Устройство для измерения активной мощности,потребляемой от трехфазного преобразователя напряжения

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ОТ ТРЕХФАЗНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ , содержащее датчики тока и напряжения , трехвходовый коммутатор, входы которого подключены .к выходам датчика тока, блок управления, первый. второй и третий выходы которого подключены к соответствующим управля ющим входам коммутатора,фильтр низких частот, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия , в него введены выпрямитель и перемножитель, причем быход выпрямителя подключен к первому входу пе-. ремножителя, а первый, второй и третий входы - к первому, второму и третьему выходам датчика напряжения соответственно, к которым подключены также первый, второй и третий входы блока управления соответственно , четвер.тый выход которого подключен к управляющему входу перемножнтелй , второй вход которого подключен к вькоду коммутатора, а выход к входу фильтрй низких частот, выход е которого является выходом устройства.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1118931 Д1) С 01 R 21/06,р

Г У ,.4 /

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .Г

H АВТОРСИОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ OCCP

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPHTMA (21) 3575557/18-21 (22) 07. 04. 83 (46) 15.10.84. Бюл. Ы - 38 (72) Ю.Н. Петренко и Г.И. Гульков (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт (53) 621.317.38(088.8) (56) 1. Патент США В 3794917, кл. G 01 R 21/06,, 1974.

2. Патент США В 4217545, кл. G 01 R 21/06, 1980. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ОТ

ТРЕХФАЗНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее датчики тока и напряжения, трехвходовый коммутатор, входы которого подключены к выходам датчика тока, блок управления, первый, O второй и третий выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам коммутатора, фильтр низких частот, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены выпрямитель и перемножитель, причем выход выпрямителя подключен к первому входу пе-. ремножителя, а первый, второй и третий входы — к первому, второму и третьему выходам датчика напряжения соответственно, к которым подключены также первый, второй и третий входы блока управления соответственно, четвертый выход которого подключен к управляющему входу перемножителя, второй вход которого подключен к выходу коммутатора, а выход— к входу фильтра низких частот, выход которого является выходом устройства.

1118931 пия

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит три нуль-органа, мажоритарный логический элемент "2 из

3, три логических элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ", причем входы первого, второго и третьего нуль-органов являются первым, вторым и третьим входами блока управления соответственна, выходы первого и второго, второго и третьего, первого и третьего нуль-органов подключены к входам первого, второго и третьего логичесИзобретение относится к измеритель- ной технике и предназначено для измерения активной мощности в цепи с нагрузкой, питаемой от преобразователя напряжения. 5

Известно устройство для измерения активной мощности, содержащей генератор колебаний треугольной формы,. фильтр нижних частот и три блока преобразования, каждый из которых содер10 жит датчик -ока и напряжения„ измеряющие фазные ток и напряжение„ компаратор и ключ, причем выход датчика напряжения подключен к первому входу компаратора, к второму входу которого подключен генератор колебаний треугольной формы, а к выходу — управляющий вход ключа, вход которого подключен к выходу датчика тока, а выход к фильтру нижних частот 1 ).

Недостаткам устройства является низкое быстродействие.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения активной мощности многофазной сети, содер- жащее датчики напряжения и тока, широтно-импульсный модулятор, генератор импульсов, распределитель импульсов, блок, управления, два трехвхадоных коммутатора и фильтр низких частот, при- ЗО чем входы первого коммутач Ьра подключены к датчикам напряжения, а вьгходы— к входу широтно-импульсного модулятора, к управляющему входу которого подключены генератор импульсов, а к выходу - распределитель импульсов, выходы которого подключены к управляющими. входам первого и второго коммутаторов, ких элементов "ИСКЛ!ОЧАЮЩЕЕ И. П1" соответственно, выходы первого, второго и третьего нуль-органон подключены также к соответствующим входам мажоритарного логического элемента "2 из

3"., выходы перво- î,,второга и третьhro элементов ИСКЛЮЧА10ЩЕЕ ИЛИ являются первым, вторым и третьим выходами блока управления соатнетстенно, а выход мажоритарнсго логического элемента "2 из 3 являетс я чет-вертым выходом блока управ"e2 входы второго коммутатора подключены к выходам датчиков тока, а выходы— к входу фильтра низких частотг2 ), Недостатком известного уcTDoAcTBG является невысокое быстродействие, которое определяется временем усреднения мощно ти, т е,. "..-аI:åì" p ìè (зильтра,, осуществляющего операцию усреднения.

Нелью изобретения является повыше-ние быстродействия устройства для измерения активной мощности..

Поставг:.енная пель да<тигае"ся -.åì.

9 что в устройство для измерения активной мошности,. потребляемой от трехфазного преобразователя напряжения. со-держащее датчики тока и напряжения, трехвходовый коммутатор, входы кото— рого подкл:очень. к выходам датчика. тока, .блок управления, первый, второй и третий выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам коммутатора, фильтр низких частот, введены выпрямитель и перемножитель, причем выход выпрямителя подключен к первому входу перемножителя, а первый, второй и третий входы — к первому, второму и третьему выходам да.тчика. напряжения соответственно, к которым подключены также первый, второй и третий входы блока управления соответственно, .-;етвертый выход которого подключен к управля:ощему входу перемножителя, второй вход которого подключен к ныходу коммутатора, а выход — к входу фильтра низких частот, выход которого является выходом устройства.

3 11 189

Блок управления содержит три нульоргана, мажоритарный логический элемент "2 из 3", три логических элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ", причем входы первого второго и третьего нуль-ор9

5 ганов являются первым, вторым и третьим входами блока управления соответст— венно, выходы первого и второго, второго и третьего, первого и третьего нуль-органов подключены к входам первого, второго и третьего логических элементов "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" соответственно.„ выходы первого, второго и третьего нуль-органов подключены такжек соответствующим входам мажори15 тарного логического элемента "2 из 3", выходы первого, второго и третьего элементов "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" являются первым, вторым и третьим выходами блока управления соответственно, а выход мажоритарного логического элемента "2 из 3" является четвертым выходом блока управления .

Иа фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для измерения

25 активной мощности; на фиг. 2 — функциональная схема блока управления; на фиг. 3 и 4 — временные диаграммы работы устройства для измерения активной мощности,, ЗО

Устройство для измерения активной мощности содержит датчик напряжения выходы которого подключены к входам блока управления 2 и выпрямителя 3, выход последнего подключен к первому входу перемножителя 4, к выходу кото-55 рого подключен фильтр 5, а к второму входу — выход коммутатора 6, соответствующие управляющие входы которого подключены к первому, второму и третьему выходам блока управления 2, а входы — к первому второму и третьему выходам датчика тока 7 соответственно.

Выход фильтра 5 является выходом устройства, Управляющий вход перемножителя 4 подключен к четвертому выходу 45 блока управления 2, а входы датчика напряжения 1 и датчика тока 7 — к исследуемой цепи 8, Блок управления 2 содержит нульорганы 9-11, логические элементы

"ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 12-14 и мажоритарный логический элемент "2 из 3" 15.

Входы нуль-органов 9-11 являются входами блока управления 2, выходы которого соединены с выходами соот- .5» ветствующих элементов "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ" и мажоритарного элемента "2 из

3"» Выходы нуль-органов 9 и 10, 10

31 4 и 17 9 и 11 подключены попарно к входам элементов "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ"

12,, 13 и 14 соответственно, а входы мажоритарного элемента "2 из 3" соединены с выходами всех нуль-органов

9-11;

Устройство работает следующим образом, Работа устройства основана на следующих теоретических предпосылках.

Как известно, активная мощность трехфазной цепи определяется выражением т

3 т

Р = — Pdt = — U(t) i(t)dt, (1) а о где (), U(t) — мгновенное значение тока и напряжения фазы, соответственно;

Т вЂ” период колебания фазного напряжения.

В случае, когда кривые напряжения и тока симметричны относительно оси абсцисс, выражение (1) можно переписать в виде т/2

Р = — 1 (с)U(t) dt, 6

Т (2) о

Из выражени» (2) видно, что минимальное время измерения равно половине периода колебания тока, мощность которого измеряется. Фазное напряжение

11, U>, Б преобразователя напряжения, у которого интервал открытого состояния ключевых элементов равен 180 представляет собой шестиступенчатую кривую, причем на части периода Т/6 оно постоянно (фиг, 3). Учитывая это, выражение (2) можно представить в вити тй

P = — — (idt + idt) (3)

6 Ud

Т 3

1 о о где Ud — напряжение цепи постоянного тока преобразователя частоты. Ток активно-индуктивной нагрузки можно представить в виде гармонического ряда, в котором присутствует основная составляющая и высшие гармонические порядка k = 6 4 f.. 1

sin(ur t -Ч„) + . Е 1;„

1 !Ъа sin(kto t -Ч ), (4) где I . — амплитудное значение основ1 ъ ной составляющей тока;

Ik — амплитудное значение k-A составляющей тока

1, — любое целое число.

1118931

Подставив выражение (4) в выражение (3) и проинтегрировав по отдельности интегралы, стоящие в скобках выражения (3), получаем

Т73 T/z

idt = — ) 1dt ь тИ . о

С учетом этого, выражение (3) принимает вид Tl3

Р = Ud- idt

Т (5)

Т!6

Из выражения (5) следует, что минимальное время, в. течение которого может быть получена информация об активнои мощностиу равно T/áр To е а в три раза меньше, чем в обычном случае.

При измерении активной мощности

3 -. в цепи с нагрузкой, питаемой от преобразователя напряжения, на выходах датчика напряжения 1 присутствуют напряжения U,, U1,, U . Эти напряжения поступают на входы блока управления 2 и преобразуются нуль-органами 9-11 в последовательность импульсов U, U,,U „ . При этом на первом, втором и третьем выходах блока управления 2 образуются последовательности импульсов Ud Ue Ug> которые поступают на соответствующие управляющие входы коммутатора 6. Если на один из управляющих входов коммута4 тора 6, например первый, поступает сигнал логического "О", первый канал коммутатора замыкается и на зторой вход перемнолжтеля 4 проходит ток i (фиг. 4). При этом каждьй из каналов коммутатора 6 замкнут в течение.времени от Т/6 до Т/3 и от (2/3)Т до (5/6)Т соответствующего фазного напряжения. Таким образом, на второй вход перемножителя 4 поступает напря5 жение U, пропорциональное мгновенному значению тока каждой фазы на участке от Т/6 до Т/3 и от (2/3)Т до (5/6)T фазного напряжения

V = k i где k. — коэффициент пропорциональ1 ности между мгновенным значением фазного тока i и напряжением Б .

На выходе выпрямителя 3 напряжение равно

U = k Ud,, 3. где 1 „ — коэффициент трансформации датчика напряжения. Перемножитель 4 осуществляет перемножение сигналов

V и U, причем в зависимости от потенциала на управляющем входе изменяется знак произведения, В результате на его выходе присутствует U =

=- K.1.: Vdi который представляет собой подынтегральную функцию выражения (5), определяющего активную мощность. Выделение среднего значения напряжения U за период колебания Т/6 н формирование сигнала активной мощ30 ности осуществляется фильтром низких частот 5. использование изобретения позволяет за счет уменьшения цикла измерения в три раза увеличить частоту среза выходного фильтра низких частот и тем саьяж повысить быстродействие устройства. для измерения активной мощности в три раза па сравнению с прототипом.

1118931

1118931

ВНННПИ Закуя 7445/32 тирад у10 По — и gOI

Филяал ППП Патент, r, Узгород, ул.Проектиая,4