Калібровка електричних індуктивних лічильників активної та реактивної енергії
Реферат
Об’єктом дослідження стали методи калібровки електричних індуктивних
лічильників активної та реактивної енергії.
Метою роботи є визначення найбільш зручного методу калібровки електричних
лічильників.
В роботі розглянуто особливості методів калібровки лічильників
електричних індуктивних, приведені недоліки та переваги різних методів
калібровки, приведено автоматизований спосіб калібровки лічильників.
У третьому розділі роботи детально проаналізовано особливості роботи
автоматизованого пристрою калібровки електричних лічильників.
Робота викладена на 26 сторінках, включаючи 4 рис., список цитованої
літератури складається із 8 джерел.
Ключові слова: активна та реактивна енергія, індуктивний лічильник,
лічильник електричної енергії, мікроконтролер, електронно-обчислювальна машина.
Зміст
Вступ
Розділ 1. Застосування індукційних
приладів
.1 Індукційні лічильники електричної
енергії
.2 Цифрові лічильники електричної
енергії
Розділ 2. Короткі відомості про
активну та реактивну енергію
.1 Реактивна енергія
електроенергетичної системи
.2 Розрахунки з урахуванням активної
і реактивної енергії
Розділ 3. Автоматизований метод
калібровки лічильників електричних індуктивних активної та реактивної енергії
.1 Причини автоматизованого процесу
регулювання
.2 Автоматизований метод калібровки
електричних лічильників
.3 Пристрій для автоматизованого
калібрування лічильників електричної енергії
.4 Підготовка до роботи пристрою для
автоматизованого калібрування лічильників
Висновки
Список використаних джерел
Вступ
Сучасний технічний прогрес у галузях матеріального виробництва підвищення
точності, чутливості, функціональних можливостей великою мірою зумовлений
розвитком вимірювальної техніки.
У свою чергу бурхливий розвиток виробництва, запровадження новітніх
технологій, особливо у таких галузях, як мікроелектроніка і комп’ютерна
техніка, відкрило широкі можливості для створення складних багатофункціональних
вимірювальних пристроїв на базі сучасних інтегральних мікросхем та
мікропроцесів. Слід зазначити, що вимірювальні пристрої використовуються і
випускаються не тільки окремих приладів і систем, а й є складовими елементами
технічних пристроїв різного призначення. Нині важко знайти сучасний технічний
пристрій чи технологічне устаткування, до складу якого не входив би один чи
кілька каналів вимірювання.
Різке зростання складності і багатофункціональності вимірювальних
пристроїв зумовлює високі вимоги до підготовки працівників як у сфері
матеріального виробництв, так і щодо технічного обслуговування вимірювальної
техніки. Сучасний робітник повинен знати основи теорії вимірювань, будову і
принцип дії вимірювальних пристроїв, оволодіти основами комп’ютерної
грамотності.
Електричні вимірювання відіграють у техніці велику роль. За їх допомогою
контролюється роботи окремих машин, агрегатів та електроустановок. Тільки
вимірюючи різні величини і порівнюючи їх між собою і з вихідними даними, можна
вести технологічний процес найраціональніше.
Метою є опанування теоретичних знань електрометрології, вивчання
особливостей будови та конструкцій вимірювальних приладів та практичних навичок
електровимірювань. Це необхідно для вивчення подальших дисциплін спеціальності
та майбутньої практичної діяльності за фахом.
Розділ 1.
Застосування індукційних приладів
.1 Індукційні лічильники електричної енергії
Індукційні прилади застосовуються здебільшого як лічильники електричної
енергії. Індукційний лічильник електричної енергії (рис. 1.1) складається з
електромагніту з обмоткою, по якій проходить струм споживача (обмотка струму);
електромагніту з обмоткою, яка увімкнена паралельно споживачеві (обмотка
напруги); постійного магніту, призначеного для створення гальмівного моменту;
легкого алюмінієвого диску , який вільно обертається на осі; механічного
редуктора для зменшення частоти обертання диска в задане число разів та
механізму відліку.
Рис. 1.1. Індукційний лічильник електричної енергії [1]
1, 2 - електромагніт з обмоткою;
- постійний магніт;
- алюмінієвий диск.
Принцип дії індукційного лічильника електричної енергії
ґрунтується на взаємодії магнітних полів, електромагнітів зі струмами,
наведеними за законом електромагнітної індукції в алюмінієвому диску.
В результаті такої взаємодії до диска прикладено обертальний
момент, значення якого пропорційне активній потужності споживача:
= kM · U · І = kM ·Р, (1.1)
де kM - коефіцієнт пропорційності,- напруга,
І - струм,
Р - потужність.
На диск діє також гальмівний момент, який виникає від
взаємодії струмів, наведених в диску, з магнітним полем постійного магніту.
Значення гальмівного момету прямо пропорційне частоті обертання диска:
пр = kпр · n (1.2)
де kпр - коефіцієнт пропорційності,- кількість обертів.
Коли настане рівновага моментів, тобто M =Mпр
частота обертання диска буде прямо пропорційна активній
потужності споживання:
(1.3)
Кількість обертів N за проміжок часу Δt
буде прямо
пропорційна електричній енергії W, яку споживає споживач за час Δt:
= kw · N (1.4)
.2 Цифрові лічильники електричної енергії
Крім однофазних лічильників, випускаються також трифазні
лічильники для вимірювання витрат електричної енергії в трифазних енергетичних
системах.
До переваг електромеханічних лічильників енергії слід
віднести їх простоту, здатність до перевантажень, а також здатність зберігати
покази під час вимикання живлення.
Недоліками індукційних лічильників є невисока точність,
залежність показів від температури та частоти. Останнім часом інтенсивно
розробляються і впроваджуються електронні та цифрові лічильники енергії.
Приклад такого цифрового лічильника показано на рисунку (1.2).
Рис. 1.2. Цифровий лічильник електричної енергії [2]
Розділ
2. Короткі відомості про активну та реактивну енергію
.1 Реактивна енергія електроенергетичної системи
Пропонується вважати реактивну енергію електроенергетичної
системи її внутрішньою енергією, що не виходить за її межі і з’являється в
електричних мережах внаслідок дії на них електромагнітного поля системи.
Як відомо, електроенергія змінного струму виробляється генераторами
електростанцій електроенергетичної системи, передається і розподіляється між
споживачами у вигляді двох складових: активної та реактивної. Але
електроприймачі споживачів перетворюють у інші види енергії, з метою одержання
корисної роботи, лише активну складову електроенергії.
Необхідно наголосити, що термін "реактивна енергія"
у деяких науковців викликає певний скепсис у тому сенсі, що цієї енергії в
електричних мережах, нібито, не існує.
Таке враження складається через те, що математично енергія є
інтегралом потужності за період її зміни (за законом синуса), і для кожного з
реактивних елементів електричної мережі (індуктивності і ємності) цей інтеграл
дорівнює нулю.
Саме тому дехто з вітчизняних вчених, вважає, що реактивної
енергії як фізичної субстанції не існує взагалі і тому термін "реактивна
енергія" ними майже не вживається. На їх думку, можна говорити лише про
"реактивну потужність" як інтенсивність обміну енергією мережі з її
електромагнітним полем. Саме тому, за рубежем термін "реактивна
енергія" вважається цілком законним, який має право на існування. При
цьому необхідно відзначити, що на практиці реактивну енергію генерують
генератори електростанцій (які мають номінальний від‘ємний коефіцієнт
потужності), її вимірюють в мережах енергосистем і систем електропостачання
окремих споживачів за допомогою спеціальних лічильників з метою її купівлі -
продажу.
Відомо, що швидкість перетворення будь-якого виду енергії -
це потужність.
Потужність при синусоїдальній напрузі і струмі можна
представити так
,
( 2.1 )
де u, i - миттєві значення напруги на затискачах кола і
струму в ньому,
-
кут зсуву фаз між діючими значеннями напруги 
та
струму.
З (2.1) можна бачити, що якісно потужність має дві складові: постійну
пульсуючу складову 
і синусоїдальну складову 
, кутова частота якої у 2 рази перебільшує кутову
частоту струму кола. Можливо, що активну електроенергію доцільно розглядати як
енергію руху в провідниках електричної мережі і електроприймачів електричних
зарядів - електронів, маючи на увазі не абсолютне переміщення електронів, а
тільки їх рух, як дію. Друга складова потужності в (2.1) показує, що у кожному
періоді процесу є проміжки часу, коли 
та
мають різний напрямок, і тоді потужність від’ємна,
тобто у ці проміжки часу енергія поступає не в коло, а повертається з нього до
джерела живлення. Очевидно, що таке можливе тільки внаслідок накопичення
енергії у електромагнітному полі елементів кола. Ця складова електроенергії
отримала назву реактивної. Її фізичну природу слід пов’язувати з наявністю у
електроенергетичної системи загального електромагнітного поля. Під полем
розуміють простір, що оточує електричну мережу системи, у якому проявляється
дія електричних та магнітних сил. Тобто, це простір середовища, що має енергію.
Але як вона утворюється у ньому?
Як відомо, загальний простір, що оточує мережі електроенергетичної
системи складається з атомів, що, у свою чергу, за класичною механічною теорією
складаються з позитивно зарядженого ядра і від’ємно заряджених електронів, які
рухаються навколо ядра за певними орбітами. В цілому атом електронейтральний.
Сучасний розвиток релятивістської механіки і теорії відносності вводить
поняття про фізичний вакуум. Фізичним вакуумом називають те "ніщо",
яке знаходиться у міжатомному просторі середовища і у просторі між ядром атома
і його електронами.
Розрахунки та експерименти підтверджують, що вказане вище
"ніщо" має масу, яка вимірюється густиною 10-15 г/см3 (для
порівняння, густина дистильованої води за нормальних умов - 1 г/см3.).
Вважається, що це маса віртуальних часток, які заповнюють фізичний вакуум. Така
окрема частка фізичного вакууму (рис.2.1) називається фітоном. У свою чергу,
вона складається з двох однакових, вкладених одна в одну і протилежно
заряджених часток, які обертаються навколо своєї власної осі у протилежних
напрямках. Момент обертання такої частки називається спіном. Таким чином, у
нормальному стані фізичного вакууму загальний заряд фітону і його спін
дорівнюють нулю.
Коли у певних межах оточуючого середовища з’являється заряд, то
відбувається поперечна і поздовжня поляризація фізичного вакууму. Фітон стає
диполем, а його спін відрізняється від нуля. Тобто, у фізичному вакуумі
накопичується енергія. Якщо заряд, що деформує фізичний вакуум, рухається в
електричному колі, то енергія фізичного вакууму - енергія електромагнітного
поля цього кола.
Рис. 2.1. Фітон за нормальних умов (а) і в поляризованому стані (б) [1]
З електротехніки відомо, що не тільки електричний струм кола впливає на
його електромагнітне поле, але й електромагнітне поле кола впливає на
електричний струм у цьому колі.
За законом електромагнітної індукції зміна інтенсивності
електромагнітного поля кола під дією його змінного струму призводить до
виникнення у цьому колі електрорушійної сили (ЕРС) самоіндукції. Вона, як і
струм кола, змінюється за законом синуса, і під її дією у колі виникає струм.
За законом Ленца цей струм у кожен момент часу направлено проти основного
струму, що протікає від джерела живлення кола. Це означає, що у колі для
основного струму утворюється додатковий опір. Такий опір кола називають
реактивним. Причому, якщо у колі переважає індуктивність L, то його називають
індуктивним реактивним опором і визначають за формулою:
,
(2.2)
де L - індуктивність,
-
циклічна частота.
Струм такого кола відстає від напруги на його затискачах на фазовий кут
φ
= 90°. Якщо у колі переважає
ємність С, яка може накопичувати у своєму полі електричний заряд від джерела
живлення, то додатковий опір кола називається ємнісним реактивним опором і
визначається за формулою
,
(2.3)
де С - ємність.
Щоб перезарядити таку ємність під дією ЕРС самоіндукції
ємність спочатку треба розрядити. Тому струм кола з ємністю випереджає напругу
на його затискачах на фазовий кут φ=90°. Тобто зсув фаз між струмом
індуктивності і ємності у колі складає 180° і тому ємнісному опору привласнюють
від’ємний характер. При цьому елементи з індуктивністю вважають умовно
"споживачами" реактивної енергії, а елементи з ємністю - її
"джерелами".
Якщо реактивні елементи з опором протилежного характеру
увімкнути разом у одній точці мережі, то за наявності напруги на цих елементах,
вони почнуть обмінюватись реактивною енергією між собою. Такий коливний процес
обміну реактивною енергією називають компенсацією реактивного навантаження
мережі. Вона відбувається на ділянці від точки вмикання цих реактивних
елементів до генераторів електростанцій. При цьому збільшується пропускна
спроможність такої ділянки для активної енергії, зменшуються її втрати, а також
збільшується рівень напруги у цій точці.
.2 Розрахунки з урахуванням активної і реактивної енергії
Якщо в електричному колі існує активний і реактивний опори,
через які тече синусоїдальний струм, то можна говорити про його потужність
активну, реактивну і повну. При цьому перехід від поточного значення струму і
напруги до діючого дає змогу звільнити активну енергію від пульсуючого
характеру, а реактивну - від коливного. Тому для синусоїдальних струму і
напруги можна записати:
,
(2.4)
,
(2.6)
де 
- активна потужність кола, кВт;
-
активний струм 
, А;
-
напруга на затискачах, кВ;
-
кут зсуву фаз між напругою на затискачах кола і його повним струмом;
-
реактивна потужність кола, кВт;
-
реактивний струм 
, А;
-
повний струм 
, А;
-
повна потужність кола, кВт.
Якщо коло живиться несинусоїдальною напругою або в ньому протікає
несинусоїдальний (через нелінійність опорів навантаження) чи перервний струм,
то енергія електромагнітного поля цього кола змінюється не за синусоїдальним
законом і під її дією реактивна енергія і потужність цього кола теж
несинусоїдальні. Для їх аналізу застосовують метод гармонічного аналізу. Для
цього випадку повна потужність кола
,
(2.7)
де 
- потужність спотворення (потужність кола на вищих
гармоніках).
Якщо коло з нелінійним опором або з
перервними струмами живиться синусоїдальною напругою, то:
,
(2.8)
де 
- реактивний струм 
-ої
гармоніки кола;
-
порядковий номер гармоніки, що розглядається;
-
останній порядковий номер гармоніки, що враховується.
Якщо коло з лінійним опором живиться
несинусоїдальною напругою, то:
,
(2.9)
де 
- напруга -ої
гармоніки на затискачах кола.
Оскільки за нормальних умов реактивна енергія дійсно не
споживається (не перетворюється у інші види енергії), то її можна вважати
внутрішньою енергією енергосистеми, тобто обов’язковим вимушеним баластом
електропередачі. На наш погляд, на відміну від точки зору [6], ця енергія
називається реактивною тому, що вона проявляється як результат реакції
електричного кола зі змінним струмом на власне електромагнітне поле. Виконуючи
двічі за період змінного струму коливний рух між генераторами електростанцій та
електроприймачами споживачів електроенергії при відсутності у останніх пристроїв
компенсації, реактивна енергія завантажує всі елементи системи електропередачі:
зменшує їх пропускну спроможність для активної (корисної) енергії, збільшує
активні втрати та знижує рівні напруги у характерних точках мереж енергосистеми
і споживачів. У зв’язку з тим, що реактивні перетоки в електричних мережах
обумовлені, в основному, реактивним навантаженням споживачів, поставки їм
реактивної електроенергії повинні обмежуватись компенсацією за рахунок
споживачів у економічно доцільних межах, а її решта оплачуватись ними.
Зважаючи на те, що реактивна енергія - це вимушений баласт
для мереж не тільки споживачів, але і всієї електроенергетичної системи, на наш
погляд, встановлювати її перетоки між мережами споживачів та мережами
енергопостачальних організацій треба досить обережно. При цьому можна
встановити єдину плату за спожиту електроенергію з урахуванням значення і
напрямку реактивних перетоків:
,
(2.10)
де 
- можлива плата споживача за активну електроенергію
при доцільно встановлених реактивних перетоках;
-
коефіцієнт, що враховує відхилення реактивних перетоків між мережами
енергопостачальної організації і споживача від встановленої норми, 
.
Коефіцієнт визначається за результатами реактивного
"споживання" та "генерації" у розрахунковому періоді з
врахуванням їх обліку за допомогою електронного лічильника для комплексного
обліку електроенергії у споживача.
Таким чином, реактивна енергія завжди супроводжує активну частину
електроенергії споживачів, але за межі електроенергетичної системи (у тому
числі і системи електропостачання конкретного споживача) не виходить. Це
своєрідне енергетичне сміття. Тому споживачі повинні сплачувати за всю спожиту
електроенергію (з урахуванням її реактивної частини).
Розділ
3. Автоматизований метод калібровки лічильників електричних індуктивних
активної та реактивної енергії
3.1
Причини автоматизованого процесу регулювання
Винахід відноситься до вимірювальної
техніки і може бути використано для автоматизації процесу регулювання похибки
електронних вимірювальних пристроїв. Технічний результат - підвищення
швидкодії. Здійснюють автоматичний аналіз похибки електронного вимірювального
пристрою і перетворення її в калібрувальний код, який передається в
вимірювальний пристрій для калібрування похибки. При цьому здійснюється
послідовне формування імпульсу струму для видалення перемичок регулювального
поля (запис калібровочного коду за допомогою видалення РСВ провідників) на
платі. Калібрувальний код передається по шинному інтерфейсу з паралельною
передачею. В результаті включення і виключення відповідних компонентів
регулювального поля проводиться калібрування.
Винахід відноситься до вимірювальної
техніки і може бути використано для автоматизації процесу регулювання похибки
електронних вимірювальних пристроїв, в яких для регулювання похибки
застосовується дискретне підібране поле, що складається з відповідних
компонентів, призначених для калібрування вимірювання.
Відомий ручний спосіб калібрування
вимірювальних пристроїв, заснований на визначенні відносної або абсолютної
похибки вимірювання фізичної величини в порівнянні зі значенням еталонного
вимірювального пристрою. У аналогу зміна регулювального елемента калібрування
вимірювального пристрою проводиться оператором. Далі проводиться повторне
вимірювання похибки і при необхідності підгонка регулювального елемента. Дані
операції повторюються до тих пір, поки похибка вимірювання фізичної величини не
досягне необхідного рівня точності.
Недоліками такого методу є великі
витрати часу на виконання калібрування, безпосередню участь людини, а також
можливість одночасної роботи з калібрування однією людиною тільки одного
пристрою.
Відомо пристрій для регулювання
електролічильників, в основу якого покладено принцип електромеханічного впливу
на регулювальний елемент вимірювального пристрою (електролічильника). Принцип
роботи даного пристрою заснований на визначенні відносної похибки вимірювання
фізичної величини (енергії) в порівнянні зі значенням еталонного вимірювального
пристрою, наступним формуванням керуючого сигналу на реверсивний привід, який
за допомогою вузла механічної передачі, сполученим з органом регулювання
вимірювального пристрою (електролічильника), виробляє зміна рівня похибки.
Метод заснований на послідовному наближенні значення похибки до заданого рівня
точності вимірювання.
Недоліками даного методу є
необхідність використання складного електромеханічного пристрою і значні
витрати часу, пов'язані з необхідністю повторних вимірів.
.2
Автоматизований метод калібровки електричних лічильників
З відомих аналогів найближчим
прототипом є спосіб автоматичного регулювання вимірювальних пристроїв
(електронних лічильників електричної енергії), побудованих на мікроконтролері
серії MSP430 виробництва фірми Texas Instruments, США [3]. Спосіб реалізований
на визначенні відносної або абсолютної похибки вимірювання фізичної величини в
порівнянні зі значенням еталонного вимірювального пристрою. Потім ця величина перетворюється
спеціальним програмним забезпеченням електронної обчислювальної машини (ЕОМ) в
калібровочну команду, яка по інтерфейсу UART передається в мікроконтролер
вимірювального пристрою типу MSP430, аргумент цієї команди зберігається в
незалежній пам'яті і використовується програмою мікроконтролера в якості
поправочного коефіцієнта при обробці результатів вимірювання.
Недоліком способу є необхідність
застосування в вимірювальному пристрої дорогих електронних компонентів
(мікроконтролера, незалежній пам'яті і т.д.), а також відсутність
автоматизованої операції остаточної калібрування вимірювальних пристроїв.
Мета винаходу - автоматизація процесу
калібрування електронних вимірювальних пристроїв, а також зниження собівартості
вимірювального пристрою за рахунок виключення дорогих електронних компонентів з
схеми і зниження витрат часу на реалізацію способу при масовому виробництві
електронних вимірювальних пристроїв.
Зазначена мета досягається тим, що
спосіб автоматизованої калібрування електронних вимірювальних пристроїв
заснований на вимірюванні значень похибки вимірювального пристрою по заданих
точках вимірювання. Потім здійснюється автоматичний аналіз похибки електричного
вимірювального пристрою і перетворення її в калібрувальний код, який
передається в вимірювальний пристрій для калібрування похибки.
При цьому здійснюється послідовне
формування імпульсу струму для видалення перемичок регулювального поля (запис
калібровочного коду за допомогою видалення РСВ провідників) на платі.
Калібрувальний код передається по шинному інтерфейсу з паралельною передачею. В
результаті включення і виключення відповідних компонентів регулювального поля
проводиться калібрування електричних вимірювальних пристроїв в автоматизованому
режимі.
Приклад реалізації запропонованого способу
заснований на визначенні похибки - відносної похибки вимірювання фізичної
величини в порівнянні зі значенням еталонного вимірювального пристрою,
наступним формуванням калібровочного коду, що визначає розмикання відповідних
перемичок регулювального поля з метою компенсації похибки вимірювального
пристрою. Під регулювальним полем розуміється набір пасивних електронних
компонентів (резисторів, конденсаторів, індуктивностей і т.д.), з'єднаних в
послідовний або паралельний ланцюг, і має контактні площадки на друкованій
платі для підключення контакту пристрою. При послідовному підключенні
компонентів регулювального поля контактні площадки включені паралельно
компоненту, а при паралельному підключенні компонентів регулювального поля -
послідовно. У початковому стані (перед початком калібрування) контактні
площадки замкнуті. На основі калібрувального коду послідовно формується імпульс
струму на відповідний контакт контактного пристрою. Під дією даного імпульсу
струму віддаляється перемичка регулювального поля, включаючи або вимикаючи
відповідний електронний компонент. Для формування імпульсу струму пропонується
використовувати ємнісний накопичувач енергії, який дозволить при використанні
електронного або електромеханічного ключа сформувати імпульс з миттєвим наростанням
фронту і за рахунок значно більшої інерційності підвищення температури в
підвідних до регулювального полю ланцюгах, ніж у перемички, забезпечити її
видалення. Послідовним включенням відповідних калібрувальному коду електронних
або електромеханічних ключів, тобто подачею імпульсів струму на перемички
регулювального поля проводиться остаточна калібрування вимірювального пристрою.
Таким чином, пропонований спосіб
повністю забезпечує автоматизацію всього процесу калібрування електричних
вимірювальних пристроїв і знижує час на його виконання, а також не вимагає
значних матеріальних витрат, що включаються в сам вимірювальний пристрій, що
відіграє вирішальну роль в умовах серійного і масового виробництва.
3.3
Пристрій для автоматизованого калібрування лічильників електричної енергії
Корисна модель, в якій до електронно-обчислювальної машини,
через послідовний інтерфейс, підключено однофазне джерело струму і напруги з
зразковим лічильником, а також стенд для підключення випробовуваних
лічильників. Стендів може бути декілька. Для зниження витрат часу на
калібрування і виключення безпосередньої участі людини в цьому процесі, для
повної автоматизації калібрування електронних лічильників електричної енергії
додатково введено блок управління, з'єднаний по паралельному інтерфейсу з
модулем виконання, який через контактуючий пристрій підключається до кожного
лічильника.
Пристрій працює наступним чином. На стенди встановлюються
калібруючи лічильники і до них підключаються контактуючи пристрої. На блок
керування від ЕОМ надходить команда на перевірку вихідного стану перемичок
регулювального елемента лічильників. Якщо всі перемички замкнуті, програма
переходить до процесу вимірювання похибки по заданих точках вимірювання.
Зразковий лічильник в свою чергу вимірює похибку. ЕОМ проводить розрахунки
середньої похибки, яку можна компенсувати видаленням перемичок регулювального
елемента кожного лічильника. Визначаються перемички, які необхідно видалити.
Блок управління формує сигнал на включення струмових ключів в модулях виконання,
які подають струмовий імпульс через контактуючи пристрої на кожен лічильник,
виймаючи перемичку. Блок управління посилає команду підтвердження виконання
операції калібрування на ЕОМ.
Заявлена корисна модель відноситься до області вимірювальної
техніки і призначена для калібрування фазової і амплітудної похибок лічильників
електричної енергії в автоматизованому режимі.
В даний час відомі пристрої для повірки та калібрування
лічильників електричної енергії, наприклад типу МТЄ фірми Лендіс і Гір, Швейцарія,
2005, а також установка для повірки однофазних лічильників типу СУ001, що
випускається ВАТ "Концерн Енергомера", г. Невінномиск, Росія; які
містять електронно-обчислювальну машину (ЕОМ) з відповідною програмою і, крім
того, вони в своєму складі мають зразковий лічильник, джерело живлення і стійки
для випробування лічильників електричної енергії. Відомі пристрої призначені
для повірки електричних параметрів електролічильників при проведенні масових
випробувань. Наявність ЕОМ дозволяє проводити повірку в автоматичному, а
калібрування в напівавтоматичному режимі. При цьому регулювання метрологічних
характеристик лічильників проводиться ручним способом, тобто оператором
виконується послідовно регулювання похибки для кожного перевіряється лічильника
електричної енергії.
Недоліками аналогів є те, що при проведенні калібрування
лічильників електричної енергії, проводиться тільки відображення виміряної
похибки в заданих оператором точках вимірювання, безпосередньо регулювання
здійснюється в ручному режимі. При цьому оператор проводить зміну
регулювального елемента кожного лічильника, похибка вимірювання якого
знаходиться за межами допустимої. Після цього необхідно повторне вимірювання
похибки і в разі незадовільного результату регулювання, проводити повторну підгонку
регулювального елемента лічильника. Ці операції вимагають великих витрат часу і
велику трудомісткість, а також існує ймовірність помилки, пов'язаної з так
званим людським фактором.
Найближчим з аналогів - прототипом є автоматична установка
для повірки однофазних лічильників електричної енергії типу ЕНЕРГОМІРА СУ001,
виробництва ВАТ "Концерн Енергоміра" ТУ 4222-036-46146329-2003.
Установка призначена для автоматичної повірки та регулювання електронних і
індукційних однофазних електролічильників активної енергії класу точності 1,0 і
менш точних.
Прототип складається з наступних вузлів: ЕОМ з програмою
верхнього рівня, однофазного джерела струму і напруги з зразковим лічильником і
блоком обробки інформації, а також зі стендів для підключення провіряються або
регульованих лічильників, оснащених блоком гальванічної розв'язки по ланцюгах
напруги (для забезпечення повірки лічильників, що мають замкнутий вхідний
ланцюг струму і напруги).
Недоліки прототипу також полягають у високій трудомісткості
процесу калібрування похибки лічильників електричної енергії, пов'язаної з
почергової підгонкою регулювального елемента оператором вручну.
Метою даного пристрою є зниження витрат часу на калібрування
і виключення безпосередньої участі людини в цьому процесі, тобто повна
автоматизація операції калібрування електронних лічильників електричної
енергії.
Загальні ознаки пропонованої корисної моделі з прототипом:
наявність ЕОМ, однофазного джерела струму і напруги з зразковим лічильником і
стендів для підключення випробовуваних лічильників.
Зазначена мета досягається тим, що до загальновідомих
ознаками додатково вводяться відмінні ознаки даної корисної моделі, такі як
блок управління, з'єднаний по паралельному інтерфейсу з кожним модулем
виконання, які в свою чергу через контактуючи пристрої підключаються до
лічильників.
Рис. 3.1. Структурна схема пристрою для автоматизованого
калібрування лічильників електричної енергії [4]
До ЕОМ 1, через СОМ-порт послідовного інтерфейсу RS232
підключений однофазне джерело струму і напруги з зразковим лічильником 2,
вихідні сигнали якого (струм і напруга), подаються на стенди підключення
лічильників 3. На фігурі зображено 3-и стенди, але їх може бути й більше . До
кожного стенду підключено до шести лічильників електричної енергії 4. Зворотній
зв'язок стендів 3 з однофазним джерелом струму і напруги з зразковим
лічильником 2 здійснюється по послідовному інтерфейсу RS485. До другого
СОМ-порту послідовного інтерфейсу RS232 ЕОМ 1 підключений блок управління 5,
який по паралельному інтерфейсу пов'язаний з модулями виконання 6. Модулі
виконання 6 через контактуючи пристрої 7 підключені до калібруючих лічильників
електричної енергії 4.
3.4
Підготовка до роботи пристрою для автоматизованого калібрування лічильників
Підготовка до роботи: У ЕОМ 1 у програмі верхнього рівня
вводяться точки вимірювання похибки, на підставі вимірів за якими буде
проводитися розрахунок середньої похибки лічильника, вводяться параметри
вимірювання (час усереднення, допуск похибки в кожній точці вимірювання) і
параметри калібрування (схема регулювального елемента лічильника з дискретним
дільником і калібрувальна таблиця).
Калібруючи лічильники 4 встановлюються на стенди 3 и до них
підключаються контактуючи пристрої 7.Після запуску програми з ЕОМ 1 по
інтерфейсу RS232 через другий СОМ-порт надходить команда на блок управління 5
на перевірку вихідного стану перемичок регулювального елемента лічильників,
блоком управління 5 проводиться послідовне опитування стану кожної перемички,
кожного лічильника через модуль виконання 6 і контактуючий пристрій 7.
Результат перевірки стану перемичок надходить з блоку управління 5 в ЕОМ 1 і
відображається програмою верхнього рівня. У випадку, якщо всі перемички для
кожного лічильника замкнуті, програма переходить до процесу вимірювання похибки
по заданих точках вимірювання. З ЕОМ 1 по першому СОМ-порту надходять команди
на однофазне джерело струму і напруги з зразковим лічильником 2, який в свою
чергу, керуючи стендами підключення лічильників 3, проводить вимірювання
похибки. Результати вимірювання надходять в ЕОМ 1, де програмою верхнього рівня
проводиться розрахунок середньої похибки, яку можна компенсувати видаленням
перемичок регулювального елемента кожного лічильника. На підставі регулювальної
таблиці проводиться визначення перемичок, які необхідно видалити для
компенсації похибки і по інтерфейсу посилається команда на виконання
регулювання в блок управління 5. Блоком управління 5 формується сигнал на
включення струмових ключів в модулі виконання 6. Токовий імпульс від
накопичувача енергії в блоці управління 5 подається через контактуючий пристрій
7 на лічильник 4, видаляючи (перепалюючи) перемички регулювального елемента
кожного лічильника. По завершенні видалення перемичок всіх регульованих
лічильників, блоком управління 5 посилається команда підтвердження виконання в
ЕОМ 1.
Приклад реалізації корисної моделі може бути наступним: Блок
1 - ЕОМ - це може бути будь-який персональний комп'ютер. Блоки 2, 3 і 4 -
однофазне джерело струму і напруги з зразковим лічильником, а також три стенди
з лічильниками можуть застосовуватися в складі установки для повірки однофазних
лічильників типу ЕНЕРГОМІРА СУ001/3-02-РО-К, ТУ 4222-036-46146329-2003, що
випускається ВАТ "Концерн Енергомера", г. Невінномиск.
Блок управління 5 може бути реалізований на PIC-контролері
типу PIC16F877A-I/P виробництва компанії MICROCHIP. В якості перетворювача
інтерфейсу можна використовувати мікросхему МАХ232АСРЕ виробництва компанії
MAXIM. Для реалізації управління струмовими ключами можна використовувати
комутатори верхнього і нижнього напруги типу IPC511G і IPC022G INTERNATIONAL
RECTIFIER. Накопичувач енергії блоку управління 5 можна виконати з набору
електролітичних конденсаторів, включених паралельно, загальна ємність яких
вибирається з розрахунку енергії, необхідної для видалення перемички
регулювального елемента лічильника. Модуль виконання 6 можна реалізувати на
електромеханічних реле типу RM-83-1011-35-1012-01 виробництва компанії RELPOL.
Кількість реле дорівнює кількості перемичок регулювального елемента одного
лічильника. Кількість модулів виконання дорівнює кількості підключаються
лічильників. Контактуючи пристрої 7 являють собою набір пружинних голок,
наприклад типу F722-06B-200G-300C, виробництва компанії FEINMETALL, геометрично
змонтовані в підставу для забезпечення попадання на контактні площадки на
друкованій платі лічильника. Для забезпечення надійності та довговічності
використання в умовах серійного виробництва ланцюга подачі струму від модуля
виконання можна виконати проводами підвищеної гнучкості. калібровка
лічильник електричний індуктивний
Таким чином, даний пристрій забезпечує зниження витрат часу
більш ніж в 2 рази в порівнянні з використанням загальновідомих пристроїв, отже
підвищується продуктивність праці оператора і знижуються вимоги до його
кваліфікації. Так як у виконанні процесу калібрування оператор безпосередньо не
бере участь, тобто калібрування проводиться повністю в автоматичному режимі,
забезпечується виключення випадкових помилок, викликаних людським чинником.
Пристрій для автоматизованого
калібрування однофазних лічильників електричної енергії, в якому до
електронно-обчислювальної машини, через послідовний інтерфейс, підключений
однофазний джерело струму і напруги з зразковим лічильником, а також стенд або
стенди для підключення випробовуваних лічильників, відмінне тим, що додатково
введено блок управління, з'єднаний по паралельному інтерфейсу з модулем
виконання, підключеним через контактуючий пристрій до кожного лічильника
електричної енергії.
Висновки
. В процесі виконання виробничої практики проведено
аналіз літературних джерел стосовно питань калібрування електричних індуктивних
лічильників активної та реактивної енергії.
. Встановлено, що спосіб автоматизованого калібрування
електронних вимірювальних пристроїв, заснований на вимірюванні значень похибки
вимірювального пристрою за заданими точками вимірювання, проведенні
автоматичного аналізу похибки і формуванню її в калібрувальний код, який
передається до вимірювального пристрою для калібрування похибки. Калібрування
електронних вимірювальних пристроїв проводиться записом калібровочного коду за
допомогою видалення РСВ провідників регулювального поля на платі шляхом подачі
імпульсів струму.
. Показано, що спосіб автоматизованого калібрування
електронних вимірювальних пристроїв відрізняється тим, що калібрувальний код
передається по шинному інтерфейсу з паралельною передачею.
. Проведено порівняльний аналіз різних методів
калібрування, та показано, що найбільш зручним є метод автоматизованого
калібрування з паралельною передачею коду по шинному інтерфейсу.
. Показано, що основними перевагами методу
автоматизованого калібрування з паралельною передачею коду по шинному
інтерфейсу є зниження витрат часу більш ніж в 2 рази в порівнянні з
використанням загальновідомих пристроїв; підвищення продуктивності праці
оператора і зниження вимог до його кваліфікації; забезпечується виключення
випадкових помилок, викликаних людським чинником.
Список
використаних джерел
1. Дорошенко
О.І. Компенсація реактивних перетоків в електричних мережах / О.І. Дорошенко,
Т.А. Хімчук, Д.Є. Шатілов. - Одеса: Промелектро, 2003. - 95 с.
. Що
таке реактивна електроенергія ? / Ю.В. Щербина, Д.Б. Банін, А.Д. Голота, та ін.
// Електрон. - Одеса: Промелектро, 2003. - Том ІІ. - С. 38-47.
. Вагин
Г.Я. Методы снижения потерь электрической энергии в электрических сетях 6, 10
кВ / Г.Я. Вагин, С.Н. Юртаев. - Н. Новгород: Вид-во Гладкова О.В., 2009. - 151
с.
. Пристрій
для автоматизованого калібрування лічильників електричної енергії / Р.Є.
Федорв, Ю.А. Суворов, О.В. Філатов // Корисні моделі. - Харків: Радіотехнік ,
2010. - №5 - С. 25-43.
. Борисов
А.М. Электротехника / А.М. Борисов. - Москава: Энергоатомиздат, 1985. - 552 с.
. Бессонов
А.В. Теоретические основы електротехніки / А.В. Бессонов. - Москва: Высшая
школа, 2003. - 435 с.
. Король
А.Н. Электроника и электротехника / А.Н. Король. - Москва: Высшая школа, 1987.
- 146 с.