PL154147B1 - Układ do pomiaru mocy w sieciach prądu przemiennego - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY 154 147 POLSKA

Patent dodatkowy do patentu nr--Zgłoszono: 86 12 24 (P. 263324)

Pierwszeństwo-Int. Cl.⁵ G01R 21/00

CmEEBU 8 fi Ó L H &

URZĄD

PATENTOWY

RP

Zgłoszenie ogłoszono: 88 09 15

Opis patentowy opublikowano: 1991 11 29

Twórcy wynalazku: Piotr Utrata, Bernard Baranowski, Wojciech Pieregalski,

Józef Krawczyk

Uprawniony z patentu: Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Metrologii Elektrycznej „Lumel“, Zielona Góra (Polska)

Układ do pomiaru mocy w sieciach prądu przemiennego

Przedmiotem wynalazku jest układ do pomiaru mocy w sieciach prądu przemiennego wykorzystujący zasadę mnożenia poprzez modulację amplitudy i szerokości impulsów.

Znany jest układ przetwornika mocy wykorzystujący zasadę mnożenia poprzez modulację amplitudy i szerokości impulsów zawierający zasilacz oraz komparator, którego pierwsze wejście połączone jest poprzez dzielnik napięciowy z obwodem wtórnym przekładnika napięciowego załączanego na wejście napięciowe obwodu kontrolowanego. Drugie wejście komparatora połączone jest z wyjściem generatora przebiegów trójkątnych. Wyjście komparatora połączone jest poprzez układ sterujący z pierwszym wejściem modulatora amplitudy, którego drugie wejście połączone jest z obwodem wtórnym przekładnika prądowego włączanego szeregowo z obwodem kontrolowanym. Układ ten jest stosowany do pomiaru mocy w obwodach jednofazowych, natomiast wykonanie pomiaru mocy w sieciach trójfazowych trójprzewodowych i trójfazowych czteroprzewodowych wymaga zastosowania dwóch bądź trzech takich układów o wyjściach połączonych z wejściami układu sumującego. Wyjście układu sumującego połączone jest poprzez filtr dolnoprzepustowy i wzmacniacz z przyrządem pomiarowym reagującym na wartość średnią sygnału, wartościowo odpowiadającego mierzonej mocy.

Zastosowanie w układzie do pomiaru mocy dwóch przekładników oddzielających galwanicznie przetwornik od obwodu kontrolowanego - w przypadku jednofazowego - lub czterech czy sześciu przekładników - w przypadku pomiaru w układzie trójfazowym wyklucza możliwość miniaturyzacji z uwagi na duże gabaryty przekładników, zwłaszcza napięciowych.

Układ do pomiaru mocy w sieciach prądu przemiennego według wynalazku wykorzystuje zasadę mnożenia przez modulację amplitudy i szerokości impulsów. Układ zawiera zasilacz, komparatory oraz generator przebiegów trójkątnych. Wyjścia komparatorów połączone są poprzez układy sterujące z pierwszymi wejściami modulatorów amplitudy, których drugie wejścia połączone są z obwodami wtórnymi przekładników prądowych włączonych szeregowo w obwód kontrolowany. Wyjścia modulatorów amplitudy połączone są z wejściami układu sumującego o wyjściu połączonym poprzez filtr dolnoprzepustowy i wzmacniacz z przyrządem pomiarowym

154 147 reagującym na wartość średnią przebiegu. Pierwsze wejścia komparatorów połączone są z wejściami napięciowymi obwodu kontrolowanego poprzez odpowiednie dzielniki wejściowe, których punkt wspólny stanowi jednocześnie masę układu. Drugie wejścia komparatorów połączone są z wyjściem generatora przebiegów trójkątnych.

W przypadku zastosowania układu według wynalazku w mierniku przetwornikowym, w którym układ i przyrząd pomiarowy stanowią konstrukcyjnie zwartą całość umieszczoną we wspólnej obudowie eliminującej możliwość porażenia elektrycznego obsługi, nie jest wymagana separacja galwaniczna obwodu kontrolowanego od obwodu wyjściowego. W tym przypadku układ zawiera jeden zasilacz, którego wejście połączone jest z pierwszym wejściem napięciowym albo z drugim wejściem napięciowym, albo z trzecim wejściem napięciowym obwodu kontrolowanego. Zasilacz w torze napięcia dodatniego ma pierwszy rezystor połączony z wejściem napięciowym obwodu kontrolowanego, a z drugiej strony jest połączony z anodą pierwszej diody o katodzie połączonej z katodą pierwszej diody Zenera i z wyjściem dodatnim zasilacza. Zasilacz w torze napięcia ujemnego ma drugi rezystor połączony z wejściem napięciowym obowdu kontrolowanego, a z drugiej strony z katodą drugiej diody o anodzie połączonej z anodą drugiej diody Zenera i z wyjściem ujemnym zasilacza. Katoda drugiej diody Zenera jest połączona z anodą pierwszej diody Zenera, który to punkt stanowi jednocześnie masę układu. Na wyjściu wzmacniacza włączony jest przyrząd pomiarowy analogowy wyskalowany w jednostkach mocy.

Zastosowanie układu według wynalazku w przetworniku mocy, do wyjścia którego dołączany jest zewnętrzny przyrząd pomiarowy, wymaga separacji galwanicznej wejściowych obwodów napięciowych i prądowych od obwodu wyjściowego. W tym przypadku pomiędzy komaparatorami a odpowiadającymi im układami sterującymi włączone są wejściowe układy sterujące, na wyjściu których znajdują się impulsowe transformatory oddzielające, a wejścia zasilające komparatorów, generatora przebiegów trójkątnych i wejściowych układów sterujących są połączone z pierwszym zasilaczem. Wejścia zasilające układów sterujących, modulatorów amplitudy, układu sumatora i wzmacniacza połączone są z drugim zasilaczem, oddzielonym galwanicznie od drugiego zasilacza. W przypadku zastosowania układu według wynalazku w mierniku cyfrowym mocy, wyjście wzmacniacza połączone jest z przetwornikiem analogowo-cyfrowym, na wyjściu którego załączone jest pole odczytowe. Wejścia zasilające poszczególnych bloków funkcjonalnych układu, łącznie z przetwornikiem analogowo-cyfrowym są połączone z wyjściowymi zaciskami zasilacza, oddzielonego galwanicznie od obwodu kontrolowanego.

Układ według wynalazku do pomiaru mocy w sieciach prądu przemiennego umożliwia budowę mierników przetwornikowych, mierników cyfrowych mocy i przetworników pomiarowych. Układ zawiera modulatory szerokości impulsów złożone z komparatorów i jednego wspólnego generatora przebiegów trójkątnych, co zasadniczo upraszcza układ. Ponadto dużą zaletą układu jest wyeliminowanie przekładników napięciowych o stosunkowo dużych gabarytach.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uproszczony schemat blokowy miernika przetwornikowego mocy do sieci trójfazowych czteroprzewodowych, fig. 2 schemat blokowy miernika cyfrowego mocy do sieci trójfazowej trójprzewodowej a fig. 3 schemat blokowy przetwornika mocy do sieci trójfazowej czteroprzewodowej.

W układzie miernika przetwornikowego mocy wejścia napięciowe Uwejl, Uwej2, Uwej3 połączone są poprzez odpowiednie dzielniki wejściwe Rii i R2t, Rl₂ i R2₂, RI3 i R2a, których punkt wspólny stanowi jednocześnie masę układu z pierwszymi wejściami komparatorów KI, K2, K3. Drugie wejścia komparatorów KI, K2, K3 są połączone z wyjściami generatora przebiegów trójkątnych GT. Wyjścia komparatorów KI, K2, K3 połączone są poprzez odpowiednie układy sterujące US1, US2, US3 z modulatorami amplitudy MAI, MA2, MA3, których wyjścia są połączone z wejściami układu sumującego S. Wyjście układu sumującego S połączone jest poprzez filtr dolnoprzepustowy F i wzmacniacz W z przyrządem pomiarowym analogowym M wyskalowanym w jednostkach mocy. Na wejściach prądowych lweel, lwej2, lwej3 załączone sąprzekładniki prądowe Tri, Tr2, Tr3, których uzwojenia wtórne połączone są z odpowiednimi modulatorami amplitudy MAI, MA2, MA3. Wejście zasilacza Z połączone jest z pierwszym wejściem napięciowym Uwejl.

154 147

Zasilacz Z w torze napięcia dodatniego ma pierwszy rezystor Rp połączony z jego wejściem, a z drugiej strony jest połączony z anodą pierwszej diody Dp o katodzie połączonej z katodą pierwszej diody Zenera DZp i z wyjściem dodatnim +Uz. W torze napięcia ujemnego zasilacz Z ma drugi rezystor Rm połączony z jego wejściem, a z drugiej strony jest połączony z katodą drugiej diody Dm o anodzie połączonej z anodą drugiej diody Zenera DZm i z wyjściem ujemnym -Uz. Katoda drugiej diody Zenera DZm jest połączona z anodą pierwszej diody Zenera DZp, który to punkt stanowi jednocześnie masę układu.

Układ działa w sposób niżej opisany. Na wyjściach komparatorów Kl, K2, K3 w wyniku zrównania się amplitudy przebiegu trójkątnego z amplitudami napięć wejściowych Uwejl, Uwej2, Uwej3 pojawiają się impulsy prostokątne o stałej częstotliwości i o wypełnieniu zależnym od wartości napięć wejściowych Uwejl, Uwej2, Uwej3. Impulsy te podawane są poprzez układy sterujące US1, US2, US3 na pierwsze wejścia modulatorów amplitudy MAI, MA2, MA3. Układy sterujące US1, US2, US3 zwiększają stromość zboczy przebiegów prostokątnych oraz ustalają poziomy napięć tych przebiegów akceptowane przez modulatory MAI, MA2, MA3. Na drugie wejścia modulatorów amplitudy MAI, MA2, MA3 podawane są przebiegi proporcjonalne do wartości prądów wejściowych Iweel, Iwej2, Iwej3. W modulatorach amplitudy MAI, MA2, MA3 następuje modulcja amplitudy przebiegów proporcjonalnych do wartości prądów wejściowych Iwejl, Iwej2, IwejŚ w takt sygnałów podawanych z układów sterujących US1, US2, US3. Sygnały wyjściowe modulatorów amplitudy MAI, MA2, MA3 podawane są na układ sumujący S, gdzie następuje sumowanie wartości proporcjonalnych do mocy pobieranych przez poszczególne fazy obwodu kontrolowanego. Sygnał wyjściowy z układu sumującego S po przejściu przez filtr dolnoprzepustowy F jest proporcjonalny do mocy pobieranej przez obwód kontrolowany, a współczynnik proporcjonalności jest korygowany przez wzmacniacz W, którego sygnał wyjściowy steruje przyrządem pomiarowym M wyskalowanym w jednostkach mocy.

Miernik cyfrowy mocy, pokazany na fig. 2, do sieci trójfazowej trójprzewodowej wykorzystuje zasadę sumowania zmierzonych mocy zastosowaną w układzie Arona. Napięcie wejściowe Uwej2 jest połączone bezpośrednio z masą układu, a zasilacz Z jest odseparowany galwanicznie od obwodu kontrolowanego. Wyjście wzmacniacza W połączone jest z przetwornikiem analogowocyfrowym A/C, na wyjściu którego załączone jest pole odczytowe VC. Wejścia zasilające poszczególnych bloków funkcjonalnych układów, łącznie z przetwornikiem analogowo-cyfrowym A/C są połączone z wyjściowymi zaciskami zasilacza Z.

W układzie przetwornika mocy, pokazanym na fig. 3, pomiędzy komparatorami Kl, K2, K3 a odpowiadającymi im układami sterującymi US1, US2, US3 włączone są wejściowe układy sterujące US'l, US'2, US'3, na wyjściu których znajdują się impulsowe transformatory oddzielające OG1, OG2, OG3. Komparatory Kl, K2, K3, generator przebiegów trójkątnych GT i wejściowe układy sterujące US'l, US'2, US'3 są połączone z zasilaczem Zl. Natomiast układy sterujące US1, US2, US3, modulatory amplitudy MAI, MA2, MA3 oraz układ sumatora S i wzmacniacz W są połączone z drugim zasilaczem Z2, oddzielonym galwanicznie od pierwszego zasilacza Zl.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ do pomiaru mocy w prądu przemiennego wykorzystujący rasadę mnożenia przez modulację amplitudy i szerokości impulsów zawierający komparatory, generator przebiegów trójkątnych i zasilacz, przy czym wyjścia komparatorów połączone są poprzez układy sterujące z pierwszymi wejściami modulatorów amplitudy, których drugie wejścia połączone są z obwodami wtórnymi przekładników prądowych włączanych szeregowo w obwód kontrolowany, zaś wyjścia modulatorów amplitudy połączone są z wejściami układu sumującego o wyjściu połączonym poprzez filtr dolnoprzepustowy i wzmacniacz z przyrządem pomiarowym reagującym na wartość średnią przebiegu, znamienny tym, że pierwsze wejścia komparatorów (Kl, K2,..., Kn) połączone są z wejściami napięciowymi (Uweel, Uwej2,... Uwejn) obwodu kontrolowanego poprzez odpowiednie dzielniki wejściowe (Rli, RI2,... Rln), i (R2i,R22, ...R2a), których punkt wspólny stanowi jednocześnie masę układu, natomiast drugie wejścia komparatorów (Kl, K2,..., Kn) połączone są z wyjściem generatora przebiegów trójkątnych (GT).

   154 147
2. 2. Układ do pomiaru mocy w sieciach prądu przemiennego według zastrz. 1, znamienny tym, że wejście zasilacza (Z) jest połączone z pierwszym wejściem napięciowym (Uwejl) albo drugim wejściem napięciowym (Uwej2), albo trzecim wejściem napięciowym (Uwej3) obwodu kontrolowanego.
3. 3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że zasilacz (Z) w torze napięcia dodatniego ma pierwszy rezystor (Rp) połączony z wejściem napięciowym obwodu kontrolowanego, a z drugiej strony jest połączony z anodą pierwszej diody (Dp) o katodzie połączonej z katodą pierwszej diody Zenera (DZp) i z wyjściem dodatnim ( + Uz), natomiast w torze napięcia ujemnego zasilacz (Z) ma drugi rezystor (Rm) połączony z wejściem napięciowym obowdu kontrolowanego, a z drugiej strony z katodą drugiej diody (Dm) o anodzie połączonej z anodą drugiej diody Zenera (DZm) i z wyjściem ujemnym (-Uz), zaś katoda drugiej diody Zenera (DZm) jest połączona z anodą pierwszej diody Zenera (DZp), który to punkt stanowi jednocześnie masę układu.
4. 4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że wyjście wzmacniacza (W) połączone jest z przyrządem pomiarowym analogowym (M) wyskalowanym w jednostkach mocy.
5. 5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy komparatorami (KI, K2,...,Kn), a odpowiadającymi im układami sterującymi (US1, US2,..., USn) włączone są wejściowe układy sterujące (US'l, US'2,..., US'n),na wyjściu których znajdują się impulsowe transformanty oddzielające (OG1, OG2,...,OGn), a wejścia zasilające komparatorów (KI, K2,..., Kn), generatora przebiegów trójkątnych (GT) i wejściowych układów sterujących (US'l, US'2,...,US'n) są połączone z pierwszym zasilaczem (Zl), natomiast wejścia zasilające układów sterujących (US1, US2,...,USn), modulatorów amplitudy (MAI, MA2,...,MAn), układu sumatora (S) i wzmacniacza (W) połączone są z drugim zasilaczem (Z2) oddzielonym galwanicznie od pierwszego zasilacza (Zl).
6. 6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wyjście wzmacniacza (W) połączone jest z przetwornikiem analogowo-cyfrowym (A/C), na wyjściu którego załączone jest pole odczytowe (VC), zaś zasilacz (Z) jest oddzielony galwanicznie od obwodu kontrolowanego.

   Fig 1

   Fig.2

   Fig 3

   ZOkład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz. Cena 3000 zł