СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОГО ТОКА ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ Российский патент 1997 года по МПК G01R19/06 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в симметричных трехфазных трехпроводных электрических сетях при измерениях активного тока.

Известен способ измерения активного тока трехфазной сети, включающей измерение фазных токов и напряжений, формирование из измеренных фазных напряжений модулирующей последовательности импульсов, модуляцию фазных токов этими импульсами, интегрирование промодулированных сигналов за фиксированный интервал времени и запоминание результата интегрирования (А. с. СССР N 679889, кл. GO1 R 19/22, 1979. Абрамович Б. Н. Круглый А. А. Возбуждение, регулирование и устойчивость синхронных двигателей. Л. Энергоиздат, 1983, с. 107 111).

При реализации такого способа сигнал, пропорциональный активной составляющей тока каждой из фаз, формируется в результате усреднения или линейного напряжения двух любых фаз, сдвинутого на четверть периода. Таким образом, период измерения активного тока одной фазы составляет половину периода измеряемого тока (10 мс для общепромышленных сетей частотой 50 Гц). Измерение активных токов всех фаз предполагает использование трех независимых измерительных сигналов для каждой из фаз, что усложняет техническую реализацию.

Таким образом, недостаток известных способов измерения активного тока трехфазной сети низкое быстродействие и сложность технической реализации.

Из известных технических решений наиболее близким по достигаемому результату к предлагаемому является способ измерения активного тока трехфазной сети, включающей измерение фазных токов и напряжений, формирование из измеренных фазных напряжений модулирующей последовательности импульсов, модуляцию фазных токов этими импульсами, интегрирование промодулированных сигналов за фиксированный интервал времени и запоминание результата интегрирования, который пропорционален активному току (А.с. СССР N 1048418, кл. GO1 R 19/22, 1983).

При таком способе сигнал, пропорциональный активной составляющей тока каждой из фаз, формируется в результате усреднения за половину периода фазного напряжения двух других фаз, сдвинутого на четверть периода. Следовательно, период измерения и формирования результата составляет половину периода измеряемого тока (для общепромышленных сетей 10 мс). Для измерения активных токов всех фаз требуется использование трех независимых измерительных каналов для каждой из фаз, т.е. техническая реализация способа сложна.

Таким образом, недостатки известного способа состоят в том, что измерение активной составляющей трехфазного тока осуществляется с низким быстродействием, а также сложность его реализации.

Цель изобретения повышение быстродействия и упрощение технической реализации способа измерения активного тока трехфазной сети.

Поставленная цель достигается тем, что при известном способе измерения активного тока трехфазной сети, включающем измерение фазных токов и напряжений, формирование из измеренных фазных напряжений модулирующей последовательности импульсов, модуляцию фазных токов этими импульсами, интегрирование промодулированных сигналов за фиксированный интервал времени и запоминание результата интегрирования, который пропорционален активному току, дополнительно формируют модулирующую последовательность в виде прямоугольных импульсов, следующих с частотой, равной утроенной частоте сети, и синхронизированных с одним из фазных напряжений, а интегрирование промодулированных фазных токов выполняют поочередно в течение каждого полупериода модулирующего сигнала.

Сущность предлагаемого способа измерения активного тока трехфазной сети заключается в следующем. Фазные напряжения трехфазной симметричной сети равны:

где U_M амплитудное значение напряжения;
ω частота.

Фазные токи сети

Φ фазовый сдвиг.

Напряжение с частотой, равной утроенной частоте сети, и синхронизированное с одним из фазных напряжений, например U_A(t), равно
u₀(t)= U_M0sin3ωt.
Модулирующая последовательность импульсов описывается выражением

где U_e напряжение, соответствующее уровню логической единицы.

Фазные токи, промодулированные сигналом u_M(t), равны соответственно:



где k_M коэффициенты передачи модулятора.

Интегралы от промодулированных фазных токов, взятые последовательно для фаз B, A и C поочередно за интервал времени T/6 соответственно равны:



где коэффициент пропорциональности.

Следовательно, все интегралы промодулированных фазных токов, взятые на соответствующем интервале времени, пропорциональны активному току цепи.

Таким образом, если в трехфазной симметричной сети измерить фазные токи и фазные напряжения, сформировать из измеренных фазных напряжений модулирующую последовательность прямоугольных импульсов, следующих с частотой, равной утроенной частоте сети и синхронизированной с одним из фазных напряжений, промодулировать этим сигналом все фазные токи и последовательно проинтегрировать их поочередно в течение каждого полупериода модулирующего сигнала, то результаты будут пропорциональны активному току сети. При этом время измерения представления результатов составляет одну шестую часть периода измеряемого тока, т.е. повышается быстродействие процесса измерения. Кроме того, для реализации способа может быть использован только один канал, последовательно во времени обслуживающий все три фазы, благодаря чему упрощается техническая реализация способа.

Пример технической реализации предлагаемого способа показан на фиг. 1, где приведена функциональная схема устройства для измерения реактивного тока трехфазной сети. В устройство входят питающая сеть 1, первый 2 и второй 3 измерительные трансформаторы тока алгебраический сумматор 4, измерительный трансформатор 5, коммутатор 6, умножитель частоты 7, модулятор 8, пороговый элемент 9, интегратор со сбросом 10, устройство выборки-хранения 11.

В этом устройстве выходы двух трансформаторов тока 2 и 3 подключены соответственно к первому и третьему входам коммутатора 6, второй вход которого соединен с выходом алгебраического сумматора 4, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого 2 и второго 3 трансформаторов тока, выход трехфазного измерительного трансформатора напряжения 5 через последовательно соединенные умножитель частоты 7 и пороговый элемент 9 подключены к объединенным управляющим входам последовательно соединенных коммутатора 6, модулятора 8, интегратора со сбросом 10 и устройства выборки-хранения 11, выход которого служит выходом устройства.

Временные диаграммы, поясняющие принцип действия устройства, приведены на фиг. 2, где выходные сигналы элементов устройства обозначены символом u c идексом, соответствующим номеру элемента на функциональной схеме (фиг. 1). К питающей электрической сети 1 подключены два измерительных трансформатора тока 2 и 3 и трехфазный трансформатор напряжения 5. На выходах первого 2 и второго 3 трансформаторов тока формируются сигналы, пропорциональные токам фаз А и С. Эти сигналы поступают на входы алгебраического сумматора 4, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный току фазы В:
u₄(i_A+i_C)=k_Ti_B,
где 4 k_T коэффициент пропорциональности трансформаторов тока 2 и 3.

Сигнал u₇ с измерительного трансформатора напряжения 5 поступает на вход умножителя частоты 7, на выходе которого действует напряжение
u₇= k₅k₇u_Msin3ωt,
где k₅ и k₇ коэффициенты передачи соответственно трансформатора напряжения 5 и умножителя частоты 7.

Сигнал u₇ с выхода умножителя частоты поступает на вход порогового элемента 9, напряжение на выходе которого

Выходной сигнал u₉ порогового элемента 9 имеет вид прямоугольных импульсов, следующих с частотой, равной утроенной частоте питающей сети 1. Эти импульсы управляют коммутатором 6, модулятором 8, интегратором со сбросом 10 и устройством выборки-хранения 11. Коммутатор 6 осуществляет поочередное подключение к информационному входу модулятора 8 выходов алгебраического сумматора 4, первого 2 и второго 3 трансформаторов тока. Следовательно, выходной сигнал коммутатора 6 имеет вид:

Напряжение u₆ поступает на информационный вход модулятора 8, коэффициент передачи k₈ которого равен k₈ 1 при u₉ 0 и k₈ -1 при u₉ u_e. В результате напряжение на выходе модулятора 8 равно:

Сигнал u₈ поступает на информационный вход интегратора 10, который устанавливается в начале каждого такта измерения передними и задними фронтами импульсов u₉ в состояние u₁₀ 0. Напряжение на выходе интегратора 10 в конце каждого такта измерения

где коэффициент пропорциональности;
k₈ и k₁₀ коэффициенты передачи модулятора 8 и интегратора 10;
m 0, 1, 5.

Следовательно, в моменты времени t mT/6, m 0,1,5 на выходе интегратора 10 формируется сигнал, пропорциональный активному току трехфазной электрической сети 1. В эти моменты времени, соответствующие передним и задним фронтам импульсов u₉, осуществляется запись содержимого интегратора 10 в устройство выборки-хранения 11. Значение u₁₀(mT/6), записанное в устройстве выборки-хранения 11 в конце такта измерения, действует на выходе в течение следующего такта, длительность которого равна одной шестой части периода.

Таким образом, использование при известном способе измерения активного тока трехфазной сети модулирующей последовательности в виде прямоугольных импульсов, следующих с частотой, равной утроенной частоте сети, и синфазной с одним из фазных напряжений, и последовательного интегрирования в течение каждого полупериода модулирующего сигнала всех фазных токов, позволяет повысить быстродействие и упростить техническую реализацию способа.

Использование предлагаемого способа измерения активного тока трехфазной сети в различных системах контроля и управления элекротехническими устройствами и оборудованием позволит повысить их технические характеристики.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и позволяет при использовании повысить быстродействие и упростить техническую реализацию измерения активного тока трехфазной симметричной сети. Сущность способа заключается в том, что осуществляют последовательное во времени интегрирование всех фазных токов за половину периода модулирующего напряжения, частота которого равна утроенной частоте измеряемого тока. Время измерения и выдачи результатов при этом составляет одну шестую части периода, а все фазные токи измеряются с помощью одного канала. 2 ил.

Способ измерения активного тока трехфазной сети, включающий измерение фазных токов и напряжений, формирование из измеренных фазных напряжений модулирующей последовательности импульсов, модуляцию фазных токов этими импульсами, интегрирование промодулированных сигналов за фиксированный интервал времени и запоминание результата интегрирования, который пропорционален активному току, отличающийся тем, что модулирующую последовательность формируют в виде прямоугольных импульсов, следующих с частотой, равной утроенной частоте сети, и синхронизированных с одним из фазных напряжений, а интегрирование промодулированных фазных токов выполняют поочередно в течение каждого полупериода модулирующего сигнала.