Преобразователь активной мощности многофазной цепи в напряжение постоянного тока

 

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АКТИВНО МОЩНОСТИ МНОГОФАЗНОЙ ЦЕПИ В НАПРЯЖЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий генера управляющих сигналов, а также после СО СЛ СХ: вательно соединенные перемножитель, фильтр низких частот, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности преобразования, в него введены модуляторы и два сумматора, выходы которых подключены к.входам перемножителя , при этом первый вход первого сумматора подключен к первой шине фазного напрягжения, первый вход вто-. рого сумматора подключен к первой шине фазового напряжения, первый вход второго сумматора подключен к первой входной шине фазного тока, И-е входы первого и второго сумматоров подключены к (ti-l)-y выходу генератора управляющих сигналов. .1 ЧЕНЕг

СОЮЗ COBETCHHX

О ОЦИ В О

РЕСПУБЛИН з р С 01 R 21/06

ГОСУДАРСТВЕННЬ1Й НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ1 1Й

OllHGAHNE ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТВ ВСтВ1 (21) 3553662/18-21 (22) 08.02.83 (46) 30.05.84. Бюл. У 20 (72) В.У.Кизилов (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им.В.И.Ленина (53) 621.317.38(088.8) (56) 1. Патент США и 3.794.917, кл. 324-142, 1974.

2. Патент США 0 4.217.545, кл. 324-107, 1980. (54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ AKTHBHOA

МОЩНОСТИ ИНОГОФАЗНОЙ ЦЕПИ В НАПРЯЖЕНИЕ

ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий генератор . управляющих сигналов, а также послело„SU„, I 095087 А вательно соединенные перемножитель, фильтр низких частот, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены модуляторы и два сумматора, выходы которых подключены к.входам перемножителя, при этом первый вход первого сумматора подключен к первой шине фазного напряжения, первый вход вто- . рого сумматора подключен к первой шине фазового напряжения, первый вход второго сумматора подключен к первой входной шине фазного тока, rt -е входы первого и второго сумматоров подключены к (h-1)-у выходу генератора уп.равляющих сигналов.

1095087

2. Преобразователь тока по п. 1, отличающийся тем, что входы обоих сумматоров подключены к выходам модуляторов и входным шинам через дополнительно введенные блоки гальванического разделения.

3. Преобразователь тока по и. 1, отличающийся тем, что, генератор управляющих сигналов содержит последовательно соединенные генератор основной частоты и один или несколько делителей частоты, выходы которых соединены с выходами генератора управляющих сигналов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах автоматики энергосистем.

Известен преобразователь активной мощности многофазной цепи, содержащий перемножители по количеству фаэ, выходы которых подключены к соответствующим входам сумматора, выход которого через фильтр низких частот 1О подключен к выходной шине Г13.

Однако это устройство относительно сложно вследствие большого количества входящих в него перемножителей.

Наиболее близким к предлагаемому 15 по технической сущности является преобразователь активной мощности многофазной цепи, содержащий два коммутатора, входы которых подключены к входным шинам, управляющие 20 входы — к.выходам генератора управляющих сигналов, а выходы — к входам перемножнтеля, выход которого через фильтр низких частот подключен к выходной шине Г2 3. 25

Недостатком известного преобразователя является низкая точность преобразования активной мощности, особенно для несинусоидального тока, вследствие того, что при поочередном gp подключении входных шин к входам перемножителя входных шин к входам перемножителя со скважностью, равной . количеству фаз, часть информации о входных сигналах неизбежно еряется.

Цель изобретения — повышение точности преобразования.

Преобразователь тока по п. 1, отличающийся тем, чтовыход фильтра низких частот подключен к выходной шине через дополнительно введенный интегратор, выход которого подключен к дополнительному входу одного из сумматоров, дополнительный вход другого сумматора подключен к входной шине опорного напряжения, первые входы обоих сумматоров подключены

В. к входным шинам через дополнительные модуляторы, управляющие входы которых подключены к дополнительному выходу генератора управляющих сигналов, Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий генератор управляющих сигналов, а также последовательно соединенные перемножитель, фильтр низких частот, введены модуляторы и два сумматора, выходы которых подключены к входам перемножителя, при этом первый вход первого сумматора подключен к первой входной шине фазного напряжения, первый вход второго сумматора подключен к первой входной шине фазного тока, и-е входы первого и второго сумматоров подключены соответственно к и-м шинам фазных напряжений и тока через модуляторы, управляющие входы которых подключены к (n-1)-у выходу генератора управляющих сигналов.

Кроме того, входы обоих сумматоров подключены к выходам модуляторов и входным шинам через дополнительно введенные блоки гальванического разделения.

Генератор управляющих сигналов содержит последовательно соединенные генератор основной частоты и один или несколько делителей частоты, выходы которых соединены с выходами генератора управляющих сигналов.

Выход фильтра низких частот подключен к выходной шине через дополнительно введенный интегратор, выход которого подключен также к дополнительному входу одного из сумматоров, дополнительный вход другого сумматора подключен к входной шине опорного напряжения, первые входы обоих

1095087 сумматоров подключены к входным шинам через дополнительные модуляторы, управляющие входы которых подключены к дополнительному выходу генератора управляющих сигналов. 5

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого преобразователя на примере трехфазной силовой цепи.

Преобразователь содержит перемножитель 1, сумматоры 2 и 3, фильтр 4 низких частот, модуляторы 5-10, генератор 11 управляющих сигналов, содержащий в свою очередь последовательно соединенные генератор 12 основной частоты и делители 13 и 14 частоты, а также блоки 15-20 гальванического разделения и интегратор 21.

Генератор 12 выполнен в виде генератора меандра, а делители 13 и

14 — в виде делителей частоты на два, например, счетных триггеров.

Выходы модуляторов 5-7 подключены к входам сумматора 2, а выходы модуляторов 8-10 — к входам сумматора, 25 дополнительный вход которого соединен с шиной опорного напряжения.

Выходы сумматоров 2 и 3 подключены к входам перемножителя 1, выход которого через последовательно соединенные фильтр 4 и интегратор 21 соединен с выходной шиной и дополнительным входом сумматора 2. Выход генератора

12 подключен к управляющим входам модуляторов 5 и 8, на сигнальные 35 входы которых подаются напряжения, пропорциональные напряжению и току первой фазы силовой цепи. Выход делителя 13 подключен к управляющим входам модуляторов 6 и 9, на сигнальные вхо- 40 ды которых подаются напряжения, пропорциональные напряжению и току второй фазы силовой цепи. Выход делитедя

14 подключен к управляющим входам модуляторов 7 и 10, на сигнальные 45 входы которых подаются напряжения, пропорциональные напряжению и току третьей фазы силовой цепи. Выходы модуляторов 5-10 подключены.к входам сумматоров 2 и 3 через блоки 15-20 5р гальванического разделения.

Преобразователь работает следующим образом.

Выходные сигналы, пропорциональные

-напряжениям и токам фаз силовой цепи, преобразуются модуляторами

5-10 в прямоугольные импульсы разных частот так, что сигналы, соответствующие току и напряжению одной фазы, преобразуются в импульсы одинаковой частоты. Если частоты на выходах генератора 11 значительно выше частоты существующих гармоник сигналов тока и напряжения контролируемой цепи, то значения входных сигналов за цикл работы модулятора

l можно считать неизменными, а напряжение на выходе модуляторов 5-7 описывается выражением I щк .1 к — St (и (2 „-11 где Ut - мгновенное значение напряжения к-й фазы силовой цепи; и — частота лереключения к-й к фазы силовой цепи.

Аналогично на выходе модуляторов

8-10 напряжения равны

О = к2 - 51" (2n-1)м к1, где i — мгновенное значение тока к-й фазы силовой цепи.

На выходах сумматоров 2 и 3 образуются суммарные сигналы

5t D(2 -1) иу + К V x

2 1 с п1(2 -.1) П a a в

СО СЮ к 5 ло) 1+К U — — Уп

>=<(2„-1) 8 1 Сп „(Z„- )

"(и-") "сt <

З=Kг 2 "() " Е"

3 20 1 2 ) n a - 28

tl

00 Ор

1, Яп(2 -4)u) t+K i Q sin tt х(Z„-<,+ .

На выходе перемножителя 1 образуется произведение мгновенных значений напряжений U< и U . Если частоты и с, ыв и ш управления модуляторов

5-10 выбраны так, что в спектре сигналов, пропорциональных напряжениям и токам одной фазы, нет частот, равных частотам в сигналах других фаз, то сигналы, пропорциональные токам и напряжениям одной фазы, ортогональны сигналам других фаз и среднее значение произведения сигналов разных фаз равно нулю, а среднее значение произведения сигналов одной фазы, имеющих одинаковые спектры, отлично от нуля. В этом случае среднее значение выходного напряжения умножителя

1095087

1 за период сигнала контролируемой цепи Т равно т

ККК

О 0 ць Š— 2 — 12 "

Ср

Т 10 х sin ш tI (и=в

2 1 2 3 „(«1 2 с Т

T

К„К К Д

1(ii i tU i +U i Ldt= 6Т 1 аа 98 сс

О 20

К1К2КЭТ( (РаРВ Р, ("I где К вЂ” коэффициент передачи пере3 множителя 1.

Таким образом, среднее значение напряжения на выходе перемножителя 1 пропорционально сумме активных мощностей всех фаз многофазной силовой цепи.

Обеспечится ортогональность выходных сигналов генератора 11, например, если частоты u3ä, со и tu отличаются в 2 раза, то з спектрах сигналов разных выходов генератора 11 не будет одинаковых частот. Это справедливо и для фаз. При этом возможны и другие сочетания частот, но отношение аi = 2о.1,8 =4 наиболее просто обеспечивается посредством делителей частоты 13 и 14.

В качестве .этих делителей могут быть использованы счетные триггеры. Иодуляторы 5-10 могут быть выполнены на полевых транзисторах.

Преимуществом предлагаемого.преобразователя является и то, что входные напряжения преобразуются в прямоугольные импульсы относительно высокой частоты. Это позволяет трансформировать их посредством трансформаторов

15-20, включенных после модуляторов

5-10. При этом преобразуемые напряжения могут быть как переменного, так и постоянного и постоянно-переменного токов. Простота гальванической развязки делает преобразователь универсальным, при этом трансформаторы 15-20 преобразуют сигналы частоты, значительно превышающей частоту н контролируемой цепи и имеют малые размеры. Практически во всех аналогах гальваническая развязка должна осуществляться на входах на частоте контролируемой цепи, а при сигналах постоянного и постояннопеременного токов эта задача крайне сложна.

В случае необходимости получения высокой точности трансформаторы

15-20 могут быть выполнены с электронной компенсацией погрешностей.

Модуляторы 5-10 также являются одними из наиболее точных устройств, техника уменьшения погрешностей которых детально исследована и отработана в усилителях постоянного тока с моду» ляцией и демодуляцией (ИДИ-типа).

Таким образом, в предлагаемом преобразователе точность преобразования определяется главным образом точностью перемножителя 1, а точнее его аддитивной, мультипликативной погрешностью и нелинейностью.

Методы компенсации аддитивной погрешности перемножителей хорошо известны и могут быть применены в предлагаемом устройстве. Например, возможно периодическое инвертирование одного входа и выхода перемножителя 2.

Для компенсации мультипликативной погрешности перемножителя 1 можно выход фильтра 4 подключить к интегратору 21, à его выход подключить к дополнительному входу сумматора 2, к дополнительному входу сумматора 3 подключить постоянное напряжение

U<,. Так как напряжения постоянного тока U и U2 ортогональны переменным напряжением на выходах сумматоров

2 и 3, то при правильном выборе полярности Оо сраднее значение напряжения на входе интегратора 21 в установившемся режиме равно нулю, и из выражения (1) получаем

К K К4(2

123

U 0 (Р +Р +Р 1 U )

4 а 1э с о 21

16Т откуда

P +Р +Р и Ф с

21 в и не зависит от коэффициента передачи

К> перемножителя 1.

1095087

Составитель С. Кабиков

Редактор О. Черниченко Техред Л.Коцюбняк Корректор Н. Яцола

Тираж 711 Подписное

Заказ 3587/26

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Предлагаемый преобразователь может использоваться для суммирования мощностей, например, двигателей, линий, параллельных шин как переменного, так и постоянного токов. В таком случае сигналы тока и напряжения подключаются от разных потребителей вместо сигналов одной фазы многофаэной цепи, расширяет универсальность предлагаемого преобразователя.