ТОКОВАЯ ЦЕПЬ СЧЕТЧИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Предлагаемая полезная модель относится к области электроизмерительной техники и может быть использована для построения счетчиков электрической энергии (ЭЭ).
Известна токовая цепь счетчика ЭЭ, где используется измерительный шунт, включаемый последовательно с цепью измеряемого тока [http://www.chipnews.ru, Голуб В. Электронные счетчики электроэнергии.], оба конца которого присоединены к соответствующим токовым входам измерительной части счетчика ЭЭ.
Однако применение шунта в токовой цепи счетчика создает ряд трудностей. Во-первых, в такой цепи проявляется эффект самонагрева шунта при протекании по нему измеряемого тока, который приводит к изменению сопротивления шунта и появлению погрешности измерения энергии. Во-вторых, недостатком такой схемы является отсутствие гальванической развязки между цепями тока и напряжения, что ограничивает применение данной схемы измерения тока в цепях высокого напряжения, а также делает невозможным построение трехфазных счетчиков ЭЭ. В-третьих, выходной сигнал шунта меньше, чем у трансформаторов тока, что усложняет входную токовую цепь счетчика.
Кроме того, известна токовая цепь счетчика электрической энергии (прототип), представляющая собой трансформатор тока (ТТ) [http://www.eltranstech.ru, Ашмаров Ю.В. Некоторые аспекты применения датчиков в счетчиках электроэнергии.], выполненный на металлическом сердечнике, первичная обмотка которого включена последовательно с источником первичного тока, а также вторичную обмотку и сопротивление нагрузки, причем оба конца сопротивления нагрузки присоединены к соответствующим токовым входам измерительной части счетчика ЭЭ. Такие ТТ широко используются в токовых цепях как в однофазных, так и в трехфазных счетчиках ЭЭ, так как они обеспечивают гальваническую развязку первичных и вторичных цепей, а также характеризуются высокой точностью и линейностью.
Однако в токовой цепи, содержащей ТТ с металлическим сердечником, при наличии внешнего постоянного магнитного поля, которое насыщает сердечник, уменьшается величина вторичного тока, что приводит к появлению отрицательной погрешности учета ЭЭ.
Задачей (техническим эффектом) предлагаемой полезной модели является уменьшение погрешности учета электрической энергии при воздействии внешнего постоянного магнитного поля на токовую цепь счетчика электрической энергии.
Поставленная задача достигается тем, что токовая цепь счетчика электрической энергии содержит трансформатор тока с металлическим сердечником, первичная обмотка которого включена последовательно с источником первичного тока, а также вторичную обмотку, первый конец которой соединен с первым входом нагрузки, а первый и второй выходы нагрузки при этом соединены с токовыми входами измерительной части счетчика. При этом введены дополнительная обмотка в трансформатор тока и усилитель, входы которого соединены с концами дополнительной обмотки, его первый выход соединен со вторым концом вторичной обмотки трансформатора, а второй выход соединен со вторым входом нагрузки.
На чертеже приведена функциональная схема предлагаемой токовой цепи счетчика. Токовая цепь содержит:
трансформатор тока 1 (ТТ);
первичную обмотку 2;
вторичную обмотку 3;
дополнительную обмотку 4;
усилитель 5 (УС);
нагрузка 6 (Нагр.);
токовые входы 7;
измерительную часть счетчика 8;
первый токовый зажим счетчика 9;
второй токовый зажим счетчика 10.
Первичная обмотка 2 трансформатора тока 1 включена последовательно с источником первичного тока посредством токовых зажимов 9 и 10. Первый конец вторичной обмотки 3 соединен с первым входом нагрузки 6, а первый и второй выходы нагрузки 6 при этом соединены с токовыми входами 7 измерительной части счетчика 8. При этом на трансформаторе тока 1 намотана дополнительная обмотка 4, а также введен усилитель 5, причем входы усилителя 5 соединены с выходами дополнительной обмотки 4, а первый выход усилителя 5 соединен со вторым концом вторичной обмотки 3, и второй выход усилителя 5 соединен со вторым входом нагрузки 6.
Трансформатор тока 1 может быть выполнен на тороидальном сердечнике из металлического материала, например, аморфного железа марки ММ-5Со. Обмотки трансформатора 1 (первичная 2, вторичная 3 и дополнительная 4) выполняются с помощью медного провода. Усилитель 5 может быть выполнен на базе операционного усилителя AD8628. Нагрузка 6 может быть выполнена на образцовом резисторе, например, типа С2-29 В.
Токовая цепь счетчика электрической энергии работает следующим образом. I. Нормальный режим работы (внешнее постоянное магнитное поле в области ТТ 1 отсутствует). В магнитопроводе ТТ 1 устанавливается остаточный магнитный поток, равный сумме магнитных потоков первичной 2 и вторичной 3 обмоток, которые имеют противоположные направления и практически полностью компенсируются. На дополнительной обмотке 4 наводится ЭДС, пропорциональная этому остаточному магнитному потоку. ЭДС усиливается усилителем 5 и подается во вторичную цепь ТТ 1 - вторичную обмотку 3, последовательно соединенную с нагрузкой 6, регулируя тем самым вторичный ток. За счет этого формируется отрицательная обратная связь, которая обеспечивает минимальную разницу магнитных потоков первичной и вторичной обмоток. П. Режим работы, когда счетчик находится под воздействием внешнего постоянного магнитного поля. В этом режиме напряжение на нагрузке 6 уменьшается за счет уменьшения вторичного тока вследствие насыщения магнитопровода внешним магнитным полем, что приводит к увеличению погрешности измерения ЭЭ. Однако в предлагаемой полезной модели вторичный ток и соответствующее напряжение на нагрузке 6 поддерживается за счет усилителя и обратной связи, поэтому воздействие внешнего магнитного поля не приводит к увеличению погрешности измерения ЭЭ. Эта полезная модель прошла испытания в счетчиках ЭЭ. На токовый вход счетчика, выполненный в соответствии с предлагаемой полезной моделью, подавался ток промышленной частоты до 80А. К счетчику вплотную подносился неодимовый магнит, имеющий силу сцепления 100 кг. В этих условиях погрешность измерения ЭЭ счетчиком не превышала допустимого значения, определяемого классом точности счетчика.
Таким образом, за счет введения дополнительной обмотки, усилителя и соответствующих связей в токовую цепь счетчика организуется отрицательная обратная связь, которая поддерживает вторичный ток и соответствующее напряжение на нагрузке даже при насыщении магнитопровода вследствие влияния внешнего постоянного магнитного поля. Благодаря этому уменьшается погрешность измерения ЭЭ при воздействии внешнего постоянного магнитного поля на токовую цепь счетчика электрической энергии.