Датчик активного (реактивного) тока Советский патент 1985 года по МПК G01R19/06 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в системах автоматизации производства и распределения электроэнергии.

Цель изобретения - повышение надежности работы датчика за счет исключения из его конструкции специального переключателя, следящего за характером нагрузки, и повышение быстродействия путем безынерционного формирования выходного сигнала.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема предложенного датчика активного (реактивного) тока; на фиг. 2-4 - временные диаграммы сигналов, поясняющие его работу.

Устройство содержит трансформато 1 (фиг.1) тока, фазочувствительньш преобразователь, состоящий из токоограничивающего резистора 2 и масштабирующего резистора 3, образующи делитель напряжения, а также измерительного конденсатора 4, симистора 5 и запоминающего конденсатора 6, формирователь 7 импульсов управления, переключатель 8. Позицией 9 на схеме обозначена нагрузка сети.

Первичная обмотка трансформатора 1 тока включена в цепь фазы (например, с) контролируемой сети. Первый из анодно-катодных выводов симистора 5 через токоограничивающий .резистор 12 подключен к первому выво ду вторичной обмотки трансформатора Т тока. Выход формирователя 7 импулсов управления соединен с цепью управляющего электрода симистора 5. Переключатель 8 включен между фазами контролируемой сети и входом формирователя 7 импульсов управления. Масштабирующий резистор 3 и измерительньй конденсатор 4 включены параллель,но между первым анодно-катодным выводом симистора 5 и вторым Ёыводом вторичной обмотки трансформатора 1 тока. Запоминающий конденсатор 6 включен между вторым аноднокатодным выводом симистора 5 и вторым выводом вторичной обмотки трансформатора 1 тока и своими обкладками соединен с выходными клеммами датчика. . ,

Если трансформатор 1 тока включен в цепь фазы С, то в положении А переключателя 8 вход формирователя 7 импульсов управления оказывается связанным с фазой С и нейтралью о трехфазной сети, а в положении Р - с фазами А и В трехфазной сети.

Резисторы 2 и 3, конденсаторы 4 и 6 имеют параметры, которые удовлетворяют следующим условиям.

Постоянная времени цепи перезаряда конденсаторов 4 и 6 через сопротивление открытого симистора Rj, должна быть не менее, чем на порядок меньше длительности управляющего

1 формирователя 7, т.е. импульса t

г ,

Сб

4

О, 1 t

(1)

R,

-и С.

С,+

где С. и С. - емкости

конденсаторов 4 и 6.

В результате симистор 5 после окончания действия управляющего импульса закроется, поскольку оба его анодно-катодных вывода будут иметь одинаковьй потенциал, а ток, протекающий через симистор 5, к моменту окончания действия управляющего импульса будет равен нулю.

Вьтолнение условия (1) позволяет расширить диапазон измерения активной (реактивной) составляющей тока по углу Ч разности фаз между током и напряжением сети от О до F без дополнительных переключений в схеме датчика, т.е. в конечном счете обеспечивает повышение надежности работы датчика.

Постоянная времени цепи заряда конденсатора 4 через резистор 2 должна быть не менее, чем на порядок меньше длительности периода Т сетевого напряжения:

(2)

0,1 Т,.

Выполнение условия (2) обеспечивает требуемое быстродействие.датчика.

Датчик активного (реактивного) тока работает следующим образом.

При наличии контролируемого переменного тока i в первичной обмотке трансформатора 1 тока, в цепи его вторичной обмотки через конденсатор 4 также протекает ток, пропорциональный контролируемому первичному току. При этом на конденсаторе 4 формируется напряжение Uy, пропорциональное контролируемому току i, но сдвинутое по его фазе на3угол 77/2. Это напряжение с учетом наличия угла Ч сдвига фаз между током i и напряжением контролируемой фазы сети равно: sin(uit ± f - -), (3) и -п X где X. - сопротивление конденсатор 4 на частоте контролируемого тока; I - амплитудное значение конт ролируемого тока i; К - коэффициент трансформации трансформатора 1 тока. При измерении активной составляю щей фазного тока i контролируемой трехфазной сети переключатель 8 находится в положении А. При этом на вход формирователя 7 управляющих импульсов через переключатель 8 поступает фазное напряжение U,.. сети, из которого в формирователе 7 форми руется опорное напряжение и, сдв нутое на угол li относительно напряжения и фазы с, где находится трансформатор 1 тока. В моменты про хождения опорного напряжения и,., че рез нулевые значения при нарастающей кривой этого напряжения формирователь 7 импульсов управления фор мирует на своем выходе разнополярные импульсы, следующие с интервалом, равным периоду опорного напряжения Upf, , которые поступают на управляющий электрод симистора 5 и открывают его. Если измерительное напряжение опережает, опорное напряжение UPP на угол ( i Ч ) (фиг.2а,б), то управляющий импульс отпирает симистор 5 с опережением на угол по отношению к моменту перехода нарастающей кривой измерительного напряжения U. через максимальное значение. Поскольку кратковременное включение симистора 5 сов падает с нулевыми значениями опорно го напряжения Up, на запоминающем конденсаторе 6, включенном последов тельно с симистором 5, формируется напряжение постоянного тока U. и 1 Х sinCiot - + -|- - и ) Ь Х„со8 f , , где Kj - коэффициент пропорциональ ности. 54 Из выражения (4) следует, что напряжение LJ, пропорционально активной составляющей контролируемого переменного тока i при активно-индуктивном характере нагрузки 9 (фиг.2а,б,в,г) . Работа датчика происходит аналогично, если измерительное напряжение и, опережает опорное напряжение и, на угол ( I ) (фиг. 2д ,е,ж.з) . При этом управляющий импульс поступает на симистор 5 и отпирает его с задержкой на угол Ч по отношению к моменту перехода нарастающей кривой измерительного напряжения U через максимальное значение. Согласно (4) на конденсаторе формируется положительное напряжение, пропорциональное активной составляющей контролируемого тока i при активно-емкостном характере нагрузки 9 (фиг.2з). При измерении реактивной составляющей контролируемого тока i переключатель 8 переводится в положение Р. В этом случае на вход формирователя 7 управляющих импульсов поступает апряжение U, , являющееся опорным в данном случае, сдвинутое на угол Т7/2 относительно напряжения и . Управляющие импульсы отпирают симистор 5 в момент прохождения нарастающей кривой опорного напряжения через нулевое значение (фиг.3в,ж) . Если измерительное напряжение U опережает опорное U на угол V (фиг. За, б), управляющий импульс отпирает симистор 5 с задержкой на угол S цо отношению к моменту перехода нарастающей кривой измерительного напряжения U через нулевое значение. При этом на,к нденсаторе 6 формируется напряжение U положительной полярности (фиг.Зг), равноеU, J Х,„ sin(a,t - V- -1f-) X .sin t Kg 1 и пропорциональное реактивной составляющей контролируемого тока i при активно-индуктивной нагрузке. Если же измерительное напряжение и отстает от опорного напряжения UQ на угол V , то управляющий импульс отпирает симистор 5 с опережением на угол относительно момента перехода нарастающей кривой управляемого напряжения через нулевое значение ,;.иг, Зд ,е) . В этом случае на конденсаторе 6 форм} рует)трнцательной пося напряжение i t лярности (фиг,3з) IjTi „ si ( W - --- - 2 (6) Х, Sin Ч

которое пропорционально р.окчиано:; составляющей контролируемого токь i при активно-емкостной нагрузке. 5 Таким образом, благодаря введению в схему датчика конденсатора 4 запоминающего конденсатора 6, на его выходе имеем напряжение, пропорциональное активной или реактивto ной составляющей контролируемого тока i.

ДАТЧИК АКТИВНОГО (РЕАКТИВНОГО) ТОКА, содержащий трансформатор тока, первичная обмотка которого включена в цепь фазы контролируемой сети, фазочувствительный преобразователь, выполненный на основе симистора, первый из анодно-катодных выводов которого через токоограничивающий резистор подключен к первому выводу вторичной обмотки трансформатора тока, формирователь импульсов управления, выход которого соединен с цепью управляющего электрода симистора, переключатель, включенный между фазами контролируемой сети и входом формирователя импульсов управления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы и быстродействия, в фазочувствительный преобразователь введены масштабирующий резистор, измерительный и запоминаюш 1й конденсаторы, причем масштабирующий резистор и измерительный конденсатор включены параллельно между первым анодно-катодньш вьшодом си(С мистора и вторым выводом вторичной (Л обмотки трансформатора тока, а запоминающий конденсатор включен между вторым анодно-катодньм выводом симистора и вторым выводом вторичной обмотки трансформатора тока и своими обкладками соединен с выходными клеммами датчика.