Датчик активного (реактивного) тока

 

ДАТЧИК АКТИВНОГО (РЕАКТИВНОГО ) ТОКА, содержащий трансформатор тока, первичная обмотка которого включена в цепь фазы контролируемой сети, фазочувствительный преобразователь , выполненный на основе симистора, первый из анодно-катодных выводов которого через токоограничивающий резистор подключен к первому выводу вторичной обмотки трансформатора тока, формирователь импульсов управления, выход которого соединен с цепью управляющего электрода симистора, переключатель, включенный между фазами контролируемой сети и входом формирователя импульсов управления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы и быстродействия , в фазочувствительный преобразователь введены масштабирующий резистор, измерительный и запоминаюш 1й конденсаторы, причем масштабирующий резистор и измерительный конденсатор включены параллельно между первым анодно-катодньш вьшодом си (С мистора и вторым выводом вторичной (Л обмотки трансформатора тока, а запоминающий конденсатор включен между вторым анодно-катодньм выводом симистора и вторым выводом вторичной обмотки трансформатора тока и своими обкладками соединен с выходными клеммами датчика.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (11) (51)4 G 01 R 1 06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /;- .

4 д C

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3629739/24-21 (22) 03.08.83 (46) 15. 10.85. Бюп. Ф 38 (72) А.M.Áðÿíöåâ и В.Н.Мозжерин (71) Алма-Атинский энергетический институт (53) 621.317.7 (088.8) (56) Патент Великобритании

В 2071442, кл. G 1. V, 1981.

Авторское свидетельство СССР

)(949525, кл. G 01 R 19/06, 1980. (54) (57) ДАТЧИК АКТИВНОГО (РЕАКТИВНОГО) ТОКА, содержащий трансформатор тока, первичная обмотка которого включена в цепь фазы контролируемой сети, фазочувствительный преобразователь, выполненный на основе симистора, первый из анодно-катодных выводов которого через токоограничивающий резистор подключен к первому выводу вторичной обмотки трансформатора тока, формирователь импульсов управления, выход которо-. го соединен с цепью управляющего электрода симистора, переключатель, включенный между фазами контролируемой сети и входом формирователя импульсов управления, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения надежности работы и быстроцействия, в фазочувствительный преобразователь введены масштабирующий резистор, измерительный и запоминающий конденсаторы, причем масштабирующий резистор и измерительный конденсатор включены параллельно между первым анодно-катодным выводом симистора и вторым выводом вторичной обмотки трансформатора тока, а запоминающий конденсатор включен между вторым анодно-катодным выводом симистора и вторым выводом вторичной обмотки трансформатора тока и своими обкладками соединен с выходными клеммами датчика.

11852

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в системах автоматизации производства и распределения электроэнергии. 5

Цель изобретения — повышение надежности работы датчика за счет исключения иэ его конструкции специального переключателя, следящего эа характером нагрузки, и повышение 10 быстродействия путем безынерционного формирования выходного сигнала.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема предложенного датчика активного (реактив- 15 ного) тока; на фиг. 2-4 — временные диаграммы сигналов, поясняющие его работу.

Устройство содержит трансформатор

1 (фиг. t) тока, фазочувствительный преобразователь, состоящий из токоограничивающего резистора 2 и масштабирующего резистора 3, образующих делитель напряжения, а также измери тельного конденсатора 4, симистора

5 и запоминающего конденсатора 6, формирователь 7 импульсов управле— ния, переключатель 8. Позицией 9 на схеме обозначена нагрузка сети.

Первичная обмотка трансформатора 30

1 тока включена в цепь фазы (например, С ) контролируемой сети. Первый из анодно-катодных выводов симистора 5 через токоограничивающий резистор <2 подключен к первому выводу вторичной обмотки трансформатора

1 тока. Выход формирователя 7 импульсов управления соединен с цепью управляющего электрода симистора 5.

Переключатель 8 включен между фаза- 40 ми контролируемой сети и входом формирователя 7 импульсов управления.

Иасштабирующий резистор 3 и измерительный конденсатор 4 включены параллельно между первым анодно-катодным выводам симистора 5 и вторым выводом вторичной обмотки трансформатора 1 тока. Запоминающий конденсатор 6 включен между вторым аноднокатодным выводом симистора 5 и вто- gp рым выводом вторичной обмотки трансформатора 1 тока и своими обкладками соединен с выходными клеммами датчика.

Если трансформатор 1 тока включен в цепь фазы "С", то в положении

"А" переключателя 8 вход формирователя 7 импульсов управления окаэыва55

6 где С и С вЂ” емкости конденсаторов

4 и 6.

В результате симистор 5 после окончания действия управляющего импульса закроется, поскольку оба его анодно-катодных вывода будут иметь одинаковый потенциал, а ток, протекающий через симистор 5, к моменту окончания действия управляющего импульса будет равен нулю.

Выполнение условия (1) позволяет расширить диапазон измерения активной (реактивной) составляющей тока по уггу g разности фаз между током и напряжением сети от 0 до lt без дополнительных переключений в схеме датчика, т.е. в конечном счете обеспечивает повышение надежности работы датчика.

Постоянная времени цепи заряда конденсатора 4 через резистор 2 должна быть не менее, чем на порядок меньше длительности периода Т сетевого напряжения: (2) RС с0,1т,.

Выполнение условия (2) обеспечивает требуемое быстродействие датчика.

Датчик активного (реактивного) тока работает следующим образом.

При наличии контролируемого переменного тока i в первичной обмотке трансформатора 1 тока, в цепи его вторичной обмотки через конденсатор 4 также протекает ток, пропорциональный контролируемому первичному току. При этом на конденсаторе 4 формируется напряжение U>, пропорциональное контролируемому току i, но сдвинутое по его фазе нается связанным с фазой "С" и нейтралью "0 трехфазной сети, а в положении "P" — с фазами "А" и "В" трехфазной сети.

Резисторы 2 и 3, конденсаторы 4 и

6 имеют параметры, которые удовлетворяют следующим условиям.

Постоянная времени цепи перезаряда конденсаторов 4 и 6 через сопротивление открытого симистора RC. должна быть не менее, чем на порядок меньше длительности управляющего импульса t„ формирователя 7, т.е.

1185255

40 р

Хс«соз К 1 <

1 (4) 55 з угол Г/2. Это напряжение с учетом наличия угла <ч сдвига фаз между током i и напряжением контролируемой фазы сети равно: и «

U = --- Х sin(w t + < — --) СЧ z

1 (3) где Х „ — сопротивление конденсатора

4 на частоте контролируе- 1О мого тока;

? — амплитудное знач ние контролируемого тока

К„ — коэффициент трансформации трансформатора 1 тока. 15

При измерении активной составляющей фазного тока контролируемой трехфазной сети переключатель 8 находится в положении "А". При этом на вход формирователя 7 управляющих 2б импульсов через переключатель 8 поступает фазное напряжение U сети, из которого в формирователе 7 формируется опорное напряжение U Ä, сдвинутое на угол « относительно напря- 25 жения П фазы "С", где находится трансформатор 1 тока. В моменты прохождения опорного напряжения U чео« рез нулевые значения при нарастающей кривой этого напряжения формирователь 7 импульсов управления формирует на своем выходе разнополярные импульсы, следующие с интерва— лом, равным периоду опорного напря— жения U „, которые поступают на управляющий электрод симистора 5 и

35 открывают его. Если измерительное напряжение U опережает опорное напряжение Uon 1à угол (< — 4 ) (фиг.2а,б), то управляющий импульс отпирает симистор 5 с опережением на угол Ч по отношению к моменту перехода нарастающей кривой измерительного напряжения U через максиФ мальное значение. Поскольку кратковременное включение симистора 5 сов45 падает с нулевыми значениями опорного напряжения U0„ на запоминающем конденсаторе 6, включенном последовательно с симистором 5, формируется напряжение постоянного тока U

Ь

U = -- Х sin(w t — + --- — Г<)

Ф ° i «

Ь К сч

2 где К вЂ” коэффициент пропорциональности °

Из выражения (4) следует, что на— пряжейие ПЬ пропорционально активной составляющей контролируемого переменного тока i при активно-индуктивном характере нагрузки 9 (фиг.2а,б,в,г).

Работа датчика происходит аналогично, если измерительное напряжение

Б опережает опорное напряжение U» на угол (†" +<< ) (фиг.2д,е,ж з). При этом управляющий импульс поступает на симистор 5 и отпирает его с задержкой на угол 9 по отношению к моменту перехода нарастающей кривой измерительного напряжения U через максимальное значение. Согласно (4) на конденсаторе формируется положительное напряжение, пропорциональное активной составляющей контролируемого тока при активно-емкостном характере нагрузки 9 (фиг.2з).

При измерении реактивной составляющей контролируемого тока i переключатель 8 переводится в положение

<1 1<

P . В этом случае на вход формирователя 7 управляющих импульсов поступает%апряже ни е U являющееся опорным в данном случае, сдвинутое на угол « / 2 относительно напряжения

U . Управляющие импульсы отпирают симистор 5 в момент прохождения нарас тающей кривой опорного напряжения

U „ через нулевое значение (фи г . 3 в, ж) ..

Если измерительное напряжение U опережает опорное U „ на угол (фиг . За, б ), управляющий импульс отпирает симис т ор 5 с задержкой на угол V qo отношению к моменту перехода нарастающей кривой измерительного напряжения U через нулеtfi l вое значение. При этом на.конденсаторе 6 формируется напряжение ПЬ положительной полярности (фиг.3г), равное

П = -- Х sin(u)t — <<<- — — — — )=

Ф << << сч 2 2 <<<

Х з п Ч = К т

c« . 2 (5) 1 и пропорциональное реактивной составляющей контролируемого тока при активно-индуктивной нагрузке.

Если же измерительное напряжение

U отстает от опорного напряжения

Б» на угол <1, то управляющий им-. пульс отпирает симистор 5 с опережением на угол относительно момента перехода нарастающей кривой управляемого напряжения через ну1185255

+ Ч вЂ” ——

2 7

---1 =

Jy

r7 (/ол

1

// (;р loi

d ЪО

<рис,7

ВНИИПИ Заказ 6359/4 ) Тираж 747 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 лев*,,-" -,начение --,.g-, . д p j В .,тод случае на конденсаторе 6 формируется напряжение . : отрицательной nîлярности (фиг.3з) I

К с4 и Х зхп f = — К I

1 которое пропорционально or, ивн "й составляющей контролируемого тока при активно-емкостной нагрузке, Таким образом, благодаря введению в схему датчика конденсатора 4 и запоминающего конденсатора 6, на его выходе имеем напряжение, пропорциональное активной или реактив О ной составляющей контролируемого тока 1.