Устройство для измерения мощности многофазной сети

 

Изобретение может быть использовано при разработке прецизионных измерителей мощности симметричных составлякщих многофазной сети. Цель изобретения - повьшение точности из мерения. Устройство содержит блок 1 синхронизации частоты генератора 2 опорных ортогональных гармонических сигналов, масштабно-суммирукидие блоки 3 и 4, блоки 5-12 к 17-20 умножения , блоки 13-16 усреднения с суммирующими входными элементами,сумматоры 21 и 22 и блок 23 индикации.Наличие блоков 19 и 20 умножения и сумматора 22 не влияет на точность изме- .рения, но позволяет одновременно с активной мощностью измерять также и реактивную мощность. Достижению поставленной цели способствует введение в устройство двух масштабно-суммирующих блоков -и образование новых связей между элементами устройства. В описании даны примеры выполнения масштабно-суммируняцих блоков. 2 ил. (Л . 1C со ;о а J 2Z - г

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСА ЛИК 5114 G 01 R 21/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ юли .

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3828253/24-21 (22) 21.12.84 (46) 23.06.86. Бюл. У 23 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) В.Е.Андриевский, В.В.Брайко, О.Л.Карасинский и С.Г.Таранов (53) 621 ° 317.38(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 834555, кл. С 01 R 21/06, 1979.

Авторское свидетельство СССР

У 739426, кл. G 01 R 21/00, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ МНОГОФАЗНОЙ СЕТИ (57) Изобретение может быть использовано при разработке прецизионных из- мерителей мощности симметричных составляющих многофазной сети. Цель изобретения — повышение точности изÄÄSUÄÄ 1239617 А 1 мерения. Устройство содержит блок 1 синхронизации частоты генератора 2 опорных ортогональных гармонических сигналов, масштабно-суммирующие блоки 3 и 4, блоки 5-12 и 17-20 умножения, блоки 13-16 усреднения с сумми- рующими входными элементами,сумматоры 21 и 22 и блок 23 индикации.Наличие блоков 19 и 20 умножения и сумматора 22 не влияет на точность измерения, но позволяет одновременно с активной мощностью измерять также и реактивную мощность. Достижению поставленной цели способствует введение в устройство двух масштабно-суммирующих блоков и образование новых связей мекцу элементами устройства.

В описании даны примеры выполнения масштабно-суммирующих блоков. 2 ил.

9617 2 входам сумматора 21, выход блока 19 умножения соединен с неинвертирующим входом сумматора 22, а выход блока

20 умножения — с инвертирующим входом сумматора 22. Выходы сумматоров

2 1 и 22 подключены к входам блока

23 индикации (показан условно).

Выполнение блоков 13-16 усреднения в едином узле с суммирующими

1О элементами целесообразно при выполнении их в виде интеграторов или активных фильтров на базе операционных усилителей.

Введение блоков 19 и 20 умножения и сумматора 22 не влияет на точность измерения, но позволяет одновременно с активной мощностью измерять также и реактивную. IIpM отсутствии необходимости измерения реактивной мощности эти узлы могут быть исключены из предлагаемого устройства.

Влоки 3 и 4 выполнены по одинаковой схеме (фиг. 2) . Входы блоков 3 и 4 являются входами блоков 24-29 д управляемых масштабных преобразователей, управляющие входы которых подсоединены к переключателю 5,,выходы блоков 24-26 управляемых масштаб-: ных преобразователей подключены к

ЗО входам сумматора 30, а выходы управляемых преобразователей 27-29 подключены к входам сумматора 31. Выходы сумматоров 30 и 31 являются выходами масштабно-суммирующих блоков 3 и 4 соответственно.

В ос.нову принципа работы предлагаемого устройства положены следующие соображения.

Пусть заданы rn-фазные системы напряжений и токов, причем каждые напря40 жение и ток являются периодическими и описываются зависимостью (М вЂ” "м к " »(" 4 гк1 i

1 123

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к области измерения мощности многофазных сетей переменного тока, и может быть использовано при разработке пре циэионных измерителей мощности симметричных составляющих многофаэной, в частном случае трехфазной, сети.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2пример выполнения масштабно-суммирующих блоков.

Устройство содержит блок 1 синхра низации частоты генератора 2 опорных ортогональных гармонических сигналов, масштабно-суммирующие блоки

3 и 4, блоки 5-12 умножения, блоки

13-16 усреднения с суммирующими вход

Йыми элементами, блоки 17-20 умножения, сумматоры 21 и 22, блок 23 индикации.

Входные шины фазных токов, i è напряжений U», Б,...,П,„, где ш — количество фаз в многофаэной сети„подключены к входам масштабносуммирующих блоков 3 и 4, причем вход блока 1 синхронизации подключен к первой фазной системе напряжения, а его выход соединен с управляющим входом генератора 2. Выход блоков 3 и 4 попарно подключены к первым входам блоков 5 и 6,7 и 8,9 и 10,11 и

12 умножения. Вторые входы блоков

5,8,9 и 12 умножения соединены с первым выходом генератора 2, а второй выход генератора 2 соединен с вторыми входами блоков 6,7,10 и 11 умножения ° Выходы блоков 5 и 7,9 и

11 умножения подключены к неинвертирующим входам блоков 13 и 15 усреднения соответственно. Выходы блоков

6 и 10 умножения соединены с неинвертирующими входами 14 и 16 усредне ния, а выходы блоков 8 и 12 умножения подсоединены к инвертирующим входам блоков 14 и 16 усреднения соответственно. Выход блока 13 усреднения соединен с первыми входами блоков

17 и 19 умножения, выход блока 14 усреднения соединен с первыми входами блоков 18 и 20 умножения, выход блока 15 усреднения соединен с вторы ми входами блоков 17 и 20 умножения, выход блока 16 усреднения соединен с вторыми входами блоков 18 и 19 умно» жэния. Выходы блоков 17 и 18 умноже ния подключены к неинвертирующим со

» Ф - vp s " »

К Ф! где U<,.„— амплитуда;

4 „, — начальная фаза K-ой гармоники напряжение фазы Г

F †. 1, 2,..., ш

Ih»FK амплитудаj

< „ - начальная фаза К-ой гармо. ники тока фазы

Q» — угловая частота первой гармоники.

Определим комплексные амлитуды

S-ой последовательности К-ых гармоник напряжения и тока m-фазой -сети. з 1

Разложив (1) в тригонометрический ряд Фурье, получим косинуснь1е и синус ные ортогональные составляющие гармоник напряжения и тока в каждой фазе F:

239б17, о . где а „ — косинусная, а b „ — синусная составляющие амплитуды

К-ой гармоники напряжения и (t);

С „ — косинусная, а d „- синусная составляющие амплитуды К-ой гармоники тока

IF(t);

2 fili

20 „, сов — 5(F-1) c1in 5(Г-1) о1Fx

) и

sin "— 5(F-1) ск

coe — 5(F-1) 2и

Sin " 5(F-1) 2 x

Т вЂ” — период напряжения и тока.

Я1

Подставив выражения (1) в формУлы (2) и выполнив интегрирование, получим ,Ъ

30 с1FK=UìFK sin 111ск s ск™мрк соо 1 ск

CFx м к " 1d FK 1

1(гк м к co s YFK ° (3) 1 2 1 . 2 — cos S(F-1) и sin

5 П1

m III Ш

S(F-1), вынесем интеграл за знак суммы, а в подинтегральных выражениях вынесем за скобки общие множители

40 соз К Я,t и sI.n tt и введем следующие обозначения:

Значения комплексных амплитуд фазных напряжений и токов можно выразить следующим образом:

1мкx=b«+ja«, I„ „d„„i),„

2л

co@ — 5 (F-1)

0, =, 0 с(t) Симметричные составляющие напряже-4о ний и токов S-ых последовательностей многофаэной системы можно представить в виде

2л

sin — 5(F+) u, = н„ф

С1

2 ъ

m co1I —" 5(F-1) з-Z с(tJ

Fccl — а (1 мок Д- м с к

Fc I 4 1 — з(С-11 Мок й1 - Мкк 1

Fc\

50 п зю — 5(с-11

Яи

i â "=Е 4(Ф) Fcl (8) где 8 О, 1, 2,..., (m-1) — номеР симметричной. составляющей напряжения и тока;

Т с,„.К,Ф cosk tdt; о

Т

Ь,„o >J Ucttl sin kco,tdt; о

Т, с „.— Jicttl coo ken tdt о

Т

d„„- — J,,Я.s с kro,1Й, 4

F = 1, 2, 3,..., m — номер фазных напряжений и тока; а = е — фазовый оператор сдвига.

5(F-1)

5 Представим а в виде суммы действительной и мнимой частей, тогда получим .7а

Я5(с-11 а { =Е сео — 5(F-1) 15in — 6(Е-1). (6l

Щ m

Подставив выражения (4) и (6) в (5) и разделив действительную и мнимую части, получим косинусную и синусную составляющие напряжения и тока S-ой последовательности

2н 2 щ Соз — 5(F-1) щ Sin — 5(F-1) + Ytt lsI кь,„

С=1 F=1 Ю

m соб — 5{F -1) nt с -, с„g ) F--1 Fc1

Подставив в выражение (7) зависиости (2), внесем, затем под знак интеграла постоянные коэффициенты

После этих преобразований выражения (7) можно представить в виде

1239617

Л,„= — fall Ки 46!nkvd,t)dt; о

Т

И у и з " з11 фй о т

2 ("( (cos tu 4 q>II $yф о т

3,Д . ° — J(l сов 1иА- i," tl» k,t)dt о

Полная мощность S-ой последовательности К-ой гармоники определяется из выражения 25

Подставив в (11) Формулы (10), получим

5 =(Ь 3 .д к С К (С КД „- Ь ЗК Сe r) Iä) откуда зк Ьвк зк зксзк >

О pg " ry I%qy, Ьзк c II ° (13) Выражения (8), (9) и (13) являются теоретической основной предлагаемого устройства. 40

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Фазные напряжения и токи подаются на входы масштабно-суммирующих блоков 3 и 4, коэффициенты передачи которых по входам, подключенным к ши1 27 нам F равны — cos — S(F-1) и

m ш — sin S(F-1). Зти коэффициен1 . 2Ф ш ш ты изменяются в зависимости от номера исследуемой последовательности при помощи переключателя S.При помощи последнего происходит управление коэффициентами передачи управляемых мас штабных блоков преобразователей 24-29, причем выходные напряжения управляе- мыхмасштабных блоков преобразователей

По аналогии с выражением (4) комплексные амплитуды напряжений и токов S-ой последовательности К-ых гармоник m-Фазной сети равны к 1"

Оък+1 Ц вк 20 (10) зк зк 1 зк

24-26 подаются на входы сумматора 30, а управляемых масштабных блоков преобразователей 27-29 — на входы сумматора 31. Таким образом, на выходах сумматоров 30 и 31 формируются напряжения,, пропорциональные соответственно величинам U

Э 3 к 5 1 Q Ь которые определяются Формулами (8).

Генератор 2 формирует опорные ортогональные гармонические сигналы

cos Kut u sin Kgg t, частота которых

К д синхронизируется с частотой сети о при помощи блока 1 синхронизации. После перемножения выходных сигналов блоков 3 и 4 с выходными сигналами генератора 2 в блоках 5-12 умножения они подаются на соответствующие входы блоков 13-16, на выходах которых формируются сигналы

+ dI + % а q азу, > сз I1gy, Описываемые выражениями (9) . Выходные сигналы блоков 13-16 усреднения подаются на входы блоков 17-20 умножения, выходные величины которых суммируются в сумматорах 21 и 22 в соответствии с выражениями (13). Выходные сигналы сумматоров 21 и 22, пропорциональные активной и реактивной мощности симметричных составляющих измеряемой S-ой последовательности К-ых гармоник, подаются на входы блока 23 индикации, Повышение точности и упрощение достигаются тем,что для определения косинусных и синусных ортогональных .Составляющих S-ой последовательности

К-ых гармоник используется генератор, имеющий только два выходных сигнала, находящйхся в квадратуре.Зто позволяет повысить точность задания опорных сигналов генератора 2 до 0,05Х,что

ПОЗВОЛЯЕТ HSME!PHTb МОЩНОСТЬ С ТОЧНОстью 0,1Ж (это примерно в пять разлуч ше чем у известного устройства),при этом сразу достигается упрощение устройства, так как отпадает необходимость в сложном многофазном генераторе, который для случая m-фазной сети должен иметь 2m выхода. При изменении номера измеряемой последовательности генератор 2 не надо перестраивать, что также способствует упрощению устройства. Введение блоков 3 и 4, которые строятся на базе прецизионных резисторов и операционных усилителей не приводит к усложнению устройства, так как эти блоки выполняются по широко известным в области аналоговой

Составитель С.Кабиков

Техред О.Сопко Корректор М.Демчик. Редактор Л.Гратилло

Тираж 728

Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5..Заказ 3390/44

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 1239 вычислительной техники схемам, просты в наладке и обеспечивают высокую точность реализации функции преобразования в соответствии с выражениями (8).

Формула изобретения

Устройство для измерения мощности многофазной сети, содержащее десять блоков умножения, четыре блока усред- 1О нения, сумматор, а также блок синхронизации, выход которого соединен с входом генератора опорных сигналов, первый выход которого подключен к первым входам первого и второго блоков умножения, а второй выход — к первым входам третьего и четвертого блоков умножения, входы первого блока усреднения соединены с выходами первого и пятого блоков умножения соответственно, входы второго блока усреднения соединены с выходами второго и шестого блоков умножения соответственно, входы третьего блока усреднения соединены с выходами третьего и седьмого блоков умножения соответственно, входы четвертого блока усреднения соединены с выходами четвертого и восьмого блоков умножения соответственно, входы девятого блока умножения подключены к выходам перво-. го и третьего блоков усреднения соот617 8 ветственно, входы десятого блока ум-. ножения подключены к выходам второго и четвертого блоков усреднения соответственно, входы сумматора соединены с выходами девятого и десятого блоков умножения, а выход сумматора является выходом устройства, о тл и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности измерения, в него введены два масштабно-суммирующих блока, причем первый выход генератора опорных сигналов подключены к первым входам седьмого и восьмого блоков умножения, а второй выход — к первым входам пятого и шестого блоков умножения, входы первого масштабно-суммирующего блока соединены с входными шинами фазных напряжений исследуемой сети, первый выход — с вторыми входами первого и шестого блоков умножения, второй выход — с вторыми входами второго и пятого блоков умножения, входы второго масштабно-суммирующего блока соединены с входными шинами фазных токов исследуемой сети, первый выход — с вторыми входами четвертого и седьмого блоков умножения, второй выход — с вторыми входами третьего и восьмого блоков умноженияя а вход блок а синхро низ ации подключен к одному из входов первого масштабно-суммирующего блока,