Устройство для измерения параметров электрической цепи

 

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей - достигается путем измерения коэффициента реактивной мощ;кости (синуса фазового угла между .-.-. I iS i; -.-.if:; С. напряжением и током), что в совокупности с измеренным коэффициентом активной мощности и порядком чередования фаз в сети дает возможность однозначно определить фазовый угол.Для этого в устройство дополнительно введены блок 18 квадратурного сдзига фаз, второй 11 и третий 17, переключатели и второй ключ 12 на транзисторной паре 13 и дкоде 14. Устройство содержит трансформатор 1 тока, первый ключ 2, в качестве которого может быть использован компенсированный транзисторный ключ,содержащий транзисторную пару 3 и диод 4, первый переключатель 5, диод 6, резисторы 7 и 8, переменный резистор 9, амперметр 10, трансформатор 15 тока и резистор 16 в цепи управления. 1.з.п. ф-лы, 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (511 4 С Oi R 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ! (21) 3853271/24-21 (22) 11.02.85 (46) 07.09.86.. Вюл. N 33 (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.И.Ленина (?2) В.У.Кизилов, Л.В.Лось и А.И.Чернявский (53) 621.317.38(088.8) (56) Патент США 1(3621392, кл. 324-142, 1971.

Авторское свидетельство СССР

У 1155955, кл. G 01 R 21/00, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изоб- ретения — расширение функциональных возможностей — достигается путем измерения коэффициента реактивной мощ.ности (синуса фазового угла между напряжением и током), что в совокупности с измеренньи коэффициентом активной мощности и порядком чередования фаэ в сети дает воэможность однозначно определить фазовый угол,Для этого в устройство дополнительно введены блок 18 квадратурного сдвига фаз, второй 1! и третий 1?, переключатели и второй ключ 12 на транзисторной паре 13 и диоде 14. Устройство содержит трансформатор 1 тока, первый ключ 2, в качестве которого может быть использован компенсированный транзисторный ключ,содержащий транзисторную пару 3 и диод

4, первый переключатель 5, диод 6, резисторы 7 и 8, переменный резистор

9, амперметр 10, трансформатор 15 тока и резистор !6 в цепи управления.

1,э,п, ф лы 3 иле

1255947

Изобретение относится к контроль-но-измерительной технике и предназначена для измерения параметров электрической цепи переменнага гока.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности изм=рения коэффициента реактивной мощности, /синуса фазового У1ла между напояжением и током/ что в совскупнОсти с иэмеренньР1 КОэффициентОм ак—

"ивной мощности,цаст возможность однозначно определить фазовый угол, а также эа. счет определения порядка чередования фаз в трехфаэной сети.

На фиг. 1 приведена принципи ль= ная схема предлагаемого устройства„на фиг. 2 — то же, вариант исполнения на фиг. 3 — векторнье диаграммы,, используемые для определения порядка чередования фаз.

Устройство содержит трансформатор така (например, измерительные таковые клещи) 1, к вторичной обмотке которого подключены управляюшие входы ключа 2, в качестве которого может быть использован компенсированный транзисторный кноч„ содержащий транзисторную пару 3 и диод ч, первый переключатель 5, диод 6, резисторы

7 и 8, переменный резистор 9, амперметр 10, второй переключатель 113

BTOpOH KIIIO I 1 2, OOpC!pIKé3IIHÉ TOIIH I Oторную пару 13, диод 14, а также трансформатор 15 тока и резистор 16 в цели управления, третий переключатель 17 и блок l8 квадратурнаго сдвига фазы. Первый вывод ключа 2 подключен к подв1вкному контакту переключателя 5., первому выводу диода 6 I первому выводу резистора 7, второй вывод диода 6 соединен с вторым не-. поцвнжным контактом переключа еля

5 и первым выводом резистора 8,второй вывод резис";îðà 8 соединен с первой входной пинай напряжения, а. второй вывод резистора 7 соединен через послецавательно соединенные ле=. ременный резистор 9 и амперметр 10, с подвижным контактом переклк31ателя

11 и с перв»3м непод11ижн»п1 кон GKToM переключателя 5. Первый и второй неподвижные контакты переключателя

11 пОдключены сООтветственна к втО рым выводам ключа 2 и ключа 12,первый вывод ключа 1? соединен с первым выводОм кл10ча 2 . Управляющие Bjjop»3 KJI o ча 1 2 подк IK)3131 H»l к 1 ер13ай H Второй

4 fj

:c

"3

j!"

31 3

15 0. .3 входным шинам напряжения соответственно. Второй вывод резистора 7 подключен к подвижному контакту переключателя 17, неподвюкные контакты которого подключены к второй входной шине напряжения и к выходу блока 18 квадратурн<зго сдвига фазы, а выходы блока 18 квадратурного- сдвига фазы подключены к соответствующим вхбдным шинам напряжения.

Блок 18 квадратурнаго сдвига фазы содержит резисторы 19 и 20, переменный резистор 21, конденсатор 22,включенные по мостовой схеме таким образом, что общая точка резистора 19 и переменного резистора 21 подключена к второй входной шине напряжения, а к первой шине напряжения подключена общая точка резистора 20 и конденсатора 22, общая тачка переменного резистора 21 и конденсатора 22 соединена е вторым неподвижным контактом переклю" чателя 17,а к общей точке резисторов

19 и 20 (Образующих делитель входно- . го напряжения) подключен второй вывод резистора 8, Устройство дополнительно содержит переключатель 23, причем второй управляющий вход ключа 12 подключен к второй входной шине напряжения через переключатель 23, другой неподвижный контакт -оторого соединен с третьей входной шиной напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Измерение коэффициента мощности производится в два этапа. Сначала переключатель 5 шунтирует цепь,содержащую ключ 2. Изменяя величину переменного резистора 9, выставляют на шкале амперметра 10 "1", что соОтветствует U = 1.

Затем переключателем 5 шунтируется диод 6 и при этом напряжение с входных пин напряжения подается через резистлр 8 на ключ 2. Измеряемый ток подается на управляющие входы ключа

2 с вторичной обмотки трансформатора тока 1. Средний ток, протекающий через амперметр 10, пропорционален ц„cos

P калибровке показания прибора пропорциональны коэффициенту мощности.Переключатели 11, 17 и 23 при это находятся в положении а

Измерение коэффициента реактивной мощности производится следующим образом.

1255947

Переключатель 5 устанавливают в положение а, переключатели 11 и

17 в положение 5 . При этом напряжение с резистора 7 приложено к выводам ключа 12, ток нагрузки составляет незначительную величину по сравнению с током делителя, образованного резисторами 7 и 8, что исключает фазовый сдвиг и возможное искажение формы кривой напряжения 10 три работе ключа 12.

Измеряемый ток подается в коллекторную цепь транзисторов 13 ключа

12 с вторичной обмотки трансформатора 15 тока. Диод 14, включеный в <5 цепи база-коллектор транзисторов

13 ключа 12,, ограничивает величину обратного напряжения в тот полупериод, когда транзисторный ключ

12 заперт, и обеспечивает нормаль- 20 ную работу трансформатора 15 тока в этот полупериод. Транзисторный ключ 12 открыт в тот полупериод входного сигнала, когда напряжение коллекторов положительно по отношению к напряжению баз (при р-и-р транзисторах 13 ключа 12).

Изменяя величину сопротивления переменного резистора 21, добиваются равенства нулю тока, протекающе- 30 го через амперметр 10, что свидетельо ствует о сдвиге фаз, равном 90,между входным напряжением и напряжением с выхода блока 18 (напряжение сдвио

Э нутое на 90, относительно входного З5 напряжения).

Переключатель 5 устанавливают в положение 3, а переключатели 11 и

17 в положение и и, изменяя сопротивление переменного резистора 19, щ устанавливают ток через амперметр

10, соответствующий отклонению его стрелки на полную шкалу, который пропорционален выпрямленному входному напряжению 45 20 в (1) где U — амплитуда входного напряжения; R> — суммарное сопротивление 50 цепей нагрузки.

Следует отметить, что данная операция (настройка амплитуды) практически не влияет на установленный ра о нее 90 сдвиг между входным напряже-55 нием и напряжением на выходе блока

18, так как величина сопротивления переменного резистора 9 велика.

Переключатели 5 и 11 устанавливают в положение л, переключатель

17 в положение b . При этом измеряемый ток подается в цепь база-коллектор ключа 2 вторичной обмотки трансформатора 1. Диод 4, включенный в цепи база-коллектор транзисторов 3 ключа 2, выполняет функцию,аналогичную диоду 14.

B зависимости от фазового сдвига между током и напряжением, сдвинуо тым на 90 относительно входного напряжения, средний ток, протекающий через нагрузку, определится по формуле:

11+ Ц где з п — искомый коэффициент реактивной мощности.

Из определения величины среднего тока видно, что, если амплитуда входного напряжения будет постоянна, а ключи 2 и 12 идентичны, то среднее значение измеряемого тока будет пропорционально величине коэффициента реактивной мощности.

Независимость показания устройства от Бщ достигается предварительной калибровкой прибора как указано -R" ) к

Таким образом, прибор покажет величину и знак коэффициента реактивной мощности.

В сококупности с определением коэффициента активной мощности точно определится квадрант фазового угла.

Следует отметить, что ошибка, связанная с изменением частоты сети, отсутствует, так как непосредственно перед определением sing производится предварительная установка на выходе блока 18 сдвига фазы на 90 относительно напряжения контролируемой цепи, а также используются те же элементы схемы, что и при определении

cos Ч.

Предлагаемое устройство позволяет определять порядок чередования фаз в трехфазной системе.

Необходимо учесть, что в этом случае к схеме прикладываются не фазные, а линейные напряжения и элементы должны быть рассчитаны на рассеиваемую в этом режиме мощность.

Определение порядка чередования фаз в трехфазной системе напряжений производится следующим образом.!

2559ч7

Примем в качестве опорного одно из линейных напряжений АХ (абозначив

I шину входного напряжения А,,Т1

III — Y). Установим переключатели 17 и 11 в положение 3 у переключатели

5 и 23 в положение а . Изменяя величину переменного резистора 21„ устанавливаем ток через амперметр 10 равным нулю, что свидетельствует о о наличии 90 сдвига между входным напряжением АХ и напряжением выхода блока 18 сдвига фазы на 90— — АХе

j9D

Установим переключатель 23 в поло- 15 жение 8, остальные переключатели остаются в прежнем положении. При этом по первичной обмотке трансформатора !

5 будет протекать ток, пропорциональный напряжению AY.

Средний ток, протекающий через ,нагрузку в полупериод, когда ключ

12 будет открыт, определится: !

ЗО где оС вЂ” угол между векторами АХе и AY.

Если ток, протекающий через ам— перметр 10, положительный (cosy > О) при выбранном способе включения обмоток трансформатора 15, то фаза Х является фазой В, Y фазой С, так 9оо как угол между векторами АХ е и — ъ о

AY меньше 90 (фиг. За) . Если ток, протекающий через амперметр 10, ат- 4О рицательный (cos a О, 90 + о 180 ), то фаза Х является фазой С, а фаза

Y фазой В (фиг. 3S).

Таким образом, предлагаемое устройство имеет возможность определить 45 порядок чередования фаз в трехфазной системе напряжений.

Следует отметить, что расширение функциональных возможностей достигНуто при отсутствии источника питания.

Измерение коэффициентов реактивной и активной мощности, определение порядка чередования фаз в трехфазной системе напряжений в комплекте с токовыми клещами позволят быстро, надежна и удобно измерять важнейшие энергетические параметры при работе потребителей электроэнергии без разрыва цепей, и использовать устройства для цепей оперативного контроля качества нагрузки фидера.

Таким образом, технико-экономическое преимущество изобретения заключается в расширении функциональных возможностей предлагаемоro устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения параметров электрической цепи, содержащее первый ключ, диод, первый и второй резисторы, первый переключатель, трансформатор тока, переменный резистор и амперметр, первый вывод которага подключен к первому неподвижному контакту первого переключателя, а второй вывод через переменный резистор — к первому выводу первого резистора, второй вывод которого соединен с первым .-::.водам диода,подвижным контактом первого переключателя и первым выводом первого ключа, управляющие входы которого подключены к вторично:."- обмотке трансформатора тока, причем второй вывод диода соединен с вторым непацвижным контактом первого переключателя и врез второй резистор - с первой входной шиной напряжения, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него вве ены блок квадратурного сдвига фазы, второй и третий переключатели и второй ключ, первый вывод которого соединен с первым выводом первого ключа, а второй вывод — с первым неподвижным контактом второго переключателя, подвижный контакт которого подключен к первому выводу амперметра а второй неподвижный контакт— к второму выводу первого ключа, причем вхэды блока квадратурнага сдвига фазы соединены с соответствующими входными шинами напряжения а выход

7 с первым неподвижным контактом третьего переключателя, второй неподвижный контакт которого подключен к второй входной шине напряжения, а подвижный контакт — к первому выводу первого резистора.

2. Устройство по и. 1, а т л ич. а ю щ е е с я тем, чта, с целью расширения функциональных вазможностей за счет обеспечения возможности

7 1255947 8 определения порядка чередования фаз введенный четвертый переключатель, в трехфазной сети, второй управля- другой неподвижный контакт которого ющий вход второго ключа-подключен к соединен с третьей входной шиной напвторой входной шине напряжения через ряжения.

ЖУ)

Составитель С.Кабиков

Редактор Р.Цицика Техред Л.Сердюкова КорректорЛ.Патай

1 .,Заказ 4817/44 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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