Микропроцессорный регистратор данных для проведения энергоаудита ермакова-горобца



Микропроцессорный регистратор данных для проведения энергоаудита ермакова-горобца
Микропроцессорный регистратор данных для проведения энергоаудита ермакова-горобца

 


Владельцы патента RU 2520428:

Ермаков Владимир Филиппович (RU)

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей регистратора за счет возможности непрерывного контроля и регистрации усредненных значений потерь мощности, напряжения сети и тока нагрузки. Технический результат достигается благодаря тому, что регистратор содержит датчик тока, датчик напряжения сети, первый и второй входные преобразователи, микроконтроллер, датчик температуры окружающей среды, датчик температуры проводника, генератор прямоугольных импульсов, первый и второй компараторы, первый, второй и третий приемопередатчики, цифровой индикатор, постоянное запоминающее устройство, компьютер. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники, предназначено для вычисления и индикации усредненных значений потерь мощности, аргумента ф, напряжения сети и тока нагрузки, а также может найти применение в качестве регистратора этих величин за длительный период.

Аналогом предлагаемого регистратора является счетчик потерь электроэнергии [1], содержащий компьютер, датчик тока, аналого-цифровой преобразователь, функциональный преобразователь, индикатор, генератор прямоугольных импульсов, таймер, таймер-часы, накапливающий сумматор, блок деления, постоянное запоминающее устройство, приемопередатчик, первый и второй счетчики, первый и второй одновибраторы.

Недостатками аналога являются невысокая точность, обусловленная не учетом зависимости активного сопротивления токоведущих элементов электрооборудования от температуры нагрева (погрешность по этой причине может достигать 40% [2]), а также узкие функциональные возможности.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому регистратору является счетчик потерь электроэнергии с индикацией потерь мощности (варианты) [3], содержащий датчик тока, микроконтроллер, регистр, цифровой индикатор, датчики температуры окружающей среды и электрооборудования, генератор прямоугольных импульсов, первый и второй приемопередатчики, постоянное запоминающее устройство, компьютер.

Недостатком прототипа являются узкие функциональные возможности.

Техническая задача, решаемая изобретением - расширение функциональных возможностей регистратора за счет возможности непрерывного контроля и регистрации усредненных значений потерь мощности, аргумента ф, напряжения сети и тока нагрузки.

Указанная техническая задача решается благодаря тому, что в счетчик потерь электроэнергии с индикацией потерь мощности (варианты), содержащий датчик тока, датчик температуры окружающей среды, датчик температуры проводника, генератор прямоугольных импульсов, цифровой индикатор, первый и второй приемопередатчики, постоянное запоминающее устройство, компьютер, микроконтроллер, порт Е которого подключен к выходу датчика температуры окружающей среды, порт F подключен к выходу датчика температуры проводника, а тактовый вход подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, выходы портов микроконтроллера соединены соответственно Н - через первый приемопередатчик с входом постоянного запоминающего устройства, К - через второй приемопередатчик с входом компьютера, дополнительно введены датчик напряжения сети, первый и второй входные преобразователи, первый и второй компараторы, третий приемопередатчик, через который выход порта G микроконтроллера соединен с входом цифрового индикатора, выходы датчиков тока и напряжения соединены соответственно через первый и второй входные преобразователи с портами A и C микроконтроллера, неинвертирующие входы первого и второго компараторов подключены соответственно к выходам датчика тока и датчика напряжения сети, инвертирующие входы первого и второго компараторов соединены с общей шиной регистратора, а выходы соединены соответственно с портами B и D микроконтроллера; первый и второй входные преобразователи идентичны, в частности, первый входной преобразователь содержит двухполупериодный прецизионный усилитель и буферный масштабный усилитель, вход которого подключен ко входу первого входного преобразователя, а выход через двухполупериодный прецизионный усилитель соединен с выходом первого входного преобразователя.

Существенными отличиями предлагаемого регистратора являются введение дополнительных элементов (датчика напряжения сети, первого и второго входных преобразователей, первого и второго компараторов, третьего приемопередатчика), а также организация его новой структуры и введение новых связей между элементами. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - расширения функциональных возможностей устройства за счет возможности непрерывного контроля и регистрации усредненных значений потерь мощности, аргумента φ, напряжения сети и тока нагрузки.

Схема регистратора приведена на фиг.1; на фиг.2 представлен один из возможных вариантов реализации схемы входного преобразователя.

Схема регистратора (фиг.1) содержит датчик тока (ДТ) 1, датчик напряжения сети (ДН) 2, первый 3 и второй 4 входные преобразователи (ВП), микроконтроллер (МК) 5, датчик 6 температуры окружающей среды (ДТОС), датчик 7 температуры проводника (ДТП), генератор 8 прямоугольных импульсов (ГПИ), первый 9 и второй 10 компараторы, третий 11, первый 12 и второй 13 приемопередатчики, цифровой индикатор 14, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 15, компьютер 16. Выходы датчиков тока 1 и напряжения 2 соединены соответственно через первый 3 и второй 4 входные преобразователи с портами A и C микроконтроллера 5, порт Е которого подключен к выходу датчика 6 температуры окружающей среды, порт F подключен к выходу датчика 7 температуры проводника, а тактовый вход подключен к выходу генератора 8 прямоугольных импульсов, неинвертирующие входы первого 9 и второго компараторов 10 подключены соответственно к выходам датчика 1 тока и датчика 2 напряжения сети, инвертирующие входы первого 9 и второго 10 компараторов соединены с общей шиной регистратора, а выходы соединены соответственно с портами B и D микроконтроллера 5, выходы портов микроконтроллера соединены соответственно G - через третий приемопередатчик 11 с входом цифрового индикатора 14, Н - через первый приемопередатчик 12 с входом постоянного запоминающего устройства 15, K - через второй приемопередатчик 13 с входом компьютера 16.

Первый 3 и второй 4 входные преобразователи имеют идентичные схемы, в частности, первый входной преобразователь 3 (фиг.2) содержит двухполупериодный прецизионный усилитель (ДПУ) 17 и буферный масштабный усилитель (БМУ) 18, вход которого подключен ко входу входного преобразователя 3, а выход через двухполупериодный прецизионный усилитель 17 соединен с выходом входного преобразователя 4.

Схемы буферного масштабного усилителя 18 и двухполупериодного прецизионного усилителя 17 общеизвестны, в частности, в качестве их реализаций могут быть использованы схемы, описанные в [4, 5] и изображенные на рисунках 1.3 и 2.49 [4], 13.7 и 52.15 [5].

Регистратор (фиг.1) работает следующим образом.

Выходное напряжение ДТ 1, пропорциональное току нагрузки I(t), поступает через первый входной преобразователь 3 на вход порта А микроконтроллера 5.

Датчик тока 1 может быть, в частности, выполнен на измерительном шунте, включенном в цепь вторичной обмотки измерительного трансформатора тока; он обеспечивает выходной сигнал низкого уровня (номинальное значение 75 мВ). Для согласования уровня сигнала ДТ 1 с рабочим диапазоном встроенного в МК 5 аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в ВП 3 используется буферный масштабный усилитель 18 (фиг.2), имеющий большое входное сопротивление и большой коэффициент усиления 15-80 (выбираемый в зависимости от модификации используемого МК 5). В ВП 3 также используется двухполупериодный прецизионный усилитель 17 для преобразования двухполярного синусоидального сигнала ДТ 1 в однополярный.

Датчик напряжения 2 может быть, в частности, выполнен на измерительном низковольтном понижающем трансформаторе (номинальное первичное напряжение которого составляет 100-220 В), подключаемом к вторичной обмотке высоковольтного измерительного трансформатора напряжения (номинальное первичное напряжение которого составляет 6 -220 кВ) или включаемом непосредственно в сеть 220 В (при контроле параметров в низковольтной сети); он обеспечивает выходной сигнал уровня в несколько вольт (уровень сигнала зависит от стандартных параметров используемого низковольтного понижающего трансформатора и уровня напряжения контролируемой сети). Для согласования уровня сигнала ДН 2 с рабочим диапазоном встроенного в МК 5 АЦП в ВП 4 используется БМУ 18 (фиг.2), имеющий большое входное сопротивление и малый коэффициент усиления 0,5-5.

Управляющая программа с достаточно высокой скоростью поочередно подключает выходные сигналы датчиков 1 - 2 к входу АЦП МК 5 таким образом, чтобы получать цифровые коды тока нагрузки и напряжения сети 50-100 раз за период. Эти коды возводятся в квадрат, а суммы квадратов накапливаются в двух ячейках в течение 1 мин.

Как известно, потери мощности в токоведущих элементах (ТЭ) определяются по формуле

Δ P = I 2 R (1)

где I(t) - изменяющийся во времени ток нагрузки, протекающий по ТЭ;

R - активное сопротивление ТЭ.

При упрощенных расчетах сопротивление R принимается неизменным во времени и равным сопротивлению R0 при температуре окружающей среды Θ0=20°C или сопротивлению при другой фиксированной температуре.

Точное значение сопротивления R в функции от температуры ΘТЭ ТЭ определяется по формуле


где α - температурный коэффициент сопротивления ТЭ; имеет значение для меди αм=0,0041°C-1, алюминия αа=0,0044°C-1, стали αст=0,006°C-1.

При наличии доступа к ТЭ его температура Θ определяется с помощью датчика 7 температуры проводника присоединения, сопротивление R проводника рассчитывается в МК 5 по формуле (2), а значение потерь ΔР определяется по формуле (1).

Аргумент φ вычисляется следующим образом.

При пересечении нулевого уровня нарастающей синусоидой напряжения на выходе ДН 2 срабатывает компаратор 10 - на его выходе появляется единичное напряжение, воздействующее на вход прерывания порта D микроконтроллера 5.

При этом начинает работать блок управляющей программы МК 5, обнуляющий содержимое встроенного в МК 5 таймера Т1. После обнуления таймер Т1 продолжает подсчитывать входные импульсы, следующие с частотой ГПИ 8 (например, 1 МГц).

После окончания интервала времени, длительность которого соответствует углу ф, срабатывает компаратор 9 (в момент пересечения нулевого уровня нарастающей синусоидой тока на выходе ДТ 1) - на его выходе появляется единичное напряжение, воздействующее на вход порта В микроконтроллера 5, являющийся входом захвата таймера Т1. Содержимое n (например, 1000) таймера Т1 используется для расчета аргумента φ по формуле

ϕ = 360 n n T = 360 1000 20000 = 18 , ( 3 )

где m=20000 - число импульсов, подсчитываемых таймером Т1 в течение периода напряжения сети при частоте ПТИ 8fT=1 МГц. Управление работой регистратора осуществляется следующим образом.

Через одинаковые интервалы времени ΔT=1 мин приемопередатчиком 11 с выхода порта G МК 5 в ЦИ 14 записываются усредненные за минуту значения тока нагрузки I1мин, напряжения сети U1мин, аргумента φ1мин и потерь мощности ΔP1мин, которые в дальнейшем отображаются на цифровом индикаторе 14, непрерывно обновляясь каждую минуту.

Приемопередатчик 12 один раз в час размещает в очередных ячейках ПЗУ 15: дату; час; значения тока нагрузки I1час, напряжения сети U1час, аргумента φ1час, потерь мощности ΔP1час (численно совпадающее с потерями электроэнергии за этот час) и т.д.

В том случае, если доступ к проводнику присоединения отсутствует, (например, к жилам кабеля, на которые ДТП не был установлен при прокладке кабеля) датчиком 6 один раз в минуту измеряется температура окружающей среды Θокр, а температура проводника Θ определяется из дифференциального уравнения нагрева по следующей формуле [6]

τ d Θ d t + Θ = K R ( Θ н о м Θ 0 ) [ I i 2 I н о м 2 ] + Θ о к р , ( 4 )

где K R Θ = 1 1 + α ( Θ н о м Θ 0 ) [ 1 + α ( Θ Θ 0 ) - коэффициент изменения сопротивления проводника в функции от температуры;

Θном - номинальная длительно допустимая температура проводника;

Iном - номинальный ток проводника;

I - среднеквадратическое значение тока нагрузки.

Преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с известными аналогами является его более широкие функциональные возможности. Схема регистратора ориентирована на применение современной микроэлектронной основы - микроконтроллеров.

Источники информации

1. Патент 2380715 РФ, МПК G06F 17/18, 2008.

2. Осипов Д.С. Учет нагрева токоведущих частей в расчетах потерь мощности и электроэнергии при несинусоидальных режимах систем электроснабжения: Автореф. дис.… канд. техн. наук. - Омск, 2005.

3. Патент 2449356 РФ, МПК G06F 17/18, 2012, 5 независимый пункт формулы (прототип).

4. Применение интегральных схем: Практическое руководство: В. 2 кн.: Пер. с англ. / П.Брэдшо, С.Гош, X.Олдридж и др.; Под ред. А.Уильямса. - М.: Мир, 1987: Кн. 1. - 432 с.

5. Граф Р. Электронные схемы: 1300 примеров: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - 688 с.

6. Гудзовская В.А., Ермаков В.Ф., Балыкин Е.С., Зайцева И.В. Математическая модель процесса изменения температуры нагрева проводника // Изв. вузов. Электромеханика. - 2012. - №2. - С.42 -43.

1. Микропроцессорный регистратор данных для проведения энергоаудита, содержащий датчик тока, датчик температуры окружающей среды, датчик температуры проводника, генератор прямоугольных импульсов, цифровой индикатор, первый и второй приемопередатчики, постоянное запоминающее устройство, компьютер, микроконтроллер, порт Е которого подключен к выходу датчика температуры окружающей среды, порт F подключен к выходу датчика температуры проводника, а тактовый вход подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, выходы портов микроконтроллера соединены соответственно Н - через первый приемопередатчик с входом постоянного запоминающего устройства, К - через второй приемопередатчик с входом компьютера, отличающийся тем, что в него дополнительно введены датчик напряжения сети, первый и второй входные преобразователи, первый и второй компараторы, третий приемопередатчик, через который выход порта G микроконтроллера соединен с входом цифрового индикатора, выходы датчиков тока и напряжения соединены соответственно через первый и второй входные преобразователи с портами A и C микроконтроллера, неинвертирующие входы первого и второго компараторов подключены соответственно к выходам датчика тока и датчика напряжения сети, инвертирующие входы первого и второго компараторов соединены с общей шиной регистратора, а выходы соединены соответственно с портами B и D микроконтроллера.

2. Регистратор по п.1, отличающийся тем, что первый и второй входные преобразователи идентичны, в частности, первый входной преобразователь содержит двухполупериодный прецизионный усилитель и буферный масштабный усилитель, вход которого подключен к входу первого входного преобразователя, а выход через двухполупериодный прецизионный усилитель соединен с выходом первого входного преобразователя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам доставки мобильного контента. Техническим результатом является повышение безопасности получения контента в системе рынка мобильных услуг.

Изобретение относится к средствам для проведения финансовых транзакций в среде мобильной связи с использованием мобильного устройства. Техническим результатом является повышение безопасности при осуществлении финансовых операций в мобильной среде посредством карты с заложенным лимитом средств.

Изобретение относится к области обработки медицинских данных. Техническим результатом является обеспечение возможности публикации числовой оценки данных, относящихся к состоянию здоровья человека, в маскированном виде с сохранением возможности сравнительной оценки.

Изобретение относится к способу распространения рекламных и информационных сообщений в сети Интернет. Технический результат заключается в повышении надежности определения факта реакции посетителя веб-сайта на рекламное сообщение.

Изобретение относится к системе электронных платежей. Техническим результатом является повышение надежности проведения платежей за счет защиты от несанкционированного доступа.

Изобретение относится к технологии для обеспечения многомодальной связи через специфичные для модальности интерфейсы. Технический результат заключается в осуществлении связи между одним пользовательским интерфейсом, работающим под одной модальностью, и осуществление связи с другим пользовательским интерфейсом, работающим под другой модальностью.

Изобретение относится к системе и способу беспошлинной торговли на транспортном средстве. Технический результат заключается в повышении оперативности приёма и обработки заказов с помощью вычислительных средств.

Изобретение относится к средствам бесконтактных электронных платежей. Техническим результатом является повышение безопасности при проведении электронных платежей.

Изобретение относится к системам навигации. Технический результат заключается в повышении точности оценки мер влияния дорожной обстановки на маршрут.

Изобретение относится к способам, системам и машиночитаемым носителям для управления использованием услуги совместного пользования, предоставляемой абонентам. Технический результат заключается в обеспечении управления пользованием услугой более чем одним абонентом.

Изобретение относится к классификации биомолекулярных данных. Техническим результатом является повышение надежности классификации.

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники и предназначено для вычисления и индикации усредненной на 1-минутном интервале мощности потерь электроэнергии, а также может быть использовано в качестве счетчика-регистратора потерь электроэнергии за каждый час, сутки, месяц.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для оценки функционирования однотипных организаций с целью выработки рекомендаций по улучшению качества их работы.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для анализа взаимосвязи субъективных ответов респондента с его частотой сердечных сокращений (ЧСС) в процессе производимого тестирования, которая характеризует его психологическое состояние.

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для определения закона распределения случайных величин и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов для классификации последовательности цифровых данных по заданным эталонным законам распределения.

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники, предназначена для вычисления и индикации усредненной на 1-минутном интервале мощности потерь электроэнергии, а также может быть использована в качестве счетчиков потерь электроэнергии.

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано в системах, в которых требуется аппаратная реализация алгоритмов оценки среднеквадратического отклонения дискретных сигналов, например, при оценке уровня шума и пороговом обнаружении.

Изобретение относится к судовождению и предназначено для оперативной идентификации математической модели судна в реальном масштабе времени. .

Изобретение относится к области создания навигационных приемников, а также средств автономного контроля навигационных сигналов спутниковых систем ГЛОНАСС, GPS и др.

Изобретение относится к сфере измерительной техники и системам тестирования технических устройств. .

Изобретение относится к мониторингу объектов атомной энергетики. Технический результат - определение оценки риска объекта атомной энергетики. Устройство для мониторинга риска содержит запоминающее устройство для хранения, по меньшей мере, одного набора минимальных сечений отказов МСО и значений вероятностей каждого события в каждом МСО и устройство ввода информации, выполненное с возможностью ввода в него информации об изменениях состояния объекта; блок формирования, по меньшей мере, одной матрицы МСО; запоминающее устройство для хранения указанной, по меньшей мере, одной матрицы МСО; блок формирования, по меньшей мере, одной параметрической матрицы; запоминающее устройство для хранения указанной, по меньшей мере, одной параметрической матрицы; блок изменения элементов указанной, по меньшей мере, одной параметрической матрицы; и блок оценки риска. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх