Устройство для измерения симметричных составляющих напряжений трехфазной сети

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИММЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ. ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ, содержащее мас1итабно-суммирующий преобразователь, переключатель, четыре ключа, блок умножения, два блока усг1еднения напряжения , регистрирующий прибор, формирователь , блок умножения частоты,распределитель импульсов, блок формирования угла сдвига фазы опорных сигналов, причем, четыре, входных зажима устройства соединены с входами масштабно-суммирующего преобразователя , выходы которого через переключатель соединены с входами первого и второго ключей, выходы которых объединены и через блок .умножения соединены с входами третьего и четвертого ключей, выход третьего ключа через первый блок усреднения напряжения соединен с регистрирующим прибором и входом блока формирования угла сдвига фазы опорных сигналов , выход четвертого ключа через второй блок усреднения напряжения соединен с другим входом блока формирования угла сдвига фазы опорных сигналов, выход четвертого ключа, чег рез второй блок усреднения напряжения соединен с другим входом блока формирования угла сдвига фазы опорных сигналов, первый входной зажим подсоединен через формирователь к другим входам первого и второго блоков усреднения напря}(сения, к первому входу распределителя импульсов, к третьему входу блока фop lиpoвaния угла сдвига фазы опорных сигналов и к входу .блока умножения частоты, выход которого соединен с четвертым входом блока формирования угла сдвига фазы опорных сигналов и к синхрони зирующему входу распределителя импульсов , первый и второй выходы распределителя импульсов соединены с ел управляющими входами первого и второго ключей, пятый и шестой выходы с управляющими входами третьего и чет вертого ключей, отличающеес я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены комбинационный сумматор и блок формирования констант, причем третий и четвертый выходы распределителя импульсов соединены, с первым и вторым 00 СХ) входом комбинационного сумматора, выходы которого соединены с первым и вторым входами блока формирования sj констант, первый и второй выходы блока формирования уг.па сдвига фазы сл опорных сигналов соединены с третьим и четвертым входами комбинационного сумматора, остальные выходы блока фор мирования угла сдвига фаз опорных сигналов соединены с входами блока ;формирования констант, выходы которого соединены с входами блока умножения .

„„SU„„1013875 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК г (50,Съ 01 и 29 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3308920/18-21 (22) 30. 06. 81 .(46) . 23.04..83. Бюл. 9 15 (72) В.В. Брайко, В. Е. Ефремов, О.Л. Карасинский, С.Г.Таранов и И.П.Гринберг (71) Институт электродинамики

AH Украинской ССР (53) 621.317.322(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 473126, кл.0 01 Й 29/04, 1975р

2. Авторское свидетельство СССР р 765760,кл. Н 01 Н 29/16 1980(прототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СИММЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ, ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ, содержащее масштабно-суммирующий преобразователь, переклюй атель, четыре ключа, блок умножения, два блока усреднения напряжения, регистрирующий прибор, формирователь, блок уиножения частоты, распределитель импульсов, блок формирования угла сдвига фазы опорных сигналов, причем четыре. входных зажима устройства соединены с входаМи масштабно-суммирующего преобразователя, выходы которого через пере-. ключатель соединены с входами первого и второго ключей, выходы которых объединены и через блок,умножения соединены с входами третьего и четвертого ключей, выход третьего ключа через первый блок усреднения напряжения соединен с регистрирующим прибором и входом блока формирования угла сдвига фазы опорных. сигналов, выход четвертого ключа через второй блок усреднения напряжения соединен с другим входом блока формирования угла сдвига фазы опорных сигналов, выход четвертого ключа, че-, рез второй блок усреднения напряжения соединен с другим входом блока формирования угла сдвига фазы опорных сигналов, первый входной зажим подсоединен через формирователь к другим входам первого и второго блоков усреднения напряжения. к первому входу распределителя импульсов, к третьему входу блока формирования угла сдвига фазы опорных сигналов и к входу блока умножения частоты, выход которого соединен с четвертым входом блока формирования угла сдвига фазы опорных сигналов и к синхронизирующему входу распределителя.имИ пульсов, первый и второй выходы рас- щ пределителя импульсов соединены с управляющими входами первого и второго ключей, пятый и шестой выходы— с управляющими входами третьего и чет С вертого ключей, о т л и ч а ю щ е ес я тем, .что, с целью повиаениябыстродействия, в него введены комбинационный сумматор и блок формирования констант, причем третий и четвертый выходы распределителя импульсов соединены,с первым и вторым входом комбинационного. сумматора, ЯФР выходы которого соединены с первым и вторым входами блока формирования констант, первый и второй выходы бло- 3 ка формирования угла сдвига фазы опорных сигналов соединены с третьим и четвертым входами комбинационного сумматора, остальные выходы блока фор мирования угла сдвига фаз опорных сигналов соединены с входами блока формирования констант, выходы кото-,т 4 рого соединены с входами блока умножения.

1013875

65 т

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения симметричных составляющих основной частоты и гармоник напряжений трехфазной сети.

Известно устройство для измерения 5 симметричных составляющих прямой и обратной последовательностей систе- мы трехфазйых напряжений, которое содержит фильтр боковой частоты, преобразователь трехфазной системы на- 10 пряжений в m-фазную, двухполупериодный выпрямитель, частотно избирательный фильтр, вольтметр 1 .

Недостатки этого устройства— применение громоздких и сложных в иэ- 5 готовлении многофазных трансформаторов, необходимость подбора диодов по идентичным валвтамперным характеристикам, а также применение селективных фильтров> настроенных на различные гармоники напряжения, @to снижает точность и быстродействие устройства.

Наиболее близким по техннической сущности и решаемой задаче к изобретению является устройство для измерения симметричных составляющих напряжений трехфаэной сети, содержащее генератор, блок сдвига фазы, индикатор, блок симмирования напряжений, масштабно-суммирующий преобразователь 30

I переключатель, блок умножения, дешифратор, счетчик, умножитель частоты, преобразователь кода в число импульсов, делитель напряжения. два фильтра нижних частот (блок усреднения. напря- 35 жений ), элементы И, пять ключей E2 ).

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие, что не позволяет использовать его для измерения колебаний напряжения трех- 40 фаэной сети, которые характеризуются скоростью изменения огибающей напряжения прямой последовательности основной частоты. Это обусловлено тем, что фаэные напряжения преобразуются . в течение четырех периодов напряже- 45 ния сети, а неодновременное измерение фазных напряжений приводит к существенным динамическим погрешностям измерения симметричных составляющих. 50

Целью изобретения является повйшение быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения симметричных составляющих напряжений трехфазной сети, содержащем масштабно-суммирующий преобразователь, переключатель, четыре ключа, блок умно. жения, два блока усреднения напряжения, регистрирующий прибор, форМиро- 60 ватель, блок умножения частоты; распределитель импульсов, блок формирования угла сдвига фазы опорных сигналов, причем четыре входных зажима устройства соединены с входами масштабно-суммирующего преобразова,теля, выходы которого через переключатель соединены с входами первого и второго ключей, выход которых объединены и через блок умножения

;соединены с входами третьего и чет. вертого ключей, выход третьего ключа через первый блок усреднения напряжения соединенной с регистрирующим .прибором и входом блока формирования угла сдвига фазы опорных сигналов, выход четвертого ключа через второй блок усреднения напряжения соединен с другим входом блока формирования угла сдвига фазы опорных сигналов, выход четвертого ключа через второй блс к усреднения напряжения соединен с другим входом блока формирования угла сдвига. фазы опорных сигналов, первый входной зажим подсоединен через формирователь к другим входам первого и второго блоков усреднения напряжения, к первому входу распределителя импульсов, к третьему входу блока формирования угла сдвига фазы опорных сигналов и к входу блока умножения частоты, выход которого соединен с четвертым входом блока формирования угла сдвига фазы опорных сигналов и к синхронизирующему входу распределителя импульсов, первый и второй выходы распределителя импульсов соединены с управляющими входами первого и второго ключей, пятый и шестой выходы — с управляющими входами третьего и четвертого ключей, введены комбинационный сумматор и блок формирования констант, причем третий и четвертый выходы распределителя импульсов соединены с первым и вторым входом комбинационного сумматора, выходы которого соединены с первым и вторым входами блока формирования констант, первый и второй выходы блока формирования угла сдвига фазы опорных сигналов соединены с третьим и четвертым входами комбинационного сумматора, остальные выходы блока формирования угла сдвига фаэ опорных сигналов соединены с входами блока формирования констант, выходы которого соединены с входами блок умножения.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства для измерения симметричных составляющих напряжений трехфазной сети; на фиг.2 — временные диаграммы его работы.

Устройство содержит масштабно-суммирующий преобразователь 1, переключатель 2 и ключи 3 и 4, блок 5 умножения, ключи б и 7, блоки 8 и 9 усреднения напряжения, блок 10 формирования угла сдвига фазы опорных сигналов, регистрирующий прибор 11, формирователь 12, умножйтель 13" частоты,распре1013875 делитель 14 импульсов, блок 15 формирования констант комбинационный сумматор 16, Блок 10 формирования угла сдвига фазы опорных сигналов содержит нуль-op- ганы 17 и 18 триггеры 19 и 20, схемы И 21 и 22, счетчик 23, преобразователь 24 кода в число импульсов и делитель 25 напряжения.

На фиг.2 приведены временные диаграммы входных напряжений.Од, ОБ, U c, 10 выходных сигналов формирователя. 12U умножителя 13 частотыО,и распревьи,а делителя 14 импульсов A,Â,В,Г,Д,E) .

Напряжение К-ой гармоники прямой,,:обратной и нулевой последовательнос- 15 тей трехфазной сети, выраженные через ортогональные состанляющие фазных напряжений равны после соответствующих преобразований, что можно эаписат : в общем виде (к, I

Яс 9К SK 9К 9К 5К где S принимает зйачения "+", "0" — индекс, указывающий последовательность напряженийуЬэк, Ь5к,Ь5К синусные, 4,аэ,, с — косинусные составляющие К-ой гармоники напряже.ний S-ой последовательности н. U> V " Масштабно-суммирующий преобразователь 1 содержит измерительные трансформаторы, первичные обмотки которых под- 30 ключены к входным шинам таким образом,,чтобы на его выходах были напряжения

".=,(- " ".>

u= — о+ — u — о

1 / 1 1

2YЮ1я2 его

« Гэ

03 (0 - 0 ) 35

При помощи переключателя 2 устанавливается режим измерения напряжения нулевой, прямой или обратной последовательностей. При этом на вхо-, ды ключей 3 и 4 подаются напряжения

U, U, соответственно равные U Î или Ог, +3 или 02, 03

Один цикл работы устройства сооТ ветствует одному периоду напряжения 0 Работа устройства синхронизируется выходными импульсами формирователя 12, . период следования которых равен пе:риоду Т напряжения сети. Эти импульсы йоступают на вход умножителя

13 частоты, период следования выход- 55 ных импульсов которого равен Тх/й, где М - коэффициент умножения частоты..

Выходные импульсы умножителя 13 частоты поступают на вход распреде- лителя 14 импульсов и преобразовате- 60 ля 24. После каждого импульса на входе преобразователя 24 он формирует ., йачку из К импульсов. Эти импульсй подаются на вход установки в.нуль.

1При этом схема И 22 открыта, а схе . I

$1A 4

Я и

23i

-cOS — с

N h

Ql

Co5 — Q

N h

Sih+q, г« при n=O

4, 8,...,й -4, при п=1, 5, 9,...,н

-3, при п-2, 6,10,...,N

-2

I при п=З, 7,11,...,м,ма И 21 закрыта, а, выходные импуль;сы преобразователя 24-поступают на счетный вход счетчика 23, вес которого равен единице.

Исходное состояние счетчика 23, соответствующее началу периода напряжения 0>, равно с © . Следовательно, его состояние после n-ro ,выходного импульса умирителя 13 час=hl >(q„+h+). (З}

Каждому состоянию q, соответотвуh

I ет коэффициент передачи блока 5 умножения, равный уп, Коэффи"

2 1

М n циент передачи блока 5 и состоянйе счетчика 23 взаимно связаны так

I как выходы последнего подключены через блок 15 формирования констант к входам блока 5. Так как два стар- . ших разряда счетчика 23 соединены с входами блока 15 через комбинацион1

,ный сумматор 16, то к состоянию еп счетчика 23 можно прибавлять коды

N/4, й/2, 3N/4. При этом коэффициенты передачи блока 5 равны.соответственно 91 Я/ . - 2З з1п + — или, что то же са-, . г эю

g (%n 4J

2 . - 2

tf+QQ, CO5 — «, N п1 N вп g +n

Сигналы на выходе распределителя 14 импульсов (фиг.2 ) могут быть записаны в виде логических формул

A=Q

=, Б=©;Е=аа чае raц, 12 12

Д Тп©, E=T„Q п где Q1 q 2 -"состояния разрядов счетчика распределителя 14; T — сиг-. нал, стробирующий моменты подключения блоков 8 и 9 через ключи 6 и 7

1к выходу блока 5, Тп -1 при

М вЂ” и-л <1< и. и

На входы сумматора 16 поступают коды .с третьего и четвертого выходов и распределителя 14,равные после и-го выходного импульса умножителя 13 частоты.

00, при n=0, 4, 8,,..., N-4 .

11, при п=1, 5, 9,...., N-Ç, 01, при n=2; 6,10,.. ° ., N-2, . O0, при п=З, 7,11, . ° . °, N-1 ..

Следовательно, коэффицйент передачи блока 5 после и -ro выходного им- . пульса умножителя 13 частоты равен

1013875

Выходнйе:напряжения блока 5 посту(. пают через ключи б и 7 на входы бло(ков 8 и 9 усреднения напряжения.

В соответствии с управляющими сигна-. лами на выходах распределителя 14 импульсов, в конце периода Т на выхо(дах блоков 8 и 9 будут напряжения.

Т ру (4„+ мй-

tlat O

Тхх

- (4,+13-М, Т„N(4„+2) ii

Ф) — è((")* %) u" (%(щ

23

TXI (45+2(-аФ

Х вЂ” (4п+ ) (4) 25. йй-4 и „=Е саз — „"(„+2ф(+ е) Т

Ж4 " а ЗО

Tх/й(4ь 2 -а4

"t(tfolt+ sin+„+3p(+g ) . U" (t)

TхРЧ4и Ф1-64

Несмотря на то, что Оз и Ь получены по разным выборкам напряжений U и 0", точность измерений от этого 40 не ухуДшается; так как в моменты выборок напряжений О9и О" углы сдвига фазы опорных сигналов 93е q, и

N @

2Jt .45

oo> <+>. совпадают» следовательно, значения с 9„и Ь „,полученные по формулам (1 ) и (4), совпадают.

Найряжеиия Ь ки авакс выхОдОв бло- ков 8 и 9 по тупают на входы нуль .50 органов 17 и 18, выходные сигналы которых равны "1" при выполнении ус-, ловий k ф +a <0; (У) где Кд- коэффициент передачи делителя 25 напряжения.

После начала очередного периода (напряжения Од формирователь 12 вырабатывает импульс, который синхронизирует установку в "1" одного нз триггеров 19 или 20,производит сброс, внулевое состояние распределителя 14 и блоки 8 и 9..

Если выполнилось условие (5 ), то срабатывает нуль-орган 17, триггер

19 устанавливается в "1", при этом закрывается схема И 22 и открываЕтся схема И 21. ТоГда очередной импульс,с выхода преобразователя 24 поступает на счетный вход счетчика 23,, вес которого равен двум.тем самым уве-, личивая его исходное состояние на единицу. Этот же импульс преобразователя 24 поступает на входы установки в нуль триггеров 19 и 20, .устанавливая их в состояние "0". После этого открыта только схема И 22.

Если выполнилось условие ((б ), то срабатывает нуль-орган 18, триггер 20 устанавливается в "1", при этом закрывается схема И 22 {схема И 21 также закрыта, и очередной импульс с выхода преобразователя 24 не поступает на счетные входы счетчика

23, т.е. исходное состояние счетчйка 23 в начале периода уменьшается на единицу.

Если не выполнилось ни одно из условий (5 ) или(б ), то ни олин из триггеров 19 и 20 не устанавливается и "1", соответственно исходное состояние(есчетчика 23 не изменяется.

Затем весь цикл работы устройства повторяется. Величина а>к в начале каждого цикла изменяется до тех пор, пока не выполнится условие

la i

При этом напряжение Ъ9 равно амплитуде К-ой гармоники S-ой последовательности напряжений. Это напряжение измеряется регистрирующим прибором 11.

В предлагаемом устройстве по сравнению с известным быстродействие увеличено в четыре раза, так как длительность цикла равна одному периоду напряжения, в отличие от известного устройства, где длительность цикла равна четырем периодам напряжения.

1013875 и@

А

ВНИИПИ Заказ 3010/54

Тираж708 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4