Устройство для измерения симметричных составляющих трехфазной сети

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОВИ П

РЕСПУБЛИК

ВСЮ 601й 29/ 6

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO Д ЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3336802/18-21 (22) 08. 10.81 (46) 30.05.84. Бюл. Ф 20 (72) В.В.Брайко, И.П,Гринберг, С.Г.Таранов и Ю.Ф.Тесик (71) Институт электродинамики АН

УССР (53) 621. 317. 3 (088. 8) (56) 1. Фабрикант В.Л. Фильтры симметричных составляющих. ГЭИ, 1962, с. 100-106.

Z, Авторское свидетельство СССР по заявке М 2587097/25-21, кл. G 01 R 29/16, 17.04.79. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИИИЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ. содержащее две активнореактивных цепи, состоящие из соединенных между собой резистора и конденсатора, преобразователь периода в сигнал управления и исполнительный блок, первый вход которого соединен с выходом преобразователя периода в сигнал управления, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены четыре сумматора, коммутатор, генератор синусоидального . напряжения, блок памяти, формирователь команд, четыре цифроаналоговых преобразователя, причем общая точка активно-реактивных элементов каждой активно-реактивной цепи соединена с первой парой входов коммутатора, промежуточные выводы реактивных элементов подключены к сигнальным входам цифроаналоговых преобразователей соответственно, управляющие входы кото.,Я0„„1095109 А рых соединены с выходом исполнительного блока, а выходы цифроаналоговых преобразователей соединены с первыми входами сумматоров, вторые входы первого и третьего сумматоров соединены с промежуточными выводами реактивных элементов емкостного характера, вторые входы второго и четвертого сумматоров соединены с промежуточными выводами реактивных элементов индуктивного характера, третьи входы первого и второго сумматоров, а также третьего и четвертого сумматоров объединены и соединены соответственно с третьей парой входов коммутатора

0 три четвертых входа которого являют- Е ся тремя входными зажимами устройства, к одному из которых подключен вход формирователя команд, выход которого соединен с пятым входом коммутатора, шестая пара входов которо- Я еФ

ro соединена с активными элементами активно -реактивных цепей, выход и вход генератора синусоидального на пряжения соединены с седьмым входом и первым выходом коммутатора соответственно, второй выход коммутатора через преобразователь периода в сигнал управления, блок памяти соединен с вторым входом исполнительного блока.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

А повышения точности измерения, активно-реактивные цепи состоят из соединенных в звезду резистора конденса1 тора и катушки индуктивности, причем реактивные элементы имеют промежуточные выводы.

1 1095

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам для измерения напряжений и токов прямой и обратной последовательностей трехфазной электрической сети.

Известно устройство для выделения симметричных составляющих прямой и обратной последовательностей трехфазной сети, состоящее из активноиндуктиьных плеч, подключенных непосредственно к фазам сети Ã1 1.

Недостатками указанного устройства являются высокая температурная, временная и частотная погрешности, 15 а также погрешность, обусловленная высшими гармониками сети.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения напряжения и 20 тока прямой и обратной последовательностей трехфазной электрической сети, s котором исключена частотная составляющая погрешности. Данное устройство содержит два активно-реактивных плеча, электрически связанных с фазами сети и состоящих из пос" ледовательно соединенных реактивного элемента, постоянного активного элемента, точки соединения которых образуют выходные зажимы плеч, и компенсатора, один вход которого соединен с выводом активного элемента, а также исполнительного блока и преобразователя периода в управляющий сигнал, первый выход которого соединен с первым входом исполнительного блока, выход которого соединен с другими входами компенсатора Г2 3.

Недостатками этого устройства являются погрешность, обусловленная температурной и временной зависимостями реактивных элементов активно-реактивных плеч, а также значительное влияние высших гармоник на результат измере- 4 ния симметричных составляющих.

Целью изобретения является повыше-, ние точности.

Поставленная цель достигается тем, что в .устройство для измерения симметричных составляющих трехфазной сети, содержащее две активнореактивные цепи, состоящие из соединенных между собой резистора и конденсатора, преобразователь периода в сигнал управления и исполнительный блок, первый вход которого соединен с выходом преобразователя периода в сигнал управления, дополнительно

109 введены четыре сумматора, коммутатор, генератор синусоидального напряжения, блок памяти, формирователь команд, четыре цифроаналоговых преобразователя, причем общая точка активно-реактивных элементов каждой активно-реактивной цепи соединена с первой парой входов коммутатора, промежуточные выводы реактивных элементов подключены к сигнальным входам цифроаналоговых преобразователей соответственно, управляющие входы которых соединены с выходом исполнительного блока, а выходы цифроаналоговых преобразователей соединены с первыми входами сумматоров, вторые входы первого и третьего сумматоров соединены с промежуточными выводами реактивных элементов емкостного характера, вторые входы второго и четвертого сум-. маторов соединены с промежуточными выводами реактивных элементов индуктивного характера, третьи входы нервого и второго сумматоров, а также третьего и четвертого сумматоров объединены и соединены соответст— венно с третьей парой входов коммутатора, три четвертых входа которого являются тремя входными зажимами устройства, к одному из которых под" ключен вход формирователя команд, выход которого соединен с пятым входом коммутатора, шестая пара входов которого соединена с активными элементами активно"реактивных цепей, выход и вход генератора синусоидального напряжения соединены с седьмым входом и первым выходом коммутатора соответственно, второй выход коммутатора через преобразователь периода в сигнал управления, блок памяти соединен с вторым входом исполнитель ного блока.

Кроме того, активно-реактивные цепи состоят из соединенных в звезду резистора, конденсатора и катушки индуктивности, причем реактивные элементы имеют промежуточный вывод.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства. устройство содержит коммутатор 1, активно-реактивные цепи 2 и 3, состоящие из резистора 4, конденсатора

5, катушки 6 индуктивности, резистора 7, конденсатора 8, катушки 9 индуктивности, сумматоры, 10-13, цифроаналоговые преобразователи 14-17, генератор 18, преобразователь 19 пеЭ 1095 риода в сигнал управления, блок 20 памяти, исполнительный блок 21 и формирователь 22 команд .

При этом первые входы коммутатора

1 соединены с первыми выводами кон- . денсаторов 5 и 8, резисторов 4 и 7» и катушек 6 и 9 индуктивностей активно-реактивных цепей 2 и 3, вторые выводы конденсаторов 5,8 и катушек

6,9 индуктивностей соединены с сиг- 1п нальными входами цифроаналоговых преобразователей 14-17 соответственно, управляющие входы цифроаналоговых преобразователей 14-17 соединены с выходом исполнительного 6JIQKa 21, а выходы цифроаналоговых преобразователей 14-17 подключены к первым входам сумматоров 10 — 13 соответствен-,но. Вторые входы сумматоров 10-13 связаны с третьими выводами конденсатора 5, катушки 6 индуктивности, конденсатора 8 и катушки 9 индуктивности соответственно, а также подключены к вторым входам коммутатора 1, а третьи входы всех сумматоров связаны попарно в каждой активно-реактивной цепи и присоединены к третьим входам коммутатора 1.

Четвертые входы коммутатора 1 соединены с фазами сети А, В, С, к одной из которых подключен также формирователь 22 команд, Выход формирователя 22 команд соединен с пятым входом коммутатора 1, шестые входы коммутатора 1 подключены к вторым выводам резисторов 4 и 7 активнореактивных цепей 2 и 3. Седьмые входы коммутатора 1 связаны с входными и выходными зажимами генератора 18, восьмые подключены к входу преобразователя 19 периода в сигнал управления, первый выход которого соединен с входом блока 20 памяти, а второй выход — с первым входом иаполнительного блока 21, второй вход которого связан с выходом блока 0

43 памяти .

Устройство работает в двух режимах следующим образом.

В режиме измерения на вход коммутатора 1 через .четвертые зажимы поступает трехфазное напряжение. Одновременно, через восьмые входы ком- мутатора 1 одно из фазных напряжений сети поступает на вход преобразователя 19 периода в сигнал уп, .равления. С выхода преобразователя

19 управляющий сигнал, пропорциональный отклонению периода сети от но"

109 4 минального значения, поступает в исполнительный блок 21, где суммируется с сигналом, поступающим в исполнительный блок 21 с выхода блока

20 памяти. Суммарный сигнал посту пает на входы цифроаналоговых преобразователей 14-17. На выходе цифроаналоговых преобразователей получаем следующие сигналы:

I й: 6 5 м(2)»

1 б 6 1» " 2» ;.(1)

16 6 8 6(1 2)» где Й1 - управляющий сигнал, поступающий в виде кода в исполнительный блок 21 из преобразователя 19 в режиме измерения;

Й вЂ” сигнал В Виде» кода, поступающий в исполнительный блок 21 из блока 20 памяти в режиме измерения;

К К = — коэффициент передачи аоот(>

=К =К = ветствующего реактивного.

8 з

=К элемента по промежуточному выходу;

О,UЯ,О - напряжения соответствующих реактивных элементов на первых выводах;

,К„,К,К вЂ” коэффициент преобразования и % % П цифроаналоговых преобразователей.

Погрешность устройства определяется стабилвностью коэффициентов передачи активно-реактивных цепей

2 и 3 устройства, которые могут быть выражены следующим образом: . U к= (zt

+(» где К вЂ коэффициент передачи активно-реактивной цепи 2(3);

U - падение напряжения на

2. реактивном сопротивлении цепи 2(3)»

U - падение напряжения на резисторе 4(7) цепи.

В свою очередь: (3)

U g-с где I - ток неразветвленной цепи

2(3)3

R - активное сопротивление резистора 4,(7) цепи;

1095109 (+1 10

1 ю2ЬС са С

1ш

5 ы . е = — — реективное сопротивление

1-и 1-С,цепи 2(3) .

Токи в разветвленной части реактивной цепи равны:

ЗШ1- С с

1-и 1.C

1со С

1 где Ь С вЂ” параметры реактивных эле1

15 ментов конденсатора 5, катушки 6 индуктивности цепей;

3 - ток через конденсатор 5, имеющий емкостной характер; — ток через катушку 6 индукЬ тивности, имеющий индуктивный характер.

В нераэветвляемой части цепи 2 ток 1 равен:

К

21Р

3= — i (ы) где U> — линейное напряжение сети.

Подстановка выражения (5) в уравнение (4) при частоте сети (М) равной номинальному значению (wo-1/Кс ) приводит к следующим значениям токов в индуктивной и емкостной ветвях реактивной части цепи 2:

35 где С вЂ” емкость конденсатора активно-р еа кти в ной цепи между вторым выводом и землей.

Тогда

° С10

Суммарный ток рассматриваемой разветвленной части цепи 2 равен:

Х.= со+ рр (10)

Подстановка в выражение (10) значения i . из выражения (9) и решение уравйения (10) относительно Т дает следующее выражение:

1)

СО е(С„, С, И,К„(й„+М,)

Выбрав =, . и " 4(8 + 12 где DT — отклонение периода сети от номинального значения, а Т вЂ” номинальное значение периода сети, и подставив эти значения в выражение (11), получаем:

3 Т

co co o с,р

1+—

Т0 где Т=(То + дТ) — текущее значение периода сети.

Определим падение напряжения на контуре из выражения

СО 0, СО"

0 = —,=-) -- (1з)

С ос .оСт Ь7С

Л

0 О и Ь!

/1

Со 1/и С

Находим ток, протекающий в реактивной части цепи 2, имеющей еикостной характер, под возДействием выход-45 ного напряжения цифроаналогового преобразователя 14:

u — т" =u ос =x як (и,+и,)е с* gi t: и <е г и 1

+jИС10 где 01о- еикостй конденсатора сумматора 10.

Напряжение 6 может быть определено иэ выражения:

0 еЗ вЂ”,, (В1

1 с ЗсоС, Аналогичное выражение Uz может быть получено для цепи Э .и через токи и падения напряжений в индуктивной части разветвленной цепи.

Подстановка уравнения (13) в уравнение (2) дает: (14) К = const.

Последнее равенство свидетельствует о стабильности коэффициентов передачи каждой из активно-реактивных цепей 2 и 3 и значительном повышео нии точности выделения симметричных составляющих, причем наряду с температурной, частотной н временной погрешностями исключается погрешность от высших гармоник.

Режим автокалибровки предназначен для выработки кода N2, пропорционального отклонению значений параметров реактивных элементов конденсаторов

5 и 8, катушек 6 и 9 от номинальных

95109

ВНИИПИ Заказ 3588/27 Тираж 711 Подписное

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

7 10 значений. При этом реактивные элементы — конденсаторы 5,8 и катушки

6,9 — с помощью коммутатора 1 подключаются к генератору 18, выход которого при помощи коммутатора 1 соединяется с входом преобразователя 19 периода в сигнал управления, пропорциональный отклонению йТ2 периода колебаний генератора 18 от номинального .значения периода колебаний генератора 18, которое выбирается равным периоду колебаний сети Т„.

При этом период колебаний генератора определяется значениями параметров реактивных элементов — конденсаторов 5,8 и катушек 6,9. Номинальные значения последних соответствуют периоду То, а отклонение параметров от номинальных значений приводит к возникновению и Т>, которому соответствует код N>. Этот код запоминается в блоке 20 памяти н во время режима измерений с выхода последнего поступает на вход исполнительного блока 21 куда с выхода преобразователя 19 в режиме изме8 рения также поступает код Ng r пропорциональный отклонению периода сети ЛТ от номинального значения

Т . В исполнительном устройстве в о режиме измерения получаем суммарный код N +N пропорциональный Т

ДТ1 33.2 е

Таким образом, дополнительное введение в устройство для измерения

1р симметричных составляющих трехфазной сети двух реактивных элементов с промежуточными выводами, имеющих индуктивный характер, четырех сумматоров, коммутатора, генератора синусоидального напряжения, запоми— нающего устройства, формирователя команд, четырех цифроаналоговых преобразователей повышает более чем на порядок точность выделения симметричных составляющих при помощи активно-реактивных цепей. Это значительно расширяет сферу использования подобных устройств для выделения симметричных составляющих и повышает эффективность их использования.