Способ измерения активной и реактивной составляющих тока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Соцмалмстмческмх

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 130231 (21) 3247961/18-21

f51) М. Кл.з с присоединением заявки ¹â€”

G R 19/06

Государственный комитет

СССР ао делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (531УДК 621. 317. . 7 (088. 8) Опубликовано 23.09.82. Бюллетень ¹ 35

Дата опубликования описания 23.09.82 (72) Автор. изобретения

В.С. Мучкин

Новосибирский электротехнический инсти (71) Заявитель

\ (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОЙ И РЕАКТИВНОЙ

СОСТАВЛЯЮЦИХ ТОКА

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений активного или реактивного токов в цепях переменного тока, содержащих реактивную нагрузку, в частности, для измерения активного тока асинхронного электродвигателя.

Известен способ измерения пассивной составляющей тока, при котором умножают постоянный сигнал на напряжение сети, вычитают полученное произведение иэ полного тока, полученную разность сигналов ум ножают на напряжение сети, устанавливают среднее значение полученного произведения равным нулю, регулировкой величины постоянного сигнала (1) .

Недостатками данного способа является то, что сочность обработки сигналов мала вследствие применения операции умножения переменных сигналов, вносящей значительные погрешности в получаемые результаты; а быстродействие измерения низко, поскольку регулируемый постоянный сигнал получают из переменного путем сглаживания .последнего инерционным устройством.

Известен также способ измерения активного тока, основанный на том, что сигналы, пропорциональные

5 мгновенным значениям тока и напряжения в контролируемой цепи, подают на ключевой элемент. Сигнал, пропорциональный напряжению сети, используют в качестве опорного сигнала. Отпирание и эапирание ключевого элемента проиСходит в моменты перехода опорного сигнала через нуль, вследствие чего среднее за период ,напряжение на нагрузке пропорционально амплитуде активного тока (2).

Недостатками этого известного способа являются погрешность, возрастающая при искажении синусоидальной формы контролируемых напряжения и тока, а также при нарушении симметрии контролируемой нагрузки, что снижает точность измерения, и малое быстродействие, связанное с тем, что выходной сигнал имеет пульсирующую форму, и для получения среднего за период напряжения выходной сигнал необходимо сглаживать.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерения и дальнейшее увеличение

30 быстродействия.

9.60646.

Цель достигается тем, что соглас .

L но способу,, основанном на использовании сигналов, пропорциональных мгновенным значениям напряжения и тока s контролируемой цепи, фиксируют уровень полного тока в момент 5 времени, когда величина этого уровня равна амплитудному значению измеряемой составляющей, а момент времени фиксации определяют один раэ эа период по фазе прямоугольного 10 опорного сигнала, сформированного иэ измеряемого напряжения сети. Причем указанную фиксацию уровня полного тока производят дополнительно второй раз за период, а результат из- 5 мерения инвертируют.

На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит формирователь 1 опорного сигнала (ФОС), на вход которого подан сигнал U, пропорциональный.напряжению сети, схему 2 управления (Су), вход которой нбдключен к выходу ФОС, два фиксатора уровня (ФУ1) 3 и (ФУ2) 4, на первые входы которых поступает сигнал U пропорциональный току, а вторые входы подсоединены к выходу

Су, и суммирующий элемент (СЭ) 5, )подсоединенный своими входами к выходам фиксаторов уровней. Выход СЭ является выходом устройства.

Сйособ реализуют следУющим образом.

Напряжение U, пропорциональное мгновенному значению полного тока, измеряемого в цепи, поступает на первые входы фиксаторов уровней. Пол- 0

40 ный ток можно представить в виде суммы мгновенных значений его сост авляющик

З (W + )= 3 з п Mt+3 з1о ц) + ) (g) л1 45

Х где Ч вЂ” сдвиг по фазе между напряжением сети и током; =3„,сиз - амплитудное значение активной составляющей;

Q=3 e

Из формулы (1) следует, что в момент времени, кЬгда реактивная составляющая полного тока обращается в нуль, а активная приобретает максимальное значение. Следовательно, в этот момент времени величина полного тока соответствует амплитудному значению активной сос. тавляющей.

Аналогично этому, в момент времени, когда юа = л, величина полного тока соответствует ампли- 65 тудному значению. реактивной составляющей, так как активная составляющая в этот момент равна нулю.

Фиксаторы уровня 3 и 4 производят фиксацию мгновенного значения сигнала

01 и осуществляют хранение этой величины сигнала. Управление режимами работы фиксаторов происходит управляющими командами, поступающими со схемы 2 .управления. Для того, чтобы ..фиксация уровней тока происходила в моменты времени, соответствуюJ7 щие м при измерении актив2 ной составляющей или urt = я при измерении реактивной составляющей, схема 2 управления вырабатывает управляющие команды в зависимости от фазы опорного сигнала, сформированного по сигйалу U пропорционального напряжению сетй.

При измерении реактивной составляющей сигнал Uz поступает в формирователь 1 опорного сигнала, на выходе которого формируется сигнал прямоугольной формы. Поскольку U имеет нулевой сдвиг фазы, то моменту времени u>t = Л соответствует переход этого сигнала через нуль от положительного значения к отрицательному, и схема 2 управления в этот момент времени вырабатывает уп-т равляющую команду. По этой команде фиксатор 3 осуществляет фиксацию уровня. сигнала. U è затем переходит в режим хранения, а на его выходе

Появится сигнал., пропорциональный амплитудному значению реактивной составляющей. По этой же команде, фиксатор 4 переходит иэ режима хранения в режим фиксации и. на его выходе сигнал становится равным нулю.

С поступлением через период следующей управляющей команды в момент времени, когда mt Г, фиксация уровня тока происходит в фиксаторе 4, который затем переходйт в режим хранения. В результате этого сигнал; пропорциональный амплитудному значению реактивной составляющей, йоявляется попеременно с интер." валом в один период то на выходе фиксатора 3, то на выходе фиксатора 4. После суммирования выходных сигналов на выходе суммирующего элемента 5 появляется непрерывный сигнал, пропорциональный амплитудному значению реактивной составляющей тоKcL, Так как фиксация уровня тока происходит каждый период, скорость измерения определяется длительностью периода измеряемого сигнала.

При измерении активной составляющей тока сигнал и поступает на вход формирователя 1, на выходе которого формируется опорный сигнал прямо960646 активной составляющей, и vent = 2У для"измерения реактивной.

Подставка. этих значений vent в формулу (1) показывает, что величина полного тока в данные моменты времени равна амплитудным значени-. ям составляющих, но имеет отрицательный знак. Поэтому после инверсии измеренного сигнала получают требуемую информацию. Выявление дополнительных моментов времени фиксации осуществляют по фазе тех же опорных сигналов при переходе их через нуль в обратном направлении, а в целом фиксацию тока при таком способе измерения производят два раза за период опорного сигнала при каждом ее переходе через нуль. аз угольной формы, сдвинутый относительJt.

I но исходного на угол . Тогда мо.-.

2. менту времени, когда ш t =, соЛ

2 5 ответствует переход опорного сигнала через нуль от отрицательного значения к положительному и СУ 2 вырабатывает управляющую команду в этот момейт времени. Далее работа устройства происходит аналогично работе, при измерении реактивной составляющей. Так как фиксация тока производится в моменты времени, когда

mt,, на выходе суммирующего

T 15

2 элемента 5 появляется сигнал, пропорциональный амплитудному значению активной составляющей тока.

Точность измерения составляющих тока зависит от точности выявления моментов времени фиксации и, поскольку опорный сигнал имеет прямо, угольную форму, можно получить большую точность определения требуемых моментов времени, что обуславливает и высокую точность измерения. Выходной сигнал при этом не имеет пульсаций, что исключает необходимость использования сглаживающих устройств и позволяет получить быстродействие измерения, равное одному периоду измеряемого сигнала.

Дальнейшее увеличение быстродействия можно получить, если фиксиро- 35 вать величину полного тока дополнительно в моменты времени, при

Зя которых t = .. для измерения

На чертеже пунктирными линиями изображено место возможного включения инвертирующего усилителя (ИУ) 6 в блок-схему.

Отличие работы устройства от предыдущего заключается в том, что схема 2 управления вырабатывает управляющие команды два раза за .период, при этом на выходе-СЭ 5 информация обновляется два раза за период, т.е. быстродействие в этом случае равно половике периода измеряемого сигнала, а выходной сигнал пропорционален амплитудному.значению измеряемой составляющей с точностью, определяемой точность вЫработки управляющих команд.

Предлагаемый способ измерения активной и реактивной составляющих тока позволяет проиэводить измерение с высокой точностью и максимальным быстродействием.

Формула изобретения

1. Способ измерения активной и реактивной составляющих тока, основанный на использовании сигналов, пропорциональных ..мгновенным значениям напряхения и тока в контроли.руемой цепи, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью увеличения. точности и быстродействия измерения, фиксируют уровень полного тока в момент времени, когда величина этого уровня равна амплитудному значению измеряемой составляющей, причем момент времени фиксации определяют один раэ за период по фазе прямоугольного:.опорного сигнала, сформированного .,из измеряемого напряг жения сети.

2.. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью даль- нейшего увеличения быстродействия измерения, указанную фиксацию уровня полного тока производят дополнительно второй раз за период, а результат измерения инвертируют.

Г

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 705354, кл. G 01 R 19/06.

2. Марюта A;H., Воронов В.A. Датчики активного тока и коэффициента мощности. — Приборы и системы управления, 1973, 9 1, с. 17-18.

9606 46

Составитель А, Митрофанов

Редактор Н. Пушненкова Техред М.Коытура Корректор Ю. Макаренко

Закаэ 7255/51 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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