Результат интеллектуальной деятельности: Таймер - электросчётчик мобильный портативный трёхфазный с радиоканалом передачи данных

Изобретение относится к электронно-измерительной технике, в частности к области контроля режимов работы оборудования и предназначена для мобильного измерения времени работы электроприёмника (или участка сети) и оценки потреблённого им количества электроэнергии без нарушения изоляции питающего провода.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство таймер – электросчётчик мобильный портативный, включающее в себя микроконтроллер, блок индикации и сигнализации, съемный датчик тока с преобразователем тока в напряжение, состоящим из магнитопровода с зазором, компенсационной обмотки, двух резисторов, шунтирующего резистора и конденсатора, при этом выходы датчика тока соединены через схемы интерфейса непосредственно ко входам микроконтроллера, выходы которого подключены к входу блока индикации и сигнализации, причем один выход компенсационной обмотки непосредственно подключен ко входу микроконтроллера, а второй выход ко входам резисторов, выход первого резистора соединен с заземлением, а выход второго со вторым входом микроконтроллера, при этом конденсатор подключен ко входу и выходу первого резистора, а выходы шунтирующего резистора соединены со выходами компенсационной обмотки (патент РФ №191056, МПК G01R19/00, опубл. 22.07.2019, Бюл. №21).

Недостатком известного устройства является его ограниченная область применения, так как оно не способно фиксировать текущие и максимальные значения мощности и тока, зафиксированные в момент измерения в трёхфазной сети. Более того, известное устройство производит расчет мощности и потреблённой электрооборудованием или участком цепи количества электроэнергии, основываясь только на показаниях датчика тока, так как не имеет возможности фиксировать значения напряжения цепи, что приводит к неточности показаний измерения мощности и потреблённого электрооборудованием или участком цепи количества электроэнергии. Также известное устройство не способно вести запись полученных значений на внешний накопитель.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение функциональных возможностей измерения временных и энергетических характеристик режимов работы электрооборудования или участка трёхфазной цепи без нарушения изоляции питающего провода, с использованием измерения напряжения, а также с записью полученных значений на внешний накопитель.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность фиксировать текущие и максимальные значения мощности, тока, напряжения, зафиксированные в момент измерения в трехфазной сети, вести фиксацию потреблённого электрооборудованием или участком цепи количества электроэнергии без нарушения изоляции питающего провода, вести запись полученных данных на внешний накопитель за счет того, что таймер – электросчётчик мобильный портативный трёхфазный снабжен тремя съёмными датчиками тока с преобразователем тока в напряжение, датчиком напряжения, радиомодулями, блоком часов реального времени, блоком записи данных на внешний накопитель.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемый таймер – электросчётчик мобильный портативный трёхфазный с радиоканалом передачи данных, содержащий два микроконтроллера, блок индикации и сигнализации, согласно изобретению, снабжен тремя съёмными датчиками тока с преобразователем тока в напряжение, состоящими из магнитопроводов с зазором, компенсационных обмоток, шести резисторов, трех шунтирующих резисторов и трех конденсаторов, при этом выходы датчиков тока соединены через схемы интерфейса непосредственно ко входам первого микроконтроллера, причем одни выходы компенсационных обмоток непосредственно подключены ко входам первого микроконтроллера, а вторые выходы ко входам резисторов, выходы первого, второго и третьего резисторов соединены с заземлением, а выход четвертого, пятого и шестого со вторым входом микроконтроллера, при этом конденсаторы подключены ко входу и выходу первого, второго и третьего резисторов, а выходы шунтирующих резисторов соединены с выходами компенсационных обмоток; радиомодулями, блоком записи данных на внешний накопитель, блоком часов реального времени, при этом выходы второго радиомодуля, блока записи данных на внешний накопитель, блока часов реального времени подключены непосредственно ко входам второго микроконтроллера, выходы первого радиомодуля подключены непосредственно ко входам первого микроконтроллера; датчиком напряжения, входы которого подключены к двум входам устройства, а выходы, ко входам первого микроконтроллера.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена общая схема таймера – электросчётчика мобильного портативного трёхфазного с радиоканалом передачи данных, на фиг. 2 показан преобразователь тока в напряжение для датчиков тока.

Таймер – электросчётчик мобильный портативный трёхфазный с радиоканалом передачи данных (ТЭМП-3-W) для измерения параметров электрической сети содержит датчики тока с преобразователем тока в напряжение ДТ1-ДТ3, датчик напряжения ДН4, проводники П5-П8, микроконтроллеры МК9-МК10, блок индикации и сигнализации БИС11, блок часов реального времени БЧРВ12, блок записи данных БЗД13, радиомодули РМ14-РМ15. Преобразователь тока в напряжение для датчиков тока содержит шунтирующие резисторы Р16-Р18, шесть резисторов Р19-Р24, конденсаторы К25-К27.

Выходы первого радиомодуля РМ14 подключены к входам первого микроконтроллера МК1, выходы второго радиомодуля РМ15, блока записи данных на внешний накопитель БЗД13 и блока часов реального времени БЧРВ12 подключены непосредственно к входам второго микроконтроллера МК10. Выходы второго микроконтроллера МК10 подключены к входу блока индикации и сигнализации БИС11. Входы датчика напряжения ДН4 подключены к двум входам устройства, а выходы, к входам первого микроконтроллера МК9. Выходы 34-36 компенсационных обмоток Ко28-Ко30 непосредственно подключены к входам первого микроконтроллера МК9, а вторые выходы к входам резисторов. Выходы резисторов Р20, Р22, Р24 соединены с заземлением, а выходы резисторов Р19, Р21, Р23 со входом микроконтроллера МК9. Конденсаторы К25-К27 подключены к входам и выходам резисторов Р20, Р22, Р24, а выходы шунтирующих резисторов Р16-Р18 соединены с выходами компенсационных обмоток Ко28-Ко30.

Таймер – электросчётчик мобильный портативный трёхфазный с радиоканалом передачи данных работает следующим образом.

Датчики тока ДТ1-ДТ3 одеваются на фазовые проводники П5-П7 и при протекании переменного тока по проводникам П5-П7, передают сигнал в виде напряжения на первый микроконтроллер МК9. Микроконтроллер МК9, выполненный на базе ATmega2560, обрабатывает этот сигнал и выполняет необходимые расчеты. Датчики тока с преобразователем тока в напряжение ДТ1-ДТ3 предназначены для определения силы переменного тока в электрических цепях и состоят из магнитопроводов с зазорами М31-М33, компенсационных обмоток Ко28-Ко30, шунтирующих резисторов Р16-Р18, резисторов Р19-Р24 и конденсаторов К25-К27. При протекании переменного тока по проводникам П5-П7 , в магнитопроводах с зазорами М31-М33 возникнет ЭДС, которая снимается компенсационными обмотками Ко28-Ко30. Ток на выходе компенсационных обмоток Ко28-Ко30 пропорционален измеряемому. Коэффициент пропорциональности зависит от числа витков обмотки. Так как аналоговые входы микроконтроллера МК9 измеряют напряжение, а выходные сигналы с компенсационных обмоток Ко28-Ко30 токовые, необходимо их преобразовать в напряжение. Для преобразования тока на выходе компенсационных обмоток в напряжение служат шунтирующие резисторы Р16-Р18. Резисторы Р19-Р24 необходимы для смещения напряжения в допустимый для микроконтроллера диапазон. Конденсаторы К25-К27 с низким реактивным сопротивлением обеспечивают путь для переменного тока в обход резисторов. Таким образом, преобразованный аналоговый сигнал с датчиков тока ДТ1-ДТ3, обрабатывается микроконтроллером МК9 с помощью разработанного программного обеспечения.

Один вход датчика напряжения ДН4 подключается к нулевому проводнику П8, второй к одному из фазных проводников П5-П7. Выходы датчика напряжения ДН4 подключаются к входам первого микроконтроллера МК9. Датчик напряжения ДН4 измеряет входное напряжение сети, подаваемое на электроэнергетическое оборудование, преобразовывает его в аналоговый сигнал и передает в первый микроконтроллер МК9.

Первый микроконтроллер МК9 выполняет обработку данных полученных с датчиков тока ДТ1-ДТ3. Если измеряемые значения токов равны нулю, то это означает отсутствие нагрузки на исследуемом электрооборудовании или участке цепи, если значения с датчиков тока ДТ1-ДТ3 превысят токовые уставки, установленные в первом микроконтроллере МК9, то включается счетчик времени наработки электрооборудования или участка цепи.

Первый радиомодуль РМ14 выполненный на базе NRF24L01, работает в режиме передатчика. Первый микроконтроллер МК9 отправляет данные на радиомодуль РМ14, который транслирует все полученные данные на частоте 2.4 ГГц. Второй радиомодуль РМ15 выполненный на базе NRF24L01, работает в режиме приемника. Второй микроконтроллер МК10 принимает эти данные и передает их на блок индикации и сигнализации БИС11.

Одновременно с помощью блока записи данных БЗД13 происходит запись всех контролируемых данных на внешний накопитель. Блок часов реального времени БЧРВ12 производит привязку этих данных к реальным времени и дате.

Предлагаемое изобретение позволяет осуществить мобильное измерение текущих и максимальных значений мощности, тока, напряжения, в трехфазной сети, вести фиксацию потреблённого электрооборудованием или участком цепи количества электроэнергии без нарушения изоляции питающего провода, а также позволяет выявлять хищения электроэнергии при обходах потребителей, в том числе трёхфазных; составлять энергобаланс объектов при проведении энергоаудита; определять коэффициенты, характеризующие время использования оборудования, режимов его работы (ПН, ПК и т.п.); уточнять правильность выбора проводов и кабелей; исследовать суточные графики нагрузки, что приведет к уменьшению недоотпуска электроэнергии потребителям, повышению надежности и эффективности систем электроснабжения потребителей и фиксации реальных режимов работы трёхфазной сети.