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.
8
Известно устройство для измерения трехфазного напряжения [патент RU №2314630, МПК Н02М 7/00, G01R 29/16, опубл. 10.01.2008 г.], содержащее трехфазный мостовой выпрямитель, выполненный на диодах. Выходные выводы выпрямителя, являющиеся выходными выводами датчика, предназначены для присоединения цепи нагрузки. Во входные цепи переменного тока, подключенные к соответствующим фазам измеряемого источника напряжения, включены резисторы.
Недостатком данного устройства является низкая чувствительность и ограниченный динамический диапазон из-за значительного внутреннего сопротивления устройства.
8
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является измерительный преобразователь многофазного напряжения в постоянное [Авторское свидетельство СССР №1684702 МПК G01R 19/22, опубл. 15.10.1991 г.], содержащий выводы, предназначенные для подключения к фазам переменного напряжения, резистивные делители и многоплечий диодный мост, выход которого соединен с выходом преобразователя.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатком данного преобразователя является его большое внутреннее сопротивление, обусловленное применением с целью расщепления фаз резистивных делителей, в результате этого выходное напряжение сильно зависит от нагрузки. Потеря мощности выходного сигнала приводит к снижению эффективности преобразования, чувствительности и рабочего диапазона. Кроме того, внутреннее сопротивление для различных фаз многофазного источника оказываются различным, что искажает форму синусоид и увеличивает пульсации выходного напряжения, а, следовательно, снижает точность преобразования.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение чувствительности и точности за счет снижения внутреннего сопротивление преобразователя.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный измерительный преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий многоплечий диодный мост, выход которого соединен с выходом преобразователя, дополнительно введены шесть фазосмещателей, причем входы многоплечего диодного моста присоединены к выходам фазосмещателей и к первому, второму и третьему фазным входам преобразователя, причем первый фазный вход соединен с входами первого и второго фазосмещателей, второй фазный вход соединен с входами третьего и четвертого фазосмещателей, а третий фазный вход соединен с входами пятого и шестого фазосмещателей. Каждый фазосмещатель содержит операционный усилитель, три резистора и конденсатор, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора и выходом фазосмещателя, вход которого соединен со вторым выводом первого резистора и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и первым выводом конденсатора, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.
Существенными отличиями предлагаемого преобразователя является введение шести фазосмещателей и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения чувствительности и точности преобразователя.
A
B
C
1
6
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя, на фиг. 2 - векторные диаграммы напряжений u, u, u, u-u, на фиг. 3 - схема фазосмещателей.
Преобразователь (фиг. 1) содержит шесть фазосмещателей 1-6 и многоплечий диодный мост 7, выход которого соединен с выходом преобразователя, причем входы многоплечего диодного моста 7 присоединены к выходам фазосмещателей 1-6 и к первому, второму и третьему фазным входам преобразователя, причем первый фазный вход соединен с входами фазосмещателей 1, 2, второй фазный вход соединен с входами фазосмещателей 3, 4, а третий фазный вход соединен с входами фазосмещателей 5, 6. Каждый фазосмещатель содержит операционный усилитель 8, три резистора 9, 10, 11 и конденсатор 12, причем первые выводы резисторов 9, 10 подключены к инвертирующему входу операционного усилителя 8, выход которого соединен со вторым выводом резистора 10 и выходом фазосмещателя, вход которого соединен со вторым выводом резистора 9 и первым выводом резистора 11, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 8 и первым выводом конденсатора 12, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.
A
B
C
Преобразователь работает следующим образом. На вход преобразователя поступают напряжения u, u, u, пропорциональные фазным напряжениям сети:
; ; ,
где  - амплитуда измеряемого фазного напряжения.
A
B
C
Напряжение фазы u поступает на входы фазосмещателей 1, 2, фазы u - на входы фазосмещателей 3, 4, фазы u - на входы фазосмещателей 5, 6.
Фазосмещатель 1, 3, 5 предназначены для сдвига фазы входного сигнала на угол 40° в сторону отставания при единичном коэффициенте усиления. Для этого необходимо выдержать следующие соотношения между компонентами его схемы (фиг. 2):
9
10
11
12
9
R=R=R; 1/(ωC)=2,77R.
Фазосмещатель 2, 4, 6 предназначены для сдвига фазы входного сигнала на угол 80° в сторону отставания при единичном коэффициенте усиления. Для этого необходимо выдержать следующие соотношения между компонентами его схемы (фиг. 2):
9
10
11
12
9
R=R=R; 1/(ωC)=1,15R.
A
Фазовый сдвиг напряжения фазы u фазосмещателями 1, 2 на углы соответственно -40° и -80° показан на фиг. 2.
В результате на входах многоплечего диодного моста 7 формируется девятифазная система напряжений (фиг. 2):
; ; ;
; ; ;
, ; .
Многофазное напряжение выпрямляется диодным мостом 7, на выходе которого формируется напряжение постоянного тока с коэффициентом пульсаций, определяемым фазностью системы напряжений.
Таким образом, применение в преобразователе фазосмещателей 1-6 позволяет значительно снизить его внутреннее сопротивление, в результате чего повышается чувствительность и точность измерения напряжения во всем динамическом диапазоне входного сигнала.
Для расширения динамического диапазона входного напряжения в области малых сигналов выпрямитель 7 необходимо выполнять на диодах Шоттки.
Для уменьшения коэффициента пульсаций и увеличения точности следует увеличить количество фазосмещателей при одновременном уменьшении угла сдвига фаз.