RU2598773C1

RU2598773C1 - Device for testing inductive electric meters

Info

Publication number: RU2598773C1
Application number: RU2015117113/28A
Authority: RU
Inventors: Олег Фёдорович Меньших
Original assignee: Олег Фёдорович Меньших
Priority date: 2015-05-05
Filing date: 2015-05-05
Publication date: 2016-09-27

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to electrical measurement and can be used to assess suitability of newly developed electricity meters against uncontrolled power take-off from power grids. Device for testing inductive electric meters comprises in branches of a bridge circuit storage capacitors, leads of which on one side are connected to grid conductors, on other side to a thyristor in diagonal of bridge circuit. Storage capacitors are connected in series to throttles, which are connected to grid conductors, in diagonal of bridge circuit there is an additional anti-parallel connected thyristor. Thyristor control circuit includes, connected to grid, a two-link integrating circuit with controlled time constant, wherein second capacitor of said circuit is anti-parallel connected to diodes of two separate thyristor control circuits, each of which comprises serially connected to said diodes diode thyristors and step-down transformers, primary windings of which are shunted with imbued with extra current-damping diodes, and secondary windings are connected to "control electrode-cathode" junctions of thyristors through limiting low-ohmic resistors. Proposed device should be used in development of electricity meters, not sensitive to distortions of their readings.

EFFECT: significant simplification of bridge circuit, thyristor control device and elimination of secondary power source.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной электротехники и может быть использовано для оценки пригодности вновь разрабатываемых электросчетчиков от неконтролируемого отбора электроэнергии из энергетических электросетей.The invention relates to the field of measuring electrical engineering and can be used to assess the suitability of newly developed electricity meters from uncontrolled selection of electricity from power networks.

Известны устройства для проверки электросчетчиков [1-6].Known devices for checking electricity meters [1-6].

Ближайшим аналогом заявляемому техническому решению (прототипом) является «Устройство для поверки индукционных приборов учета электроэнергии» по патенту РФ №2521307, опубл. в №18 от 27.06.14 [5], содержащее накопительные конденсаторы, заряжаемые прерывистым током на повышенной частоте прерываний и плавно разряжаемых обратно в сеть, а также транзисторные цепи прерывания тока и коммутации плавного разряда накопительных конденсаторов, отличающееся тем, что включает две параллельно подключенные к сети после поверяемого электросчетчика цепи из последовательно соединенных накопительного конденсатора и двунаправленного транзисторного коммутатора, образующие мостовую схему так, что накопительный конденсатор первой цепи подключен к фазному проводнику сети, а конденсатор второй цепи подключен к нулевому проводнику сети, а в диагонали этой мостовой схемы включены последовательно соединенные симистор и катушка индуктивности, причем транзисторы двунаправленных транзисторных коммутаторов указанных цепей и симистор подключены к соответствующим выходам блока управления транзисторами и симистором, синхронизация работы которого осуществляется от сети.The closest analogue to the claimed technical solution (prototype) is a "Device for verification of induction meters of electricity metering" according to the patent of the Russian Federation No. 2521307, publ. No. 18 dated 06/27/14 [5], which contains storage capacitors charged with intermittent current at an increased interrupt frequency and smoothly discharged back to the network, as well as transistor current interruption and switching circuits for the smooth discharge of storage capacitors, characterized in that it includes two parallel-connected to the network after the verified electric meter circuits of series-connected storage capacitor and bi-directional transistor switch, forming a bridge circuit so that the storage capacitor first the first circuit is connected to the phase conductor of the network, and the capacitor of the second circuit is connected to the neutral conductor of the network, and the diagonal of this bridge circuit includes serially connected triac and inductor, and the transistors of bi-directional transistor switches of these circuits and triac connected to the corresponding outputs of the transistor control unit and triac , the synchronization of which is carried out from the network.

Недостатком известного устройства является сложность его блока управления транзисторами и симистором. Этот недостаток устранен в заявляемом устройстве.A disadvantage of the known device is the complexity of its transistor control unit and triac. This disadvantage is eliminated in the inventive device.

Целью изобретения является существенное упрощение мостовой схемы, устройства управления и исключение вторичного источника питания.The aim of the invention is a significant simplification of the bridge circuit, the control device and the exclusion of the secondary power source.

Указанная цель достигается в заявляемом устройстве для проверки индукционных электросчетчиков, содержащем в ветвях мостовой схемы накопительные конденсаторы, выводы которых с одной стороны подключены к проводникам сети, а с другой стороны - к тиристору в диагональной цепи мостовой схемы, отличающемся тем, что последовательно с накопительными конденсаторами включены дроссели, подключенные к проводникам сети, в диагональной цепи мостовой схемы установлен дополнительный встречно включенный тиристор, а схема управления тиристорами включает подключенную к сети двухзвенную интегрирующую цепь с регулируемой постоянной времени, причем второй конденсатор этой цепи подключен к встречно подключенным к нему диодам двух раздельных цепей управления тиристорами, каждая из которых содержит последовательно соединенные к этим диодам динисторы и понижающие трансформаторы, первичные обмотки которых шунтированы гасящими экстратоки диодами, а вторичные обмотки подключены к переходам «управляющий электород-катод» тиристоров через ограничивающие низкоомные резисторы.This goal is achieved in the inventive device for checking induction electric meters, which contains storage capacitors in the branches of the bridge circuit, the terminals of which are connected on one side to the network conductors, and on the other hand, to the thyristor in the diagonal circuit of the bridge circuit, characterized in that it is connected in series with storage capacitors chokes are connected, connected to the network conductors, an additional on-board thyristor is installed in the diagonal circuit of the bridge circuit, and the thyristor control circuit is on It connects a two-link integrating circuit connected to the network with an adjustable time constant, and the second capacitor of this circuit is connected to the opposite diodes of two separate thyristor control circuits, each of which contains dynistors and step-down transformers connected in series to these diodes, the primary windings of which are shunted by extinction damping currents diodes, and the secondary windings are connected to the junctions “control electrode-cathode” of the thyristors through limiting low-resistance resistors.

Достижение поставленных целей изобретения очевидно, поскольку вместо активных управляемых силовых транзисторов в ветвях мостовой схемы используются пассивные элементы - дроссели, отсутствует вторичный источник питания и существенно упрощено устройство управления тиристорами диагональной цепи мостовой схемы.The achievement of the objectives of the invention is obvious, because instead of active controlled power transistors in the branches of the bridge circuit, passive elements are used - chokes, there is no secondary power source and the thyristor control device of the diagonal circuit of the bridge circuit is significantly simplified.

Принципиальная схема устройства дана на рис. 1. В верхней половине этой схемы показана мостовая схема, а в нижней - устройство управления включением тиристоров мостовой схемы. Фрагмент устройства управления представлен на рис. 2. На рис. 3 и рис. 4 представлены графики напряжения на накопительных конденсаторах мостовой схемы и тока их заряда и разряда.The schematic diagram of the device is given in Fig. 1. In the upper half of this circuit, a bridge circuit is shown, and in the lower half, a thyristor switching control device for the bridge circuit. A fragment of the control device is shown in Fig. 2. In fig. 3 and fig. Figure 4 shows the voltage graphs on the storage capacitors of the bridge circuit and the current of their charge and discharge.

Устройство (рис. 1) содержит следующие элементы:The device (Fig. 1) contains the following elements:

1 и 2 - накопительные конденсаторы первой и второй ветвей мостовой схемы,1 and 2 are storage capacitors of the first and second branches of the bridge circuit,

3 и 4 - дроссели первой и второй ветвей мостовой схемы с индуктивностями L,3 and 4 - chokes of the first and second branches of the bridge circuit with inductances L,

5 и 6 - встречно включенные тиристоры в диагональной цепи мостовой схемы.5 and 6 - counterclockwise thyristors in the diagonal circuit of the bridge circuit.

Нижняя половина схемы рис. 1 - устройство управления включением тиристоров 5 и 6 - имеет общую часть и две раздельных части схемы.The lower half of the diagram of Fig. 1 - the control device for turning on the thyristors 5 and 6 - has a common part and two separate parts of the circuit.

Фрагмент устройства управления на рис. 2 в его общей части включает следующие элементы:A fragment of the control device in Fig. 2 in its general part includes the following elements:

7 - резистор первого звена интегрирующей цепи,7 - resistor of the first link of the integrating circuit,

8 - конденсатор первого звена интегрирующей цепи,8 - capacitor of the first link of the integrating circuit,

9, 10 и 11 - комбинация резисторов второго звена интегрирующей цепи с управлением по напряжению и постоянной времени (резистором 9),9, 10 and 11 - a combination of resistors of the second link of the integrating circuit with voltage and time constant control (resistor 9),

12 - конденсатор второго звена интегрирующей цепи.12 - capacitor of the second link of the integrating circuit.

Каждая из двух раздельных цепей устройства управления включает элементы:Each of the two separate circuits of the control device includes elements:

13 - диод-разделитель первой раздельной цепи для пропуска тока разряда конденсатора 12 в положительные и отрицательные полупериоды сетевого напряжения, сдвинутого по фазе интегрирующей цепью,13 is a diode separator of the first separate circuit for passing the discharge current of the capacitor 12 into the positive and negative half-periods of the mains voltage, phase-shifted by the integrating circuit,

14 - динистор первой раздельной цепи, инициирующий разряд конденсатора 12 при достижении на нем порогового напряжения отпирания,14 - dinistor of the first separate circuit, initiating the discharge of the capacitor 12 when it reaches the threshold voltage of the unlock,

15 - понижающий трансформатор первой раздельной цепи,15 - step-down transformer of the first split circuit,

16 - гасящий экстратоки первичной обмотки понижающего трансформатора 15 первой раздельной цепи,16 - quenching the extracurrents of the primary winding of a step-down transformer 15 of the first separate circuit,

17 - низкоомный ограничивающий ток резистор в цепи управления тиристором 5 первой раздельной цепи устройства управления.17 is a low resistance current limiting resistor in a thyristor 5 control circuit of a first separate control device circuit.

Вторая раздельная цепь устройства управления тиристором 6 на рис. 1 не обозначена и содержит те же элементы, как в первой раздельной цепи, с теми же параметрами. Отличие второй раздельной цепи от первой заключается лишь в обратном включении диодов 13 и 16, а также динистора 14, как это видно на рис. 1.The second separate circuit of the thyristor control device 6 in Fig. 1 is not indicated and contains the same elements as in the first separate circuit with the same parameters. The difference between the second separate circuit from the first is only in the reverse connection of the diodes 13 and 16, as well as the dynistor 14, as can be seen in Fig. one.

На рис. 3 дан график изменения напряжения u(t) на накопительных конденсаторах 1 и 2 мостовой схемы при их заряде и разряде в функции текущего значения фазы φ(t) переменного напряжения сети с амплитудой U_O. В зависимости от моментов включения тиристоров 5 и 6 напряжение заряда накопительных конденсаторов 1 и 2 может оказаться максимальным - до величины U_O (при

для положительных полуволн сетевого напряжения и

- для отрицательных полуволн), либо несколько меньшим этой величины U_O, как это и показано на рис. 3 для φ₂>π/2 и φ₂>3π/2. Изменение напряжения ΔU заряда накопительных конденсаторов 1 и 2 от амплитудного значения U_O следует минимизировать соответствующей подстройкой моментов включения тиристоров 5 и 6 соответствующим подбором комбинации резисторов 9, 10 и 11 и, в частности, подстройкой резистором 9.In fig. Figure 3 shows a graph of the voltage u (t) at the

storage capacitors

1 and 2 of the bridge circuit when they are charged and discharged as a function of the current phase value φ (t) of the ac mains voltage with an amplitude of U _O. Depending on the turning on times of

thyristors

5 and 6, the charge voltage of the

storage capacitors

1 and 2 may turn out to be maximum - up to U _O (at

for positive half-waves of mains voltage and

- for negative half-waves), or slightly less than this value U _O , as shown in Fig. 3 for φ ₂ > π / 2 and φ ₂ > 3π / 2. The change in the voltage ΔU of the charge of the

storage capacitors

1 and 2 from the amplitude value U _O should be minimized by appropriate adjustment of the turning on times of

thyristors

5 and 6 by appropriate selection of the combination of

resistors

9, 10 and 11, and, in particular, by tuning of the resistor 9.

На рис. 4 представлен график тока заряда и разряда накопительных конденсаторов 1 и 2 дважды за период переменного напряжения сети. До момента включения соответствующего тиристора (5 в течение положительного полупериода и 6 в течение отрицательного) эти конденсаторы заряжаются сравнительно малым током через дроссели 3 и 4 в течение значительного промежутка времени (порядка Т/4, где Т - период сетевого напряжения, равный для действующей сети 20 мс). В момент включения соответствующего тиристора эти конденсаторы включаются последовательно и быстро разряжаются обратно в сеть с большой амплитудой по экспоненциальному закону, после чего тиристор автоматически закрывается.In fig. 4 is a graph of the charge and discharge current of the storage capacitors 1 and 2 twice during the period of the alternating voltage of the network. Until the corresponding thyristor is turned on (5 during the positive half-cycle and 6 during the negative), these capacitors are charged with a relatively small current through the reactors 3 and 4 for a considerable period of time (of the order T / 4, where T is the period of the mains voltage equal to the current network 20 ms). At the moment of switching on the corresponding thyristor, these capacitors are connected in series and are quickly discharged back into the network with a large amplitude according to the exponential law, after which the thyristor automatically closes.

Рассмотрим работу заявляемого технического решения.Consider the work of the claimed technical solution.

В первую четверть периодов синусоидального напряжения сети накопительные конденсаторы 1 и 2, параллельно включенные к сети через дроссели 3 и 4, в общем случае заряжаются до напряжения U_O-ΔU, а при соответствующей подстройке резистором 9 - до амплитудного значения U_O. Будем далее рассматривать случай заряда накопительных конденсаторов до амплитудного значения U_O сетевого напряжения (для стандартной однофазной сети это напряжение равно 220*1,41=310 В). Если емкость каждого из накопительных конденсаторов равна С, то полная энергия их заряда равна

. При фазе

включается тиристор 5 и происходит быстрый разряд этой энергии W обратно в сеть при последовательном включении накопительных конденсаторов 1 и 2 (при этом емкость разрядной цепи равна С/2), и при этом напряжение, приложенное к проводникам сети и, в частности, к обмотке напряжения электросчетчика, удваивается, становится равным 2 U_O (если не учитывать, в первом приближении, потери этого напряжения от мостовой схемы устройства до электросчетчика). Поскольку сопротивление разрядной цепи составляет десятые доли Ом, амплитуда импульса разрядного тока достигает большой величины I_{РАЗР.МАХ}=(2U_O-U_O)/r_РАЗР, где r_РАЗР - активное сопротивление разрядного контура, определяемое суммой сопротивлений малых потерь в мостовой схеме и подводящих проводниках от устройства до электросчетчика (например, порядка 0,05 Ом) и сопротивлением сети, составленным сопротивлениями токовой обмотки электросчетчика, ввода к электросчетчику и воздушной линии электропередачи ВЛ-0,4 кВ вместе с сопротивлением вторичной обмотки трансформатора электроподстанции (например, порядка 0,15 Ом). Отметим, что сопротивление сети варьируется в зависимости от места расположения потребителя электроэнергии от электроподстанции, а также качества воздушной линии и ввода от нее к электросчетчику. Величина сопротивления сети r_C легко опытно находится путем двух измерений напряжения сети - в холостом ходе U_X и при нагрузке сети U_H при известном сопротивлении нагрузки R_H по простой формуле:In the first quarter of the periods of the sinusoidal voltage of the network, the

storage capacitors

1 and 2, connected in parallel to the network through the

inductors

3 and 4, are generally charged to the voltage U _O -ΔU, and with the corresponding adjustment by the resistor 9, to the amplitude value U _O. We will further consider the case of charging storage capacitors to an amplitude value U _{O of the} mains voltage (for a standard single-phase network, this voltage is 220 * 1.41 = 310 V). If the capacity of each of the storage capacitors is equal to C, then the total energy of their charge is

. In phase

thyristor 5 turns on and a fast discharge of this energy W back into the network occurs when the

storage capacitors

1 and 2 are connected in series (the discharge circuit capacitance is C / 2), and the voltage applied to the network conductors and, in particular, to the voltage winding of the electric meter, doubles, becomes equal to 2 U _O (if you do not take into account, to a first approximation, the loss of this voltage from the bridge circuit of the device to the electric meter). Since the resistance of the discharge circuit is a few tenths of an ohm, the amplitude of the discharge current pulse reaches a large value I _PIT.Max = (2U _O -U _O ) / r _PIT , where r _PIT is the active resistance of the discharge circuit, determined by the sum of the resistance of small losses in the bridge circuit and lead conductors from the device to the meter (for example, about 0.05 Ohm) and the network resistance, composed by the resistance of the current winding of the meter, the input to the meter and overhead transmission line VL-0.4 kV together with the secondary resistance the main winding of the transformer of the electrical substation (for example, about 0.15 Ohms). Note that the network resistance varies depending on the location of the consumer of electricity from the electrical substation, as well as the quality of the overhead line and the input from it to the electricity meter. The value of the network resistance r _{C is} easily experimentally found by two measurements of the network voltage - at idle U _X and at a network load U _H with a known load resistance R _H according to a simple formula:

Так, если внутреннее сопротивление разрядной цепи мостовой схемы равно r_P=0,05 Ом, а сопротивление сети r_C=0,15 Ом, то напряжение на обмотке напряжения электросчетчика в момент открытия тиристора T₁ достигает величины U_ОБМ=2_UOr_C/r_РАЗР=2U_Or_C/(r_P+r_C)=620*0,15/(0,05+0,15)=465 В.So, if the internal resistance of the discharge circuit of the bridge circuit is r _P = 0.05 Ohm, and the network resistance r _C = 0.15 Ohm, then the voltage across the voltage winding of the electric meter at the time of opening the thyristor T ₁ reaches U _OBM = 2 _U Or _C / r _SIZE = 2U _O r _C / (r _P + r _C ) = 620 * 0.15 / (0.05 + 0.15) = 465 V.

Постоянная времени разрядной цепи вычисляется по формуле τ_РАЗР=r_РАЗРС/2, и за интервал времени порядка 3 r_РАЗР - длительности разрядного импульса тока - накопленный в конденсаторах 1 и 2 электрический заряд с энергией

будет частично возвращен в сеть через токовую обмотку индукционного электросчетчика за вычетом потерь энергии внутри рассматриваемого устройства, а именно в сеть будет возвращена энергия Wr_C/(r_P+r_C). В рассматриваемом примере она составит 75% от энергии заряда.The time constant of the discharge circuit is calculated by the formula τ _Razr = r _Razr C / 2, and for an interval of time of the order of 3 r _Razr - the duration of the discharge current pulse - an electric charge stored in

capacitors

1 and 2 with energy

will be partially returned to the network through the current winding of the induction electric meter minus the energy loss inside the device in question, namely, the energy Wr _C / (r _P + r _C ) will be returned to the network. In this example, it will be 75% of the charge energy.

Согласно закона сохранения заряда можно написать общее выражение для заряд-разряда:According to the law of conservation of charge, you can write a general expression for a charge discharge:

где К>>1 - безразмерный множитель, равный отношению амплитуды разрядного импульса к амплитуде зарядного (при φ=π/8), учитывая равенство площадей под кривыми зарядного и разрядного токов, то есть К - есть относительная амплитуда разрядного импульса по отношению к амплитуде зарядного, принимаемой за единицу (см. рис. 4).where K >> 1 is a dimensionless factor equal to the ratio of the amplitude of the discharge pulse to the amplitude of the charging one (at φ = π / 8), given the equality of the areas under the curves of the charging and discharge currents, that is, K is the relative amplitude of the discharge pulse with respect to the amplitude of the charging taken as a unit (see Fig. 4).

Учитывая то важное обстоятельство, что амплитуда напряжения в последовательно включенных накопительных конденсаторах в начале разряда в общем случае равна 2 (U_O-ΔU) в момент времени, соответствующий фазе φ₂, и принимаемого за единичный уровень, можно записать отношение энергий разряда к энергии заряда в показаниях индукционного счетчика, определяемых произведением мгновенных значений тока в токовой обмотке счетчика на напряжение, действующее в обмотке напряжения счетчика, в следующей форме:Given the important fact that the voltage amplitude in series-connected storage capacitors at the beginning of the discharge is generally equal to 2 (U _O -ΔU) at the time corresponding to the phase φ ₂ and taken as the unit level, we can write the ratio of the discharge energies to the charge energy in the readings of the induction meter, determined by the product of the instantaneous current values in the current winding of the meter by the voltage acting in the voltage winding of the meter, in the following form:

Из выражения (2) при исходных данных для Т=0,02 с и τ_РАЗР=r_РАЗР С/2, например при С=100 мкФ, получаем вычислением по программе MathCad К=11,166. Подставляя значение К в выражение (3), и с учетом величины r_C/(r_P+r_C)=0,75, находим значение L=1,181 при значении Δt*=0, соответствующем оптимизированной настройке момента включения тиристора Т₁ при которой φ₂=φ₂*=π/2.From expression (2) for the initial data for T = 0.02 s and τ _PIT = r _PIT C / 2, for example, at C = 100 μF, we obtain by calculation using the MathCad program K = 11.166. Substituting the value of K into expression (3), and taking into account the value of r _C / (r _P + r _C ) = 0.75, we find the value L = 1.181 at the value Δt * = 0, which corresponds to the optimized setting of the turn-on time of the thyristor T ₁ at which φ ₂ = φ ₂ * = π / 2.

Таким образом, при заряде накопительных конденсаторов C₁ и С₂ диск индукционного электросчетчика вращается в прямом направлении медленнее в L раз, чем вращается в обратном направлении при разряде этих конденсаторов, что связано только с принципом действия этого счетчика, хотя фактически возвращаемая в сеть энергия меньше потребляемой в (r_P+r_C)/r_C раз (в рассматриваемом примере в 1,33 раза). Это определяет неправильный учет энергии таким электросчетчиком. Так, при С=100 мкФ, U_O=310 В энергия ΔW за каждый положительный полупериод сетевого напряжения ΔW=W(L-1)=0,181CU_O ²=1,74 Дж.Thus, when the storage capacitors C ₁ and C _{2 are} charged, the disk of the induction electric meter rotates in the forward direction slower by L times than rotates in the opposite direction when these capacitors are discharged, which is associated only with the principle of operation of this meter, although the energy actually returned to the network is less consumed in (r _P + r _C ) / r _C times (in the considered example, 1.33 times). This determines the incorrect metering of energy by such an electric meter. So, at C = 100 μF, U _O = 310 V, the energy ΔW for each positive half-period of the mains voltage ΔW = W (L-1) = 0.181CU _O ² = 1.74 J.

В третьей четверти каждого периода переменного напряжения происходит перезаряд накопительных конденсаторов C₁ и С₂ с последующим разрядом их через отпираемый тиристор Т₂ по вышеописанному алгоритму, но с заменой знаков для напряжения и тока заряда-разряда. Это означает, что при частоте сетевого напряжения F=1/Т=50 Гц за единицу времени осуществляется сто циклов заряд-разряда, и при этом мощность ΔР в показаниях индукционного электросчетчика составляет для рассматриваемого примера величину ΔР=2FΔW=174 Вт.In the third quarter of each period of the alternating voltage, the storage capacitors C ₁ and C ₂ are recharged, followed by their discharge through the unlocked thyristor T ₂ according to the above algorithm, but with the replacement of signs for the voltage and charge-discharge current. This means that at a frequency of the mains voltage F = 1 / T = 50 Hz per unit time, one hundred charge-discharge cycles are carried out, and the power ΔР in the readings of the induction electric meter is ΔР = 2FΔW = 174 W for the considered example.

Увеличение мощности ΔР возникает при увеличении емкости С накопительных конденсаторов. Отмечая, что ΔР=(L-1)Р_ЗАР=2CU_O ²F(L-1), можно пользуясь программой MathCad вычислить значения К и L из выражений (2) и (3) для заданных значений С, r_P и r_C и найти соответствующее значение разностной мощности ΔР. Как показывает анализ, ΔР пропорциональна значению С при прочих равных условиях. Так что при выборе С=500 мкФ использованием двадцати импульсных конденсаторов К75-17 1000 В 50 мкФ или десяти конденсаторов К75-40 750 В 100 мкФ разностная мощность ΔР составляет не менее 0,8 кВт. Такие потери обязывают исключить из оборота существующие (особенно в частном секторе потребителей) индукционные электросчетчики и разработать новые типы счетчиков электроэнергии, и при этом заявляемое устройство должно быть использовано разработчиками таких электросчетчиков для их проверки на противодействие неправильным показаниям.An increase in power ΔP occurs when the capacitance C of the storage capacitors increases. Noting that? P = (L-1) P _Zar = 2CU _O ² F (L-1), it is possible using the program MathCad calculate the values of K and L from the expressions (2) and (3) for given values of C, r _P and r _C and find the corresponding value of the differential power ΔP. As analysis shows, ΔP is proportional to the value of C, other things being equal. So when choosing C = 500 μF using twenty pulse capacitors K75-17 1000 V 50 μF or ten capacitors K75-40 750 V 100 μF, the difference power ΔР is at least 0.8 kW. Such losses oblige to exclude from circulation existing (especially in the private sector of consumers) induction electric meters and develop new types of electric meters, and the claimed device should be used by the developers of such electric meters to check for counteraction to incorrect readings.

Обратимся к рассмотрению работы блока управления тиристорами 5 и 6 (рис. 2).Let us turn to the consideration of the operation of the thyristor control unit 5 and 6 (Fig. 2).

Для формирования сигнала отпирания тиристора (импульса положительной полярности, приложенного к управляющему электроду тиристора относительно его катода) используется двухзвенная интегрирующая цепочка с регулировкой постоянной времени в ее втором звене и напряжения, заряжающего и перезаряжающего конденсатор 12 второго звена. Когда напряжение на конденсаторе 12 достигает порога U_Д отпирания динистора 14 в положительных полупериодах напряжения сети, происходит быстрый разряд этого конденсатора через диод 13, динистор 14 и первичную обмотку понижающего трансформатора 15. При отрицательных полупериодах напряжения сети то же происходит во второй раздельной цепи устройства управления при формировании отпирающего тиристор 6 импульса. Но при этом соответствующие диоды и динистор включены встречно по отношению к конденсатору 12.To generate a thyristor enable signal (pulse of positive polarity applied to the thyristor control electrode relative to its cathode), a two-link integrating circuit with time constant adjustment in its second link and voltage charging and recharging capacitor 12 of the second link is used. When the voltage across the capacitor 12 reaches the threshold U _{D of} unlocking the dinistor 14 in the positive half-periods of the mains voltage, this capacitor quickly discharges through the diode 13, the dinistor 14 and the primary winding of the step-down transformer 15. With negative half-periods of the mains voltage, the same happens in the second separate circuit of the control device during the formation of the triggering thyristor 6 pulse. But at the same time, the corresponding diodes and the dynistor are turned on counter to the capacitor 12.

Первое звено интегрирующей цепи на элементах 7 и 8 осуществляет сдвиг фазы переменного напряжения сети на угол в диапазоне π/4…π/3, а также снижает переменное напряжение на конденсаторе 8 более, чем вдвое по сравнению с напряжением сети (например, в диапазоне 50…100 В). Во втором звене интегрирующей цепи также производится регулируемый резистором 9 дополнительный сдвиг фазы в диапазоне π/4…π/3 и регулировка амплитуды напряжения, подаваемого на конденсатор 12. Такая регулировка позволяет зарядить последний до напряжения пробоя U_Д динистора 14 в моменты времени, соответствующие фазе φ₂ сетевого напряжения, например, равной φ₂=π/2 в положительных полупериодах φ₂=3π/2 - в отрицательных (для оптимизированной настройки).The first link of the integrating circuit on elements 7 and 8 carries out a phase shift of the alternating voltage of the network by an angle in the range π / 4 ... π / 3, and also reduces the alternating voltage on the capacitor 8 by more than half compared with the voltage of the network (for example, in the range of 50 ... 100 V). In the second link of the integrating circuit, an additional phase shift in the range π / 4 ... π / 3 is also regulated by the resistor 9 and the amplitude of the voltage supplied to the capacitor 12 is adjusted. This adjustment allows the latter to be charged to the breakdown voltage U _{Д of the} dinistor 14 at time points corresponding to the phase φ _{2 of the} mains voltage, for example, equal to φ ₂ = π / 2 in the positive half periods φ ₂ = 3π / 2 - in the negative (for optimized settings).

В одном из рассмотренных вариантов построения устройства управления использованы следующие элементы: 8 и 12 типа К73П-3 1 мкФ 160 В, резистор 7 составлен из двух последовательно соединенных резисторов ОМЛТ-2 (или С2-23) на 4,7 кОм, потенциометр 9 типа ППМЛ-И (многооборотный для точной подстройки фазы φ₂) на 1 кОм, резистор 10=1 кОм, резистор 11=2,2 кОм типа МЛТ-1, диоды 8 и 12 типа Д312, динистор 14 типа КН102А с напряжением пробоя U_Д=20 В, понижающий трансформатор 15 типа ТПП-227 с коэффициентом трансформации 20 В/5,7 В=3,5 (или иной самодельный на ферритовом кольце М2000НМ-1 К45×28×8), ограничивающий резистор 17 типа ПТМН-0,5 3,9 Ом. В качестве тиристоров 5 и 6 могут быть использованы обычные сильноточные тиристоры, например Т160 класса 9 или лавинный тиристор ТЛ-150-7 на импульсный ток до 2500 А с переходным сопротивлением открытого перехода «анод-катод» порядка 1 мОм. Для управления такими тиристорами требуется формирование отпирающих импульсов амплитудой около 5 В с током до 0,5 А (ток удержания порядка 0,2 А). Основные потери внутри разрядной цепи устройства определяются исключительно качеством используемых импульсных или иных биполярных накопительных конденсаторов.In one of the considered options for constructing a control device, the following elements were used: K73P-3 type 8 and 12 μF 160 V, resistor 7 is composed of two series-connected OMLT-2 (or C2-23) resistors of 4.7 kOhm, type 9 potentiometer PPML-I (multi-turn for precise adjustment of the phase φ ₂ ) per 1 kΩ, resistor 10 = 1 kΩ, resistor 11 = 2.2 kΩ, type MLT-1, diodes 8 and 12, type D312, transistor 14 type KN102A with breakdown voltage U _D = 20 V, step-down transformer 15 of the TPP-227 type with a transformation coefficient of 20 V / 5.7 V = 3.5 (or another home-made on a ferrite ring M2000NM-1 K4 5 × 28 × 8), a limiting resistor 17 of the type ПТМН-0.5 3.9 Ohm. As thyristors 5 and 6, conventional high-current thyristors can be used, for example, T160 class 9 or an avalanche thyristor TL-150-7 for a pulse current of up to 2500 A with a transition resistance of the open anode-cathode junction of about 1 mOhm. To control such thyristors, the formation of unlocking pulses with an amplitude of about 5 V with a current of up to 0.5 A (holding current of the order of 0.2 A) is required. The main losses inside the discharge circuit of the device are determined solely by the quality of the pulse or other bipolar storage capacitors used.

Важно отметить, что при разряде накопительных конденсаторов подавляющая доля энергии разряда поступает обратно в сеть, а не закорачивается через дроссели, поскольку спектр коротких импульсов разряда столь широк, что дроссели для таких импульсов представляют большие реактивные сопротивления |Х_С|=ωL, где ω=2π/3(r_P+r_C)С.It is important to note that during the discharge of storage capacitors, the overwhelming majority of the discharge energy is fed back to the network rather than shorted through the chokes, since the spectrum of short discharge pulses is so wide that the chokes for such pulses represent large reactance | X _C | = ωL, where ω = 2π / 3 (r _P + r _C ) _C.

Так, при С=100 мкФ, r_P+r_C=0,2 Ом и L=0,04 Гн (например типа Д-170-2,2-0,04) имеем |Х_C|≈4,19 кОм>>>0,2 Ом. По закону Кирхгофа практически весь разрядный ток возвращается в электрическую сеть. Именно это обстоятельство позволило отказаться от сильноточных транзисторов в ветвях мостовой схемы, которые для своей работы требовали применения достаточно сложных электронных устройств управления и вторичного источника питания.So, at C = 100 μF, r _P + r _C = 0.2 Ohm and L = 0.04 H (for example, type D-170-2.2-0-0.04) we have | X _C | ≈4.19 kOhm >>> 0.2 ohm. According to Kirchhoff’s law, almost the entire discharge current is returned to the electric network. It was this circumstance that made it possible to abandon high-current transistors in the branches of the bridge circuit, which for their work required the use of rather complex electronic control devices and a secondary power source.

Заряд накопительных конденсаторов 1 и 2 через дроссели 3 и 4 осуществляется беспрепятственно, поскольку модуль реактивного сопротивления этих дросселей мал для сетевого напряжения (порядка 12,5 Ом), а также малыми являются их активные сопротивления (порядка 0,3 Ом).The charge of the storage capacitors 1 and 2 through the reactors 3 and 4 is unhindered, since the reactance module of these reactors is small for the mains voltage (about 12.5 Ohms), and their active resistances (about 0.3 Ohms) are also small.

Последовательное включение дросселя с индуктивностью L и накопительного конденсатора емкостью С образует колебательный контур с резонансной частотой f_O, равной f_O=1/2π(LC)^1/2. При близости собственной частоты f_O такого колебательного контура к частоте F сетевого напряжения можно поднять напряжение заряда в накопительных конденсаторах максимально до величины QU_O, где Q=(L/С)^1/2/r_ДР - добротность контура, r_ДР - активное сопротивление дросселя. Этим приемом можно увеличить энергетические характеристики устройства, в частности, повысить величину ΔР без увеличения емкости накопительных конденсаторов, однако это потребует применения таких конденсаторов с большим рабочим напряжением, а также тиристоров T₁ и Т₂ с более высоким классом по их напряжению (до 12-го… 14-го класса при Q≥2). Однако при этом на обмотке напряжения электросчетчика возникает слишком высокое переменное напряжение, хотя и кратковременно, способное вывести из строя эту обмотку, то есть привести к гибели прибора учета электроэнергии.The series connection of a choke with inductance L and a storage capacitor with a capacitance C forms an oscillating circuit with a resonant frequency f _O equal to f _O = 1 / 2π (LC) ^1/2 . When the natural frequency f _{O of} such an oscillatory circuit is close to the frequency F of the mains voltage, it is possible to raise the charge voltage in the storage capacitors to the maximum value QU _O , where Q = (L / C) ^1/2 / r _DR is the quality factor of the circuit, r _DR is the active resistance throttle. This technique can increase the energy characteristics of the device, in particular, increase the ΔР value without increasing the capacitance of storage capacitors, however, this will require the use of such capacitors with a large operating voltage, as well as thyristors T ₁ and T ₂ with a higher class of voltage (up to 12- th ... 14th grade with Q≥2). However, at the same time, an alternating voltage that is too high appears on the voltage winding of the electric meter, albeit briefly, which can disable this winding, that is, lead to the death of the electric meter.

Заявляемое устройство следует использовать при разработке приборов учета электроэнергии, не чувствительных к искажениям их показаний. Например, можно рекомендовать разработку электросчетчиков, работающих по однополупериодной схеме, то есть допускающих протекание тока только в одном прямом направлении, как это было предложено в [7].The inventive device should be used in the development of electricity meters that are not sensitive to distortion of their readings. For example, it is possible to recommend the development of electric meters operating according to a half-wave circuit, that is, allowing current to flow in only one forward direction, as was proposed in [7].

ЛитератураLiterature

1. Меньших О.Ф. Устройство для проверки работы однофазных индукционных электросчетчиков, Патент №2474825, опубл. в №4 от 10.02.2013;1. Smaller O.F. A device for checking the operation of single-phase induction electric meters, Patent No. 2474825, publ. No.4 dated 02.10.2013;

2. Меньших О.Ф. Мостовое устройство для проверки электросчетчиков активной энергии индукционного типа, Патент №2522706, опубл. в №20 от 20.07.2014;2. Smaller O.F. Bridge device for checking electric meters of active energy of induction type, Patent No. 2522706, publ. in No. 20 of 07.20.2014;

3. Меньших О.Ф. Устройство для контроля электросчетчиков, Патент №2521782, опубл. в №19 от 10.07.2014;3. Smaller O.F. Device for monitoring electric meters, Patent No. 2521782, publ. No. 19 dated 07/10/2014;

4. Меньших О.Ф. Устройство для исследования работы индукционных электросчетчиков, Патент №2523109, опубл. в №20 от 20.07.2014;4. Smaller O.F. A device for studying the operation of induction electric meters, Patent No. 2523109, publ. in No. 20 of 07.20.2014;

5. Меньших О.Ф. Устройство для проверки индукционных приборов учета электроэнергии, Патент №2521307, опубл. в №18 от 27.06.14 (прототип);5. Smaller O.F. A device for checking induction electricity meters, Patent No. 2521307, publ. No. 18 dated 06/27/14 (prototype);

6. Меньших О.Ф. Устройство проверки индукционных электросчетчиков, Патент №2532861, опубл. в №31 от 10.11.2014;6. Smaller O.F. A device for checking induction electric meters, Patent No. 2532861, publ. in No. 31 of November 10, 2014;

7. Меньших О.Ф. Устройство учета электроэнергии, Патент №2521767, опубл. в №19 от 10.07.2014.7. Smaller O.F. Electricity metering device, Patent No. 2521767, publ. No. 19 dated 07/10/2014.

Данные патентного поискаPatent Search Data

RU 2338217 С1, 10.11.2008. RU 2181894 С1, 27.04.2002. RU 2190859 С2, 10.10.2002.RU 2338217 C1, 11/10/2008. RU 2181894 C1, 04/27/2002. RU 2190859 C2, 10.10.2002.

RU 2178892 С2, 27.01.2002. SU 1781628 А1, 15.12.1992. SU 1780022 А1, 07.12.1992.RU 2178892 C2, 01.27.2002. SU 1781628 A1, 12/15/1992. SU 1780022 A1, 12/07/1992.

SU 1422199 А1, 07.09.1988. US 7692421 В2, 06.04.2010. US 6362745 В1, 26.03.2002.SU 1422199 A1, 09/07/1988. US 7692421 B2, April 6, 2010. US 6362745 B1, 03/26/2002.

ЕР 1065508 А2, 03.01.2001.EP 1065508 A2, 01/03/2001.

Claims

A device for checking induction electric meters, which contains storage capacitors in the branches of the bridge circuit, the terminals of which are connected on one side to the network conductors, and on the other hand, to the thyristor in the diagonal circuit of the bridge circuit, characterized in that chokes connected to the storage capacitors are connected in series network conductors, an additional on-board thyristor is installed in the diagonal circuit of the bridge circuit, and the thyristor control circuit includes a two-link int an energizing circuit with an adjustable time constant, and the second capacitor of this circuit is connected to the diodes of two separate thyristor control circuits connected to it, each of which contains dynistors and step-down transformers connected in series to these diodes, the primary windings of which are shunted by diodes, which extinguish the extracts, and the secondary windings connected to the transitions "control electrode-cathode" of the thyristors through limiting low-resistance resistors.