Счетчик ватт-часов

Изобретение относится к области электроприборостроения. Счетчик состоит из преобразователя тока фазного провода в напряжение, преобразователя тока нулевого провода в напряжение, преобразователя мощности фазного провода в частоту, преобразователя мощности нулевого провода в частоту, устройства сравнения частот, управляемого делителя частоты, отсчетного устройства и источника питания. При этом для гальванического разделения цепи напряжения и тока счетчика используются два магнитно-связанных LC контура. Изобретение позволяет уменьшить собственное потребление счетчика и его фазовую погрешность. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Уровень техники

Широко известны электромеханические индукционные счетчики электроэнергии (ватт-часов), которые состоят из электромагнитных систем тока и напряжения, подвижного алюминиевого диска и отсчетного устройства [1]. Указанные счетчики имеют принципиальные недостатки:

- быстрый износ опор, что приводит к увеличению момента трения и, как результат, недоучету электроэнергии;

- невысокая точность;

- слабая защищенность от воровства электроэнергии;

- большое собственное потребление электроэнергии.

В последнее время все чаще применяются электронные счетчики ватт-часов, которые состоят из измерительных преобразователей напряжения и тока в промежуточную величину (чаще всего в напряжение или магнитный поток), преобразователей активной мощности в частоту, однотарифных или многотарифных отсчетных устройств и бестрансформаторных источников питания на основе конденсаторных делителей напряжения [2]. Указанные счетчики не имеют первых двух недостатков (износ опор и невысокая точность), но другие недостатки (большое собственное потребление и слабая защищенность от воровства электроэнергии) остаются. Особенно сложно защитить электронные счетчики от воровства электроэнергии через "искусственный нулевой провод". В этом случае недобросовестный потребитель получает неучтенную электроэнергию по стандартному (обычному) и "искусственному нулевому проводу", в качестве которого использует чаще всего трубу водопровода или батарею центрального отопления.

При использовании в источнике питания конденсаторного делителя напряжения появляется еще один принципиальный недостаток электронного счетчика - гальваническая связь между цепями тока и напряжения. Этот недостаток не позволяет проводить групповую, а следовательно, высокопроизводительную метрологическую аттестацию счетчиков без дополнительных высокоточных трансформаторов напряжения.

Сущность изобретения

Авторы предлагают новое, свободное от указанных выше недостатков, решение при реализации счетчиков ватт-часов.

Целью изобретения является создание нового счетчика ватт-часов путем использования двух преобразователей (5, 6) тока в напряжение, из которых один (5) включается в фазный провод линии, находящейся под напряжением U_a, а второй (6) - в нулевой провод, находящийся под потенциалом Земли.

Для гальванического разделения цепи напряжения и тока счетчика и уменьшения его фазовой погрешности используются два магнитосвязанных LC контуры. Информация о напряжении на нагрузке (12) в виде напряжения U_н через магнитосвязанный контур L₁C₁ подается на входы преобразователей (3, 4) мощности в частоту соответственно нулевого и фазного провода. Каждый преобразователь мощности в частоту (3, 4) выполняет математическую операцию умножения напряжения нагрузки на соответствующий ток и коэффициент мощности с последующим линейным преобразованием результата перемножения (т.е. мощности) в частоту F_a в преобразователе (4) и в частоту F_o в преобразователе (3). Обе частоты F_a и F_o подаются на устройство сравнения частот (7), которое в случае F_a≥F_o пропускает сигнал на один выход устройства (7), а в случае F_o>F_a - на другой. Из соответствующего выхода устройства (7) сигнал поступает на управляемый делитель частоты (9). Для случая F_a≥F_o в делителе (9) установлен номинальный коэффициент деления частоты. С выхода управляемого делителя частоты (9) сигнал поступает на отсчетное устройство (10), где производится индикация электрической энергии в однотарифном или многотарифном режиме.

В наиболее распространенном случае воровства электроэнергии через "искусственный нулевой провод 11" недобросовестный потребитель на входе объекта (квартиры, дома, коттеджа) меняет местами фазный и нулевой провод и пытается получить неучтенную энергию через обычный нулевой провод 0, на который теперь подается фазное напряжение U_a, и "искусственный нулевой провод 11", в качестве которого использует водопроводную трубу или батарею центрального отопления. При этом сигнал с выхода преобразователя мощности в частоту (4) отсутствует, т.е. F_a=0, а сигнал F_o с выхода преобразователя (3) имеется, следовательно, F_o>F_a. В этом случае сигнал от устройства сравнения (7) поступает на управляемый делитель частоты (9) с другого выхода (F_o>F_a) и делится в устройстве (9) таким образом, что на отсчетном устройстве (10) учитывается энергия больше той, которую недобросовестный потребитель похитил. Тем самым на недобросовестного потребителя автоматически накладываются штрафные санкции.

При работе канала F_o>F_a счетчик сигнализирует о несанкционированном получении электроэнергии тем, что загорается светодиод (8) и появляется индикация "Запрет".

Второй магнитосвязанный контур L₂C₂ используется для подачи напряжения на стабилизированный выпрямитель (1), выходное напряжение которого U_n питает электронные блоки счетчика.

Использование двух магнитосвязанных контуров L₁C₁, L₂C₂ позволяет, во-первых - гальванически разделить цепь напряжения и цепь тока счетчика и, во-вторых, - контурами L₁C₁, L₂C₂ обеспечить резонанс на входе источника питания (2), что существенно уменьшает собственное потребление счетчика и его фазовую погрешность.

Литература

1. Илюкович А.М. Электрические счетчики (теория, расчет и конструкции), Госэнергоиздат, 1963.

2. A low cost watt-hour energy meter based on the AD 7755 (AN-559).

A.Collins, W.Koon.A Tamper - resistant watt-hour energy meter based on the AD7751 and two current sensors (AN-563).

W.Koon.A Tamper - resistant watt-hour energy meter based on the AD7751 with a current transformer and a low resistant shunt (AN-574).

Фирма Analog Devices. World Wide Web Site: http://WWW. analog, com.

Перечень фигур чертежа

1. Блок-схема счетчика ватт-часов на одной странице с принятыми обозначениями:

1 - стабилизированный выпрямитель;

2 - источник питания;

3 - преобразователь мощности нулевого провода в частоту;

4 - преобразователь мощности фазного провода в частоту;

5 - преобразователь тока фазного провода в напряжение;

6 - преобразователь тока нулевого провода в напряжение;

7 - устройство сравнения частот;

8 - светодиод;

9 - управляемый делитель частоты;

10 - отсчетное устройство однотарифное или многотарифное;

11 - искусственный нулевой провод;

12 - нагрузка;

L₁C₁, L₂C₂ - магнито-связанные контуры;

U_a - напряжение фазного провода;

U_n - напряжение питания;

U_H - напряжение на входе преобразователей мощности в частоту;

F_a - выходная частота преобразователя мощности фазного провода в частоту;

F_o - выходная частота преобразователя мощности нулевого провода в частоту;

0 - нулевой провод.

1. Счетчик ватт-часов однофазный, состоящий из преобразователя тока фазного провода в напряжение, преобразователя тока нулевого провода в напряжение, преобразователя мощности фазного провода в частоту, преобразователя мощности нулевого провода в частоту, устройства сравнения частот, управляемого делителя частоты, однотарифного или многотарифного отсчетного устройства и источника питания, отличающийся тем, что каждый преобразователь мощности в частоту выполняет математическую операцию умножения напряжения нагрузки на соответствующий ток, выходы преобразователей мощности фазного провода и нулевого провода в частоту связаны со входами устройства сравнения частот, выходы которого связаны со входами управляемого делителя частоты, с выхода которого сигнал поступает на отсчетное устройство, источник питания подключен к цепи напряжения через два магнитно-связанных LC-контура, при этом обмотка индуктивности первого контура включена параллельно цепи напряжения счетчика, его конденсатор подсоединен к одному из отводов индуктивности, второй LC-контур подключен ко входу стабилизированного выпрямителя, а отдельная обмотка второго контура подсоединена ко входам преобразователей мощности фазного провода в частоту и нулевого провода в частоту.

2. Счетчик ватт-часов однофазный по п.1, отличающийся тем, что управляемый делитель частоты выполнен с возможностью изменения коэффициента деления выходной частоты в сторону увеличения при превышении выходной частоты преобразователя мощности нулевого провода над выходной частотой преобразователя мощности фазного провода.