколько превосходит уровень Us пробоя стабилитрона 5, ток управления через диод 6 открывает тиристор 4, имеющий при этом ничтожно малое внутреннее сопротивление (для силовых тиристоров это сопротивление составляет десятые или сотые доли Ома), и накопительный конденсатор 3 экспоненциально разряжается обратно в сеть, как это видно в нижней части диаграмм на рис.2, с постоянной времени разряда τРАЗР=rЛ С=0,1 мс при ранее заданных параметрах схемы. Напряжение стабилизации Us (ограничения) определяет фазу φ2 задержки открытия тиристора 4 с учетом коэффициента трансформации для понижающей обмотки трансформатора w3/w1<1 по формуле φ2 ≈ arcsin [Us/(w3/w1)*UO]. Например, при подборе значения этой фазы φ2 так, что сетевое напряжение при этом достигает величины uСЕТИ2)=UO sin φ2=20 В. Поэтому начальный ток обратно в сеть через тиристор 4 от накопительного конденсатора 3, заряженного, как было ранее указано, до напряжения UC=620 В, будет иметь величину IМАХ РАЗР= [UC-uСЕТИ2)] / rЛ≤600 А. При этом мгновенное напряжение, действующее в сети в начале разряда накопительного конденсатора, равно 620 В, то есть весьма большим является мгновенное значение произведения тока разряда накопительного конденсатора на напряжение его заряда РНАЧ=IМАХ РАЗР**UС≤600*620=372 кВт.

При установке последовательно с накопительным конденсатором некоторой величины индуктивности L можно расширить длительность разрядного импульса и уменьшить его амплитуду, чтобы обеспечить сохранность тиристора 4 от превышения его рабочего тока. Значение этой индуктивности выбирают по условию L≤Т2/16 π2 С, наибольшее возможное значение которой для ранее заданных параметров равно LМАХ = 25,3 мГн. Такая катушка индуктивности должна быть выполнена толстым медным проводником для обеспечения малого активного ее сопротивления и не иметь железного сердечника. При этом высоковольтный диод 2 включается в промежуток между накопительным конденсатором 3 и такой катушкой индуктивности (на рис.1 она не представлена), чтобы обеспечить более быстрый заряд накопительного конденсатора 3.

Тиристор 4 является открытым в течение почти всей длительности положительного полупериода сетевого напряжения, и фаза открытого состояния тиристора 4 составляет величину [π - (φ12)]. Поэтому для ограничения его управляющего тока в схеме используется низкоомный резистор 7 с необходимой мощностью рассеяния. Этот тиристор закрывается автоматически, когда напряжение на накопительном конденсаторе 3 практически сравняется с текущим значением напряжения сети при фазе π - φ1, после чего остается неизменным до следующего цикла заряда накопительного конденсатора 3, как это видно в средней части диаграмм на рис.2.

Несимметрия зарядно-разрядного тока накопительного конденсатора и напряжения на нем выражается неравенством:

π + ϕ 1 π / 2 i C ( ϕ ) * u C ( ϕ ) d ϕ < | ϕ 2 π ϕ 1 i C ( ϕ ) * u C ( ϕ ) d ϕ | ,

в силу чего возможен режим реверсирования вращающегося диска индукционного электросчетчика, учитывая, что интеграл в правой части этого неравенства отрицателен. В частном случае значения фаз φ1 и φ2 могут быть подобраны равными, как это показано в средней части диаграмм на рис.2.

В рассматриваемом примере энергия заряда накопительного конденсатора составляет W=С [(w2/w1) UС]2/2=10-4*4*3102/2=19,22 Дж, расходуемая на заряд мощность, потребляемая из сети, равна Р=W*F=19,22*50=0,96 кВт. Среднее значение зарядного тока равно 4,36 А, хотя пиковое значение зарядного тока может в несколько раз превышать это значение, например, быть равным 15 А. Поэтому высоковольтный диод 2 должен быть рассчитан на этот импульсный ток. Обратное допустимое напряжение этого диода должно быть рассчитано на величину не менее 2 кВ, поскольку при разряде накопительного конденсатора 3 через открытый тиристор 4 приложенное к первичной обмотке трансформатора 1 напряжение достигает величины 620 В и, следовательно, вызывает на его повышающей вторичной обмотке потенциал, равный -1240 В с полярностью, обратной полярности напряжения на накопительном конденсаторе 620 В, так что обратное напряжение на высоковольтном диоде становится равным по модулю 1860 В.

Похожие патенты RU2517757C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ПРАВИЛЬНОГО УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2013
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2523783C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ ЭЛЕКТРОСЧЁТЧИКОВ 2014
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2572165C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ИНДУКЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСЧЁТЧИКОВ 2015
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2598773C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ВНОВЬ РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ ЭЛЕКТРОСЧЁТЧИКОВ 2015
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2596626C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ИНДУКЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСЧЁТЧИКОВ 2015
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2598772C1
СХЕМА КОНТРОЛЯ ИНДУКЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСЧЕТЧИКОВ 2013
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2521763C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ ИНДУКЦИОННЫХ СЧЕТЧИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2014
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2564689C1
ДВУХПОЛУПЕРИОДНАЯ СХЕМА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРОСЧЕТЧИКОВ НА ОТБОР ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2015
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2581186C1
Однополупериодная схема для испытания электросчётчиков на неконтролируемый отбор электроэнергии 2016
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2620192C1
ОДНОПОЛУПЕРИОДНАЯ СХЕМА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРОСЧЁТЧИКОВ НА НЕКОНТРОЛИРУЕМЫЙ ОТБОР ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2018
  • Меньших Олег Фёдорович
RU2674513C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 517 757 C1

Реферат патента 2014 года СХЕМА ДЛЯ ПРОВЕРКИ ИНДУКЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСЧЕТЧИКОВ

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для поверки чувствительности индукционных электросчетчиков с вращающимися дисками к реверсированию последних под действием включенной в сеть после электросчетчика несимметричной для положительного и отрицательного полупериодов сетевого напряжения комплексной нагрузки. Схема для поверки индукционных электросчетчиков, выполненная на основе трансформатора с повышающей и понижающей вторичными обмотками, к первичной обмотке которого, включаемой в сеть переменного тока, подключена цепь из последовательно соединенных накопительного конденсатора и тиристора, конденсатор через высоковольтный диод связан с повышающей вторичной обмоткой трансформатора и заряжается от нее при отрицательных полупериодах сетевого напряжения, а управляющий переход тиристора соединен с понижающей обмоткой трансформатора через встречно последовательно включенные стабилитрон и диод, а также резистор, причем тиристор открывается в течение положительных полупериодов сетевого напряжения с некоторой временной задержкой от начала этих полупериодов. Технический результат заключается в возможности обеспечения создания несимметричной для положительных и отрицательных полупериодов сетевого напряжения комплексной нагрузки, что позволяет поверять электросчетчики индукционного типа с вращающимися дисками на предмет их защищенности от реверсивного движения этих дисков. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 517 757 C1

Схема для проверки индукционных электросчетчиков, выполненная на основе трансформатора с повышающей и понижающей вторичными обмотками, к первичной обмотке которого, включаемой в сеть переменного тока, подключена цепь из последовательно соединенных накопительного конденсатора и тиристора, конденсатор через высоковольтный диод связан с повышающей вторичной обмоткой трансформатора и заряжается от нее при отрицательных полупериодах сетевого напряжения, а управляющий переход тиристора соединен с понижающей обмоткой трансформатора через встречно последовательно включенные стабилитрон и диод, а также резистор, причем тиристор открывается в течение положительных полупериодов сетевого напряжения с некоторой временной задержкой от начала этих полупериодов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2517757C1

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ С ЗАЩИТОЙ ОТ ХИЩЕНИЙ 2003
  • Порватов С.П.
  • Осипов Ю.В.
  • Кашков Г.С.
  • Букреев Е.В.
  • Федорук Ю.В.
RU2234707C1
СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ НЕКОНТРОЛИРУЕМОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СЕТЯХ 0,4 КВ 2003
  • Сапронов А.А.
  • Зайцев А.А.
  • Никуличев А.Ю.
  • Семенов Г.Д.
  • Вязун А.А.
  • Кужеков С.Л.
  • Тынянский В.Г.
  • Медведев Д.В.
RU2251703C2
US 4686460 A 11.08.1987
Устройство для заполнения материалом форм при изготовлении бетонных и тому подобных труб 1948
  • Овсянкин В.И.
SU76461A1
Устройство для автоматического регулирования температуры печей 1950
  • Белоус В.А.
  • Дохман С.А.
SU95910A1

RU 2 517 757 C1

Авторы

Меньших Олег Фёдорович

Даты

2014-05-27Публикация

2013-01-15Подача