RU2523109C1

RU2523109C1 - Induction supply metre analyser

Info

Publication number: RU2523109C1
Application number: RU2013112578/28A
Authority: RU
Inventors: Олег Фёдорович Меньших
Original assignee: Олег Фёдорович Меньших
Priority date: 2013-03-20
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2014-07-20

Abstract

FIELD: instrumentation.

SUBSTANCE: analyser comprises reservoir capacitor charged at 1^st and 3^rd quarters of supply voltage periods by intermittent current. Their discharge occurs smoothly in time at 2^nd and 4^th quarters of supply voltage periods. Note here that said capacitors are connected in pairs to phase and zero conductors of electric circuit via diode and transistors connected in series therewith with allowance for polarity of said connection of electrolytic capacitors. The latter make two bridge circuits operating in turns in positive and negative half-waves of supply voltage. Thyristor and throttle are connected in series to bridge circuit diagonal to connect every pair of reservoir capacitors for their smooth discharge back into circuit. Note here that windings of both throttles are fitted on common magnetic core with its flux reversal. Transistor and thyristor are ON/OFF by control unit timed by supply voltage.

EFFECT: compact and high-efficiency device.

4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и предлагается к использованию разработчикам индукционных электросчетчиков, защищаемых от неконтролируемого расхода электроэнергии.The invention relates to electrical engineering and is proposed for use by developers of induction electric meters that are protected from uncontrolled energy consumption.

Известно, что при прерывании тока нагрузки на повышенных частотах (например, в диапазоне 1…5 кГц) точность учета электроэнергии существенно снижается до недопустимых величин, что приводит к неконтролируемому расходу электроэнергии активными нагрузками типа нагревательных приборов, действие которых из-за прерываний тока не нарушается, а электросчетчик при этом может учитывать лишь около 25% от всей потребленной энергии. Это происходит вследствие ослабления магнитного поля, создаваемого токовой катушкой с U-образным сердечником, через обмотку которой проходит прерывающийся на повышенной частоте ток.It is known that when the load current is interrupted at higher frequencies (for example, in the range of 1 ... 5 kHz), the accuracy of electricity metering significantly decreases to unacceptable values, which leads to uncontrolled energy consumption by active loads such as heating appliances, whose action is not disturbed due to current interruptions while the electric meter can only take into account about 25% of all energy consumed. This is due to the weakening of the magnetic field created by the current coil with a U-shaped core, through the winding of which passes a current interrupted at an increased frequency.

При исследовании работы индукционных электросчетчиков важно установить, на каких частотах прерываний тока нагрузки наиболее сильно проявляется снижение правильного учета электроэнергии для рассматриваемого диапазона мощностей нагрузки, например, от единиц сотен ватт до нескольких киловатт. Решению этой задачи посвящено заявляемое техническое решение.When examining the operation of induction electric meters, it is important to establish at what frequencies of interruptions in the load current the decrease in the correct metering of electricity is most pronounced for the considered range of load powers, for example, from units of hundreds of watts to several kilowatts. The solution of this problem is the claimed technical solution.

Ближайшим техническим решением (прототипом) заявляемому техническому решению является модифицированное устройство, известное из патента РФ №2474826 того же автора на «Устройство для проверки чувствительности индукционных приборов учета электроэнергии к частотной модуляции рабочего тока», опубл. в бюлл. №4 от 10.02.2013 (приоритет от 13.09.2011).The closest technical solution (prototype) to the claimed technical solution is a modified device, known from RF patent No. 2474826 by the same author on “Device for checking the sensitivity of induction energy meters to frequency modulation of the operating current”, publ. in the bull. No. 4 dated 02/10/2013 (priority dated September 13, 2011).

Целью изобретения является построение компактного и высокоэффективного устройства для определения погрешности учета электроэнергии при прерывании тока нагрузки на различных частотах прерываний в заданном диапазоне мощности нагрузок.The aim of the invention is the construction of a compact and highly efficient device for determining the error of electricity metering when the load current is interrupted at different interrupt frequencies in a given range of load power.

Указанная цель реализуется в устройстве для исследования работы индукционных электросчетчиков, содержащем накопительные конденсаторы, заряд которых осуществляется в первую и третью четверти периодов сетевого напряжения прерывистым током, а разряд происходит плавно во времени во второй и четвертой четвертях периодов сетевого напряжения, отличающемся тем, что в качестве накопительных использованы четыре электролитических конденсатора, каждый из которых попарно подключен к фазному и нулевому проводникам электросети через последовательно с ними включенные диод и транзистор с учетом полярности указанного подключения электролитических конденсаторов, образующих две мостовые схемы, попеременно работающие в положительную и отрицательную полуволны сетевого напряжения, а в диагоналях этих мостовых схем включены последовательно установленные тиристор и дроссель, соединяющие последовательно каждую работающую пару заряженных накопительных конденсаторов мостовых схем для их плавного разряда обратно в сеть, причем обмотки двух дросселей мостовых схем выполнены на едином магнитопроводе с периодическим его перемагничиванием, а включение-выключение соответствующих транзисторов и тиристоров осуществлено от блока управления, синхронизируемого от сетевого напряжения.This goal is realized in a device for studying the operation of induction electric meters, which contains storage capacitors, the charge of which is carried out in the first and third quarters of the mains voltage periods by intermittent current, and the discharge occurs smoothly in time in the second and fourth quarters of the mains voltage periods, characterized in that as four electrolytic capacitors were used for storage, each of which is connected in pairs to the phase and zero conductors of the mains through The diode and transistor connected with them, taking into account the polarity of the indicated connection of electrolytic capacitors, forming two bridge circuits, alternately working in the positive and negative half-waves of the mains voltage, and in the diagonals of these bridge circuits are connected in series thyristor and inductor, connecting each working pair of charged storage capacitors of bridge circuits for their smooth discharge back to the network, and the windings of two chokes of bridge circuits are made on a single m magnetic circuit with its periodic reversal, and switching on / off the respective transistors and thyristors effected by the control unit, synchronized by the mains voltage.

Достижение указанной цели изобретения объясняется применением компактных электролитических конденсаторов с большой удельной емкостью на единицу объема и объединением дросселей двух мостовых схем с использованием для них единого магнитопровода без магнитного зазора, что повышает индуктивность дросселей, величина которой согласуется с емкостью используемых накопительных конденсаторов, которые определяют энергетику устройства. Прерывистый заряд каждой пары накопительных конденсаторов мостовых схем осуществляется параллельно от сетевого напряжения, а при их плавном разряде обратно в сеть эти конденсаторы включаются последовательно соответствующим тиристором, а затягивание во времени разряда определяется за счет включения соответствующего дросселя в разрядной цепи. Напряжение на последовательно соединенной паре конденсаторов при их разряде оказывается всегда больше по абсолютной величине напряжения сети, что создает ток разряда обратного направления, уменьшающий показания исследуемого электросчетчика.Achieving the stated objective of the invention is explained by the use of compact electrolytic capacitors with a large specific capacity per unit volume and by combining the inductors of two bridge circuits using a single magnetic circuit for them without a magnetic gap, which increases the inductance of the inductors, the value of which is consistent with the capacity of the storage capacitors used, which determine the energy of the device . The intermittent charge of each pair of storage capacitors of the bridge circuits is carried out in parallel from the mains voltage, and when they are smoothly discharged back into the network, these capacitors are connected in series with the corresponding thyristor, and the delay in the discharge time is determined by switching on the corresponding inductor in the discharge circuit. The voltage on a series-connected pair of capacitors during their discharge is always higher in absolute value of the mains voltage, which creates a discharge current of the reverse direction, which reduces the readings of the studied electric meter.

Заявляемое устройство понятно из представленных рисунков. На рис.1 дана схема устройства совместно с исследуемым индукционным счетчиком, подключенным к воздушной линии ВЛ-0,4 кВ по однофазной схеме. На рис.2 приведена блочно-принципиальная схема блока управления транзисторами и тиристорами, на рис.3 и 4 приведены принципиальные схемы субблоков блока управления (рис.2).The inventive device is clear from the presented drawings. Fig. 1 shows a diagram of the device in conjunction with the induction meter under study, connected to the overhead line of 0.4 kV overhead line in a single-phase circuit. Fig. 2 shows the block-circuit diagram of the control unit of transistors and thyristors, Fig. 3 and 4 show the circuit diagrams of the subunits of the control unit (Fig. 2).

Заявляемое устройство (рис.1) включает следующие элементы и блоки:The inventive device (Fig. 1) includes the following elements and blocks:

D1, D2, D3 и D4 - силовые диоды двух мостовых схем,D1, D2, D3 and D4 - power diodes of two bridge circuits,

Т1, Т2, Т3 и Т4 - силовые транзисторы типа n-р-n двух мостовых схем,T1, T2, T3 and T4 are power transistors of the n-p-n type of two bridge circuits,

С1, С2, С3 и С4 - накопительные электролитические конденсаторы двух мостовых схем,C1, C2, C3 and C4 are storage electrolytic capacitors of two bridge circuits,

U1 и U2 - силовые тиристоры (симисторы) в диагоналях двух мостовых схем,U1 and U2 - power thyristors (triacs) in the diagonals of two bridge circuits,

Тр. - трансформатор в качестве двух связанных дросселей с одинаковыми обмотками,Tr. - a transformer as two connected reactors with the same windings,

блок управления транзисторами и тиристорами,transistor and thyristor control unit,

разъем подключения устройства к электросчетчику,connector connecting the device to the electric meter,

розетка подключения активной нагрузки,active load socket,

индукционный электросчетчик, соединенный вводом с линией электропередачи ВЛ-0,4 кВinduction electric meter connected by an input to the transmission line of VL-0.4 kV

Блок управления транзисторами и тиристорами (рис.2), синхронизируемый сетевым напряжением, построен на интегральных микросхемах микромощной серии К555 на семи микросхемах К555ЛАЗ (4 элемента 2И-НЕ) и на двух микросхемах К555ЛА7 (2 элемента 4И-НЕ с открытым коллектором), на нескольких транзисторах и диодах. Блок формирует две серии высокочастотных импульсов в первую и третью четверти периодов сетевого напряжения, управляющие работой транзисторов двух мостовых схем, а также импульсы запуска двух тиристоров Блок управления включает субблоки формирования импульсов запуска тиристоров - ФИЗТ-1 и ФИЗТ-2 (рис.3) и регулируемого генератора высокочастотных импульсов - РГВИ (рис.4), а также вторичный источник питания - ВИП, вырабатывающий напряжения питания для микросхем и транзисторов.The transistor and thyristor control unit (Fig. 2), synchronized by the mains voltage, is built on integrated circuits of the micropower K555 series on seven K555LAZ microcircuits (4 2I-NOT elements) and on two K555LA7 microcircuits (2 4I-NOT chips with an open collector), on multiple transistors and diodes. The unit generates two series of high-frequency pulses in the first and third quarters of the mains voltage periods, which control the operation of transistors of two bridge circuits, as well as the triggering pulses of two thyristors. The control unit includes subunits of generating thyristor triggering pulses - FIZT-1 and FIZT-2 (Fig. 3) and an adjustable high-frequency pulse generator - RGVI (Fig. 4), as well as a secondary power source - VIP, which generates supply voltages for microcircuits and transistors.

Рассмотрим действие устройства.Consider the action of the device.

Устройство работает синхронно с четвертями периодов сетевого напряжения. В первую четверть периодов, начиная с положительного полупериода, па переходы «база-эмиттер» транзисторов Т1 и Т2 воздействуют высокочастотные положительные импульсы со скважностью, равной двум, и частотой из диапазона 1…5 кГц, и в течение 2,5 мс прерывисто заряжают накопительные конденсаторы С1 и С2 от сети через силовые диоды D1 и D2 до амплитудного напряжения сети (порядка 300 В), если постоянная времени цепи заряда τ_зар=2 r С существенно меньше времени действия прерывистого заряда 2,5 мс, где r - внутреннее сопротивление источника сети (порядка 0,5…1 Ом), С - емкость каждого накопительного конденсатора. При этом все другие транзисторы и тиристоры закрыты, и при заряде этой пары конденсаторов первой мостовой схемы энергия их заряда становится равной около W≈С Uo² (Дж), где Uo≈300 В - амплитудное значение напряжения сети (при его действующем значении 220 В). Отметим, что при увеличении энергетики устройства путем увеличения емкости накопительных конденсаторов может оказаться, что за 2,5 мс напряжение на накопительных конденсаторах не дойдет до амплитудного значения, если значение τ_зар окажется соизмеримым с временем действия прерывистого заряда 2,5 мс или даже большим его, что просто скажется на некотором снижении энергетики устройства, но не на его работоспособности.The device operates synchronously with quarter periods of mains voltage. In the first quarter of the periods, starting with the positive half-cycle, the base-emitter junctions of the transistors T1 and T2 are exposed to high-frequency positive pulses with a duty cycle of two and a frequency from the range of 1 ... 5 kHz, and the accumulators are intermittently charged for 2.5 ms capacitors C1 and C2 from the mains through power diodes D1 and D2 to the mains voltage amplitude (of the order of 300 V), if the charge circuit time constant τ _zar = 2 r С is significantly less than the intermittent charge action time 2.5 ms, where r is the internal resistance of the source network (order 0, 5 ... 1 Ohm), C is the capacity of each storage capacitor. Moreover, all other transistors and thyristors are closed, and when this pair of capacitors of the first bridge circuit is charged, the energy of their charge becomes equal to W≈С Uo ² (J), where Uo≈300 V is the amplitude value of the mains voltage (at its current value of 220 V ) Note that with an increase in the device’s energy by increasing the capacitance of storage capacitors, it may turn out that over 2.5 ms the voltage across the storage capacitors does not reach the amplitude value if the value of τ _zar turns out to be comparable with the duration of the intermittent charge of 2.5 ms or even longer , which will simply affect a certain decrease in the device’s energy, but not its operability.

Выбором частоты прерываний заряда накопительных конденсаторов при заданной энергетике устройства можно найти максимум погрешности учета электроэнергии, так что при прерывистом заряде накопительных конденсаторов индукционный электросчетчик будет учитывать лишь 25% потребленной энергии W.By choosing the frequency of interruptions in the charge of the storage capacitors at a given device energy, one can find the maximum of the error in accounting for electricity, so that with an intermittent charge of the storage capacitors, the induction electric meter will take into account only 25% of the consumed energy W.

Отметим также, что при прерывистом заряде накопительных конденсаторов импульсы заряжающего их тока сначала растут по величине, доходят до максимума в момент времени, соответствующий 1/8 периода, а затем уменьшаются до нуля в случае полного заряда этих конденсаторов до амплитудного значения напряжения сети или до некоторой ненулевой величины при неполном заряде накопительных конденсаторов, когда не выполняется условие τ_зар<<2,5 мс.We also note that during an intermittent charge of storage capacitors, the pulses of the charging current first increase in magnitude, reach a maximum at a time corresponding to 1/8 of the period, and then decrease to zero in the case of a full charge of these capacitors to the amplitude value of the network voltage or to some non-zero value with an incomplete charge of storage capacitors, when the condition τ _zar << 2.5 ms is not satisfied.

В конце первой четверти периодов сетевого напряжения силовые транзисторы Т1 и Т2 закрываются, и через некоторый небольшой интервал времени, например через 0,2…0,3 мс от начала второй четверти периодов, положительным импульсом открывается тиристор U1 диагонали первой мостовой схемы. При этом накопительные конденсаторы С1 и С2 оказываются включенными к сети последовательно через первую обмотку дросселя (трансформатора) Тр., и эти конденсаторы с их начальным напряжением, вдвое большим напряжения каждого из них, разряжаются обратно в сеть плавно во времени в течение почти 4,7 мс. При этом практически вся энергия W, накопленная в конденсаторах С1 и С2, возвращается к источнику сети, а ток через токовую обмотку индукционного электросчетчика проходит в противоположном направлении, организуя отмотку показаний в электросчетчике. Поскольку разряд протекает плавно во времени через открытый тиристор U1 и включенный с ним последовательно дроссель с индуктивностью его L, то электросчетчик учитывает при отмотке почти все 100% энергии W за небольшим вычетом энергии, рассеивающейся в активном сопротивлении обмотки дросселя.At the end of the first quarter of the periods of the mains voltage, the power transistors T1 and T2 are closed, and after a short time interval, for example, 0.2 ... 0.3 ms from the beginning of the second quarter of the periods, the thyristor U1 of the diagonal of the first bridge circuit opens with a positive pulse. In this case, the storage capacitors C1 and C2 turn out to be connected to the network sequentially through the first winding of the inductor (transformer) Tr., And these capacitors with their initial voltage twice the voltage of each of them are discharged back into the network smoothly in time for almost 4.7 ms In this case, almost all of the energy W accumulated in capacitors C1 and C2 is returned to the network source, and the current passes in the opposite direction through the current winding of the induction electric meter, organizing the reading of the readings in the electric meter. Since the discharge flows smoothly in time through an open thyristor U1 and a choke connected in series with it with its inductance L, the meter takes into account when winding almost 100% of the energy W, after a small deduction of the energy dissipated in the active resistance of the inductor winding.

Значение индуктивности L дросселя, выполненного в виде трансформатора Тр. с двумя одинаковыми обмотками, выбирают из условия ΔТ_РАЗР=(LC/2)^1/2≈4,7 мс, где ΔТ_РАЗР - период разряда последовательно включенных накопительных конденсаторов, С1 и С2 (их общая емкость при последовательном соединении равна С/2).The value of the inductance L of the inductor, made in the form of a transformer Tr. with two identical windings, choose from the condition _{ΔТ SIZE} = (LC / 2) ^1/2 ≈4.7 ms, where _{ΔТ SIZE} is the discharge period of the series-connected storage capacitors, C1 and C2 (their total capacity in series connection is C / 2 )

Протекание тока разряда обратно в сеть происходит за счет того, что модуль текущего напряжения сети всегда меньше модуля напряжения на включенных последовательно накопительных конденсаторах С1 и С2. Ограничение разрядного тока осуществляется за счет установки в цепи разряда дросселя, так что среднее значение тока разряда в пределах второй четверти периодов можно оценить неравенством I_РАЗР ≤W/ΔТ_РАЗР Uo=С Uo//ΔТ_РАЗР. Для сравнения отметим, что среднее значение прерывистого зарядного тока будет больше I_РАЗР почти в два раза, поскольку время заряда почти в два раза меньше времени разряда, а амплитудное значение зарядного тока оказывается равным Мах I_ЗАР≈2,7 I_РАЗР, так как амплитуда зарядного тока приблизительно в 1,41 раза больше его среднего значения, что необходимо учитывать при выборе силовых транзисторов по параметру максимально допустимого тока коллектора.The discharge current flows back to the network due to the fact that the module of the current network voltage is always less than the voltage module at the storage capacitors C1 and C2 connected in series. The discharge current is limited due to the installation of a choke in the discharge circuit, so that the average value of the discharge current within the second quarter of the periods can be estimated by the inequality I _PIT ≤ W / ΔT _PIT Uo = С Uo // ΔT _PIT . For comparison, we note that the average value of the discontinuous charging current will be almost twice as large as I _DIM , since the charge time is almost two times less than the discharge time, and the amplitude value of the charging current is equal to Max I _ZAR ≈ 2.7 I _DIM , since the amplitude the charging current is approximately 1.41 times its average value, which must be taken into account when choosing power transistors according to the parameter of the maximum allowable collector current.

В конце второй четверти периодов сетевого напряжения разряд накопительных конденсаторов заканчивается, ток разряда падает до некоторой малой величины, при которой силовой тиристор U1 автоматически закрывается в соответствии с его принципом действия.At the end of the second quarter of the mains voltage periods, the discharge of the storage capacitors ends, the discharge current drops to a certain small value at which the power thyristor U1 automatically closes in accordance with its operating principle.

При отрицательной полуволне работает вторая мостовая схема. В начале третьей четверти периодов на переходы «база-эмиттер» силовых транзисторов Т3 и Т4 поступает пачка положительных импульсов со скважностью, равной двум, и с той же частотой их следования, как при работе в первой четверти периодов, и происходит прерывистый заряд накопительных конденсаторов С3 и С4 через силовые диоды D3 и D4. Силовые транзисторы и силовые диоды во второй мостовой схеме включены по их полярности встречно по сравнению с аналогичными элементами в первой мостовой схеме. Алгоритм прерывистого заряда аналогичен ранее описанному. В конце третьей четверти периодов силовые транзисторы закрываются.With a negative half-wave, the second bridge circuit works. At the beginning of the third quarter of the periods, the base-emitter junctions of the power transistors T3 and T4 receive a packet of positive pulses with a duty cycle of two and with the same frequency as they work in the first quarter of the periods, and the intermittent charge of the storage capacitors C3 and C4 through power diodes D3 and D4. Power transistors and power diodes in the second bridge circuit are turned on by their polarity in comparison with similar elements in the first bridge circuit. The intermittent charge algorithm is similar to the previously described. At the end of the third quarter of the periods, power transistors close.

С небольшой временной задержкой 0,2…0,3 мс от начала четвертой четверти периодов положительным импульсом открывается силовой тиристор U2, и последовательно соединенные этим тиристором накопительные конденсаторы С3 и С4 начинают плавно разряжаться обратно в сеть в течение 4,7 мс. При этом разрядный ток ограничивается использованием дросселя с индуктивностью L, в качестве которого использована вторая обмотка трансформатора Тр.With a small time delay of 0.2 ... 0.3 ms from the beginning of the fourth quarter of the periods, the power thyristor U2 opens with a positive pulse, and the storage capacitors C3 and C4 connected in series with this thyristor begin to smoothly discharge back into the network within 4.7 ms. In this case, the discharge current is limited by the use of a inductor with inductance L, the second winding of the transformer Tr.

Важно отметить, что обе обмотки трансформатора Тр. выполняют функции дросселей для первой и второй мостовых схем, но при этом такие дроссели могут не иметь магнитного зазора в сердечнике общего для них магнитопровода, поскольку в последнем циркулирует знакопеременное магнитное поле с одинаковыми магнитными потоками. Это обстоятельство позволяет снизить активное сопротивление обмоток снижением числа их витков при получении необходимой величины индуктивности L, то есть снизить потери энергии при отмотке показаний электросчетчика. При этом можно полагать, что при правильно выбранном значении частоты прерываний зарядного тока (из диапазона 1…5 кГц) электросчетчик при действии заявляемого устройства будет отматывать показания с мощностью отмотки, равной Р_отм=0,7* 2WF=1,4WF=1,4C Uo² F при условии, что выполняется неравенство τ_ЗАР=2 r С<<2,5 мс, где F=50 Гц - частота сетевого напряжения.It is important to note that both windings of the transformer Tr. perform the functions of chokes for the first and second bridge circuits, but at the same time such chokes may not have a magnetic gap in the core of a common magnetic circuit, since an alternating magnetic field with the same magnetic flux circulates in the latter. This circumstance makes it possible to reduce the active resistance of the windings by reducing the number of their turns when the required inductance L is obtained, that is, to reduce the energy loss during the winding of the meter readings. At the same time, it can be assumed that with a correctly selected value of the frequency of interruptions of the charging current (from the range of 1 ... 5 kHz), the electric meter, under the action of the inventive device, will rewind the readings with the unwinding power equal to P _mark = 0.7 * 2WF = 1.4WF = 1, 4C Uo ² F provided that the inequality τ _ZAR = 2 r C << 2.5 ms is fulfilled, where F = 50 Hz is the frequency of the mains voltage.

Кратко рассмотрим работу блока управления транзисторами и тиристорами.Briefly consider the operation of the transistor and thyristor control unit.

Сниженная величина переменного напряжения сети подвергается сдвигу по фазе на 90° в регулируемой двухзвенной RC-цепочке (в левом нижнем углу рис.2) и вместе с исходным переменным напряжением подвергается компарированию в двух микросхемах К555ЛАЗ, на выходах которых образуются прямоугольные меандровые импульсы длительностью 10 мс с частотой повторения 50 Гц. Фронты этих импульсов сдвинуты друг относительно друга на 5 мс (четверть периода сетевого напряжения), и из их комбинации для прямых и инвертированных последовательностей формируются на основе схем совпадения две последовательности прямоугольных импульсов длительностью 5 мс с частотой следования 50 Гц, соответствующие первой и третьей четвертям периодов сетевого напряжения, а также строб-импульсы начал второй и четвертой четвертей периодов. Первые из указанных двух последовательностей используются для работы транзисторов двух мостовых схем, а другая пара строб-импульсных последовательностей - для запуска тиристоров соответствующих мостовых схем. Эти выделенные последовательности запуска транзисторов подвергаются импульсной модуляции в двух схемах совпадений на частоте 1…5 кГц, сигнал которой образуется в перестраиваемом генераторе импульсов с частотой 2…10 кГц с последующим делением частоты на два в D-триггере на одном корпусе микросхемы К555ЛАЗ (рис.4). Организация сдвига на 0,2…0,3 мс запускающих тиристоры импульсов с их усилением по мощности выполняется в схеме на рис.3. Фрагмент четырех импульсных усилителей мощности указан в правой нижней части рис.2 пунктирными сносками с использованием микросхемы К174УНЗ и транзистора КТ819А. Управление работой транзисторов и тиристоров осуществляется с не связанных электрически вторичных обмоток трансформаторов, выполненных на тороидальных ферритовых сердечниках типа М2000НМ-1.The reduced value of the AC voltage of the network is phase-shifted by 90 ° in an adjustable two-link RC circuit (in the lower left corner of Fig. 2) and, together with the initial alternating voltage, is compared in two K555LAZ microcircuits, at the outputs of which rectangular meander pulses of 10 ms duration are formed with a repetition rate of 50 Hz. The fronts of these pulses are shifted relative to each other by 5 ms (a quarter of the period of the mains voltage), and from their combination for direct and inverted sequences, two sequences of rectangular pulses of 5 ms duration with a repetition rate of 50 Hz corresponding to the first and third quarters of the periods are formed on the basis of matching schemes mains voltage, as well as strobe pulses began the second and fourth quarter periods. The first of these two sequences are used to operate the transistors of two bridge circuits, and the other pair of strobe-pulse sequences is used to start the thyristors of the corresponding bridge circuits. These selected transistor start-up sequences are subjected to pulse modulation in two coincidence schemes at a frequency of 1 ... 5 kHz, the signal of which is generated in a tunable pulse generator with a frequency of 2 ... 10 kHz, followed by dividing the frequency into two in a D-trigger on one housing of the K555LAZ chip (Fig. four). The organization of a shift of 0.2 ... 0.3 ms triggering thyristors pulses with their gain in power is performed in the circuit in Fig. 3. A fragment of four pulsed power amplifiers is indicated in the lower right part of Fig. 2 by dotted footnotes using the K174UNZ microcircuit and the KT819A transistor. The operation of transistors and thyristors is controlled from non-electrically connected secondary windings of transformers made on toroidal ferrite cores of the type M2000NM-1.

Рассмотрим примеры реализации заявляемого технического решения.Consider examples of the implementation of the proposed technical solution.

Так, при r=1 Ом, С=100 мкФ имеем τ_зар=2*10^-4=0,2 мс<<2,5 мс, и получаем мощность отмотки р_отм=1,4*10^-4*90000*50=630 Вт=0,63 кВт. При этом среднее значение разрядного тока за целый период будет равно I_{РАЗР СРЕДН}=10^-4 *300/2*0,0047=3,19 А с учетом скважности разрядных импульсов, равной двум (так как разряд действует только во второй и четвертой четвертях периодов, то есть половину периода). Максимальная амплитуда заряжающих импульсов при этом достигает величины порядка 17 А.For example, when r = 1 Ohm, C = 100 uF have _charge τ = 2 * 10 ^-4 << = 0.2 ms 2.5 ms, and obtain power unwinding _elevation p = 1.4 * 10 ^-4 * 90000 * 50 = 630 W = 0.63 kW. In this case, the average value of the discharge current for the whole period will be equal to I _{SIZE AVERAGE} = 10 ^-4 * _300/2 * 0.0047 = 3.19 A, taking into account the duty cycle of the discharge pulses, equal to two (since the discharge acts only in the second and fourth quarters periods, i.e. half the period). The maximum amplitude of the charging pulses in this case reaches a value of about 17 A.

Если полагать, что τ_зар=2 r С=2,5 мс / 2,2, при котором напряжение на накопительных конденсаторах достигает величины около 0,9 Uo=270 В, то емкость накопительных конденсаторов может быть увеличена до С=1100 мкФ при значении r=1 Ом, что даст эффект мощности отмотки, равной P_ОТМ=1,4*1,1*10^-3*72900*50≈5613 Вт=5,6 кВт. При использовании трех таких устройств, подключаемых к трехфазному индукционному прибору учета, будем иметь полную мощность отмотки порядка 17 кВт. Если такое устройство постоянно работает в течение месяца при тарифе на коммерческую электроэнергию 5 р/кВт*час, то недостача платежей за израсходованную электроэнергию составит более 60 тысяч рублей в месяц. Именно поэтому разработчики новых приборов учета электроэнергии должны, пользуясь данным устройством, так разработать эти приборы учета, чтобы можно было избежать указанных огромных экономических потерь.If we assume that τ _zar = 2 r C = 2.5 ms / 2.2, at which the voltage across the storage capacitors reaches about 0.9 Uo = 270 V, then the capacitance of the storage capacitors can be increased to C = 1100 μF at value r = 1 Ohm, which will give the effect of unwinding power equal to P _OTM = 1.4 * 1.1 * 10 ^-3 * 72900 * 50≈5613 W = 5.6 kW. When using three such devices connected to a three-phase induction meter, we will have a total winding power of about 17 kW. If such a device constantly works for a month at a tariff for commercial electricity of 5 r / kW * h, then the shortage of payments for consumed electricity will amount to more than 60 thousand rubles per month. That is why the developers of new electricity metering devices should, using this device, develop these metering devices in such a way that these huge economic losses can be avoided.

Для первого из приведенных примеров реализации устройства могут быть использованы транзисторы типа КТ834А, тиристоры Т-112-16-11 и диоды Д112-25-16. Для второго примера построения мощного устройства можно рекомендовать следующие приборы: транзисторы ТКД265-100-6-1, тиристоры (симисторы) ТС-151-160 (класса, не ниже 8-го) и диоды ДЛ161-320. В качестве электролитических следует использовать конденсаторы фирмы Yageo 100…330 мкФ × 450 В с возможностью их параллельного соединения при подборе требуемой емкости. В качестве двух дросселей обоих мостовых схем можно использовать трансформатор с двумя одинаковыми обмотками, намотанными на железный тороидальный сердечник из тонкой изолированной ленты с поперечным сечением магнитопровода площадью S=(1,5 Р_отм)^1/2 кв. см, (для первой из рассмотренных выше маломощной схемы S₁₀₀=30 см², а для мощной - S₁₁₀₀=90 см², где индекс при S означает величину емкости накопительных конденсаторов в мкФ). Указанные величины сечений магнитопроводов исключают их магнитное насыщение. Каждая из обмоток дросселей работает независимо от другой обмотки трансформатора, поскольку она подключена к запертому тиристору другой мостовой схемы.For the first example of the device implementation, KT834A type transistors, T-112-16-11 thyristors and D112-25-16 diodes can be used. For the second example of building a powerful device, the following devices can be recommended: transistors TKD265-100-6-1, thyristors (triacs) TS-151-160 (class, not lower than 8th) and diodes DL161-320. As electrolytic capacitors, Yageo 100 ... 330 μF × 450 V capacitors should be used with the possibility of their parallel connection when selecting the required capacitance. As two chokes of both bridge circuits, you can use a transformer with two identical windings, wound on an iron toroidal core of a thin insulated tape with a cross section of the magnetic circuit with an area of S = (1.5 _Rm ) ^1/2 sq. cm, (for the first of the low-power circuits considered above, S ₁₀₀ = 30 cm ² , and for the powerful - S ₁₁₀₀ = 90 cm ² , where the index at S indicates the value of the capacitance of storage capacitors in microfarads). The indicated values of the cross sections of the magnetic circuits exclude their magnetic saturation. Each of the windings of the chokes operates independently of the other windings of the transformer, since it is connected to a locked thyristor of another bridge circuit.

Устройство предназначено для исследования новых приборов учета электроэнергии, разработка которых позволит избежать огромных экономических потерь, наносящих существенный вред энергоснабжающим организациям и вызывающих неизбежный рост тарифов на электроэнергию.The device is designed to study new electricity metering devices, the development of which will avoid huge economic losses that cause significant harm to energy supplying organizations and cause an inevitable increase in electricity tariffs.

Claims

A device for studying the operation of induction electric meters, containing storage capacitors, the charge of which is carried out in the first and third quarters of the mains voltage periods by intermittent current, and the discharge occurs smoothly in time in the second and fourth quarters of the mains voltage periods, characterized in that four electrolytic cells are used as storage capacitors, each of which is paired to the phase and neutral conductors of the power supply through a diode connected in series with them the transistor, taking into account the polarity of the indicated connection of electrolytic capacitors, forming two bridge circuits, alternately working in the positive and negative half-waves of the mains voltage, and in the diagonals of these bridge circuits, thyristor and inductor are connected in series, connecting each working pair of charged storage capacitors of the bridge circuits in series for their smooth discharge back to the network, and the windings of two chokes of the bridge circuits are made on a single magnetic circuit with periodic by its magnetization reversal, and switching on and off of the corresponding transistors and thyristors is carried out from a control unit synchronized from the mains voltage.