CZ35768U1 - Přístroj pro měření parametrů síťového napětí - Google Patents

Description

Technické řešení se týká měřicí techniky, a to konstrukce číslicových měřicích přístrojů, které primárně měří napětí a jsou připojovány přímo k silovému síťovému rozvodu nízkého napětí.

Dosavadní stav techniky

Základním prvkem většiny současných přístrojů pro měření např. síťového napětí je A/D převodník s výstupem digitálních dat informujících o hodnotách snímaných na svorkách. V případě, že je přístroj vybaven datovým metalickým rozhraním pro následné zpracování dat, paměťovou kartou nebo jiným způsobem, je nezbytné oddělení A/D převodníku od sítě, neboť tato rozhraní sama o sobě nezajišťují dostatečnou napěťovou bariéru požadovanou pro měřicí přístroje kategorie CAT III a IV.

Většina současných měřicích přístrojů k oddělení měřicí části (A/D převodníku) od měřených silových obvodů využívá transformátor. Ten klade nároky na výrobu a jeho frekvenční vlastnosti nejsou pro přenos měřených hodnot optimální. Jiná řešení využívají k oddělení oddělovací zesilovač, který je nákladný a který ovlivňuje vlastnosti finálního přístroje.

Technické řešení si klade za úkol navrhnout přístroj pro měření parametrů síťového napětí, jehož vstupní obvody zajistí s minimálními náklady a minimálním zkreslením dostatečné oddělení sítě od měřicího přístroje.

Podstata technického řešení

Uvedený úkol řeší přístroj pro měření parametrů síťového napětí tvořený A/D převodníkem, který má výstup digitálních dat a je připojen svými vstupy k fázovým svorkám sítě. Podstata přístroje spočívá v tom, že je vybaven operačním zesilovačem s výstupem referenčního napětí a připojen svorkou k nulovému vodiči sítě, která je připojena na invertující vstup operačního zesilovače, přičemž za každou z fázových svorek a za nulovou svorkou jsou sériově zapojeny dvojice vstupních rezistorů, přičemž na výstup každé dvojice vstupních rezistorů je paralelně připojen jednak rezistor, kteréžto rezistory jsou napojeny společnou sběrnicí na výstup operačního zesilovače, a jednak uzemněný omezovači kapacitor, a přičemž výstup referenčního napětí z A/D převodníku je přes odporový dělič napětí tvořený rezistory děliče propojen s neinvertujícím vstupem operačního zesilovače odděleným od země kapacitorem.

A/D převodník, operační zesilovač mají s výhodou společné napájení.

Technické řešení využívá vysokoimpedanční rezistory ve vstupních obvodech přístroje, které ve spojení s operačním zesilovačem realizují galvanické propojení vstupních svorek upevněných na měřených obvodech s měřicí částí a zároveň zajistí, že proud do měřicí části je natolik malý, aby nejen neovlivnil fúnkci přístroje, ale byl i bezpečný z hlediska obsluhy přístroje při jeho instalaci, připojování i provozu. Zároveň značnou měrou vylučuje použití aktivních prvků v měřicím kanálu, což přispívá k přesnosti přístrojů. Zvláště je vhodný i pro případ, že navazující A/D převodník je jednopolaritního typu a vstupní napětí je střídavé, kdy okamžité hodnoty vstupního napětí mohou nabývat vzhledem ke společné svorce obou polarit.

- 1 CZ 35768 UI

Objasnění výkresů

Technické řešení bude dále objasněno pomocí výkresu, který na obr. 1 uvádí schéma zapojení přístroje pro měření parametrů napětí v třífázové síti.

Příklady uskutečnění technického řešení

Technické řešení bylo uskutečněno v přístroji pro měření parametrů kvality v síti nízkého napětí. Vstupní obvody jsou určeny k připojení k třífázové silové soustavě, která má čtyři vodiče.

Přístroj pro měření parametrů síťového napětí je tvořen A/D převodníkem A/D unipolámího typu, který pracuje se vstupním napětím v rozmezí 0 až 4V. Převodník A/D má výstup D digitálních dat a je připojen svými vstupy Vstup 1, Vstup2, Vstup3 prostřednictvím rezistorů Rl, R2; R4, R5; R7, R8 k fázovým svorkám LI. L2. L3. Přístroj je vybaven svorkou N nulového vodiče sítě připojenou na invertující vstup 2 operačního zesilovače N1A. Za svorkami LI. L2. L3. N jsou sériově zapojeny dvojice vstupních rezistorů Rl, R2; R4, R5; R7, R8, Rl 1, R12, které zajišťují bezpečnost obsluhy, a to tak, že i při poruše jediného z nich (zkratu) omezují velikost proudu na bezpečnou hodnotu. Vnitřní společný vodič přístroje (stínění, záporný pól zdroje) není vyveden z přístroje a obsluha k němu nemá přístup. Na výstup každé uvedené dvojice rezistorů je připojen jednak rezistor R3, R6, R9, R13 napojený společnou sběrnicí na výstup 1 operačního zesilovače N/A, jednak uzemněný omezovači kapacitor CL C2, C3, C4.

Výstup referenčního napětí Ur z A/D převodníku A/D je přes odporový dělič napětí tvořený rezistory RIO. R14 propojen s neinvertujícím vstupem 3 operačního zesilovače N1A odděleným od země kapacitorem C5. Velikost vstupních rezistorů Rl = R2 = R4 = R5 = R7 = R8 = Rl 1 = R12 je řádově 1 ΜΩ, velikost rezistorů R3 = R6 = R9 = R13 řádově 5 kQ pro vstupní napětí 300V. Rezistory RIO. R14 odporového děliče mají přibližně stejnou velikost. A/D převodník A/D a operační zesilovač N1A mají společné napájení + a jsou uzemněny.

Operační zesilovač N1A má na svém výstupu 1 přibližně polovinu referenčního napětí Ur použitého v A/D převodníku A/D. Prostřednictvím rezistorů Rll a R12 je do tohoto zesilovače N1A připojen svorkou N i druhý pól měřeného napětí (nulový vodič), přičemž pro hodnoty odporu platí: Rl + R2 = Rll + R12 aR3 = R13. Napětí na vstupu 1 A/D převodníku A/D je pak pro vstupy LI. N určeno vztahem:

kde konstanty k a m jsou dány velikostí rezistorů:

, , Λ

R^ + /L + Ry

R,., R. + Rr,

R,, 4· Ζ?|β R, 4· R, + R. 14 IU 1 i j

Napětí Uad je tedy úměrné napětí mezi svorkami LI a N, tedy fázovému napětí U. Maximální velikost unikajícího proudu I do vnitřního společného vodiče přístroje, nevyvedeného ven ze vstupu LI je

-2 CZ 35768 UI + *2 ⁺

Kapacitor Cl omezuje přenos složek napětí o vyšších frekvencích. Obdobné vztahy platí i pro vstupy, tedy svorky L2. N a L3, N.

Vstupům A/D převodníku A/D mohou být předřazeny zesilovače, které upravují frekvenční rozsah a/nebo zvětšují impedanci vstupů převodníku.

Claims (2)

1. Přístroj pro měření parametrů síťového napětí tvořený A/D převodníkem (A/D), který má výstup (D) digitálních dat aje připojen svými vstupy (Vstupl, Vstup2, Vstup3) k fázovým svorkám (LI, L2, L3) sítě, vyznačující se tím, že je vybaven operačním zesilovačem (N1A) s výstupem (Ur) referenčního napětí a připojen svorkou (N) k nulovému vodiči sítě, která je připojena na invertující vstup (2) operačního zesilovače (N1A), přičemž za každou z fázových svorek (LI, L2, L3) a za nulovou svorkou (N) jsou sériově zapojeny dvojice vstupních rezistorů (Rl, R2), (R4, R5), (R7, R8), (Rll, R12), přičemž na výstup každé dvojice vstupních rezistorů (Rl, R2), (R4, R5), (R7, R8), (Rll, R12) je paralelně připojen jednak rezistor (R3), (R6), (R9), (R13), kteréžto rezistory (R3, R6, R9, R13) jsou napojeny společnou sběrnicí na výstup (1) operačního zesilovače (N1A) ajednak uzemněný omezovači kapacitor (Cl), (C2), (C3), (C4), a přičemž výstup (Ur) referenčního napětí z A/D převodníku (A/D) je přes odporový dělič napětí tvořený rezistory (R10, R14) děliče propojen s neinvertujícím vstupem (3) operačního zesilovače (NIA) odděleným od země kapacitorem (C5).

2. Přístroj pro měření parametrů síťového napětí podle nároku 1, vyznačující se tím, že A/D převodník (A/D), operační zesilovač (N1A) mají společné napájení (+).