Счетчик электрической энергии Советский патент 1991 года по МПК G01R11/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения энергии в трехфазных четырехпроводных сетях переменного тока.

Целью изобретения является повышение точности счетчика электрической энергии.

На фиг.1 представлен фронтальный вид предлагаемого счетчика электроэнергии; на фиг.2 - вид снизу; фиг.З иллюстрирует дополнительные усилия, возникающие в счетчике при взаимодействии вращающих элементов; на фиг.4, 5 - возникновение бокового давления на подвижную ось счетчика.

На стойке 1 (фиг.1, 2) укреплены три вращающих элемента 2 с параллельными обмотками 3 напряжения и последовательными обмотками 4 тока. В магнитном поле обмоток 3, 4 расположен однородный поворотный диск 5, закрепленный на оси 6 имеющей верхнюю 7 и нижнюю 8 опоры. Каждый из трех тормозных механизмов 9 представляет собой постоянный магнит 10, укрепленный в стальном ярме 11.

Счетчик электрической энергии работает следующим образом.

Работа индукционного счетчика основана на взаимодействии между магнитными потоками, создаваемыми каждым вращающим элементом 2 (магнитных полей обмоток 3 и 4), и токами, индуктированными в поворотном диске 5, тем же самым элементом. Эти взаимодействия вызывают появление вращающих моментов, которые воздействуют на диск 5 и которые номинально пропор- циональны мощности, потребляемой нагрузкой. Тормозные механизмы 9 создают тормозной момент, пропорциональный скорости вращения диска 5 Интеграл от

Os 00

fcb

СЬ 00 Ч)

мощности за определенный промежуток времени характеризует потребленную электрическую энергию.

Усилия, которые вызывают вращение диска 5, можно представить направленны- ми по линии, соединяющей центры полюсов потоков, в сторону от потока упреждающего к потоку отстающему.

В трехфазном четырехпроводном одно- дисковом счетчике на диск 5 воздействует девять потоков, следы полюсов которых располагаются как показано на фиг.З. От взаимодействия потоков Ф|2 и Фш. Фи2 и - Ф|2, Ф|з и Физ, Фиэ и - Ф|з, Фи и Фш, Фи1 и - Фи возникают шесть основных усилий

fife, которые дают вращающий момент.

действующий против часовой стрелки, если смотреть на диск сверху. Этот основной вращающий момент изменяет свое направление только при изменении направления энергии.

Кроме шести основных усилий, которые появляются от взаимодействия потоков одного и того ж вращающего элемента, в трехфазном одмодисковом счетчике появяя- юте еще 27 дополнительных усилий от взаимодействия лотосов одного элемента с потоками другого.

Направление этих усилий для прямого порядка следования фаз указано на фиг.З. При обратном порядке следования фаз все дополнительные усилия меняют зна своего направления. Однако благодаря симметричному относительно оси 6 расположению вращающих элементов 2, дополнительные усилия аэаммокомпеисируют ДРУ друа независимо от порядка следовании фаз.

Величины дополнительных усилий fui, fu2. тиз от взаимодействия параллельных рабочих потоков . Фи2. Физ совершен- но не зависят от величины и характера нагрузки в последовательной цепи и поэтому наиболее сильного их влияния следует ожидать при малых нагрузках, когда основные усилия относительно малы. Однако это вли- яние возникает только при несимметричном расположении вращающих элементов 2 относительно центра диска 5. когда приложения усилий fui, fu2, fu3 неодинаковы.

Вращающие моменты от усилий

fnfii2 при симметричном расположении

элементов взаимно компенсируются, так как эти усилия при любом порядке следования фаз направлены одинаково относительно друг друга.

Усилия funfuii2 возникают от взаимодействия потока параллельной обмотки 3 одного элемента 2 с потоками последовательных обмоток 4 других элементов 2 и дают моменты, компенсирующие друг друга, если при симметричном расположении элементов 2 будет иметь место еще и симметричная нагрузка. При асимметричной нагрузке, которая встречается часто, указанные усилия могут вызывать результирующий момент, влияющий на скорость вращения диска 5. Однако, при предлагаемом расположении вращающих элементов 2 этот момент не зависит от порядка чередования фаз и поэтому может быть скомпенсирован при калибровке счетчика, так как влияние вращающих элементов 2 друг на друга совершенно одинаково (фиг.З).

Однако вышеизложенное справедливо только в случае стационарности системы диск 5 - вращающие элементы 2 - тормозные механизмы 9, т.е. когда вся совокупность сил, приложенных к оси 6 диска 5 счетчика, взаимоуравновешена. Наличие одного тормозного механизма 9 не обеспечивает взаимную компенсацию усилий, возникающих в однородном диске 5, как это показано на фиг.З.

При наличии одного тормозного механизма 9 возникает боковое усилие на ось 6 подвижной системы, которое значительно искажает картину взаимодействия усилий и моментов, указанных на фиг.З.

На фиг.4 изображен диск 5 индукционного счетчика традиционной конструкции и области расположения вращающих элементов 2 (ВЭ) и тормозного механизма 9 (ТМ1).

Вращающее усилие FBp всегда направлено перпендикулярно радиусу соединяющему центр диска 5 с центром следа вращающего элемента 2. Вращающее усилие является функцией от основных усилий f 1 - fe

Fepi f(f$, fe)

Fep2-f fl, f2)

F.p3-f(f3. f4).

Тормозное усилие FT направлено против вращения диска 5 и является функцией потока постоянного магнита 10 и скорости вращения диска 5.

Очевидно, что при внесении в систему (фиг.Э) тормозного механизма ТМ1, тормозное усилие FT кроме нагрузки на ось 6 подвижной системы счетчика неравномерно перераспределит величины основных усилий fi - fe и. соответственно, всех дополнительных усилий. Это изменит картину взаимодействия усилий, изображенную на фиг.З т.е. стационарность системы будет нарушена. В случае равномерной фазовой нагрузки электросчетчика можно добиться квазистационарности системы во время калибровки счетчика (точной подгонки вращающих усилий). Но при изменении порядка чередования фаз, или в случае отсутствия

нагрузки в одной из них погрешности неизбежны. Таким образом симметричного расположения вращающих элементов не достаточно.

Для сохранения стационарности систе- мы и, следовательно, увеличения точности счетчика электроэнергии, в него введены два тормозных механизма 9 (ТМ2 и ТМЗ), расположенных симметрично с первым механизмом ТМ1 относительно оси 6 диска 5 счетчика. При этом перераспределение усилий fi - fe каждым из тормозных механизмов 9 взаимокомпенсируется и общая картина взаимодействия усилий на фиг.З не изменится.

Как видно из фиг.5, усилия РВр1 и FTi создают результирующее усилие Fpea 1, FBp2 И Рт2 Fpea 2, FBp 3 И FT2 Fpea 3.

УСИЛИЯ Fpea 1, Fpea 2 И Fpea 3 ПРОХОДЯТ

через центр диска 5 и взаимно уравновеши- вают друг друга, поэтому боковое давление в предлагаемом счетчике отсутствует.

Таким образом, введение в индукционный счетчик электроэнергии двух дополнительных тормозных механизмов) и расположение их симметрично относительно оси диска, а также симметричное расположение вращающих элементов также относительно оси диска позволяют значительно повысить точность учета энергии при использовании однородного диска без радиальных прорезей и изолирующего кольцевого зазора между осью и собственно диском.

Отсутствие бокового давления в предлагаемой конструкции, исключая неравномерный износ опор подвижной системы, стабилизирует во времени силы трения в pax и уменьшает дополнительные погрешности измерения энергии, одновременно увеличивая срок службы счетчика.

Формула изобретения Счетчик электрической энергии, содержащий стойку с двумя вращающими элемен- тами, каждый с обмотками тока и напряжения, однородный поворотный диск на оси, размещенной в опорах, и тормозной элемент, отличающийся тем, что. с целью повышения точности, он снабжен третьим вращающим элементом с обмотка- ками тока и напряжения и вторым и третьим тормозными элементами, причем вращающие элементы и тормозные элементы расположены по окружности однородного поворотного диска в вершинах образуемых ими соответствующих равносторонних треугольников.

ш

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения энергии в трехфазных четырехпроводных сетях переменного тока Целью изобретения является повышение точности счетчика электрической энергии. В счетчик электроэнергии, содержащий стойку, на которой укреплены три вращающих элемента, воздействующие на один общий однородный поворотный диск, тормозной механизм с постоянным магнитом, укрепленным в стальном ярме, дополнительно введены два тормозных механизма, аналогичных первому и расположенных симметрично с первым тормозным механизмом относительно оси поворотного диска Вращающие элементы и тормозные механизмы расположены симметрично относительно оси диска. Благодаря скомпенсированности взаимовлияния вращающих элементов и тормозных механизмов друг на друга в счетчике не возникает погрешности от чередования фаз 5 ил Ё

Фиг Z

Фиг.З

Редактор Н. Каменская

Ъ/.г

Грез. 2

/

фиг.5

Составитель С. Шумилишская

Техред М.МоргенталКорректор ,С. Черни

фиг