Azotirovanie.ru

Инженерные системы и решения
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Счетчик электрической энергии постоянного тока для подвижного состава железнодорожного транспорта

Счетчик электрической энергии постоянного тока для подвижного состава железнодорожного транспорта

Счетчик электрической энергии постоянного тока для подвижного состава железнодорожного транспорта

Счетчик содержит измерительный преобразователь энергии в количество импульсов, первый вход напряжения которого подключен к первой шине высоковольтной силовой сети. Второй вход напряжения подключен ко второй шине высоковольтной силовой сети через первичный измерительный преобразователь напряжения. Входы тока подключены параллельно шунту, включенному в цепь первой шины высоковольтной силовой сети. Счетчик также содержит блок питания с трансформатором, выходы которого соединены с входами питания измерительного преобразователя энергии в количество импульсов. При этом первая шина высоковольтной силовой сети через ветвь из последовательно соединенных конденсатора и первичной обмотки трансформатора блока питания соединена со второй шиной высоковольтной силовой сети. Техническим результатом является повышение точности измерения электрической энергии. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для учета электрической энергии постоянного тока на подвижном составе электрифицированного железнодорожного транспорта и может быть использовано на тяговых подстанциях постоянного тока.

Известны счетчики электрической энергии постоянного тока для подвижного состава железнодорожного транспорта (Под ред. Е.М.Душина. Основы метрологии и электрические измерения. Л.: Энергоатомиздат, 1987. С.169-170), состоящие из измерительного преобразователя энергии в количество импульсов, первый вход напряжения которого подключен к первой шине высоковольтной силовой сети со стороны генератора непосредственно, второй вход напряжения подключен ко второй шине высоковольтной сети через первичный измерительный преобразователь напряжения, а входы тока подключены параллельно шунту, включенному в цепь контактного провода между генератором и нагрузкой, и блока питания с гальванической развязкой, выполненной в виде импульсного преобразователя постоянного напряжения в постоянное, выходы которого соединены с входами питания измерительного преобразователя энергии в количество импульсов.

Недостатком этих счетчиков является относительно низкая безопасность их эксплуатации, обусловленная применением вспомогательного источника напряжения питания, в качестве которого на электроподвижном составе железнодорожного транспорта используется низковольтная (обычно 48 В) сеть постоянного тока. Другим недостатком является необходимость использования вспомогательного источника питания при выполнении регулировки и эксплуатации счетчика.

Известен счетчик электрической энергии постоянного тока для подвижного состава железнодорожного транспорта, выбранный в качестве прототипа (Свидетельство на полезную модель №19327. МПК G 01 R 22/00. Опубл. 20.08.2001. Бюл. №23), безопасность эксплуатации счетчика достигается за счет его питания непосредственно от силовой высоковольтной сети. Счетчик питается от сети переменного тока напряжением 220 В при его ремонте, регулировке и поверке.

Счетчик содержит измерительный преобразователь энергии в количество импульсов, первый вход напряжения которого подключен к первой шине высоковольтной силовой сети со стороны генератора непосредственно, второй вход напряжения подключен ко второй шине высоковольтной сети через первичный измерительный преобразователь напряжения, а входы тока подключены параллельно шунту, включенному в цепь первого провода между генератором и нагрузкой, и блок питания с гальванической развязкой, выходы которого соединены с входами питания измерительного преобразователя энергии в количество импульсов, блок питания в свою очередь состоит из генератора импульсов.

В счетчике используется делитель напряжения, который состоит из последовательно включенных первого и второго плеч, подключенных к первой и второй шинам соответственно, и выпрямитель мостового типа, входы которого подключены параллельно первому плечу делителя напряжения, а выходы соединены с входами блока питания, и конденсатор, включенный параллельно входам блока питания.

Использование делителя напряжения из-за его омического нагрева при протекании тока приводит к увеличению потребления мощности счетчиком, что в свою очередь понижает точность измерения энергии.

Читайте так же:
Штраф за отсутствие пломбы счетчика электроэнергии

Перед автором стояла задача — повысить точность измерения электрической энергии счетчиком электрической энергии постоянного тока для подвижного состава железнодорожного транспорта.

Технический результат достигается тем, что в счетчике электрической энергии постоянного тока для подвижного состава железнодорожного транспорта, содержащем измерительный преобразователь энергии в количество импульсов, первый вход напряжения которого подключен к первой шине высоковольтной силовой сети, второй вход напряжения подключен ко второй шине высоковольтной сети через первичный измерительный преобразователь напряжения, а входы тока подключены параллельно шунту, включенному в цепь первого провода и блок питания с трансформатором, выходы которого соединены с входами питания измерительного преобразователя энергии в количество импульсов, первая шина высоковольтной силовой сети через ветвь из последовательно соединенных конденсатора и первичной обмотки трансформатора блока питания соединена со второй шиной высоковольтной силовой сети.

На чертеже изображена схема предлагаемого счетчика энергии постоянного тока для подвижного состава железнодорожного транспорта.

Счетчик энергии постоянного тока для подвижного состава железнодорожного транспорта содержит измерительный преобразователь энергии в количество импульсов 1 (Орнатский П.П. Автоматизированные измерения и приборы. Киев: Вища школа. С.431-433), первый вход напряжения которого подключен к первой шине 2 высоковольтной силовой сети, например, со стороны генератора непосредственно, второй вход напряжения подключен ко второй шине 3 высоковольтной сети через первичный измерительный преобразователь напряжения 4, а входы тока подключены параллельно шунту 5, включенному в цепь первого провода 2 и блок питания 6 с трансформатором 7. Блок питания 6, например, выполнен на микросхеме, например M1, с обратными связями с трансформатором (Счетчики электрической энергии постоянного тока СКВТ-Ф607 и СКВТ-Ф607/1. Паспорт. 3. 412.008 ПС. С.20). Выходы блока питания 6 соединены с входами питания измерительного преобразователя энергии в количество импульсов 1. Трансформатор 7 имеет первичную обмотку 8, четыре вторичные обмотки 9, соединенные последовательно с выпрямителями 10. Параллельно ветвям, содержащим вторичные обмотки 9 и выпрямители 10, включены конденсаторы 11. Первичная обмотка 8 соединена последовательно с конденсатором 12, который также соединен со второй шиной 3, например, посредством пантографного токоприемника (на чертеже не показан).

В качестве первичного измерительного преобразователя напряжения 4 может быть использован добавочный резистор или измерительный делитель напряжения.

Счетчик электрической энергии постоянного тока для подвижного состава железнодорожного транспорта работает следующим образом.

Сигналы, пропорциональные напряжению и току высоковольтной силовой цепи, подаются на входы напряжения U и тока соответственно измерительного преобразователя энергии в количество импульсов 1. Суммирование, хранение и индикация импульсов, количество которых пропорционально потребленной электроэнергии, выполняется счетным механизмом (на чертеже не показан). Для обеспечения работоспособности измерительного преобразователя энергии в количество импульсов 1 его входы питания подключены к выходам блока питания 6.

Напряжение высоковольтной сети составляет несколько киловольт. Измерительный преобразователь энергии в количество импульсов 1 имеет потенциал шины 2, к которой подключен первый вход напряжения и в которую включен шунт 5.

Из-за использования на подстанциях многофазных выпрямителей, например шестифазных, и при отсутствии на выходе выпрямителя емкостного фильтра в токе, протекающем в шине 2, например контактном проводе, имеют место высшие гармонические составляющие, например частоты 600 Гц и величины 200 В. Эти гармонические составляющие наблюдаются и в первичной обмотке 8, т.к. сопротивление конденсатора 12 для них минимально. Посредством индуктивной связи высшие гармонические составляющие передаются во вторичные обмотки 9, где после преобразования выпрямителями 10 они преобразуются в напряжение постоянного тока, например 24÷48 В. Данное напряжение поступает на входы измерительного преобразователя энергии в количество импульсов 1.

Читайте так же:
Как устроен счетчики электроэнергии

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый счетчик не содержит делителя напряжения, к которому в прототипе подсоединены входы блока питания, следовательно, отсутствуют омические потери, т.е. в заявляемом счетчике уменьшена погрешность измерения энергии, обусловленная указанными потерями.

Счетчик электрической энергии постоянного тока для подвижного состава железнодорожного транспорта, содержащий измерительный преобразователь энергии в количество импульсов, первый вход напряжения которого подключен к первой шине высоковольтной силовой сети, второй вход напряжения подключен ко второй шине высоковольтной силовой сети через первичный измерительный преобразователь напряжения, а входы тока подключены параллельно шунту, включенному в цепь первой шины высоковольтной силовой сети, и блок питания с трансформатором, выходы которого соединены с входами питания измерительного преобразователя энергии в количество импульсов, отличающийся тем, что первая шина высоковольтной силовой сети через ветвь из последовательно соединенных конденсатора и первичной обмотки трансформатора блока питания соединена со второй шиной высоковольтной силовой сети.

Беcпроводной монитор электроэнергии HA102

Беспроводной монитор электроэнергии HA102.
Любопытное устройство для измерения электроэнергии в Вашем доме/квартире от компании MIEO.

Если вкратце, то устройство довольно интересное, недорогое, подойдёт в качестве оригинального подарка для любителей всего энергосберегающего/экологического и технологичного, а так-же для тех кто привык к точному учёту всего и вся. Я вот себе приобрел и нисколечко не жалею, только положительные эмоции. Своих денег оно стоит. Подробности ниже.

Подопытный
Беспроводной монитор электроэнергии HA102 от фирмы MIEO. На коробке есть даже веб сайт www.mieo.com

Декларированные возможности:
-Измерение мгновенной мощности потребителей, в киловаттах (деньгах или в килограммах СО2 произведённых вашей ТЭЦ при сжигании углеводородов для производства электричества для вас)
-Отображение часового, суточного, недельного и годового энергопотребления
-Часы с календарём
-Сигнализатор превышения энергопотребления
-два года хранения истории (с возможностью забрать её, подключив устройство по USB к компьютеру)
-Одно или двухтарифный учёт электроэнергии.
-Поддержка одно, двух или трёхфазных сетей (для 2-3 фазных нужны дополнительные датчики, в комплект не входят).
-Индикация разряда батарей отдельно на передатчике и приёмнике.
-Зелёная подсветка экрана
-Выбор напряжения сети

Технические характеристики:
Радиочастота работы датчика — 433,92МГц
Дистанция передачи — до 70 метров
Предел измерения — 10Вт — 17,5кВт
Питание приёмника — 3 батарейки АА
Питание передатчика — 3 батарейки АА
Температура эксплуатации — от -10 до +60 С
Температура хранения — от -20 до +75 С

Итак, очередная посылка приехала, традиционно для китайцев много пупырчатого полиэтилена в который был запакован наш прозрачный пластиковый блистер. Достаём и видим:
Внешний осмотр

Обратная сторона:
Внешний осмотр обратная сторона

Коробка без повреждений, с содержимым всё в порядке, вскрываем:
Содержимое

Внутри само устройство заклеено защитной плёнкой с напечатанным содержимым дисплея. токовый датчик, передатчик (тоже заклеен защитной плёнкой), инструкция и любопытное руководство по увеличению энергоэффективности жилища. Ничего лишнего, хотя в инструкции указано что должны быть ещё 6 батареек АА, дополнительный сенсор и блок питания, но всё это никаким-бы образом не влезло-бы в упаковку, более того, даже для 6 батареек там уже не было свободного места, так что спишем нехватку на универсальность инструкции и существования расширенной версии данного мегадевайса.

Следующие пол часа ищем по дому 6 пальчиковых батареек. Вставляем в приборы.
Передатчик с батарейками

Передатчик готов, датчик подключен:
Передатчик в сборе

И ещё 5 минут подключаем токовый датчик к линии для этого лезем в подъездный щиток. Подключение очень простое, достаточно «обхватить» датчиком фазовый провод идущий от вашего счётчика на квартирные пакетники. Никаких электромонтажных навыков для этого не нужно. У меня получилось вот так. На фотографии датчик обмотан китайской пупыркой для сохранения товарного вида последнего. А то уж очень в щитке всё не технологично, олдскульно и вообще брутально, если можно так выразится.
Щиток

Читайте так же:
Срок поверки электросчетчиков псч

Читаем инструкцию, включаем, ищем передатчик, и вуаля наблюдаем на приборе текущую мощность потребителей.
Прибор включен

Производим замеры в течении нескольких часов, сравниваем показатели со старым счётчиком из щитка. У меня щитовой счётчик за 3 часа показал 3,35, а электронный соответственно — 3,59. Кто врёт уж не знаю. (Читатель, может ты подскажешь). Крепим к стене (есть крепёжные ушки), или ставим на стол и пользуемся… О нет, чуть не забыл, разбираем для удовлетворения любопытства:
Разбираем
Разбираем дальше

Как видим внутри всё в порядке, кустарщиной не пахнет, пайка аккуратная, хотя немного есть следы канифоли. Собираем, пользуемся.

Эпилог
По моему скромному мнению устройство стоящее, и заслуживает внимания. Хорошая заводская сборка, ничего не скрипит не отваливается, всё идеально подогнано, прибор оставляет впечатление хоть и не особо дорогой, но очень стильной и необычной штуковины. Техногикам должно понравиться. Функционал хоть и не очень большой но заявленное выполняет на все 100%.

К плюсам можно отнести:
+стильный дизайн
+высокое качество сборки и изготовления
+хранение истории измерений за 2 года с возможностью забрать её по USB (сам я эту функциональность не тестировал)
+беспроводность девайса
+индикация разрядки батарей
+запоминание настроек и данных при вынимании батарей
+тревога повышенного энергопотребления
+подробная инструкция и руководство по повышению энергоэффективности жилища. Видно что китайцы подошли к вопросу основательно
+возможность работы с 3-х фазной сетью.

К минусам
-отсутствие валюты РУБ (для расчёта стоимости, для себя я поставил бакс и решил что 1$=1RUB)
-Много батареек для работы устройства
-При вытаскивании батареек из приёмника часы перестают идти (время замирает)
-скудный комплект (нет дополнительных датчиков для трёхфазной сети и батареек).

Ваттметр

Думаю, все вы курсе, что электрический ток может выполнять работу. Например, вскипятить воду в электрочайнике, перемолоть кофе в кофемолке, согреть курицу в микроволновке и так далее. Все эти бытовые приборы являются нагрузкой для домашней сети. Но, как вы знаете, некоторые приборы «крутят» счетчик очень быстро, а некоторые приборы почти не потребляют электрический ток.

Если включить чайник и лампочку накаливания в вашей комнате и оставить на час, то чайник «съест» электроэнергии намного больше, чем та же самая лампа накаливания. Дело в том, что чайник обладает большей мощностью, чем лампочка. В этом случае можно сказать, что мощность чайника будет больше, чем мощность лампы в единицу времени, например, за секунду. Чтобы точно измерить, во сколько раз чайник потребляет электрической энергии больше, чем лампочка, нам нужно измерить мощность чайника и лампочки.

Ваттметр — это прибор, который измеряет потребляемую мощность какой-либо нагрузки. Выделяют три группы ваттметров:

  • низкой частоты и постоянного тока
  • радиочастотные ваттметры
  • оптические ваттметры

Так как наш сайт посвящен электронике и электротехнике, то мы будем в этой статье рассматривать только ваттметры постоянного тока и низкой частоты. Под низкой частотой подразумевается частота в 50-60 Герц.

Мощность постоянного тока

Итак, вы уже все в курсе, что любая нагрузка для электрического тока потребляет какую-либо мощность. Мощность постоянного тока выражается формулой:

P — это мощность, которая выражается в Ваттах (Вт,W)

Читайте так же:
Счетчик электроэнергии меркурий 321

I — сила тока, которую потребляет нагрузка, выражается в Амперах

U — напряжение, которое подается на нагрузку, выражается в Вольтах

Поэтому, чтобы найти мощность какой-либо нагрузки, которая подсоединена к постоянному току, достаточно перемножить значение силы тока и напряжения. Например, на этом фото мы видим вентилятор от компьютера, который подцепили к лабораторному блоку питания. Его мощность, как не трудно догадаться, составила P=IU=0,18 Ампер x 12 Вольт =2,16 Ватт.

Ваттметр

Ваттметры для постоянного тока

Вы ведь не будете каждый раз таскать с собой громоздкий блок питания или два мультиметра, которые будут измерять и ток и напряжение? Поэтому, в настоящее время ваттметры представляют из себя законченные приборы, которые очень легко соединяются с потребляемой нагрузкой. На Алиэкспрессе я находил вот такие ваттметры для постоянного тока, которые показывают сразу и ток, и напряжение, и потребляемую мощность нагрузки. К проводам, где написано SOURCE цепляем источник постоянного тока, а к проводам LOAD цепляем нагрузку. Все элементарно и просто!

ваттметр постоянного тока

Некоторые из них идут в комплекте со шунтом

ваттметр для постоянного тока

Схема подключения источника постоянного тока и нагрузки в таком ваттметре выглядит так

Ваттметр

Ну и самый бюджетный вариант — это взять ампервольтметр и просто умножать значения тока и напряжения

ампервольметр

Вот такой вольтамперметр рассчитан на максимальные параметры 100 Вольт и 50 Ампер. То есть, теоретически, он может измерять мощность до 5 кВт.

Мощность переменного тока

Мощность переменного тока вычисляется по формуле:

cos φ — коэффициент мощности

Что еще за косинус фи? И что он вообще означает? Есть такие радиоэлементы как конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы, электромеханические реле различные двигатели и прочие радиоэлементы, которые обладают какой-либо емкостью или индуктивностью.

Если вспомнить осциллограмму переменного напряжения из нашей домашней розетки, то она будет выглядеть вот так:

Ваттметр

Если же запитать какую-нибудь нагрузку, типа лампочки накаливания, то у нас в дело пойдет также такой параметр как сила тока. Так как лампочка накаливания не обладает никакой емкостью или индуктивностью, то сила тока у нас будет синфазно меняться с напряжением. Синфазно — это означает одинаково, синхронно. Например, синхронное плавание. Там участники все делают вместе и одинаково.

Так вот, такой параметр как сила тока и напряжение на лампочке тоже действуют синфазно. Ниже красной синусоидой я показал силу тока, которая «бежит» через лампочку:

Ваттметр

Видите? Она начинается в этом же месте, где и напряжение. Сила тока достигает максимума, и напряжение тоже достигает максимума в это же самое время, следовательно и мощность в этот момент тоже максимальная (P=IU). Сила тока равняется нулю и напряжение тоже равняется нулю в том месте, где пересекаются эти синусоиды, значит и мощность в этот момент тоже будет равняться нулю.

Но весь прикол в том, что каким-то чудом радиоэлементы, обладающие индуктивной или емкостной составляющей (конденсаторы, катушки, трансформаторы и тд) умудряются сдвигать синусоиду силы тока.

Предположим, будем питать от сети мой трансформаторный блок питания.

Ваттметр

И у нас осциллограмма силы тока уже будет принимать примерно вот такой вид:

Ваттметр

Что здесь произошло? Так как первичная обмотка трансформатора обладает индуктивностью, то эта самая индуктивность сдвинула осциллограмму силы тока. Более подробно можете прочитать в статье активное и реактивное сопротивление.

В зависимости от значения индуктивной или емкостной составляющей, сила тока может либо опережать либо отставать от напряжения. А чтобы измерить на сколько, для этого в обиход ввели фи ( φ), которая показывает этот сдвиг в градусах.

Читайте так же:
Кто должен осуществлять замену электросчетчика

Ваттметр

Короче говоря, не будем рассматривать тригонометрию, скажу просто, что для расчета мощности берут косинус значения этого угла.

Ваттметр цифровой на сетевое напряжение

В гостях у нас китайский ваттметр, приобретенный на распродаже в Алиэкспрессе.

ваттметр для переменного тока

Ну что же, давайте познакомимся с ним поближе.

Первая строка на ваттметре — это часы. Они начинают счет только тогда, когда в розетку ваттметра включена какая-либо нагрузка. Нагрузкой в нашем случае может быть любой электробытовой прибор: утюг, паяльник, светильник и так далее

Ваттметр

Строкой ниже, с помощью кнопки «Energy», мы можем выводить параметры электрического сигнала, такие как:

— коэффициент мощности (Power Factor) или cos φ (косинус фи,безразмерная величина, то есть измеряется чисто в цифрах)

Ваттметр

Третья строка — это расчет стоимости электроэнергии. Измеряется в Киловаттах умноженных на Час (КВатт х час). Самая частая ошибка — это когда пишут кВатт/час. Запомните, там знак не деления, а умножения! Вот за эти киловатт-часы мы и платим денежку провайдерам электрической энергии ;-).

Ваттметр

Сейчас никакая нагрузка не включена в розетку ваттметра. Смотрим на дисплей:

ваттметр для сети 220 вольт

Ничего себе, почти 240 вольт.

Можно замерить частоту. 50 Герц — так и должно быть.

Ваттметр

Так как в розетке нашего ваттметра нет никакой нагрузки, следовательно и сила тока также будет равняться нулю:

Ваттметр

Ну и мощность также будет равняться нулю

Ваттметр

Косинус фи и реактивная нагрузка

Например, мой самопальный простой блок питания, включенный в сеть и не питающий никакую нагрузку, все равно потребляет энергию, так как является трансформаторным. Напряжение сразу идет на первичную обмотку трансформатора.

Ваттметр

Ваттметр

Его не следует оставлять включенным в розетку, так как он все равно хоть и немного потребляет ток.

Включаю свой трансформаторный блок питания в сеть 220 Вольт. Итак, напряжение в розетке 236,8 Вольт:

Ваттметр

К блоку питания я подцепил лампочку на 12 вольт. Итого, нагруженный блок питания у нас потребляет 0,043 Ампера.

Ваттметр

Power Factor — коэффициент мощности, он же косинус фи. Сейчас он у нас равен 0,42, так как нагрузка индуктивная.

Ваттметр

Проверяем все это дело по формуле P=IU cos φ=0,043х236,8х0,42= 4,28 Ватт. Почти все сходится с небольшой погрешностью.

Ваттметр

Косинус фи и активная нагрузка

Давайте проведем еще один опыт. Возьмем лампу накаливания на 220 Вольт и подцепим ее через ваттметр в сеть. Так как лампочка накаливания у нас не обладает ни индуктивностью, ни емкостью, то на графике синусоида силы тока и напряжения будет примерно выглядеть вот так. То есть синхронно:

Ваттметр

Фи в этом случае равен нулю (сдвига фаз между ними нет). Вспоминаем школьный курс тригонометрии и помним, что косинус нуля — это единичка!

Проверяем на опыте.

Power Factor, он же косинус фи, высвечивает единичку. Все верно!

Ваттметр

Замеряем потребляемую силу тока:

Ваттметр

Ваттметр

Считаем по формуле: P=IU cos φ=0,115х233,5х1= 26,9 Ватт. Все также сходится с небольшой погрешностью 😉

Ваттметр

Немного отходя от темы, давайте еще напоследок глянем, какую мощность потребляет светодиодная лампа

Ваттметр

Всего 6 Ватт! А светит она даже получше 25 Ваттной, которую я использовал в опытах. Вывод делайте сами.

Ваттметр

Где купить ваттметр

Как я уже сказал, брал на Али. Выбирайте любой понравившийся на сетевое напряжение

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector