Датчик несимметрии

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистимеских

Республик 1663О21 (6!) Дополнительное к авт. свил-ву(22) Заявлено 16.05.77 (21) 2487294 24 07 с присоединением заявки № (23) ПриоритетОпубликовано 15. 05. 79.Бюллетень № 18 . Дата опубликования описания 18.05.79

2 (51) M. Кл.

Н 02 Ю 3/26

Гасударственный яамятет

СССР аа делам язобретеняй и аткритий (53) УДК 621.316.. 13:313.13 (088.8) (72) Автор изобретения

А. П. Инешин (71) Заявитель (54) ДАТЧИК НЕСИМ МЕТРИИ

Предлагаемый датчик несимметрии трехфазных напряжений предназначен для использования в автоматических регулято. рах напряжения автономных статических или алектромашинных преобразователей, широко применяемых в качестве источников питания алектрооборудования судов и самолетов.

Известны датчики несимметрии, работающие по принципу сравнения мошнос тей, токов или сдвига фаэ (11.

Из известных датчиков несимметрии наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является датчик несимметрии трехфазного напряжения (21.

Известный датчик несимметрии содержит три автономно действующих измерительных органа линейных напряжений преобразователя, каждый из которых состоит иэ понижающего однсфазного трансформатора, к вторичной обмотке которого подключен однополупериодны и выпрямитель, емкостный фильтр и нелинейный измери2 тельный мост, собранный на резисторах и кремниевых опорных диодах-стабилитронах. Выходные цепи этих измерительных органов нагружены на соответствующие входные цепи трех подгрузочных устройств

5 реактивного типа, выравнивающих линейные напряжения симметрируемого преоб разователя. Общий регулятор напряжений преобразователя связан своей входной цепью с выходом диодной разделительной схемы ИЛИ, подключаемой так же к выходам трех измерительных органов датчика несимметрии.

В статическом установившемся режиме работы измерительные органы датчика несимметрии производят оценку величин линейных напряжений преобразователя, при атом выходной сигнал одного иэ измерительных органов, соответствующий минимальному линейному напряжению, поступает åðåà разделительную схему

ИЛИ на вхс ч общего регулятора напряжения, дбводяшего напряжение в атой контролируемой фазе до заданного уровня

3 66 стабилизации. Лве другие фазы преобразователя с избыточными величипами линейных напряжений, негружвемые токами подгрузочных устройств, управляемых выходными сигналами датчика несимметрии, так же симметрируются относительно заданного уровня линейных напряжений, но с большей величиной статических ошибок, чем напряжение контрольной фазы, стабилизируемой общим регулятором.

Недостатками известного датчика несимметрии являются ограниченная точность симметрирования по условиям устойчивости, иь-зв инерционности измерительных органов датчика несимметрни и отсутствия каких-либо корректирующих цепей; трудность настройки датчика несимметрии на заданный уровень стабилизации выходных линейных напряжений преобразователя, а тем более его перестройки в обычно задаваемых пределах «+2%, что объясняется автономностью работы трех независимо действующих измерительных органов датчика несимметрии, не имеющих общего устройства регулировки уровня выходных сигналов, Бель изобретения - улучшение статических и динамических характеристик датчика несимметрии выходных линейных напряжений трехфазного преобразователя, обеспечивающего так же расширение функциональных возможностей и упрощение настройки регулятора симметрии.

Поставленная цель достигается тем что датчик несимметрии трехфазного статического или алектромашинного преобразователя с регулятором выходных линейных напряжений и подгрузочными устройствами, содержащий измерительные трансформаторы напряжения фаз преобразователя и промежуточные усилители сигналов ошибок симметрирования, воздействующие на подгрузочные устройства, дополнительно снабжен тремя вентильными мостами, шестью резисторами, тремя потенциометрами и тремя цепочками коррекции, выполненными из последовательно соединенных резистора и конденсатора, выводы одной диагонали каждого вентиль3В МФ Ъ Ж4 2Ф його моста подсоединены ко. вторичным обмоткам соответствующего измерительного трансформатора, к выводам второй диагонали каждого моста подсоединены резисторы, причем каждые два резисторе, присоединенные к разнополярным выводам соседних вентильных мостов соединенй между собой посредством потенциометра, выводы движков потенциометров подсоединены ко входам усилителей сиг

302 1 4 напев ошибок симметрирования, вторичные обмотки измерительных трансформаторов выполнены с выводом средних точек, указанные выводы соединены между собой и нолсоединены ° выводу резистора цепочки коррекции и к земле.

Кроме того, с целью измерения несимметрии действующих эначенйй линейных напряжений, последовательно с резисторами, подключенными к вентильным мос19 там, включены вновь введенные диоды, а укаэанные резисторы выполнены нелинейными.

На чертеже приведена функциональная блок-схема симметрируемого преобразователя с принципиальной схемой предла/ гвемого датчика несимметрии, Трехфазный статический йли электромашинный преобразователь 1 с выходными фазами А, В, С имеет общий регулятор напряжения 2, связанный своим внутренним измерительным органом с линейным напряжением контролируемой фазы

А-13. Линейные напряжения всех фаз измеряются однофазными трансформатора ми 3, 4, 5, Общее соединение средних точек вторичных обмоток этих трансформаторов образует общую выходную клемму (" землю" ) датчика, Однофаэные вентильные мосты 6, 7, 8 осуществляют преобразование средних значений линейных нацряжений по каждой фазе в два раз - . нополяр"ых выходных напряжения, снимаемых с выходных клемм вентильных мостов относительно обшей клеммы датчика. Попарное подключение к выходным

33 разнополярным клеммам соседних вентильных мостов 6-ти одинаковых ограничительных сопротивлений 9, 10, 11, 12>

13 и 14, попарно связываемых потен40 циометрами настройки 15, 16 и 17, образует три дифференциальных резисторных цепи сравйения средних значений линейных напряжений преобразователя, После довательные резисторно-емкостные цепоч45, ки коррекции выполненные из резисторов

18, 19 и 20 и конденсаторов 21, 22, 23, шунтируют выходные цепи датчика, связанные так же с выходными цепями

50 промежуточных полупроводниковых усилителей 24, 25, 26, работанших в режиме переключения и широтно-импульсной модуляции в соответствии с возникающими соотношениями постоянной и переменной.

5$ пилообразной составляющих напряжений сигналов ошибок детчйка несимметрии.

Подгрузоч"ые устройства реактивного типа 27, 28, 29, управляемые выходными сигналами усилителей 24, 25 и 26, осу 66 iiC12 1 б шествляют автоматическое выравнивание линейных напряжений фаз 13-С и С-А с заданной точностью симметрирования относительно линейного напряжения А«В, стабилизированного общим регулятором 2 преобразователя 1.

Датчик работает следуюшим образом.

Для выявления ошибок несимметрии соседние разнополярные выходные клеммы однофазных вентильных мостов попарно соединяются 6-тью равными ограничительными сопротивлениями, связываемыми между собой тремя потенциометрами наст ройки уровня выходных сигналов трех каналов регулирования симметрии линейных напряжений преобразователя. Такое погарное сравнение средних значений линейных напряжений, одно из которых уже застабилизировано на заданном уровне общим регулятором напряжения преобразователя, позволяет выявить пофазные ошибки несимметрии, причем выходные сигналы датчика несимметрии, снимаемые относительно его обшей выходной клеммы с движков потенциометров настройки, содержат, ьаряду с постоянной составляющей сигнала ошибки того или иного знака, так же переменные составляющие пилообразной формы, образованные несовпадением мгновенных значений выпрямленных выходных напряжений, однофазных вентильных мостов, нормально сдвинутых по фао эе на 60 . Эта бенность предлагаемого датчика несимметрии расширяет его функциональные возможности, позволяет автоматически осуществлять режим широтно-импульсной модуляции в трех подключенных полупроводниковых промежуточных усилителях сигналов: ошибок несимметрии.

Жесткое подключение общего регуля4 тора напряжения преобразователя с его внутренним измерительным органом существенно упрощает настройку заданного уровня . симметрированиявыходных линейных напряжений преобразователя или его подстройку в

4 необходимых пределах, осуществляемых простым изменением эталонного напряжения в измерительном органе общего регулятора. Наличие потенциометров настройки в каналах измерения предлагаемого датчика несимметрии позволяет устранить начальную несимметрию преобразователя и осу» ществить правильный выбор рабочих точек пофаэных нагрузочных устройств - выставить начальные токи подгрузочных симметрирующих устройств.

Отсутствие внутренних нелинейных эле« ментов (кремниевых стабилитронов в цепяХ датчика несимметрии ) не ограничивает уровень сравниваемых средних значений линейных напряжений в предлагаемой схеме датчика несимметрии. Величины пофазных коэффициентов передачи сиг5 палов ошибок предлагаемого датчика могут быть существенно большими, чем у датчика прототипа, что позволяет, наряду с применением промежуточных усилите ле й, работающих в реж име пере клю чения, улучшить статйческую точность регулятора симметрии. При этом для обеспечения необходимых запасов устойчивости регулятора несимметрии к выходным клеммам предлагаемого датчика несимметрии достаточно подключить три последовательных резисторно-емкостных цепбчки коррекции, соединяющих движки потенциометров настройки с обшей выходной клеммой датчика. Образующиеся при этом интегрируюши дифференцируюшие цепи последовательной поканальной коррекции придают устройству симметрирования с войс т ва ПИ- регулятора.

В статическом установившемся режиме работы общий регулятор напряжения

2 стабилизирует на заданном уровне линейное напряжение контролируемой фазы

А-В с высокой степенью точности (+ О, 1%).

Линейные напряжения всех трех фаз, в обшем случае случайно несимметричные вследствии внутренней несимметрии ЭДС преобразователя 1 и несимметрии его внешней нагрузки, поступают на трансформаторы 3, 4, 5 и после выпрямления мостами 6, 7, 8 и взаимного попарного- дифференциального сравнения резисторными цепями 9, 10, 15; 11, 12, 16; 13, 14, 17 образуют три выходных напряжения сигналов ошибок симметрирования, пода0 .ваемых на входы промежуточных усилителей 24, 25, 26.

Выходные сигналы усилителей 24, 25, 26 управляют подгрузочными устройствами 27, 28, 29, которые, будучи подклк» ченными соответственно к фазам В-С, А-B и С-А, осуществляют их подгрузку или разгрузку реактивными токами, обеспечивая симметрирование линейных напряжений фаз F-С и С-А относительно стабилизированного напряжения фазы А-В с меньшей степенью точности (+0,5%). Общее увеличение статической точности та, кого регулятора симметрии обеспечивается (по сравнению с регулятором, оснащенным иэв стным датчиком несимметрии) повыше, .ными значениями коэффициентов передачи каналов сравнения датчика несимметрии, благоприятным соотношением постоянных и переменных пилообраэ-.

6(> 302 1 ных составляюших выходных напряжений датчика, амплитуда которых определяется соотношением резисторов 9-.14 дифферен« циальных цепей сравнения и соответствуюших резисторов цепочек, а также применением промежуточных усилителей 24, 25, 26 с обеспечением необходимых запасов .устойчивости регулятора симметрии корректируюшими цепями последовательной поканальной коррекции (18, 21; 1Ч, 22; 20, 23). .Положительный технико-экономический эффект предлагаемого изобретения опре дел яется: а) улучшением статических и динамических характеристик регулятЬра симметрии, обусловленного применением предла гаемого датчика несимметрии с его повышенными значениями коэффициентов передачи и внутренними цепями динамической коррекции; б) упрошением наладки и настройки уровня стабилизации симметрируемых напряжений, обусловленным исключением в предлагаемом датчике несимметрии внутреннего эталона и наличием в его схеме поканальных потенциометров настройки; в) расширением функциональных возможностей регулятора симметрии, обусловленным наличием пилообразных переменных составляющих в выходных напряO жениях сигналов ошибок предлагаемого датчика несимметрии, что дает воэмож ность осушествить желательный режим переключений и широтно-импульсной модуляции промежуточных полупроводниковых усилителей сигналов ошибок.

При необходимости датчик несиммет рии может работать и на измерении несимметрии действуюших значений линейных напряжений преобразователя. Для этого к выходным клеммам его вентильных мостов 6, 7, 8 достаточно подключить нелинейные диодно-реэисторные цепочки с квадратичными передаточными характеристиками.

Ф ормула изобретения

1. Датчик несимметрии трехфазного статического или электромашинного преобразователя с регулятором выходных линейных напряжений и подгрузочными устройствал и, содержаший измерительные трансформаторы напряжения фаз преобраб зователя и промежуточные усилители сит » налов ошибок симметрирования, воздействуюшие на подгрузочные устройства, о т л и ч а ю ц и и с я тем> что, с целью улучшения статических и динамических

10 характеристик и упрошения настройки регулятора, он дополнительно снабжен тремя вентильными мостами, шестью резисторами, тремя потенциометрами и тремя цепочками корре.кции, выполненными д из последовательно соединенных резистора и конденсатора, выводы одной диагонали каждого вентильного моста подсоединены ко вторичным обмоткам соответствуюшего измерительного трансформатора, к

20 выводам второй диагонали каждого моста подсоединены резисторы, причем каждые два резистора, присоединенные к разнополярным BblBollBM соседних вентильных мостов соединены между собой посред25 ством потенциометра, выводы движков потенциометров подсоединены ко входам усилителей сигналов ошибок симметрирования, вторичные обмотки измерительных трансформаторов выполнены с выводом

ЗО средних точек, указанные выводы соединены между собой и подсоединены к вы\ воду резистора цепочки коррекции и к земле;

2. Датчик несимметрии по и. 1, о тЗЗличаюшийся тем, что,сцелью измерения несимметрии действуюших значений линейных напряжений, последовательно с резисторами, подключенными к вентильным мостам, включены вновь вве40 денные диоды, а указанные резисторы выполнены нелинейными.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гитгарц Д. А. и Мнухин Л. А, Сим45: метрирование трехфазной сети при питании однофазных электротермических установок. М., "Информэлектро, 1969, с. 98-104.

2. Голубев П. B. и др. Проектирова56 нниие е ссттааттииччеессккиих х ппррееооббррааззооввааттееллеейй, M., Энергия", 1974, с. 246.

06:102.1

Составитель Д. Дементьева

Техред Э. Чужик Корректор М. Демчик

Редактор Д. Зубов

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 2713/55 Тираж 856 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,;35, Раушская наб., д. 4/5 .