a) utilizarea unor echipaje de intrare de tip wattmetric i compensarea cuplului activ rezultat din interaciunea curentului

76Capitolul 3

77Traductoare pentru mrimi electrice

Observaie: Traductoarele de putere reactiv monofazat respect principiul funcional al varmetrului monofazat, iar pentru sisteme trifazate se utilizeaz principiile funcionale bazate pe metode de tip wattmetric.3.5.1 Traductorul de putere activ monofazat funcionnd prin compensare de cupluSchema de principiu a acestui traductor este dat n figura 3.13.

Fig. 3.13. Schema de principiu a traductorului de putere activ monofazat funcionnd prin compensarea cuplului.

Echipajul de intrare (EI) este de tip wattmetric ferodinamic, adic bobina fix este strbtut de curentul din secundarul transformatorului de curent (TI), iar bobina mobil, nseriat cu rezistena adiional , este parcurs de un curent proporional cu tensiunea din secundarul transformatorului de tensiune (TU). Cuplul activ dezvoltat la axul 1 va fi de forma :

(3.15)

unde ( este defazajul ntre curentul i tensiunea din circuitul monofazat la care este conectat receptorul.

Cuplul rezistent produs de curentul de ieire () prin echipajul de reacie magnetoelectric (ER) este:

(3.16)

Din egalitatea cuplurilor rezult proporionalitatea direct ntre curentul de ieire () i puterea activ P. n rest funcionarea traductorului este asemntoare funcionrii traductorului de curent continuu bazat pe compensarea cuplului (figura 3.7).

3.5.2 Traductorul de putere reactiv monofazat funcionnd prin compensarea cuplului

n acest caz echipajul de intrare (figura 3.14) are structura tipic de varmetru, deci bobinei mobile (din echipajul EI) i se aplic la intrare o tensiune decalat cu n urm fa de tensiunea din secundarul transformatorului de tensiune (TU). Acest decalaj este introdus de grupul, inductiv-rezistiv, format din:

Cuplul activ va fi de forma : (3.17)

unde ( este defazajul dintre curentul i tensiunea circuitului monofazat n care este conectat receptorul.

Rezistenele i inductanele se afl ntr-o relaie de forma :

(3.18)

Fig. 3.14. Schema de principiu pentru echipajul de intrare al traductorului de putere reactiv monofazat funcionnd prin compensarea cuplului.

Echipajul de reacie (ER) este identic cu cel din figura 3.13. Cuplul rezistent Mr, n cazul acestui traductor este de forma celui exprimat prin relaia (3.16), adic:

(3.19)

La echilibru celor dou cupluri, se estimeaz puterea reactiv (Q) prin intermediul curentului de ieire (Ie):

(3.20)

Observaii.:

S-au neglijat rezistena i inductana bobinei mobile.

Reactanele i depind de frecven, i ca urmare abaterile de frecven ale reelei fa de frecvena nominal () produc erori semnificative de msurare (indicare) a puterii reactive.

3.5.3 Traductorul de putere activ monofazat cu medierea static a valorilor instantanee

Principiul de funcionare a acestui traductor se bazeaz pe calculul puterii active conform relaiei de definiie (3.10). Schema de principiu a traductorului este prezentat n figura 3.15, n care se observ c semnalele din secundarele transformatoarelor de curent (TI), respectiv de tensiune (TU), sunt trecute prin circuitele de intrare i adaptare ale curentului (CIA I) i respectiv ale tensiunii (CIA U), rezultnd tensiunile : i respectiv (3.21)Aceste tensiuni sunt aplicate multiplicatorului analogic (MA) la ieirea cruia rezult tensiunea:

(3.22)

Fig. 3.15. Schema de principiu a traductorului de putere activ monofazat cu medierea static a valorilor instantanee.

Aceast tensiune este transmis dispozitivului de mediere (DM) ce realizeaz calculul integralei (3.10) obinndu-se: (3.23)

unde: KDM -este factorul de transfer al dispozitivului de mediere.Convertorul tensiune - curent (CTC) face conversia tensiunii UDM n semnal de curent unificat, .

Observaie: Blocurile funcionale ale traductorului sunt alimentate de la o surs auxiliar de tensiune stabilizat care, la rndul ei, este alimentat printr-un transformator de separaie (cobortor) de tensiune.

Modalitile de realizare a circuitelor de intrare i adaptare pentru curent (CIAI), respectiv pentru tensiune (CIAU) sunt prezentate n figura 3.16 :

Fig. 3.16. Circuite de intrare i adaptarenfurrile primare ale transformatorului TA sunt adaptate s lucreze pe impedanele de sarcin ale TI, respectiv TU. Transformatorul TA are rolul de a separa galvanic curentul de ieire fa de mrimile de intrare dac nu s-ar folosi unul sau ambele din transformatoarele TI i TU. Elementele pasive din circuitele de adaptare (rezistoare i capaciti) au rolul de a compensa erorile de raport i de unghi ale transformatoarelor de msur (TI i TU). Valorile rezistenelor i capacitilor sunt determinate n funcie de frecvena nominal de lucru a traductorului, dar se pot ajusta n faza de calibrare a acestuia (cnd toate componentele sunt montate).Multiplicatorul analogic (MA) poate fi realizat n mai multe moduri :

a) cu transconductan variabil , bazat pe variaia exponenial a curentului de colector () a unui tranzistor n funcie de tensiunea baz-emitor cnd tensiunea colector-baz este nul.

n acest caz valoarea lui este dat de relaia :

(3.24)

n care este factorul static de amplificare n curent ; K- constanta lui Boltzmann; T - temperatura absolut.

Pentru variaii suficient de mici ale tensiunii UBE rezult:

(3.25)

Relaia (3.25) indic produsul a dou mrimi Ic i . Aceasta metod de multiplicare necesit scheme simple, dar conduce la erori de neliniaritate i erori de temperatur destul de mari.

Avantajele acestei metode de multiplicare sunt:

- schem simpl de realizare ; - produsul mrimilor poate fi realizat n toate cadranele.

Dezavantajul acestei metode const n erori globale de aproximativ 1%.

b) cu logaritmare - antilogaritmare [38], care are la baz relaia : (3.26)

din care rezult c MA trebuie s conin dou amplificatoare logaritmice, un sumator i un amplificator antilogaritmic.

c) cu traductor Hall, la care una din tensiuni () este proporional cu valoarea curentului longitudinal (Ic) al plcuei Hall, iar tensiunea va fi proporional cu inducia magnetic B (aplicat plcii Hall).

Va rezulta tensiunea Hall exprimat prin relaia:

; (3.27)

unde este o constant, - constanta Hall iar d este grosimea plcuei Hall.

Observaie : Dimensiunile parametrilor din expresia constantei K trebuie s fie alese astfel nct la temperatura de referin s rezulte K = 1. MA cu traductor Hall ofer avantajul simplitii constructive, dar i cteva dezavantaje importante:

- dependena de temperatur a tensiunii Hall ;- neliniariti datorate impreciziei tehnologice a contactelor pe plcua Hall; dificulti tehnologice n realizarea contactelor pe plcu.

Aceste dezavantaje cumulate determin o eroare global de (12)%.

d) cu modulare n amplitudine i duratn acest caz MA se bazeaz pe faptul c media temporal a unei succesiuni de impulsuri, de frecven constant , este egal cu produsul dintre amplitudinea i durata impulsurilor. Acest tip de MA este utilizat n prezent n majoritatea traductoarelor care necesit efectuarea produsului instantaneu a dou semnale variabile n timp.

Schema de principiu a MA cu dubl modulare este dat n figura 3.17. Acesta se compune din multivibratorul comandat (MVC), care oscileaz pe o frecven . Se consider cazul practic n care , iar i sunt semnale sinusoidale. Diferena dintre durata , a semialternanei pozitive, i , a celei negative fiind direct proporional cu amplitudinea semnalului de comanda , deci se poate scrie:

(3.28)

n care este o tensiune de referin (n blocul MVC).

n funcionarea MA se disting dou etape:a) Dac -nchis i -deschis, rezistena R va avea la borne tensiunea +u2 pentru semialternana , deci .

Fig. 3.17. a) -Schema de principiu a MA cu dubl modulare.

b)- Diagramele de semnal corespunztoare schemei din fig.3.17-a

b) Dac -deschis, k2 nchis, rezistena R va avea la borne tensiunea pentru semialternana T2, adic . Deci pentru perioada echivalent () tensiunea este de forma:

(3.29)

Rezult : (3.30)Din (3.30) rezult c precizia i stabilitatea multiplicatorului (MA) depinde doar de tensiunea de referin .n figura 3.18 se prezint schema bazat pe principiul descris anterior de obinere a puterii din produsul valorilor instantanee u i i. Notaiile din figura 3.18 au urmtoarele semnificaii:

GST generator de semnal triunghiular simetric; C - comparator ; I circuit inversor; TI transformator de curent, TU transformator de tensiune

Funcionare: Curentul din secundarul lui TI este comparat cu un semnal triunghiular simetric, de frecven stabil i amplitudine constant, astfel c, la ieirea comparatorului C se obine un semnal dreptunghiular modulat n durat de valoarea instantanee a curentului. Inversorul I asigur comanda comutatorul tranzistorizat n antifaz cu comutatorul .

Semnalul de la ieire este modulat n amplitudine de ctre semnalele obinute n secundarele transformatorului de tensiune (TU) legate n serie.

Diagramele de semnale se prezint n figura 3.19 (corelat cu figura 3.18).

Fig. 3.18. Schema de principiu a multiplicatorului analogic.

n urma modulrii n amplitudine a tensiunii se obine :

(3.31)

Din ultima relaie se observ c puterea instantanee (p) este direct proporional cu tensiunea de ieire, ue:

Observaii:

- Principiul dublei modulaii conduce la erori cu att mai mici, cu ct frecvena semnalului triunghiular este mai mare dect frecvena semnalelor de intrare i cu ct parametrii semnalului triunghiular uT(t) sunt mai constani (amplitudine, liniaritate, frecven).- n practic se utilizeaz generatoare de semnal triunghiular cu reacie, pentru controlul amplitudinii, care funcioneaz la frecvene de () kHz, dac traductoarele de putere sunt destinate reelelor de 50 Hz.Concluzii:1) Multiplicatoarele cu modulaie n amplitudine i durat (figura 3.17) pot fi realizate n structur hibrid sau integrat, asigurnd o precizie o precizie de (0,10,2) %.2) Dispozitivele de mediere (care se gsesc dup multiplicatoarele analogice) sunt de regul structuri de filtre trece - jos active, realizate cu amplificatoare operaionale i componente pasive (rezistene, capaciti), avnd frecvena de tiere n concordan cu frecvena semnalele de intrare.3) CTC -(convertoarele tensiune-curent) sunt realizate cu generatoare de curent constant, comandate n tensiune, capabile s debiteze pe sarcini curent variabil n limite largi.

Fig. 3.19. Semnalele aferente blocurilor funcionale din fig. 3.18

4) n cazul traductoarelor de putere reactiv monofazat cu medierea static a valorilor instantanee, circuitele de intrare i adaptare i se realizeaz ca n figura 3.20, deoarece este necesar defazarea n urm cu a tensiunii, iar curentul este defazat nainte cu .

Fig. 3.20. Circuite de intrare i adaptare.

CIAU - nu conine transformator de separare deoarece cuplajul se face prin condensatorul C, iar punctul comun se face pe nulul reelei.

3.5.4. Traductoare trifazate de putere activ i reactiv (principii de funcionare)

Dup principiul de funcionare, aceste traductoare se pot realiza n dou variante:A- Traductoare funcionnd prin compensare de cuplu;B- Traductoare bazate pe medierea static a valorilor instantanee.Dac traductoarele sunt de tipul A, acestea conin unul sau dou echipaje de intrare de tip wattmetru ferodinamic, avnd bobinele mobile cuplate pe acelai ax cu bobina mobil a echipajului de reacie. Dac sunt de tipul B, traductoarele de putere conin unul sau dou multiplicatoare analogice ale cror tensiuni de ieire sunt nsumate i aplicate dispozitivului de mediere.Diferena dintre traductoarele trifazate de putere activ i cele de putere reactiv const n modalitatea de conectare n circuit. Se pot folosi conexiuni de tip wattmetric pentru msurarea puterii reactive trifazate.

3.6. Traductoare de frecven i abatere de frecven

Traductoarele de frecven industrial au rolul de a asigura semnale unificate (curent sau tensiune) proporional cu frecvena reelei. Precizia de msurare, a frecvenei sau a abaterii de frecven, trebuie s fie suficient de bun, avnd n vedere necesitatea meninerii constante a frecvenei n sistemele electroenergetice- Traductoare de frecven sunt folosite n special n sistemele de telemsurare, iar traductoarele de abatere de frecven (fa de o valoare de referin) sunt utilizate n circuitele (sistemele) de reglare.Principiile funcionale care stau la baza traductoarelor de frecven constau n realizarea unei dependene liniare, frecven-tren de impulsuri calibrate, urmat de o mediere temporal a impulsurilor i o conversie n semnal unificat de tensiune. n figura 3.21 este prezentat schema traductorului de frecven, a crui funcionare const n medierea static a valorilor instantanee.

Fig. 3.21. Schema de principiu a traductorului de frecven cu medierea impulsurilor:

FI - formator de impulsuri; M monostabil; DM - dispozitiv de mediere; SR - surs de referin; ACTC - amplificator convertor tensiune curent; SA - surse de alimentare.Funcionare este urmtoarea: FI transform unda sinusoidal n und dreptunghiular cu aceleai treceri prin zero (eliminnd influena amplitudinii semnalului) ; impulsurile obinute comand M, la ieirea cruia se obin impulsuri de durat i amplitudine (riguros constante) a cror frecven de apariie este direct proporional cu frecvena semnalului de intrare .

Fig. 3.22. Diagramele de semnale la ieirile blocurilor funcionale, din figura 3.21.

Prin medierea acestor impulsuri (n DM) se obine o tensiune direct proporional cu frecvena: (3.32)

Sursa SR asigur, prin tensiunea sa (cu un grad ridicat de stabilitate) funcionarea circuitului amplificator convertor (ACTC) doar n domeniul (). Depirea valorii conduce la saturarea circuitului de intrare n blocul ACTC.

Pentru a uura nelegerea funcionrii acestui traductor, n figura 3.22 s-au prezentat diagramele de semnale n punctele caracteristice. Observaie : Precizia realizat depinde de meninerea constant a valorilor i . Astfel, se construiesc traductoare cu precizii de msurare n domeniul (0,12)%.

n mod similar se realizeaz traductoare de abatere (diferen) de frecven, utiliznd dou canale separate de msurare a frecvenelor, figura 3.23.Tensiunile de la ieirea celor dou dispozitive de mediere se nsumeaz diferenial n amplificatorul AD, iar tensiunea - diferen (Ud) este convertit n semnal de curent la ieire () proporional cu diferena de frecven , astfel :

(3.33)

unde KACTC este factorul de transfer al blocului ACTC.

Fig. 3.23. Schema de principiu a traductorului pentru abatere de frecven, cu medierea impulsurilorObservaii :

a) n aplicaii la care se cere o referin riguros constant a frecvenei, n locul tensiunii (deci n locul lui ) se utilizeaz un oscilator (OC) cu cuar care genereaz o frecven de referin= ct.

b) Traductoarele de abatere de frecven pot fi cu ieire analogic (cazul prezentat anterior), sau cu ieire numeric.

3.7. Principii de funcionare ale traductoarelor de defazaj i factor de putere

n general, factorul de putere se definete (pentru semnale alternative nesinusoidale) ca raportul dintre puterea activ i puterea aparent :

(3.34)

unde: P este puterea activ-[W]; S-puterea aparent-[VA], iar factorul de putere Kp are valori n domeniul [01].Pentru sistemele monofazate n regim sinusoidal, factorul de putere se definete prin relaia , unde este unghiul de defazaj dintre tensiune i curentul prin circuitul de sarcin.

Pentru sistemele trifazate simetrice cu sarcin neechilibrat, factorul de putere se determin indirect prin msurarea puterilor active i reactive i utiliznd relaia : (3.35)unde Q este puterea reactiv, exprimat n voli amperi - reactivi [var], iar ; (3.36)

Utiliznd metoda celor 2 wattmetre se msoar puterea activ (P) i puterea reactiv (Q) i apoi se calculeaz factorul de putere cu relaia: ; (3.37)

unde : Q = este puterea reactiv trifazat,iar P = este puterea activ trifazat3.7.1 Traductor de defazaj cu medierea impulsurilor

Funcionarea acestui traductor se bazeaz pe sesizarea trecerilor prin zero ale tensiunii, respectiv curentului, i formarea unor impulsuri a cror arie este proporional cu defazajul. Schema de principiu este prezentat n figura 3.24.

Cele dou formatoare de impuls i asigur obinerea unor semnale dreptunghiulare care, pe fiecare front, (cresctor sau descresctor) comand bistabilul multivibrator (BMV), figura 3.24.

Un impuls iniializeaz bistabilul (d comanda start) iar cellalt reseteaz bistabilul (BMV). Rezult c impulsurile obinute au limea defazajului temporal ntre tensiune i curent, dar amplitudinea acestora este riguros constant i egal cu , figura 3.25. Prin medierea acestor impulsuri de ctre dispozitivul de mediere (DM) se obine tensiunea UDM proporional cu defazajul:

(3.38)

unde: ;

Fig. 3.24. Schema de principiu a traductorului de defazaj bazat pe medierea impulsurilor

Diagramele de semnale n punctele caracteristice ale schemei din figura 3.24 sunt prezentate n figura 3.25.

Fig. 3.25. Diagramele de semnale pentru traductorul de defazaj cu medierea impulsurilor

n funcie de caracterul sarcinii (inductiv sau capacitiv) detectorul tipului de sarcin (DTS) impune tensiunii de la ieire (UDM) semnul (+) pentru sarcin inductiv sau semnul (-) dac sarcina este capacitiv. Tensiunea UDM este sumat cu o tensiune de referin la nivelul ACTC, astfel nct la ieirea convertorului amplificator tensiune-curent (ACTC), curentul (debitat pe sarcina ) s fie pozitiv (> 0).

Precizia global pe care o realizeaz aceste traductoare este de 1%. Astfel de traductoare sunt folosite pentru msurri n sisteme monofazate i n sisteme trifazate simetrice cu sarcin echilibrat.

Observaie: Pe acelai principiu se construiesc traductoare de defazaj pentru verificarea sincronizrii termogeneratoarelor sau hidrogeneratoarelor nainte de momentul conectrii acestora n sistemul naional de energie electric. La aceste traductoare, mrimile de intrare se iau n faz, una cu tensiunea generatorului, iar cealalt cu tensiunea reelei la care urmeaz a fi conectat generatorul. EMBED PBrush

_1132592047.unknown

_1133175315.unknown

_1135330542.unknown

_1135929156.unknown

_1135330567.unknown

_1133616027.unknown

_1133616384.unknown

_1133616426.unknown

_1133616404.unknown

_1133615169.unknown

_1133175318.unknown

_1132592798.unknown

_1132593249.unknown

_1132593292.unknown

_1133166156.unknown

_1133166199.unknown

_1133165272.unknown

_1132593265.unknown

_1132593229.unknown

_1132593233.unknown

_1132593225.unknown

_1132592562.unknown

_1132592786.unknown

_1132592128.unknown

_1101476048.unknown

_1132591038.unknown

_1132591418.unknown

_1132591983.unknown

_1132591380.unknown

_1115948045.unknown

_1115948089.unknown

_1115948110.unknown

_1115948050.unknown

_1115948032.unknown

_1101446898.unknown

_1101454798.unknown

_1101455261.unknown

_1101455723.unknown

_1101455807.unknown

_1101455274.unknown

_1101454892.unknown

_1101454689.unknown

_1101454793.unknown

_1101454236.unknown

_1101446197.unknown

_1101446863.unknown

_1101434396.unknown

_1098514935.unknown

_1098534797.unknown

_1098544473.unknown

_1098882999.unknown

_1098965382.unknown

_1098544477.unknown

_1098539926.unknown

_1098540162.unknown

_1098542401.unknown

_1098542404.unknown

_1098542288.unknown

_1098539969.unknown

_1098534800.unknown

_1098523175.unknown

_1098532634.unknown

_1098534646.unknown

_1098534649.unknown

_1098532635.unknown

_1098523198.unknown

_1098518410.unknown

_1098521030.unknown

_1098515319.unknown

_1098509902.unknown

_1098510058.unknown

_1098510507.unknown

_1098510514.unknown

_1098510845.unknown

_1098510693.unknown

_1098510510.unknown

_1098510295.unknown

_1098510298.unknown

_1098510214.unknown

_1098509936.unknown

_1098510051.unknown

_1098509911.unknown

_1098509933.unknown

_1098509906.unknown

_1098508859.unknown

_1098509803.unknown

_1098509853.unknown

_1098509897.unknown

_1098509329.unknown

_1098116011.unknown

_1098465823.unknown

_1098472656.unknown

_1098465747.unknown

_1097156406.unknown

_1097161418.unknown

_1097161814.unknown

_1059474120.unknown

_1059119992.unknown