Датчик симметрии напряжений многофазного источника Советский патент 1980 года по МПК G01R29/16 

1

Изобретение относится к устройствам для измерения асимметрии в многофазных сетях и предназначено для использования в установках автомати- 5 ческого симметрирования напряжений многофазных источников, где к устройству, как к элементу системы автоматического регулирования, предъявляются требования в отношении высокого Q быстродействия и возможности обеспечения экономического режима широтно-импульсной модуляции подключаемых к датчику усилительных каскадов.

Известны датчики симметрии напряжений многофазных источников, выполняемые на основе измерительных трансформаторов с выпрямителями на выходе.

Наиболее близким по технической 20 суцности к предлагаемому является датчик симметрии, содержащий измерительные трансформаторы по числу фаз контролируемого источника, вторичные обмотки которых подключены на вход 25 выпрямителей и измерительные мосты, каждый из которых состоит из двух образованных последовательно включенными резистором и стабилитроном, и подключенных параллельно конденсэторам емкостных фильтров ветвей. Выходы датчика подключены к общим точкам резисторов и стабилитронов соседних ветвей измерительных мсстов.

Сигналы, пропорциональные несимметричности напряжений, в «таком датчике формируются путем сравнения предварительно выпрягленного контролируемого напряжения каждой фазы источника, выделяемого на резисторе одной из ветвей измерительного моста, с эталонным напряжением, задаваемым стабилитроном, включенным в другую ветвь этого же измерительного моста. При этом, чтобы не использовать для питания стабилитрона, формирующего эталонное напряжение, отдельного источника постоянного тока и тем самым не усложнять устройство, обе ветви каждого измерительного моста подключены к выходу соответствующего выпрямителя 1.

Для нормсшьной работы стабилитрона, в режиме стабилизации выходное напряжение этих выпрямителей должно быть хорошо сглажено, для чего необходимо применение фильтрующих конденсаторов достаточно большой емкости. Наличие инерционного звена емкостного фильтра на выходе выпрямителя приведет к тому, что прирацение сигнала, пропорциональное изменению выходного напряжения источника, будет появляться на резисто ре измерительного моста не мгновенно, ас некоторой постоянной времени, обусловленной инерционностью фильтра, в результатэ чего снижается быстродействие датчика. Этот недостаток особенно проявляется при работе датчика в прецизионных установках симметрирования (т.е. установках, в которых реализован высокий коэффициент усиления), где инерционность, обусловленная датчиком симметрии, отрицательно сказывается на динамических показателях регулирования и может даже привести к неустойчивой работе установки. Кроме того, в устройстве не обеспечивается без дополнительных элементов режим широтноимпульсной модуляции последуюцих усилительных каскадов (работа усилительных каскадов, как известно, в этом режиме наиболее экономична), так как сравниваемые в измерительном мост напряжения (эталонное напряжение, снимаемое со стабилитрона, и постоян ное напряжение, пропорциональное контролируемому переменному, выделяю щееся на резисторе) полностью отфиль трованы и не содержат необходимой для режима широтно-импульсной модуля ции переменной составляющей. Применение для формирования этой составля щей дополнительных элементов усложня устройство и снижает его надежность, что неприемлемо для систем автоматического регулирования. Цель изобретения - повышение быстродействия датчика и обеспечение наиболее экономичного режима нагрузки. Поставленная цель достигается тем, что в датчик симметрии напряжений многофазного источника, содержащем измерительные трансформаторы по числу фаз источника, вторичные обмотки которых подключены к выпрями телям, конденсаторы и резисторы, введены потенциометры, к движкам которых, ЯВЛЯЮЩИМСЯ выводами датчика подключены конденсаторы, соединенные в звезду и подключенные общей точкой к средним точкам вторичных обмоток измерительных трансформаторов, а крайние выводы потенциометров через ограничительные резисторы подклю ены к разнополярным выводам соседних выпрямителей. Таким образом, выходные сигналы датчика, снимаемые с движков потенци метров и несущие информацию о несимметричности напряжений источника, формируются путем попарного сравнени между собой выпрямленных, но не сгла женных напряжений всех фаз источника Очевидно, что в этом случае указанное сравнение происходит безинерционно. Кроме того, в выходных сигналах датчика наряду с постоянной составляющей сигнала, пропорционального несимметричности напряжений, содержатся также переменныесоставляющие пилообразной формы, образованные несовпадением мгновенных значений выпрямленных выходных напряжений выпрямителей, нормально сдвинутых на 60. Это обстоятельство позволяет обеспечивать режим широтно-импульсной модуляции последуюцих усилительных каскадов. Для повьпиения коэффициента передачи последующих усилительных каскадов, который, как известно, связан обратнопропорциональной зависимостью с амплитудой пилообразного напряжения, величина последней уменьшается путем подключения к движкам потенциометров конденсаторов, соединенных в звезду и общей точкой подключенных к средним точкам вто ;ичных обмоток .измерительных трансформаторов. Постоянная же времени этих фильтров оказывается существенно ниже, чем постоянная времени фильтров в известном устройстве, (так как в предложенном устройстве необходимо не полное, а частичное сглаживание пульсирующего напряжения) , т.е. датчик обладает более высоким быстродействием. На фиг. 1 приведена принципиальная схема датчика симметрии напряжений трехфазного источника переменного тока; на фиг. 2 - графики, .характеризующие его работу. Датчик симметрии напряжений содержит три измерительных трансформатора 1-3, первичные обмотки которых подключены к фазам источника 4-6, вторичные обмотки измерительных трансформаторов 1-3 подключены к входным клеммам выпрямителей 7-9. К выходным разноименным клеммам соседних выпрямителей 7-9 через резисторы 10-15 подключены потенциометры 16-18, к движкам которых подключены конденсаторы 19-21, соединенные в звезду, и выходы датчиков 22-24, общей точкой конденсаторы подключены к средним точкам вторичных обмоток 25 измерительных трансформаторов. На первичные обмотки трансформаторов 1-3 поступают напряжения фаз источника 4-5, 5-6 и 6-4, Напряжения, снимаемые со вторичных обмоток этих трансформаторов, выпрямляются и подаются через резисторы 10-15, служащих для обеспечения плавного, подрегулирования выходных напряжений датчика, на потенциометры 16-18, таким образом, что на каждый из потенциометров поступают разнополярные напряжения фаз источника, снимаемые с двух соседних выпрямителей, При этом на движках потенциометров в результате наличия 60 -ного сдвига между вuпpя шeнн lIми напряжениями формируются напряжения пилообразной формы, необходимые для осуществления режима широтно-импульсной модуляции последумиих усилительных каскадов. исли напряжение всех фаз источника переменного тока равны между собой, то напряжения пилообразной формы, образованные несовпадением мгновенных значений выпрямленных Напряжений этих фаз, не имеют посте янных составляющих и обеспечивают тем самым режим работы усилительных каскадов со скважностью импульсов Т 0/ь. При нарушении равенства напряжени источника в напряжениях пилообразной форгик появляются постоянные составля щие, полярность которых определяется видом несим етрии напряжений, в резу тате чего меняется соответствующим образом и скважность выходных импуль сов. Таким образом, в предложенном устройстве изменение степени несимме рии напряжений многофазного источника преобразуется в соответствующие измерения скважности импульсов выход ного напряжения. На фиг. 2 приведена форма сигнала пилообразного напряжения 28 на одном из выходов датчика при симметрии напряжений источника (напряжение одной из фаз 26 равно напряжению другой фазы 27) и постоян ная составляю1;;ая 29 при этом равна нулю, а также показана форма сигнала при нарушении симметрии напряжений (напряжение фазы 26 больше напряжени фазы 27). В результате в выходном сигнале датчика появляется постоянная составляющая 29, в результате чего меняется скважность выходных импульсов. Формирование сигналов на остальных выходах схемы происходит аналогично. Технико-эконог -ический эффект определяется упрощением устройства по сравнению с известным, где для обеспечения режимо 11;иротно-импульсной мсдуляции необходим дополнительный источник пилообразного напряжения. Формула изобретения Датчик cим ieтpии напряжений многофазного источника, содержащий измерительные трансформаторы по числу фаз источника, вторичные обмотки которых подключены к выпpямитe :ям, конденсаторы и резисторы, отличающий ся тем, что, с целью повышения быстродействия и обеспечения наиболее экономичного режима нагрузки, в него введены потенциометрь, к движкам которых, являющимся выводами датчика, подключены конденсаторь, соединенные в звезду и подключенные общей точкой к средним точкам вторичных обмоток измерительных трансформаторов, а крайние выводы потенциометров через ограничительные резистор ; подключены к разнсполярным выводам соседних выпрямителей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Голубев П.В. Проектирование статических преобразователей. М., Энергия, 1974, с. 246.