Патент на изобретение №2169374

(54) ЭЛЕКТРОСЧЕТЧИК ТРЕХФАЗНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ

(57) Реферат:

Изобретение используется в области электротехники, в частности в электроизмерительной технике для учета активной энергии в четырехпроводных сетях переменного тока с номинальной частотой 50 Гц. Технический результат заключается в повышении точности и чувствительности счетчика. В электросчетчике трехфазном индукционном, имеющем размещенную на несущем кронштейне магнитную систему, содержащую три вращающих элемента, каждый из которых имеет сердечник цепи напряжения и сердечник цепи тока, установленные с воздушным зазором друг относительно друга, и противополюс, установленный по оси симметрии сердечника цепи напряжения и образующий с ним воздушный зазор, счетный механизм, тормозную магнитную систему, подвижную систему, нижнюю опору и колодку с выводами, определенным образом установлены вращающие элементы трех фаз. Вращающий элемент первой фазы установлен в центре верхней части несущего кронштейна, вращающий элемент второй фазы установлен в нижней части несущего кронштейна с левой стороны, вращающий элемент третьей фазы установлен в нижней части на несущем кронштейне с правой стороны. Начало катушки тока последовательной цепи первого вращающего элемента соединено с выводом колодки, предназначенным для подключения входящего линейного провода первой фазы, а ее конец соединен с выводом колодки, предназначенным для подключения нагрузки. Начало катушки напряжения параллельной цепи первого вращающего элемента соединено с выводом колодки для подключения нулевого провода, а ее конец – с выводом колодки для подключения входящего линейного провода первой фазы. Начало катушки тока последовательной цепи второго вращающего элемента соединено с выводом колодки для подключения входящего линейного провода второй фазы, а ее конец соединен с выводом колодки для подключения нагрузки. Начало катушки напряжения параллельной цепи второго вращающего элемента соединено с выводом колодки, предназначенным для подключения входящего линейного провода второй фазы, а ее конец – с выводом колодки для подключения нулевого провода. Начало катушки тока последовательной цепи третьего вращающего элемента соединено с выводом колодки, предназначенным для подключения входящего линейного провода третьей фазы, а ее конец соединен с выводом колодки, предназначенным для подключения нагрузки. Начало катушки напряжения параллельной цепи третьего вращающего элемента соединено с выводом колодки, предназначенным для подключения нулевого провода, а ее конец – с выводом колодки, предназначенным для подключения входящего линейного провода третьей фазы. Воздушные зазоры между полюсами сердечников последовательных цепей и полюсами сердечников параллельных цепей больше, чем воздушные зазоры между полюсами сердечников параллельных цепей и противополюсами. Магнитные шунты последовательной цепи каждой фазы собраны из набора пластин электротехнической стали толщиной 0,3-1,2 мм. Тормозная магнитная система имеет термокомпенсатор, выполненный в виде пластины из термомагнитного сплава. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электроизмерительной технике, и предназначено для учета активной энергии в четырехпроводных сетях переменного тока номинальной частоты 50 Гц.

Известен вращающий элемент для индукционного счетчика электрической энергии, содержащий сердечники тока и напряжения, между которыми расположен противополюс.

SU 197747,G 01 R 11/36, 1967.

Недостатком этого счетчика является невысокая точность и чувствительность из-за отсутствия фиксированного положения противополюса по отношению к полюсам сердечников тока и напряжения.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является конструкция электросчетчика трехфазного индукционного, включающая размещенные на несущем кронштейне магнитную систему с тремя вращающими элементами, состоящими из узлов последовательной и параллельной цепей, содержащих сердечник последовательной цепи с полюсом и катушкой тока, расположенный с воздушным зазором относительно сердечника последовательной цепи сердечник узла параллельной цепи с полюсом и катушкой напряжения и, установленный по оси симметрии сердечника параллельной цепи и образующий с ним воздушный зазор противополюс, счетный механизм, тормозную магнитную систему с воздушным зазором между полюсами постоянного магнита и ярмом, подвижную часть, состоящую из верхнего и нижнего дисков, нижнюю опору, колодку с выводами и магнитные шунты, установленные на полюсах сердечников последовательных цепей. А.М. Илюкович. Электрические счетчики. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963, стр. 176-190.

Недостатком конструкции являются низкие технические характеристики известных счетчиков.

Задачей изобретения является создание конструкции индукционного трехфазного четырехпроводного счетчика электрической, активной энергии непосредственного или трансформаторного подключения.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в уменьшении погрешности электросчетчика при несимметричной нагрузке и обратном чередовании фаз, а также в увеличении межповерочного интервала и расширении температурного диапазона использования электросчетчика от -20^oC до +50^oC.

Поставленная задача решается в электросчетчике трехфазном индукционном, включающем размещенные на несущем кронштейне магнитную систему с тремя вращающими элементами, состоящими из узлов последовательной и параллельной цепей, содержащих сердечник последовательной цепей с полюсом и катушкой тока, расположенный с воздушным зазором относительно сердечника последовательной цепи сердечник узла параллельной цепи с полюсом и катушкой напряжения и, установленный по оси симметрии сердечника параллельной цепи и образующий с ним воздушный зазор противополюс, счетный механизм, тормозную магнитную систему с воздушным зазором между полюсами постоянного магнита и ярмом, подвижную часть, состоящую из верхнего и нижнего дисков, нижнюю опору, колодку с выводами и магнитные шунты, установленные на полюсах сердечников последовательных цепей за счет того, что вращающийся элемент первой фазы установлен в центре верхней части несущего кронштейна, вращающийся элемент второй фазы установлен в нижней части несущего кронштейна с левой стороны, а вращающийся элемент третьей фазы установлен в нижней части на несущем кронштейне с правой стороны, причем тормозная магнитная система расположена в верхней части несущего кронштейна, верхний диск подвижной части установлен в воздушном зазоре между сердечниками вращающего элемента первой фазы и в воздушном зазоре тормозной магнитной системы, а нижний диск подвижной части установлен в воздушных зазорах между сердечниками вращающих элементов второй и третьей фаз.

А также за счет того, что начало катушки тока последовательной цепи вращающегося элемента первой фазы соединено с выводом колодки, предназначенным для подключения входящего линейного провода первой фазы, а ее конец соединен с выводом колодки, предназначенным для подключения нагрузки, начало катушки напряжения параллельной цепи вращающегося элемента первой фазы соединено с выводом колодки для подключения нулевого провода, а ее конец – выводом колодки для подключения входящего линейного провода первой фазы, начало катушки тока последовательной цепи вращающегося элемента второй фазы соединено с выводом колодки для подключения входящего линейного провода второй фазы, а ее конец соединен с выводом колодки для подключения нагрузки, начало катушки напряжения параллельной цепи вращающегося элемента второй фазы соединено с выводом колодки, предназначенным для подключения входящего линейного провода второй фазы, а ее конец – с выводом колодки для подключения нулевого провода, начало катушки тока последовательной цепи вращающегося элемента третьей фазы соединено с выводом колодки, предназначенным для подключения входящего линейного провода третьей фазы, а ее конец соединен с выводом колодки, предназначенным для подключения нагрузки, начало катушки напряжения параллельной цепи вращающегося элемента третьей фазы соединено с выводом колодки, предназначенным для подключения нулевого провода, а ее конец – с выводом колодки, предназначенным для подключения входящего линейного провода третьей фазы.

А также за счет того, что воздушные зазоры между полюсами сердечников последовательных цепей и полюсами сердечников параллельных цепей больше, чем воздушные зазоры между полюсами сердечников параллельных цепей и противополюсами.

А также за счет того, что магнитные шунты последовательной цепи каждой фазы собраны из набора пластин электротехнической стали толщиной 0,3-1,2 мм.

А также за счет того, что тормозная магнитная система имеет термокомпенсатор, выполненный в виде пластины из термомагнитного сплава.

А также за счет того, что он снабжен дополнительной тормозной магнитной системой, аналогичной основной, установленной в верхней части несущего кронштейна.

На фиг. 1 изображен общий вид электросчетчика – продольный разрез;
На фиг. 2 – то же вид сбоку;
На фиг. 3 – вращающий элемент третьей фазы;
На фиг. 4 – схема подключения счетчика.

Электросчетчик трехфазный индукционный включает несущий кронштейн 1 из алюминиевого сплава, полученного методом литья, размещенную на нем магнитную систему, включающую в себя вращающие элементы 2 первой фазы, вращающие элементы 3 второй фазы и вращающие элементы 4 третьей фазы, состоящие из узлов последовательных и параллельных цепей. Каждый узел последовательной и параллельной цепи состоит из сердечника с полюсом и катушки. Сердечники узлов параллельных цепей изготовлены из пластин электротехнической стали с определенными магнитными свойствами. Катушки состоят из 10000 витков медного эмалированного провода диаметром.

Для замыкания магнитных потоков узлы параллельных цепей имеют специальные металлические кронштейны – противополюса 5, формирующие воздушные зазоры, например, 3,2 мм относительно полюсов сердечников параллельной цепи, установленных по оси продольной симметрии.

Сердечники узлов последовательной цепи изготовлены из пластин магнитомягкой стали с определенными магнитными свойствами. На сердечниках установлены катушки. Катушки состоят из двух секций медного провода и не имеют специальных каркасов, а их геометрическая форма обеспечивается жесткостью провода, имеющего сечение, по меньшей мере, 10 – 20 мм².

Вращающий элемент 2 первой фазы установлен на несущем кронштейне 1 в центре верхней его части, начало катушки 6 тока соединено с выводом 7 колодки, предназначенным для подключения входящего линейного провода первой фазы, а ее конец соединен с выводом 8 колодки, предназначенным для подключения нагрузки. Начало катушки 9 напряжения соединено с выводом 10 колодки, предназначенным для подключения нулевого провода, а ее конец соединен с выводом 11 колодки, предназначенным для подключения входящего линейного провода первой фазы.

Вращающий элемент 3 второй фазы установлен на несущем кронштейне 1 в нижней его части с левой стороны. Начало катушки 12 тока последовательной цепи соединено с выводом 13 колодки, предназначенным для подключения линейного провода второй фазы, а ее конец соединен с выводом 14 колодки, предназначенным для подключения нагрузки. Начало катушки 15 напряжения параллельной цепи соединено с выводом 16 колодки, предназначенным для подключения входящего линейного провода второй фазы, а ее конец – с выводом 10 колодки, предназначенным для подключения нулевого провода.

Вращающий элемент 4 третьей фазы установлен на несущем кронштейне 1 в нижней его части с правой стороны. Начало катушки 17 тока последовательной цепи соединено с выводом 18 колодки, предназначенным для подключения линейного провода третьей фазы, а ее конец соединен с выводом 19 колодки, предназначенным для подключения нагрузки.

Начало катушки 20 напряжения параллельной цепи соединено с выводом 10 колодки, предназначенным для подключения нулевого провода, а ее конец соединен с выводом 21 колодки, предназначенным для подключения входящего линейного провода третьей фазы.

Взаимное расположение узлов параллельных и последовательных цепей относительно друг друга для данной конструкции строго определенное.

На полюсах сердечников последовательных цепей установлены магнитные шунты 22, выполненные из пластин электротехнической стали толщиной 0,3-1,2 мм и предназначенные для формирования нагрузочной характеристики счетчика.

Между сердечниками узлов параллельных и последовательных цепей образованы воздушные зазоры, имеющие специальную конфигурацию. При этом воздушные зазоры между полюсами сердечников последовательных цепей и полюсами сердечников параллельных цепей имеют размер 2,8-3,6 мм и являются большими, по сравнению с воздушными зазорами между полюсами сердечников параллельных цепей и противополюсами 5, которые имеют размер 2,4-3,0 мм.

Сформированные зазоры вращающих элементов позволяют получить нагрузочную характеристику электросчетчика с минимальной нелинейностью в рабочем диапазоне токов нагрузки.

Узлы вращающих элементов установлены на кронштейнах-регуляторах (не показаны). Между двумя параллельными плоскостями несущего кронштейна на специальных опорах установлена подвижная часть 23 электросчетчика, которая состоит из двух алюминиевых дисков диаметром 90-95 мм, жестко закрепленных на металлической оси. В нижней части оси установлен регулятор 24 чувствительности самохода (фиг. 1).

Алюминиевые диски подвижной части 23 устанавливаются в зазоры вращающих элементов и тормозных магнитных систем 25 и закрепляются на специальных опорах, обеспечивающих вращение с минимальным моментом трения в течение длительного срока эксплуатации. Конструкция опор обеспечивает неподвижность подвижной части 23 в направлении, перпендикулярном плоскости алюминиевых дисков.

Тормозная магнитная система 25 установлена на верхней плоскости несущего кронштейна. Электросчетчик может иметь дополнительную магнитную систему (на чертеже не показана), установленную на верхней плоскости несущего кронштейна. Основная и дополнительная магнитные системы могут быть установлены с одной или двух сторон несущего кронштейна. Они применяются для уравновешивания вращающего момента счетчика и состоят из постоянных магнитов, изготовленных из магнитотвердого сплава, стального ярма, выполненного из материала с высокой магнитной проницаемостью, и термокомпенсационной пластины, изготовленной из термомагнитного сплава.

Тормозные магнитные системы имеют воздушный зазор между полюсами постоянного магнита и ярмом, в котором размещен диск подвижной части 23 для создания магнитного потока, величина магнитной индукции которого остается неизменной в течение всего срока эксплуатации счетчика.

Верхний диск подвижной части 23 установлен в воздушном зазоре вращающего элемента 2 первой фазы и в воздушном зазоре одной из двух тормозных магнитных систем.

Нижний диск подвижной части 23 установлен в воздушных зазорах вращающих элементов 3 второй и вращающихся элементов 4 третьей фаз (фиг. 1).

Нижняя опора (подпятник) подвижной части имеет конструкцию, обеспечивающую минимальный момент трения, длительную эксплуатацию и высокую надежность узла.

Основными элементами нижней опоры являются корундовые камни со сферической внутренней поверхностью заданного радиуса, камнедержатели и металлический шарик, имеющий необходимую твердость и геометрические размеры.

Соотношение диаметров шарика и сферы камня подобрано оптимальным образом и составляет 0,81, обеспечивающее минимальные наклоны и смещение подвижной части 6 под действием на нее боковой силы, возникающей от воздействия вращающего и тормозного моментов.

Конструкция нижней опоры обеспечивает минимальную погрешность от смещения диска подвижной части 23, в том числе при больших токах нагрузки и имеет малый момент трения за счет незначительной вибрации подвижной части.

Счетный механизм включает отсчетное устройство 26 (см. фиг. 1-2, установленное на счетчике барабанного типа с редуктором, собранным на зубчатых колесах с коэффициентом редукции.

Конструкция отсчетного устройства 26, имея малый момент трения, обеспечивает минимальную нагрузку на подвижную часть 23, находясь в ней в зубчато-червячном зацеплении. Дополнительная погрешность счетчика от влияния механического момента трения отсчетного устройства составляет не более 0,15%.

Барабаны отсчетного устройства и детали редуктора установлены на осях, закрепленных на металлической обойме с применением подшипников.

На фиг. 4 показана схема подключения электросчетчика от трех линейных проводов L₁, L₂, L₃ и нулевого провода N к нагрузкам H₁, H₂, H₃. На фиг. 4 I, II и III – вращающие элементы соответственно первой, второй и третьей фаз. H_Т и K_Т – соответственно начало и конец катушек тока последовательной цепи, а H и K – соответственно, начало и конец катушки напряжения.

Принцип работы счетчика.

Напряжение подается на катушку напряжения первого вращающего элемента, который создает магнитный поток в рабочем зазоре магнитной системы. Ток нагрузки первой фазы протекает по катушке тока последовательной цепи вращающего элемента первой фазы и создает магнитный поток в воздушном зазоре. Магнитные потоки параллельной и последовательной цепей, взаимодействуя между собой и токами в дисках, создают вращающий момент и приводят в движение подвижную часть с дисками. Магнитный поток вращающего элемента первой фазы пересекает верхний алюминиевый диск подвижной системы счетчика (рабочий магнитный поток), наводит в нем токи трансформации, которые, взаимодействуя с этими потоками, создает вращающий момент.

M_вр=CФ_uФ_isin(Ф_u Ф_i)
где C – некоторая постоянная, определяемая конструкцией измерительного механизма.

Совместно с вращающим моментом первой фазы на верхний диск воздействует постоянный магнитный поток тормозных магнитов.

Работа второй и третьей фаз аналогична работе первой фазы, при этом их магнитные потоки одновременно воздействуют на второй диск счетчика.

Расположение вращающих элементов I, II и III фаз, а также электрические связи катушек тока и напряжений позволяют получить минимальную нелинейность в рабочем диапазоне токов нагрузки, что обеспечивает высокую точность счетчика.

Формула изобретения

1. Электросчетчик трехфазный индукционный, включающий размещенные на несущем кронштейне магнитную систему с тремя вращающими элементами, состоящими из узлов последовательной и параллельной цепей, содержащих сердечник последовательной цепи с полюсом и катушкой тока, расположенной с воздушным зазором относительно сердечника последовательной цепи сердечник узла параллельной цепи с полюсом и катушкой напряжения и установленный по оси симметрии сердечника параллельной цепи и образующий с ним воздушный зазор противополюс, счетный механизм, тормозную магнитную систему с воздушным зазором между полюсами постоянного магнита и ярмом, подвижную часть, состоящую из верхнего и нижнего дисков, нижнюю опору, колодку с выводами и магнитные шунты, установленные на полюсах сердечников последовательных цепей, отличающийся тем, что вращающийся элемент первой фазы установлен в центре верхней части несущего кронштейна, вращающийся элемент второй фазы установлен в нижней части несущего кронштейна с левой стороны, а вращающийся элемент третьей фазы установлен в нижней части на несущем кронштейне с правой стороны, причем тормозная магнитная система расположена в верхней части несущего кронштейна, верхний диск подвижной части установлен в воздушном зазоре между сердечниками вращающего элемента первой фазы и в воздушном зазоре тормозной магнитной системы, а нижний диск подвижной части установлен в воздушных зазорах между сердечниками вращающих элементов второй и третьей фаз.

2. Электросчетчик по п.1, отличающийся тем, что начало катушки тока последовательной цепи вращающегося элемента первой фазы соединено с выводом колодки, предназначенным для подключения входящего линейного провода первой фазы, а ее конец соединен с выводами колодки, предназначенным для подключения нагрузки, начало катушки напряжения параллельной цепи вращающегося элемента первой фазы соединено с выводом колодки для подключения нулевого провода, а ее конец – с выводом колодки для подключения входящего линейного провода первой фазы, начало катушки тока последовательной цепи вращающегося элемента второй фазы соединено с выводом колодки для подключения входящего линейного провода второй фазы, а ее конец соединен с выводом колодки для подключения нагрузки, начало катушки напряжения параллельной цепи вращающегося элемента второй фазы соединено с выводом колодки, предназначенным для подключения входящего линейного провода второй фазы, а ее конец – с выводом колодки подключения нулевого провода, начало катушки тока последовательной цепи вращающегося элемента третьей фазы соединено с выводом колодки, предназначенным для подключения входящего линейного провода третьей фазы, а ее конец соединен с выводом колодки, предназначенным для подключения нагрузки, начало катушки напряжения параллельной цепи вращающегося элемента третьей фазы соединено с выводом колодки, предназначенным для подключения нулевого провода, а ее конец – с выводом колодки, предназначенным для подключения входящего линейного провода третьей фазы.

3. Электросчетчик по одному из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что воздушные зазоры между полюсами сердечников последовательных цепей и полюсами сердечников параллельных цепей больше, чем воздушные зазоры между полюсами сердечников параллельных цепей и противополюсами.

4. Электросчетчик по одному из пп.1 – 3, отличающийся тем, что магнитные шунты последовательной цепи каждой фазы собраны из набора пластин электротехнической стали толщиной 0,3 – 1,2 мм.

5. Электросчетчик по одному из пп.1 – 4, отличающийся тем, что тормозная магнитная система имеет термокомпенсатор, выполненный в виде пластины из термомагнитного сплава.

6. Электросчетчик по одному из пп.1 – 5, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной тормозной магнитной системой, аналогичной основной, установленной в верхней части несущего кронштейна.

РИСУНКИ