RU163964U1

RU163964U1 - THREE-PHASE AC VOLTAGE MEASURING TRANSMITTER

Info

Publication number: RU163964U1
Application number: RU2016105227/28U
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Колесников
Original assignee: Евгений Борисович Колесников
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2016-08-20

Abstract

1. Измерительный преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий многоплечий диодный мост, выход которого соединен с выходом преобразователя, отличающийся тем, что 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.2. Измерительный преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное по п. 1, отличающийся тем, что 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.1. A three-phase AC to DC measuring transducer comprising a multi-arm diode bridge, the output of which is connected to the output of the converter, characterized in that six phase shifters are additionally introduced, the inputs of the multi-shoulder diode bridge are connected to the outputs of the phase shifters and to the first, second and third phase inputs of the converter moreover, the first phase input is connected to the inputs of the first and second phase shifters, the second phase input is connected to the inputs of the third and fourth phase shifters, and The third phase input is connected to the inputs of the fifth and sixth phase shifters. 2. A three-phase AC to DC measuring transducer according to claim 1, characterized in that each phase shifter comprises an operational amplifier, three resistors and a capacitor, the first terminals of the first and second resistors being connected to the inverting input of the operational amplifier, the output of which is connected to the second terminal of the second resistor and the output of the phase shifter, the input of which is connected to the second terminal of the first resistor and the first terminal of the third resistor, the second terminal of which is connected to the non-inverting input operational amplifier and the first output of the capacitor, the second output of which is connected to the bus zero potential.

Description

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.The utility model relates to the field of measuring electric energy parameters and can be used in devices for measuring three-phase alternating voltage or current, as well as in automation and relay protection devices.

Известно устройство для измерения трехфазного напряжения [патент RU №2314630, МПК⁸ 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.A device for measuring three-phase voltage [patent RU No. 2314630, IPC ⁸ Н02М 7/00, G01R 29/16, publ. January 10, 2008], containing a three-phase bridge rectifier, made on diodes. The output terminals of the rectifier, which are the output terminals of the sensor, are designed to connect the load circuit. Resistors are included in the input AC circuits connected to the corresponding phases of the measured voltage source.

Недостатком данного устройства является низкая чувствительность и ограниченный динамический диапазон из-за значительного внутреннего сопротивления устройства.The disadvantage of this device is the low sensitivity and limited dynamic range due to the significant internal resistance of the device.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является измерительный преобразователь многофазного напряжения в постоянное [Авторское свидетельство СССР №1684702 МПК⁸ 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.The closest analogue to the proposed utility model is a measuring transformer of multiphase voltage to DC [USSR Author's Certificate No. 1684702 IPC ⁸ G01R 19/22, publ. October 15, 1991], containing the terminals intended for connecting to the phases of the alternating voltage, resistive dividers and a multi-arm diode bridge, the output of which is connected to the output of the converter.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.This technical solution is selected as a prototype.

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.The disadvantage of this converter is its large internal resistance, due to the use of resistive dividers for phase splitting, as a result of which the output voltage is highly dependent on the load. Loss of output power leads to a decrease in conversion efficiency, sensitivity and operating range. In addition, the internal resistance for different phases of a multiphase source is different, which distorts the shape of the sinusoids and increases the ripple of the output voltage, and, therefore, reduces the accuracy of the conversion.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение чувствительности и точности за счет снижения внутреннего сопротивление преобразователя.The technical result of the claimed utility model is to increase the sensitivity and accuracy by reducing the internal resistance of the Converter.

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.The specified technical result is achieved by the fact that six phase shifters are additionally introduced into the well-known measuring transducer of three-phase AC to DC, containing a multi-arm diode bridge, the output of which is connected to the output of the converter, and the inputs of the multi-shoulder diode bridge are connected to the outputs of the phase shifters and to the first, second and third phase inputs of the converter, the first phase input connected to the inputs of the first and second phase shifters, the second phase input connected to the inputs of third and fourth phase shifters, and the third phase input is connected to the inputs of the fifth and sixth phase shifters. Each phase shifter contains an operational amplifier, three resistors and a capacitor, the first outputs of the first and second resistors connected to the inverting input of the operational amplifier, the output of which is connected to the second output of the second resistor and the output of the phase shifter, the input of which is connected to the second output of the first resistor and the first output of the third resistor the second output of which is connected to a non-inverting input of the operational amplifier and the first output of the capacitor, the second output of which is connected to the zero sweat bus ntsiala.

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.Significant differences of the proposed Converter is the introduction of six phase shifters and the organization of new connections between the elements of the device. The combination of elements and the relationships between them provide a positive effect - increasing the sensitivity and accuracy of the transducer.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя, на фиг. 2 - векторные диаграммы напряжений u_A, u_B, u_C, u₁-u₆, на фиг. 3 - схема фазосмещателей.The essence of the utility model is illustrated by drawings. In FIG. 1 is a functional diagram of a converter; FIG. 2 is a vector diagram of stresses u _A , u _B , u _C , u ₁ -u ₆ , in FIG. 3 is a diagram of phase shifters.

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.The converter (Fig. 1) contains six phase shifters 1-6 and a multi-arm diode bridge 7, the output of which is connected to the output of the converter, and the inputs of the multi-shoulder diode bridge 7 are connected to the outputs of the phase shifters 1-6 and to the first, second and third phase inputs of the converter, the first phase input is connected to the inputs of the phase shifters 1, 2, the second phase input is connected to the inputs of the phase shifters 3, 4, and the third phase input is connected to the inputs of the phase shifters 5, 6. Each phase shifter contains an operational amplifier 8, three resistors 9, 10, 11 and capacitor 12, and the first terminals of resistors 9, 10 are connected to the inverting input of the operational amplifier 8, the output of which is connected to the second terminal of the resistor 10 and the output of the phase shifter, the input of which is connected to the second terminal of the resistor 9 and the first terminal of the resistor 11, the second terminal of which is connected to a non-inverting the input of the operational amplifier 8 and the first output of the capacitor 12, the second output of which is connected to the zero potential bus.

Преобразователь работает следующим образом. На вход преобразователя поступают напряжения u_A, u_B, u_C, пропорциональные фазным напряжениям сети:The converter operates as follows. The voltage u _A , u _B , u _C proportional to the phase voltages of the network are supplied to the input of the converter:

;

,

;

,

где

- амплитуда измеряемого фазного напряжения.Where

- the amplitude of the measured phase voltage.

Напряжение фазы u_A поступает на входы фазосмещателей 1, 2, фазы u_B - на входы фазосмещателей 3, 4, фазы u_C - на входы фазосмещателей 5, 6.The voltage of phase u _A goes to the inputs of phase shifters 1, 2, phase u _B to the inputs of phase shifters 3, 4, phase u _C to the inputs of phase shifters 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):Phase shifter 1, 3, 5 are designed to shift the phase of the input signal by an angle of 40 ° in the direction of the lag at a unity gain. To do this, it is necessary to maintain the following relationships between the components of its circuit (Fig. 2):

R₉=R₁₀=R₁₁; 1/(ωC₁₂)=2,77R₉.R ₉ = R ₁₀ = R ₁₁ ; 1 / (ωC ₁₂ ) = 2.77 R ₉ .

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):Phase shifter 2, 4, 6 are designed to shift the phase of the input signal by an angle of 80 ° in the direction of the lag at a unity gain. To do this, it is necessary to maintain the following relationships between the components of its circuit (Fig. 2):

R₉=R₁₀=R₁₁; 1/(ωC₁₂)=1,15R₉.R ₉ = R ₁₀ = R ₁₁ ; 1 / (ωC ₁₂ ) = 1.15R ₉ .

Фазовый сдвиг напряжения фазы u_A фазосмещателями 1, 2 на углы соответственно -40° и -80° показан на фиг. 2.The phase shift of the phase voltage u _{A by} phase shifters 1, 2 by angles of −40 ° and −80 °, respectively, is shown in FIG. 2.

В результате на входах многоплечего диодного моста 7 формируется девятифазная система напряжений (фиг. 2):As a result, a nine-phase voltage system is formed at the inputs of a multi-armed diode bridge 7 (Fig. 2):

;

,

;

.

,

;

.

Многофазное напряжение выпрямляется диодным мостом 7, на выходе которого формируется напряжение постоянного тока с коэффициентом пульсаций, определяемым фазностью системы напряжений.The multiphase voltage is rectified by a diode bridge 7, at the output of which a DC voltage is generated with a ripple factor determined by the phase of the voltage system.

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.Thus, the use of phase shifters 1-6 in the converter can significantly reduce its internal resistance, which increases the sensitivity and accuracy of voltage measurement in the entire dynamic range of the input signal.

Для расширения динамического диапазона входного напряжения в области малых сигналов выпрямитель 7 необходимо выполнять на диодах Шоттки.To expand the dynamic range of the input voltage in the region of small signals, the rectifier 7 must be performed on Schottky diodes.

Для уменьшения коэффициента пульсаций и увеличения точности следует увеличить количество фазосмещателей при одновременном уменьшении угла сдвига фаз.To reduce the ripple coefficient and increase the accuracy, it is necessary to increase the number of phase shifters while reducing the phase angle.

Claims

1. Измерительный преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий многоплечий диодный мост, выход которого соединен с выходом преобразователя, отличающийся тем, что 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.1. A three-phase AC to DC measuring transducer comprising a multi-arm diode bridge, the output of which is connected to the output of the converter, characterized in that six phase shifters are additionally introduced, the inputs of the multi-shoulder diode bridge are connected to the outputs of the phase shifters and to the first, second and third phase inputs of the converter moreover, the first phase input is connected to the inputs of the first and second phase shifters, the second phase input is connected to the inputs of the third and fourth phase shifters, and the third phase input is connected to the inputs of the fifth and sixth phase shifters.

2. Измерительный преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное по п. 1, отличающийся тем, что 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.

2. The measuring transducer of three-phase AC to DC voltage under item 1, characterized in that each phase shifter contains an operational amplifier, three resistors and a capacitor, the first terminals of the first and second resistors connected to the inverting input of the operational amplifier, the output of which is connected to the second terminal of the second the resistor and the output of the phase shifter, the input of which is connected to the second terminal of the first resistor and the first terminal of the third resistor, the second terminal of which is connected to the non-inverting input m of the operational amplifier and the first terminal of the capacitor, the second terminal of which is connected to zero potential bus.