Разработка устройства, измеряющего реактивную составляющую полной мощности, страница 2

Определить реактивную мощность можно умножением реактивного тока на вектор пропорциональный (равный по модулю) вектору напряжения, но сдвинутый относительно него на 90⁰.

Рисунок 2. Диаграмма напряжений и токов на R, L, C элементах.

Сдвиг напряжения на 90⁰ можно осуществить несколькими способами: с помощью специальных приборов (ФСУ) (фазосдвигающие устройства строят на основе операционных усилителях и емкостях с малыми потерями, этот способ применяют в однофазных цепях),используя естественный сдвиг на 90⁰ между фазным и линейным напряжением:

Рисунок 3. Диаграмма фазных и линейных напряжений трёхфазной сети.

Достоинства способа: отсутствие дополнительных элементов.

Недостатки способа: возможность погрешности при низком качестве сетевого напряжения; возможность использования только в трёхфазных цепях.

Существует несколько схем измерения мощности ваттметром в трёхфазных цепях. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки. Для каждой конкретной цепи можно подобрать свою схему, которая будет обеспечивать необходимую точность измерения при минимальных аппаратных затратах. В данной работе заданной является схема измерения реактивной энергии с помощью трёх ваттметров. Схема включения ваттметров следующая:

Рисунок 4. Принципиальная схема измерения реактивной мощности                              «три ваттметра».

Потребляемая реактивная мощность определяется как сумма показаний всех трёх ваттметров. Недостатком схемы является то, что правильность и точность её работы определяет симметрия измеряемой трёхфазной сети.

2.Разработка функциональной схемы преобразователя.

В соответствии с ранее отмеченными методами измерения реактивной мощности в трёхфазных системах без нейтрального провода методом трёх ваттметров составим схему как показано на рисунке 6.

Выходной сигнал нормирующих устройств по току и напряжению равен 10 В. напряжение 10 В можно без усиления подавать на перемножитель, при этом будет достаточно хорошее использование возможностей ИМС перемножителя и не будет больших погрешностей.

Перемножитель, по заданию должен быть выполнен на микросхеме перемножителя. Применим микросхему К525ПС2. Её ваходной сигнал равен:

Зная коэффициент передачи можно найти максимальный выходной сигнал этого звена:

Сумматор складывает эти три сигнала с перемножителей.

Выпрямитель «В» Выпрямляет полученный сигнал, делает его униполярным. Выпрямитель необходим по следующей причине: ток в ёмкости опережает напряжение на 90⁰, а в индуктивности отстаёт на 90⁰.

Рисунок 5. Диаграмма напряжений на индуктивности и ёмкости.

Для определения реактивной мощности необходимо повернуть вектор пропорциональный напряжению на 90⁰. При этом он оказывается пропорционален напряжению и сонаправлен с током в катушке. При этом между вектором u и током i_C разность в 180⁰, они лежат в одной плоскости, но имеют разные направления. Перемножая их, получаем отрицательную величину, но так как оба тока, катушки i_L и конденсатора i_C, сопровождаются потерями в подводящей линии, их оба необходимо учитывать.

«ИОС» – преобразует напряжение в частоту.

«Сч» – счётчик – двоично-десятичный.

«ЖКИ» – жидкокристаллические индикаторы.

3.Разработка и расчёт  узлов принципиальной схемы.

3.1.Расчёт нормирующих устройств.

Нормирующие устройства «НУ» с гальваническим разделением предназначены для масштабного преобразования напряжения и тока в нормированный сигнал, до уровня, который способна воспринимать электронно-обрабатывающая аппаратура на современных микросхемах.