УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНЫХ ТОКОВ В СЕТЯХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ Советский патент 1968 года по МПК H02J3/18 

Известные устройства для автоматической компенсации емкостных токов сетей с изолированной нейтралью, содержащие датчик, измеряющий емкость сети под рабочим напряжением и передающий сигнал через усилитель и генератор на компенсирующий дроссель, не надежны и не стабильны в работе, в связи с чем они не нашли широкого применения. Это объясняется тем, что зависимость измерительного тока от емкости сети оказывается нелинейной и для ее согласования с характеристикой компенсирующего дросселя необходимо изменить коэффициент усиления усилителя в несколько раз при значительном изменении емкости сети. Это значительно усложняет устройство.

Отличие предлагаемого устройства состоит в том, что, с целью его упрощения и повышения надежности, указанный датчик включен в цепь отрицательной обратной связи входного каскада усилителя, на выход которого через трансформатор и амплитудный селектор, выполненный по мостовой схеме, подключен компенсирующий дроссель.

Для получения линейной зависимости индуктивности дросселя от величины емкости сети на среднем стержне магнитопровода компенсирующего дросселя помещена обмотка положительной обратной связи, соединенная с выходным каскадом усилителя.

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого устройства.

Синусоидальное напряжение, вырабатываемое генератором, собранным на полупроводниковом триоде ПП₁ поступает через буферный каскад на вход усилителя с отрицательной обратной связью по току, собранного на полупроводниковом триоде ПП₂.

Буферный каскад, собранный на полупроводниковом триоде ПП₃, включенном по схеме с общим коллектором, предназначен для исключения влияния усилителя с отрицательной обратной связью на работу генератора, так как такая схема обеспечивает максимальное входное сопротивление при минимальном выходном, чем достигается согласование каскадов.

Эмиттер триода ПП₂ через Г-образный фильтр, образованный дросселями Др₁ и Др₂ и конденсаторами С₁ и С₂, служащий для защиты элементов схемы от действия напряжения сети, и переходные конденсаторы С₃, C₄ и C₅ соединенные в звезду, подключены к фазам сети. При этом C₃=C₄=C₅=C. Эквивалентная емкость C_экв, представляющая последовательное соединение емкости фаз сети с емкостями переходных конденсаторов, подключена параллельно сопротивлению R₁ в цепи эмиттера триода ПП₂. Очевидно,

При изменении емкости сети изменяется величина C_экв, что приводит к изменению величины обратной связи по переменному току усилителя. Это в свою очередь вызывает изменение величины переменной составляющей тока в цепи коллектора триода ПП₂.

Таким образом, величина переменной составляющей тока коллектора усилителя, собранного на триоде ПП₂, является функцией емкости сети l_кол.=f (С_сети).

Переменная составляющая тока коллектора триода ПП₂ с помощью трансформатора Тр₁ преобразуется в пропорциональное ей напряжение. Одновременно этот трансформатор отделяет постоянную составляющую тока коллектора триода ПП₂. С целью увеличения абсолютного значения приращений напряжения на вторичной обмотке трансформатора Tp₁ при соответствующих приращениях емкости сети, указанный трансформатор выполнен повышающим с большим коэффициентом трансформации. При отсутствии емкости сети на вторичной обмотке трансформатора Tp₁ существует начальное напряжение. Это напряжение не должно поступать на вход выходного усилителя. Для установки порога отпирания выходного усилителя служит амплитудный селектор, выполненный по мостовой схеме, плечами которого являются сопротивления R₂, R₃, активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора Тр₁ и прямое сопротивление диода Д₁. Сопротивление четвертого плеча равно нулю. Питание на мост подается через сопротивление R₄, которое определяет величину запирающего напряжения на входе выходного усилителя. При появлении на вторичной обмотке трансформатора Тр₁ сигнала, превышающего по амплитуде величину запирающего напряжения, сигнал выпрямляется диодом Д₁ и открывает выходной усилитель постоянного тока, собранный на полупроводниковых триодах ПП₄ и ПП₅.

В результате в обмотке управления компенсирующего дросселя Др₃, включенной в цепь коллектора триода ПП₅ оконечного каскада выходного усилителя, появляется управляющий ток, величина которого в конечном итоге определяется емкостью сети.

Дроссель Др₃ предназначен для компенсации емкости сети при помощи изменения его индуктивности. Обмотки W₁ и W₂ этого дросселя, включенные последовательно, подключены между нулевой точкой, образованной трехфазным дросселем Др₄ и землей. Очевидно, индуктивность дросселей Др₃ и Др₄ и емкость сети образуют колебательный контур. Изменяя индуктивность дросселя Др₃ можно настроить этот контур на частоту сети и тем самым скомпенсировать емкостный ток сети.

Магнитопровод дросселя Др₃ набирается из Ш-образных жестей.

На крайних стержнях магнитопровода помещены, включенные согласно катушки, на среднем стержне - обмотка управления W₃ и обмотка положительной обратной связи W₄.

При изменении управляющего тока результирующий поток в крайних стержнях меняется, вызывая изменение величины индукции в них, что приводит к изменению индуктивности дросселя.

Из выражения С_экв видно, что при изменении емкости сети С_экв изменяется нелинейно. Для получения линейной зависимости индуктивности компенсирующего дросселя от емкости сети служит обмотка W₄, с помощью которой производится автоматическое изменение коэффициента усиления выходного усилителя в зависимости от величины емкости сети. Благодаря согласному включению обмоток W₁ и W₂ дросселя переменный поток в среднем стержне практически отсутствует до тех пор, пока магнитное сопротивление крайних стержней практически одинаково и э.д.с. в обмотке отсутствует.

Так как управляющий поток, созданный током управления в одном из крайних стержней магнитопровода, складывается с переменным потоком, создаваемым обмотками W₁ и W₂, а в другом вычитается, то при насыщении одного из крайних стержней в среднем стержне появляется переменный поток, который индуктирует э.д.с. в обмотке W₄. Очевидно, чем больше управляющий ток, тем больше приращение переменного магнитного потока в среднем стержне и э.д.с. в обмотке W₄ вызывает изменение этого тока. Таким образом, э.д.с. обмотки, изменяясь нелинейно, обусловливает изменение коэффициента усиления выходного усилителя.

Путем подбора параметров обратной связи практически достигнута линейная зависимость между током управления (индуктивностью дросселя) и емкостью сети.

Таким образом, при изменении емкости сети соответственно с величиной этой емкости изменяется индуктивность компенсирующего дросселя, что обеспечивает компенсацию измеренной емкости сети.

Для отсчета величины емкости сети в цепь управляющего тока включен миллиамперметр Ма, шкала которого отградуирована в микрофарадах.

1. Устройство для компенсации емкостных токов в сетях с изолированной нейтралью, содержащее датчик, измеряющий емкость сети под рабочим напряжением и передающий сигнал через усилитель и генератор на компенсирующий дроссель, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения его надежности, указанный датчик включен в цепь отрицательной обратной связи входного каскада усилителя, на выход которого через трансформатор и амплитудный селектор, выполненный по мостовой схеме, подключен компенсирующий дроссель.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью получения линейной зависимости индуктивности дросселя от величины емкости, сети, на среднем стержне магнитопровода компенсирующего дросселя помещена обмотка положительной обратной связи, соединенная с выходным каскадом усилителя.