Преобразователь фазного напряжения в унифицированный токовый сигнал

На работе возникла необходимость измерять напряжение фазы питающей сети 220В 50Гц, заведя соответствующий сигнал в существующую АСУТП энергетического предприятия. Контроллер АСУТП имеет модули аналогового ввода, рассчитанные на унифицированный сигнал 4-20мА. Исходя из имеющихся в наличии деталей, родилась такая немудреная схема:

Устройство представляет собой источник тока, управляемый напряжением (ИТУН) на операционном усилителе (ОУ). Для гальванической развязки высоковольтной и низковольтной частей схемы выбран простейший метод - сетевой трансформатор. В наличии нашлись трансформаторы 220-12 В, Разработка схемы привязывалась к этому факту.

Питание измерительной схемы организовано через выпрямитель с удвоением напряжения на элементах C1-VD1-VD2-C5. Питающее, оно же измеряемое, напряжение подается через однополупериодный выпрямитель (VD3-C2) на резистивный регулируемый делитель (R1-R2-R3). Операционный усилитель U1 включен по схеме повторителя напряжения. Выпрямленное измеряемое напряжение (амплитудное значение) с высокой точностью прикладывается к резистору R4, который задает эмиттерный ток каскада на VT1. Резистор R5 ограничивает выходной ток ОУ в случае размыкания выходной измерительной линии. Диод VD4 защищает коллекторный переход транзистора VT1 от индуктивных выбросов в измерительном тракте при коммутации. Дроссель L1 и конденсатор C6 образуют фильтр низких частот, устраняющий пульсации питающей сети 50 Гц в выходном токе. На входе устройства включена связка - плавкий предохранитель+варистор для защиты трансформатора от перегорания в случае повышенного напряжения.

Достоинством схемы является тот факт, что выходной ток не зависит от изменения напряжения питания на выходе удвоителя, а привязан только к выходу однополупериодного выпрямителя. Таким образом, точность измерения определяется коэффициентом усиления ОУ (для используемой ИМС около миллиона) и ТКС резисторов делителя.

Обращаю внимание, что данная схема является, по сути, измерителем амплитудного значения переменного напряжения. Применима для измерения синусоидального напряжения с крест-фактором (CF) 1,41. Калибровочные данные на схеме приведены для данного случая. Для измерения переменных напряжений формы, отличной от синусоидальной, требуется пересчет калибровочных данных.

Я занимался исключительно разработкой, моделированием, макетированием и конструированием девайса. Изготовлением, калибровкой и монтажом занимались специально обученные, получающие за это зарплату, люди. Поэтому фото и видео, к сожалению, нет.

Плата разведена в программе SprintLayout, имеет размеры 35*75 мм:

Вместо диодов 4148 в реальной схеме использовались диоды КД226 (какие были в наличии), поэтому на плате полоска у анода (у импортных диодов полоска у катода).

Устройство смонтировано, работает в количестве трех штук.

Теги:

• Измерение
• КИП
• СИТ
• Sprint-Layout