СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №1/2012

Широкое применение микропро цессорных средств для управления силовыми полупроводниковыми пре образователями предъявляет повы шенные требования к параметрам раз личных датчиков электрических ве личин. В современных регуляторах переменного напряжения, устройст вах мягкого пуска асинхронных дви гателей и управляемых выпрямителях на основе широтно импульсного регу лирования используются датчики пе ременного тока и напряжения, входя щие в состав систем подчинённого регулирования. Контур внутреннего регулирования тока является внутрен ним, наиболее быстродействующим и наиболее ответственным. Традицион но датчики тока используются и в сис темах защиты от предельных токов. От быстродействия датчика тока и, следовательно, всего контура регули рования тока зависит точность под держания регулируемого параметра в нестационарных режимах. Использо вание быстродействующих датчиков тока в системах защиты преобразова телей позволяет предотвратить выход из строя дорогостоящих силовых по лупроводниковых приборов. В общем случае система регулирова ния и защиты предполагает использо вание сигнала постоянного тока, про ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 40 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2012 порционального текущему действую щему значениюизмеряемого тока. По этому сигнал переменного тока, полу ченный с датчика тока, преобразуется в сигнал постоянного тока, как правило, с помощью двухполупериодного вы прямителя и сглаживающего фильтра. В современных силовых преобразо вателях широко используются датчи ки тока на основе эффекта Холла [1]. Выходной сигнал таких датчиков сни мается относительно общего провода, что делает невозможным применение в качестве выпрямителя традицион ной мостовой двухполупериодной схемы. Это обстоятельство предопре делило применение в датчике схемы двухполупериодного активного вы прямителя. Для повышения быстро действия датчика в схему активного выпрямителя дополнительно введены фазосмещатель, ещё один активный выпрямитель и сумматор, а вместо конденсатора фильтра использован активный фильтр низких частот вто рого порядка. Структурная схема разработанного датчика тока силового преобразовате ля приведена на рисунке 1. Она вклю чает первичный датчик тока ДТ на ос нове эффекта Холла, активные выпря мители АВ1 и АВ2, фазосмещатель ФС, сумматор С и активныйфильтр АФ. Из меряемый переменный ток i преобра зуется датчиком Холла в пропорцио нальное ему напряжение u ДТ , которое подаётся на входы активного выпря мителя АВ1 и фазосмещателя ФС. По следний сдвигает фазу напряжения u ДТ на угол 90 ° и подаёт его на вход актив ного выпрямителя АВ2. В сумматоре С напряжения u АВ1 и u АВ2 суммируются, и напряжение u С подаётся на вход ак тивного фильтра АФ, где сглаживается до требуемой величины пульсаций. В результате на выходе схемы датчика тока формируется напряжение U вых постоянного тока, пропорциональное действующему значению I измеряемо го тока i . На рисунке 2 приведена принципи альная электрическая схема разрабо танного датчика тока. В качестве пер вичного использован датчик тока LT100 S/SP30 на номинальный ток 100 А, имеющий токовый выход с но минальным током 100 мА. Выход дат чика нагружен на измерительный ре зистор R1. Напряжение, снимаемое с резистора R1, понижается с помощью потенциометра резистора R2 до требу емого уровня U 1 = 1 В при измеряемом токе 40 А. Конденсатор C2 подавляет импульсные помехи. Переменное на пряжение с движка потенциометра R2, пропорциональное измеряемому току, подаётся на входы активного выпря мителя АВ1 и фазосмещателя ФС. Активные выпрямители АВ1 и АВ2 собраны на операционных усилите лях DA1.1 и DA1.3 соответственно и представляют собой схемы точных од нополупериодных выпрямителей [2]. Выпрямители АВ1 и АВ2 работают со вместно с сумматоромС, выполненном на операционном усилителе DA2.1. Двухполупериодное выпрямление осу ществляется путём суммирования в сумматоре С входного синусоидально го сигнала u 1 (при синусоидальном то ке I ) с однополупериодным сигналом двойной амплитуды отрицательной полярности, снимаемым с выхода каж дого из АВ. Работа выпрямителей иден тична, за исключением того, что на вход АВ2 поступает сигнал u 2 с выхода фазосмещателя ФС, отстающий пофа зе на угол 90 ° от входного сигнала u 1 . Фазосмещатель ФС реализован на операционном усилителе DA1.2, вклю ченном по схеме неинвертирующего усилителя. Входные цепи R3C1 и R4C3 последовательно сдвигают фазу сигна ла на 45 ° , в результате суммарный сдвиг составляет 90 ° на частоте 50 Гц. Коэффициент передачи фильтра ра вен 2 В/В и устанавливается резистора ми R6 и R9. i u ДТ u AB1 u AB2 ДT АВ1 u ФС ФС AB2 u вых АФ С Рис. 1. Структурная схема датчика тока ДТ – первичный датчик тока; ФС – фазосмещатель; АВ1, АВ2 – активные выпрямители 1, 2; С – сумматор; АФ – активный фильтр Быстродействующий датчик действующего значения переменного тока силовых преобразователей Евгений Колесников (Тульская обл.) Эффективность и надёжность силовых полупроводниковых преобразователей, использующих широтно импульсное регулирование, в значительной мере зависит от быстродействия и точности датчиков напряжения и тока. Представленная схема позволяет увеличить быстродействие датчика переменного тока промышленной частоты. © СТА-ПРЕСС