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
Известно 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.
Недостатком данного устройства является невысокая точность измерения частоты, обусловленная большим числом преобразований входных сигналов и пульсациями выходного напряжения.
8
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является устройство для измерения частоты трехфазного синусоидального напряжения [Патент РФ №189666 МПК G01R 23/02, опубл. 30.05.2019 г.], содержащее трехфазный мостовой выпрямитель, первый и второй измерительные резисторы, сумматор, дифференциатор, делительное устройство, пиковый детектор, блок выделения модуля и фильтр нижних частот, причем первый, второй и третий входы трехфазного мостового выпрямителя подключены соответственно к первому, второму и третьему фазным проводам трехфазного напряжения, плюсовой вывод выпрямителя соединен с первым входом сумматора и через первый измерительный резистор соединен с нейтральным проводом, минусовой вывод выпрямителя через второй измерительный резистор соединен с нейтральным проводом, выход дифференциатора соединен с первым входом делительного устройства, выход которого соединен с входом блока выделения модуля, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом устройства, а второй вход делительного устройства соединен с выходом пикового детектора, вход которого подключен к первому фазному проводу трехфазного напряжения.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатком данного устройства является невысокое быстродействие, особенно в переходных режимах, обусловленное наличием на выходе фильтра нижних частот, частота среза которого выбирается из условия получения достаточной точности измерения на низшей рабочей частоте.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство для измерения частоты трехфазного синусоидального напряжения, содержащее первый трехфазный мостовой выпрямитель, дифференциатор, делительное устройство, пиковый детектор, блок выделения модуля и фильтр нижних частот, причем первый, второй и третий входы первого трехфазного мостового выпрямителя подключены соответственно к первому, второму и третьему фазным проводам трехфазного напряжения, выход дифференциатора соединен с первым входом делительного устройства, выход которого соединен с входом блока выделения модуля, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом устройства, а второй вход делительного устройства соединен с выходом пикового детектора, вход которого подключен к первому фазному проводу трехфазного напряжения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй трехфазный мостовой выпрямитель, первое, второе, третье и четвертое вычитающие устройства и блок масштабирования, причем первый фазный провод трехфазного напряжения соединен соответственно с первым входом первого вычитающего устройства и вторым входом третьего вычитающего устройства, второй фазный провод трехфазного напряжения соединен соответственно с первым входом второго вычитающего устройства и вторым входом первого вычитающего устройства, третий фазный провод трехфазного напряжения соединен соответственно с первым входом третьего вычитающего устройства и вторым входом второго вычитающего устройства, первый, второй и третий входы второго трехфазного мостового выпрямителя подключены соответственно к выходам первого, второго и третьего вычитающего устройства, плюсовой вывод первого выпрямителя соединен с первым входом четвертого вычитающего устройства, плюсовой вывод второго выпрямителя через блок масштабирования соединен со вторым входом четвертого вычитающего устройства, выход которого подключен к входу дифференциатора, а минусовые выводы первого и второго выпрямителей присоединены к шине нулевого потенциала.
Существенными отличиями предлагаемого устройства является введение второго трехфазного мостового выпрямителя, первого, второго, третьего и четвертого вычитающего устройства, блока масштабирования и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения быстродействия устройства.
ф
1
3
5
8
вых
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений u, u, u-u, u и u.
Устройство для измерения частоты трехфазного синусоидального напряжения (фиг. 1) содержит первый 1 и второй 2 трехфазные мостовые выпрямители, первое 3, второе 4, третье 5 и четвертое 6 вычитающие устройства, блок масштабирования 7, дифференциатор 8, пиковый детектор 9, делительное устройство 10, блок выделения модуля 11 и фильтр нижних частот 12.
А
B
C
Устройство работает следующим образом. На входы первого трехфазного мостового выпрямителя 1 поступают соответственно напряжения u, u, u, пропорциональные фазным напряжениям сети (фиг. 2):
mф
где U - амплитуда фазного напряжения;
ω - круговая частота фазного напряжения.
А
B
C
1
В результате выпрямления фазных напряжений u, u, u, на плюсовом выводе выпрямителя 1 формируется пульсирующее постоянное напряжение u положительной полярности (фиг. 2).
B
A
АВ
C
B
BC
A
C
CA
После вычитания фазного напряжения u из фазного напряжения u в вычитающем устройстве 1, на его выходе формируется линейное напряжение u. После вычитания фазного напряжения u из фазного напряжения u в вычитающем устройстве 2, на его выходе формируется линейное напряжение u.После вычитания фазного напряжения uиз фазного напряжения uв вычитающем устройстве 3, на его выходе формируется линейное напряжение u.
AB
BC
CA
2
mл
Полученные линейные напряжения u, u, u поступают на соответствующие входы второго трехфазного мостового выпрямителя 2, на плюсовом выводе которого формируется пульсирующее постоянное напряжение u положительной полярности с амплитудой равной линейному напряжению U.
3
В блоке масштабирования 7 напряжение u приводится к одному масштабу с фазными напряжениями.
Коэффициент передачи блока масштабирования равен:
3
1
4
Полученное напряжение u поступает на второй вход вычитающего устройства 7, где вычитается из напряжения u и на его выходе формируется переменное напряжение u, имеющее форму, близкую к треугольной (фиг. 2).
4
5
5
6,
mф
В результате дифференцирования дифференциатором 8 напряжения u на его выходе формируется переменное напряжение u, по форме близкой к прямоугольной. Для исключения влияния величины фазного напряжения на измеряемую частоту в делительном устройстве 10 выходное напряжение u дифференциатора 9 делится на напряжение u пропорциональное амплитуде фазного напряжения U, и вырабатываемое пиковым детектором 9 (фиг. 2).
7
8
После выпрямления переменного напряжения u в блоке выделения модуля 11, на его выходе формируется постоянное напряжение u, содержащее незначительные пульсации, которые эффективно сглаживаются фильтром нижних частот 12, имеющим небольшую постоянную времени.
вых
В результате на выходе фильтра нижних частот 12 и на выходе устройства формируется постоянное напряжение u, которое не содержит переменной составляющей, а его величина пропорциональна измеряемой частоте ω трехфазного синусоидального напряжения сети.
Таким образом, частота переменного напряжения на выходе дифференциатора в два раза выше и имеет меньшую амплитуду пульсаций, чем у прототипа. В результате этого для достижения требуемого уровня амплитуды пульсаций выходного напряжения фильтр нижних частот 12 имеет значительно меньшую постоянную времени. Следовательно, имеет место повышение быстродействия устройства.
При практической реализации предлагаемого устройства трехфазные мостовые выпрямители 1, 2 выполнены по известной схеме Ларионова. Вычитающие устройства 3-6 представляет собой параллельные сумматоры на операционном усилителе (ОУ). Блок масштабирования 7 выполнен в виде усилителя на ОУ с коэффициентом передачи, равным 0,577. Дифференциатор 8 можно выполнить по известной схеме на ОУ с времязадающей RC-цепью. Пиковый детектор 9 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). Делительное устройство 10 можно выполнить на ОУ, включив перемножитель напряжений на микросхеме К525ПС3А в цепь его отрицательной обратной связи. В качестве блока выделения модуля 11 можно использовать схему двухполупериодного выпрямителя на ОУ, выполненного по схеме (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 315, рис. 11.37). Фильтр нижних частот 12 можно выполнить по схеме фильтра нижних частот первого порядка на ОУ (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 105, рис. 6.10).