Устройство для измерения коэффициента обратной последовательности напряжения

 

Использование: в электротехнике для измерения коэффициента обратной последовательности напряжения, например, в трехфазных электрических сетях. Сущность изобретения: устройство для измерения коэффициента обратной последовательности напряжения содержит источник исследуемого трехфазного напряжения, измерительный орган, синхронную машину, блок симметрирования, фильтр-трансформатор, заградительный фильтр и фильтр напряжения удвоенной частоты. 1 ил.

Изобретение предназначено для измерения коэффициента обратной последовательности напряжения в соответствии с ГОСТ 23875-88 [1] и ГОСТ 13109-87 [2] и может быть использовано в электрических сетях трехфазного тока частотой 50 (60) Гц для оценки данного показателя качества электроэнергии в соответствии с требованиями стандартов.

Коэффициент обратной последовательности напряжения представляет собой отношение действующего значения напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжения к соответствующему напряжению прямой последовательности. Стандартом [1] допускается вместо напряжения прямой последовательности использовать номинальное напряжение. При этом коэффициент обратной последовательности напряжения в соответствии с [2] равен K_2U= 100 . (1) Таким образом, измерение коэффициента обратной последовательности напряжения сводится к измерению U₂ и последующему умножению его на постоянные коэффициенты.

Известны устройства (принятые за аналог) для измерения напряжения обратной последовательности (и соответственно коэффициента обратной последовательности напряжения), основанные на использовании фильтров напряжения обратной последовательности [3] представляющие собой электрическую схему, реализующую выделение напряжения обратной последовательности в соответствии с выражением = (+a+a) (2) где , , векторы фазных напряжений несимметричной трехфазной системы; а e оператор поворота.

Известные схемы фильтров напряжения обратной последовательности построены на активных, индуктивных, взаимоиндуктивных и емкостных элементах. Они осуществляют поворот вектора на угол 120^о, вектора на + 120^о и затем суммирование трех напряжений в соответствии с (2).

Практически приходится измерять весьма малые значения U₂, не превышающие в лучшем случае 10% от номинального напряжения. По стандарту [2] максимально допустимое значение составляет 4% Поэтому определение U₂ по соотношению (2) практически сводится к определению малой величины путем векторного суммирования больших величин. При этом даже очень малая погрешность одного из слагаемых в (2) приводит к резкому возрастанию погрешности результата. Практически это означает необходимость чрезвычайно жестких требований к точности подбора и стабильности всех схемных элементов (как активных, так и реактивных) фильтров напряжения обратной последовательности, однако и при этом результирующая погрешность оказывается недопустимо высокой.

В практике наиболее часто используются фильтры напряжения обратной последовательности и соответственно приборы для измерения коэффициента обратной последовательности напряжения, схема которых выполнена на активных и емкостных элементах. Такие приборы описаны в [3] и приняты в качестве прототипа. Прототип содержит источник исследуемого трехфазного напряжения, фильтр напряжения обратной последовательности и измерительный орган.

Однако таким приборам в полной мере присущи недостатки аналогов, указанные выше и обусловленные неточностью подбора параметров активных и емкостных элементов фильтра, а также их нестабильностью во времени под воздействием внешних факторов, что приводит к низкой точности. Так, выпускавшиеся в нашей стране приборы для измерения коэффициента обратной последовательности (прототип) имели основную погрешность 20% и по этой причине их выпуск был прекращен. Лучшие зарубежные образцы таких приборов (Австрия) имеют основную погрешность 10% Целью изобретения является повышение точности измерения коэффициента обратной последовательности напряжения.

Для этого устройство, содержащее источник исследуемого трехфазного напряжения и измерительный орган, согласно изобретению снабжено синхронной электрической машиной, блоком симметрирования, фильтр-трансформатором, заградительным фильтром и фильтром напряжения удвоенной частоты.

При этом сигнал, пропорциональный напряжению обратной последовательности, снимается с обмотки возбуждения ротора в виде напряжения удвоенной частоты по отношению к частоте питающего напряжения.

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит источник исследуемого трехфазного напряжения 1, блок симметрирования 2, фильтр-трансформатор 3, синхронную машину 4, переключатель 5, пусковой резистор 6, заградительный фильтр 7, источник постоянного напряжения 8, фильтр напряжения удвоенной частоты 9, измерительный орган 10 и блок контроля синхронизма 11.

Схема подключена к источнику трехфазного напряжения 1, для которого необходимо измерить коэффициент обратной последовательности напряжения.

Блок 2 служит для коррекции несимметрии, определяемой несовершенством и неточностью изготовления синхронной машины 4 и фильтр-трансформатора 3. Выводы обмотки возбуждения ротора синхронной машины 4 подключены к переключателю 5, который в одном положении подключает эту обмотку к пусковому резистору 6, а в другом положении к источнику постоянного напряжения 8 через заградительный фильтр 7. Кроме того, к выводам обмотки возбуждения ротора через фильтр напряжения удвоенной частоты 9 подключен измерительный орган 10, со шкалы которого считывается величина измеренного коэффициента обратной последовательности напряжения. Блок контроля синхронизации 11 служит для индикации синхронного режима работы синхронной машины 4.

В качестве источника исследуемого трехфазного напряжения 1 используются вторичные выводы измерительных трансформаторов напряжения 100 или 220 В. Блок симметрирования 2 содержит подстроечные резисторы и предназначен для компенсации дополнительной несимметрии, вносимой за счет неточности изготовления синхронной машины 4 и фильтр-трансформатора 3. Фильтр-трансформатор 3 служит для согласования величины напряжения источника 1 и рабочего (номинального напряжения) синхронной машины 4. Кроме того, вторичная обмотка фильтр-трансформатора 3, соединенная треугольником, является фильтром напряжения 3-ей гармоники. В качестве синхронной машины 4 может быть использован сельсин, работающий в режиме обычной синхронной машины. На период пуска обмотка ротора подключается к пусковому резистору 6, а затем переключателем 5 к источнику постоянного напряжения 8 через заградительный фильтр 7, задачей которого является исключение возможности замыкания переменной составляющей напряжения обмотки возбуждения на внутреннее сопротивление источника 8. В простейшем случае фильтр 7 представляет собой катушку индуктивности. Фильтр 9 служит для исключения попадания постоянного напряжения источника 8 на измерительный орган 10, а также выделения из переменной составляющей напряжения обмотки возбуждения напряжения удвоенной частоты по отношению к частоте источника 1.

Устройство работает следующим образом.

Переключатель 5 устанавливается в положение, когда обмотка возбуждения подключена к пусковому резистору 6. После подачи напряжения синхронная машина в режиме асинхронного пуска разгоняется до подсинхронной скорости, после чего переключатель 5 переключают на источник постоянного напряжения 8 и синхронная машина втягивается в синхронизм. Блок 11 служит для контроля синхронного режима. Если исследуемые напряжения симметричны и содержат только составляющие прямой последовательности, то в синхронном режиме обмотка возбуждения ротора неподвижна относительно вращающегося магнитного поля и в этой обмотке не наводится никакого переменного положения. При наличии в разложении трехфазной системы напряжений составляющих обратной последовательности эти напряжения образуют вращающееся магнитное поле, направление вращения которого встречно направлению вращения основного поля, создаваемого напряжением прямой последовательности. Следовательно, направление вращения поля обратной последовательности противоположно направлению вращения ротора. Причем при угловой частоте вращения поля прямой последовательности ω относительная частота вращения ротора и поля обратной последовательности составляет 2 ω. При этом в обмотке возбуждения наводится переменное напряжение частоты 2 ω. В частности, при частоте исследуемого напряжения 50 Гц будет наводиться напряжение частотой 100 Гц. Это напряжение подается на частотно-избирательный фильтр 9 и с него на измерительный орган 10, отградуированный с учетом постоянного коэффициента, содержащегося в выражении (1). При этом зависимость значения напряжения частоты 2 ω от значения коэффициента напряжения обратной последовательности практически линейна.

Блок симметрирования служит для исключения влияния на результаты измерения погрешностей изготовления данного конкретного экземпляра асинхронной машины 4 и трансформатора 3. Практически настройка схемы осуществляется после изготовления прибора и подачи на него полностью симметричной системы напряжений, содержащей только составляющие напряжений прямой последовательности. При этом, регулируя с помощью блока 2 значения напряжений, подаваемых на трансформатор 3, по модулю и аргументу, добиваются нулевого показания измерительного органа 10.

Блок контроля синхронизма 11 в простейшем случае представляет собой вращающийся диск, насаженный на вал синхронной машины 4 и освещенный неоновой лампой.

Устройство может быть использовано и для измерения коэффициента обратной последовательности тока. При этом блок 1 представляет собой преобразователь фазных токов в пропорциональные напряжения, например, трансреакторы.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее источник исследуемого трехфазного напряжения и измерительный орган, отличающееся тем, что оно снабжено синхронной машиной, блоком симметрирования, фильтром-трансформатором, заградительным фильтром и фильтром напряжения удвоенной частоты, причем источник исследуемого трехфазного напряжения подключен через блок симметрирования к статорной обмотке синхронной машины, а ее роторная обмотка подключена через заградительный фильтр к источнику постоянного напряжения и через фильтр напряжения удвоенной частоты к измерительному органу.

РИСУНКИ

Рисунок 1