СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Предлагаемая полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована для измерения электрической энергии (ЭЭ).
Известен счетчик электрической энергии (S. Schaner, К. Venkat Implementing An Electronic Watt-Hour Meter With MSP430FE42x(A)/FE42x2 Application Report. SLAA203C-June, 2004 - Revised April 2009, Texas Instruments, Fig 1), содержащий в токовой цепи шунт, включенный в рассечку фазного провода последовательно с нагрузкой, и источник питания по входу соединенный с нулевым и фазным проводами.
Однако, этот счетчик при отключении от нулевого или фазного провода полностью перестает функционировать.
Кроме того, известен счетчик ЭЭ, являющийся прототипом данной полезной модели (S. Schaner, K. Venkat Implementing An Electronic Watt-Hour Meter With MSP430FE42x(A)/FE42x2 Application Report. SLAA203C-June, 2004 - Revised April 2009, Texas Instruments, Fig 2), который содержит трансформатор тока, первичная обмотка которого включена в рассечку фазного провода последовательно с нагрузкой. Оба конца вторичной обмотки связаны с токовой цепью измерительно-вычислительного блока, цепь напряжения которого соединена с фазным и нулевым проводами, причем нулевой провод является общей шиной счетчика. Общая шина, кроме того, соединена со вторыми входами: выпрямительного устройства источника питания, стабилизатора напряжения и цепи питания измерительно-вычислительного блока. Первый вход входного устройства источника питания связан с фазным проводом, а второй его выход соединен с первым входом стабилизатора напряжения, первый выход которого соединен с первым входом цепи питания измерительно-вычислительного блока.
Однако, этот счетчик ЭЭ не может учитывать заряда тока, протекающего через фазный провод в нагрузку, при отключении нулевого или фазного провода от счетчика.
Задачей полезной модели является обеспечение измерения заряда тока, протекающего через фазный провод в нагрузку, при отключении нулевого или фазного провода от счетчика.
Поставленная задача достигается тем, что в счетчик электрической энергии, содержащий трансформатор тока, первичная обмотка которого включена в рассечку фазного провода последовательно с нагрузкой, а оба конца вторичной обмотки связаны с токовой цепью измерительно-вычислительного блока, цепь напряжения которого соединена с фазным и нулевым проводами, причем нулевой провод является общей шиной счетчика, которая соединена со вторыми входами: входной цепи источника питания, стабилизатор напряжения и цепи питания измерительно-вычислительного блока, при этом первый вход входной цепи источника питания связан с фазным проводом, а второй ее выход соединен с первым входом стабилизатора напряжения, первый выход которого соединен с первым входом цепи питания измерительно-вычислительного блока, введены выпрямляющее устройство, ключ и конденсатор, при чем оба входа выпрямляющего устройства подключены параллельно вторичной обмотке трансформатора тока, его второй выход подключен к общей шине, а первый выход связан со входом ключа, выход которого соединен с первым выводом конденсатора и первым входом стабилизатора напряжения, второй вывод конденсатора присоединен к общей шине, а вход управления ключа подключен к первому выходу стабилизатора напряжения.
На фиг. приведена функциональная схема счетчика ЭЭ. Счетчик содержит:
- Трансформатор тока (ТТ) 1;
- Измерительно-вычислительный блок (ИВБ) 2;
- Выпрямляющее устройство (ВУ) 3;
- Ключ (К) 4;
- Конденсатор 5
- Входную цепь источника питания (ВЦИП) 6;
- Стабилизатор напряжения (СН) 7.
Фазный и нулевой провода соединены с первым и вторым входами ВЦИП 6 и цепью напряжения ИВБ 2, соответственно, причем нулевой провод связан с общей шиной (землей) счетчика. Кроме того, к общей шине подключены вторые выходы ВЦИП 6, ВУ 3, СН 7, второй вывод конденсатора 5, а также второй вход СН 7 и второй вход цепи питания ИВБ 2. Первый выход ВУ 3 связан с входом ключа 4, выход которого связан с первым выводом конденсатора 5, первым входом СП 7 и первым выходом ВЦИП 6. Первый выход СП 7 присоединен к первому входу цепи питания ИВБ 2, а также ко входу управления ключа 4. Первичная обмотка ТТ 1 включена в рассечку фазного провода, а выходы вторичной обмотки соединены со входами ВУ 3 и токовой цепью ИВБ 2.
Трансформатор тока 1 может быть выполнен на металлическом сердечнике с намотанными первичной и вторичной обмотками, выпрямляющее устройство ВУ 3 собрано на диодах типа BAV70, соединенных по мостовой схеме, ключ 4 выполнен на транзисторе IRLML2803, конденсатор 5 - типа RO-10, ВЦИП 6 выполнен по схеме емкостного делителя напряжения, однополупериодного выпрямителя и параметрического стабилизатора и собран на диоде SM2000, транзисторе IRFR1N60A, двух стабилитронах BZV55C10 и SMBJ300A, резисторах и конденсаторах, стабилизатор напряжения 7 - типа ТР562051, измерительно-вычислительный блок 2 - типа ADE5569.
Предлагаемый счетчик работает следующим образом. В исходном состоянии, когда нет нарушения связи между входами ВЦИП 6 и нулевым или фазным проводом, на выходе СП 7 есть напряжение питания, например, 3 B, которое питает ИВБ 2 и по цепи управления разрывает ключ 4. Счетчик работает в нормальном режиме. Выпрямительное устройство при разомкнутом ключе 4 закрыто и не нагружает ТТ 1. В случае обрыва связи ВЦИП 6 и нулевым или фазным проводом на выходе ВЦИП 6 напряжение уменьшается ниже определенного уровня, например 4 В. Выходное напряжение СН 7 при этом становится равным нулю. Это приводит к прекращению работы ИВБ 2 (кроме часов, которые во всех современных электронных счетчиках питаются от литиевого элемента) и открытию ключа 4. Ток вторичной обмотки ТТ 1 через выпрямляющее устройство 3 и открытый ключ 4 заряжает конденсатор 5 до заданного уровня напряжения, например, 8 В. Это приводит к включению СН 7 и на его выходе появляется напряжение питания, которое включает ИВБ 2 и разрывает ключ 4. Ток вторичной обмотки попадает на вход токовой цепи ИВБ 2, где и интегрируется по модулю. Так продолжается до тех пор, пока конденсатор 5 не разрядится до определенного уровня, например, 4 B. После чего выключается СН 7 и далее счетчик переходит в режим заряда конденсатора 5, как это было описано выше. В дальнейшем такой режим работы счетчика (заряда-разряда конденсатора 5) сохраняется до тех пор пока не будет восстановлена связь между нулевым или фазным проводом и входами ВЦИП 6. В указанном режиме счетчик измеряет заряд тока нагрузки в течение времени пока работает СН 7. Так как часы счетчика работают независимо от напряжения питания на выходе СН 7, то информация о времени заряда и разряда конденсатора 5 определяется в ИВБ 2 и далее вычисляется полный заряд, протекающий через фазный провод в нагрузку, методом прямоугольной аппроксимации.
Введение в счетчик выпрямляющего устройства 3, ключа 4 и конденсатора 5 с соответствующими связями позволяет счетчику измерять заряд, протекающий через фазный провод в нагрузку. Это дает возможность оценить потребленную электроэнергию потребителем при нарушении связи (возможно умышленном) между нулевым или фазным проводом и счетчиком. Оценка потребленной ЭЭ может быть сделана на том основании, что значение напряжения в сети изменяется в узком диапазоне (ГОСТ 13109-97) порядка +-10% от номинального значения. В том же диапазоне погрешности может быть оценена потребленная электроэнергия путем умножения измеренного заряда тока нагрузки на номинальное напряжение, например, 220 B.