RU163767U1 - Измерительный преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное - Google Patents

Abstract

1. Измерительный преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий шесть резисторов и многоплечий диодный мост, выход которого соединен с выходом преобразователя, отличающийся тем, что дополнительно введены трехфазный трансформатор, имеющий первичную обмотку, соединенную в звезду и присоединенную к сети, и две вторичных обмотки, первая из которых соединена в звезду, а вторая - в треугольник, и шесть сумматоров, причем выводы первой и второй вторичных обмоток трансформатора присоединены к первым выводам соответственно первых трех и вторых трех резисторов, соединенных в звезду, вторые выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала, первый вывод первого резистора соединен со вторым входом второго сумматора и первым входом третьего сумматора, первый вывод второго резистора соединен с первым входом первого сумматора и вторым входом третьего сумматора, первый вывод третьего резистора соединен со вторым входом первого сумматора и первым входом второго сумматора, первый вывод четвертого резистора соединен со вторым входом пятого сумматора и первым входом шестого сумматора, первый вывод пятого резистора соединен с первым входом четвертого сумматора и вторым входом шестого сумматора, первый вывод шестого резистора соединен со вторым входом четвертого сумматора и первым входом пятого сумматора, а выводы вторичных обмоток трансформатора и выходы сумматоров соединены с входами многоплечего диодного моста.2. Измерительный преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное по п. 1, отличающийся тем, что каждый сумматор содержит операционный усилитель и четыре резистора, причем

Description

Полезная модель относится к области измерения параметров электрической энергии и может быть использовано в устройствах измерения трехфазного переменного напряжения или тока, а также в устройствах автоматики и релейной защиты.

Известно устройство для измерения трехфазного напряжения [патент RU №2314630, МПК⁸ Н02М 7/00, G01R 29/16, опубл. 10.01.2008 г.], содержащее трехфазный мостовой выпрямитель, выполненный на диодах. Выходные выводы выпрямителя, являющиеся выходными выводами датчика, предназначены для присоединения цепи нагрузки. Во входные цепи переменного тока, подключенные к соответствующим фазам измеряемого источника напряжения, включены резисторы.

Недостатком данного устройства является низкая чувствительность и ограниченный динамический диапазон из-за значительного внутреннего сопротивления устройства.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является измерительный преобразователь многофазного напряжения в постоянное [Авторское свидетельство СССР №1684702 МПК⁸ G01R 19/22, опубл. 15.10.1991 г.], содержащий выводы, предназначенные для подключения к фазам переменного напряжения, резистивные делители и многоплечий диодный мост, выход которого соединен с выходом преобразователя.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком данного преобразователя является его большое внутреннее сопротивление, обусловленное применением с целью расщепления фаз резистивных делителей, в результате выходное напряжение сильно зависит от нагрузки. Потеря мощности выходного сигнала приводит к снижению эффективности преобразования, чувствительности и рабочего диапазона. Кроме того, внутреннее сопротивление для различных фаз многофазного источника оказываются различным, что искажает форму синусоид и увеличивает пульсации выходного напряжения, а, следовательно, снижает точность преобразования.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение чувствительности и точности преобразователя за счет снижения его внутреннего сопротивление.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный измерительный преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий шесть резисторов и многоплечий диодный мост, выход которого соединен с выходом преобразователя, дополнительно введены трехфазный трансформатор, имеющий первичную обмотку, соединенную в звезду и присоединенную к сети, и две вторичных обмотки, первая из которых соединена в звезду, а вторая - в треугольник, и шесть сумматоров, причем выводы первой и второй вторичных обмоток трансформатора присоединены к первым выводам соответственно первых трех и вторых трех резисторов, соединенных в звезду, вторые выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала, первый вывод первого резистора соединен со вторым входом второго сумматора и первым входом третьего сумматора, первый вывод второго резистора соединен с первым входом первого сумматора и вторым входом третьего сумматора, первый вывод третьего резистора соединен со вторым входом первого сумматора и первым входом второго сумматора, первый вывод четвертого резистора соединен со вторым входом пятого сумматора и первым входом шестого сумматора, первый вывод пятого резистора соединен с первым входом четвертого сумматора и вторым входом шестого сумматора, первый вывод шестого резистора соединен со вторым входом четвертого сумматора и первым входом пятого сумматора, а выводы вторичных обмоток трансформатора и выходы сумматоров соединены с входами многоплечего диодного моста. Каждый сумматор содержит операционный усилитель и четыре резистора, причем первые выводы первого, второго и третьего резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора и выходом сумматора, первый и второй входы которого подключены соответственно ко вторым выводам первого и третьего резисторов, а неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.

Существенными отличиями предлагаемого преобразователя является введение трехфазного трансформатора, шести сумматоров и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения чувствительности и точности преобразователя.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя, на фиг. 2 - схема сумматоров, на фиг. 3 - векторные диаграммы напряжений u_1-1-u_1-6 и u_2-1-u_2-6.

Преобразователь (фиг. 1) содержит трехфазный трансформатор 1, имеющий первичную обмотку W₁, соединенную в звезду и присоединенную к сети, и две вторичных обмотки, первая из которых W₂ соединена в звезду, а вторая W₃ - в треугольник, шесть резисторов 2-7, шесть сумматоров 8-13 и многоплечий диодный мост 14, причем выводы первой W₂ и второй W₃ вторичных обмоток трансформатора 1 присоединены к первым выводам соответственно первых трех 2-4 и вторых трех 5-7 резисторов, соединенных в звезду, вторые выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала, первый вывод резистора 2 соединен со вторым входом сумматора 9 и первым входом сумматора 10, первый вывод резистора 3 соединен с первым входом сумматора 8 и вторым входом сумматора 10, первый вывод резистора 4 соединен со вторым входом сумматора 8 и первым входом сумматора 9, первый вывод резистора 5 соединен со вторым входом сумматора 12 и первым входом сумматора 13, первый вывод резистора 6 соединен с первым входом сумматора 12 и вторым входом сумматора 13, первый вывод резистора 7 соединен со вторым входом сумматора 11 и первым входом сумматора 12, а выводы вторичных обмоток трансформатора W₂, W₃ и выходы сумматоров 8-13 соединены с входами многоплечего диодного моста 14.

Сумматоры 8-13 выполнены инвертирующими. Каждый сумматор (фиг. 1) содержит операционный усилитель 15 и четыре резистора 16-19, причем первые выводы резисторов 16-18 подключены к инвертирующему входу операционного усилителя 15, выход которого соединен со вторым выводом резистора 17 и выходом сумматора 15, первый и второй входы которого подключены соответственно ко вторым выводам резисторов 16, 18, а неинвертирующий вход операционного усилителя 15 соединен с первым выводом резистора 19, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.

Преобразователь работает следующим образом.

На резисторах 2-4 формируются векторы фазных напряжений u_1-1-u_1-3 вторичной обмотки W₂ трехфазного трансформатора 1, сдвинутые между собой на угол 120°. При этом за начало отсчета принята фаза вектора напряжения u_1-1 на резисторе 2. На резисторах 5-7 формируются векторы фазных напряжений u_1-4-u_1-6 вторичной обмотки W₃ трансформатора 1, также сдвинутые между собой на угол 120°. В связи с тем, что вторичная обмотки W₃ трансформатора 1 соединена в треугольник, то векторы фазных напряжений u_1-4-u_1-6 вторичной обмотки W₃ отстают от соответствующих векторы фазных напряжений u_1-1-u_1-3 на угол 30° (фиг. 3). Причем для выравнивания модулей исходных векторов напряжений количество витков вторичной обмотка W₃ выбрано в

раз больше количества витков вторичной обмотки W₂.

На выходах сумматоров 8-10 формируется трехфазная система векторов напряжений u_2-1-u_2-3, отстающих от векторов напряжений u_1-1-u_1-3 на угол 15°. Причем для повышения точности векторы напряжений u_2-1-u_2-3 формируются посредством сложения соответственно векторов напряжений u_1-2 и u_1-3, u_1-3 и u_1-1, u_1-1 и u_1-2 с последующим инвертированием. На выходах инвертирующих сумматоров 11-13 формируется трехфазная система векторов напряжений u_2-4-u_2-6, отстающих от векторов напряжений u_1-4-u_1-6 на угол 15°. Векторы напряжений u_2-4-u_2-6 формируются посредством сложения соответственно векторов напряжений u_1-5 и u_1-6, u_1-6 и u_1-4, u_1-4 и u_1-5 с последующим инвертированием (фиг. 3). Для обеспечения фазового сдвига векторов выходных напряжений u_2-1-u_2-6 сумматоров 8-13 на 15° величины сопротивлений резисторов 16-19 выбираются из соотношений:

R₁₆=0,816·R₁₇; R₁₈=1,115·R₁₇;

R₁₉=(R₁₆R₁₈+R₁₆R₁₇+R₁₈R₁₇)/(R₁₆+R₁₇+R₁₈).

В результате на входах многоплечего диодного моста 14 формируется двенадцатифазная система напряжений u_1-1-u_1-6, u_2-1-u_2-6 (фиг. 2):

u_1-1=U_фmsinωt; u_1-2=U_фmsin(ωt-120°); u_1-3=U_фmsin(ωt+120°);

u_1-4=U_фm(sinωt-30°); u_1-5=U_фmsin(ωt-150°); u_1-6=U_фmsin(ωt+90°);

u_2-1=U_фm(sinωt-15°); u_2-2=U_фmsin(ωt-135°); u_2-3=U_фmsin(ωt+105°);

u_2-4=U_фm(sinωt-45°); u_2-5=U_фmsin(ωt-165°); u_2-6=U_фmsin(ωt+75°).

Многофазное напряжение выпрямляется диодным мостом 14, на выходе которого формируется напряжение постоянного тока с коэффициентом пульсаций, определяемым фазностью системы напряжений.

Таким образом, применение в преобразователе сумматоров 8-13 позволяет значительно снизить его внутреннее сопротивление, в результате чего повышается чувствительность и точность измерения напряжения во всем динамическом диапазоне входного сигнала.

Для расширения динамического диапазона входного напряжения в области малых сигналов выпрямитель 14 необходимо выполнять на диодах Шоттки. Для уменьшения коэффициента пульсаций и увеличения точности следует увеличить количество сумматоров при одновременном уменьшении угла сдвига фаз.

Claims (2)

1. Измерительный преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий шесть резисторов и многоплечий диодный мост, выход которого соединен с выходом преобразователя, отличающийся тем, что дополнительно введены трехфазный трансформатор, имеющий первичную обмотку, соединенную в звезду и присоединенную к сети, и две вторичных обмотки, первая из которых соединена в звезду, а вторая - в треугольник, и шесть сумматоров, причем выводы первой и второй вторичных обмоток трансформатора присоединены к первым выводам соответственно первых трех и вторых трех резисторов, соединенных в звезду, вторые выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала, первый вывод первого резистора соединен со вторым входом второго сумматора и первым входом третьего сумматора, первый вывод второго резистора соединен с первым входом первого сумматора и вторым входом третьего сумматора, первый вывод третьего резистора соединен со вторым входом первого сумматора и первым входом второго сумматора, первый вывод четвертого резистора соединен со вторым входом пятого сумматора и первым входом шестого сумматора, первый вывод пятого резистора соединен с первым входом четвертого сумматора и вторым входом шестого сумматора, первый вывод шестого резистора соединен со вторым входом четвертого сумматора и первым входом пятого сумматора, а выводы вторичных обмоток трансформатора и выходы сумматоров соединены с входами многоплечего диодного моста.

2. Измерительный преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное по п. 1, отличающийся тем, что каждый сумматор содержит операционный усилитель и четыре резистора, причем первые выводы первого, второго и третьего резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора и выходом сумматора, первый и второй входы которого подключены соответственно ко вторым выводам первого и третьего резисторов, а неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.

Images