RU189666U1

RU189666U1 - Устройство для измерения частоты трехфазного синусоидального напряжения

Info

Publication number: RU189666U1
Application number: RU2019109304U
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Колесников
Original assignee: Евгений Борисович Колесников
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2019-05-30

Abstract

Полезная модель относится к области измерения параметров электрической энергии и может быть использована в устройствах измерения частоты трехфазного переменного напряжения или тока, а также в устройствах автоматики и релейной защиты. Устройство содержит трехфазный мостовой выпрямитель, два измерительных резистора, сумматор, пиковый детектор, дифференциатор, делительное устройство, блок выделения модуля и фильтр нижних частот, причем первый, второй и третий входы трехфазного мостового выпрямителя подключены соответственно к первому, второму и третьему фазным проводам трехфазного напряжения, плюсовой вывод выпрямителя соединен с первым входом сумматора и через первый измерительный резистор соединен с нейтральным проводом, минусовой вывод выпрямителя соединен со вторым входом сумматора и через второй измерительный резистор соединен с нейтральным проводом, выход сумматора соединен с входом дифференциатора, выход которого соединен с первым входом делительного устройства, выход которого соединен с входом блока выделения модуля, а второй вход делительного устройства соединен с выходом пикового детектора, вход которого подключен к первому фазному проводу трехфазного напряжения, а выход блока выделения модуля соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом устройства.Техническим результатом при реализации заявленного решения является повышение точности измерения частоты. 2 ил.

Description

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

Известен измеритель частоты [Авторское свидетельство СССР №458774 МПК⁸ G01R 23/00, опубл. 30.01.1975 г.], содержащий последовательно соединенные усилитель-ограничитель, дозирующий конденсатор и диодный разветвитель, образованный двумя диодами, дифференциальный усилитель постоянного тока с параллельной RC-цепью в цепи обратной связи и индикатор.

Недостатком данного устройства является то, что постоянная времени RC-цепи фильтра нижних частот выбирается достаточно большой исходя из заданной величины пульсаций выходного напряжения на самой низкой рабочей частоте. Поэтому в широком диапазоне изменения частоты входного сигнала устройство обладает низким быстродействием.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является устройство для измерения частоты трехфазного синусоидального напряжения [Авторское свидетельство СССР №577469 МПК⁸ G01R 23/02, опубл. 25.10.1977 г.], содержащее трехвходовой компаратор, дешифратор, блок ключей, пиковый детектор, блок выделения модуля, последовательно соединенные дифференциатор и делительное устройство, причем входы компаратора соединены с входами фаз трехфазного напряжения и с тремя управляемыми входами блока ключей, а выходы компаратора через дешифратор подключены к управляющему входу блока ключей, объединенный выход которых подсоединен к входу дифференциатора, при этом вход пикового детектора подключен к первому входу трехвходового компаратора, а выход пикового детектора подключен к первому входу делительного устройства, выход которого подключен к входу блока выделения модуля.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком данного устройства является невысокая точность измерения частоты, обусловленная большим числом преобразований входных сигналов и пульсациями выходного напряжения. Кроме того, неидеальность и неидентичность ключей в блоке ключей приводит к появлению дополнительных низкочастотных пульсаций в выходном напряжении, что требует уменьшения частоты среза выходного фильтра нижних частот, предназначенного для сглаживания пульсаций. Это приводит к снижению быстродействия устройства и дополнительному снижению точности измерения частоты в переходных режимах.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности измерения частоты.

Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство для измерения частоты трехфазного синусоидального напряжения, содержащее дифференциатор, делительное устройство, пиковый детектор и блок выделения модуля, причем выход дифференциатора соединен с первым входом делительного устройства, выход которого соединен с входом блока выделения модуля, а второй вход делительного устройства соединен с выходом пикового детектора, вход которого подключен к первому фазному проводу трехфазного напряжения, дополнительно введены трехфазный мостовой выпрямитель, первый и второй измерительные резисторы, сумматор и фильтр нижних частот, причем первый, второй и третий входы трехфазного мостового выпрямителя подключены соответственно к первому, второму и третьему фазным проводам трехфазного напряжения, плюсовой вывод выпрямителя соединен с первым входом сумматора и через первый измерительный резистор соединен с нейтральным проводом, минусовой вывод выпрямителя соединен со вторым входом сумматора и через второй измерительный резистор соединен с нейтральным проводом, выход сумматора соединен с входом дифференциатора, а выход блока выделения модуля соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом устройства.

Существенными отличиями предлагаемого устройства является введение трехфазного мостового выпрямителя, первого и второго измерительных резисторов, сумматора, фильтра нижних частот и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения точности измерения частоты.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений u_ф, u₁-u₄, u₆ и u_вых.

Устройство для измерения частоты трехфазного синусоидального напряжения (фиг. 1) содержит трехфазный мостовой выпрямитель 1, первый и второй измерительные резисторы 2, 3, сумматор 4, пиковый детектор 5, дифференциатор 6, делительное устройство 7, блок выделения модуля 8 и фильтр нижних частот 9.

Устройство работает следующим образом. На входы трехфазного мостового выпрямителя 1 поступают соответственно напряжения u_A, u_B, u_C, пропорциональные фазным напряжениям сети (фиг. 2):

где U_mф - амплитуда фазного напряжения; со - круговая частота фазного напряжения.

В результате выпрямления положительных полуволн фазных напряжений u_A, u_B, u_C, на плюсовом выводе выпрямителя 1 формируется пульсирующее постоянное напряжение u₁ положительной полярности (фиг. 2).

В результате выпрямления отрицательных полуволн фазных напряжений u_A, u_B, u_C, на минусовом выводе выпрямителя 1 формируется пульсирующее постоянное напряжение u₂ отрицательной полярности (фиг. 2).

Выходные напряжения u₁ и u₂ с выхода выпрямителя 1 подаются на входы сумматора 4, на выходе которого после операции суммирования формируется переменное напряжение и₃, имеющее форму близкую к треугольной (фиг. 2).

В результате дифференцирования дифференциатором 6 напряжения u₃ на его выходе формируется переменное напряжение u₄, по форме близкой к прямоугольной. Для исключения влияния величины фазного напряжения на измеряемую частоту, в делительном устройстве 7 выходное напряжение u₄ дифференциатора 6 делится на амплитуду фазного напряжения u_mф, вырабатываемого пиковым детектором 5 (фиг. 2).

После выпрямления переменного напряжения u₅ в блоке выделения модуля 8, на его выходе формируется постоянное напряжение u₆, содержащее незначительные пульсации, которые эффективно сглаживаются фильтром нижних частот 9, имеющим небольшую постоянную времени.

В результате на выходе фильтра нижних частот 9 и на выходе устройства формируется постоянное напряжение u_вых, которое не содержит переменной составляющей, а его величина пропорциональна измеряемой частоте со трехфазного синусоидального напряжения сети.

Таким образом, в предлагаемой полезной модели существенно уменьшено количество преобразований сигналов, а, следовательно, повышается точность измерения частоты.

При практической реализации предлагаемого устройства трехфазный мостовой выпрямитель 1 выполнен по известной схеме Ларионова. Сумматор 4 представляет собой обычный двухвходовой сумматор на ОУ. Пиковый детектор 5 можно выполнить по одной из известных схем (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 292, рис. 11.17; стр. 304, рис. 11.29). Дифференциатор 6 можно выполнить по известной схеме на ОУ с времязадающей RC-цепью. Делительное устройство 7 можно выполнить на ОУ, включив перемножитель напряжений на микросхеме К525ПСЗ в цепь его отрицательной обратной связи. В качестве блока выделения модуля 8 можно использовать схему двухполупериодного выпрямителя на ОУ, выполненного по схеме (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 315, рис. 11.37). Фильтр нижних частот 9 можно выполнить по схеме фильтра нижних частот первого порядка на ОУ (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 105, рис. 6.10).

Claims

Устройство для измерения частоты трехфазного синусоидального напряжения, содержащее дифференциатор, делительное устройство, пиковый детектор и блок выделения модуля, причем выход дифференциатора соединен с первым входом делительного устройства, выход которого соединен с входом блока выделения модуля, а второй вход делительного устройства соединен с выходом пикового детектора, вход которого подключен к первому фазному проводу трехфазного напряжения, отличающееся тем, что в него дополнительно введены трехфазный мостовой выпрямитель, первый и второй измерительные резисторы, сумматор и фильтр нижних частот, причем первый, второй и третий входы трехфазного мостового выпрямителя подключены соответственно к первому, второму и третьему фазным проводам трехфазного напряжения, плюсовой вывод выпрямителя соединен с первым входом сумматора и через первый измерительный резистор соединен с нейтральным проводом, минусовой вывод выпрямителя соединен со вторым входом сумматора и через второй измерительный резистор соединен с нейтральным проводом, выход сумматора соединен с входом дифференциатора, а выход блока выделения модуля соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом устройства.