Исследование устройств для измерения активной мощности
В цепях переменного тока
Сведения об объекте исследования
В данной работе исследуются устройства, формирующие электрический сигнал, пропорциональный активному току или активной мощности в цепи однофазного переменного тока или в цепи одной из фаз трехфазного переменного тока. Рассмотрим некоторые используемые на практике принципы построения подобных устройств.
1.
Вычисление значения активного тока может быть выполнено путем определения разности амплитуд синусоидальных сигналов, полученных векторным сложением и вычитанием сигналов тока и напряжения. Структура устройства показана на рис. 6.1, а. На входы устройства подаются два синусоидальных сигнала: и , пропорциональные соответственно напряжению и току в цепи. Сумматор 1 выполняет сложение входных сигналов, сумматор 2 – их вычитание. Эти операции в соответствии с символическим методом анализа цепей переменного тока могут быть представлены как операции над векторами, поэтому такие устройства иногда называют векторомерными. Выпрямители 3 и 4 преобразуют амплитуду синусоидального сигнала, подаваемого на их вход, в постоянное напряжение. На выходе сумматора 5 формируется разность амплитуд; в простейшем случае в качестве выходного можно использовать дифференциальный сигнал – разность напряжений на выходах выпрямителей 3 и 4. На рис. 6.1, б представлены векторные диаграммы устройства.
|
|
При условии | | >> | | разность амплитуд на входах выпрямителей приближенно пропорциональна произведению Icosφ, т.е. активному току. Если напряжение в сети постоянно (это обеспечивается автоматическим регулятором напряжения), выходной сигнал пропорционален активной мощности.
2. Для получения сигнала активного тока может использоваться фазочувствительный выпрямитель (ФЧВ). Входным сигналом ФЧВ является напряжение, пропорциональное мгновенному значению тока сети. Сигнал напряжения сети используется для коммутации электронных ключей.
На судах широкое распространение получили диодно-трансформаторные ФЧВ. Один из вариантов такого преобразователя (рис. 6.2) носит название балансного модулятора.
Напряжение сигнала Uс, пропорциональное мгновенному значению тока, поступает на первичную обмотку трансформатора Т1. Управляющее напряжение Uу пропорционально мгновенному значению напряжения сети.
Напряжение вторичной обмотки трансформатора Т2 много больше сигнала, поступающего с трансформатора Т1. Положительная (условно) полуволна напряжения трансформатора Т2 отпирает диоды, и напряжение вторичной обмотки трансформатора Т1 поступает на выход устройства. Ток вторичной обмотки трансформатора Т2 протекает по двум параллельным одинаковым цепям, поэтому этот ток создает одинаковые встречно направленные падения напряжения на резисторах R1 и R2. В результате ток трансформатора Т2 не вызывает появления выходного напряжения, его роль – только отпирать и запирать диоды. Отрицательная полуволна напряжения трансформатора Т2 запирает диоды, и Uвых = 0. Таким образом, диоды играют роль полупроводниковых ключей.
|
|
ФЧВ может быть построен также на базе операционного усилителя (ОУ). Использование ОУ позволяет повысить точность преобразования, увеличить входное и уменьшить выходное сопротивление, усилить выпрямляемый сигнал. На рис. 6.3 показан один из вариантов построения ФЧВ на ОУ. Чтобы обеспечить равенство по модулю коэффициентов передачи при открытом и закрытом ключе, должно быть выполнено условие R1 = R2. При положительном Uу полевой транзистор открыт, и сопротивление его канала много меньше R3, т.е. неинвертирующий вход по сути заземлен. Тогда схема представляет собой инвертор, и Uвых = – Uc. При отрицательном Uу транзистор закрыт, и потенциал неинвертирующего входа ОУ равен Uc. Тогда в соответствии с принципом мнимой земли потенциал инвертирующего входа также равен Uc. Ток по резисторам R1 и R2 не протекает, и схема представляет собой повторитель напряжения, т.е. Uвых = Uс. Таким образом, схема рис. 6.3 является двухполупериодной.
|
|
Выходной сигнал обоих ФЧВ является пульсирующим, поэтому далее необходимо выделить его постоянную составляющую при помощи фильтра нижних частот.
3. Сигнал активной мощности может быть получен при помощи перемножителя. Произведение p(t) = u(t)·i(t) представляет собой сигнал мгновенной мощности.
Выходной сигнал перемножителя является пульсирующим. Поэтому, как и при использовании ФЧВ, на выходе устройства должен быть установлен фильтр нижних частот.
Задание на выполнение лабораторной работы:
1. Для схемы, заданной в таблице вариантов, вывести зависимость выходного сигнала от входных.
Для схемы рис. 6.1, а необходимо вначале вывести зависимость выходного напряжения векторомерного преобразователя от входных сигналов и . Затем полученное выражение упрощается при условии | | >> | |.
Для схем рис. 6.2 и 6.3 необходимо вывести зависимость постоянной составляющей выходного напряжения ФЧВ от входного сигнала Uс.
Для схемы с перемножителем необходимо определить среднее значение величины p(t) за период
|
|
2. Построить в программе Multisim модель устройства для определения активного тока или активной мощности. Модель должна содержать однофазную сеть переменного тока с датчиками тока и напряжения. Нагрузка сети должна быть активно-реактивной. Установить параметры сети в соответствии с таблицей вариантов.
3. Регулируя cosφ нагрузки в диапазоне от 0 до 1 с шагом 0,2, определить погрешность устройства по сравнению с расчетным значением для двух значений полного тока: номинальный ток Iн и 0,2 Iн. Построить графики зависимости относительной погрешности от cosφ.
Варианты задания:
№ вар. | Схема преобразователя | Напряжение сети, В | Iн, А | Вид нагрузки |
1 | Рис. 6.1, а | 220 | 50 | RL |
2 | Рис. 6.2 | 380 | 100 | RC |
3 | Рис. 6.3 | 660 | 150 | RL |
4 | Перемножитель | 220 | 200 | RC |
5 | Рис. 6.1, а | 380 | 250 | RL |
6 | Рис. 6.2 | 660 | 300 | RC |
7 | Рис. 6.3 | 220 | 350 | RL |
8 | Перемножитель | 380 | 50 | RC |
9 | Рис. 6.1, а | 660 | 100 | RL |
10 | Рис. 6.2 | 220 | 150 | RC |
11 | Рис. 6.3 | 380 | 200 | RL |
12 | Перемножитель | 660 | 250 | RC |
13 | Рис. 6.1, а | 220 | 300 | RL |
14 | Рис. 6.2 | 380 | 350 | RC |
15 | Рис. 6.3 | 660 | 50 | RL |
16 | Перемножитель | 220 | 100 | RC |
17 | Рис. 6.1, а | 380 | 150 | RL |
18 | Рис. 6.2 | 660 | 200 | RC |
19 | Рис. 6.3 | 220 | 250 | RL |
20 | Перемножитель | 380 | 300 | RC |
21 | Рис. 6.1, а | 660 | 350 | RL |
22 | Рис. 6.2 | 220 | 50 | RC |
23 | Рис. 6.3 | 380 | 100 | RL |
24 | Перемножитель | 660 | 150 | RC |
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 377; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!