OPIS PATENTOWY

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA OPIS PATENTOWY w Patent dodatkowy mg do patentu n r ---- Int. Cl.5 G01R 21/06 Zgłoszono: / p / Pierwszeństwo--- URZĄD PATENTOWY Zgłoszenie ogłoszono: RP Opis patentowy opublikowano: Twórcy wynalazku: Bernard Baranowski, Wojciech Pierzgalski, Bogdan Nykiel, Piotr Utrata Uprawniony z patentu: Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Metrologii Elektrycznej "LUMEL", Zielona Góra /Polska/ UKŁAD ELEKTRONICZNY WATO MIERZA PRZETWORNIKOWEGO Przedmiotem wynalazku jest układ elektroniczny watomierza przetwornikowego do pomiaru mocy w sieciach jednofazowych i trójfazowych prądu przemiennego. Znany jest z polskiego opisu patentowego nr układ elektroniczny watomierza przetwornikowego wykorzystujący właściwości mnożące cienkowarstwowych elementów magnetycznych opisane w polskim opisie patentowym nr W przypadku pomiaru mocy w sieci trójfazowej, trójprzewodowej, układ ten ma na wejściu dwa cienkowarstwowe elementy magnetyczne stanowiące mnożniki. Na wejścia napięciowe mnożników podawane są poprzez rezystory i potencjometry napięcia z dwóch wejść napięciowych obwodu kontrolowanego. Z drugiej strony na mnożniki oddziaływują pola magnetyczne cewek wytworzone prądami pochodzącymi z wejść prądowych obwodu kontrolowanego. Wejścia napięciowe mnożników mogą być zabezpieczone dwoma diodami Zenera połączonymi szeregowo przec iwsobnie. Wyjścia mnożników są połączone poprzez rezystory z wejściami wzmacniacza układu sumującego, na wyjście którego jest włączony poprzez rezystor miernik magnetoelektryczny wyskalowany w jednostkach mocy. Wejście symetrycznego zasilacza układu jest połączone z jednym z wejść napięciowych obwodu kontrolowanego. Zasilacz zawiera transformator sieciowy,w którym początek i koniec uzwojenia wtórnego są połączone z mostkowym układem prostowniczym złożonym z diod. Odczep środkowy uzwojenia wtórnego transformatora sieciowego stanowi masę zasilacza. Dodatni biegun mostka prostowniczego jest połączony z kolektorem tranzystora npn i z pierwszym rezystorem, którego drugi koniec jest połączony z bazą tranzystora npn i z katodą pierwszej diody Zenera, o anodzie połączonej z masą. Ujemny biegun mostka prostowniczego jest połączony z kolektorem tranzystora pnp i z drugim rezystorem, którego drugi koniec jest połączony z bazą tranzystora pnp i z anodą drugiej diody Zenera, o katodzie połączonej z masą. Emitery obu tranzystorów stanowią wyjście potencjałowe symetrycznego zasilacza układu. Między wyjściami a masą przyłączone są kondensatory wygładzające. W przypadku po

2 miaru w sieci trójfazowej czteroprzewodowej, układ zawiera dodatkowo trzeci tor złożony z mnożnika, na którego wejście napięciowo jest podawane napięcie z trzeciego wejścia napięciowego obwodu kontrolowanego poprzez rezystor i potencjometr. Wyjścia tego mnożnika są połączone poprzez rezystory z wejściami wzmacniacza układu sumującego. Układ elektroniczny watomierza przetwornikowego według wynalazku wykorzystuje właściwości mnożące cienkowarstwowych elementów magnetycznych oraz zasady pomiaru mocy w układzie jednofazowym oraz w układzie trójfazowym za pomocą dwóch lub trzech watomierzy. Układ ten zawiera miernik magnetoelektryczny wyskalowany w jednostkach mocy oraz co najmniej jeden cienkowarstwowy element magnetyczny stanowiący mnożnik. Wejście napięciowe mnożnika zabezpieczone dwoma diodami Zenera połączonymi szeregowo przeciwsobnie połączone jest poprzez rezystor i potencjometr z wejściem napięciowym obwodu kontrolowanego. Wejście prądowe obwodu kontrolowanego jest połączone z cewką prądową wytwarzającą pole magnetyczne oddziałujące na mnożnik. Wyjścia mnożnika są połączone poprzez rezystory z wejściami wzmacniacza układu sumującego. Zasilacz układu złożony z diod, rezystorów i diod Zenera ma przyłączone między wyjściami potencjałowymi a masą kondensatory wygładzające. Między wyjściem układu sumującego a masą układu jest załączony filtr złożony z rezystora i kondensatora, co ogranicza tętnienia napięcia na w y jś c iu układu. Wspólny punkt rezystora i kondensatora jest połączony z wejściem nieodwracającym drugiego wzmacniacza operacyjnego, o wyjściu połączonym z miernikiem magnetoelektrycznym, który z drugiej strony jest połączony z wejściem odwracającym drugiego wzmacniacza operacyjnego i z rezystorem ujemnego sprzężenia zwrotnego. Rezystor ten z drugiej strony jest połączony z masą układu. Drugi wzmacniacz operacyjny pracuje w układzie przetwornika napięcia na prąd. Zasilacz ma wejście połączone z jednym biegunem wejścia napięciowego obwodu kontrolowanego, natomiast drugi biegun wejścia napięciowego obwodu kontrolowanego jest podłączony do masy układu. Zasilacz w torze napięcia dodatniego ma pierwszy rezystor połączony z jednej strony z wejściem zasilacza, a z drugiej strony z anodą pierwszej diody, o katodzie połączonej z wyjściem napięcia dodatniego i z katodą pierwszej diody Zenera. W torze napięcia ujemnego zasilacz ma drugi rezystor połączony z jednej strony z wejściem zasilacza, a z drugiej strony z katodą drugiej diody Zenera, o anodzie połączonej z anodą drugiej diody Zenera i z wyjściem ujemnym. Katoda drugiej diody Zenera jest połączona z anodą pierwszej diody Zenera, które to połączenie stanowi jednocześnie masę zasilacza i masę układu. Filtr zastosowany w układzie według wynalazku umożliwia współpracę układu z miernikiem magnetoelektrycznym wyposażonym w organ ruchomy o mniejszym momencie bezwładności, co polepsza własności eksploatacyjne układu. Zastosowanie przetwornika napięcia na prąd powoduje zmniejszenie błędu pomiaru mocy przy zmianach temperatury otoczenia, gdyż znacznie redukuje składową błędu wynikającą ze zmiany z temperaturą rezystancji wewnętrznej miernika magnetoelektrycznego. Korzystnym skutkiem zastosowania konfiguracji zasilacza według wynalazku jest zmniejszenie poboru mocy przez układ. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu do pomiaru mocy czynnej w sieciach jednofazowych, fig. 2 - schemat układu do pomiaru mocy w sieciach trójfazowych, trójprzewodowych, fig. 3 - schemat układu do pomiaru mocy w sieciach trójfazowych czteroprzewodowych, a fig.4 - schemat filtru i układu przetwornika napięcia na prąd, stosowany we wszystkich przedstawionych układach. W przypadku pomiaru mocy w sieci jednofazowej, układ pokazany na fig. 1 ma na wejściu mnożnik CEM1, na który z jednej strony na wejście napięciowe jest podawane poprzez rezystor Rr i potencjometr PI napięcie Uwejl z wejścia napięciowego obwodu kontrolowanego, a z drugiej strony pole magnetyczne cewki prądowej, wytworzone przez prąd wejściowy I wejl obwodu kontrolowanego.,\'a wejście napięciowe mnożnika CEM1 są włączone dwie diody Zenera D1, D2 połączone szeregowo przeciwsobnie. Wyjścia mnożnika CEM1 są połączone poprzez rezystory R1, R4 z wejściami układu sumującego WS zbudowanego na wzmacniaczu operacyjnym W1.

3 Rezystor R7 łączy wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego W1 z masą układu L, a rezystor R8 łączy wyjście wzmacniacza operacyjnego W1 z jego wejściem nieodwracającym. Między wyjściem K układu sumującego WS a masą układu L jest włączony układ pokazany na fig. 4, złożony z rezystora Rc i kondensatora Cl. Wspólny punkt rezystora Rc i kondensatora C1 jest połączony z wejściem nieodwracającym drugiego wzmacniacza operacyjnego W2, o wyjściu połączonym z miernikiem magnetoelektrycznym M, który z drugiej strony jest połączony z wejściem odwracającym drugiego wzmacniacza operacyjnego W2 i z rezystorem sprzężenia zwrotnego Rz, połączonym z drugiej strony z masą układu L. Zasilacz Z ma wejście połączone z jednym biegunem wejścia napięciowego obwodu kontrolowanego, natomiast drugi biegun tego wejścia jest podłączony do masy układu L. Zasilacz Z złożony z rezystorów Rp i Rm, diod prostowniczych Dp i Dm, diod Zenera D2p i D2m oraz kondensatorów Cp i Cm wytwarza napięcia o dodatniej polaryzacji +Uz i ujemnej polaryzacji -Uz. Połączenie katody drugiej diody Zenera D2m z anodą pierwszej diody Zenera D2p stanowi Jednocześnie masę zasilacza Z i masę układu L. W przypadku pomiaru mocy w sieci trójfazowej trójprzewodowej, układ pokazany na f i g.2 zawiera dwa mnożniki CEM1 i CEM2, rezystory Rr, Rs oraz potencjometry Pl, P2. Wejścia napięciowe są zabezpieczone diodami Zenera Dl, D2 i D3, D4. Z jednej strony na wejścia napięciowe mnożników są podawane napięcia Uwej1, Uwej2 z obwodu kontrolowanego, a z drugiej strony pola magnetyczne cewek prądowych wytworzone przez prądy wejściowe Iwej 1, Iwej2 obwodu kontrolowanego. Wyjścia mnożników CEM1, CEM2 są połączone odpowiednio przez rezystory R1, R4 i R2, R5 z wejściami układu sumującego WS. Rezystor R7 łączy wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego W1 z masą układu L, a rezystor R8 łączy wyjście wzmacniacza operacyjnego W1 z jego wejściem nieodwracającym. W przypadku pomiaru mocy w sieci trójfazowej czteroprzewodowej, układ pokazany na fig. 3 zawiera trzy mnożniki CEM1, CEM2, CEM3, rezystory wejściowe RR, RS, RT, i potencjometry P1, P2, P3. Wejścia napięciowe mnożników są zabezpieczone diodami Zenera D1, D2 i D3, D4 oraz D5, D6. Na wejścia napięciowe mnożników są podawane odpowiednio napięcia Uwejl, Uwej2, Uwej3 obwodu kontrolowanego, a z drugiej strony pola magnetyczne cewek prądowych wytworzone przez prądy Iwej1, Iwej2, Iwej3 obwodu kontrolowanego. Wyjścia mnożników są połączone odpowiednio przez rezystory R1, R4 i R2,R5 oraz R3, R6 z wejściami układu sumującego WS. Rezystor R7 łączy wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego W1 z masą układu L, a rezystor R8 łączy wyjście wzmacniacza operacyjnego W1 z jego wejściem nieodwracającym. W układach do pomiaru mocy w sieciach trójfazowych trójprzewodowych i czteroprzewodowych zasilacz Z i układ podłączony do wyjścia K układu sumującego WS oraz do masy układu L są identyczne, jak w układzie do pomiaru mocy w sieciach jednofazowych. Układ według wynalazku umożliwia pomiar mocy w sieciach jednofazowych i trójfazowych trójprzewodowych oraz czteroprzewodowych prądu przemiennego zawierającymi również składowe stałe napięć i prądów. Z a s t r z e ż e n i a p a t e n t o w e 1. Układ elektroniczny watomierza przetwornikowego zawierający miernik magnetoelektryczny wyskalowany w jednostkach mocy oraz co najmniej jeden cienkowarstwowy element magnetyczny stanowiący mnożnik, w którym wejście napięciowe zabezpieczone dwoma diodami Zenera połączonymi szeregowo przeciwsobnie połączone jest poprzez rezystor i potencjometr z wejściem napięciowym obwodu kontrolowanego, a wejście prądowe obwodu kontrolowanego jest połączone z cewką prądową wytwarzającą pole magnetyczne oddziałujące na mnożnik, którego wyjścia są połączone poprzez rezystory z wejściami wzmacniacza układu sumującego, przy czym zasilacz układu złożony z diod, rezystorów i diod Zenera ma przyłączone między wyjściami potencjałowymi a masą kondensatory wygładzające, z n a m i e n n y tym, że między wyjściem układu sumującego /WS/ a masą układu / L/ jest załączony filtr złożony z rezysto

4 ra /Rc/ i kondensatora /C 1/, zaś wspólny punkt rezystora /Rc/ i kondensatora /C 1/ jest połączony z wejściem nieodwracającym drugiego wzmacniacza operacyjnego /W2 / o wyjściu połączonym z miernikiem magnetoelektrycznym / M/, który z drugiej strony jest połączony z wejściem odwracającym drugiego wzmacniacza operacyjnego /W2/ i z rezystorem ujemnego sprzężenia zwrotnego /R z / połączonym z drugiej strony z masą układu / L/, ponadto zasilacz / Z/ ma wejście połączone z jednym biegunem wejścia napięciowego obwodu kontrolowanego, natomiast drugi biegun wejścia napięciowego obwodu kontrolowanego jest podłączony do masy układu / L/. 2. Układ według zastrz. 1, z n a m i e n n y tym, że zasilacz / z / w torze napięcia dodatniego ma pierwszy rezystor /Rp/ połączony z jednej strony z wejściem zasilacza / Z /, a z drugiej strony z anodą pierwszej diody /Dp/ o katodzie połączonej z wyjściem napięcia dodatniego /+U z/ i z katodą pierwszej diody Zenera /D 2p /, natomiast w torze napięcia ujemnego zasilacz / z / ma drugi rezystor /Rm/ połączony z jednej strony z wejściem zasilacza / z /, a z drugiej strony z katodą drugiej diody /Dm/ o anodzie połączonej z anodą drugiej diody Zenera /D2m/ i z wyjściem ujemnym /-Uz/, przy czym katoda drugiej diody Zenera /D2m/ jest połączona z anodą pierwszej diody Zenera /D 2p/, które to połączenie stanowi jednocześnie masę zasilacza / Z / i masę układu / L/.

5 F I G.1 FIG. 2

6 * Fig.3. FIG. 4. Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz. Cena 3000 zł