Существующие схемы двухъэлементных счетчиков для учета активной энергии в четырехпроводных сетях трехфазного тока при сим.1етрии напряжения могут быть разбиты на следующие три группы:
1)схемы с 90° сдвигом между рабочими магнитными потоками, в которых использованы два фазных напрялсения (например, тип И завода „Электроприбор и тип DZ4 фирмы Бергманн);
2)схемы с 90® сдвигом, в которых использованы одно фазное и одно линейное напряжение (например, тип В,4; фирмы AEG);
3)схемы с 60° сдвигом, в которых использованы два линейных напряжения (например тип DcB фирмы Сименс-Шуккерт).
Согласно изобретению предлагается схема с 90 сдвигом между рабочими потоками, в котором использованы два линейных напряжения Предлагаемый счетчик представляет собою обычный двухъэлементный счетчик активной энергии для трехпроводной сети, собранный по схеме Арона, на каждый из элементов которого наложено по одной дополнительной токовой обмотке, имеющей втрое меньще витков, чем основная. Дополнительные обмотки соединяются между собою последовательно и включены в нулевой провод сети. На чертеже
изображена схема соединения систем счетчика.
Преимущества предлагае.мой схемы перед перечисленными известными и другими возможными схемами двухъэлементных счетчиков с одинаковыми в обоих элементах углами сдвига фаз между рабочими потоками для непосредственного включения в сеть могут быть установлены путем сравнения погрешностей, вносимых этими схемами в измерение энергии при асимметрии напряжений.
В Дальнейшем введены следующие обозначения:
/1, .-,, I-J и /о - действующие значения линейных токов и тока в нулевом проводе;
, U-, и U-. - действующие значения фазных напряжений;
/,1, /12 и /,;;-действующие значения токоя прямой последовательности фаз;
/21, /22 и /,-;, - действующие значения токов обратной последовательности фаз;
/о - действующие значения токов нулевой последовагельности фаз;
, п, п 1:1 - действующие значения напряжений прямой последовательности фаз;
/,, и - действующие значения напряжений обратной последовательности фаз;
UQ - действующие значения напряжений нулевой последовательности фаз.
Для первой
фц, 12 и между вектором фазного напряжения прямой последовательности и векторами фазного тока прямой, обратной и нулевой последовательности;
21) 22 и 20 - углы между вектором фазного напряжения обратной последовательности и векторами фазного тока прямой, обратной и нулевой последовательности;
оь То2 и foo - углы между вектором фазного напряжения нулевой последовательности и векторами фазного тока прямой, обратной и нулевой последовательности.
В зависимости от использованных напряжений все схемы могут быть разбиты на следующие пять групп:
1)схемы с двумя фазными напряжежениями;
2)схемы с фазным напряжением и смещенным относительно него по фазе на 90 линейным напряжением;
3)схемы с фазным напряжением и опережающим его по фазе на 30° линейным напряжением;
4)схемы с фазным напряжением и отстающим от него по фазе на 30° линейным напряжением;
5)схемы с двумя линейными напряжениями.
1-я группа. Налагая на магнитопроводы последовательных цепей элементов по четыре обмотки с числом витков п, %. «3, «о и «,, fi, «з «о, питаемые токами /,, /2, /J и /о и считая, что к параллельным цепям элементов приложены соответственно напряжения /7i и LJ, найдем, что для пропорциональности вращающего момента счетчика мощности, потребляемой сетью при неравномерной нагрузке фаз и любых значениях /i, /2, 4 и fi, 2 и -рз необходимо и достаточно удовлетворить следующим уравнениям
/ttj cos -m, sin (d)-)-30) 0 . . . (1 - mj sin i - m cos (6 + ЗО) k . . (2) m, sin ( (b) -f /«2 cos i 0 . . (3) /Пз cos (30° - Ф) - даг sin Ф /fe . . . (4) -m., sin((|; + 36) - m; sin (30°-i) 0 (5) №,cos(i-f 30°)- -OT3COs(30° -b)k. (6)
где mi Л1 -«(,; щ - п - пй да2 «2-«о; -/го и 6 - угол сдвига фраз между рабочими магнитными потоками.
Решив эти уравнения, получим:
sin (ф + 30)(7)
/и, -
7т
2А
1 cos (Ь
.(8)
1/ Ik
sin (ЗО -,)
-(9)
.. - -
V 3
2 А
cos (Ь
(10)
да, - -
1/Т
L sin (30- - ф) .
-yi sin (30
.(11) 3
sin (i-f30-).
.(12)
7i
Таким образом, существует бесконечно много схем двухъэлементных счетчиков для учета энергии в четырехпроводной сети при симметрии напряжений, так как выбор L ф теоретически ничем не ограничен.
К этой группе принадлежат схемы счетчиков типа И и DZ (-i 90°, /г., о, , , ).
2-я группа. Принимая, что для первого и второго элемента использованы соответственно напряжения U и Ц - Д,, значения /Wj, /«„, 1щ, от/, /и/, /и./ получим из уравнений (I) - (6), заменив в них в членах, содержащих Wj, m, и т., угол ф на 4 - 30 и умножив этичлены
на 1/ 3 .
К этой группе принадлежит схема счетчика типа Da4i С 4 90°, л, 0, лз О, «, О, щ; 0). 3-я группа. Принимая, что для первого и второго элемента использовании соответственно напряжения 6 и Ui -Uz, значения от,, т-, m,, от/, и т получим из уравнений (1) - (6), заменив в них в членах, содержащих т, /HZ и т, угол li на ф-150 и умножив эти члены на /1. k cos (30 -(Ь) ..... (19) k sin ()(20) ;% sin 6 . . .(21) Д4 COS i .... . . (22) 2 yfe Sin (30 -44 sin (ф+ЗОо) . .(24) /«3 Принимая, что для пер4-я группа. вого и второго элемента испрль ва ы соответственно напряжения f/j и Ui-f/j, значения OTJ, /Wji . 2 и «з получим из уравнения (1) - (6), заменив в них в членах, содержащих от/, то/ и т.,, угол - 90° и умножив эти члены на ОТ/ - от,, 5-я группа. Принимая, что для первого и второго элемента использованы соответственно напряжения Ui - Uz и Uy-f7i, значения OTJ, да,, Отз, от/, /из и Отд получим из уравнений (1) - (6), заменив в них угол 6 на - 30в членах, и на 6 + 90 содержащих от, отз OTJ, и Отз, и в членах, содержащих разделив К на l/T 1-я группа. 1. Без искусственной нулевой точки Ф 21 21 cos (6 - 922) 4- 0 sin ( А - к этой группе относится схема счетчика типа Ьв В„ (6 60°, «1 0, «о О, Пг О, Лд 0) и схема изобретателя (ф 90, Л1 0, Яз О, «/ 0. Лг 0). При определении погрешностей, вносимых схемами при асимметрии напряжений, вращающий момент счетчика можно рассматривать, как алгебраическую сумму 9 вращающих моментов, обусловленных тремя последовательностями фаз тока и напряжения, а мощность, потребляемую сетью, как алгебраическую сумму трех мощностей (прямой, обратной и нулевой последовательности). Очевидно, что вращающий момент, обусловленный прямой последователь ностью фаз напряжения и прямой последовательностью фаз тока пропорционален мощности прямой последовательности, а моменты, обусловленные прямой последовательностью фаз напряжения и обратной и нулевой последовательностью фаз тока, равны 0. Кроме того, так как для всех схем от -f- /Яг Н- Wj О и /га/ -f-{-т2-}-тз 0, в чем легко убедиться из уравнений (7) - (12), (13) -(18), (19)-(24), (25)-(30) и (31)-(36), то равны нулю и вращающие моменты, обусловленные нулевой последовательностью фаз тока и прямой, обратной и нулевой последовательностью фаз напряжения. Вычисляя остальные четыре момента найдем относительные погрешности, вносимые схемами. а + 30° - ф) cos ф -f Л о cos (/ t/p} 2. С искусственной нулевой точкой Loj /22 COS ф cos (ф-922)+ Л г Д Л - А
2. С искусственной нулевой точкой
t/21 /21 cos (ф ) cos /о COS )
А 5-я группа.
(/21 /;.1 COS (ф--9з-2) COS ф-f {Уо /о COS
А -р-- v)
Из сравнения формул (37)-(45) видно, j б) схемы без искусственной нулевой что в каждой из пяти групп наименьшее точки с двумя фазными напряжениями
значение наиоольшей возможности погрешности дают схемы с 90 сдвигом
фаз между рабочими потоками.1нейным напряжением.
Все схемы с 90 сдвигом можно раз- бить на три группы: j Вносимая ими погрешность
а) схемы с двумя линейными напря- |36/ cos ( / )
жениями и схемы с одним или двумя |д - :;- -1- . . (47)
фазными напряжениями с искусственной
нулевой точкой.j,д / линейный ток.
Вносимая ими погрешность в) схемы без искусственной нулевой
...точки с фазным напряжением и смещен о о ) относительно него по фазе на 90
Р V ; Iлинейным нааряжением.
и с фазным напряжением и смещенным относительно него по фазе на 30° ли2-я группа. 1.Без искусственной нулевой точки. 3{45Cosi 2t;2,cos()+ oCos(6-io2J H|- A)/ocos oo-2 оАсо5(,)} р } 2.С искусственной нулевой точкой и.,, L, cos (,,) cos /о- cos cpj д ,„ „- .... . (WJ 3-я группа. 1.Без искусственной нулевой точки 3{2 /,, ty,i cos (4 - , г и, sin (сро, - ф + cos ф + t/o 4 cos (t/ /,)} , р - - (41; 2. С искусственной нулевой точкой (/21 /21 COS ()- COS /о COS ср, Лр ) 4-я Группа. 1. Без искусственной нулевой точки 3{2 /21 .t cos (ф - ср,,) - « sin (:ро2 - ф 30) cos ф + СГр /2 cos (U /,)} р ) f/c, /о cos .)
погрешность
0 /о
cos фоо
Из сравнения формул (46)-(48) видно, что наименьшую погрешность вносят схемы группы а. Так, при 4 0,35 /, погрешность, вносимая схемами группы а, 8 9 раз меньше погрешности, вносимой схемами групп бив. Так как, с одной стороны схемы с искусственной нулевой точкой не вносят искажений в показания счетчика при симметрии напряжений только при практически трудно достижимом равенстве как активных сопротивлений лучей звезды, так и их реактивных сопротивлений, и только при том же условии, погрешность, вносимая ими при асимметрии напряжений, определяется формулой (46), в противном случае наибольшая возможная погрешность увеличивается, а с другой стороны наиболее просты по конструкции, и удобны в поверке и регулировке счетчики без искусственной нулевой точки, то из всех схем группы а наиболее приемлемы схемы с двумя линейными напряжениями, в частности схема, предлагаемая согласно изобретению.
Если принять, что ток в нулевом проводе равен 35% среднего значения линейных токов, среднее значение коэфициента мош,ности на длительный промежуток времени равно 0,8 и среднее значение cos (,0,5 (угол сроо может принимать любые значения между О и 360° и следовательно cos (fog любые значения между-f-i и - 1), то при асимметрии напряжений+ 5% (наибольшая разница между фазными напряжениями равна 10%) наибольшая возможная погрешность, вносимая схемой изобретателя, равна, как это следует из формулы (46) приблизительно 0,23/о. Таким образом, погрешность, вносимая предлагаеиой
о
(:
4
COS
. .(48)
схемой в 9 раз меньше погрешности, допускаемой для счетчиков I класса (20/,) и в 18 раз меньше погрешности, допускаемой для счетчиков II класса () и потому не имеет практического значения. Как указывает заявитель, предлагаемый счетчик имеет следующие преимущества:
а)Перед двухъэлементными счетчиками с другими известными и возможными схемами без искусствениой нулевой точки:
1)более точный учет энергии;
2)пригодность для включения в трехпроводную сеть (в трехпроводной сети схема не вносит искажений в показания счетчика);.
3)возможность вести регулировку и поверку так же как и двухъэлемеитиого счетчика для трехпроводной сети, что значительно сокращает потребное на это время.
б)Перед двухъэлементными счетчиками с дрзгими возможными схемами с искусственной нулевой точкой и перед трехъэлементными счетчиками
1)Более простая конструкция при точности, не уступающей счетчикам с тремя системами.
2)Более простая регулировка.
Предмет изобретения.
Счетчик для учета активной электрической энергии в четырехпроводных сетях, состоящий из двух движущих элементов, включенных по схеме Арона, с двумя дополнительными токовыми обмотками, по одной на каждом элементе, соединенными последовательно и включаемыми в нулевой провод контролируемой сети.
