RU195905U1

RU195905U1 - Timer - portable three-phase electric meter

Info

Publication number: RU195905U1
Application number: RU2019142010U
Authority: RU
Inventors: Алексей Валерьевич Букреев; Александр Владимирович Виноградов
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2020-02-11

Abstract

Полезная модель относится к электронно-измерительной технике, в частности к области контроля режимов работы оборудования и предназначена для мобильного измерения времени работы электроприёмника (или участка сети) и оценки потреблённого им количества электроэнергии без нарушения изоляции питающего провода.Таймер–электросчётчик портативный мобильный трёхфазный позволяет фиксировать текущие и максимальные значения мощности, тока, напряжения, зафиксированные в момент измерения в трехфазной сети, вести фиксацию потреблённого электрооборудованием или участком цепи количества электроэнергии без нарушения изоляции питающего провода, вести запись полученных данных на внешний накопитель.Таймер–электросчётчик портативный мобильный трёхфазный содержит два микроконтроллера, блок индикации и сигнализации и снабжен тремя датчиками тока с преобразователем тока в напряжение, состоящими из магнитопроводов с зазором, компенсационных обмоток, шести резисторов, трех шунтирующих резисторов и трех конденсаторов, радиомодулями, блоком записи данных на внешний накопитель, блоком часов реального времени, при этом выходы второго радиомодуля, блока записи данных на внешний накопитель, блока часов реального времени подключены непосредственно ко входам второго микроконтроллера, выходы первого радиомодуля подключены непосредственно ко входам первого микроконтроллера; датчиком напряжения, входы которого подключены к двум входам устройства, а выходы - ко входам первого микроконтроллера, выходы последовательной асимметричной шины первого микроконтроллера подключены к выходам последовательной асимметричной шины второго микроконтроллера. 2 ил.The utility model relates to electronic measuring equipment, in particular to the field of monitoring the operating modes of equipment and is intended for mobile measurement of the operating time of an electric receiver (or network section) and estimation of the amount of electricity consumed by it without violating the insulation of the supply wire. A portable three-phase mobile timer-electric meter allows you to fix current and maximum values of power, current, voltage, recorded at the time of measurement in a three-phase network, record the consumed electric equipment or a part of the circuit of the amount of electricity without violating the insulation of the supply wire, record the received data on an external drive. The portable three-phase portable mobile electricity timer contains two microcontrollers, an indication and alarm unit, and is equipped with three current sensors with a current to voltage converter, consisting of magnetic cores with a gap , compensation windings, six resistors, three shunt resistors and three capacitors, radio modules, an external data recording unit, th real-time clock, which outputs a second radio module unit recording data on the external storage, real time clock unit connected directly to the inputs of the second microcontroller, the first radio module outputs are connected directly to the inputs of the first microcontroller; a voltage sensor, the inputs of which are connected to two inputs of the device, and the outputs to the inputs of the first microcontroller, the outputs of the serial asymmetric bus of the first microcontroller are connected to the outputs of the serial asymmetric bus of the second microcontroller. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к электронно-измерительной технике, в частности к области контроля режимов работы оборудования и предназначена для мобильного измерения времени работы электроприёмника (или участка сети) и оценки потреблённого им количества электроэнергии без нарушения изоляции питающего провода.The utility model relates to electronic measuring equipment, in particular to the field of monitoring the operating modes of equipment and is intended for mobile measurement of the operating time of an electric receiver (or network section) and estimation of the amount of electricity consumed by it without violating the insulation of the supply wire.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство таймер–электросчётчик портативный мобильный, включающее в себя микроконтроллер, блок индикации и сигнализации, съемный датчик тока с преобразователем тока в напряжение, состоящим из магнитопровода с зазором, компенсационной обмотки, двух резисторов, шунтирующего резистора и конденсатора, при этом выходы датчика тока соединены через схемы интерфейса непосредственно ко входам микроконтроллера, выходы которого подключены к входу блока индикации и сигнализации, причем один выход компенсационной обмотки непосредственно подключен ко входу микроконтроллера, а второй выход - ко входам резисторов, выход первого резистора соединен с заземлением, а выход второго - со вторым входом микроконтроллера, при этом конденсатор подключен ко входу и выходу первого резистора, а выходы шунтирующего резистора соединены со выходами компенсационной обмотки (патент РФ № 191056, МПК G01R19/00, опубл. 22.07.2019, Бюл. № 21).The closest in technical essence to the proposed utility model is a portable mobile timer-electric meter that includes a microcontroller, an indication and alarm unit, a removable current sensor with a current to voltage converter, consisting of a magnetic circuit with a gap, a compensation winding, two resistors, a shunt resistor and a capacitor, while the outputs of the current sensor are connected through the interface circuit directly to the inputs of the microcontroller, the outputs of which are connected to the input of the display unit and alarm, moreover, one output of the compensation winding is directly connected to the input of the microcontroller, and the second output is connected to the inputs of the resistors, the output of the first resistor is connected to ground, and the output of the second is connected to the second input of the microcontroller, and the capacitor is connected to the input and output of the first resistor, and the outputs of the shunt resistor are connected to the outputs of the compensation winding (RF patent No. 191056, IPC G01R19 / 00, publ. 07/22/2019, Bull. No. 21).

Недостатком известного таймера-электросчетчика является его ограниченная область применения, так как оно не способно фиксировать текущие и максимальные значения мощности и тока, зафиксированные в момент измерения в трёхфазной сети. Более того, известное устройство производит расчет мощности и потреблённой электрооборудованием или участком цепи количества электроэнергии, основываясь только на показаниях датчика тока, так как не имеет возможности фиксировать значения напряжения цепи, что приводит к неточности показаний измерения мощности и потреблённого электрооборудованием или участком цепи количества электроэнергии. Также известное устройство не способно вести запись полученных значений на внешний накопитель.A disadvantage of the known timer-electric meter is its limited scope, since it is not able to record the current and maximum values of power and current recorded at the time of measurement in a three-phase network. Moreover, the known device calculates the power and the amount of electricity consumed by an electric equipment or a section of a circuit, based only on the readings of the current sensor, since it does not have the ability to record the voltage values of the circuit, which leads to inaccurate readings of the power measurement and the amount of electricity consumed by the electric equipment or section of the circuit. Also, the known device is not able to record the obtained values to an external drive.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение функциональных возможностей измерения временных и энергетических характеристик режимов работы электрооборудования или участка трёхфазной цепи без нарушения изоляции питающего провода, с использованием измерения напряжения, а также с записью полученных значений на внешний накопитель.The objective of the proposed utility model is to increase the functionality of measuring the time and energy characteristics of the operating modes of electrical equipment or a portion of a three-phase circuit without violating the insulation of the supply wire, using voltage measurement, as well as recording the obtained values to an external drive.

В результате использования предлагаемой полезной модели появляется возможность фиксировать текущие и максимальные значения мощности, тока, напряжения, зафиксированные в момент измерения в трехфазной сети, вести фиксацию потреблённого электрооборудованием или участком цепи количества электроэнергии без нарушения изоляции питающего провода, вести запись полученных данных на внешний накопитель за счет того, что таймер–электросчётчик портативный мобильный трёхфазный снабжен двумя микроконтроллерами, тремя датчиками тока с преобразователем тока в напряжение, датчиком напряжения, радиомодулями, блоком часов реального времени, блоком записи данных на внешний накопитель, блоком индикации и сигнализации.As a result of using the proposed utility model, it becomes possible to record the current and maximum values of power, current, voltage recorded at the time of measurement in a three-phase network, record the amount of electricity consumed by electrical equipment or a section of the circuit without violating the insulation of the supply wire, record data on an external drive for due to the fact that the three-phase portable mobile three-phase timer is equipped with two microcontrollers, three current sensors with a conversion current-to-voltage converter, voltage sensor, radio modules, real-time clock unit, data recording unit to an external drive, indication and alarm unit.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемый таймер–электросчётчик портативный мобильный трёхфазный, содержащий два микроконтроллера, блок индикации и сигнализации, согласно полезной модели, снабжен тремя датчиками тока с преобразователем тока в напряжение, состоящими из магнитопроводов с зазором, компенсационных обмоток, шести резисторов, трех шунтирующих резисторов и трех конденсаторов, при этом выходы датчиков тока соединены через схемы интерфейса непосредственно ко входам первого микроконтроллера, причем одни выходы компенсационных обмоток непосредственно подключены ко входам первого микроконтроллера, а вторые выходы - ко входам резисторов, выходы первого, второго и третьего резисторов соединены с заземлением, а выход четвертого, пятого и шестого - со вторым входом микроконтроллера, при этом конденсаторы подключены ко входу и выходу первого, второго и третьего резисторов, а выходы шунтирующих резисторов соединены с выходами компенсационных обмоток; радиомодулями, блоком записи данных на внешний накопитель, блоком часов реального времени, при этом выходы второго радиомодуля, блока записи данных на внешний накопитель, блока часов реального времени подключены непосредственно ко входам второго микроконтроллера, выходы первого радиомодуля подключены непосредственно ко входам первого микроконтроллера; датчиком напряжения, входы которого подключены к двум входам устройства, а выходы - ко входам первого микроконтроллера, выходы последовательной асимметричной шины первого микроконтроллера подключены к выходам последовательной асимметричной шины второго микроконтроллера.The above technical result is achieved in that the proposed three-phase portable mobile timer, comprising two microcontrollers, an indication and alarm unit, according to a utility model, is equipped with three current sensors with a current to voltage converter, consisting of magnetic cores with a gap, compensation windings, six resistors, three shunt resistors and three capacitors, while the outputs of the current sensors are connected through interface circuits directly to the inputs of the first microcontroller, etc. why some of the outputs of the compensation windings are directly connected to the inputs of the first microcontroller, and the second outputs to the inputs of the resistors, the outputs of the first, second and third resistors are connected to ground, and the output of the fourth, fifth and sixth to the second input of the microcontroller, while the capacitors are connected to the input and the output of the first, second and third resistors, and the outputs of the shunt resistors are connected to the outputs of the compensation windings; radio modules, a unit for recording data on an external storage device, a unit for real-time clocks, while the outputs of the second radio module, a unit for recording data on an external storage device, a unit for real-time clocks are connected directly to the inputs of the second microcontroller, the outputs of the first radio module are connected directly to the inputs of the first microcontroller; a voltage sensor, the inputs of which are connected to two inputs of the device, and the outputs to the inputs of the first microcontroller, the outputs of the serial asymmetric bus of the first microcontroller are connected to the outputs of the serial asymmetric bus of the second microcontroller.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена общая схема таймера–электросчётчика мобильного портативного трёхфазного; на фиг. 2 показан преобразователь тока в напряжение для датчиков тока.The essence of the proposed utility model is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a general diagram of a timer-electric meter of a portable three-phase portable; in FIG. 2 shows a current to voltage converter for current sensors.

Таймер–электросчётчик портативный мобильный трёхфазный (ТЭМП-3) для измерения параметров электрической сети содержит датчики тока с преобразователем тока в напряжение ДТ1-ДТ3, датчик напряжения ДН4, проводники П5-П8, микроконтроллеры МК9-МК10, блок индикации и сигнализации БИС11, блок часов реального времени БЧРВ12, блок записи данных БЗД13, радиомодули РМ14-РМ15. Преобразователь тока в напряжение для датчиков тока содержит шунтирующие резисторы Р16-Р18, шесть резисторов Р19-Р24, конденсаторы К25-К27.The three-phase portable mobile three-phase timer-electric meter (TEMP-3) for measuring the parameters of the electric network contains current sensors with a current transducer to voltage DT1-DT3, voltage sensor DN4, conductors P5-P8, microcontrollers MK9-MK10, indicating and alarm unit BIS11, clock block real-time БЧРВ12, data recording unit БЗД13, radio modules РМ14-РМ15. The current to voltage converter for current sensors contains shunt resistors P16-P18, six resistors P19-P24, capacitors K25-K27.

Выходы последовательной асимметричной шины первого микроконтроллера МК9 подключены к выходам последовательной асимметричной шины второго микроконтроллера МК10. Выходы первого радиомодуля РМ14 подключены к входам первого микроконтроллера МК1, выходы второго радиомодуля РМ15, блока записи данных на внешний накопитель БЗД13 и блока часов реального времени БЧРВ12 подключены непосредственно к входам второго микроконтроллера МК10. Выходы второго микроконтроллера МК10 подключены к входу блока индикации и сигнализации БИС11. Входы датчика напряжения ДН4 подключены к двум входам устройства, а выходы - к входам первого микроконтроллера МК9. Выходы 34-36 компенсационных обмоток Ко28-Ко30 непосредственно подключены к входам первого микроконтроллера МК9, а вторые выходы - к входам резисторов. Выходы резисторов Р20, Р22, Р24 соединены с заземлением, а выходы резисторов Р19, Р21, Р23 - со входом микроконтроллера МК9. Конденсаторы К25-К27 подключены к входам и выходам резисторов Р20, Р22, Р24, а выходы шунтирующих резисторов Р16-Р18 соединены с выходами компенсационных обмоток Ко28-Ко30. The outputs of the serial asymmetric bus of the first microcontroller MK9 are connected to the outputs of the serial asymmetric bus of the second microcontroller MK10. The outputs of the first radio module PM14 are connected to the inputs of the first microcontroller MK1, the outputs of the second radio module PM15, the unit for recording data to an external drive BZD13 and the real-time clock unit БЧРВ12 are connected directly to the inputs of the second microcontroller MK10. The outputs of the second microcontroller MK10 are connected to the input of the display and alarm unit BIS11. The inputs of the DN4 voltage sensor are connected to two inputs of the device, and the outputs are connected to the inputs of the first MK9 microcontroller. The outputs 34-36 of the compensation windings Ko28-Ko30 are directly connected to the inputs of the first microcontroller MK9, and the second outputs are connected to the inputs of resistors. The outputs of the resistors P20, P22, P24 are connected to ground, and the outputs of the resistors P19, P21, P23 are connected to the input of the MK9 microcontroller. Capacitors K25-K27 are connected to the inputs and outputs of the resistors P20, P22, P24, and the outputs of the shunt resistors P16-P18 are connected to the outputs of the compensation coils Co28-Co30.

Работает таймер–электросчётчик портативный мобильный трёхфазный следующим образом.A portable three-phase mobile timer-electric meter works as follows.

Датчики тока ДТ1-ДТ3 одеваются на фазовые проводники П5-П7 и при протекании переменного тока по проводникам П5-П7, передают сигнал в виде напряжения на первый микроконтроллер МК9. Микроконтроллер МК9, выполненный на базе ATmega2560, обрабатывает этот сигнал и выполняет необходимые расчеты. Датчики тока с преобразователем тока в напряжение ДТ1-ДТ3 предназначены для определения силы переменного тока в электрических цепях и состоят из магнитопроводов с зазорами М31-М33, компенсационных обмоток Ко28-Ко30, шунтирующих резисторов Р16-Р18, резисторов Р19-Р24 и конденсаторов К25-К27. При протекании переменного тока по проводникам П5-П7 , в магнитопроводах с зазорами М31-М33 возникнет ЭДС, которая снимается компенсационными обмотками Ко28-Ко30. Ток на выходе компенсационных обмоток Ко28-Ко30 пропорционален измеряемому. Коэффициент пропорциональности зависит от числа витков обмотки. Так как аналоговые входы микроконтроллера МК9 измеряют напряжение, а выходные сигналы с компенсационных обмоток Ко28-Ко30 токовые, необходимо их преобразовать в напряжение. Для преобразования тока на выходе компенсационных обмоток в напряжение служат шунтирующие резисторы Р16-Р18. Резисторы Р19-Р24 необходимы для смещения напряжения в допустимый для микроконтроллера диапазон. Конденсаторы К25-К27 с низким реактивным сопротивлением обеспечивают путь для переменного тока в обход резисторов. Таким образом, преобразованный аналоговый сигнал с датчиков тока ДТ1-ДТ3, обрабатывается микроконтроллером МК9 с помощью разработанного программного обеспечения.The DT1-DT3 current sensors are worn on the P5-P7 phase conductors and, when AC flows through the P5-P7 conductors, transmit a signal in the form of voltage to the first MK9 microcontroller. The MK9 microcontroller, based on the ATmega2560, processes this signal and performs the necessary calculations. Current sensors with a current to voltage converter DT1-DT3 are designed to determine the strength of alternating current in electrical circuits and consist of magnetic cores with gaps M31-M33, compensation coils Ko28-Co30, shunt resistors P16-P18, resistors P19-P24 and capacitors K25-K27 . When AC flows through the conductors P5-P7, an EMF will appear in the magnetic cores with gaps M31-M33, which is removed by the compensation windings of Co28-Co30. The current at the output of the compensation windings Ko28-Ko30 is proportional to the measured one. The proportionality coefficient depends on the number of turns of the winding. Since the analog inputs of the MK9 microcontroller measure voltage, and the output signals from the compensation windings of Co28-Co30 are current, they must be converted to voltage. To convert the current at the output of the compensation windings to voltage, shunt resistors P16-P18 are used. Resistors P19-P24 are required to bias the voltage into the range acceptable for the microcontroller. K25-K27 capacitors with low reactance provide a path for alternating current to bypass the resistors. Thus, the converted analog signal from the DT1-DT3 current sensors is processed by the MK9 microcontroller using the developed software.

Один вход датчика напряжения ДН4 подключается к нулевому проводнику П8, второй к одному из фазных проводников П5-П7. Выходы датчика напряжения ДН4 подключаются к входам первого микроконтроллера МК9. Датчик напряжения ДН4 измеряет входное напряжение сети, подаваемое на электроэнергетическое оборудование, преобразовывает его в аналоговый сигнал и передает в первый микроконтроллер МК9.One input of the voltage sensor DN4 is connected to the neutral conductor P8, the second to one of the phase conductors P5-P7. The outputs of the DN4 voltage sensor are connected to the inputs of the first MK9 microcontroller. The voltage sensor DN4 measures the input voltage of the network supplied to the electric power equipment, converts it into an analog signal and transfers it to the first MK9 microcontroller.

Первый микроконтроллер МК9 выполняет обработку данных полученных с датчиков тока ДТ1-ДТ3. Если измеряемые значения токов равны нулю, то это означает отсутствие нагрузки на исследуемом электрооборудовании или участке цепи, если значения с датчиков тока ДТ1-ДТ3 превысят токовые уставки, установленные в первом микроконтроллере МК9, то включается счетчик времени наработки электрооборудования или участка цепи.The first MK9 microcontroller performs the processing of data received from current sensors DT1-DT3. If the measured current values are equal to zero, this means that there is no load on the electrical equipment or circuit section under investigation, if the values from the DT1-DT3 current sensors exceed the current settings set in the first MK9 microcontroller, then the operating hours counter of the electrical equipment or circuit section is turned on.

Первый микроконтроллер МК9 отправляет данные через последовательную асимметричную шину второму микроконтроллеру МК10. Второй микроконтроллер МК10 принимает эти данные и передает их на блок индикации и сигнализации БИС11.The first MK9 microcontroller sends data through a serial asymmetric bus to the second MK10 microcontroller. The second microcontroller MK10 receives this data and transfers it to the display and alarm unit BIS11.

Второй микроконтроллер МК10 с помощью последовательной асимметричной шины получает данные от первого микроконтроллера МК9 и выполняет обработку данных. Если измеряемые значения токов равны нулю, то это означает отсутствие нагрузки на исследуемом электрооборудовании или участке цепи, если значения превысят токовые уставки, установленные во втором микроконтроллере МК10, то включается счетчик времени наработки электрооборудования или участка цепи.The second microcontroller MK10 using the serial asymmetric bus receives data from the first microcontroller MK9 and performs data processing. If the measured current values are equal to zero, this means that there is no load on the electrical equipment or circuit section under investigation, if the values exceed the current settings set in the second MK10 microcontroller, then the operating time counter of the electrical equipment or circuit section is turned on.

Одновременно с помощью блока записи данных БЗД13 происходит запись всех контролируемых данных на внешний накопитель. Блок часов реального времени БЧРВ12 производит привязку этих данных к реальным времени и дате.At the same time, using the data recording unit BZD13, all controlled data is recorded to an external drive. The block of real-time clock БЧРВ12 binds this data to real time and date.

Предлагаемая полезная модель позволяет осуществить мобильное измерение текущих и максимальных значений мощности, тока, напряжения, в трехфазной сети, вести фиксацию потреблённого электрооборудованием или участком цепи количества электроэнергии без нарушения изоляции питающего провода, а также позволяет выявлять хищения электроэнергии при обходах потребителей, в том числе трёхфазных; составлять энергобаланс объектов при проведении энергоаудита; определять коэффициенты, характеризующие время использования оборудования, режимов его работы (ПН, ПК и т.п.); уточнять правильность выбора проводов и кабелей; исследовать суточные графики нагрузки, что приведет к уменьшению недоотпуска электроэнергии потребителям, повышению надежности и эффективности систем электроснабжения потребителей и фиксации реальных режимов работы трёхфазной сети.The proposed utility model allows mobile measurement of current and maximum values of power, current, voltage, in a three-phase network, to record the amount of electricity consumed by electrical equipment or a section of the circuit without disturbing the insulation of the supply wire, and also allows to detect theft of electricity during bypasses of consumers, including three-phase ; draw up the energy balance of facilities during an energy audit; determine the coefficients characterizing the time of use of the equipment, its operating modes (PN, PC, etc.); specify the correct choice of wires and cables; to investigate daily load schedules, which will lead to a reduction in electricity shortages to consumers, an increase in the reliability and efficiency of consumers' power supply systems, and fixation of the real operating conditions of a three-phase network.

Claims

A three-phase portable mobile three-phase timer-electric meter containing two microcontrollers, an indication and alarm unit, characterized in that it is equipped with three current sensors with a current to voltage converter, consisting of magnetic cores with a gap, compensation windings, six resistors, three shunt resistors and three capacitors, this, the outputs of the current sensors are connected via interface circuits directly to the inputs of the first microcontroller, with some outputs of the compensation windings being directly connected to the inputs I will give the first microcontroller, and the second outputs to the inputs of the resistors, the outputs of the first, second and third resistors are connected to ground, and the output of the fourth, fifth and sixth to the second input of the microcontroller, while the capacitors are connected to the input and output of the first, second and third resistors and the outputs of the shunt resistors are connected to the outputs of the compensation windings, radio modules, a unit for recording data to an external drive, a unit for real-time clocks, while the outputs of the second radio module, a unit for recording data to an external an accumulator, a real-time clock unit are connected directly to the inputs of the second microcontroller, the outputs of the first radio module are connected directly to the inputs of the first microcontroller; a voltage sensor, the inputs of which are connected to two inputs of the device, and the outputs to the inputs of the first microcontroller; the outputs of the serial asymmetric bus of the first microcontroller are connected to the outputs of the serial asymmetric bus of the second microcontroller.