Датчик измерения активной мощности ДИМ
Датчик ДИМ предназначен для преобразования активной мощности, потребляемой нагрузкой в цепях переменного и постоянного токов, в пропорциональный сигнал токового интерфейса 0-20 мА или 4-20 мА, гальванически изолированного от измерительных цепей, без разрыва токовой шины. Для этого шина с током пропускается в отверстие в датчике, а напряжение подводится к входным клеммам датчика.
Рис. 2. Стационарные датчики мощности
Конструктивно данный принцип для датчиков ДИМ реализован в стационарных (рис. 2) или разъемных (рис. 3) корпусах. В первом случае диаметр отверстия под токовую шину составляет 20, 30 или 40 мм (см. рис. 2а, 2б и 2в соответственно). Во втором случае датчик мощности ДИМ смонтирован в разъемном корпусе. Такое конструктивное исполнение позволяет измерять активную мощность на участках ранее смонтированных электрических цепей без их разрыва или демонтажа. Разъемный датчик (рис. 3а), предназначен для измерения мощности, когда ток течет по плоской шине. В этом случае датчик монтируется непосредственно на плоской токовой шине. В случае, когда ток течет по круглой шине, целесообразно использовать датчик мощности, смонтированный в корпусе токовых клещей с разъемными губками (см. рис. 3б).
Рис. 3. Разъемные датчики мощности
В таблице приведены основные технические характеристики датчиков активной мощности ДИМ. Видно, что точность преобразования датчиков ДИМ относительно невелика (около 2%), однако они имеют ряд преимуществ по сравнению со своими аналогами. В датчике ДИМ для получения значения мощности применен способ, при котором перемножаются мгновенные значения тока и напряжения. Перемножение осуществляется с помощью приборов, работающих на эффекте Холла (датчики Холла). При этом ток пропорционален измеряемому напряжению, а магнитное поле — измеряемому току. Полученное произведение усиливается и усредняется.
Дальнейшее прохождение сигнала контролируется микроЭВМ, входящей в электронную начинку датчика (рис. 4). С помощью АЦП сигнал оцифровывается, а затем, при помощи калибровочных коэффициентов, записанных в энергонезависимой памяти, рассчитывается значение мощности и выходного тока датчика. Формируется выходной ток с помощью ЦАП и преобразователя напряжение-ток. Электрическая схема датчика сформирована таким образом, что выводы питания и выходного сигнала имеют защиту от неправильного включения полюсов и перегрузки по току и напряжению.
Рис.4. Структурная схема датчика мощности ДИМ
По требованию заказчиков разработан и выпускается датчик мощности модели ДИМ-Т, позволяющий общение по последовательному интерфейсу RS-485 по протоколу Modbus®. Электропитание осуществляется от источника однополярного постоянного напряжения 15 — 35 В. Датчик выдерживает длительную перегрузку по входу до 120% от номинальных значений напряжения и тока.
Для измерения мощности в трехфазных цепях с несимметричной нагрузкой применяются три датчика ДИМ, по одному в каждой фазе. В этом случае выходы датчиков объединяются, а выходной сигнал равен сумме сигналов всех датчиков.
Примененный в конструкции датчика ДИМ принцип преобразования позволил измерять мощность в цепях переменного и постоянного токов. Кроме того, существенно расширен частотный диапазон, что позволяет измерять мощность в импульсных цепях и цепях сложных форм тока и напряжения, например, в преобразователях частоты. Применение в датчике специального магнитопровода из аморфного железа позволило при измерении в цепях постоянного тока решить проблему смещения в показаниях.
Максимальные значения тока и напряжения ограничены: ток должен быть не более 500 А, а напряжение — не более 300 В. Измеряемая мощность при этом не превышает 200 кВт (ДИМ-200). Конструкция датчика такова, что позволяет в процессе изготовления прибора изменять диапазон измеряемой мощности в сторону уменьшения. При этом необходимо учесть, что при токах менее 50 А точность измерения падает. Напряжение, без ухудшения точности, может быть снижено до единиц вольт. При малых токах для сохранения заданной точности измерения мощности допускается в отверстие датчика пропускать токовую шину несколько раз. В этом случае полученный с помощью датчика результат необходимо разделить на количество витков обмотки.
