Устройство для измерения активной /реактивной/ составляющей многофазного тока

 

О П И С А Н И Е (ii,911352

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Сециаииетичеекик

Респубики

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Завалено 07Л180 (21) 28651 88/18-21 с присоединением заявки ЭЙ— (23) Приоритет

Опубликовано 070382. Бюллетень № 9 (51)М. Кл.

G 01 R 19/06

Гавуааретеекеыб кемктет

СССР ве аелам кзебретенкк н вткрыткй (53) УДК 621. 317. .7(088.81

Дата опубликования описания 070382

Р.Т.%рейнер, М.Я.Кривицкий и А ..КсйтыГОв, „1 (., с у

Чермский политехнический институт Урадьсний-: политехнический институт (72) Авторы изобретения (7l) Заявители 54) УСТРОЙСТВО -ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОЙ (РЕАКТИВНОЙ1

СОСТАВЛ%0ЩЕЙ МНОГОФАЗНОГО ТОКА

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения и регистрации активной и реактивной состав ляющих тока, фазового угла и.коэффициента мощности многофазной системы переменного тока, а также для формирования сигналов обратной связи в системах управления, например, элект роприводов переменного тока.

Известно устройство для измерения активной и реактивной составляющих тока в многофазной системе переменного тока, содержащее измерительный преобразователь тока и измерительный преобразователь напряжения в цепи фазы контролируемой многофазной системы переменного тока, демодулятор, выполненный в виде однополупери одного фазочувствительного выпрямителя на.транзисторе, один вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя напряжения, другой через промежуточный трансформатор связан с выходом измерительного преобразователя тока, а выход подклю.чен к выходу устройства 11) .

Недостатками известного устройства являются снижение точности измерений составляющих тока при несимметрии фаз и искажении формы токов и напряжений миогофазной системы переменного тока, а также низкое быстродействие, обусловленное необходимостью усреднения выходного сигнала на интервале, равном периоду частоты контролируемой системы переменного тока.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее измерительный преобразователь тока и измерительный преобразователь напряжения в цепи фазы контролируемой многофазной системы переменного тока, демодулятор, выполненный в виде двухполупериодного фазочувствительного выпрямителя на транзисторах, один вход кото3 91)3 рого соединен с выходом измерительного преобразователя напряжения, другой связан с выходом измерительного преобразователя тока, а выход подключен к выходу устройства (2!.

Однако известное устройство имеет недостаточную точность измерений при наличии несимметрии фаз и искажений формы токов.и напряжений многофазной системы переменного тока, и недоста- !О точное быстродействие, связанное с ,необходимостью усреднений выходного сигнала на интервале, равном полупериоду частоты контролируемой системы переменного тока, что ограничивает . возможность использование устройства в системах управления, например, вентильного электропрнвода переменного тока.

Цель изобретения — повыше*не точ20 ности измерений и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения активной (реактивной) составляющей многофазного тока, содержащем установленные в фазах контролируемой многофаз. ной системы переменного тока измерительные преобразователи тока и измерительные преобразователи напряжения и связанный с ними входами демодуля- З0 тор, выход которого соединен с выходом устройства, дополнительно введены многофазный генератор опорных сигналов, формирователь, первый и второй преобразователи, имеющие каждый последовательно соединенные многофазный блок модуляторов, одни входы которых.пофазно соединены с выходами генератора опорных сигналов, другие в первом преобразователе пофаэно связаны с выходами измерительных преобразователей тока, а во втором преобразователе пофазно соединены с выходами измерительных преобразователей напряжения, сумматор и фильтр, выход которого присоединен к выходу преобразователя, причем выход первого преобразователя подключен к одному входу демодулятора, а выход второго преобразователя через первый формирователь соедийен с другим вхо- . дом демодулятора.

На фиг.! изображена блок-схема устройства для измерения активной (реактивной) составляющей тока в

SS контролируемой трехфазной системе переменного тока, на фиг.2 — линей- ные диаграммы электрических величин, 52 4 иллю,трирующие работу устроиства при измерении активной составляющей тока.

Устройство содержит измерительные преобразователи 1-3 тока и измерительные преобразователи. 4-6 напряжения, включенные соответственно на фазные токи и фазные напряжения контролируемой многофазной (трехфаэной) системы переменного тока, трехфазный генератор 7 опорных сигналов, первый преобразователь 8, второй преобразователь 9, первый формирователь IO и демодулятор 11, Первый преобразователь 8 содержит последовательно соединенные трехфазный блок 12 модуляторов, одни входы которых пофазно соединены с выходами генератора 7 опорных сигналов, а другие пофазно связаны с выходами измерительных преобразователей 1-3 тока, сумматор !3 и фильтр 14, выход которого соединен с выходом преобразователя 8.

Второй преобразователь 9 содержит .последовательно соединенные трехфазный блок 15 модуляторов, одни входы которых пофаэно соединены с выходами генератора 7 опорных сигналов, а другие пофазно связаны с выходами измерительных преобразователей 4-.6 напряжения, сумматор 16 и фильтр 17, выход которого соединен с выходом преобразователя 9.

Выход первого преобразователя 8 соединен с одним из входов демодулятора ll, а .выход второго преобразователя 9 через первый формирователь 1О связан с другим входом демодулятора

Il выход которого соединен с выходом устройства.

Кроме того, устройство имеет дополнительно второй формирователь (на фиг.! не показан), который включают между выходом первого преобразователя 8 и связанным с ннм входом демодулятора Il.

Устройство также дополнительно снабжено двумя фильтрами (не показаны), один из которых включают между

I выходом второго формирователя и связанным с ним входом демодулятора Il, а другой — между выходом второго преобразователя 9 и входом первого формирователя IO.

Включение на выходе первого преобразователя 8 второго формирователя позволяет дополнительно осуществлять измерение фазового угла контролируе11352

5

1О

t5

29

50

5 9 мой многофазной системы переменного тока, а одновременное включение второго формирователя и двух указанных фильтров - измерение коэффициента мощности системы.

Устройство работает следующим образом.

На одни входы модуляторов блоков

12 и 15 модуляторов, преобразователей 8 и 9 с выходов измерительных преобразователей 1-3 тока и выходов измерительных преобразователей 4-6 напряжения поступают напряжения, пропорциональные соответственно фазным токам и фазным напряжениям контролируемой многофазной (трехфазной) системы переменного тока. Выходные

/ напряжения измерительных преобразователей 1-3 тока и 4-6 напряжения являются векторными сигналами и не" сут информацию о фазе и величине каждого из фазных токов и напряжений контролируемой системы переменного тока.

Одновременно на другие входы модуляторов блоков 12 и 15 модуляторов преобразователей 8 н 9 с выходов .многофазного (трехфазного) генерато 1 ра 7 опорных сигналов поступают векторные опорные сигналы в виде переменных напряжений, например, прямоугольной формы.

Пля повышения быстродействия и точности измерений устройства частоту h) выходных опорных сигналов генератора 7 опорных сигналов выбирают . много большей частоты Я контролируемой системы переменного тока.

С помощью мбдуляторов в блоках

12 и 15 модуляторов осуществляется амплитудная модуляция высокочастотных векторных выходных сигналов генератора 7 опорных сигналов векторными низкочастотными сигналами измерительных преобразователей 1-3 тока и 4-6 напряжения соответственно. Промодулированные высокояастотные выходные сигналы отдельных модуляторов в первом и втором преобразователях 8 и 9 суммируются соответственно сумматорами 13 и 16, С помощью фильтров 14 и 17 нижних частот промодулированные высокочастотные выходные сигналы сумматоров 13 и 16 освобождаются от. высших гармоник и поступают соответственно на выходы первого и второго преобразователей

1 и 2. При этом промодулированные высокочастотные выходные сигналы первого и второго преобразователей l и 2 характеризуют соответственно обобщенные векторы тока Iq и напряжения 1!4 контролируемой многофазной (трехфазной) системы переменного тока во вращающейся системе координат, образованной векторными высокочастотными выходными сигналами генератора 7

Ф опорных сигналов. При использовании для формирования опорных сигналов общего для обоих преобразователей 8 и 9 генератора 7 опорных сигнапов система координат, образованная его векторными высокочастотными выходными сигналами, является единой для выходных векторных сигналов преобразователей 8 и 9. Таким образом, выходные .векторные сигналы преобра.зователей 8 и 9 несут информацию не только о величине обобщенных векторов тока Tq и напряжения,14 контролируемой системы переменного тока, но и их взаимный фазовый сдвиг точно соответствует реальному фазовому сдвигу > в неподвижной системе координат.

В общем случае целесообразно иметь возможность сдвигать по фазе выходные векторные сигналы генератора 7 опорных сигналов. Например, при включении измерительных преобразователей

1-3 тока на фазные токи, а измерительных преобразователей 4-Ь напряжения на линейные напряжения контролируемой системы переменного тока для сохранения реального фазового сдвига ф между обобщенными векторами тока ln и напряжения 14 необходимо систему векторных опорных сигналов, подаваемых на входы модуляторов блока 15 модуляторов второго преобразователя 9, с выходом генератора 7 опорных сигналов сдвинуть по фазе на

30 эл.град. в сторону отставания относительно системы век орных опорных сигналов, подаваемых на входы блока 12 модуляторов первого преобразователя 8.

Формирование выходных сигналов устройства, пропорциональных измеряемым электрическим величинам в контролируемой системе переменного тока, осуществляется с помощью демодулятора ll

Для формирования выходного сигнала, пропорционального активной составляющей тока, на один вход демодулятора 11 непосредственно подают выходной сигнал первого преобразователя 8, харак7 911 теризующий обобщенный вектор тока I (фиг.2), а на другой его вход — выходной сигнал !1 первого формирователя 10,представляющий собой ограниченный по амплитуде (нормированный) формирователем 10 выходной сигнал второго преобразователя 9, характеризующий обобщенный «ектор напряжения Цд (фиг.2).

Выходной сигнал !1 первого формирователя 10 является одномерным и несет информацию лишь о фазе обобщенного вектора напряжения О,!. При постоянстве амплитуды выходного сигнала 13 первого формирователя 10 в результате осуществляемой демодуляции

ll демодуляЦия входных сигналов на выходе демодулятора .11 выделяется сигнал U, среднее .значение Ну С которого пропорционально актнвной 20 составляющей тока контролируемой системы переменного тока

Иы р =- =- Im cos У

Для формирования выходного сигнала устройства, пропорционального реактивной составляющей тока, осуществляют дополнительный сдвиг системы опорных сигналов, подаваемых на входы модуляторов блока 15 модуляторов второго преобразователя 9 на

90 эл.град . в сторону ойережения, либо такой же по величине сдвиг системы опорных сигналов, подаваемых на входы модуляторов блока 12 модулято-ров первого преобразователя 8, в сторону отставания.

При-измерении фазового угла,Р системы между выходом первого преобразователя 8 и входом демодулятора 11 дополнительно включают, второй Аорми рователь, который ограничивает по амплитуде (нормирует) выходной сигнал первого преобразователя 8. При включении второго формирователя на оба входа демодулятора 11 поступают одномерные сигналы, несущие информацию лишь о фазе обобщенных векторов тока Т» и напряжения Ц!. При этом на выходе демодулятора 11 формируется

50 сигнал, среднее значение которого линейно связано со значением фазового угла ф контролируемой системы переменного тока;

Ц = 2 (ф= )

SS

Для получения на выходе устройст- . ва сигнала, характеризующего значение коэффициента мощности контролируемой системы переменного тока, необходи352 8 мо, чтобы сигнал, поступающий с выхода второго формирователя на вход демодулятора !I, был синусоидальным.

Для получения синусоидальной формы указанного входного сигнала демодулятора 11 между выходом второго формирователя и входом демодулятора !

1 дополнительно включают фильтр, выполненный, например, в виде RC .

I цепи. Для компенсации фазового сдвига, вносимого этим фильтром, аналогичный фильтр одновременно включают между выходом второго преобразователя 9 и входом первого формирователя !

О. При одновременном включении второго формирователя и двух укаэанных фильтров среднее значение выходного сигнала демодулятора II оказывается однозначно связанным со значением коэффициента мощности контролируемой системы переменного тока.

Использование в предлагаемом устройстве генератора высокочастотных опорных сигналов и преобразователей выходных сигналов измерительных преобразователей тока и напряжения поз воляет получить сигналы, характеризующие обобщенные векторы тока и напряжения контролируемой многофазной системы переменного тока.

При этом использование информации о мгновенных значениях токов и напряжений всех фаз контролируемой системы переменного тока позволяет производить измерения активной (реактивной) составляющей тока, фазового угла системы и коэффициента мощности в несимметричных системах переменного тока и значительно снижает погрешность измерения при несинусоидальности тока, что обеспечивается за счет исключения ряда гармоник из выходных сигналов преобразователей и их фильтрации на высокой несущей частоте, задаваемой генератором опорных сигналов.

Использование амплитудной модуляции высокочастотных опорных сигналов выходными сигналами измерительных преобразователей тока и напряжения позволяет существенно повысить быстродействие устройства, так как частота опорных сигналов может быть выбрана на несколько порядков выше частоты в контролируемой многофазной системе переменного тока, и постоянные времени фильтров, необходимых для получения непрерывного выходного сигнала

Формула изобретения

9 9113 устройства будут. соответственно на столько же порядков меньше..

Повышение точности, быстродействия и расширение функциональных возможностей устройства расширяет область применения устройства, распространяя ее в частности, на системы управления электроприводами переменного тока.

Устройство для измерения активной (реактивной) составляющей многофаз г ного тока, содержащее установленные в фазах контролируемой многофазной системы переменного тока измерительные преобразователи тока и измерительные преобразователи напряжения и связанный с ними входами демодулятор,выход которого соединен с выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений и быстродействия устройства, дополнительно введены многофазный Б генератор опорных сигналов, формирователь, первый и второй преобразовате52 10 ли, имеющие каждый последовательно соединенные многофазный блок модуляторов, одни входы которых пофазно соединены с выходами генератора опорных сигналов, другие в первом преобразователе пофазно связаны с выходами измерительных преобразователей тока, а во втором преобразователе пофазно соединены с выходами измерительных преобразователей напряжения, сумматор и фильтр, выход которого присоеди нен к выходу преобразователя, причем выход первого преобразователя подключен к одному входу демодулятора, а выход второго преобразователя через первый формирователь соединен с другим входом демодулятора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Чарюта А.Н., Воронов В.А. Датчики акТивногo тока и коэффициента мощности. — "Приборы и системы управления", 1973, Ф 1, с. 17-18.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 298988, кл. Н О? Л 3/46, 1!.09.67.

911352

Составитель С.Вейский

Редактор Н.Данкулич Техред A. Бабинец Корректор М.Демчик

Закаэ 1114/32 Тираж 719 Подписное

ВНИИП11 Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

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