Преобразователь сопротивления изоляции сетей переменного тока с изолированной нейтралью Советский патент 1987 года по МПК G01R27/16 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназгш те- но для непрерывного измерения величины сопротивления изоляции сетей переменного тока с изолированной нейтралью,, находящихся под напряжением или обесточенных, и выдачи нормализованного сигнала, например, для систем судовой автоматики и сбора информации.

Цель изобретения - уменьшение динамической погрешности измерений.

На фиг.1 представлена функциональная схема преобразователя сопротивления изоляции; на фиг.2 - напряжение на эквивалентном импедансе изоляции при переходном процессе (а),, требуемая амплитудно-частотная характеристика второго фильтра нижних частот (б), напряжение на выходе фильтра верхних частот (в), требуемая передаточная характеристика первого компаратора (г); на фиг.3 - преобразователь интервалвремени-напряжение.

Устройство содержит контролируемую сеть I5 последовательно соединенные генератор 2 тестового постоянного тока, фильтр 3 нижних частот, ключ 4, фильтр 5 нижних частот фильтр 6 верхних частот, умножитель 7 и сумматор 8. Генераторы 9 и 10 опорных напряжений, подключенные к первым входам компараторов и 12, преобразователь 13 интервал времени напряжение, элемент ИЛИ 14 и последовательно соединенные коммутатор 15, модулятор 16, трансформатор 17 и демодулятор 18, Первый вход и выхо умножителя 7 подключены к вторым вхо дам соответственно компараторов 11 и 2. Выход элемента ГШИ 14 подключен к управляющему входу коммутатора 15. Выход контролируемой сети 1 под- . ключен к входу фильтра 5 нижних частот, а выход демодулятора 18 являетс выходом преобразователя сопротивлени изоляции.

Преобразователь 13 интервал времени - напряжение содержит элемент НЕ 19, RS-триггер 20 с динамическим управлением, генератор 21 опорного напряжения ( )s ключ 22, интегратор 23 со сбросом, экспоненциатор

Пусть в контролируемой сети произошло подключение потребителя с боль шими емкостями фаз относительно корпуса. Напряжение (без учета сетевой составляющей) на эквивалентном импедансе изоляции в Этом случае име

24, делитель 25, устройство 26 выбор- е форму, показанную на фиг.2а. ки и хранения, элемент 27 задержки. Дпя того, чтобы обеспечить макси- Преобразователь сопротивления изо-, ляции сетей переменного тока работает следующим образом.

мальное подавление переменных составляющих входного сигнала с частотами,, кратными сетевой, и при этом макси

5

0

п

0

5

При включении напряжения питания на выходе фильтра 5 нижних частот устанавливается нулевое напряжение, кое же напряжение устанавливается на выходе фильтра 6 верхних частор, и следовательно, на выходе умножи- техгя 7. Поскольку напряжение на вто-- рых входах компараторов 11 и 12 меньше, чем опорные напряжения на их первых входах, на выходах этих-.компараторов устанавливаются сигналы логического О , Это приводит к замыканию ключа 4, к установлению нулевого напряжения на выходе преобразователя 13 интервал времени - напряже ние и к установлению коммутатора 15 в положение 2.

Ток 1 от генератора 2 фильтр

ключ 4 протекает в контролируемую сеть 1, вызывая заряд эквивалентной емкости (GUJ) изоляции. Изменение на- пряжения на полном импедансе изоляции передается на выход фильтра 5 нижних частот. Так как содержание высокочастотных составляющих в спектре такого сигнала невелико, то напряжение на выходе фильтра 6 верхних частот также небольшое и меньше .величины напряжения U генератора 9, В результате уровень сигнала на выходе компаратора 1 не изменяется, ключ 4 остается замкнутым и процесс заряда емкостей изоляции заканчивается установх ением на эквивалентном сопротивлении (S,j) изоляции напряжения:

.. от генератора z через 3 нижних частот и замкнутый

.и.

R,

т )

Изменение напряжения на импедансе изоляции е выхода фильтра 5 нижних частот через коммутатор 15 (находящийся в положении 2), модулятор 16, трансформатор 17,, демодулятор 18 поступает на выход преобразователя. Окончание этого процесса чает, что преобразователь вьппел на рабочий режим.

Пусть в контролируемой сети произошло подключение потребителя с большими емкостями фаз относительно корпуса. Напряжение (без учета сетевой составляющей) на эквивалентном импедансе изоляции в Этом случае имее форму, показанную на фиг.2а. Дпя того, чтобы обеспечить макси-

е форму, показанную на фиг.2а. Дпя того, чтобы обеспечить макси-

мальное подавление переменных составляющих входного сигнала с частотами,, кратными сетевой, и при этом макси31298691

мально сохранить при передаче форму на сигнала (фиг,2а) фильтр 5 нижних час- мя тот должен иметь АЧХ вида, изображенного на фиг.26, Нули его коэффициента . передачи должны располагаться на частотах, равных

5 где поя

D

01

1-Q,

где Q,

Р - круговая частота первой гармоники сетевого Напряжения.

С выхода фильтра 5 нижних частот экспоненциальный сигнал поступает на выход фильтра б верхних частот, вызывая на его выходе реакцию CUg(t)) вида,показанного на фиг.2в.

Компаратор I1 должен обладать передаточной характеристикой с гистерезисом вида, изображенного на фиг.2г Воздействие на его вход сигнала U(t) вызывает на его выходе появле- ние импульса длительностью t,, отключающего, с помощью ключа 4, на это время генератор 2 от контролируемой сети , запускающего преобразователь 13 интервал времени - напряжение и переключающего коммутатор 15 в положение 1. По окончании импульса на выходе преобразователя 13 интервал времени - напряжение появляется и удерживается напряжение

и

1Э

лъ

фв4

где С

- постоянная времени фильтра 6 верхних частот. В умножителе 7 фopм фyeтcя напряжение Uy(t), противоположное по .знаку напряжению и y(t) фильтра 5 и величины такой, что напряжение на выходе сумматора 8

Ug{t) U5(t) + V(t) и,

где .UK - значение U, к которому стремится Ug(t) (фиг.2а).

Пока величина напряжения ) больше, чем Ujjf, выходе компаратора 12 - сигнал логической 1, а коммутатор 15 (управляемый через элемент 14 ИЛИ) находится в положении 1. Сброс компаратора 12 приводит к сбросу в ноль напряжения и подключению к входу модулятора 16 выхода фильтра 5 нижних частот.

Таким образом, несмотря на то, что в контролируемой сети I происходит коммутация потребителя с больгаими емкостями фаз относительно корпуса и возникает переходный процесс

с постоянной времени с. i

из а.

выходе преобразователя через вре

-эо.

3/. . О B-v ДМ

ИЗ

на мя

где Сд;, - постоянная времени демодулятора 18, появляется напряжение Uig .

Это напряжение несет информацию о R| и примерно (с погрешностью не более 10-15%) равно асимптотическому значению напряжения (U К к° торому стремится напряжение.

Функция преобразования преобразо-. вателя 13 (фиг.З) имеет вид

и„ k.e

1

где k - коэффициент, зависящий от постоянной времени Оф5 . Преобразоват.ель 13 работает следующим образом.

В исходном состоянии на входах преобразователя 13 - сигнал логичесг кого О с вьпсодов компараторов 11 и 12. На выходе триггера 20 - сигнал логической 1, удерживающий интегратор 23 и устройство 26 выборки и хранения в обнуленном состоянии.

По фронту импульса, поступающего на первый вход преобразователя 13 интервал времени - напряжение, на выходе триггера 20 устанавливается сигнал логического О, разрешающий работу интесратора 23 и устройства 26 выборки и хранения.

Под воздействием этого же импульса замыкается ключ 22 и интегратор 23 в течение промежутка времени t интегрирует постоянное напряжение , подаваемое с-генератора 21 опорного напряжения. По окончании этого процесса на выходе интегратора 23 имеется следующее напряжение :

„

г -- .

кит «

ri-t- --i .тт °

где

Инг

- постоянная ратора 23.

времени интег-

5

Напряжение на выходе экспоненциа- тора 24

„ и .,Р .. ,0113

) , С-И

А

так

и7

как t

.tn

сь

5 , 129 Напряжение на выходе делителя 25

п 1, iu.А Jfl

15 А

(pв (Р84Это напряжение через интервал вре- меня t;j , определяемый параметрами элемента 27 задержки, после окончания импульса с выхода компаратора 11 запоминается в устройстве 26 выборки и хранения.

Возврат -преобразователя 13 интер- вал времени - напряжение в исходное состояние происходит по срезу импульса, поступающего на второй вход преобразователя 1 3 интервал време;- ни - напряжение. При этом также осуществляется обнуление интегратора 23 и устройства 26 выборки и хранения,

Формула изобре тения

Преобразователь сопротивления изоляции сетей переменного тока с изолированной нейтралью, содержащий генератор тестового постоянного тока,, первый и второй фильтры- нижних частот и последовательно соединенные модулятор, трансформатор и демодуля тор, при этом первый вьгход генератора тестового постоянного тока подключен к корпусу, второй выход соединен с входом первого фильтра нижних частот, а выход демодулятора является выходом преобразователя сопротивления изоляции, о т л и ч а ю щ и й-

-

0

3,5

5

30

с я тем, что,, с и.елью уменьшения динамической погрешности измерений, в него введены первый и второй генераторы опорных напряжений, первый и второй компараторы,, преобразователь интервал времени - напряжение, ключ, элемент ИЛИ и последовательно соединенные фильтр верхних частот, умножитель, сумматор и коммутатор 5 при , этом второй вход коммутатора объеди ней с входом фильтра верхних частот и вторым входом сумматора и подключен к выходу второго фильтра нижних частот, вход которого через ключ подключен к выходу первого фильтра нижних частот, выходы первого, и второго генераторов опорных напряжений соединены с первыми входами соответ-- ственно первого и второго кo mapaтo- ров, вторые входы которых подключены соответственно к первому входу и выходу умножителя, выход первого компаратора соединен с управляющим входом ключа, входом запуска преобразователя интервал времени - напряжение и с первым входом элемента ИЛИ, выход второго компаратора соединен с вторым входом элемента ШШ и с входом обнуления преобразователя интервал времени - напряжение, выход которого подключен к второму входу умножителя, а выход элемента- ИЛИ подключен к управляющему входу ком1«5утато- ра, вьпсод которого соединен с входом модулятора.

а а

«If u«

1298691

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - уменьшение динамической погрешности. Преобразователь содержит генератор 2 тестового постоянного тока, фильтры 3 и 5 нижних частот, трансформатор 7 и демодулятор 18. Дня достижения поставленной цели в устройство введены ключ 4, фильтр 6 верхних частот, умножитель 7, сумматор В, генераторы 9 и 10 опорных, напряжений, компараторы 1 и 12, преобразователь 13 интервал времени - напряжениеS элемент ИЛИ 14, коммутатор 15, модулятор 16 и образованы новые функциональные связи. В описании представлен один из вариантов выполнения преобразователя 13 интервал времени - напряжение, 3 ил. 00 toK

ад

4

«вtw.

Фц&Г

Редактор Н:.Бобкова

ZkJ

Составитель И.Михалев

Техред И.Попович Корректор А. Зимокосов

(Заказ 885/48 Тираж 731Подписное

ВНИШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

«л.