ТОКОВАЯ ЦЕПЬ СЧЕТЧИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Предлагаемая полезная модель относится к области электроизмерительной техники и может быть использована для построения токовых цепей счетчиков электрической энергии (ЭЭ).
Известна токовая цепь счетчика ЭЭ, где используется воздушный трансформатор тока [МТ172. Трехфазный электронный счетчик со встроенными часами. Техническое описание. Version 01.29.2005, стр.3], которая может быть применена в электронных счетчиках ЭЭ.
Однако применение воздушного трансформатора в токовой цепи счетчика создает ряд трудностей. Во-первых, его выходное напряжение сдвинуто относительно входного тока на 90 градусов, во-вторых, уровень выходного напряжения меньше, чем у шунтов, что усложняет входную токовую цепь счетчика, в-третьих, он подвержен влиянию внешних магнитных полей, что требует применения специальных мер при его конструировании: тщательное симметрирование трансформатора, экранирование и компенсация влияния эквивалентного витка, который образуется при изготовление воздушного трансформатора в виде тора. Отмеченные недостатки токовой цепи счетчика с воздушным трансформатором приводят к увеличению погрешности измерения ЭЭ и его стоимости.
Кроме того, известна [, Ашмаров Ю.В. Некоторые аспекты применения датчиков в счетчиках электроэнергии.] токовая цепь счетчика электрической энергии (прототип), представляющая собой трансформатор тока (ТТ), выполненный на металлическом сердечнике, первичная обмотка которого включена последовательно с источником первичного тока, а также вторичную обмотку и сопротивление нагрузки, оба конца которого 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 токовая цепь содержащая ТТ с металлическим сердечником при наличии в первичной цепи постоянного тока, который насыщает сердечник, искажает форму вторичного тока, что приводит к появлению погрешности учета ЭЭ.
Задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение погрешности учета ЭЭ.
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 и сопротивление нагрузки, оба конца которого присоединены к соответствующим токовым входам измерительной части счетчика, при этом во вторичную цепь трансформатора тока введены два ключа, компаратор, устройство управления и двуханодный стабилитрон, причем первый и второй концы вторичной обмотки соединены соответственно со входами первого и второго ключа, а выходы ключей подключены ко входам компаратора, выход которого связан со входом устройства управления, выход которого присоединен к управляющим входам ключей, выходы которых, кроме того, подсоединены к соответствующим концам сопротивления нагрузки, а двуханодный стабилитрон своими концами присоединен к первому и второму концам вторичной обмотки трансформатора тока.
На фигуре приведена функциональная схема предлагаемой токовой цепи счетчика. Она содержит:
трансформатор тока 1 (ТТ);
ключи 2 (К1) и 3 (К2);
компаратор 4 (К); устройство управления 5 (УУ);
сопротивление нагрузки 6;
двуханодный стабилитрон 7;
измерительная часть счетчика 8;
токовые входы 9.
Первичная обмотка трансформатора тока 1 включена последовательно с источником первичного тока, оба конца сопротивления нагрузки 6 присоединены к соответствующим токовым входам 9 измерительной части счетчика 8. Первый и второй концы вторичной обмотки трансформатора 1 соединены соответственно со входами ключей 2 и 3, а их выходы подкючены ко входам компаратора 4, выход которого связан со входом устройства управления 5, выход которого присоединен к управляющим входам ключей 2 и 3, выходы которых, кроме того, присоединены к соответствующим концам сопротивления нагрузки 6, а двуханодный стабилитрон 7 своими концами присоединен к первому м второму концам вторичной обмотки трансформатора тока 1.
Трансформатор тока 1 может быть выполнен на тороидальной сердечнике из металлического материала, например, аморфного железа. Обмотки трансформатора 1 выполняются с помощью медного провода. Ключи 2 и 3 могут быть выполнены на полевых транзисторах с изолированным затвором, например, IRLML2402. Компаратор 4 выполняется на базе микросхемы LMV710. Устройство управления 5 выполняется на базе микропроцессора, например, ATmega 48-20 AN. Двуханодный стабилитрон может быть взят типа SMBJ27CA. Сопротивление нагрузки 6 выполнено на образцовом резисторе.
Устройство работает следующим образом. I. Нормальный режим работы (постоянный ток в первичной цепи ТТ 1 отсутствует). На компаратор 4 подается напряжение, образованное падением напряжения на сопротивлении нагрузки 6 от протекания вторичного тока ТТ 1. Компаратор 4 формирует одинаковые по длительности импульсы, соответствующие положительной и отрицательной части вторичного синусоидального тока. Эти импульсы попадают на вход УУ 5, анализируются, и так как они равны между собой, то на выходе УУ 5 непрерывно вырабатывается напряжение, которое замыкает ключи 2 и 3 (транзисторы ключей открыты). II. Режим насыщения металлического сердечника ТТ 1. Он возникает при наличии в его первичной обмотке постоянного тока. При этом форма напряжения на сопротивлении нагрузки 6 искажается за счет искажения вторичного тока. Реально это выражается в том, что длительность положительной (отрицательной) полуволны вторичного тока увеличивается (уменьшается), а отрицательной (положительной) - уменьшается (увеличивается). Аналогичным образом ведет себя напряжение на входе компаратора 4 и длительности импульсов на его выходе. Анализируя разность импульсов на выходе компаратора 4, УУ 5, при достижении этой разности заданного значения, подает управляющий импульсный сигнал на управляющие входы ключей 2 и 3, размыкая на заданный интервал времени ключи 2 и 3 (транзисторы ключей запираются). В течение этого времени сердечник трансформатора 1 размагничивается. Эта операция повторяется каждый период первичного тока. Двуханодный стабилитрон 7, через который протекает ток размагничивания, ограничивает напряжение на выходе ТТ 1, когда ключи 2 и 3 разомкнуты.
Таким образом за счет введения указанных выше элементов в токовую цепь счетчика удается практически полностью убрать насыщение сердечника ТТ 1 и тем самым исключить погрешность измерения ЭЭ при наличии постоянного тока в токовой цепи счетчика. Эта полезная модель прошла испытания в счетчиках ЭЭ. На токовый вход счетчика, выполненный в соответствии с предлагаемой полезной моделью, подавался ток промышленной частоты 50 ампер через диод. При этом постоянная составляющая тока была более 20 ампер. В этих условиях погрешность измерения ЭЭ счетчиком не превышала допустимого значения, определяемого классом точности счетчика.