Устройство для измерения симметричных составляющих трехфазной системы переменных напряжений

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИММЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯНХЦИХ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕМЕННЕЙ НАПРЯЖЕНИЙ, содержащее трехфазный генератор мо ,дулирующих напряжений, три однофазных модулятора, первые выходы каждого из которых подключены соответственно к одному фазному проводу трехфазной системы, первый выход первого из упомянутых однофазных модуляторов соединен с первым выходом второго однофазного модулятора, второй выход последнего связан с первым выходом третьего однофазного модулятора , при этом второй выход последнего связан с одним выводом регистрирующего прибора, а также первый фильтр, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй фильтр, нормирующий усилитель, регулятор калибровки и переключатель, первый входной контакт которого связан с вторым выходом первого однофазного модулятора, первый выходной контакт переключателя через последовательно соединенные первый фильтр и регулятор калибровки подключен к другому выводу регистрирующего прибора, второй выходной контакт переключателя подключен к входу второго фильтра, выход которого через нормирующий усилитель соединен с вторым входным контактом упомянутого переключателя.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) G 01 R 29 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВ,Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3630716/24-21 (22) 03.08.83 (46) 15 ° 12.84. Бюл 9 46 (72) Б.Е.Пьяных, К.М,Корольков и В.М.Михальский (71) Институт электродинамики

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

9 473126, кл. G 01 R 29/16, 1975 °

2.Авторское свидетельство СССР

Р 375592, кл. G 01 R 29/16, 1973 (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СИММЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯ10ЩИХ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕМЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ, содержащее трехфазный генератор мо дулирующих напряжений, три однофазных модулятора, первые выходы каждого из которых подключены соответственно к одному фазному проводу трехфазной системы, первый выход первого из упомянутых однофазных модуляторов соединен с первым выходом второro однофазного модулятора, второй выход последнего связан с первым выходом третьего однофазного модулятора, при этом второй выход последнего связан с одним выводом регистрирующего прибора, а также первый фильтр, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй фильтр, нормирующий усилитель, регулятор калибровки и переключатель, первый входной контакт которого связан с вторым выходом первого однофазного модулятора, первый выходной контакт переключателя через последовательно соединенные первый фильтр и регулятор калибровки подключен к другому выводу регистрирующего прибора, второй выходной контакт переключателя подключен к входу второго фильтра, выход которого через нормирующий усилитель соединен с вторым входным контактом упомянутого переключателя.

1129563

Изобретение относится к электроизмерителям и может быть использовано для измерения несимметрии трехфазной системы переменных напряжений при контроле показателей качества электрической энергии в промышленных сетях, автономных системах электроснабжения, а также в лабораторной практике.

Известны устройства для измерения симметричных составляющих .прямой.и 10 обратйой последовательностей, основанные на умножении числа фаз и многофазном выпрямлении Ц .

Недостатком указанных устройств является частотная погрешность измерений, обусловленная отклонением частоты трехфазной системы напряжений от номинального значения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее трехфазный генератор модулирующих напряжений, три однофазных модулятора, выходы которых соединены последовательно между собой и образуют два выходных зажима модуляторов, первые входы каждого из которых .подключены соответственно к одному фазному проводу трехфазной системы и к выходу генератора модулирующих напряжений, а также последовательно соединенные ЗО между собой и подключенные к выходным зажимам модуляторов первый фильтр, настроенный на одну из частот спектра выходного напряжения модуляторов, и измерительный прибор. 35

Данное устройство позволяет измерять составляющую обратной последователь- ности, которая выделяется фильтром, настроенным на вторую боковую частоту у + Q спектра выходного напря-, 4О ,жения модуляторов, где И вЂ” частота ,трехфазной системы переменных напря.жений1 Я вЂ” частота генератора модулирующих напряжений (2J .

Недостатком такого устройства также является частотная погрешность 45 измерений, которая возникает в результате ухода рабочей точки амплитудно-частотной характеристики фильтра с вершины на боковые склоны при отклонении частоты трехфазной систе- 50 мы напряжений.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения симметричных составляющих трехфазной системы переменных напряжений, содержащее трехфазный генератор модулирующих напряжений, три однофазных модулятора, первые выходы каждо- 60 го из которых подключены соответст венно к одному фазному проводу трехфазной системы, первый выход первого из упомянутых однофаэных модуляторов соединен с первым выходом вто- 65 рого однофазного модулятора, второй выход последнего связан с первым вы-, ходом третьего однофазного модулятора, при этом второй выход последнего связан с одним выводом регистрирующего прибора, а также первый фильтр, введены второй фильтр, нормирующий усилитель, регулятор калибровки и переключатель, первый входной контакт которого связан с вторым выходом первого однофазного модулятора, первый выходной контакт переключателя через последовательно соединенные первый фильтр и регулятор калибровки подключен к другому выводу регистрирующего прибора, второй выходной контакт переключателя.подключен к входу второго фильтра, выход которого через нормирующий усилитель соединен с вторым входным контактом упомянутого переключателя.

На чертеже изображена структурная схема устройства для измерения симметричных составляющих трехфазной системы переменных напряжений.

Устройство содержит генератор 1 модулирующих напряжений, соединенный с переключателем 2 порядка чередования фаз, выходы которого подключены ко входам 3, 4 и 5 однофазных модуляторов б, 7 и 8. K другим входам 9, 10 и 11 этих модуляторов подсоединены фазные провода трехфаз|ной системы переменных напряжений

А, В, С. Выходы модуляторов 12, 13 и 14 соединены последовательно между собой и образуют два выходных зажима 15 и 16 модуляторов.

Устройство включает также последовательно соединенные между собой первый фильтр 17, регулятор 18 калибровки и регистрирующий прибор 19, один из зажимов которого подсоединен к выходному зажиму 16 модуляторов.

Кроме того, в устройстве имеются переключатель Измерение - Калибровка 20 (контакты 21, 22, 23, 24, 25 и 26) и последовательно соединенные между собой второй фильтр 27 и нормирующий усилитель 28, причем вход 29 второго фильтра 27 соединен с контактом 23 переключателя 20, а выход 30 нормирующего усилителя 28 соединен с контактом 22 этого переключателя. Контакт 21 переключателя

20 подсоединен к выходному зажиму

15 модуляторов, а контакты 24 и 25 этого переключателя подключены ко входу 31 первого фильтра. 17 °

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Напряжения отдельных фаз трехфаэной системы A В, С подаются на входы 9, 10 и 11 модуляторов б, 7 и 8. При наличии несимметрии эти напряжения можно представить через симметричные составляющие

1129563

О =Up pinЯ1+О »э пы1102,» мпи1

U =Оо пы1+О, Gin(Qt+ — ) О2 пIIdt — )

Uc= Up si»Idt 4 Un in (Ipti — ) О2„, п(и< — 1, 5

ГдЕ UО» U,п 021П вЂ” аМПЛИтУДЫ СИМметричных составляющих нулевой, прямой и обратной последовательностей соответственно.

На другие входы 3, 4 и 5 модуляторов 6, 7 и 8 с выхода генератора

1 модулирующих напряжений через переключатель 2 порядка чередования фаэ подается трехфазная система модулирующих напряжений в виде, напри- 15 мер, однополярных прямоугольных импульсов частоты Я, длительность. которых равна паузе между ними (скважность равна двум)

20,1 2 1

"ма * — „+ X. — Sin (2 Э -<) gt и и с.1 25-

,2" л

Омв p - — +in (2<-<) (ЬЙ+ — l ь 6 1 2 -1

Ом =- = g.(û )(п .Ы

2 " = Я9-1

25 где 5 †. Ряд чисел 1, 2, 3, В каждом из модуляторов производится перемножение модулирующих и соответствующих фаэных напряжений.

Для получения выходного сигнала результаты модуляции суммируются в общем контуре и на выходных зажимах

15 и 16 модуляторов появляется напряжение

35

Оььп=Ома О +Омв ОвОмс Uc .. (3) С учетом (1) и (2) после ряда преобразований получают при 5 = 1

Оцьа= 2Оот+n + Оов,соз(9 1- )t Осесть(п+

40 (4)

+p>)t+ U,„coo(a-Ip)t - — О„„со (бя ый+

5Ф

1 — О с05(5R M)t О2„ сОз (и 4 4))t. 3

2н 2ю

В выходном напряжении модуляторов на зажимах 16 и 17 присутствуют гармоники: >U> e ы(.,—,. О,<„со (я-ий,— „Up

1! н со (эа ы)1 частот Id, а-cd, Ъа (а сооТ ветственно, амплитуды которых пропорциональны амплитуде симметричной составляющей нулевой последователь- 55 1 ности Up ; гармоники — „О,,„„(п,д) 3

U„n,cos(5AtId)t

5ь частот я-ьа и 5 Я + ц соответственно, амплитуды которых пропорциональны 60 амплитуде симметричной составляющей ПРЯМОЙ .ПОСЛЕДОВатЕПЬНОСтИ U,nI: ГаР" моники — О су (Яь ь)) ф — О (5п-())

5т частот ьс + ы и 5 ь1 — и соответ- 65 ственно, амплитуды которых пропорциональны амплитуде симметричной составляющей обратной последовательности U2

Устройство реализует два режима работы — Измерение и Калибровка .

В режиме Измерение замыкаются контакты 21-24 и 22-26 переключателя 20 и вход 31 первого фильтра

17 подключается к выходному зажиму ,.15. Если первый фильтр настроен, например, на частоту а в спектре выходного напряжения модуляторов, то согласно (4) на выходе фильтра 17 появляется напряжение, пропорциональное амплитуде симметричной составляющей нулевой последовательности llo„„ которое через регулятор 18 калибровки попадает на прибор 19 и измеряется им.

Если первый фильтр 17 настроен, например на частоту Л вЂ” u в спектре выходного напряжения модуляторов, то согласно (4) на выходе фильтра 17 появляется напряжение, пропорциональное амплитуде симметричной составляющей прямой последовательности (lI, которое через регулятор 18 калибровки попадает на прибор 19 и измеряется им.

Аналогично, при настройке фильтра 17, например на частоту П + и прибор 19 измеряет напряжение, амплитуда которого пропорциональна симметричной составляющей обратной последовательности сети О „„ .

Можно предусмотреть в качестве первого фильтра 17 систему иэ трех фильтров, включенных параллельно и, настроенных каждый на одну из указанных частот. В этом случае при наличии трех приборов, аналогичных

19, будут одновременно измерены амплитуды всех трех симметричных составляющих..

Частоты M, 0 — М, ь2 + u или другие согласно (4) определяются стабильностью по частоте как трехфазного генератора модулирующих напряжений (частота ь1 ), так и трехфазной сети (частота ы ).

При отклонениях этих частот рабочая точка на амплитудно-частотной характеристике фильтра 17 смещается с вершины на боковые склоны и показания измерительного прибора 19 существенно меняются,т.е. повляется дополнительная частотная погрешность измерений. Цля снижения этой погрешности предусмотрен режим калибровки, который всегда предшествует режиму измерений.

В Режиме Калибровка замыкаются контакты 21-23 и 22-25 переключателя 20 и вход 29 второго фильтра

27 подсоединяется к выходному зажиму

15, а вход 31 первого фильтра 17

11295бЗ оказывается подключенным к выходу

ЗО нормирующего усилителя 28. Пусть, например, производится калибровка по прямой последовательности. При этом переключатель 2 порядка чередования фаз ставится в положении прямого порядка и трехфазная система модулирующих напряжений на его выходе описывается системой (2).

Напряжение на выходных зажимах мо- дуляторов 15 и 16 описывается урав- 10 некием (4). Оно поступает на вход:

29 второго фильтра 27. Этот фильтр настраивается на ту же частоту Р

И, что и первый фильтр 17 при измерении составляющих прямой последо- 15 вательности. Выходное синусоидаль ное напряжение второго фильтра 27 нормируется, т.е. приобретает стандартную, например, прямоугольную

:Форму в нормирующем усилителе 28, который, таким образом, может представлять собой, например, усилительограничитель. При отклонении частоты Я вЂ” Q от номинального значения на выходе 30 нормирующего усилителя 28 меняется только частота сигнала при сохранении неизменными его амплитуды и формы.

Этот сигнал через замкнутые контакты 22-25 переключателя 20 поступает на вход 31 первого фильтра

17, т.е, на выходе этого Фильтра изменение напряжения выэывается только изменением частоты входного сигнала, т.е. частоты 52

Нзменившееся значение напряжения 35 на входе первого фильтра 17 поступа-. ет на регулятор каЛибровки, который может представлять собой обычный масштабный усилитель .с .Регулированием коэффициента усиления. Снижение.40 выходного напряжения фильтра 17 компенсируется ручной подстройкой регулятора 18 калибровки, в результате чего при отклонении частоты A -u показания измерительного прибора 19: 45 не меняются.

Если калибровка производится по обратной последовательности, то переключатель 2 порядка чередования

Фаз ставится в положение обратного 50 порядка и правые части второго и третьего уравнений (2) меняются местами. Тогда выходное напряжение на зажимах 15 и 16 приобретает вид

О Х0

ЬЫ о "оп в 4>t+ (в COG(3Я у)ф, --Ц

0m om coo(3я55

О i + i) — 5 U,,с 5(5р u)t+ Б " в" () -= О вввCO5(a=4))t. 60

Пусть, например, первый фильтР

17 для измерения составляющих обратной последовательности на частоту

+ ю (см. уравнение(4)). По уравнению (5) в выходном напряжении мо- 65 дуляторов гармоника этой частоты имеет амплитуду — О„,т.е. пропор5 циональна амплитуде составляющей прямой последовательности Ц,„,.

Поэтому при данной калибровке даже при малых уровнях составляющей обратной последовательности в трехфазнОй сети в выходном напряжении (5) будет значительная амплитуда гармоники частоты (7 + (д . Это напряжение поступает, как и ранее, в режиме Калибровка, на вход 29 второго фильтра 27, который в данном случае должен быть настроен на частоту Q + 4)

Можно предусмотреть отдельные фильтры, настроенные на частоты

Я + у и 57 — И, переключение которых производится одновременно с переключателями 2 и 20. После нормирующего усилителя 28 сигнал неизменной формы и амплитуды поступает на первый фильтр 17 и затем на его уровень корректируется регулятором 18 калибровки.

Если калибровка производится по нулевой последовательности, то переключатель 2 ставится в положение нулевого порядка.

„При этом на выходе переключателя 2 присутствует модулирующее напряжение только на одном выходе, например на том, который подсоединен ко входу 3 модулятора,б, связанного по входу 9 с фазой A трехфазной ce- i ти А, В, С. Тогда в (2) U мь = Омс = 0 и уравнение (4) при 5 = 1 приобретает вид

Ьвв вОв в ввВ сОв„(в в -вввЬooo(y ввВВ)в

+ U<, & ng t + U, (co5 (u -a) t co5 (u+ g ) tg+ (6) !

> — ()qm Sin t+ —,. 0 „„(со5(ы-a)t-co5(a+a) t)

Пусть, например, первый фильтр

17 при измерении составляющих нулевой последовательности настраивается на частоту я (см. уравнение (4)).

Согласно уравнения (6) в выходном напряжении модуляторов гармоника этой частоты имеет амплитуду (g (Ö,„ И„ Ц ), т. е. даже при малйх уровнях составляющих .нулевой

Ц и обратной U< последовательностей в трехфазной сети в выходном напряжении (6) за счет(),„ будет значительная амплитуда гармоники частоты д

Это напряжение также поступает на указанную последовательную цепочку: второй фильтр 27, нормирующий усилитель 28, первый фильтр 17, регулятор 18 калибровки, измерительный прибор 19. При этом производится необходимая калибровка показаний прибора 19.

1129563

Составитель В.Скоробогатова

Редактор H.Êèøòóëèíåö Техред Л.йикеш Кцрректор A.Тяско

Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 9445/36

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4

Таким образом, предлагаемое устройство осуществляет режим калибровки и измерения и обеспечивает повышение точности измерений симметричных составляющих при отклонениях частоты 41 трехфазной сети А, В, С и частоты Я генератора модулирующих напряжений. Предлагаемое устройство имеет технические преимущества по сравнению с базовым объектом, в качестве которого может быть взят прибор Ф4330, используемый для измерения несимметрии трехфазных промышленных сетей. Устройство обеспечивает измерение амплитуд прямой, нулевой и обратной последовательностей, т.е. получение более полной информации о характере и степени несимметрии в трехфазных сетях по сравнению с базовым объектом.