Измеритель параметров электрическойэнергии трехфазной сети

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (u>813263

Ф.©, (61) Дополнительное к ввт. свид-ву— (22) Заявлено 2102.79 (21) 2721452/18-21 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет—

Опубликовано 15.0331.Бюллетень Н9 10

Дата опубликования описания 1803.81 (5!)М. Кл.з

G 01 и 19/00

Государственный комитет

СССР ло делам изобретений и открытий (5З> УДК 621.317. .7(088.8) A.Ê. шидловский, Н.И. Невмержицкий, С.Г. Таранов, И.П. Гринберг, В.В. Брайко, P.М. Галицкий, О.,Д„ Карасинский, О.М. Мирфайзиев, В.В. Соботович, Р.Б. Хусид .А.М. Цыганок и В А. Ящук

i -"-: : f

1 ,ь нл (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ЭНЕРГИИ Т РЕХФАЗ НОЙ СЕТИ

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для измерения симметричных составляющих напряжений или токов трехфаэной сети, а также при построении информационно-измерительных систем для контроля параметpos качества электрической энергии.

Известно устройство для измерения амплитудно-фаэовой несимметрии трехфазной системы напряжений, содержащее генератор модулирующих напряжений, три одинаковых кольцевых модулятора, входы которых присоединены к фаэовым проводам трехфаэной системы и к генератору модулирующих напряжений, и индикатор (11.

К недостаткам этого устройства относятся наличие двух перестраиваемых фаэосдвигающих цепей и предваритель- 20 ная настройка устройства по максимальному показанию индикатора, при этом изменение характера несимметрии трехфазной системы напряжений вызывает расстройку фазосдвигающих цепей, т.е. для этого. устройства характерны низкая точность и малое быстродействие.

Известно устройство для определения ортогональных составляющих напря- 30 жений нулевой прямой и обратной последовательностей напряжений трехфаэной сети, содержащее блоки умножения, квадратурный фаэорасщепитель, сумматоры, сглаживающие фильтры и селективный фильтр (2 .

Недостатки этого устройства — сравнительно малое быстродействие, обусловленное наличием сглаживающих и селектйвного фильтров, и необходимость применения дополнительного функционального преобразователя для выделения модулей напряжений симметричных составляющих,что ограничивает область применения этого .устройства.

Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому измеритель параметров качества электроэнергии трехфазной сети, содержащий блоки умножения, сумматоры, индикаторы, запоминающие устройства, коммутатор, умножитель частоты, квадратор, корнеиэвлекающее устройство, преобразователь напряжение-код и блок управ"ления, выход преобразователя напря жение-код подключен к.первым входам

:первого и второго блоков умножения, вторые входы которых соединены с первым и вторым входами первого за813263 поминающего устройства, выходы первого и второго блоков умножения подключенЫ к первым входам первого и второго сумматоров, выходы которых подключены к второму запоминающему устройству, выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего запоминающего устройства, выход третьего блока умножения соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого через последовательно соединенные квадратор, четвертый сумматор и корнеизвлекающее устройствб соединен с входами первого, второго и третьего регистрирующих устройств, одна из входных шин устройства через умножитель частоты соединена с входами преобразователя напряжение-код и блока управления, выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам всех блоков усгройства ГЗ).

Недостаток этого устройства заключается в невысокой точности, обусловленной влиянием неинформативных параметров на результаты измерения.

Особенно зто сказывается при измерении несимметрии и смещения нейтрали, которые определяются по напряжениям обратной и нулевой последовательностей, так как в реальных электрических сетях напряжения обратной и нулевой последовательностей в 10—

100 раз меньше, чем напряжение прямой последовательности.

Цель изобретения — повышение точ= ности и расширение амплитудного диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель параметров, содержащий блоки умножения, сумматоры, индикаторы, запоминающие устройства, коммутатор, умножитель частоты, квадратор, корнеувлекающее устройство, преобразователь напряжение-код и блок управления, выход преобразователя напряжение-код подключен к первым входам первого и второго блОков yrvhoжения, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами первого эапоминаащего устройства, выходы первого и второго блоков умножения подключены к первым входам первого и второго сумматоров, выходы которых подключены к второму запоминающему .устройству, выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, второй вход которого подключен к выходу гретьего запоминающего устройства, выход третьего блока умножения соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого через последовательно соединенные квадратор, четвертый сумматор и корнеизвлекающее устройство соединен с входами первого, второго и третьего регистрирующих устройств, одна из входных шин устройства через умножитель частоты соединена с входами преобразователя напряжение-код и блока управления, выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам всех блоков устройства, введены ключ, делители напряжения, резистор, последовательно соединенные блок деленИя, функциональный преобразователь, регистр и источник опорного напряжения, первый, второй и третий выходы которого подключены к первым входам пятого, шестого и седьмого сумматоров, вторые входы которых через соответствующие делители напряжения подключены к входным шинам устройства, выход коммутатора через ключ и резистор соединен с общей шиной устройства, а первый, второй и третий входы — с выходами пятого, шестого и седьмого сумматоров, управляющие входы всех введенных блоков соединены с соот20 ветствующими выходами блока управления.

На фиг. 1 представлена блок-схема измерителя; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы.

Входные шины А, В, С через делители 1,2 и 3 напряжения, сумматоры

4, 5 и 6 аналогового суммирования, коммутатор 7 подключены к преобразователю 8 напряжение-код. Первые входы блоков 9 и 10 умножения присоединены к выходам преобразователя 8, вторые входы — к выходам запоминающего устройства 11, .а выходы через сумматоры 12 и 13 — к входам запоминающего устройства 14. Первые входы блока 15 умножения соедннены с выходами запоминающего устройства 14, вторые входы — с выходами запоминающего устройства 16, а выходы через сумматор 17, квадратор 18, сумматор

40 19 и корнеизвлекающее устройство 20— к регистрирующим устройствам 21, 22 и 23, Выходы .сумматора 17 через блок

24 деления, функциональный преобразователь 25 и регистр 26 подключены к первым управляющим входам источника 27 опорного трехфазного напряжения прямой последовательности, выходы которого соединены с вторыми входами сумматоров 4, 5 и 6. Шина А через умножитель 28 частоты подключена к управляющим входам преобразователя 8, блока 29 управления и к второму управляющему входу источника 27.

Вход преобразователя 8 через ключ 30 и шунтирующий резистор 31 соединен с общей шиной.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства.

Входные напряжения Од(е), u8(e) и 0 .(с) (фиг. 2,а,б,в соответственно)

6Î поступают иа входы коммутатора 7.

Напряжение Up(t) поступает также на вход умножителя 28 частоты, и на его выходе формируются импульсы (фиг.2,r), период каторых равен Т /и, где Тх—

65 период напряжений сети, n — коэффи813263

2g

cA = :, Од(С„- ) sl b

1= и и и

24Г + 2 (3) б5 циент умножения частоты (на фиг. 2 условно принято и 6). После при-, хода сигнала "Пуск" на вход блока

29 он начинает вырабатывать сигналы, временные диаграммы которых .показаны на фиг. 2,к-ш. Работа блока 29 синхрониэируется импульсами с выхода умножителя 28 частоты и жестко связана с периодом Т напряжения U (t) (на фиг. 2 периоды UA(t) условно показаны точкими вертикальными линиями связи), причем начало периодов отсчитывается от момента прихода сиг- нала "Пуск" на вход блока 29.

На первом этапе работы устройства, который длится на 4 периода напряжения

UA(t) (примерно 80 мс), определяет-: ся начальная фаза опорного напряжения источника 27. При этом на выходе блока 29 (фиг. 2,к) низкий потенциал (логический "0") замыкает ключ 30.

При замкнутом ключе ЗО вход преобразователя 8 шунтируется резистором 31, величина которого выбирается такой, чтобы максимальные значения .входных напряжений не вызывали переполнения преобразователя S.

На первом периоде сигналы с выходов блока 29 подключают ко входу преобразователя 8 напряжение UA(t), на втором периоде — напряжение Ой(t), на третьем периоде — напряжение Uc(с) (фиг. 2,л,м,н соответственно). Вид входного напряжения преобразователя

8 представлен на фиг. 2,е. В начале каждого периода не формируется импульс (фиг. 2,о), который устанавливает сумматоры 12 и 13 в состояние

"нуль". В моменты времени с . = — i

Tx . и импульсы с выхода умножителя 28 час-. тоты (фиг. 2,r) запускают преобразователь 8 (кодируемые мгновенные значения напряжений отмечены точками на фиг. 2,е)..Одновременно на выходых блока 29 формируются импульсы, выбирающие константы, причем моменту времени с„ соответствует выбор кон2 2Т стант ьln — и cos —, которые постуA и пают на входы блоков 9 и 10 умножения соответственно, на другие входы которых поступает выходной код пре-образователя 8. Зти коды перемножаются в блоках 9 и 10 и суммируются с содержанием сумматоров 12 и 13.

В конце первого периода на выходах сумматоров 12 и 13 коды равны

t1 2Я

Ьд = Е UA(t„. )cos — °

1Ф1

В начале второго периода сумматоры 12 и 13 устанавливаются в состоя ние "нуль". Затем весь цикл работы устройств повторяется. В конце второго периода на выходе сумматоров

12 и 13 коды равны

11 . 2У св Я U>(t; ) s1n — >

Ь и

Ь =. Q U>(t; ) cos

2JI

1- 3 и

Величины cA,с и сс можно интерпретировать как синусные, à b>, Ьь и Ь вЂ” как косинусные ортогоиальные составляющие первой гармоники напряжений UA(t), U8(t). и Uc(t) трехфаэ15

В конце третьего периода формируется импульс, который устанавливает сумматор 17 в состояние "нуль".

На четвертом периоде осуществляется вычисление значения начальной фазы напряжения прямой последовательности трехфазной сети, которое заносится в источник 27. В блоке 29 формируются управляющие сигналы, tto которым из запоминающего устройства 14 .

25 выбираются коды ортогональных составляющих cA, c>, сс, ЬВ и Ьс, à иэ запоминающего устройства 16 — константы +1/3, -1/6, — 1/б — )/3/6 и 13/б. Эти коды перемножаются в бло3() ке 15 умножения и суммируются с содержимым сумматора 17. Выходной код сумматора 17, равный

1 1 1 Е» с = — с — — с - с - — Ь-+

+ 3 д 6 в 6 с б (фиг. 2,y), заносится в блок 24 деления. Затем импульс опять устанав-. ливает сумматор 17 в состояние "нуль,"

Далее выбираются коды bA, Ья, Ьс, с ь и сс и константы +1/б, -1/б, -1/б, + МЗ/б и — УУ/6, которые перемножаются и суммируются с содержи45 мым сумматора 17. Код

1 1 1 МЭ ь = — ь "— ь — — ь +

+ б A б 5 ф с- 6 "з з

6 сс (2) (фиг. 2,ф) заносится в блок 24 деления, при этом также выполняется деление Ь+ íà c+. Частное от деления

b+ на с поступает на вход функцио55 нального преобразователя 25, где вычисляется код угла начального сдвига фазы напряжения прямой последовательности трехфазной сети

arctg.! ь+ с+

В функциональном преобразователе

25 вычисляется также код

813263

Начало второго этапа соответствует началу пятого периода напряжения

UA(с). При этом сигнал принимает значение логической "1", и ключ 30 размыкается. Напряжения 0ои A, Up„, U „с имеют форму "ступенчатой синусоиды".

В момент времени t эти напряжения равны

0оиа(с1 ) = чои 51и 1 — (i + S ) г 27I и

0ои о () =0ои, > и (— (1 + 5+ - 3),!

2Г 23

0Ои С (С1 ) =0ои ь1и (— (1 + S+ ) w j(tt) . Суммы напряжений UA (t) и Uonq(t), 00 (С) и 0 „з (С), U (t) и 0ои с(С) с Щ выходов сумматоров 4, 5 и 6 через коммутатор 7 поступают на вход преобразователя 8. Так как преобразовываются в код только мгновенные значения напряжений в моменты времени

С„, стУпенчатаЯ фоРМа напРЯжений 0оид, 0оив, 0оис не влияет на результаты преобразований. Поэтому в дальнейшем опорные напряжения рассматриваются как синусоидальные (фиг. 2,ж,з,и), частота которых совпадает с частотой сети, а начальные фазы равны соот2Й 2Г 237 2% ветственно S+, — S — вЂ, S + и и + 3 и +

+ 3 A

1 1

6 В 6 дс — — ь с

6 ьЬс — Ь +

Мз

6 6

2 + 2

+ я

0откд. Д + ь +

Величина Vp „ численно равна отклонению напряжения трехфазной сети и заносится в регистрирующее устройство 21а

Аналогичная последовательность управляющих импульсов (фиг. 2,с-ш) по65 зволяет несимметрию напряжений трехкоторый заносится в регистр 26 (фиг. 2,х}. На этом первый этап работы устройства заканчивается.

".+ —, т.е.

2 7>

00и.д (t) Vpn.sin(tot+ S+) и

"ои в(t ) = "о и . n (uo t + S+ 3 ) (5 ) 40

2tt 2Я

Напряжения трехфазной сети 0+(t), Ц (с) и 0 (t) можно разложить иа напряжения прямой обратной и нулевой последовательностей основной частоты и напряжение высших гармоник. Причем 41) наибольший вес имеет напряжение прямой последовательности, величина которого s 10-100 раз превосходит величину остальных составляющих. Начальная фаза Ч+ напряжения пРямой последовательности связана с кодом S+, заносимым а регистр 25 в виде соотношения (3), откуда следует

2Л 2Я n n

n n 2Я+ 2 +

S - — (— 9+ — ) =y+g т.е. опорная система напряжений и прямая последовательность напряжений трехфазной сети находятся в противофазе, а следовательно, их амплитуды вычитаются. На втором этапе работы устройства ключ 30 разомкнут,поэтому увеличивается крутизна преобразования преобразователя 8 и уменьшается вес единицы младшего разряда.

На втором этапе на пятом-седьмом периодах напряжения 0,(с) последовательность управляющих сигналов такая же,как и на первом-третьем периодах первого этапа (фиг. 2,р), но при этом в запоминающее устройство 14 заносятся коды ьс>,, дскб, ьсс, hbA, дЬ и и дЬ ортогональных составляющих разности входных напряжений и опорной системы напряжений. В начале восьмого периода формируются импульсы (фиг. 2,c,ö), которые устанавливают в "нуль" сумматоры 17 и 19.

Затем из запоминающего устройства

14 выбираются коды дсд, ьс, ьсс, ьЬв и лЬс, а из запоминающего устройства 16 — константы +1/3, -1/б, -1/б, — (3/6 и + 376, которые перемножаются в блоке 15 и суммируются с содержимым сумматора 17. Выходной код сумматора 17, равный (фиг. 2,ч), заносится,в квадратор 18, возводится в квадрат и суммируется с содержимым сумматора 19. Затем опять устанавливается в "нуль" сумматор 17, а из запоминающего устройства 14 выводятся коды abA, bb, АЬ 0 св и дсс, а из запоминающего устройства 16 — константы +1/3, -1/б, -1/6, + Я/6 и — l3/6, которые перемножаются и суммируются с,содержи-. мым сумматора 17. Выходной код сумматора 17, равный

1 1 1 дЬ = + — ь Ь„-- — ь ЬВ- — bb +

+ 3 > б

l3 МЗ

+ б ьсв — «6 ьсс ° заносится в квадратор 18, возводится в квадрат и суммируется с содержимым сумматора 19. Выходной код сумматора 19, равный bc+ + bb+(фиг,2,ш) заносится в корнеизвлекающее устройство 2, где вычисляется 813263

10 го запоминающего устройства, выходы первого и второго блоков умножения подключены к первым входам первого и второго сумматоров, выходы которых подключены к второму запоминающему устройству, выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, второй вход которого подключен. к выходу третьего запоминающего устройства, выход третьего блока умножения соединен с первым входом трвтьего сумматора, выход которого через последовательно соединенные

° квадратор, четвертый сумматор и карнвизвлекакщее устройство соединен с входами первого, второго и третьего регистрирующих устройств, одна из входных шин устройства через умножитель частоты соединена с входами преобразователя напряжение-код и блока управления, выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам всех блбков устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения амплитудного диапазона, в него введены ключ, делители напряжения,; резистор, последовательно соединен ные блок деления, функциональный преобразователь, регистр и источник . опорного напряжения, первый, второй и третий выходы которого подключены к первым входам пятого, шестого и седьмого сумматоров, вторые входы которых через соответствующие делители напряжения подключены к входным шинам устройства, выход коммутатора через .ключ и резистор соединен с общей шийой устройства, а первый, второй % третий входы — с выходами пятого, шестого и седьмого сумматоров, управляющие входы всех введенных блоков соединены с соответствующими выходами блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 375592, кл. G 01 R 29/16, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

9 377705, кл. G 01 R 29/16, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2607253. фазной сети. Алгоритм вычисления может быть описан формулами

3,4

1 1

- — Ac - — ас +

6 Ь б

+ — ЛЬ

6 В

Ь- 3дЬд уз -В б

-Кз б с

Ab

1 — Ab с

Я се

"несин + код Ч„вс„ . с выхода корнеизвлекающего устройства 20 заносится в регистрирующее устройство 22. 1$

Алгоритм вычисления смещения нейтрали напряжений трехфазной сети описывается формулами

1 1 1

3 3 В 3

20 о = 3

+ Ь

"см. tlIMTPOAO o

Код заносится в регистрирующее устройство 23.

Таким образом, измеритель параметров качества электрической энергии трехфазной сети позволяет повысить R точность и расширить рабочий. диапазон измерений параметров качества электроэнергии в 5-10 раз.

35

Формула изобретения

Измеритель параметров электрической энергии трехфазной сети, содержа,щий блоки умножения, сумматоры, ин- 4О дикаторы, запоминающие устройства, коммутатор, умножитель частоты, квадратор, корнеизвлекающее устройство, преобразователь напряжение-код и блок управления, выход преобразователя напряжение-код подключен к первым входам первою и второго блоков умножения, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами перво813263 и

Р с авиа Z

Составитель В. Ваганов

Редактор A. Рук Техред И.Еоштура. Корректор С. Шекмар

Ф Заказ 761/54 т

У

Ф х и

Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ 1 осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раужская наб., д., 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4