Устройство определения величины относительного отклонения напряжения прямой последовательности (варианты)

Полезная модель относится к области контроля качества электроэнергии и предназначена для устройств определения величины относительного отклонения напряжения прямой последовательности (НПП) в трехфазных электрических сетях.

Техническим результатом является упрощение настройки, повышение точности работы. Дополнительным техническим результатом, достигаемым полезной моделью по варианту 2, является устранение зависимости от температуры. Устройство определения величины относительного отклонения НПП по варианту 1, содержащее три проводника трех фаз электрической сети заданного напряжения, подключенных соответственно к трем входам переменного тока трехфазного шестипульсного диодного мостового выпрямителя, выход постоянного тока которого подключен к питающей диагонали резистивно-диодного моста, состоящего из балластного резистора, первым выводом подключенного к первому узлу питающей диагонали резистивно-диодного моста, а вторым выводом - к первому выводу вольтметра, включенного в измерительную диагональ этого моста, первого и второго прецизионных резисторов, и первого стабилитрона, первый вывод которого соединен с первым выводом вольтметра и измерительной диагональю, дополнительно содержит второй стабилитрон и динамический резистор в виде транзистора, подключенного коллекторно-эмиттерной цепью между первым и вторым прецизионными резисторами, причем электрод коллектора соединен с выводом первого прецизионного резистора и со вторым выводом вольтметра, а электрод эмиттера соединен с вторым прецизионным резистором, при этом электрод базы транзистора подключен ко второму выводу первого стабилитрона, который через второй стабилитрон соединен с питающей диагональю резистивно-диодного моста.

Устройство определения относительного значения НПП по варианту 2 выполнен аналогично варианту 1, но дополнительно содержит второй транзистор и второй балластный резистор, электрод базы первого транзистора подключен к выводу эмиттера второго транзистора, который через второй балластный резистор соединен с первым выводом вольтметра, а вывод базы второго транзистора соединен с выводом первого стабилитрона, который через второй стабилитрон соединен с питающей диагональю резистивно-диодного моста. 2 н.п., 3 илл.

Полезная модель относится к области контроля качества электроэнергии и предназначена для устройств определения величины относительного отклонения напряжения прямой последовательности (НПП) в трехфазных электрических сетях.

Известно устройство для определения величины относительного отклонения напряжения прямой последовательности (Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. М.: Энергоиздат, 1986, с.50), где на рис.13 приведена функциональная схема прибора Ф-4330. Принципиальная схема прибора Ф-4330 дана на фиг.1 настоящего описания.

Известное устройство (фиг.1) содержит три проводника фаз А, В, С трехфазной электрической сети соответствующего междуфазного (линейного) напряжения - 100 В (в случае применения измерительного трансформатора напряжения) или 400 В (в случае подключения к обычной промышленной электрической сети). На клеммы фаз А, В, С сети подключены соответствующие три входные клеммы переменного тока диодного шестипульсного выпрямительного моста Ларионова VD1VD6, выход постоянного тока которого подключен к питающей диагонали резистивно-диодного R₁, R₂, R ₃, VD7 моста, в измерительную диагональ которого включен вольтметр PV.

Резистивно-диодный мост состоит из четырех элементов: балластного резистора R₁, стабилитрона VD7, образующих делитель выходного напряжения U_вых моста Ларионова с формированием из него стабильного опорного напряжения левого узла измерительной диагонали моста, необходимого для функционирования моста в биполярном балансном режиме сравнения потенциалов левого и правого узлов измерительной диагонали моста; прецизионных резисторов R₂, R₃, образующих прецизионный делитель выходного напряжения U_вых моста Ларионова с заданным линейным коэффициентом масштабирования (градуировки шкалы прибора), формирующим потенциал правого узла измерительной диагонали моста.

Выходное напряжение U_вых выхода моста Ларионова состоит из двух слагаемых: U_вых =U_o+U,

где U_o - абсолютная величина номинального напряжения сети прямой последовательности величиной 512 В;

U - абсолютная величина отклонения от номинального значения, причем знак «+» показывает увеличение U_вых , знак «-» показывает снижение U_вых.

Вольтметр в диагонали резистивно-диодного R₁ , R₂, R₃, VD7 моста в режиме U_вых =U_o должен показывать «0», т.е. - мост сбалансирован, что достигается выбором заранее рассчитанных номиналов прецизионных резисторов R₂, R₃, чтобы напряжение, падающее на резисторе R₃ было равно напряжению, падающему на стабилитроне VD7.

При условии U_вых>U _o напряжение на резисторе R₃ превысит напряжение стабилитрона VD7, и вольтметр PV покажет определенное положительное напряжение, величина которого может быть проградуирована в процентах относительной величины отклонения напряжения U_вых.

Аналогично и для условия U_вых<U _o, когда PV покажет соответствующее отрицательное напряжение.

Недостаток известного устройства [1] в том, что сложно подобрать резисторы R₂ и R₃ по величине сопротивления, т.к. напряжение стабилизации стабилитрона VD7 имеет допуск в пределах ±5% номинального значения. Изменяя при наладке величину Р₃, чтобы добиться нужного нулевого баланса, когда U_вых=U_o, одновременно приходится менять и R₂, и, следовательно, меняется и масштабный градуировочный коэффициент. Таким образом, величины сопротивления R₂ и R₃ подбираются одновременно из двух условий: из условия «нулевого баланса» и заданного коэффициента масштабирования, что серьезно усложняет процедуру настройки, а в производственных условиях делает ее просто невозможной. Кроме того, чтобы уменьшить влияние, хотя и небольшого, порядка 1 мА, тока измерительного прибора PV, приходится по резистору R₃ пропускать ток I₃ большой величины, что приводит к большим потерям энергии (более 5 Вт, что очень нежелательно для щитового устройства предназначенного для решения задач энергосбережения) в резисторе R₂.

Известное устройство [1] по совокупности признаков принято в качестве наиболее близкого аналога.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является упрощение настройки, повышение точности работы, т.е. улучшение функциональных возможностей устройства определения величины относительного отклонения КПП. Дополнительным техническим результатом, достигаемым полезной моделью по варианту 2, является устранение зависимости от температуры.

Технический результат достигается тем, что устройство определения величины относительного отклонения напряжения прямой последовательности по варианту 1, содержащее три проводника трех фаз электрической сети заданного напряжения, подключенных соответственно к трем входам переменного тока трехфазного шестипульсного диодного мостового выпрямителя, выход постоянного тока которого подключен к питающей диагонали резистивно-диодного моста, состоящего из балластного резистора, первым выводом подключенного к первому узлу питающей диагонали резистивно-диодного моста, а вторым выводом - к первому выводу вольтметра, включенного в измерительную диагональ этого моста, первого и второго прецизионных резисторов, и первого стабилитрона, первый вывод которого соединен с первым выводом вольтметра и измерительной диагональю, согласно полезной модели дополнительно содержит второй стабилитрон и динамический резистор в виде транзистора, подключенного коллекторно-эмиттерной цепью между первым и вторым прецизионными резисторами, причем электрод коллектора соединен с выводом первого прецизионного резистора и со вторым выводом вольтметра, а электрод эмиттера соединен со вторым прецизионным резистором, при этом электрод базы транзистора подключен ко второму выводу первого стабилитрона, который через второй стабилитрон соединен с питающей диагональю резистивно-диодного моста.

Технический результат достигается также тем, что устройство определения относительного значения напряжения прямой последовательности по варианту 2, содержащее три проводника трех фаз электрической сети заданного напряжения, подключенных соответственно к трем входам переменного тока трехфазного шестипульсного диодного мостового выпрямителя, выход постоянного тока которого подключен к питающей диагонали резистивно-диодного моста, состоящего из балластного резистора, первым выводом подключенного к первому узлу питающей диагонали резистивно-диодного моста, а вторым выводом - к первому выводу вольтметра, включенного в измерительную диагональ этого моста, первого и второго прецизионных резисторов, и первого стабилитрона, первый вывод которого соединен с первым выводом вольтметра и измерительной диагональю, согласно полезной дополнительно содержит второй стабилитрон, второй транзистор, второй балластный резистор и динамический резистор в виде первого транзистора, подключенного коллекторно-эмиттерной цепью между первым и вторым прецизионными резисторами, причем вывод его коллектора соединен с выводом первого прецизионного резистора и со вторым выводом вольтметра, а электрод базы первого транзистора подключен к выводу эмиттера второго транзистора, который через второй балластный резистор соединен с первым выводом вольтметра, а вывод базы второго транзистора соединен с выводом первого стабилитрона, который через второй стабилитрон соединен с питающей диагональю резистивно-диодного моста.

Полезная модель поясняется следующими фигурами.

Фиг.1 Принципиальная схема аналога - прибора Ф-4330.

Фиг.2. Схема устройства определения величины относительного отклонения напряжения прямой последовательности по варианту 1.

Фиг.3. Схема устройства определения величины относительного отклонения напряжения прямой последовательности по варианту 2.

Заявляемое устройство определения величины относительного отклонения НПП по варианту 1 (фиг.2) содержит три проводника трех фаз А, В, С электрической сети заданного напряжения, подключенных соответственно к трем входам 1 ,2 ,3 переменного тока трехфазного диодного шестипульсного мостового выпрямителя 4 - «моста Ларионова» (см. http://ru.wikipedia.orq.), выход постоянного тока которого подключен к питающей диагонали 6 резистивно-диодного моста 7. Резистивно-диодный мост 7 состоит из балластного резистора 5, первым выводом 8 подключенного к первому узлу питающей диагонали резистивно-диодного моста 7, а вторым выводом 18 - к первому выводу 17 вольтметра 12, включенного в измерительную диагональ этого моста. Резистивно-диодный мост 7 состоит также из первого 9 и второго 10 прецизионных резисторов и первого стабилитрона 11, первый вывод которого соединен с первым выводом 17 вольтметра 12 и измерительной диагональю моста 7.

Кроме того, устройство содержит второй стабилитрон 13 и динамический резистор 14 в виде транзистора, подключенного коллекторно-эмиттерной цепью между первым 9 и вторым 10 прецизионными резисторами.

Электрод коллектора транзистора 14 соединен с выводом первого 9 прецизионного резистора и со вторым выводом 15 вольтметра 12, а электрод эмиттера соединен со вторым 10 прецизионным резистором. Электрод базы транзистора 14 подключен ко второму выводу 16 первого стабилитрона, который через второй стабилитрон 13 соединен с питающей диагональю резистивно-диодного моста 7.

В заявляемом устройстве по варианту 1 функцию установки нулевого баланса моста вместо второго прецизионного резистора 10 (R ₃ прототипа, сриг.1) выполняет динамический резистор 14 на базе транзистора, поскольку его динамическое сопротивление по цепи «коллектор-эмиттер» практически бесконечно (действительно, знание статических характеристик транзистора включенного по схеме «с общей базой» позволяет это утверждать с точностью до десятков мегаОм) (См. «Электронные приборы». Учебник для вузов / Дулин В.Н и др.; - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.167) [2].

В этом случае второй прецизионный резистор 10 в цепи эмиттера позволит точно подобрать ток коллектора в режиме баланса, когда U_вых=U_o, а величина сопротивления первого прецизионного резистора 9 будет определяться только из условия масштабирования и последующей градуировки прибора. Таким образом, настройка устройства может быть выполнена двумя прецизионными резисторами 9 и 10 независимо один от другого. Этим достигается технический результат - упрощение установки баланса с помощью второго прецизионного резистора 10, величина которого не влияет на масштабирование. Коэффициент масштабирования подбирается только с помощью первого прецизионного резистора 9.

Ток I_t не зависит от первого прецизионного резистора 9, а задается только вторым прецизионным резистором 10, т.к. является током коллектора, поскольку транзистор 14 используется как динамический резистор с высоким дифференциальным сопротивлением.

Полезная модель по варианту 2 поясняется фигурой 3.

Устройство определения величины относительного отклонения напряжения прямой последовательности по варианту 2 (фиг.3) содержит три проводника трех фаз А, В, С электрической сети, подключенных соответственно к трем входам 1, 2, 3 переменного тока трехфазного диодного шестипульсного мостового выпрямителя 4 - «моста Ларионова» (см. http://ru.wikipedia.ora.), выход постоянного тока которого подключен к питающей диагонали 6 резистивно-диодного моста 7. Резистивно-диодный мост 7 состоит из первого балластного резистора 5, первым выводом 8 подключенного к первому узлу питающей диагонали резистивно-диодного моста 7, а вторым выводом 18 - к первому выводу 17 вольтметра 12, включенного в измерительную диагональ этого моста. Резистивно-диодный мост 7 состоит также из первого 9 и второго 10 прецизионных резисторов и первого стабилитрона 11, первый вывод которого соединен с первым выводом 17 вольтметра 12 и измерительной диагональю моста 7.

Кроме того, устройство содержит второй стабилитрон 13, динамический резистор 14 в виде первого транзистора, подключенного коллекторно-эмиттерной цепью между первым 9 и вторым 10 прецизионными резисторами, а также второй транзистор 19 и второй балластный резистор 21.

Электрод коллектора первого транзистора 14 соединен с выводом первого 9 прецизионного резистора и со вторым выводом 15 вольтметра 12, а электрод эмиттера соединен со вторым 10 прецизионным резистором. Электрод базы первого транзистора 14 подключен к выводу эмиттера второго транзистора 19, который через второй балластный резистор 21 соединен с первым выводом 17 вольтметра 12. Вывод базы второго транзистора19 соединен с выводом 16 первого стабилитрона 11, который через второй стабилитрон 13 соединен с питающей диагональю резистивно-диодного моста 7.

В заявляемом устройстве по варианту 2, также как и по варианту 1, функцию установки нулевого баланса моста вместо второго прецизионного резистора 10 (R₃ прототипа, фиг.1) выполняет динамический резистор 14 на базе транзистора, поскольку его динамическое сопротивление по цепи «коллектор-эмиттер» практически бесконечно (См. «Электронные приборы». Учебник для вузов / Дулин В.Н и др.; - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.167) [2].

Второй прецизионный резистор 10 в цепи эмиттера позволит точно подобрать ток коллектора в режиме баланса, когда U_вых=U_o, а величина сопротивления первого прецизионного резистора 9 будет определяться только из условия масштабирования и последующей градуировки прибора. Таким образом, настройка устройства может быть выполнена двумя прецизионными резисторами 9 и 10 независимо один от другого. Этим достигается технический результат - упрощение установки баланса с помощью второго прецизионного резистора 10, величина которого не влияет на масштабирование. Коэффициент масштабирования подбирается только с помощью первого прецизионного резистора 9.

Ток I_t не зависит от первого прецизионного резистора 9, а задается только вторым прецизионным резистором 10, т.к. является током коллектора, поскольку транзистор 14 используется как динамический резистор с высоким дифференциальным сопротивлением.

Базоэмиттерный переход второго транзистора 19 компенсирует температурный уход безэмиттерного перехода первого транзистора 14.

Для устранения зависимости от температуры (ток I_t коллектора транзистора будет зависеть от температуры, т.к. напряжение базоэмиттерного перехода транзистора зависит от температуры, а напряжение стабилитрона 13 является термостабильным), устройство по варианту 2 содержит дополнительный комплементарный транзистор 19 в режиме «эмиттерного повторителя», что позволяет добиться напряжения на втором прецизионном резисторе 10 практически равного напряжению стабилизации стабилитрона 13.

Полезная модель может найти широкое применение в электроэнергетике, особенно для оценки основного показателя качества электроэнергии на шинах подстанций и на зажимах наиболее ответственных электроприемников потребителей.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. М.: Энергоиздат, 1986, с.50, рис.13. Функциональная схема прибора Ф-4330 - наиболее близкий аналог.

2. Электронные приборы. Учебник для вузов / Дулин В.Н и др.; - М.: Энергоатомиздат, 1989. 496 с.

1. Устройство определения величины относительного отклонения напряжения прямой последовательности, содержащее три проводника трех фаз электрической сети заданного напряжения, подключенных соответственно к трем входам переменного тока трехфазного шестипульсного диодного мостового выпрямителя, выход постоянного тока которого подключен к питающей диагонали резистивно-диодного моста, состоящего из балластного резистора, первым выводом подключенного к первому узлу питающей диагонали резистивно-диодного моста, а вторым выводом к первому выводу вольтметра, включенного в измерительную диагональ этого моста, первого и второго прецизионных резисторов, и первого стабилитрона, первый вывод которого соединен с первым выводом вольтметра и измерительной диагональю, отличающееся тем, что дополнительно содержит второй стабилитрон и динамический резистор в виде транзистора, подключенного коллекторно-эмиттерной цепью между первым и вторым прецизионными резисторами, причем электрод коллектора соединен с выводом первого прецизионного резистора и со вторым выводом вольтметра, а электрод эмиттера соединен со вторым прецизионным резистором, при этом электрод базы транзистора подключен ко второму выводу первого стабилитрона, который через второй стабилитрон соединен с питающей диагональю резистивно-диодного моста.

2. Устройство определения величины относительного отклонения напряжения прямой последовательности, содержащее три проводника трех фаз электрической сети заданного напряжения, подключенных соответственно к трем входам переменного тока трехфазного шестипульсного диодного мостового выпрямителя, выход постоянного тока которого подключен к питающей диагонали резистивно-диодного моста, состоящего из балластного резистора, первым выводом подключенного к первому узлу питающей диагонали резистивно-диодного моста, а вторым выводом к первому выводу вольтметра, включенного в измерительную диагональ этого моста, первого и второго прецизионных резисторов, и первого стабилитрона, первый вывод которого соединен с первым выводом вольтметра и измерительной диагональю, отличающееся тем, что дополнительно содержит второй стабилитрон, второй транзистор, второй балластный резистор и динамический резистор в виде первого транзистора, подключенного коллекторно-эмиттерной цепью между первым и вторым прецизионными резисторами, причем вывод его коллектора соединен с выводом первого прецизионного резистора и со вторым выводом вольтметра, а электрод базы первого транзистора подключен к выводу эмиттера второго транзистора, который через второй балластный резистор соединен с первым выводом вольтметра, а вывод базы второго транзистора соединен с выводом первого стабилитрона, который через второй стабилитрон соединен с питающей диагональю резистивно-диодного моста.