Измеритель реактивной мощности

Авторы патента:

Митяев Александр Николаевич (RU)

Степанов Владимир Исаакович (RU)

Степанова Анастасия Владимировна (RU)

Попова Марина Анатольевна (RU)

G01R21/06 - путем измерения тока и напряжения (G01R 21/08- G01R 21/133 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2293340:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах компенсации реактивной мощности (РМ). Технический результат - повышение точности измерения. Для достижения данного результата в измеритель РМ введен блок определения характера РМ. Сигнальные входы блока определения характера РМ подключены к выходам блока выделения постоянной составляющей сигнала РМ, один из управляющих входов подключен непосредственно к выходной обмотке измерительного трансформатора напряжения, а другие - к выходной обмотке измерительного трансформатора напряжения через сдвигающее устройство. Блок определения характера РМ содержит инвертор сигнала и переключающие ключи, которые в зависимости от полярности управляющих напряжений подключают выход блока определения характера РМ либо непосредственно к его входу, либо через инвертор сигнала. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительных преобразователях реактивной мощности как при синусоидальных, так и при несинусоидальных формах напряжения и тока, а также в качестве датчика реактивной мощности при учете реактивной энергии. Реактивная мощность (РМ) характеризует энергию, потребляемую от источника, идущую на создание электрического и магнитного полей в нагрузке и возвращаемую в источник в течение каждого полупериода напряжения сети.

Известны различные типы измерителей РМ, предназначенные для измерения реактивной энергии в электрических сетях, к которым относятся приборы электродинамической системы (ваттметры) [1], а также электронные преобразователи (датчики) РМ [2]. К недостаткам упомянутых измерителей относится то, что они при несинусоидальной форме напряжения или тока имеют погрешность, зависящую от формы напряжения сети. Причем эта погрешность прямо пропорциональна коэффициенту несинусоидальности напряжения и тока.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по сущности является измеритель РМ [3], который содержит измерительный трансформатор напряжения и трансформатор тока, выходы которых подключены к перемножающему устройству, а к выходу последнего подключены входы блока выделения постоянной составляющей сигнала РМ. Известный измеритель может быть использован для измерения РМ как при синусоидальных, так и при несинусоидальных формах напряжения и тока.

Однако известный измеритель РМ не позволяет определить характер РМ, т.е. не позволяет определить индуктивный или емкостный характер действующей нагрузки. Отсюда, известный измеритель не используется в системах автоматического регулирования для компенсации реактивной энергии, например в возбудителях синхронных машин.

Задача данного изобретения заключается в устранении указанного недостатка, т.е. в создании измерителя РМ с определением характера РМ.

Поставленная задача достигается тем, что в РМ, содержащий измерительный трансформатор напряжения и трансформатор тока, выходы которых подключены к перемножающему устройству, а к выходу последнего подключены входы блока выделения постоянной составляющей сигнала РМ, введен блок определения характера РМ, сигнальные входы которого подключены к выходам блока выделения постоянной составляющей сигнала РМ, а сигнальные выходы которого являются выходами РМ. Одни из управляющих входов подключены непосредственно к выходной обмотке измерительного трансформатора напряжения, а другие управляющие входы - через сдвигающее устройство. В одном варианте исполнения измерителя блок определения характера РМ содержит четыре переключающих ключа и инвертор сигнала, два переключающих ключа образуют последовательную цепь, соединяющую вход и выход блока определения РМ, а два других ключа и инвертор сигнала образуют другую последовательную цепь, соединяющую также вход и выход блока определения характера РМ. В другом варианте исполнения измерителя блок определения характера РМ содержит три переключающих ключа и инвертор сигнала, два переключающих ключа образуют последовательную цепь, соединяющую вход и выход блока определения характера РМ, а третий ключ и один из первых ключей с инвертором сигнала образуют другую последовательную цепь, соединяющую также вход и выход блока определения характера РМ.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана структурная схема предлагаемого измерителя РМ; на фиг.2 - вариант выполнения блока выделения постоянной составляющей сигнала РМ; на фиг.3 и на фиг.4 - функциональные схемы выполнения блока определения характера РМ; на фиг.5 - приведены временные диаграммы измерителя РМ для случая индуктивной нагрузки при несинусоидальном токе (случай емкостной нагрузки не показан, т.к. процессы формирования и полярности сигналов идентичны, за исключением временного сдвига тока относительно напряжения и, следовательно, временного сдвига выходного сигнала блока детектирования); на фиг.6 - приведены временные интервалы работы ключей относительно выходного напряжения измерительного трансформатора.

Предлагаемый измеритель РМ содержит измерительный трансформатор 1 напряжения и измерительный трансформатор 2 тока, выходы которых соединены с входами перемножающего устройства 3. В качестве перемножающего устройства 3 в предлагаемом измерителе может использоваться импульсное перемножающее устройство. Выходы перемножающего устройства 3 соединены со входами блока 4 выделения постоянной составляющей сигнала РМ. В измеритель РМ введен блок 5 определения характера РМ, сигнальные входы которого подключены к выходам блока 4 выделения постоянной составляющей сигнала РМ, а сигнальные выходы блока 5 определения характера РМ являются выходами РМ, одни из управляющих входов блока 5 подключены непосредственно к выходной обмотке измерительного трансформатора 1 напряжения, а другие управляющие входы - через сдвигающее устройство 6. В качестве сдвигающего устройства может использоваться интегратор напряжения.

Блок 4 (см. фиг.2) выделения постоянной составляющей сигнала РМ может быть выполнен в виде компаратора 7 и управляемого ключа 8.

В одном варианте исполнения измерителя блок 5 определения характера РМ содержит инвертор 9 сигнала и четыре переключающих ключа 10-13. Два переключающих ключа 10, 11 образуют последовательную цепь, соединяющую вход и выход блока 5 определения РМ, а инвертор 9 сигнала и два других переключающих ключа 12, 13 образуют другую последовательную цепь, соединяющую также вход и выход блока 5 определения характера РМ.

В другом варианте исполнения измерителя блок 5 определения характера РМ содержит инвертор 9 сигнала и три переключающих ключа 10, 11, 12. Два переключающих ключа 10, 11 образуют последовательную цепь, соединяющую вход и выход блока 5 определения характера РМ, а инвертор 9 сигнала, третий переключающий ключ 12 и ключ 11 образуют другую последовательную цепь, соединяющую также вход и выход блока 5 определения РМ.

Работает измеритель РМ следующим образом.

Напряжение на нагрузке одновременно поступает на первичную обмотку измерительного трансформатора 1 напряжения. На выходной обмотке измерительного трансформатора 1 напряжения получается мгновенное напряжение

U₁=к_и*U_н,

где к_и - коэффициент трансформации измерительного трансформатора 1 напряжения;

U_н - мгновенное напряжение на нагрузке.

Ток нагрузки проходит через первичную обмотку измерительного трансформатора 2 тока и на его выходной обмотке получается мгновенное напряжение

U₂=к_i*i_н*R₂,

где к_i - коэффициент трансформации измерительного трансформатора 2 тока;

i_н - мгновенный ток нагрузки;

R₂ - сопротивление нагрузки на выходе измерительного трансформатора 2 тока.

Сигналы с измерительного трансформатора 1 напряжения и измерительного трансформатора 2 тока подаются на входы перемножающего устройства 3. Выходное напряжение U₃ (см. фиг.3) перемножающего устройства поступает на вход блока 4 выделения постоянной составляющей сигнала РМ, который представляет собой управляемый ключ, пропускающий одну из полярностей выходного напряжения U₃ (на фиг.5 - отрицательную полярность), т.е., пропускающий на время возврата запасенной энергии из нагрузки в сеть. Это происходит дважды за период.

Напряжение U₃ усиливают и ограничивают компаратором 7 блока 4 выделения постоянной составляющей сигнала РМ (см. фиг.2). Тем самым на выходе компаратора 7 получают импульсы напряжения U₇ прямоугольной формы, моменты изменения полярности которых совпадают с моментами изменения полярности напряжения U₃. Компаратором 7 управляется ключ 8. В промежутках времени 0-t₁ и t₂-t₃ ключ замкнут. В течение этих промежутков времени запасенная в нагрузке энергия возвращается в сеть. Мгновенное выходное напряжение U₄ блока 4 выделения постоянной составляющей сигнала РМ будет пропорционально мгновенной мощности, отдаваемой в нагрузку. Среднее значение выходного напряжения U₄ блока 4 выделения постоянной составляющей сигнала РМ дает информацию о текущем значении (величине) мощности, отдаваемой в нагрузку. Однако в выходном напряжении U₄ еще нет информации о характере РМ. Как при индуктивной, так и при емкостной нагрузке полярность напряжения U₄ остается неизменной.

Напряжение U₁ с выходной обмотки измерительного трансформатора 1 напряжения подают на сдвигающее устройство 6 и одновременно на один из управляющих входов блока 5 определения характера РМ. Напряжение U₆ с выхода сдвигающего устройства 6 подают на другой управляющий вход блока 5 определения характера РМ.

В одном из вариантов (см. фиг.3) выполнения блока 5 определения характера РМ два переключающих ключа 10, 12 управляются напряжением U₆ с выхода сдвигающего устройства 6, а два других переключающих ключа 11, 13 - напряжением U₁ c выходной обмотки измерительного трансформатора 1 напряжения. Предположим, что в переключающих ключах 10-13 средний контакт замкнут с верхним контактом при положительном входном управляющем напряжении и с нижним контактом при отрицательном входном напряжении. Тогда на интервалах времени π/2÷π и 3π/2÷2π (см. фиг.6), когда напряжения U₁, U₆ имеют одинаковые полярности, напряжение U₄ передается через ключи на выход блока 5 определения характера РМ. На интервалах времени 0÷π/2 и π÷3π/2, когда напряжения U₁ и U₆ имеют разные полярности, на выход блока 5 определения характера РМ передается напряжение (-U₄) с выхода инвертора 9 сигнала. Следовательно, если импульсы напряжения U₄ попадают в интервалы π/2÷π и 3π/2÷2π, то можно утверждать о емкостном характере нагрузки, т.е. об опережении тока нагрузки. Если же импульсы напряжения U₄ попадают в интервалы 0÷π/2 и π÷3π/2, то можно утверждать о индуктивном характере нагрузки, т.е. об отставании тока нагрузки от напряжения. Отсюда, на выходе блока 5 определения характера РМ получают напряжение U₅ различной полярности, U₄ или (-U₄) в зависимости от характера нагрузки. После сглаживания импульсов напряжения U₅ можно получить постоянное напряжение, значение которого пропорционально, а по знаку соответствует характеру РМ.

В другом варианте (см. фиг.4) выполнения блока 5 определения характера РМ два переключающих ключа 10, 12 управляются напряжением U₆ с выхода сдвигающего устройства 6, а переключающий ключ 11 управляется напряжением U₁ с выходной обмотки измерительного трансформатора 1 напряжения. В данном варианте выполнения блока 5 определения характера РМ процессы передачи напряжения будут аналогичны процессам передачи напряжения в первом варианте с той лишь разницей, что роль ключа 12 выполняет ключ 11.

Таким образом, предлагаемый измеритель РМ может быть использован в системах автоматического регулирования, в частности в возбудителях синхронных машин для компенсации РМ.

В связи с тем, что в предлагаемом измерителе сохраняется непосредственное перемножение мгновенных значений напряжения U_н(t) и тока i_н(t) в процессе возврата энергии в сеть, т.е. мгновенные значения сигналов u₁ и u₂ не подвергаются каким-либо дополнительным преобразованиям (например, прохождением через фазосдвигающие устройства), то, следовательно, сохраняется точность измерения РМ как при синусоидальных, так и при несинусоидальных режимах потребления энергии. Погрешность сдвигающего устройства 6 не влияет на точность измерения РМ, так как напряжение U₆ задает всего лишь вышеупомянутые определенные интервалы времени относительно момента изменения полярности напряжения U₁.

Источники информации

1. Электрические измерения. Учебник для ВУЗов. / Байда Л.И., Добротворский Н.С., Душнин Е.М. и др. - Л.: Энергия. 1980. 118 с.

2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации счетчика электрического трехфазного активной и реактивной энергии. 441 с.

3. Патент РФ 2168727. G 01 R 21/06. Электронный измеритель реактивной мощности. / А.П.Попов, А.В.Калинин. Опубл. 10.06.2001.

1. Измеритель реактивной мощности (РМ), содержащий измерительный трансформатор напряжения и измерительный трансформатор тока, выходы которых подключены к перемножающему устройству, а к выходам последнего подключены входы блока выделения постоянной составляющей сигнала РМ, отличающийся тем, что в него введен блок определения характера РМ, сигнальные входы которого подключены к выходам блока выделения постоянной составляющей сигнала РМ, одни из управляющих входов подключены непосредственно к выходной обмотке измерительного трансформатора напряжения, а другие управляющие входы - к выходной обмотке измерительного трансформатора напряжения через сдвигающее устройство, причем выход блока определения характера РМ является выходом измерителя РМ.

2. Измеритель РМ по п.1, отличающийся тем, что блок определения характера РМ содержит четыре переключающих ключа и инвертор сигнала, два переключающих ключа образуют последовательную цепь, соединяющую вход и выход блока определения характера РМ, а два других переключающих ключа и инвертор сигнала образуют другую последовательную цепь, соединяющую также вход и выход блока определения характера РМ.

3. Измеритель РМ по п.1, отличающийся тем, что блок определения характера РМ содержит три переключающих ключа и инвертор сигнала, два переключающих ключа образуют последовательную цепь, соединяющую вход и выход блока определения характера РМ, а инвертор сигнала, третий переключающий ключ и один из первых ключей образуют другую последовательную цепь, соединяющую также вход и выход блока определения характера РМ.

Изобретение относится к области электроснабжения и может быть использовано в электрических сетях для проверки работоспособности и точности измерения щита учета электроэнергии.

Способ определения технологических потерь электроэнергии в тяговой сети переменного тока // 2267410

Изобретение относится к области электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспорта. .

Способ учета электроэнергии в установках с регулируемым асинхронным электродвигателем и система для его реализации // 2256927

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на предприятиях для контроля потребления электроэнергии с целью оценки эффективности внедрения нового оборудования.

Счетчик электрической энергии // 2254582

Изобретение относится к электроизмерительной технике и используется для измерения электрической энергии в цепях переменного тока. .

Счетчик ватт-часов // 2252424

Изобретение относится к области электроприборостроения. .

Способ автоматизированного активного контроля показателей качества электрической энергии // 2248038

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в процессе эксплуатации современных электроэнергетических систем. .

Система учета электрической энергии // 2247994

Изобретение относится к регистрирующей технике и может быть использовано для организации регистрации, учета и оплаты потребляемой электрической энергии абонентами различного типа.

Система учета коммунальных услуг и счетчик энергоресурсов, используемый в ней // 2247396

Изобретение относится к области измерительной техники и применяется для учета различного вида коммунальных услуг. .

Устройство для измерения электрической энергии с защитой от хищений // 2234707

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения электрической энергии в цепях переменного тока. .

Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии // 2229724

Изобретение относится к области электротехники. .

Способ измерения активной мощности нагрузки в электрических цепях переменного тока // 2296338

Изобретение относится к электротехническим измерениям, предназначен для измерения активной мощности, выделяемой на нагрузке электрической сети переменного тока, и может быть использован, например, для контроля потребляемой электрической энергии

Измеритель реактивной мощности // 2401432

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительных преобразователях реактивной мощности при синусоидальных и несинусоидальных формах напряжения и тока

Устройство и способ измерения электрической мощности // 2407022

Способ учета электрической энергии // 2424532

Изобретение относится к измерительной технике

Способ определения энергетической эффективности процессов обработки материалов электроискровым легированием // 2482943

Изобретение относится к импульсной обработке материалов, в частности к определению энергетической эффективности обработки на установке электроискрового легирования

Цифровой измеритель мощности // 2533746

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в различных устройствах электропитания систем электроснабжения. Технический результат изобретения выражается в уменьшении погрешности измерения в цепях с реактивной мощностью. Цифровой измеритель мощности включает электроприемник и двоичный счетчик, счетный вход которого подключен к выходу конъюнктора, соединенного первым входом с выходом генератора, управляемого напряжением, а вход сброса - к выходу формирователя синхроимпульсов, соединенного своими входами с входными зажимами сети. Для достижения технического результата введены преобразователь тока в напряжение, включенный входными зажимами между вторым зажимом сети и второй клеммой электроприемника, первый компаратор, соединенный вычитающим входом с выходом генератора пилообразного напряжения, суммирующим входом - с выходом преобразователя тока в напряжение, а выходом - со вторым входом конъюнктора, а также второй и третий компараторы, подключенные своими суммирующими входами соответственно к выходу преобразователя тока в напряжение и первому зажиму сети, вычитающими входами - ко второму зажиму сети, а выходами - к входам логической схемы равнозначности, выход которой соединен с третьим входом конъюнктора, а также - дополнительные двоичный счетчик, логическую схему неравнозначности и дополнительный конъюнктор, выход которого подсоединен к счетному входу дополнительного двоичного счетчика, первый вход - к выходу первого компаратора, второй вход - к выходу генератора, управляемого напряжением, а третий вход - к логической схеме неравнозначности, причем вход сброса дополнительного двоичного счетчика соединен с выходом формирователя синхроимпульсов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ учета электрической энергии // 2537095

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам учета энергии. Устройство, реализующее способ измерения энергии, содержит аналоговые полосовые фильтры напряжений и токов 50 Гц, аналоговые полосовые фильтры «пробка» 50 Гц напряжений и токов, аналого-цифровые преобразователи цифровые полосовые фильтры напряжений и токов 50 Гц, цифровые полосовые фильтры «пробка» и 50 Гц напряжений и токов, цифровые фильтры напряжений и токов нулевой, прямой и обратной последовательностей соответственно, блоки расчета мощностей по нулевой, прямой и обратной последовательностям, блок сравнения отклонения напряжения по прямой последовательности, блоки расчета энергии нулевой, прямой и обратной последовательностей, блок расчета мощности высших гармоник, блок расчета энергии высших гармоник, формирователи модулирующих кодов, линии задержки, сумматор, задающий генератор, фазовый манипулятор, усилитель мощности и передающую антенну. Пункт контроля содержит приемную антенну, усилитель высокой частоты, блок поиска, гетеродин, смеситель, усилитель промежуточной частоты, обнаружитель (селектор), анализаторы спектра, удвоитель фазы, блок сравнения, пороговый блок, линию задержки, ключ, узкополосные фильтры, делитель фазы на два, фазовый детектор, блок регистрации и анализа. Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения дистанционного контроля энергии по шести параметрам качества. 3 ил.

Способ определения энергопотребления в электрической установке и электрическая установка переменного тока // 2607674

Изобретение относится области электрических измерений. В соответствии с изобретением, группа, содержащая множество отдельных ветвей распределения, соединенных параллельно, подключена к источнику питания переменного тока. Способ содержит следующие этапы, на которых: а) обнаруживают изменение электрического потребления в одной конкретной ветви среди ветвей, и b) определяют индивидуальное энергопотребление конкретной ветви на основе измерения полного напряжения (U), которое по существу постоянно в течение изменения, измерений значений (IA, IB, ψA, ψB) силы и фазового сдвига полного тока до и после изменения, и измерений интенсивностей (I3А, I3В) индивидуального тока в конкретной ветви до и после изменения. Технический результат заключается в упрощении осуществления измерений. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ определения потребления мощности, система контроля и содержащая ее электрическая установка // 2607828

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано для измерения потребления электроэнергии электрической установкой. В группе из нескольких индивидуальных ветвей (4) распределения электроэнергии между нагрузками (5а, 5b, 5с, 5d) и входящей линии (3) обнаруживают изменение в электрическом потреблении в установке (1). После чего считывают информацию, относящуюся к электрическому току (I2, I3, I4) в конкретной ветви среди упомянутых ветвей (4), с помощью измерительного преобразователя (7, 8, 9), установленного в конкретной ветви. Затем с использованием информации, считанной с помощью измерительного преобразователя (7, 8, 9), установленного в конкретной ветви (4), устанавливают указание, согласно которому упомянутое изменение произошло в этой конкретной ветви (4). С использованием как данных из измерений (U, IA, ψA), выполненных на основной входной питающей линии до изменения, так и данных из измерений (U, IB, ψB), выполненных на основной входной питающей линии после изменения, и упомянутого указания определяют конкретное индивидуальное потребление энергии в упомянутой конкретной ветви (4). Технический результат заключается в упрощении доступа к информации об индивидуальном потреблении электроэнергии. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Устройство для контроля показателей бортовых устройств транспортного средства // 2616759

Изобретение относится к области учета потребляемой электроэнергии и контроля параметров работы электрической и информационной сетей и предназначено для использования на транспортном средстве. Устройство для контроля показателей бортовых устройств транспортного средства содержит счетчик электроэнергии, подключаемый к электрической сети транспортного средства, и блоки энергонезависимой памяти. Информационный вход одного из блоков подключен к выходу счетчика электроэнергии для регистрации значений потребленной электроэнергии. Устройство содержит также блок мобильной связи, содержащий процессор, связанный с приемопередатчиком, снабжено блоком индикации и приемником сигналов информационной сети вагона, выход которого подключен к процессору блока мобильной связи, связанному с информационным входом другого блока энергонезависимой памяти, а также с выходами и управляющими входами обоих блоков энергонезависимой памяти и блоком индикации. Техническим результатом, обеспечиваемым заявленной полезной моделью, является возможность автоматически в режиме реального времени собирать, хранить, обрабатывать и передавать информацию о показателях бортовых устройств железнодорожного транспортного средства, учитывая сбои и проследование поездом зон с отсутствием покрытия мобильной связью.