ДАТЧИК РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Заявляемое устройство относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения реактивной мощности трехфазной цепи переменного тока.
Наиболее близким к заявляемому датчику реактивной мощности является устройство измерения реактивной мощности трехфазной цепи переменного тока [Присмотров Н.И., Хорошавин B.C., Охапкин С.И., Ишутинов Д.В. Устройство для измерения реактивной мощности трехфазной цепи переменного тока. Заявка на полезную модель №2013154873, 10.12.2013, патент на полезную модель RU 140032 U1, опубликовано 27.04.2014, бюл. №12.]. Устройство содержит преобразователь действующего значения линейного напряжения, инверторы, нуль-органы, ключи, сумматор, преобразователь среднего значения фазного тока, блок выделения модуля, релейный элемент с зоной нечувствительности, преобразователь среднего значения реактивной мощности, широтно-импульсный преобразователь (ШИП), состоящий из генератора пилообразного напряжения, компаратора и ключа.
Данное устройство включает в свой состав ШИП и не предусматривает преобразование входных знакопеременных аналоговых сигналов пропорциональных мгновенным значениям линейного напряжения между первой и второй фазами и тока третьей фазы в сигналы, содержащие информацию о модуле и знаке напряжения и тока. Указанные недостатки снижают точность измерения реактивной мощности трехфазной цепи переменного тока с помощью устройства.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в увеличении точности измерения, достигаемой за счет дополнительного введения в известное устройство измерения реактивной мощности трехфазной сети переменного тока, включающее в свой состав преобразователь действующего значения линейного напряжения, два инвертора, два нуль-органа, три ключа, сумматор, преобразователь среднего значения фазного тока, блок выделения модуля, релейный элемент с зоной нечувствительности, генератор пилообразного напряжения, компаратор, преобразователь среднего значения реактивной мощности, дополнительного блока выделения модуля, логического элемента и умножителя.
Раскрытие полезной модели
На фигуре представлена структура предлагаемого датчика реактивной мощности трехфазной сети переменного тока.
Датчик содержит преобразователь действующего значения линейного напряжения 1, нуль-органы 2 и 3, блоки выделения модуля 4 и 11, логический элемент 5, ключи 6 и 8, инвертор 7, преобразователь среднего значения фазного тока 10, сумматор 9, релейный элемент с зоной нечувствительности 12, умножитель 13.
Первый вход датчика реактивной мощности соединен с входом преобразователя действующего значения напряжения 1 и первого нуль-органа 2, выход которого соединен с первым входом логического элемента 5, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа 6 и инвертором 7, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа 8, выход которого соединен со вторым (вычитающим) входом сумматора 9, а выход первого ключа 6 соединен с первым (суммирующим) входом сумматора 9, выход которого соединен с входом преобразователя среднего значения фазного тока 10, выход которого соединен с входом релейного элемента с зоной нечувствительности 12 и входом блока выделения модуля 11, выход которого соединен со вторым входом умножителя 13, а выход преобразователя действующего значения напряжения 1 соединен с первым входом умножителя 13, выход которого соединен с первым выходом датчика реактивной мощности трехфазной сети переменного тока. Второй вход датчика реактивной мощности соединен с входом первого блока выделения модуля 4 и входом второго нуль-органа 3, выход которого соединен со вторым входом логического элемента 5. Выход первого блока выделения модуля 4 соединен с информационным входом первого ключа 6 и информационным входом второго ключа 8. Выход релейного элемента с зоной нечувствительности 12 соединен со вторым выходом датчика реактивной мощности.
Описание работы устройства
AB
C
На первый вход датчика реактивной мощности поступает сигнал с датчика напряжения U пропорциональный мгновенному значению линейного напряжения между первой и второй фазами , на второй вход датчика реактивной мощности поступает сигнал с датчика тока i, пропорциональный мгновенному значению тока третьей фазы .
Выходной сигнал v нуль-органа 2, подключенного к первому входу устройства, равен
а выходной сигнал w нуль-органа 3, подключенного ко второму входу датчика реактивной мощности, равен
тогда выходной сигнал l логического элемента 5, реализующего логическую функцию «Равнозначность» определяется согласно таблице истинности:
а выходной сигнал m инвертора 7, вход которого подключен к выходу логического элемента 5 определяется согласно таблице истинности
Выходной сигнал первого блока выделения модуля 4, подключенного к второму входу датчика реактивной мощности, равен
Выходной сигнал первого ключа 6, информационный вход которого соединен с выходом первого блока выделения модуля 4, а управляющий вход соединен с выходом логического элемента 5, равен
а выходной сигнал второго ключа 8, информационный вход которого соединен с выходом первого блока выделения модуля 4, а управляющий вход соединен с выходом инвертора 7, равен
СР
На выходе сумматора 9, входы которого соединены с выходом первого ключа 6 и выходом второго ключа 8, формируется выходной сигнал равный  а на выходе преобразователя среднего значения фазного тока 10, вход которого соединен с выходом сумматора 9, формируется выходной сигнал I в соответствии с уравнением
CP
m
Сигнал I будет пропорционален амплитудному значению I тока фазы  и синусу угла сдвига фаз sinφ между напряжением  и током  по уравнению
I
где k - коэффициент трансформации датчика тока;
ПР
k - коэффициент передачи преобразователя среднего значения фазного тока 10.
CP
CP
Сигнал I подается на вход второго блока выделения модуля 11. Выделение модуля сигнала I необходимо для обеспечения работы умножителя 13.
AB
в
Далее, с помощью преобразователя действующего значения напряжения 1 определяется сигнал, пропорциональный действующему значению линейного напряжения U, и при входном сигнале  его выходной сигнал U равен
U
где k - коэффициенты трансформации датчика напряжения;
в
k - коэффициент передачи преобразователя действующего значения напряжения 1.
Первый выходной сигнал датчика реактивной мощности трехфазной сети переменного тока пропорциональный модулю среднего значения реактивной мощности трехфазной сети переменного тока, получаемый на выходе умножителя 13 равен
где k- коэффициент преобразования;
Q - модуль среднего значения реактивной мощности трехфазной сети переменного тока.
CP
q
Сигнал I, пропорциональный среднему значению реактивного тока, также подается на вход релейного элемента с зоной нечувствительности 12, на выходе которого формируется сигнал Us, отражающий знак (характер) реактивной мощности:
CP
который определяется знаком среднего значения I тока фазы :
Этот сигнал является вторым выходом датчика реактивной мощности трехфазной сети переменного тока.
Осуществление полезной модели
Заявленный датчик реактивной мощности может быть реализовано программно-аппаратным способом на микропроцессорном контроллере.
В качестве элементной базы могут быть использованы отечественные или зарубежные аналоговые микросхемы и микропроцессорные контроллеры. Преобразователь действующего значения напряжения 1, первый 2 и второй 3 нуль-органы, первый блок выделения модуля 4 могут быть выполнены на операционных усилителях, например 140 серии (МА741, МА747С). Логический элемент 5, инвертор 7, первый 6 и второй 8 ключи, сумматор 9, преобразователь среднего значения фазного тока 10, второй блок выделения модуля 11, релейный элемент с зоной нечувствительности 12 и умножитель 13 могут быть реализованы программно с применением микропроцессорного контроллера 1887 ВЕ1У (фирма Atmel - ATmega8; фирма MicroChip - PIC18FXX) или любого другого микропроцессорного контроллера со встроенным АЦП и реализацией операции умножения.
Предлагаемый датчик реактивной мощности позволяет создавать точные измерители реактивной мощности, а также использоваться в составе устройств компенсации реактивной мощности электроустановок различного назначения.