Канал вимірювання струму і напруги

Корисна модель має відношення до електротехніки, приладобудування і мікроелектроніки, зокрема - до електронних (статични х) вимірювачів потужності і лічильників електроенергії. Першим аналогом корисної моделі є однофазний електронний лічильник електроенергії, що має за датчика струму шун т (резистор). Джерелом інформації є Data Sheet фірми Analog Devices, що виробляє вимірювальні мікросхеми ADE7753 (та інших типів, що розглянуті нижче) для лічильників електроенергії: [1] Evaluation Board Documentation ADE7753 Energy metering ІС: EVAL-ADE7753EB. Analog Devices, Rev. PrB, 01/02 (с.3, Фіг.4). Шунт, як датчик струму, забезпечує більш велику точність, ніж трансформатор струму, розглянутий нижче. Недоліком є те, що шунт можна використати тільки в однофазному лічильнику. Другим аналогом є трифазний електронний лічильник електроенергії, що має за датчиків струму трансформатори струму з резисторами у колі вторинної обмотки (два або три трансформатори залежно від схеми вимірювання). Використання трансформаторів обумовлене тим, що вони забезпечують гальванічну ізоляцію в лічильнику між фазами електричної мережі. Джерелом інформації є Data Sheet: [2] Evaluation Board Documentation ADE7758 Energy metering ІС: EVAL-ADE7758EB. Analog Devices, Rev. PrB, 08/03 (с.2, Фіг.2). Недоліком другого аналога є те, що в трифазному лічильнику не можна використати шунта, який має більшу точність і більш просту конструкцію, ніж трансформатор струму. Третім аналогом є двоканальний однофазний електронний лічильник електроенергії, в якому використовуються два датчики струму - у фазному та нейтральному проводах, які є, або один з них, трансформаторними. Джерелом інформації є Data Sheet: [3] Energy Metering IС with On-Chip Fault Detection: ADE7760. Analog Devices, Rev. 0, 2004 (с.18, Фіг.25). Недоліком третього аналога є недолік другого: в третьому аналогу не можна використати шунта, як датчика струму, в обох каналах. Четвертим аналогом є вимірювач електричної потужності, що був запропонований автором для позбавлення вказаних недоліків першого, другого і третього аналогів. Джерело інформації: [4] Голуб В.С. Вимірювач електричної потужності. Заявка на винахід №2003021552 від 21.02.2003p. В вимірювачі використовуються шунти, але кожний канал вимірювання є ізольованим (разом з ізольованим джерелом живлення). На виході каналів використовуються елементи негальванічного зв'язку, що забезпечує проходження сигналу і, у той же час, ізоляцію вихідних кіл вимірювача від напруги електричної мережі. В одному із залежних пунктів формули корисної моделі показано використання сигма-дельта АЦП (аналого-цифрового перетворювача), що складається з сигма-дельта модулятора і цифрового фільтра. Модулятор включено перед елементом негальванічного зв'язку, а фільтр - після нього. Через елемент проходить сигнал модулятора. Четвертий аналог не має недоліків першого, другого і третього аналогів. Але він не має конкретизації як корисна модель відносно п'ятого аналога, який був розроблений пізніше. П'ятим аналогом є сигма-дельта модулятор з гальванічне ізольованим виходом. Джерелом інформації є Press Release та Data Sheet на мікросхеми AD7400, AD7401 фірми Analog Devices: [5] Analog Devices Introduces Advanced Data Converters for Motor Control in Industrial and Automotive Applications. Norwood, MA, 2/17/2004 (www.analog.com). [6] Isolated Sigma-Delta Modulator AD7400 / AD7401. Analog Devices, Rev. PrJ, 2004 (с.1; с.9 , Фіг.4). У п'ятому аналогу, що з'явився після подачі заявки за четвертим аналогом, частково використовується технічне рішення, що було запропоноване в цьому четвертому аналогу. В ньому забезпечується гальванічна ізоляція вихідного кола, а в каналі вимірювання використовується включені послідовно: шунт; сигма-дельта модулятор; елемент негальванічного зв'язку; цифровий фільтр (sinc3 filter в [6]). Елементом негальванічного зв'язку є трансформаторний елемент, розроблений на базі технології "і Coupler" фірми Analog Devices. П'ятий аналог, згідно з [5, 6], призначений для керування електродвигунами. З точки зору заявки, що подається, він має три недоліки: має один канал (або, за термінологією, що використовується нижче, - підканал), не є вимірювачем потужності, а також не може бути використаний ним безпосередньо. Згідно з викладеним, автором поставлено задачу - спираючись на п'ятий аналог, що використовується як прототип, запропонувати корисну модель каналу вимірювання струму і напруги (зокрема, як складову частин у вимірювачів електричної потужності і лічильників електроенергії), який не мав би недоліків перших трьох аналогів і відповідав би четвертому аналогу з конкретизацією рішень, зокрема ізольованого (локального) джерела живлення. Поставлена задача досягається тим, що Канал вимірювання струму і напруги, що містить підканал вимірювання струму з шунтом, який є датчиком струму на вході, підканал вимірювання напруги з датчиком напруги на вході, кожний підканал містить сигмадельта модулятор з елементом негальванічного зв'язку на виході, згідно з корисною моделлю, що обидва підканали, від датчика до елемента зв'язку, мають загальній провід, і підключені до локального джерела живлення. Крім того локальним джерелом живлення є триполюсний перетворювач змінного струму у постійний, загальний вивід якого підключений до загального проводу підканалів, вхідний вивід підключений до входу підканалу вимірювання напруги, а ви хідний - до виводів живлення підканалів. Канал є локальним джерелом живлення є чотириполюсний перетворювач змінного струму у постійний з ізольованими між собою первинним і вторинним колами, один вивід первинного кола підключений до входу підканалу вимірювання напруги, другий - до входу підканалу вимірювання струму, один вивід вторинного кола підключений до виводів живлення підканалів, другий - до загального проводу підканалів. Канал є складовою частиною однофазного вимірювача потужності. Канал є складовою частиною однофазного лічильника електроенергії. Канал є складовою частиною багатофазного вимірювача потужності. Канал за є складовою частиною багатофазного лічильника електроенергії. Канал вимірювання струму та напруги, що пропонується, відрізняється від першого, другого та третього аналога тим, що в ньому використовується шун т, що є датчиком струму і має гальванічний зв'язок із мережею, яка може бути багатофазною. Від четвертого аналога запропонований канал відрізняється тим, що він є його фрагментом, який базується на використані елементів, що поєднують сигма-дельта модулятор та елемент негальванічного зв'язку. Крім того, згідно з пп. 2 і 3, дається конкретизація джерела живлення. Зокрема використовується локальне джерело живлення, ізольоване від інших джерел, але таке, що має гальванічний зв'язок із мережею. Від п'ятого аналога канал, що пропонується, відрізняється тим, що в ньому об'єднані обидва підканали струму та напруги (п'ятий аналог - це тільки один підканал), які мають при цьому загальний провід, до якого підключене локальне джерело живлення, спільне для обох підканалів. Запропонований канал являє собою завершену систему, яка призначена для вимірювання струму і напруги в одному каналі, по-перше, багатофазної мережі, та, по-друге, може бути використана і для вимірювання в однофазній мережі. Перелік фігур: Фіг.1. Показано запропонований канал вимірювання струму і напруги, який підключений, як приклад, до трифазної електромережі з трьома фазними проводами - А, В, С (без нейтрального проводу). На Фіг.1 "AT." - це датчик напруги, яким може бути відомий дільник із двох резисторів. RA - це шунт (вимірювальний резистор), що є датчиком струму і включений послідовно з проводом фази А, стр ум якого треба вимірювати. ">" - це підсилювач сигналу, що надходить з датчика струму. Таке включення підсилювача відомо, і тому у формулі посилка на нього відсутня. "SD" і НГЗ (у кожному з підканалів) - сигма-дельта модулятор і елемент негальванічного зв'язку, що забезпечує гальванічну ізоляцію після модулятора (перед зовнішньою частиною вимірювача потужності або лічильника). Показано два варіанти включення шунта: до і після загального проводу обох підканалів (Фіг.1,а і 1,б відповідно). Фіг.2. На Фіг.2, додатково до Фіг.1, показано підключення ізольованого джерела живлення "Ежив.1" (для обох варіантів включення шунта). Джерело є триполюсним перетворювачем типу AC/DC (змінного струму у постійний), загальний вивід якого підключений до загального проводу підканалів, вхідний вивід - до входу підканалу вимірювання напруги, а вихідний є виводом для живлення каналу (Ежив.1). Джерело "Ежив.1", яке показано на Фіг.2, записано у залежний п.2 формули. Але ж воно може бути не тільки триполюсним, але і чотириполюсним з ізольованими між собою входом і виходом (п.3 формули). І первинне коло може бути підключеним не тільки до входу підканалу вимірювання струму (як у п.3), але і до загального проводу підканалів. Тоді чотириполюсне джерело стає триполюсним (п.2). Крім вказаних перетворювачів, може бути загальний перетворювач для всіх каналів вимірювача потужності або лічильника електроенергії, але з ізольованими виходами для кожного каналу. Для живлення вихідної частини каналу (після НГЗ) використовується джерело з напругою Ежив.0 , загальне для всіх каналів, а також для інших частин вимірювача потужності або лічильника електроенергії. Відомості, які підтверджують можливість здійснення корисної моделі. По-перше, модель базується на принципах, які лежать в основі вимірювачів потужності і лічильників електроенергії. По-друге, можливість забезпечення гальванічної ізоляції обумовлена промисловим випуском мікросхем AD7400 та AD7401, де ця ізоляція виконана (хоча і для іншого випадку). Можливість поєднання вказаних принципів і ізоляції не викликає сумнівів, і її видно із наведеного обґрунтовування і схем на Фіг.1 і 2.