ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

Полезная модель относится к области измерения параметров электрической энергии и может быть использовано в устройствах измерения трехфазного переменного напряжения или тока, а также в устройствах автоматики и релейной защиты.
Известен измерительный преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное [Статические компенсаторы для регулирования реактивной мощности /Под ред. P.M. Матура. Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 36.], содержащий два квадратора, пять блоков перемножения, три сумматора и блок извлечения квадратного корня, причем выходы квадраторов соединены с входами одного из сумматоров, выход которого через блок извлечения квадратного корня подключен к выходу преобразователя.
Недостатком данного преобразователя является невысокая точность измерения напряжения, обусловленная большим числом преобразований входных сигналов.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является измерительный преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное [Патент на ПМ №162209 РФ, МПК G01R 19/22, опубл. 27.05.2016 г.], содержащий три квадратора, сумматор и блок извлечения квадратного корня, причем выходы квадраторов соединены соответствующими с входами сумматора, выход которого через блок извлечения квадратного корня подключен к выходу преобразователя, а входы квадраторов подключены к соответствующим фазным входам преобразователя, подключенным к фазным проводам трехфазной сети.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатком данного преобразователя является невысокая чувствительность, обусловленная низким коэффициентом передачи. Кроме того, при возможном некотором перекосе фаз из-за неполной взаимной компенсации переменных напряжений в сумматоре в выходном сигнале данного преобразователя возникнут пульсации напряжения, что снижет его точность.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение чувствительности и точности преобразователя.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный измерительный преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий три квадратора, первый сумматор и блок извлечения квадратного корня, выход которого является выходом преобразователя, причем выходы первого, второго и третьего квадраторов соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого сумматора, входы первого, второго и третьего квадраторов подключены соответственно к первому, второму и третьему фазным входам преобразователя, дополнительно введены три фазоинвертора, второй и третий сумматоры, причем выходы первого, второго и третьего квадраторов через соответствующие первый, второй и третий фазоинверторы соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами второго сумматора, выход которого соединен со вторым входом третьего сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора, в выход третьего сумматора соединен с входом блока извлечения квадратного корня.
Существенными отличиями предлагаемого преобразователя является введение трех фазоинверторов и второго и третьего сумматоров, а также организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения чувствительности и точности преобразователя.
Сущность полезной модели поясняется рисунком (фиг.), где приведена функциональная схема преобразователя.
Преобразователь (фиг.) содержит квадраторы 1, 2, 3, фазоинверторы 4, 5, 6, сумматоры 7, 8, 9 и блок извлечения квадратного корня 10, причем выходы квадраторов 1, 2, 3 соединены с соответствующими входами сумматора 7 и входами соответствующих фазоинверторов 4, 5, 6, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора 8, выходы сумматоров 7, 8 соединены с соответствующими входами сумматора 9, выход которого через блок извлечения квадратного корня 10 подключен к выходу преобразователя, а входы квадраторов 1, 2, 3 подключены к соответствующим фазным входам преобразователя, подключенным к фазным проводам трехфазной сети.
A
B
C
Преобразователь работает следующим образом. На входы квадраторов 1, 2, 3 поступают соответственно напряжения u, u, u, пропорциональные фазным напряжениям сети:
где  - амплитуда измеряемого фазного напряжения.
1
2
3
A
B
C
На выходах квадраторов 1, 2, 3 формируются напряжения u, u, u, полученные после возведения в квадрат входных напряжений u, u, u:
1
2
3
7
После суммирования напряжений u, u, u в сумматоре 7 и преобразований, на его выходе имеем напряжение u.
1
2
3
4
5
6
Фазоинверторы 4, 5, 6 инвертируют фазу напряжений u, u, u без изменения знака постоянной составляющей, в результате чего на их выходах формируются напряжения u, u, u.
4
5
6
8
После суммирования напряжений u, u, u в сумматоре 8 и преобразований, на его выходе имеем напряжение u:
5
6
вых
В результате суммирования напряжений u и u в сумматоре 9, на его выходе формируется напряжение U:
вых:
После операции извлечения квадратного корня в блоке извлечения квадратного корня 10 на выходе преобразователя формируется напряжение u
вых
В результате выходное постоянное напряжение u преобразователя не содержит переменной составляющей, а его величина равна . Таким образом,
коэффициент передачи данного преобразователя в  раз больше, чем прототипа, следовательно, имеет место повышение чувствительности преобразователя.
вых
При возможном некотором перекосе фаз возникающие пульсации напряжения на выходах сумматоров 7 и 8 находятся в противофазе и взаимно уничтожаются при суммировании в сумматоре 9. В результате постоянное напряжение на выходе U преобразователя не содержит переменной составляющей, тем самым повышается точность преобразователя.
При практической реализации предлагаемого преобразователя в качестве квадраторов 1, 2, 3 можно использовать перемножители сигналов на микросхеме К525ПС3, объединив при этом ее информационные входы x и y. Фазоинверторы 4, 5, 6 могут быть выполнены по схеме фазового фильтра (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 138, рис. 6.33), сдвигающего фазу сигнала на 180°. Сумматоры 7, 8, 9 представляет собой обычный сумматор на операционном усилителе. В качестве блока извлечения квадратного корня 10 можно использовать схему на операционном усилителе, включив квадратор в цепь его отрицательной обратной связи.