Измерительный преобразователь мощности трехфазных цепей Советский патент 1983 года по МПК G01R21/00 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МОЩНОСТИ ТРЕХФАЗНЫХ ЦЕПЕЙ

1

Устройство относится к электроизм&рит€ льрой технике и может быть использовано в быстродействующих ваттметрах трехфазных цепей.

Известно устройство для иavlepeния средней мощности в трехфазной цепи, содержащее три согласующих устройст ва тока, три согласующзих устройства напряжения, три умножителя, к входам которых попарно подключены согласующие устройства тока и напряжения и сумматор Cl 1

Недостатками данного устройства являиотся низкая точность при несимметричной нагрузке фаз- из-за больших пульсаций выходного напряжения и конструктивная сложность трех пар согласующих устройств и трех умножителей.

Наиболее бгшаким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является измерительный преобразователь мшшюсти трехфазных цепей, содержащий две пары согласующих

устройств тока и напряжения, два пер&множителя, к входам которых непарно подключены согласующие устройства тока и напр5яжения, а к выходам - фильтры, выходы которых подключены к входам сумматора на сопротивлениях 2 ,

Недостатками этого устройства я&ляются низкая точность преобразования из-за малого коэффициента суммирования и существенного взаимного влияния выходных токов двух перемножителей, а также невысокое быстродействие бопьишх постоянных вр емевн фильтров.

Цель изобретения - повыщение быстродействия и точности измерительного преобразователя мощности трехфазных цепей.

Поставленная цель достигается тем, что в измерительный преобразователь мощности трехфазных цепей, содержащий две пары согласующих устройств тока и на1фяженвя, выходы которых попарно подключены к входам двух перем1дожителей, сумматор и сглаживающий фильтр,. 1 дополнительно введен инвертирующий усилитель постоянного тока, вход которого соединен с выходами перемножителей, а выход - с одниьг из входов сумматора , два других входа которого соединены с выходами согласующих устройств тока, а выход - с входом . -сглаживающего фильтра, причем инвер. тирующий усилитель постоянного тока содержит операционный .усилитёль, вход которого через резистор соединен с вы. ходом, а каждый перемножитёль содержит мостовую схему из четырех управляемых ключей, в одну диагональ которой включен конденсатор, а другая диагональ включена между выходом перемножителя и его первым входом, соединенным с выходом согласующего устройства тока, и соединенные последовательно сумматор, преобразователь напряжения в частоту, формирователь, выходы которого соединены с управ- ляюищми входами ключей, первый вход сумматора соединен со вторым входом перемножителя, соединенным с выходом согласующего устройства напряжения, а второй вход сумматора соединен с третьим входом перемножителя, со диненным с выходом источника постоян ного напряжения. На чертеже представлена блок-схема измерительного преобразователя мощнос трехфазных пепей. Устройство содержит согласующие устройства 1 и 2 напряжения, согласующие устройства 3 и 4 тока, источник 5 постоянного напряжения, общий для обоих сумматоров 6 и 7, преобразователи 8 и 9 напряжения в частот формирователи 10 и 11, ключи 12 - 1 конденсаторы 20 и 21, инвертирующий усилитель 22 постоянного тока, содерж щий операционный усилитель 23, к вхо ду и выходу которого подключен резистор 24, резисторы 25 - 27, образуюцдае трехвходовой сумматор 28 и сгла живающий фильтр 29, который может быть выполнен на операционном усилич теле , с решотивно-емкостной обратной связью. Выходы согласующих устройств 1 и 2 напряжения соешшены с первыми входами сумматоров 6 и 7 соответстве но, вторые входы соединены с выходом источника 5 посто$шного напряжения, выходы сумматоров 6 и 7 соединены соответственно с входами преобразователей 8 .и 9 напряжения в частоту, выходы которых, соответственно, через 3 формирователи 10 и 11 соединены с управляющими входами ключей 12 - 15 и 16 - 19, включенных по мостовым схемам, в первые диагонали которых включены соответственно конденсаторы 2 О и 21, а вторые диагонали включены, соответственно между согласующими устройствами 3 и 4 тока и входом инвертирующего усилителя 22 постоянного тока, выход которого подключен к первому выводу резистора 25, второй вывод которого соединен с входом согласующего фильтра 29 и .первыми выводами резисторов 26 и 27, вторые выводы которых соединены соответственно с выходами согласующих устройств 3 и 4 тока. Устройство работает следующим образом. Вводные напряжения Уд , тока 4л и ij, преобразуются согласующими устройствами 1 - 4 в пропорциональные переменные напряжения . Напряжения (J .и О2 суммируются при помощи сумматоров 6 и 7 с постоянным напряжением Uc t вырабатываемым источником 5. Выходные напряжения Ut , U-J сумматоров дрступают на вход преобразователей 8 И: 9 напряжения в частоту, мгновенные значения частот и f2 Которых пропорциональны напряжениям Ug и U-j . Частоты JE и л значительно превыщают частоту входных напряжений и токов. Выходные напряжения преобразователей 8 и 9 через формирователи 10 и 11 управл5пот ключами 12 - 19. Благодаря больщому коэффициенту усиления операционного усилителя 23 на- . 1фяжения А и на его входе ничтожно мало, вследствие чего можно считать мостовые схемы, содержащие ключи 12 - 1.5 и 16 - 19 подключенными между выходами согласующих устройств 3 и 4 токов и общей точкой устройства. В каждый из полупериодов выходных импульсов формирователей 1О и 11 замкнуты попарно ключи 12, 15 и 16, 19 или 13 и 14 и 17, 18. После каждого переключения ключей происходит перезаряд конденсаторов 20 и 21, имеющих равные. С, причем к моменту нового переключения конденсаторы оказываются запряженными до напряжений JLL, 04 соответственно, действующих на выходах согласующих устройств 3 и 4 Токов в момент переключения. Следоадтеяьно, конденсаторы перезаряжаются от напряжений (-) U . (- ) U UA« Импульсы до напряжений + Uj , тока перезаряда конденсаторов -1 , 12 поступают на вход усилителя 22. Пос кольку iV 0, среднее значение тока 1 за период следования импульсов формирователя 10 определяется выражением Т,/2 п г да лУ.с i |- idt 2V 2--r- Чср IТТ ,C , /2 где Л - изменение зарвд на конденсаторе 20 в течение одного f попуперибда Т-,/,,следования импуль сов формирователя Ю; йМ - lUj - изменение напряжения на конденсаторе 2О в течение полупериода ; формулы (1) получаем с точностью до постоянных коэффициентов W Mi AB Для среднего значения i2cp за.п pwiojfj ilff , учитывая формулы (1) t2), аналогично получаем Qj 2срТо (CB frjПоскольку ду«}р токи i-|и 12 являюцдаеся входными для инвертирующе усилителя 22 постоянного тока, не ока ; зывают влияния друг на друга. Суммар ный входной ток i усилителя равен сумме токов i и 2 я следовательн icp lcp- -2cpСоответственно, среднее за периоды Т и Т2 значение выходного напряж&ния и ft инвертирующего усилителя 22 постоянного тока определяется, соглао но формулам (2);(3) и (4) с тсетность до постоянных коэффипиентов, выражением. вер- ) Л afc-. «1 ) . где RJ - conpOTHBJieime резистора 24. Первое слагаемое 5 пропорционально мгновенной мощности, трехфазной цепи. () и содержит постоянную составляющую УО , пропорциональную активной мопь; ности трехфазной цепи и высшие гармоники. Второе слагаемое, пропоршюналь ное входным током 1д и 1, , постоянную составляющую не содержит. В сяхучае чисто синусоидальных входных сигналов переменная составляющая первое го слагаемого представляет собой; синусоидальный сигнал удвоенной чаототы с амплитудой второе слагаемое - синусоидальный сигнал основной частоты с амплитудой Vn,.f. При чисто активной нагрузке фаз амшш уда в 2,5 - 3 раза превосходит Vm2 я в 1,5 - 2 раза VQ . Выбором величин резисторов 26 - 27S в случаесинусоидальных входных сигналов добиваются, чтобы выходной сипнал сумматора 28 не содержал синусо- k идальный сигнал основной частоты, В этом случае входной сигнал сглаживающего фильтра содержит постояиную составляющую EQ пропорциональную активной мощности Рд трехфазной цепи и переменную составляющую удвоенной частоты, которая подавляется сглаживающим фильтром. Увеличение быстродействия и;змерятельного преобразователя мощности трехфазных цепей обеспечивается использованием более высокочастотного сглаживающего фильтра 29, применение которого стало возможным благодаря: подавлению cywMiaTopoM на сопротивлениях сигнала основной частоты.-., I -- 1 Повышение точности устройства обеспечивается ввeдeни€s,инвepтиpyющего: усилителя 22 постоянно1о тока, что практически полностью исключило влияние выходных токов перемножителей друг на друга, способствуя сушеелвенному повыщению линейности преобразователя. Кроме того, благодаря нал&чию инвертирующего .усилителя 22 поотоянного тока постояшгая составляющая и низкочастотный щум, имеющиеся на выходе согласующих устройств 3 и 4 тока, инвертируются и взаимно ком пенсируются с этими же сигналами, поступающими в скмматор 28 без инвет тирования через резисторы 26 и 27. изобретения 1.Измерительный преобразователь мощности трехфазных депей, содержащи две пары сргласуюишх устройств тока и напряжения, выходы которых попар но подключены к входам двух перемножитепей сумматор и сглаживающий фильтр, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействи и точности, в него дополнительно введе инвертирующий усилитель посто5шного тока, вход которого соединен с выходами перемножителей, а выход - с одним из входов сумматора, два других входа которого соединены с выходами согласующих устройств тока, а выход с входом сглаживающего фильтра. 2.Преобразователь по п. 1, о т. личающийся тем, что инвертир щий усилитель постоянного тока содерж операционный усилитель, вход которого через резистор соединен с выходом, 3.Преобразователь п. 1, о т л и- чающийся тем, что камодый п&ремножнтель содерАит мостовую сх&« му из четырех управляемых ключей, в одну диагональ которой включен конденсатор, а другая диагональ вклкзчена между выходом перемножителя и его первым входом, соединенным с выходом согласу|ощего устройства тока,и соединенные последовательно сумматор, преобразователь напряжения в частоту и формирователь, выходы которого соединены с управляющими входами ключей, причем первый вход сумматора соединен со вторым входом перемножителя, .соединенным с выходом согласующего устрой- ства напряжения, а втсфрй вход сумма тора соединен с третьим входом перемножнтель, соединенным с выходом источника постоянного напряжения. Источники информации, прин5ггые во внимание при экспертизе 1.Справочник по нелинейным схемам, под. ред. Д. Шейнголда, Мир.М., 1977, с. 16О-161, рис. 2.5.1, 2.Бенин В. Л. и Кизилов В. У., Статические измерительные преобразователи электрической мопшости, Эмер- гия,М,, 1972 с, 19, раздел 5 (прототип).