Устройство для измерения трехфазного напряжения

Устройство для измерения трехфазного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при проектировании систем автоматического управления в качестве датчика трехфазного напряжения.

При построении систем автоматического регулирования трехфазного напряжения электромашинных генераторов или статических преобразователей используются схемы преобразования трехфазного напряжения в постоянное. Известны измерительные датчики трехфазного напряжения, выполненные на базе схем трехфазных мостовых выпрямителей, например (1). Недостатком известной схемы является высокий уровень пульсаций выпрямленного напряжения, снижающий точность измерений. Уменьшить пульсации можно с помощью RC фильтра, который обладает инерционностью, приводящей к запаздыванию контура регулирования и, следовательно, ухудшению динамических свойств системы автоматического регулирования напряжения.

Наиболее близким к данному изобретению является устройство для измерения трехфазного напряжения (2), содержащее трехфазный мостовой выпрямитель, входные цепи переменного тока которого подключены к фазным выводам источника измеряемого напряжения, а выходные цепи постоянного тока через RC фильтр подсоединены к нагрузке постоянного тока. Известное решение характеризуется более низким уровнем пульсаций выходного напряжения и удвоением их частоты по сравнению с (1). Однако пульсации имеют место, что требует введения сглаживающего RC фильтра, который снижает динамические свойства измерительного органа и, следовательно, всей системы автоматического регулирования в целом. Достаточно высокая инерционность датчика ведет к снижению точности измерений.

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании данного изобретения, является повышение точности измерений путем улучшения динамических характеристик измерительного устройства.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для измерения трехфазного напряжения, содержащем трехфазный мостовой выпрямитель, входные цепи переменного тока которого предназначены для подключения к соответствующим фазам источника измеряемого напряжения, выходные выводы мостового выпрямителя, являющиеся выходными выводами устройства, служат для подсоединения к цепи нагрузки постоянного тока (2), во входные цепи переменного тока мостового трехфазного выпрямителя введены резисторы, сопротивление каждого из которых составляет (0,5÷0,7) от величины сопротивления цепи нагрузки постоянного тока.

На Фиг.1 изображена принципиальная электрическая схема устройства.

На Фиг.2 представлены временные диаграммы работы схемы (соответственно каждой из фаз А, В, С).

Устройство (Фиг.1) содержит трехфазный мостовой выпрямитель, выполненный на диодах 1-6. Цепи переменного тока выпрямителя подключены к входным выводам устройства, предназначенным для присоединения к соответствующим фазам (А, В, С) источника измеряемого напряжения. Выходные выводы выпрямителя подсоединены к выходным выводам, служащим для подключения к цепи нагрузки постоянного тока 7. Во входные цепи переменного тока мостового выпрямителя включены резисторы 8-10 с одинаковым активным сопротивлением r, величина которого составляет (0,5÷0,7)R, где R - сопротивление цепи нагрузки постоянного тока 7.

На Фиг.2 изображены:

е_а, е_в, е_с - фазные и е_ав, е_вс, е_са - линейные напряжения источника переменного напряжения (сети);

i_а, i_в, i_c - фазные токи;

u_ав, u_вс, u_ca - линейные напряжения на входе моста;

u_d - напряжение на выходных выводах постоянного тока моста (нагрузке).

Устройство работает следующим образом.

При подключении к источнику трехфазного напряжения в известных схемах трехфазных выпрямителей (1, 2) с практически нулевым активным сопротивлением цепей переменного тока в каждый момент времени открыты два вентиля, при этом на выходе формируется однополярное шестипульсное напряжение.

В данном устройстве, благодаря наличию резистора в каждой их фаз входных цепей выпрямителя, происходит перераспределение токов, в результате чего на интервалах t₁-t₂ (Фиг.2) одновременно в проводящем состоянии находятся три диода (1-5-4). При этом сумма токов двух фаз (А и С) равна току третьей фазы (В): I_а+I_с=I_в.

На интервале t₁-t₂ (коммутационном) ток фазы С плавно переходит в фазу А.

На интервале t₁-t₃ (основном) открыты диоды 1 и 4. Токи протекают только в двух фазах - А и В.

При данном соотношении входного и выходного сопротивлений моста (r/R=0,5-0,7) длительности и уровни пульсов напряжения на нагрузке 7 на основном и коммутационных интервалах равны (Фиг.2).

Пульсность выпрямленного напряжения, определяемая отношением частоты пульсаций выпрямленного напряжения к частоте переменного напряжения на входе моста, равна 12, т.е. по сравнению с прототипом увеличена в 2 раза, при этом амплитуда пульсаций уменьшена практически в 4 раза.

При идеальных диодах, когда падение напряжения на них равно 0, двенадцатипульсный режим работы выпрямителя обеспечивается при r=0,57735 R.

При реальных диодах в зависимости от их типа и уровня измеряемого напряжения, поступающего на вход устройства, соотношение между г и R может находиться в диапазоне от 0,5 до 0,7.

Данная схема сохраняет свои свойства при подключении приемников сигналов, имеющих как большие входные сопротивления (более 100 кОм), например усилители или компараторы, так и сравнительно низкие (менее 100 Ом). Для согласования сопротивлений входных и выходных цепей выпрямительного моста цепь нагрузки может включать в себя дополнительные резисторы, включенные последовательно с приемником входного сигнала либо параллельно ему.

В реальной схеме для удобства подстройки под различные номиналы нагрузок резисторы 8-11 можно выполнять регулируемыми.

Для сопряжения высокого уровня измеряемого напряжения с низким уровнем управляющих устройств, выполненных на элементах информационной электроники, могут быть использованы трансформаторы.

Отсутствие инерционного RC фильтра на выходе выпрямителя повышает динамические свойства устройства, что делает его наиболее предпочтительным при использовании в маломощных устройствах информационной электроники, где важно быстродействие измерения среднего или максимального значения трехфазного напряжения, а КПД принципиального значения не имеет.

Источник информации

1. Справочник по преобразовательной технике. /Под ред И.М.Чиженко, Киев, «Техника», 1978, с.30.

2. Там же, с.220.

Устройство для измерения трехфазного напряжения, содержащее трехфазный мостовой выпрямитель, цепи переменного тока которого подсоединены к входным выводам, предназначенным для подключения к соответствующим фазам источника измеряемого напряжения, выходные выводы трехфазного мостового выпрямителя, являющиеся выходными выводами устройства, служат для подсоединения к цепи нагрузки постоянного тока, отличающееся тем, что в цепи переменного тока мостового трехфазного выпрямителя введены резисторы, сопротивление каждого из которых составляет 0,5÷0,7 величины сопротивления цепи нагрузки постоянного тока.