Usporiadanie meracieho obvodu pre elektromery na priame pripojenie

Číslo patentu: 287750

Dátum: 03.08.2011

Autori: De Vries Jacob, Ulrich Adrian

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Usporiadanie meracieho obvodu (1) pre elektromer na priame pripojenie je pre každú fázu siete trojfázového prúdu spojený vždy so vstupom (3) na meranie napätia a vstupom (4) na meranie prúdu meracieho čipu (2). Pred vstupom (3) je na meranie napätia zabezpečený delič napätia (R1, R2) na prispôsobenie úrovne napätia a pred vstupom (4) na meranie prúdu je inštalovaný s predradeným meracím bočníkom (RSH). Napäťový transformátor (5) je vyhotovený tak, že jeho ohmický odpor k meraciemu bočníku (RSH) na jednej strane dostatočne obmedzuje jednosmerný prúd privádzaný na napäťový transformátor (5) v súlade s normou a okrem toho tento ohmický odpor je na druhej strane dostatočne malý, takže spolu s indukčnosťou napäťového transformátora (5) má len normou povolenú uhlovú chybu.

Text

Pozerať všetko

Vynález sa môže zaradit do oblasti techniky počítadiel. Týka sa usporiadania meracieho obvodu na meranie napätia a meranie prúdu pre elektromery na priame pripojenie.V priemyselných použitiach sa elektromery s elektronickým meracím systémom už vo veľkej miere presadili kvôli svojim výhodám oproti elektromechanickým elektromerom. Pripojenie týchto elektromerov sa uskutočňuje ako je známe nepriamo, teda cez prúdový transformátor príp. napäťový transfomiátor, ktoré majú príslušné charakteristické vlastnosti v súlade s normou. Ako vynikajúce vlastnosti elektromerov s elektronickým meracím systémom treba menovať predovšetkým možnosť diaľkového snímania, nevyžadovanie údržby, menšie rozmery prístroja, vyššiu presnosť a rozšírený prúdový rozsah.Vzhľadom na tieto zjavné výhody oproti elektromechanickým elektromerom získava používanie elektromerov s elektronickým meracím systémom stále viac na význame i v domácnostiach. Zásadný rozdiel medzi elektromerrni pre domácnosť a uvedenými priemyselnými elektromerrni je možné vidieť V usporiadani ich inštalácie. Tak sú elektromery pre domácnost typicky pripojené priamo to znamená, že sú pripojené bezprostredne na vedení k pripojenej záťaži. Pritom meraniu prúdu pripadá kľúčová úloha, pretože sa tu uskutoční oddelenie potenciálu od elektromeru a okrem toho sa kladú vysoké nároky na tieto elektromery podľa medzinárodnej normy IEC 1036. .Požiadavky na presnosť pri meraní prúdu a meraní napätia v súlade s normou zahŕňajú malú chybu arriplitúdy ( l ), malú chybu fázy ( 0,3 °) a malú chybu linearity. Okrem toho sa podľa uvedenej normy musí dosiahnuť odolnosť na jednosmerný prúd Imx/n to znamená, že takýto elektromer s elektronickým meracím systémom pri kombinovanom prúde s podielom jednosmerného prúdu s ImX/n musí merať ďalej v súlade s normou. Tieto elektromery s elektronickým meracím systémom kpriamemu pripojeniu teda nesmú byt presýtené podielom jednosmemého prúdu až do Imax/n, ale musia byť ešte i pri takejto predmagnetizácii jednosmerného prúdu schopné určiť podiel striedavého zaťažovacieho prúdu až do Im.Známe sú usporiadania meracích obvodov, pri ktorých sa používajú prúdové transformátory odolné na jednosmemý prúd s odolnosťou na jednosmerný prúd s Imx/rc, ale tieto prúdové transforrnátory odolné na jednosmerný prúd nevyhovujú požiadavkám na maximálne dovolený fázový posuv, pretože sa pri nich môžu vyskytnúť až 5 fázové posuvy medzi nameranýmí hodnotami prúdu a napätia. To znamená, že prúdové transformátory odolné na jednosmemý prúd, ktoré sú drahšie na základe osobitne vybraného materiálu než tradičné prúdové transformátory, musia byť doplnené vhodným usporiadanim na kompenzovanie fázy, čo je tiež spojené s nákladmi.Korektúra fázového posuvu pomocou časového posunu, ako je opisané napríklad V DE 196 39 410 Al, tu môže pomôcť len obmedzené. Pretože elektromery pre domácnosť sú sériové výrobky, majú pri výbere všetkých konštrukčných súčasti osobitný význam faktory hospodárnosti. Preto je korektúra fázového posuvu pomocou časového posunu inštalovaná v konvenčných elektromeroch možná len v úzkych medziach a okrem táto korektúra pomocou časového posunu nie je viazaná na frekvenciu, takže táto korektúra sama osebe je nezávislá od frekvencie a tým obmedzená.Ale pokiaľ elektromery nemusia merať jednosmerné prúdy v spojení s vyúčtovaním energie, ale nanajvýš im odolávať, bude pretrvávať technika transformačne pôsobiacich snímačov - zvlášť kvôli svojmu jednoduchému, lacnému a robustnému vyhotoveniu. Pritom sa navyše doteraz počíta s tým, že vzhľadom na hustotu prúdu akvôli svojej konštrukcii sú prúdové transformátory väčšie, ťažšie atým idrahšie vporovnaní k iným snímačom, ako napríklad porovnateľne k napäťovým transformátorom.Tento vynález sa pokúsi pomôcť pri načrtnutých problémoch. Úlohou vynálezu preto je uviesť usporiadanie meracieho obvodu pre fázový posuv pri elektromeroch uvedeného druhu, ktorý je i pri privádzaní kombinovaného prúdu schopný bez ujmy odolávať normalizovaným medzným hodnotám privádzaného jednosmerného prúdu a pritom v rámci daných noriem správne merať činný príp. jalový výkon pri všetkých menovitých prevádzkových frekvenciách. Okrem toho pozostáva úloha vynálezu vtom, že toto usporiadanie meracieho obvodu má byť robustné a navyše jednoduché a lacno zhotoviteľné vzhľadom na sériovú výrobu.Úloha vynálezu sa rieši význakmi nároku 1. Ďalšie výhodné vyhotovenia vynálezu sú predmetom podnárokov.Jadro vynálezu je vidieť vtom, že pri elektromeroch na priame pripojenie transforrnuje merací bočník s napäťovým transformátorom zapojeným do série V prúdovom obvode prúd, ktorý sa má zmerať na napätie, 10pričom napäťový transfonnátor jednak zabezpečuje galvanické oddelenie k sériovo zapojenému meraciemu čipu a jednak je schopný sa vysporiadať s privádzaním jednosmemého prúdu v súlade s normou, bez toho,aby boli prekročené hranice normy pre uhlovú chybu medzi prúdom a napätím. Pritom treba zdôrazniť, že napäťový Iransformátor treba prispôsobiť osobitným spôsobom a to tak, že ohmový odpor napäťového transforrnátora je na jednej strane dostatočne vysoký, takže nebude presýtený maximálnym podielom jednosmerného prúdu, ktorý sa má merať v súlade s normou a na druhej strane je však dostatočne malý, takže sa podľa normy neprekroči maximálna uhlová chyba v kombinácii s indukčnosťou transformátora.Prehľad obrázkov na výkresochNa výkrese je schematicky, zjednodušene znázomený priklad vyhotovenia. Ukazuje jediný obraz Usporiadanie meracieho obvodu podľa vynálezu pre elektronické elektromery na priame pripojenie.Na jedinom vyobrazení je znázomené usporiadanie meracieho obvodu l, pre elektromery na priame pripojenie, ktorý má pre každú fázu siete trojfázového prúdu vždy jeden vstup 5 na meranie napätia a jeden vstup 3 na meranie prúdu meracieho čipu 2. Tento merací čip z má korekčné zariadenie Q na účely fázovej kompenzácie medzi hodnotami napätia a hodnotami prúdu. Pred vstupom 5 na meranie napätia je napäťový delič, zahŕňajúci prvý zapojený odpor R, a druhý odpor R 2, ktorý zníži napätie, ktoré sa má merať, na vhodnú úroveň napätia pre sériovo zapojený merací čip g.Bezprostredne pred vstupom A na meranie prúdu je inštalovaný napäťový transformátor 5, ktorý má opäť predradený merací bočník RSH. Prúd, ktorý sa má merať a ktorý preteká cez merací bočník RgH, spôsobuje na tomto meracom bočníku RSH pokles napätia proporcionálny hodnote prúdu, ktorý sa pomocou napäťového transformátora 5 transfonnuje na vhodnú úroveň napätia pre vstup i merania prúdu. Pomocou pomeru počtu závitov Nl/Nz medzi počtom závitov N. na primámej strane a počtom závitov N 2 na sekundárnej strane sa da uskutočniť prispôsobenie úrovne napätia pre vstup 3 na meranie prúdu na meracom čipe g. Okrem toho sa s napäťovým transformátorom 5 zabezpečí potrebné galvanické oddelenie.Vzhľadom na čo najmenšiu uhlovú chybu napäťového transformátora 5 treba na primárnej strane - teda smerom k meraciemu bočníku RS - zvoliť čo najmenšiu hodnotu ohmického odporu R (nezobrazené) napäťového transformátora 5. Toto vyplýva z nasledujúcej úvahyTento ohmický odpor R sa správa proporcionálne k druhej mocnine počtu závitov N 1 na primámej strane napäťového transformátora 5(1) RAR N 12, pričom AR je koeficient odporu primámeho vínutia špecifický pre jadro. To isté platí ipre indukčnosť (tiež neznázornené) napäťového transfonnátora 5, avšak pri zohľadnení koeficientu hlavnej indukčnosti AL špecifického pre jadroPre uhlovú chybu ô platí, ako je známe R ARNE AR R ARN, ARZ toho vyplýva, že uhlová chyba ô - ktorá má byť v súlade s normou pri meraní energie čo najmenšia - je nezávislá od počtu závitov napäťového transformátora 5, čím teda len ohmický odpor g podľa (l) v pomere k impendancii wL, s L v súlade s (2) sa musí zvoliť čo najmenší.Ďalej však platí pre ohmický odpor l napäťového transformátora 5, že musí byť prinajmenšom taký velký, aby podiel jednosmerného prúdu v súlade s normou, ktorý ním preteká, nepremagnetizoval nedovolene napäťový transformátor. Usporiadanie meracieho obvodu l - zahŕňajúceho napäťový transformátor 5 pred vstupom i na meranie prúdu - musí byť totiž podľa normy schopný odolať podielu jednosmerného prúdu s ImX/n kombinovanćho prúdu zaťažujúceho toto usporiadanie meracieho obvodu l a pritom ešte merať podiel striedavého prúdu pre meranie energie v elektromeri na priame pripojenie.Z tohto dôvodu je dôležitá špeciálna úprava usporiadania meracieho obvodu l vzhľadom na odolnosť na jednosmerný prúd, pričom sa pri tomto špeciálnom pozorovaní neberie do úvahy schopnost meracieho obvodu lmerať striedavý prúd.Vzhľadom na odolnost na jednosmerný prúd sa dá pre pokles napätia v napäťovom transformátore á vyvodzovať nasledujúcepričom IRSH je podiel jednosmemého prúdu pretekajúci cez RS a IR podiel jednosmerného prúdu pretekajúceho cez R napäťového transformátora Q. Rovnica (4) je ekvivalentná kPre magnetické pole Ho platí na základe privádzania jednosmerného prúdu v napäťovom transformátore ipričom 1 m platí pre efektívnu dlžku magnetického okruhu z toho s (5) vyplýva(7) Ho IRSH , čo je ekvivalentné k R 1. IRSHRSH N 1Z toho bezprostredne vyplýva, že pre maximálne povolenú intenzitu poľa Ho z Hgmx pre zvolený materiál jadra a maximálny pokles napätia IRSHRSH na meracom bočníku je ohmický odpor R napäťového transformátora priamo úmemý k počtu závitov N 1. Preto musí byť tento ohmický odpor R väčší alebo rovnajúci sa minimálnej hodnote Rmd, ktorá vyplýva zPomocou prvej podmienky, ktorá vyplýva pre ohmický odpor R deliča napätia j z rovníc (l) až (3), a síce zvoliť čo najmenší R v závislosti od druhej mocniny počtu závitov N 1 a druhej podmienky z rovnice (9), stanoviť pre R minimálnu hodnotu v závislosti od počtu závitov N 1, sa tým môže zistiť výhodnejšia hodnota odporu pre R. Pre túto výhodnejšiu hodnotu odporu R potom jednak nebude presýtený napäťový transformátor j pri privádzaní jednosmemého prúdu k elektromeru v súlade s normou a jednak môže byť uhlová chyba pri transformácii udržiavaná čo najmenšia.Aby vzhľadom na uvedené rovnice bola podľa normy zaručená odolnosť jednosmemého prúdu až do mm/n usporiadania meracieho okruhu l, je materiál jadra napäťového transformátora á vyrobený z materiálu s vysokou perrneabilitou, ako napríklad feritu, zliatiny niklu a železa Qnermalloy), alebo nanokryštalického materiálu. Tieto vysoko permeabilne materiály sa vyznačujú veľkým koeficientom hlavnej indukčnosti AL a dobre defmovanými H 0 - hodnotami a tým sú mimoriadne vhodne na použitie pri elektromeroch, ktoré sú v súlade s ich normou odolné na jednosmerný prúd.Merací čip g, ako už bolo uvedené, má korekčné zariadenie Q na kompenzáciu fázy, pomocou ktorého sa môže vykonávať fázový posuv medzi vstupom 3 pre meranie napätia a vstupom 4 pre meranie prúdu. Pretože tento fázový posuv je na základe opísaného vyhotovenia napäťového transformátora v usporíadaní meracieho obvodu l podľa vynálezu malý, môže sa počítať s tým, že fázová kompenzácia pomocou korekčného zariadenia je závislá od frekvencie. Jednoduché vyhotovenie korekčného zariadenia Q zabezpečuje programovateľné oneskorenie, ktoré sa uskutoční pomocou softvéru. Samozrejme, že je možná ifázová kompenzácia realizovaná pomocou konštrukčných prvkov prostrednictvom korekčného zariadenia Q, pričom je takátokompenzácia pomocou konštrukčných prvkov závislá od frekvencie. Podľa platnej normy nesmie fázový posuv medzi prúdom a napätím prekročiť uhol 0,3.Trojfázové usporiadanie meracieho obvodu ukázané na vyobrazení môže byť samozrejme vyhotovené i ako jednofázové, bez toho, že by bol potrebný ďalší vynález.1. Usporiadanie meracieho obvodu (l) pre elektromer na priame pripojenie s prvým vstupom (3) na meranie napätia a druhým vstupom (4) na meranie prúdu, pričom pred druhým vstupom (4) na meranie prúdu,kde je medzi meracim bočnikom (RSH) a týmto druhým vstupom (4) zapojený napäťový transformátor (5) na účely galvanického oddelenia, v y z n a č u j ú c e s a t ý m , že napäťový transforrnátor (5) má k meraciemu bočníku (RSH) minimálnu hodnotu (Rmd) ohmického odporu (R), ktorý na jednej strane má dostatočné obmedzenie pre jednosmerný prúd privádzaný na napäťový transformátor (5) v súlade s normou, pričom platí pre túto minimálnu hodnotu (Rmmd) ohrnického odporu (R), žeIRSHRSH Rumia Ž Ni , kde IRSHRSH maximálny pokles napätia na napäťovom transformátore (5), How, maximálne povolená intenzita poľa podľa prívodu jednosmemého prúdu na napäťový transfomiátor (5), 1 m efektívna dlžka magnetického okruhu v napäťovom transformátore (5) a N, počet primámych závitov, a pritom na druhej strane je tento ohrnický odpor (R) dostatočne malý na to, aby spolu s indukčnosťou (L) napäťového transformátora (5) mal len normou povolenú uhlovú chybu ô, konkrétneR ARNE AR ta ô wL oaALNlz mALs ô S 0.3, kde AR koeficient odporu primámeho vinutia špecifický pre jadro, AL koeficient hlavnej indukčnosti a N počet primárnych závitov.2. Usporiadanie meracieho obvodu (1) podľa nároku 1, v y z n a č u j ú c e s a t ý m , že napäťový transformátor (5) je vytvorený ako transformátor s toroidným jadrom.3. Usporiadanie meracieho obvodu (1) podľa nároku 1 alebo 2, v y z n a č u j ú c e s a t ý m , že napäťový uansformátor (5) má vysoko permeabilné jadro z feritu, zliatiny niklu a železa alebo nanokryštalického nlateriálu.4. Usporiadanie meracieho obvodu (l) podľa jedného z nárokov 1 až 3, v y z n a č uj ú c e s a t ý m , že merací čip (2) je spojený s prvým a druhým vstupom (3, 4), pričom tento merací čip (2) má programovateľné korekčné zariadenie (6) na vyrovnanie fázovej kompenzácie medzi meraním napätia a meraním prúdu.5. Usporiadanie meracieho obvodu podľa nároku 4, v y z n a č u j ú c e s a t ý m , že pomer závitov napäťového transformátora (5) je prispôsobiteľný nastaveniu úrovne pre druhý vstup (4) meracieho čipu (2).

MPK / Značky

MPK: G01R 15/14, G01R 21/06

Značky: meracieho, priame, pripojenie, elektromery, usporiadanie, obvodů

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/6-287750-usporiadanie-meracieho-obvodu-pre-elektromery-na-priame-pripojenie.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Usporiadanie meracieho obvodu pre elektromery na priame pripojenie</a>

Podobne patenty