ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Предлагаемая полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована для построения трансформаторных счетчиков электрической энергии (ЭЭ).
Известен трансформаторный счетчик ЭЭ (Электрические измерении. Общий курс. Под ред. А.В.Фремке, Л. «Энергия», 1973. Стр. 172, рис.118), у которого вторичная обмотка измерительного трансформатора напряжения (ИТН) соединена параллельно обмотке напряжения измерительной части счетчика. Она содержит вторичную обмотку ИТН, соединенную параллельно обмотке напряжения счетчика.
Однако, указанный трансформаторный счетчик потребляет большую мощность от вторичной обмотки ИТН (ГОСТ Р 52321-2005, п.7.1.1.), которая может составлять 3 Вт и 12 ВА. С другой стороны, погрешности ИТН растут с увеличением нагрузки во вторичной цепи PITH (В.О.Арутюнов, Электрические измерительные приборы и измерения. ГЭИ М.Л. 1958, стр.325, формула 15-13). Появляется также дополнительная отрицательная погрешность измерения ЭЭ за счет падения напряжения от тока нагрузки на соединительных проводах, которые связывают вторичную обмотку ИТН со счетчиком.
Креме того, известен трансформаторный счетчик ЭЭ ( - Энтони Коллинз «Недорогой счетчик электрической энергии на микросхеме AD7755» - AN559R (перевод) рис.2, стр.2), содержащий измерительный трансформатор напряжения ИТН, электронную часть ЭЧ и блок питания БП, причем входная цепь напряжения счетчика содержит вторичную (измерительную) обмотку ИТН, первый конец которой и первый вход блока питания соединены с общей точкой (землей) электронной части, второй конец вторичной обмотки связан с блоком питания и с измерительным по напряжению входом ЭЧ, шина питания которого подключена к выходу БП.
Однако, такое построение входной цепи напряжения трансформаторного счетчика приводит к увеличению мощности, потребляемой счетчиком от вторичной цепи ИТН в основном за счет БП. Например, в AN-559R, рис.2, упомянутых выше, нагрузкой является конденсатор, через который протекает переменный ток, среднее значение которого примерно равно току питания ЭЧ. Хотя потребление ЭЧ счетчика может быть небольшим, но, поскольку ток течет с выхода вторичной обмотки ИТН, напряжение на выходе которой обычно равно 100 В, то и общее потребление счетчиком от ИТН, выраженное в ВА, может превышать потребление ЭЧ в десятки раз по сравнению с мощностью потребления ЭЧ от БП (напряжение питания ЭЧ 3…5 В).
Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение потребляемой мощности трансформаторного счетчика ЭЭ от вторичной цепи ИТН.
Поставленная задача достигается тем, что в трансформаторном счетчике ЭЭ, входная цепь напряжения которого содержит вторичную цепь измерительного трансформатора напряжения, включающую вторичную основную измерительную обмотку, электронную часть и блок питания, причем первый конец вторичной основной обмотки и первый вход блока питания соединены с общей точкой (землей) электронной части, второй конец основной измерительной обмотки связан с измерительным по напряжению входом электронной части, шина питания которой подключена к выходу блока питания, во вторичную цепь измерительного трансформатора напряжения введена дополнительная вторичная обмотка питания, первый конец которой соединен с общей точкой, а второй конец связан со вторым входом блока питания, которая одним концом присоединяется к общей точке, а другим концом подключается ко входу БП, при этом, вторичная основная (измерительная) обмотка ИТН одним концом соединяется с общей точкой, а вторым концом соединяется с измерительным входом напряжения ЭЧ счетчика, которая связана с общей точкой, а ее шина питания присоединена к выходу блока питания.
На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого трансформаторного счетчика ЭЭ.
Он содержит:
1 - измерительный трансформатор напряжения (ИТН);
2 - первичная обмотка ИТН;
3 - вторичная основная (измерительная) обмотка ИТН:
4 - вторичная дополнительная (питания) обмотка ИГН;
5 - блок питания (БП) счетчика;
6 - электронная часть (ЭЧ) счетчика;
7 - измерительный вход напряжения ЭЧ счетчика:
8 - шина питания ЭЧ счетчика;
9 - общая точка (земля) ЭЧ счетчика.
Первый конец вторичной обмотки 3 и первый вход БП 5 соединены с общей точкой (землей) 9 электронной части ЭЧ 6, второй конец вторичной основной обмотки 3 связан с измерительным по напряжению входом 7 электронной части 6, шина питания 8 которой подключена к выходу БП 5, первый конец дополнительной вторичной обмотки питания 4 соединен с общей точкой 9, а второй конец обмотки 4 связан со вторым входом БП 5.
Предлагаемый счетчик работает следующим образом.
Измерительный трансформатор напряжения 1 осуществляет точное масштабное преобразование высоковольтного входного напряжения (фазное, линейное) в выходное напряжение стандартного уровня, снимаемое со вторичной 3 основной обмотки ИТН, которое поступает на измерительный вход напряжения 7 и используется счетчиком для измерения ЭЭ. Со вторичной дополнительной обмотки 4 снимается напряжение, которое используется БП 5 счетчика для выработки напряжения питания, поступающего на шину питания 8 ЭЧ счетчика. Общая точка 9 имеет нулевой потенциал. От нее отсчитываются потенциалы в узлах счетчика. В электронной части 6 счетчика осуществляется измерение ЭЭ, обработка и отображение результатов измерения, передача информации по каналам связи и пр. На измерительный вход 7 электронной части 6 счетчика подается с выхода вторичной основной обмотки 3 напряжение, которое пропорционально первичному напряжению ИТН 1, которое равно напряжению измеряемой ЭЭ. Это напряжение далее используется счетчиком для измерения ЭЭ. Для обеспечения питающим напряжением 6 электронной части, переменное напряжение с выхода дополнительной обмотки 4 подается на блок питания 5, где оно преобразуется в постоянное напряжение питания, а затем подается на шину питания 8 ЭЧ.
Таким образом, введение в цепь напряжения трансформаторного счетчика вторичной дополнительной обмотки 4, позволяет снизить ее выходное напряжение до уровня, достаточного для работы блока питания 5. В современных счетчиках это несколько (3…5) вольт. В то время, как выходное номинальное напряжение вторичной основной обмотки 3 обычно равно 100 В, что превышает напряжение дополнительной обмотки 4 в десятки раз. Во столько же раз уменьшится мощность, потребляемая предложенным трансформаторным счетчиком от вторичной цепи ИТН по сравнению с прототипом, т.к. в нем блок питания подключен к выходу основной измерительной вторичной обмотки, и потребляет такой же ток, какой потребляет блок питания 5 от дополнительной обмотки 4 в предлагаемой полезной модели. Например, если электронная часть 6 счетчика потребляет 0.01 А, а выходные номинальные напряжения обмоток 3 и 4 равны 100 В и 5 В соответственно, то мощность потребляемая счетчиком от вторичной цепи ИТН в прототипе - 1 ВА, а в предлагаемой полезной модели - 0.05 ВА. Сопротивление со стороны измерительного входа напряжения 7 может составлять (0,5…1) МОм и более (AN-559R, рис.43, это сопротивление превышает 0.5 МОм). Следовательно, в предложенной полезной модели нагрузка на ИТН близка к холостому ходу, что обеспечивает минимальные погрешности ИТН (В.О.Арутюнов … см. выше, формула 15-13, стр.325).