УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ТРЕХФАЗНОГО СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области измерения параметров электрической энергии и может быть использована в устройствах измерения частоты трехфазного переменного напряжения или тока, а также в устройствах автоматики и релейной защиты.
8
Известен измеритель частоты [Авторское свидетельство СССР №458774 МПК G01R 23/00, опубл. 30.01.1975 г.], содержащий последовательно соединенные усилитель-ограничитель, дозирующий конденсатор и диодный разветвитель, образованный двумя диодами, дифференциальный усилитель постоянного тока с параллельной RC-цепью в цепи обратной связи и индикатор.
Недостатком данного устройства является то, что постоянная времени RC-цепи фильтра нижних частот выбирается достаточно большой исходя из заданной величины пульсаций выходного напряжения на самой низкой рабочей частоте. Поэтому в широком диапазоне изменения частоты входного сигнала устройство обладает низким быстродействием.
8
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является устройство для измерения частоты трехфазного синусоидального напряжения [Авторское свидетельство СССР №577469 МПК G01R 23/02, опубл. 25.10.1977 г.], содержащее трехвходовой компаратор, дешифратор, блок ключей, пиковый детектор, блок выделения модуля, последовательно соединенные дифференциатор и делительное устройство, причем входы компаратора соединены с входами фаз трехфазного напряжения и с тремя управляемыми входами блока ключей, а выходы компаратора через дешифратор подключены к управляющему входу блока ключей, объединенный выход которых подсоединен к входу дифференциатора, при этом вход пикового детектора подключен к первому входу трехвходового компаратора, а выход пикового детектора подключен к первому входу делительного устройства, выход которого подключен к входу блока выделения модуля.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатком данного устройства является невысокая точность измерения частоты из-за значительных пульсаций выходного напряжения, обусловленных нелинейностью обрабатываемых участков синусоид трехфазного напряжения.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности измерения частоты.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство для измерения частоты трехфазного синусоидального напряжения, содержащее дифференциатор, пиковый детектор и блок деления, первый вход которого присоединен к выходу пикового детектора, вход которого соединен с первым фазным входом устройства, дополнительно введены два дифференциатора, три квадратора, сумматор и блок извлечения квадратного корня, причем первый, второй и третий фазные входы устройства через последовательно соединенные дифференциаторы и квадраторы подключены соответственно к первому, второму и третьему входам сумматора, выход которого через блок извлечения квадратного корня присоединен ко второму входу блока деления, выход которого является выходом устройства.
Существенными отличиями предлагаемого устройства является введение дополнительно двух дифференциаторов, трех квадраторов, сумматора, блока извлечения квадратного корня и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивает достижение положительного эффекта - повышение точности измерения частоты.
Сущность полезной модели поясняется рисунком (фиг.), где приведена функциональная схема преобразователя.
Устройство (фиг.) содержит три дифференциатора 1, 2, 3, три квадратора 4, 5, 6, сумматор 7, блок извлечения квадратного корня 8, блок деления 9 и пиковый детектор 10, причем первый А, второй В и третий С фазные входы устройства через последовательно соединенные дифференциаторы 1, 2, 3 и квадраторы 4, 5, 6 подключены соответственно к первому, второму и третьему входам сумматора 7, выход которого через блок извлечения квадратного корня 8 присоединен ко второму входу блока деления 9, выход которого является выходом устройства, а первый вход блока деления 9 присоединен к выходу пикового детектора 10, вход которого соединен с первым А фазным входом устройства.
A
B
C
Преобразователь работает следующим образом. На входы дифференциаторов 1, 2, 3 поступают соответственно напряжения u, u, u, пропорциональные фазным напряжениям сети:
A
фm
B
фm
C
фm
u=Usinωt; u=Usin(ωt-120°); u=Usin(ωt+120°),
фm
где U - амплитуда измеряемого фазного напряжения.
1
2
3
На входы квадраторов 4, 5, 6 поступают соответственно напряжения u, u, u, полученные после дифференцирования дифференциаторами 1, 2, 3:
;
;,
m вх
где U - амплитуда измеряемого входного напряжения;
ω - круговая частота входного напряжения;
R - сопротивление резистора дифференциатора;
C - емкость конденсатора дифференциатора.
4
5
6
1
2
3
На выходах квадраторов 4, 5, 6 формируются напряжения u, u, u, полученные после возведения в квадрат напряжений u, u, u:
4
5
6
7
После суммирования напряжений u, u, u в сумматоре 7 и преобразований имеем напряжение u:
8
После операции извлечения квадратного корня в блоке извлечения квадратного корня 8 на его выходе формируется напряжение u:
.
фm
A
Пиковый детектор 10 выделяет амплитуду U фазного напряжения u и подает на первый вход блока деления 9, на второй вход которого подается напряжение с выхода блока извлечения квадратного корня 8.
вых
В результате на выходе блока деления 9 и всего устройства формируется напряжение U, пропорциональное частоте трехфазного синусоидального напряжения:
,
где  - коэффициент пропорциональности.
При практической реализации предлагаемого устройства дифференциаторы 1, 2, 3 можно выполнить по известной схеме на операционном усилителе (ОУ) с времязадающей RC-цепью. В качестве квадраторов 4, 5, 6 можно использовать перемножители сигналов на микросхеме К525ПСЗ, объединив при этом ее информационные входы x и y. Сумматор 7 представляет собой обычный сумматор на операционном усилителе. В качестве блока извлечения квадратного корня 8 можно использовать схему на ОУ, включив квадратор в цепь его отрицательной обратной связи. Блок деления 9 можно выполнить на ОУ, включив перемножитель напряжений в цепь его отрицательной обратной связи. Пиковый детектор 10 можно выполнить по одной из известных схем (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 292, рис. 11.17; стр. 304, рис. 11.29).