К устройствам для ТИ мощности, нашедшим распространение в промышленности, можно отнести устройства с первичными датчиками индукционно-выпрямительной системы ВАПИ-2а, ВРПИ-2а, статические преобразователи мощности СВПА-2, СВПР-2 и преобразователи измерительные активной и реактивной мощностей трехфазного тока типа Е728 и Е729.
Устройство типа ВАПИ-2а с индукционным преобразователем состоит из индукционного преобразователя с вспомогательным устройством типа ВУВ-4а, электромагнитного стабилизатора напряжения серии С, выпрямительного устройства ВУ-2, ЛC и приемного устройства ТМ—А5 или ПМДГ. Выпрямительное устройство ВУ-2, применяемое в устройствах ТИ мощности, такое же, как и в устройствах для групповых схем ТИ переменного тока.
Измерение мощности осуществляется обычным ферродинамическим измерительным прибором, с подвижной системой которого механически связана подвижная система индукционного преобразователя. Индукционный преобразователь осуществляет преобразование угла отклонения подвижной системы ваттметра в напряжение переменного тока, пропорциональное этому углу отклонения. Преобразователь питается от стабилизатора напряжения, что исключает зависимость выходного напряжения от колебаний в питающей сети. Цепи напряжения ваттметра питаются через вспомогательное устройство, которое служит для компенсации погрешности при cosφ=0,5 и для регулирования наклона характеристики преобразования. Устройство также позволяет осуществлять ТИ по вызову. Следует отметить, что нашли промышленное применение также индукционные преобразователи для измерения давления типа МПИ-2а и уровня — типа ВСПИ-2, которые по принципу работы не имеют существенных отличий от индукционного преобразователя мощности.
На рис. 21 изображены схемы ваттметра с индукционным преобразователем и вспомогательного устройства типа ВУВ-4а, а также показано их подключение к контролируемой сети. На ярме из пакетов листовой трансформаторной стали намотаны две катушки, которые подключаются к стабилизатору напряжения. В воздушном зазоре между ярмом и цилиндрическим сердечником находится подвижная катушка, которая поворачивается измерительным механизмом ваттметра. Индуктируемая в подвижной катушке э. д. с. пропорциональна ее углу поворота. Так как подвижная катушка механически связана с подвижной системой ваттметра, положение рамки однозначно определяет измеряемую мощность.
При углах поворота подвижной катушки более 70° зависимость э. д. с. от угла становится нелинейной, так как нарушается равномерность индукции в зазоре вблизи концов полюсов. Для устранения этого недостатка на ярме предусматривают компенсационную обмотку. Эту обмотку включают последовательно и встречно с подвижной катушкой.
Рис. 21. Ваттметр-преобразователь типа ВАПИ-2а с вспомогательным устройством типа ВУВ-4а. 1 — вспомогательное устройство типа ВУВ-4а; 2 — ваттметр-преобразователь; 3 — ваттметр: 4 — преобразователь: 5 — неподвижная катушка; б — компенсационная обмотка; 1 — подвижная катушка; SI—S5 — моментные пружины.
Таким образом э.д. е., индуктируемая в подвижной катушке, сложенная с напряжением компенсационной обмотки, обеспечивает линейную зависимость выходного напряжения преобразователя от измеряемой мощности. Прибор снабжен поводком, управление которым выведено на лицевую рамку прибора. Поводок позволяет устанавливать стрелку прибора на любую отметку шкалы при наладочных работах.
Вспомогательное устройство ВУВ-4а состоит из добавочных сопротивлений R1—R3 цепей напряжения, конденсаторов С1 и С2, а также делителей R4 и R5 выходного напряжения индукционного преобразователя. Ваттметры-преобразователи имеют несколько модификаций, которые отличаются друг от друга схемами соединений, значениями добавочных сопротивлений в цепях напряжения и количеством токовых обмоток.
Для суммирования мощностей на диспетчерском пункте при наличии малого числа слагаемых (до пяти) в качестве суммирующего устройства применяют магазин суммирования типа МС-1. Магазин суммирования представляет собой магазин сопротивлений, состоящий из пяти катушек. Для устранения температурной погрешности катушки выполняют из медного провода. Наименьшее слагаемое, включаемое в схему суммирования, должно составлять не менее 5% общей суммы.
Для выбора значений сопротивлений катушек магазина суммирования производят расчет. На рис. 22 приведена расчетная схема сопротивлений магазина суммирования. Для расчета приняты следующие обозначения:
Pi—Р5 — максимальные значения мощностей (в порядке их возрастания);
Рис. 22. Расчетная схема сопротивлений магазина суммирования.
1\—/5 — токи в цепи приемных приборов, соответствующие значениям Л—Р5;
R\—Rs — сопротивления катушек;
Ro6m=Ri+R2+ ••• +Rs— общее сопротивление магазина суммирования;
Rnp — сопротивление приемного прибора;
/пр — ток полного отклонения приемного прибора.
Суммарная мощность определяется из выражения
Р=Р1 + Р2+ .. +Р5.
Коэффициенты пропорциональности определяются по формулам
Сопротивления катушек определяются по формулам:
При наличии более пяти слагаемых для суммирования мощностей применяют усилитель постоянного тока типа УПТ-1С. Суммирование мощностей на контролируемом пункте в отличие от диспетчерского пункта не требует дополнительных приборов. Принципиальная схема суммирования мощностей на контролируемом пункте приведена на рис. 23. Из схемы видно, что суммируются выходные напряжения Uu U2 преобразователей. На вход выпрямительного устройства ВУ-2 поступает суммарное напряжение U. При суммировании необходимо, чтобы выходные напряжения преобразователей были пропорциональны пределам измерения соответствующих ваттметров-преобразователей. Это условие характеризуется постоянной суммирования
где Р1, Р2. . —значения измеряемых мощностей по шкалам первичных приборов; Uu U2 .. —выходные напряжения преобразователей.
Постоянная суммирования регулируется схемой питания индукционных преобразователей и изменением сопротивлений делителей напряжения вспомогательных устройств типа ВУВ-4а.
Рис. 23. Схема суммирования мощности с помощью индукционных преобразователей (П) и вспомогательных устройств (ВУ).
Статические преобразователи мощности типа СВПА и СВПР предназначены для преобразования активной и реактивной мощностей в сигнал постоянного тока. Принцип действия преобразователя основан на методе, использующем для умножения время-импульсную и амплитудную модуляции.
Измерительные преобразователи активной Е728 и реактивной Е729 мощностей предназначены для линейного преобразования измеряемой мощности трехфазных трехпроводных цепей переменного тока в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 0—5 мА на нагрузке от 0 до 2,5 кОм. Преобразователи могут работать при несимметричной нагрузке фаз. Они состоят из Двух однофазных преобразователей мощности и усилителя постоянного тока.
Принципиальная схема преобразователя Е728 приведена на рис. 24. Широтно-импульсный модулятор (ШИМ) служит для преобразования измеряемого тока в пропорциональное ему изменение коэффициента заполнения импульсов генератора:
Рис. 24. Принципиальная схема преобразователя типа Е728
где ti — длительность положительного импульса генератора; t2 — длительность отрицательного импульса генератора; t1+t2 — период колебания генератора; ( — мгновенное изменение измеряемого тока; К — коэффициент пропорциональности.
Схема ШИМ выполнена на магнитно-полупроводниковом генераторе. Регулировка чувствительности ШИМ производится резисторами R4 и R7. Блок амплитудно- импульсной модуляции (АИМ) выполнен на фазочувствительных выпрямителях. На выходе этого блока имеется последовательность разнополярных импульсов, модулированных по длительности (пропорционально измеряемому току) и по амплитуде (пропорционально измеряемому напряжению). Постоянная составляющая этого напряжения пропорциональна произведению измеряемого тока и напряжения, т. е. измеряемой мощности:
где t/вых — постоянная составляющая выходного напряжения АИМ; и — мгновенное значение измеряемого напряжения; р — мгновенное значение измеряемой мощности.
Для компенсации угловых погрешностей трансформаторов напряжения ТрЗ, Тр4 применены резисторы R17, R18, включенные последовательно с емкостями С1* и С2*, СЗ* и С4* (подбираются при настройке преобразователей).
Блок фильтров Ф содержит два Г-образных фильтра: LC-фильтр, состоящий из дросселя Др и конденсатора С5, и С-4 фильтр, состоящий из конденсатора С6 и резистора R23. Фильтр выделяет постоянную составляющую, равную сумме выходных напряжений АИМ1 и АИМ2. Напряжение выхода фильтра подается на вход усилителя (УПТ). Усилитель постоянного тока охвачен глубокой отрицательной обратной связью. Канал усиления состоит из модулятора, усилителя переменного тока с разделительным трансформатором и демодулятора
с фильтром. Подключение транзисторов модулятора и демодулятора производится с помощью генератора. Сигнал постоянного тока преобразуется модулятором в импульсы прямоугольной формы, которые подаются на вход усилителя переменного тока, усиливаются им,, а затем детектируются демодулятором.
На выходе усилителя включены ограничитель, состоящий из стабилитронов Д16—Д19, и диод Д20. Ограничитель предотвращает появление на нагрузке напряжения, превышающего допустимые, а диод предназначен для устранения сигнала обратной полярности. Генератор прямоугольных импульсов выполнен в виде мультивибратора с трансформаторными связями. Стабилизаторы представляют собой источники постоянного напряжения компенсационного типа.
