Расчет датчика переменного тока

 

Определим падение напряжения UT1 (действующее значение) с трансформатора напряжения T 1:

 

(7)

 

 

Для выделения постоянной составляющей необходимы два функциональных элемента: нелинейный преобразователь и фильтр нижних частот (ФНЧ).

В качестве нелинейного преобразователя выбрана стандартная схема. При этом должно выполняться следующее условие:

 

, (8)

 

где r_v1 – сопротивление открытого перехода диода VD1

Так как максимальное значение выходного напряжения с нелинейного преобразователя UНЛmax =10В, то коэффициент передачи по положительной огибающей:

(9)

 

=

 

Возьмём R 8=314 кОм, R 5=6,36 кОм.

В качестве фильтра, выделяющего постоянную составляющую, выбираем стандартную схему ФНЧ первого порядка.

(10)

Возьмём R 12 = 10 кОм; R 9 = 10 кОм.

Учитывая, что граничная частота f_ГР = 1,4 Гц << 50Гц, выбираем ее в качестве частоты среза ФНЧ, и определяем выражение для С_Ф1:

 

(11)

 

 

На рисунке 3 схема включения датчика переменного напряжения.

 

Рисунок 3 – Схема включения датчика переменного тока

 

 

Расчет датчика постоянного напряжения

Для контроля постоянного напряжения UП2 = 24 В, которое больше UАЦП = 10 В, необходим делитель напряжения R 1, R2. Определяем коэффициент передачи k_д делителя:

 

(12)

 

откуда следует: R 2 /R 1 =14/10 (например: R 1= 10 кОм; R 2=14 кОм).

На делителе реализуем ФНЧ с частотой среза, равной 1,4 Гц. Величину С 2 нужно рассчитывать по следующей формуле:

 

(13)

 

Например, при R 1= 10 кОм; R 2=14 кОм:

 

(14)

Для исключения влияния достаточно большого выходного сопротивления делителя на погрешность передачи канала включаем между делителем и мультиплексором повторитель напряжения на элементе А4. На рисунке 4 приведена схема включения датчика постоянного напряжения.

 

Рисунок 4 – Схема включения датчика переменного напряжения

 

Функциональная электрическая схема информационно-управляющей системы приведена в приложении А.

Расчет погрешностей каналов

Для оценки суммарной погрешности необходимо определить все погрешности передаточных коэффициентов структурных элементов.

1) Погрешность датчиков δ_Д для всех трех датчиков одинакова и равна

δ_Д0= δ_Д1= δ_Д2= 0,002. (15)

2) Определяем относительную погрешность коэффициента передачи δ_МУ, вызванную дрейфом «нуля» на входе МУ, приводящего к паразитному смещению входного сигнала, в заданном диапазоне Δt° температур эксплуатации:

δ_МУi= V_МУi*Δt°/U_Дimax. (16)

δ_МУ1= 7∙10^-6∙60/0,2= 210∙10^-5.

δ_МУ2= 7∙10^-6∙60/(0,45∙1,41)= 66,1∙10^-5.

δ_МУ3= 7∙10^-6∙60/24= 1,75∙10^-5.

 

3) Определяем погрешность АЦП, которая заключается только в погрешности квантования δ_КВ:

δ_КВ= 1/(2ⁿ - 1)= 1/(2⁸ - 1)= 3,9*10^-3. (17)

 

4) Погрешность вносимая стабилитроном Д818Е:

d_СТАБ= V_СТ∙∆t°/Ест= 0,0001∙60/9= 0,00067. (18)

5)Определяем суммарную δ_Σ и общую δ_Σобщ погрешности для каждого канала модуля ИУС с учетом полученных выше погрешностей, а также заданной погрешности интерполяции δ_интерп, обусловленной преобразованием в микроЭВМ выборок дискретизированных входных аналоговых сигналов в аналитические функции времени:

(19)

 

 

 

 

 

 

Погрешность первого канала получилась самой большой, поэтому ее принимаем за погрешность всего устройства.