Датчик активного тока Советский патент 1980 года по МПК G01R19/06 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам измерения активной мощности цепей переменного тока и может быть использовано в качестве датчиков нагрузки систем регулирования частоты и активной мощности генераторных агрегатов, а также в качестве измерительньк элементов устройств защиты от перегрузок, контроля величины сопротивления изоляции электроэнергетических установок и т.п. Известен датчик активного тока, содер жащий питающий трансформатор напряжени подключенный через делитель напряжения на добавочных резисторах к трехфазному напряжению сети, фазочувствнтельный элемент, плечи которого образованы вто ричными полуобмотками питающего трансформатора напряжения и первичными обмо ками разделительных трансформаторов, а в диагональ через трансформатор тока одной из фаз включен согласующий резистор, вьшрямительные мосты, питающиеся от вторичных обмоток разделительных трансформаторов и нагруженные на балластные резисторы l. Недостатсяс этого датчика - низкий КПД, обусловленный применением резисторов в качестве делителя напряжения и балластной нагрузки, а также существова ние методической ошибки измерения и наличие пульсаций Б выходном сигнале, возникающих в связи и использованием несовершенного фазочувствительного элемента. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик активного тока, содержащий трансформатор напряжения, подключенный через последовательно соединенные с ним автотрансформатор и фазосдвигающую RC- цепь к грехфазному напряжению, сети, резистивный делитель, включенный через трансформатор тока в одну из фаз трехфазной сети, вьт- рямительные мосты, питающиеся от выхоДгных Зажимов трансформатора тока и нагруженные на транзисторные ключи, цепи управления которых подключены ко вторичным обмоткам трансформатора напряжения 2 J.

378

Однако недостатками этого датчика активного тока являются неудовлетворитель-. ные массогабарнтные показатели, обусловленные использованием, избыточного числа трансформаторов иналичиемвьгарямительных мостов, а также существование напряженнвг пульсаций в выходном сигнале, возникающих в связи с использованием несовершенного фазочувствительного элемента и принципа выделения полезного скгналао

Цель изобретения - упрощенне устройства и повышение точности воспроизведе

НИЯо

Поставленная цель достигается тем, что в датчик активного тока, содержащий трансформатор тока, вкл1бченный в одну из фаз трехфазной сети, резистивньгй делитель, подключенньй к выходу транстформагора тока, трансформатор напряжения, включенный на линейное напряжение фаз, соседних с фазой, в которую включен трансформатор тока, и два основных ключа цепи управления которых подключены к вьссоду трансформатора напряжения, а нагрузка подключена одним концом к средней точке резистивного делителя, введены дополнительные ключи, соединенные последовательно с основными ключами, и конденсаторы, включенные между выводами соединения основных и дополнительных ключей и средним вьшодом резистив-ного делителя, причем цепи управления дополнительных ключей подключены к выходу трансформатора напряжения, а нагрузка вторым выводом подключена к выводу соединения дополннтельньк ключей.

На фиг. 1 изображена структурная схема датчика активного тока; на фиг. 2 представлены временные диаграммы, поясняющие его принцип действия,

Датчик активного .тока состоит из трансформатора 1 тока, включенного в одну из фаз трехфазной сети, резистивного делителя 2, подключенного к выходным .зажимам трансформатора тока, попарно- последовательно соединенных основных 3 и 4 и дополнительных 5 и 6 ключей, подключенных параллельно резистивному делителю, конденсаторов 7 и 8, включе1шых между выводами coeдшieния основ ных и дополнительных ключей и средним вьшодом резидтивного делителя, трансформатора 9 напряжения, включенного на линейное напряжение фаз, соседних с фазой занятой трансформатором тока, причем вторичные обмотки трансформатора напряжения подключены к цепям управления осиоиных и дополнительных ключей, а наг4

рузка 10 датчика включена между дом резистивного делителя.

Принцип выделения полезного сигнала в предлагаемом датчике активного тока основан ка следующих , свойствах однофазных и грехфазньк сетей переменного тока

Если принять за начало отсчета угол, для которого значение огшофазного напря жения равно нулю, то выражения для фазного тока и напряжения имеют вид

(1) (wt-Ч), (2)

где амплитугшые значения напряжения и тока в фазе

угол -сдвига фаз между током и напряжением

(jy - угловая частота;

Ь - время.

Выражение для фазного тока можно представить в следующем виде

, d-.)

(3)

откуда следует, что мгновенное значение полного тока пропорционально его активной составляющей в моменты времени, соответствующие углам

/С i-- - I ),(4

где К 0,1,2...: т.е.

(.гк..) (5

где К - коэффициент пропорциональности.

Если учесть, что в трехфазных сетях переменного тока сдвиг между любым фазным няпряжением и линейным напряжением двух других фаз составляет угол, равный 1l|2L, то отсюда следует, что мгновенное значение полного тока в фазе пропорционально его/-- активной составляющей в моменты времени, когда мгновенное значение соответствующего линейного напряжения достигает своего нулевого значения (фиг,2С1).

Датчик активного тока работает следующим образом.

Сигнал с трансформатора 1 тока поступает на резистивный делитель 2, где преобразуется в напряжение, пропорциональное полному току, которое делится пополам относительно среднего вывода резне- тивного делителя 2. Последовательно сое- диненны:е основные 3 и 4 и дополнительные 5 и 6 ключи, управляемые напряжениями вторичных обмоток трансффматора

57898

Э напряжения, коммутируются ск}1фазно с последовательно следующими полупериола- ми л.ннейного напряжения. Таким образом, на конденсаторах 7 и 8 при включенном состоянии осноЬных ключей 3 и 4 повто- j ряется сигнал, имеющийся на соответсг-вующем плече реэнстивного делителя 2, а в момент переключения основных 3 и 4 и дополнительных 5 и 6 ключей фиксируется, напряжение пропсрциональное актив- 50 ной составляющей полного тока в фазе, так как переключение ключей осуществляется при достижении линейным напряжением своего нулевого значения (фиг.2). В последующий полупериод линейного нап ряжения дополнительные ключи 5 и 6 подключают нагрузку к конденсаторам 7 и 8, чем обеспечивается вывод информации, зафиксированной в предьшущем полуперио де. Датчик построен по двухполупериодной 20 схеме со средним выводом, чем обеспечивается параллельно-последовательный цикл папучения и вывода информации, В результате на нагрузку 10 в каждый полупериод линейного напряжения вьшодится постоян- 25 кое напряжение, величина которого пропс циснальна активной составляющей полного тока фазы (фиг. 22.).

Исполь зование предлагаемого датчика позволяет осуществлять быстрое, с запаз- 30 дьтанием, но Ie превышающим один полупериод частоты сети, преобразование активной составляющей полного тока фазы в п остоянное напряжение, улучшить массогабаритные показатели датчика активного 35 Тока за счет уменьшения числа используемых трансформаторов, а также снизить пульсации в выходном сигнале датчика.

что ул чшает условия работы устройств, использующих информацию об активной составляющей полного тока 4)азы.

Формула изобретения

Датчик активного тока, содержащий трансформатор тока, включенный в одну ю фаз трехфазной сети, ра резистивный делитель, подключенньй к вькоду трансформатора тока, трансформатор напряжения, включенный на линейное напряжение фаз, соседних с фазой, в которую включе трансформатор тока, и два основных ключ цепи управления которых подключены к выходу трансформатора напряжения, а нагрузка подключена одним выводом к срехшему выводу резистнвного делителя, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения точности воспроизведения в него введены дополнительные ключи, соединенные последовательно с основными ключами, и конденсаторы, включенные меЖду выводами соединения основных и дополнительных

ключей и средним выводом резистивного делителя, причем цепи управления дополнительных ключей подключены к выходу трансформатора г напряжения, а нагрузка вторым выводом подключена к выводу соединения дополнительных ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Константинов В. Н. Системы и устройства автоматизации судовых электтроэнергетических установок. Л., Судостроение, 1972.

2.Авторское свндетельство СССР № 298988, кл. Н 02 J 3/46, 1967.

/7/2

Jfn-co f- y-aAf-7a

/7J/2/7

2Л

Фие.2