Информатика и выч. техника \ Проектирование и расчет преобразователей информации

Разработка устройства, измеряющего реактивную составляющую полной мощности, страница 3

Основными требованиями являются малые фазовые искажения (до нескольких угловых минут) и малые габариты. Малые фазовые искажения можно обеспечить соответствующим увеличением индуктивности первичной обмотки разделительного трансформатора. Как видно из функциональной схемы потребуется три нормирующих усилителя тока и три нормирующих усилителя напряжения.


3.1.1. Расчёт нормирующего устройства тока.


Рисунок 7. Принципиальная схема активного измерительного трансформатора тока.

Произведём расчёт элементов схемы, исходя из следующих данных:

Максимальный фазовый сдвиг, вносимый трансформатором: φ = 10',

tg φ = 3·10-3.

Ток обмотки W1 равен:

Ток обратной связи IОС равен:

Коэффициент трансформации n равен:

Коэффициент усиления схемы:

ROC: МЛТ-0,125 – 1 кОм ±5% На схеме обозначим Roc как R3

R1: МЛТ-0,125 – 100 Ом ±5%

R2: МЛТ-0,125 – 100 кОм ±5%

В качестве операционного усилителя применим микросхему К140УД17А.

Индуктивность обмотки W1 трансформатора:

Число витков обмотки W1 трансформатора:

Примем W1 = 2 витка, тогда:

W2 = W3 = n · W1 = 707·2 = 1414 витков.

В качестве сердечника трансформатора тока будем использовать тороидальный сердечник из феррита марки 1000НМ. Диаметры проводов для обмоток:

Сердечник трансформатора должен вместить общее количество витков провода содержащегося в обмотках W1, W2, W3.

Выбираем для трансформатора сердечник размером 32х20х10 мм из феррита марки 1000НМ.


3.1.2. Расчёт нормирующего устройства напряжения.

Рисунок 8. Принципиальная схема активного измерительного трансформатора напряжения.

Принимаем выходное напряжение U2 = 10 В. В соответствии с выбранным методом измерения реактивной мощности U1 = 220 В.

Допустимое потребление мощности измерительного трансформатора напряжения не более 1,1 В·А.  Принимаем IПОТРЕБЛЕНИЯ = 5·10-3 А, тогда,

Выбираем по ряду: RВХ1 = RВХ2: МЛТ-0,125–22 кОм ±5%  На схеме  RВХ1 и RВХ2  обозначим R4 и R5

Выбираем по ряду:

ROC: МЛТ-0,125 – 2 кОм ±5%  На схеме обозначим Roc как R8

R1: МЛТ-0,125 – 100 Ом ±5%  На схеме обозначим Roc как R6

R2: МЛТ-0,125 – 100 кОм ±5%  На схеме обозначим Roc как R7

Индуктивность обмотки W1 трансформатора:

В качестве материала для сердечника используем пермалой, у которого μ = 1·105.

Число витков обмотки W1 = W2 = W3 трансформатора:

Диаметры проводов для обмоток:

Сердечник трансформатора должен вместить общее количество витков провода содержащегося в обмотках W1, W2, W3.


С учётом диаметра провода и общего числа витков обмоток выбираем сердечник трансформатора 77,5х8х5 мм из пермалоя 79НМ.


3.2. Расчёт аналогового перемножителя сигналов.


Перемножители сигналов должны перемножать сигналы от трансформаторов тока и напряжения. По справочнику выбираем интегральную микросхему перемножителя напряжений К525ПС2. Эта микросхема обеспечивает погрешность умножения не более 1%. Входные сигналы могут изменяться в пределах ± 10 В. Микросхема имеет встроенный операционный усилитель позволяющий подключать к его выходу без дополнительного буфера различные нагрузки. Типовая схема включения перемножителя выглядит следующим образом:

Рисунок 9. Принципиальная схема включения перемножителя        напряжений К525ПС2.

Выходное напряжение определяется по формуле:

.

3.3.Расчёт суммирующего устройства.


В соответствии с выбранным методом измерения реактивной мощности в трёхфазной цепи для получения её значения необходимо просуммировать значения измерения реактивной мощности во всех трёх фазах. Для этой цели используем инвертирующий сумматор.

Рисунок 10. Принципиальная схема инвертирующего сумматора.

Операционный усилитель, включённый по такой схеме, имеет выходное напряжение, определяемое уравнением:

Входные напряжения UВХ1 = UВХ2 = UВХ3 = 10 В.

Зададимся выходным напряжением UВЫХ = 10 В.

Пусть R4 = 10 кОм, тогда R1 = R2 = R3 = 30 кОм

Скачать файл