RU36898U1 - Источник фиктивной мощности - Google Patents

Description

ИСТОЧНИК ФИКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована для поверки и регулировки счетчиков электрической энергии.

Источники фиктивной мощности (ИФМ) являются основными и обязательными узлами измерительных установок для поверки счетчиков электрической энергии, и, кроме того, могут использоваться автономно. ИФМ должен обеспечивать задание необходимых режимов поверки во всем диапазоне нагрузок поверяемых счетчиков. Термин «фиктивная мощность означает, что сигналы тока и напряжения в последовательной и параллельной цепях поверяемых счетчиков формируются независимыми источниками тока и напряжения. При этом их мощность может быть на 2 - 3 порядка меньше имитируемой мощности нагрузки счетчиков, которая может дос1-нгать 30 кВА на фазу. Другое название такого совместного использования источников тока и напряжения - «фантомная нагрузка.

Известен источник фиктивной мощности, содержащий синхронизированные по частоте и регулируемые по амплитуде и взаимному углу сдвига фаз трехфазный источник тока и трехфазный источник напряжения, причем выходы источников тока формируют трехфазную токовую цепь источника фиктивной мощности, выходы источников напряжения формируют трехфазную цепь напряжения источника фиктивной мощности. (См. Ус гановка групповой поверки и регулировки

МКИ G 01 R 35/04

высокоточных счетчиков электрической энергии МК 6801 (ТУ 25-7565.016-93). Описание и техническая документация опубликованы на сайте ОАО «Концерн «Энергомера wvvvv.energomera.ru в разделе «Продукция, информация получена 31.10.03).

Этот ИФМ содержит один общий для всех поверяемых счетчиков источник тока на токовую цепь каждой фазы, а также один общий для всех поверяемых счетчиков источник напряжения для цепи напряжения каждой фазы и используется в установке, служащей для одновременной поверки группы (групповой поверки) счетчиков электрической энергии, у коюрых есть возможность гальванического разделения цепей тока и напряжения, чля чего на зажимной плате счетч1 ков имеется специальная съемная перемычка, соединяющая эти цепи в рабочем состоянии. Недостатком известного ИФМ является невозможность поверки счетчиков с неразъемной связью между последовательной и параллельной цепями. Жесткое (неразъемное) соединение этих цепей все щире используется как в индукционных, так и электронных счетчиках в качестве одной из мер противодействия хищениям электроэнергии. Кроме того, появились счетчики, у которых цепи тока и напряжения не мог г быть разделены принципиально - в них в качестве датчика тока используется омический щунт (так называемые щунтовые счетчики).

Известен источник фиктивной мощности, содержащий регулируемые 1ю амплитуде и взаимному углу сдвига фаз трехфазный источник тока и трехфазный источник напряжения одной частоты и однофазный трансформатор напряжения (блок гальванической развязки), содержащий одну первичную и N вторичных

обмоток причем выходы источников тока формируют трехфазную токовую цепь источника фиктивной мощности, выходы источников напряжения формируют трехфазную цепь напряжения источника (|)иктивной мощности. (См. Стационарная установка групповой поверки и регулировки счетчиков электрической энергии ЦУ 6800 (ТУ 25-016-7563.009-96. Описание и техническая документация опубликованы на сайте ОАО «Концерн «Энергомера wwvv.energomera.ru в разделе «Продукция, информация получена 31.10.09).

В этом ИФМ подключение первичной обмотки трансформатора напряжения к выходной цепи одной из фаз трехфазного источника напряжения позволяет обеспечить взаимную гальваническую развязку параллельных цепей счегчиков и дает возможность производить поверк) счетчиков с неразъемным соединением между последовательной и параллельной цепями. Недостатком известного ИФМ является низкая точность задания значений напряжения и электрической мощности, что обусловливает необходимость применения для их контроля и измерения специальных измерительных нриборов.

Наиболее близким по реализацин к предлагаемому является источник фиктивной мощности, содержащий блок управления и визуализации (на основе компьютера), выход которого подключен к блоку функциональных генераторов, первых выход которого соединен с входом усилителя тока, выход которого формирует токовую цепь источника фиктивной мощности, второй выход блока функциональных генераторов подютючен к входу усилителя напряжения, выходы которого соединены с первичной обмоткой трансформатора, N вторичных обмоток которого образует выходные цепи напряжения источника фиктивной мощности

(см. сайт фирмы Meter Test Equipment AC (МТБ), Швейцария wvvvv.mte.ch. раздел

«Products, статья «Test with closed links. 1-phase meters. Информация получена 16.10.03).

Этот ИФМ применен в установке л;1я поверки однофазных счетчиков фирмы МТБ и дает возможность одновременной поверки N счетчиков электрической энергии (групповой поверки) без требования разделения цепей тока и напряжения, причем формирует общую для всех поверяемых счетчиков цепь тока и N индивидуальных для каждого счетчика цепей напряжения, гальванически развязанных между собой. Недостатком этого ИФМ является низкая точность задания напряжения, что обусловлено ni)i решностью, вносимой трансформатором напряжения, в результате чего напряжение на вторичных обмотках трансформатора отличается от напряжения, задаваемого усилителем напряжения, как по амплитуде, так и по фазе (векторная ошибка). Эта погрешность не позволяет обеспечить задание сигналов тока и напряжения с гарантированным значением электрической мощности, что делает необходимым использовать дополнительные эталонные средства измерения мощности или энергии.

Погрешность, вносимая трансформатором. пропорциональна току, потребляемому параллельными цепями поверяемых счетчиков, и выходному сопротивлению трансформатора напряжения, определяемого, в основном, активными сопротивлениями его первичной и вторичных обмоток. Уменьшение этой погрешности возможно путем уменьшения выходного сопротивления трансформатора, что сопряжено со значительным увеличением его габаритов. Например, для уменьшения ошибки, вносимой трансформатором, до

пренебрежимого значения при работе с N счетчиками трансформатор пришлось бы выполнять в габаритах, соответствующих мощности0, кВА для

счетчиков на одно номинальное напряжение (57,7 или 220 В) или и кВА для работы со счетчиками с номинальными напряжениями 57,7 и 220 В. Это является одной из основных причин, почему при поверке счетчиков приходится производить измерение задаваемых сигналов тока и напряжения, в том числе и соответствующего им значения электрической мощности. Например, в установке, в которой использован известный ИФМ. реализован метод образцового счетчика, причем применяемый эталонный счетчик подключается своей цепью тока в токовую цепь ИФМ, а цепью напряжения к одной из выходных обмоток трансформатора ИФМ. При условии идентичности вторичных обмоток трансформатора и нормировании допустимого разброса сопротивлений одновременно подключаемых к ним параллельных цепей поверяемых счетчиков (однотипностьсчетчиков) требования к проходному сопротивлению

трансформатора в этом случае частично снижаются. Однако, ограничение на максимально допустимое значение сопротивлений трансформатора остается достаточно жестким: во-первых, на проходное его сопротивление по условию точности задания напряжения (1% в соответствии с ГОСТ 6570-96 и ГОСТ 3020794), и во-вторых, на максимально допустимое сопротивление вторичных обмоток по условию возможного разброса их нагрузок - сопротивлений параллельных цепей поверяемых счетчиков (например. +-10%). При этом габариты трансформатора напряжения должны соответствовать мощности 0.1 N кВА для счетчиков одного номинального напряжения 57,7 или 220 В и 0, кВА. если

есть необходимость работы со счетчиками с обоими номинальными напряжениями (57,7 В и 220 В). Поэтому такие трансформаторы изготовляются на одно значение номинального напряжения. Кроме того, поскольку погрешность трансформатора напряжения непосредственно влияет на точность задания напряжения, которая нормируется требованиями государственных стандартов на счетчики электрической энергии (например, ГОСТ 8.259-77 или ГОСТ 30206-94). то эти трансформаторы относятся к измерительным и должны проходить аттестацию, что дополнительно усложняет и удорожает эксплуатацию установок для поверки счетчиков, в которых применяются известные ИФМ.

Основной задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение точности задания значения электрической мошмостм. соответствующей выходным сигналам источника фиктивной мошности. и снижение стоимости оборудования, необходимого для поверки счетчиков электрической энергии.

Поставленная задача решается тем. что в источнике фиктивной мощности, содержащем блок управления и визуализсшии. выход которого подключен к входу блока функциональных генераторов, первый выход которого соединен с входом усилителя тока. вь1ход которого формирует токовую цепь источника фиктивной мощности, усилитель напряжения, первый и второй выходы которого подключены, соответственно, к первому и второму выводам первичной обмотки трансформатора, N вторичных обмоток которого образует выходные цепи напряжения источника фиктивной мощности, согласно полезной модели, дополнительно введен сумматор, к первому входу которого подключен второй

выход блока функциональных генераторов, второй вход сумматора соединен с первым выводом одной из вторичных обмоток, второй вывод которой подключен к второму выходу усилителя.

Отличительной особенностью предлагаемой полезной модели является

наличие

связи одной из вторичных обмоток . трансформатора с входом усилителя напряжения. Это соединение обеспечи1вает отрицательную обратную связь по напряжению этой вторичной обмотки и позволяет снизить погрешность, вносимую трансформатором напряжения, до пренебрежимо малой величины при приемлемых для практической реализации габаритах трансформатора и обеспечить гарантированно точное задание зиачения электрической мощности, соответствующей выходным сигналам, подаваемым на поверяемые счетчики как с разделенной, так и объединенной последовательной и параллельной цепями. То есть, предлагаемое рещение позволяет обеспечить режим калиброванного задания фиктивной электрической мощности, что, позволяет отказаться при поверке счетчиков от применения дополнительных измерительных приборов, в том числе дорогого эталонного счетчика электрической энергии, отказаться от необходимости поверки трансформатора напряжения и. кроме того, уменьшить его габариты и стоимость.

Схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1, где таюке показано возможное его включение при групповой поверке счетчиков электрической энергии с неразъемной перемычкой между последовательной и параллельной цепями.

Устройство (ИФМ) содержит бло. 1 управления и визуализации, блок 2 функциональных генераторов, усилитель тока 3, усилитель напряжения 4. сумматор 5, трансформатор 6, включающий нервичную обмотку 7 и п вторичных обмоток 8i - 8п. Подключаемые к источнику фиктивной мощности при групповой поверке счетчики обозначены позициями 9| - 9п.

Предлагаемый источник фиктивной мощности работает следующим образом.

С выхода блока 1 управления и визуализации по щине управления, связывающей его выход со входом блока функциональных генераторов 2. на последний передаются параметры сигналов тока и напряжения. Блок управления и визуализации 1 обеспечивает возможность задания, изменения и индикации заданных значений сигналов тока, напряжения и соответствующей им мощности и может быть выполнен в виде программируемого специализированного пульта управления на основе микроконтроллера. нIKpoкoмпьютepa или персонального компьютера.

Блок функциональных генераторов 2 выполняет функцию программируемого цифро-аналоговою функционального генератора, формирующего на своих первом и втором выходах периодические сигналы в виде напряжения переменного тока одной частоты, параметры которых - частота, амплитуда, форма и взаимный угол сдвига фаз задаются блоком 1 управления и индикации. Сигнал на первом его выходе пропорционален току, подаваемому в последовательные цепи, а сигнал на втором его выходе пропорционален напряжению, подаваемому на пара-исльные цепи поверяемых счетчиков.

Усилитель тока 3 осуществляет преобразование первого выходного сигнала блока функциональных генераторов 2 в пропорциональный ему ток, подаваемый в последовательные цепи поверяемых счетчиков.

Сигнал напряжения со второго выхода блока функциональных генераторов 2 через сумматор 5 поступает на вход усилителя 4, к выходу которого подключена первичная обмотка трансформатора 6. Усилитель 4 и трансформатор 6 усиливают выходной сигнал сумматора 5 по мощности и по амплитуде. Трансформатор 6 имеет п вторичных обмоток, выполненных идентичными друг другу, напряжения на которых являются выходными напряжениями источника фиктивной мощности. Выходное напряжение одной из вторичных обмоток, например, вторичной обмотки 8 как сигнал обратной связи подается на второй вход сумматора 5. Коэффициент передачи по напряжению со входа усилителя напряжения 4 и через вторичную обмотку 8| трансформатора 6 на и горой вход с}-мматора 5 выполняется отрицательным по знаку, а его значение достаточно больщим. чтобы обеспечить глубину отрицательной обратной сиязи, необходимую для достижения необходимой точности задания напряжения на вторичной обмотке 8i трансформатора 6. Поскольку трансформатор 6 оказывается включенным в контур отрицательной обратной связи, то при больщом значении модуля суммарного коэффициента передачи усилителя 4 и трансформатора 6 на рабочей частоге напряжение на выходных зажимах вторичной обмотки 81 трансформатора 6 пропорционально выходному сигналу наиряжения БФГ и определяется соотнощением масштабных коэффициентов сумматора 5 по первому и второму

входам, которое выбирается из условия обеспечения нужного для поверки счетчиков уровня напряжения на выводах вторичной обмотки 8.

Это условие обеспечивает малое значение векторной ошибки масштабного преобразования выходного сигнала напряжения на втором выходе блока функционального генератора 2 в напряжение на вторичной обмотке 8ь которая обратно пропорциональна петлевому усилению, определяемому произведением коэффициентов передачи усилителя 4. трансформатора 6 и сумматора 5 по его второму входу. Вгяходное сопротивление трансформатора 6 по вторичной обмотке 8| также уменьшается кратно петлевом усилению и при большом суммарном коэффициенте передачи усилителя напряжения 5 и трансформатора 6 может быть пренебрежимо мало. В этом случае обеспечивается независимость напряжения на вторичной обмотке 8 трансформатора 6 от тока, потребляемого подключаемой к ней нагрузки в виде параллельной цепи счетчика. При этом выходное сопротивление трансформатора 6 со сгороны других его вторичных обмоток уменьшается до величины активного сог1р1)тивлению этих обмоток. Трансформатор 6 выполняется таким образом, чтобы вторичные обмотки были идентичны друг другу, например, жгутом из изолированных друг от друга проводов одного диаметра с числом жил, равным ЧИСЛА вторичных обмоток. Это обеспечивает одинаковость напряжений на всех вторичных обмотках при отсутствии на них нагрузки (на холостом ходу). Поскольку сопротивление вторичных обмоток 8i - 8п таюке одинаково, то при подключении к каждой из них счетчика погрешность задания напряжения на параллельной цепи будет определяться только отличием сопротивления его нагрузки от сопротивления нагрузки, подключенной к

вторичной обмотке 8|, образующей обратную связь усилителя напряжения. Эта погрешность накладывает ограничения на максимально допустимое сопротивление вторичных обмоток трансформатора 6 и. соответственно, на его габаритную мощность. Для обеспечения задания электрической мощности с погрещностью не хуже 0,1% габаритная мощность трансформатора 6 должна быть не менее 0.05 N кВА для счетчиков одного номинального напряжения 57,7 или 220 В и 0, кВА. если есть необходимость работы со счетчиками с обоими номинальными напряжениями (57.7 В и 220 В). Это едкое меньще. чем минимально доиусгимая габаритная мощность трансформатор; известного устройства. При этом предлагаемый ИФМ обеспечивает при поверке счетчиков возможность прямого задания калиброванных значений входных сигналов тока и напряжения и соответствующей им электрической мощности (режим калибратора) без применения специальных приборов для их измерения (амперметра и вольтметра, а таклсе ватгметра или эталонного счетчика) и тем са.мым позволяет сократить количество требуемых измерительных приборов.

Если гальваническое разделение цепей тока и напряжения не является необходимым, например, при поверке допускающих это счетчиков, то в предлагаемом ИФМ допустимо и целесообразно объединение всех вторичных обмоток, включая входящую в контур обратной связи вторичную обмотку 8|. При этом исключаются ограничения как на допустимый разброс сопротивлений параллельных цепей счетчиков, так и ограничение на их величину, характерную для счетчиков разного номинального напряжения.

Claims (1)

1. Источник фиктивной мощности, содержащий блок управления и визуализации, выход которого подключен к входу блока функциональных генераторов, первый выход которого соединен с входом усилителя тока, выход которого формирует токовую цепь источника фиктивной мощности, усилитель напряжения, первый и второй выходы которого подключены к соответствующим выводам первичной обмотки трансформатора, n вторичных обмоток которого образуют выходные цепи напряжения источника фиктивной мощности, отличающийся тем, что дополнительно введен сумматор, к первому входу которого подключен второй выход блока функциональных генераторов, второй вход сумматора соединен с первым выводом одной из вторичных обмоток, второй вывод которой подключен к второму выходу усилителя напряжения.