RU2013138012A

RU2013138012A - Способ и устройство для измерения переменного напряжения

Info

Publication number: RU2013138012A
Application number: RU2013138012/28A
Authority: RU
Inventors: Антонио ПАТУРЦО
Original assignee: Эливэлл Контролс С.Р.Л. Кон Унико Сочо
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2015-03-10
Also published as: ITUD20110012A1; UA112765C2; CN103443636B; EP2671088B1; BR112013019442A2; WO2012104270A1; RU2584177C2; IT1403832B1; EP2671088A1; CN103443636A; BR112013019442B1

Abstract

1. Измерительное устройство с гальванической развязкой для измерения переменного напряжения (U1) в линиях электропередачи сети электропитания, содержащее измерительную схему (35) с микроконтроллером, схему питания (33), которая может осуществлять питание по меньшей мере указанной измерительной схемы (35), и трансформатор (Т), имеющий первичную обмотку, питаемую сетевым синусоидальным напряжением (U1) и соединенную с указанной линией электропередачи, а также вторичную обмотку с напряжением (U2), соединенную с указанной измерительной схемой (35) и с указанной схемой питания (33), отличающееся тем, что указанная схема (33) и указанная измерительная схема (35) содержат соответственно первый и второй двухполупериодные выпрямительные элементы (BRG, BRG′), отличающиеся друг от друга, при этом второй выпрямительный элемент (BRG′) выполнен так, чтобы не создавать влияний нагрузки на вторичную обмотку трансформатора (T), причем указанный выпрямительный элемент (BRG′) нагружен на полное сопротивление (R′), с наивысшим значением, а указанные первый и второй выпрямительные элементы (BRG, BRG′), которые могут осуществлять преобразование переменного напряжения (U2) вторичной обмотки трансформатора (T) в соответствующее первое и второе напряжения полного колебания (U3, U4), при этом указанная измерительная схема (35) выполнена с возможностью учета второго напряжения полного колебания (U4) в интервалах времени ([w0, w1], [w2, w4]) независимо от нагрузки схемы питания (33), в течение которых влияние нагрузки схемы питания (33) на вторичную обмотку трансформатора (T) является пренебрежимо малым, то есть в интервалах времени, в течение которых первый выпрямительный элем

Claims

1. Измерительное устройство с гальванической развязкой для измерения переменного напряжения (U1) в линиях электропередачи сети электропитания, содержащее измерительную схему (35) с микроконтроллером, схему питания (33), которая может осуществлять питание по меньшей мере указанной измерительной схемы (35), и трансформатор (Т), имеющий первичную обмотку, питаемую сетевым синусоидальным напряжением (U1) и соединенную с указанной линией электропередачи, а также вторичную обмотку с напряжением (U2), соединенную с указанной измерительной схемой (35) и с указанной схемой питания (33), отличающееся тем, что указанная схема (33) и указанная измерительная схема (35) содержат соответственно первый и второй двухполупериодные выпрямительные элементы (BRG, BRG′), отличающиеся друг от друга, при этом второй выпрямительный элемент (BRG′) выполнен так, чтобы не создавать влияний нагрузки на вторичную обмотку трансформатора (T), причем указанный выпрямительный элемент (BRG′) нагружен на полное сопротивление (R′), с наивысшим значением, а указанные первый и второй выпрямительные элементы (BRG, BRG′), которые могут осуществлять преобразование переменного напряжения (U2) вторичной обмотки трансформатора (T) в соответствующее первое и второе напряжения полного колебания (U3, U4), при этом указанная измерительная схема (35) выполнена с возможностью учета второго напряжения полного колебания (U4) в интервалах времени ([w0, w1], [w2, w4]) независимо от нагрузки схемы питания (33), в течение которых влияние нагрузки схемы питания (33) на вторичную обмотку трансформатора (T) является пренебрежимо малым, то есть в интервалах времени, в течение которых первый выпрямительный элемент (BRG) не находится в проводящем состоянии, в указанных интервалах времени ([w0, w1], [w2, t4]) указанное второе напряжение (U4) является практически пропорциональным указанному измеряемому переменному напряжению (U1), причем указанные интервалы времени ([w0, w1], [w2, t4]) подвергаются параметризации в энергонезависимой памяти микроконтроллера при помощи заранее определенных постоянных в качестве функции параметра компонентов, и указанные интервалы являются интервалами непроводимости для выпрямительного элемента (BRG), независимо от того, какое мгновенное значение нагрузки (P) является допустимым для схемы питания (33).

2. Измерительное устройство с гальванической развязкой для измерения переменного напряжения (V1) в линиях электропередачи сети электропитания, содержащее измерительную схему (35), с микроконтроллером, схему питания (33), которая может осуществлять питание по меньшей мере указанной измерительной схемы (35), и трансформатор (T), имеющий первичную обмотку, питаемую сетевым синусоидальным напряжением (V1) и соединенную с указанной линией электропередачи, а также вторичную обмотку с напряжением (V2), соединенную с указанной измерительной схемой (35) и также с указанной схемой питания (33), отличающееся тем, что указанная схема питания (33) содержит первые средства (D1, D2), выполненные с возможностью выделения и отделения нечетных полуциклов напряжения (V2) на указанной вторичной обмотке указанного трансформатора (T), при этом указанная измерительная схема (35) содержит вторые средства (D3, D4, Q), выполненные с возможностью выделения и отделения четных полуциклов напряжения (V2) на указанной вторичной обмотке указанного трансформатора (T) для осуществления измерений напряжения, при этом указанные нечетные полуциклы напряжения (V3) применены для питания указанной измерительной схемы (35), а указанные четные полуциклы напряжения (V4) применены для измерения напряжения в сети электропитания, при этом указанная измерительная схема (35), выполнена с возможностью учета четных полуциклов (V4) в относительно пиковые моменты времени (t5, t6), в которые пиковые напряжения практически независимы от нечетных полуциклов напряжения (V3) указанной схемы питания (33), а явления магнитного гистерезиса в сердечнике трансформатора (T), связанные с предыдущими нечетными полуциклами напряжения питания (V3), почти полностью исчезают в указанные пиковые моменты времени (t5, t6), являясь минимальной в указанные пиковые моменты времени (t5, t6) четных полуциклов измеряемого напряжения (V4) остаточной памятью предыдущих нечетных полуциклов напряжения питания (V3), причем пиковые значения указанных четных полуциклов напряжения (V4) пропорциональны пиковым значениям указанного измеряемого переменного напряжения (V1).

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанные первые средства (D1, D2) содержат первый диод (D1) и второй диод (D2), согласованные в направлении протекания тока и соединенные соответственно с выводами указанной вторичной обмотки трансформатора (T), при этом указанные вторые средства (D3, D4, Q) содержат первое полупроводниковое устройство (D3 и/или Q), напрямую или не напрямую соединенное с катодом указанного второго диода (D2), и четвертый диод (D4), катод которого соединен с анодом указанного первого диода (D1), и анод которого соединен с анодом указанного второго диода (D2).

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что указанная измерительная схема (35) содержит емкостный делитель, обладающий двойной функцией сохранения пикового значения измерительного напряжения (V4), обнаруживаемого в четных полуциклах и деления значения указанного пикового напряжения, а также содержащий первый конденсатор (C1) и второй конденсатор (C2), последовательно соединенный с первым конденсатором (C1), при этом микроконтроллер, который может осуществлять измерения напряжения, имеет свой измерительный вход, соединенный по меньшей мере с общим узлом между первым конденсатором (C1) и вторым конденсатором (C2).

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно содержит разрядные средства (RD, SW1), выполненные с возможностью автоматически осуществлять разряд указанного первого конденсатора (С1) и указанного второго конденсатора (C2) в течение по меньшей мере одного нечетного полуцикла напряжения.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно содержит разрядные средства (RD, SW1), выполненные с возможностью осуществлять разряд указанного первого конденсатора (C1) и указанного второго конденсатора (C2) под управлением указанного микроконтроллера после измерения, осуществленного указанным микроконтроллером.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что указанные разрядные средства (RD, SW1) содержат разрядный резистор (RD) и первый переключатель (SW1), последовательно соединенные друг с другом и параллельные первому конденсатору (C1) и указанному второму конденсатору (C2), при этом замыкание первого переключателя (SW1 осуществляется при помощи сигнала, получаемого от катода указанного четвертого диода (D4).

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что указанный микроконтроллер выполнен с возможностью осуществлять задержку срабатывания указанного первого разрядного переключателя (SW1) для сохранения пикового значения напряжения (V4), обнаруженного в течение четного полуцикла на зажимах первого конденсатора (C1) при задерживании разряда указанных конденсаторов.

9. Устройство по п.3, отличающееся тем, что указанное полупроводниковое устройство содержит усилитель тока, такой как транзистор (Q), при этом измерительная схема (35) содержит резисторный усилитель (R1, R2) соединенный с указанным усилителем тока (C3), выполненным с возможностью осуществлять заряд третьего запоминающего конденсатора (C3), причем указанный запоминающий конденсатор (C3) выполнен с возможностью осуществлять запоминание масштабированного варианта при помощи указанного резистивного делителя (R1, R2) пикового значения измеряемого напряжения (V4), обнаруженного в четных полуциклах.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно содержит второй транзистор (Q′), последовательно соединенный с одним из двух резисторов (R1, R2), выполненных с возможностью компенсировать дрейф напряжения на эмиттерном переходе указанного транзистора (Q) усилителя.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что указанный второй транзистор (Q′) имеет тепловое соединение с указанным транзистором (Q) усилителя.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что оно содержит разрядные устройства (RD, SW1), выполненные с возможностью осуществлять автоматический разряд указанного третьего запоминающего конденсатора (C3) в течение по меньшей мере одного нечетного полуцикла напряжения.

13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что оно содержит разрядные устройства (RD, SW1), выполненные с возможностью осуществлять разряд указанного запоминающего конденсатора (C3) и напрямую управляется при помощи указанного микроконтроллера после измерения, осуществленного указанным микроконтроллером.

14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что указанные разрядные средства (RD, SW1) содержат разрядный резистор (RD) и первый переключатель (SW1), последовательно соединенные друг с другом и подсоединенные параллельно указанному запоминающему конденсатору (C3), при этом замыкание указанного первого переключателя (SW1) осуществляется при помощи сигнала, получаемого от катода указанного четвертого диода (D4).

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что указанный микроконтроллер выполнен с возможностью осуществлять задержку срабатывания указанного первого разрядного переключателя (SW1) для сохранения в памяти масштабированного варианта, при помощи указанного резистивного делителя (R1, R2), пикового значения измеряемого напряжения (V4), обнаруженного в четных полуциклах, при этом указанный масштабированный вариант пикового значения представлен напряжением (VC3) на зажимах указанного запоминающего конденсатора (C3), а разряд указанного запоминающего конденсатора (C3) задерживается вследствие задержки срабатывания указанного разрядного переключателя (SW1).

16. Устройство по любому из п.2-15, отличающееся тем, что оно содержит переключающие средства (SW2, D6), управляемые при помощи микроконтроллера, и действующие в соответствии с топологией схемы указанной схемы питания (33) для осуществления ее работы в двухполупериодном режиме выпрямления.

17. Способ измерения переменного напряжения (U1) в линиях электропередачи сети электропитания при помощи измерительного устройства с гальванической развязкой, содержащего измерительную схему (35), снабженную микроконтроллером, связанным со схемой питания (33), и трансформатор (T), снабженный первичной обмоткой, питаемой сетевым синусоидальным напряжением (U1) и соединенной с указанной линией электропередачи, а также снабженный вторичной обмоткой для подачи напряжения (U2), которая соединена как с указанной измерительной схемой (35), так и с указанной схемой питания (33), отличающийся тем, что он включает

- первую стадию, в течение которой с помощью первого двухпроводного элемента (BRG) указанной схемы питания (33) осуществляют преобразование переменного напряжения (U2) указанной второй обмотки в двухполупериодное напряжение (U3),

- вторую стадию, осуществляемую одновременно с первой стадией, и на которой с помощью однополупериодного выпрямительного элемента (BRG′) указанной измерительной схемы (35) преобразуют переменное напряжение (U2) указанной вторичной обмотки в двухполупериодное напряжение (U4), причем указанный второй выпрямительный элемент (BRG′) не создает влияний нагрузки на вторичную обмотку трансформатора (T) и является нагруженным на полное сопротивление (R′) с высоким значением, и

- третью стадию, осуществляемую одновременно с частью первой и второй стадий, и на которой указанный первый выпрямительный элемент (BRG) указанной схемы питания (33) не проводит ток, причем с помощью указанного микроконтроллера осуществляют оценку ослабленного сигнала напряжения полного колебания (U4) после указанного второго выпрямительного элемента (BRG′) указанной измерительной схемы (35) в интервалах времени ([w0, w1], [w2, t4]) независимо от нагрузки схемы питания (33) и находящихся в согласованных моментах времени (w0, w3), в которых напряжение (U4) сводится к нулю, то есть в интервалы времени, в которые указанное напряжение полного колебания (U4) за вторым указанным выпрямительным элементом (BRG′), независимо от нагрузки схемы питания (33), является пропорциональным указанному измеряемому синусоидальному напряжению (U1), при этом указанные интервалы времени ([w0, w1], [w2, t4]) подвергают параметризации в энергонезависимой памяти микроконтроллера при заранее определенных постоянных в качестве функции параметра компонентов схемы, а указанные интервалы являются интервалами непроводимости для выпрямителя (BRG) независимо от мгновенного значения нагрузки (R) допустимой для схемы питания (33).

18. Способ измерения переменного напряжения в линиях электропередачи сети электропитания при помощи измерительного устройства с гальванической развязкой, включающего измерительную схему (35), схему питания (33) и трансформатор (T) снабженной первичной обмоткой, питаемой сетевым синусоидальным напряжением (V1), и соединенной с указанной линией электропередачи, а также снабженный вторичной обмоткой, на которую подается напряжение (V2), и которая соединена с указанной измерительной схемой (35) и указанной схемой питания (33), отличающийся тем, что он включает

- первую стадию, в течение которой указанная схема питания (33) является схемой однополупериодного типа, при этом используют напряжение нечетных полуциклов (V3) для осуществления питания указанной измерительной схемы (35), и

- вторую стадию, осуществляемую поочередно с первой стадией, на которой указанная измерительная схема (35) является схемой типа однополупериодного выпрямителя, причем осуществляют измерения напряжения четных полуциклов (V4), в относительно пиковые моменты времени (t5, t6), в которых указанные измерения практически независимы от нечетных полуциклов напряжения (V3) указанной схемы питания (33), а явления магнитного гистерезиса в сердечнике трансформатора (T), связанные с предыдущими нечетными полуциклами напряжения питания (V3), почти полностью исчезают в указанные пиковые моменты времени (t5, t6), являясь в указанные пиковые моменты времени (t5, t6) четных полуциклов измеряемого напряжения (V4), минимальной остаточной памятью предыдущих нечетных полуциклов напряжения питания (V3), так что пиковые значения указанных четных полуциклов напряжения (V4) пропорциональны пиковым значениям указанного измеряемого переменного напряжения (V1).

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что на указанной второй стадии применяют вторые средства, например, третий диод (D3) и/или усилитель тока, такой как транзистор (Q), а также четвертый диод (D4), который является частью измерительной схемы (35), на вход которых подают напряжение (V2) вторичной обмотки указанного трансформатора (T) и которые позволяют пропускать только четные полупериоды напряжения (V4).

20. Способ по п.18 или 19, отличающийся тем, что он включает четвертую стадию, на которой с помощью переключающих средств (SW2, D6), управляемых при помощи микроконтроллера, действуют в соответствии с топологией схемы, так чтобы схема питания (33) функционировала в качестве двухполупериодного выпрямителя.