ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МОЩНОСТИ

Преобразователь мощности относится к устройствам измерительной техники и может быть использован, в частности, в счетчиках электрической энергии и ваттметрах.
Известны преобразователи мощности, используемые в электронных счетчиках электрической энергии, содержащие преобразователи напряжения и тока сети в измерительные сигналы, блок питания и преобразователь среднего значения произведения сигналов в импульсные сигналы, входы которого подключены к выходам преобразователей напряжения и тока сети и к выходам блока питания, который содержит токоограничивающий элемент в виде конденсатора, один вывод которого через резистор подключен к сети, а другой вывод подключен к однополупериодному выпрямителю ("SAMES" Data Catalogue: Energy Measurement. Web Site: http:// www.sames.com.za).
Наиболее близким к предлагаемому устройству по совокупности признаков является преобразователь мощности, содержащий преобразователь напряжения сети, преобразователь тока сети, блок питания и преобразователь среднего значения произведения сигналов в импульсные сигналы, соответствующие входы которого подключены к выходам преобразователя напряжения сети, к выходам преобразователя тока сети и к выходам блока питания, входы которого соединены с входами преобразователя напряжения сети и подключены к шинам фазы и нейтрали сети, а преобразователь тока сети включен последовательно в шину фазы сети. При этом блок питания включает в себя токоограничивающий элемент, выпрямительный диод, стабилитрон, конденсатор фильтра и стабилизатор напряжения. Вход стабилизатора напряжения подключен к одному выводу конденсатора фильтра, другой вывод которого и анод стабилитрона соединены между собой и являются одним из входов блока питания, подключенного к шине фазы сети. При этом токоограничивающий элемент выполнен в виде конденсатора, один вывод которого подключен к соединенным вместе аноду выпрямительного диода и катоду стабилитрона, а другой вывод является другим входом блока питания, подключенного к нейтрали сети через защитный резистор. ("Analog Devices" Application Notes: AN-559. Rev.A. Web Site: http://www.analog.com/energymeter). В указанных аналогах преобразователи среднего значения произведения сигналов в импульсные сигналы выполнены в
виде известных интегральных микросхем, описанных в приведенных выше источниках информации..
Недостатком известных преобразователей мощности является большая потребляемая активная и реактивная мощность и низкая помехозащищенность.
Указанные недостатки известных устройств вызваны применением в качестве основного токоограничивающего элемента конденсатора. Применение конденсатора, включенного последовательно в цепь блока питания приводит к сдвигу фазы тока потребления и увеличивает реактивную составляющую потребляемой мощности. Для обеспечения работоспособности токоограничивающего конденсатора в однополупериодном выпрямителе необходимо дополнительно выпрямлять другую полуволну напряжения сети, что увеличивает активную составляющую потребляемой мощности. Конденсатор в качестве токоограничивающего элемента практически не представляет собой сопротивления для коммутационных и иных помех, возникающих в сети, что приводит к снижению помехозащищенности преобразователя мощности.
Задачей предлагаемой полезной модели является снижение реактивной и активной потребляемой мощности и повышение помехоустойчивости устройства.
Решение поставленной задачи достигается тем, что преобразователь мощности, содержащий преобразователь напряжения сети, преобразователь тока сети, блок питания и преобразователь среднего значения произведения сигналов в импульсные сигналы, соответствующие входы которого подключены к выходам преобразователя напряжения сети, к выходам преобразователя тока сети и к выходам блока питания, входы которого соединены с входами преобразователя напряжения сети и подключены к шинам фазы и нейтрали сети, а блок питания включает в себя токоограничивающий элемент, выпрямительный диод, стабилитрон, конденсатор фильтра и стабилизатор напряжения, вход которого подключен к одному выводу конденсатора фильтра, другой вывод которого и анод стабилитрона соединены между собой и являются одним входом блока питания, подключенного к шине фазы сети, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, токоограничивающий элемент выполнен в виде транзистора и резистора, а в блок питания введены дополнительный конденсатор и дополнительный резистор, один конец которого подключен к соединенным вместе одному концу резистора и катоду выпрямительного диода, а другой конец дополнительного резистора подключен к соединенным вместе катоду стабилитрона и базе транзистора, эмиттер которого соединен с входом стабилизатора напряжения, а коллектор
транзистора подключен к другому концу резистора, при этом дополнительный конденсатор подключен параллельно стабилитрону, а анод выпрямительного диода является другим входом блока питания и подключен к шине нейтрали сети.
Снижение реактивной и активной потребляемой мощности и увеличение помехоустойчивости устройства достигается тем, что токоограничивающий элемент, выполненный в виде транзистора и резистора, представляет активную нагрузку для напряжения сети не сдвигающую фазу тока потребления. Это снижает значение реактивной составляющей потребляемой мощности. Снижение активной потребляемой мощности достигается тем, что нагрузкой для отрицательной полуволны напряжения сети служит последовательная цепь из стабилитрона и дополнительного резистора. Сопротивление дополнительного резистора больше на величину коэффициента усиления по току транзистора, чем сопротивление токоограничивающего элемента для положительной полуволны напряжения сети. Активное сопротивление токоограничивающего элемента и конденсатор фильтра образуют RC-фильтр для помех в сети. Дополнительная фильтрация помех обеспечивается фильтром образованным из дополнительно введенных конденсатора и резистора. Наличие этих фильтров повышает помехоустойчивость устройства.
Сущность полезной модели поясняется схемой преобразователя мощности, приведенной на фигуре. Устройство содержит преобразователь напряжения сети 1, преобразователь тока сети 2, блок питания 3 и преобразователь среднего значения произведения сигналов в импульсные сигналы 4, соответствующие входы которого подключены к выходам преобразователя напряжения сети1, к выходам преобразователя тока сети 2 и выходам блока питания 3, входы которого соединены с входами преобразователя напряжения сети1 и подключены к шинам фазы 5 и нейтрали 6 сети, а блок питания 3 включает в себя токоограничивающий элемент 7, выпрямительный диод VD1, стабилитрон VD2, конденсатор фильтра С1 и стабилизатор напряжения 8, вход которого подключен к одному выводу конденсатора фильтра С1, другой вывод которого и анод стабилитрона VD2 соединены между собой и являются одним из входов блока питания, подключенного к шине фазы сети 5. При этом токоограничивающий элемент 7 выполнен в виде транзистора VT и резистора R1, а в блок питания введены дополнительный конденсатор С2 и дополнительный резистор R2, один конец которого подключен к соединенным вместе одному концу резистора R1 и катоду выпрямительного диода VD1, а другой конец дополнительного резистора R2
подключен к соединенным вместе катоду стабилитрона VD2 и базе транзистора VT, эмиттер которого соединен с входом стабилизатора напряжения 8, а коллектор транзистора VT подключен к другому концу резистора R1, при этом дополнительный конденсатор С2 подключен параллельно стабилитрону VD2, а анод выпрямительного диода VD1 является другим входом блока питания и подключен к шине нейтрали сети 6.
Устройство работает следующим образом. Напряжение сети преобразуется с помощью преобразователя напряжения сети 1 в измерительное напряжение, которое поступает на одни из входов преобразователя среднего значения произведения сигналов в импульсные сигналы 4. Ток сети с помощью преобразователя тока сети 2 преобразуется в другое измерительное напряжение, которое поступает на другие входы преобразователя среднего значения произведения сигналов в импульсные сигналы 4. С помощью блока питания 3 преобразователь среднего значения произведения сигналов в импульсные сигналы 4 преобразует измерительные напряжения, поступающие на его входы в импульсные сигналы, частота следования которых пропорциональна активной мощности, потребляемой нагрузкой в сети. Напряжение питания на преобразователь среднего значения произведения сигналов в импульсные сигналы 4 поступает с выходов стабилизатора напряжения 8. Транзистор VT работает в режиме с общей базой, на которую поступает постоянное напряжение, получаемое путем однополупериодного выпрямления с помощью выпрямительного диода VD1. Напряжение на базе транзистора сглаживается фильтром, состоящим из дополнительного резистора R2 и дополнительного конденсатора С2, и ограничивается стабилитроном VD2. Это напряжение воспроизводится на эмиттере транзистора VT и поступает на вход стабилизатора напряжения 8 и на фильтрующий конденсатор С1. Остальная часть выпрямленного напряжения падает на токоограничивающем элементе 7. Напряжение на коллекторе транзистора VT формируется за счет однополупериодного выпрямления напряжения сети и является импульсным. Ток через транзистор VT начинает протекать и заряжать конденсатор фильтра С1 после того, как напряжение на коллекторе стане больше напряжения на базе транзистора VT. В паузах между импульсами напряжение на входе стабилизатора напряжения 8 поддерживается с помощью конденсатора фильтра С1.
Таким образом, основной ток потребления преобразователя мощности определяется током потребления преобразователя среднего значения
произведения сигналов в импульсные сигналы 4, а основная часть мощности потребляемая устройством рассеивается токоограничивающим элементом 7. При этом ток потребления не зависит от напряжения сети, а потребляемая мощность практически линейно зависит от напряжения сети, которое благодаря этому может изменяться в широких пределах.
Например, при использовании в качестве преобразователя среднего значения произведения сигналов в импульсные сигналы 4 микросхемы SPM3D производства фирмы Easymeter (Германия) и при значении резистора R1 равным 10 кОм, нижняя граница напряжения сети составляет 100В, а верхняя - может составлять 450В. Верхняя граница напряжения сети ограничивается допустимым значением мощности, рассеиваемой на транзисторе VT и резисторе R1 и допустимыми значениями напряжений на этих элементах. При этом полная потребляемая мощность предлагаемой полезной модели при напряжении в сети равным 220В не превосходит 0,8 ВА при значении активной мощности менее 0,5Вт. Для известных аналогичных преобразователей мощности эти значения составляют соответственно около 5 ВА и 1,5Вт. Помехозащищенность предлагаемого преобразователя мощности позволяет не применять дополнительные элементы защиты от воздействия импульсных помех, например, варисторы, требуемые при применении известных аналогичных устройств.