CZ98290A3 - Static electric supply meter - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález, se týká statického e'lektroměru pro měření spotřeby elektrické energie s měřicí částí, obsahující magnetický proudový měnič a za ním zapojený integrační stupeň, a s vyhodnocovací částí.

Dosavadní stav techniky

Pro zjišťování spotřeby elektrické energie je, jak známo, potřebné měřit proudy ve vodiči před příslušným spotřebičem, přičemž důležitými veličinami jsou především velikost a fáze kmitání základního kmitočtu a několika vyšších harmonických.

Známé měření proudů pomocí bočníku není ve vícefázových sítích možné, neboť rozdíl potenciálů bočníků různých fází je - příliš velký pro vyhodnocení elektronikou statického elektroměru.

e

Měření běžnými měniči proudu je rovněž nevýhodné, neboť při existenci diody v zapojení spotřebiče stejnosměrný proud měničem cirkuluje, přičemž tento proudový měnič nasycuje, jestliže neobsahuje vzduchovou mezeru. Toto sycení pak vede k nepřípustným chybám při měření proudu, respektive energie, spotřebované její odběratelem.

Uvedenému jádru měniče, měniče, neboť dosáhnout jen sycení se může zabránit vzduchovou mezerou v která však znamená neúnosně velké rozměry přesnosti, požadované u měniče, se může tehdy, jestliže rozptylová impedance měniče je ve srovnání s jeho magnetizační impedancí zanedbatelně malá.

Z patentu US 3 546 565 je známo, jak zabránit nežádoucímu sycení jádra vytvořením vzduchové mezery a tím způsobený pokles magnetizační impedance kompenzovat kondenzátorem. Protože ale kapacitní odpor je frekvenčně závislý, zaznamenává takový elektroměr správně vždy jen určité složky proudu, například základní frekvence, vyšší harmonické však zaznamenává nesprávně. Z tohoto důvodu je tudíž známé řešení nevýhodné.

V EP-A-0 201 019 je popsán statický elektroměr s jedním elektronickým měřicím ústrojím, které má mikropočítač pro zpracování signálů s ohledem na korekční hodnoty pro různé prvky zapojení. Přitom představují korekční hodnoty integrální hodnotu pro příslušný rozsah měření a jsou obsaženy v charakteristických veličinách uložených v počítači, z nichž každá reprezentuje počítací ústrojí, odpovídající definovanému množství energie.

Vynálezem se má navrhnout takový elektroměr, u jehož magnetického měniče se nevyskytují žádná nepřípustná chybná měření způsobená nasycením, a který umožňuje i při rozdílných frekvencích přesný odečet spotřebované energie.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje statický elektroměr pro měření spotřeby elektrické energie s měřicí částí, obsahující magnetický proudový měnič a za nim zapojený integrační stupeň, a s vyhodnocovací částí, podle vynálezu, jehož podstatou je, že proudový měnič je vytvořen jako otevřený měnič, provedený jako nezatížený transformátor a opatřený vzduchovou mezerou.

Řešení podle vynálezu obsahuje tudíž nezatížený

I magnetický proudový měnič, u kterého nedochází k sycení jádra ________—primárním —cirkulujícím__proudem. Na_výstupu._..je ..k dispozici----signál dl/dt, ze kterého integrátor určí proud I.

Podle výhodného provedení elektroměru podle vynálezu je vyhodnocovací část připojena k proudovému měniči a vyhodnocovací část obsahuje mikropočítač. V něm se provádí dimenzování stupnice výstupního napětí, respektive signálu měřicí části, přičemž se bere v úvahu charakteristická časová konstanta integračního stupně.

Integrátory mají, jak známo, mezi jiným tu vlastnost, že jejich charakteristické časové konstanty vykazuji velké výkyvy v důsledku teplotních změn a stárnutí. Přitom jsou zejména použité kondenzátory kritickými prvky. Jejich stabilizace na požadovanou přesnost znamená vysoké náklady. Tento problém analogových integrátorů se řeší podle způsobem tak, že se bere v úvahu charakteristická časová konstanta integrátoru při dimenzování stupnice signálu měřicí části.

dlouhodobé přesnosti vynálezu jednoduchým

Ve vyhodnocovací části se uloží referenční hodnota pro výstupní .signál měřicí části získaná pomocí definovaného referenčního napětí přiváděného po definovanou dobu na integrační stupeň a z poměru mezi touto referenční hodnotou a kalibrační hodnotou, získanou za provozu elektroměru, je odvoditelný stupnicový faktor pro uvedené dimenzování stupnice.

Další výhodné provedení elektroměru podle vynálezu je takové, že proudový měnič je tvořen lineární tlumivkou a jí přiřazeným pomocným vinutím.

Íjí+I

A konečně podle ještě dalšího výhodného provedení je pomocné vinuti spojeno se - zatížením, vytvořeným jako i ί j

vysokoohmický odpor.

Přehled obrázku na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladech provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje blokové | schéma prvního příkladu provedení částí elektroměru, které jsou podstatné podle vynálezu, obr. 2 variantu detailu ^a blokového schéma z obr. 1, obr. 3 příklad z obr. 2 v detailnějším znázornění, obr. 4 schéma druhého příkladu provedení a obr. 5 diagram pro vysvětlení funkce.

Příklady provedeni vynálezu

Obr. 1 znázorňuje výřez ze statického elektroměru, sestávajícího z měřici části 1 a z vyhodnocovací části 2·

Měřicí část 1 obsahuje magnetický proudový měnič 2/ kterým -I mohou být snímány proudy ve vodiči bez potenciálu. Protože v důsledku stejnosměrné proudové složky v proudu, odebíraném i spotřebičem, nemůže se tento proud měřit přímo proudovým měničem, sestává proudový měnič 2 z lineární tlumivky 4., která i je protékána zatěžo.vacím proudem I, a z pomocného vinutí 5, ve f kterém se indukuje napětí působením tlumivky A- '

V pomocném vinutí 5 se indukované napětí přivádí do analogového integrátoru 6, ve kterém se vytvoří integrováním ’ uvedeného indukovaného napětí napětí úměrné proudu. Toto se dále zpracuje jako transformovaný proudový signál, vlastní měření se provádí v mikropočítači 7 s předřazeným analogové číslicovým převodníkem 8. Na výstupu 9 mikropočítače 7 tedy .

ťs vznikne proudový signál nebo od ného odvozená veličina, jako ii energie nebo výkon. Do mikropočítači 7 se přivádí zátěžné napětí UN.

Na obr. 1 znázorněná část, respektive měřicí část 1 s proudovým měničem 2 * analogovým integrátorem 6 by tvořila u ^n^mého. „elektroměru___podle.__výše zmíněného EP-A-0 2QX 109 součást jeho vstupního modulu podle obr. '1, zatímco funkce mikropočítače 7 by byla převzata výhodné mikropočítačem 8, viz obr. 1, tohoto známého elektroměru.

Jak již bylo uvedeno, jsou charakteristické časové konstanty analogového integrátoru 6 podrobeny velkým výkyvům, které jsou způsobeny teplotními změnami a stárnutím. V praxi se mohou integrátory tohoto druhu použit účelné jen tehdy, jestliže se jejich charakteristické časové konstanty přezkoušejí v požadovaných a nutných odstupech a jestliže jsou učiněna opatření, aby případné výkyvy nebo změny nemohly výsledek měření ovlivnit nežádoucím způsobem. Obvykle se to provádí odpovídajícím doregulováním integrátoru. U elektroměru podle vynálezu se navrhuje tento způsob:

Při provozu elektroměru se měří časová konstanta integrátoru a použije se pro dimenzováni stupnice nebo cejchování stupnice proudového signálu nebo od něho odvozených veličin, jako například energie nebo výkonu. To, jinými slovy, znamená, že mikropočítač 7 při výpočtu spotřebované energie z přenosové hodnoty signálu, který je do něj přiveden, násobí tuto přenosovou hodnotu stupnicovým faktorem, získaným na základě měření integrační časové konstanty, a tím vyrovná případné výkyvy integrační časové konstanty. Při provozu elektroměru dochází tudíž k průběžnému samočinnému cejchování.

Toto samočinné cejchování se v praxi provádí tak, že vhodným řídicím ústrojím, zejména mikropočítačem 7, se přepne pomoci vedeni 10 spmac 11 z plné vytažené polohy do čárkovaně i znázorněné polohy a výstup, to je vedení 12 analogového integrátoru 6, se uvede na nulový potenciál. Přepnutím spínače 11 se přivede na vstup analogového integrátoru 6 místo indukovaného napětí pomocného vinutá 5 referenční napětí UR.

čímž napětí na výstupu analogového integrátoru 6 pozvolna

-S_to_upáPo určité^ definované době se toto napětí___zaé£x_a_tím.

se získá kalibrační, respektive cejchovací, hodnota, přičemž eliminování chyb více měření se může případně provést vytvořením střední hodnoty. Nyní se porovná cejchovací hodnota s referenční hodnotou, uloženou v mikropočítači 7, získanou měřením za stejných cejchovacích podmínek. Z uvedeného porovnání se již bezprostředné získá stupnicový faktor.

Popsaný způsob cejchování je vyvoláván automaticky mikropočítačem 7 ve větších časových odstupech, například několika dnů nebo týdnů. Trvá obvykle vždy několik málo sekund, takže se provoz elektroměru neovlivní.

U varianty, znázorněné na obr. 2 a 3, se použije místo ideálního analogového integrátoru 6 dolnokmitočtová propust 13 s hlubokou mezní frekvencí. Tím jsou odstraněny problémy, které by mohly vzniknout z přídavných chybných vstupních napětí zesilovacího prvku. Dolnokmitočtová propust 13 se musí ovšem zapojit pro cejchovací proces jako ideální integrátor, což se provede otevřením spínače 15 'ovládaného prostřednictvím řídicího vedení 14. viz obr. 3. Ostatní postupy při cejchování probíhají podobně, jak již bylo výše popsáno: odpojení dolnokmitočtová propusti 13 od pomocného vinutí 5 prostřednictvím spínače 11 a řídicího vinutí 16., viz obr. 3, a přivedením referenčního napětí UR přes spínač 17 a řídicí vedeni 18.

V důsledku malého zatížení pomocného vinutí 5 vysokoohmickým odporem 19, viz obr. 2, 3, se může vytvořit charakteristika pásmové propusti měřicího obvodu. To má tu přednost, že se tlumí vysokofrekvenční složky vstupního proudu, a tím se redukuje požadavek na zesilovač 20 dolnokmitočtové propusti 13. Dále se může pro přídavnou korekturu trvalé odchylky napětí přivádět z mikropočítače 7 přes číslicově analogový převodník 21 na vstup zesilovače 20 dolnokmitočtové propusti korekční_.signál,____________ se vytvoří střídavé efektivní hodnota, nebo

Jiná varianta spočívá v tom, že pro cejchování se použije jako referenční napětí střídavé napětí UR* místo stejnoměrného napětí UR. Tato varianta je znázorněna na obr. 4 a 5. Stejně jako u jiných příkladů provedení se přepojením spínače ll odpojí regulérní vstupní signál od vstupu dolnokmitočtové propusti 13 a místo.něho se přivede referenční střídavé napětí UR¹ . viz obr. 5, řádka a. Na výstupu dolnokmitočtové propusti napětí UA. obr. 5, řádka b, jehož výhodněji jeho usměrněná střední hodnota UM, obr. 5, řádka c, se měří po určitý časový interval T. Porovnání výsledku tohoto měření s referenční hodnotou, změřenou stejným způsobem při cejchování a uloženou do paměti, se získá hodnota, která je přímo úměrná změně měřicí konstanty měřicí části. Jako měřicí část je zde označován, analogicky k obr. 1, proudový měřicí obvod, sestávající z tlumivky 4 s pomocným vinutím 5 (proudový měnič 3.), a z dolnokmitočtové propusti 12· Jako měřicí konstanta se označuje amplitudový poměr mezi výstupním a vstupním napětím dolnokmitočtové propusti 13.

Pro úsporu obvodových nákladů referenční střídavé napětí UR' referenční stejnosměrné napětí převodníku 8., přičemž se toto napětí dolnokmitočtové propusti 13 jako analogových spínačů.

může se použít jako stejně již existující analogově číslicového střídavě přivádí na vstup kladné a záporné pomocí

Claims (4)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. statický elektroměr pro měření spotřeby elektrické energie s měřicí částí, obsahující magnetický proudový'měnič a za ním zapojený integrační stupeň, a s vyhodnocovací částí, vyznačující se tím, že proudový měnič (3) je vytvořen jako otevřený měnič, provedený jako nezatížený transformátor a opatřený vzduchovou mezerou.

2. Statický elektroměr podle nároku 1, vyznačuj ιοί se tím, že vyhodnocovací část (2) je připojena k proudovému měniči (3), a že vyhodnocovací část (2) obsahuje mikropočítač (7).

3. Statický elektroměr podle nároku 1,vyznačuj íc í se tím, že proudový měnič (3) je tvořen lineární tlumivkou (4) a jí přiřazeným pomocným vinutím (5).

4. Statický elektroměr podle nároku 3, vyznačuj íc í se t í m, že pomocné vinutí (5) je spojeno se zatížením, vytvořeným jako vysokoohmický odpor (19).