СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники и может быть использовано в электроэнергетике для контроля усредненных значений частоты в промышленных трехфазных электрических сетях.

Известен способ определения частоты при помощи цифрового измерителя частоты (Патент 1290190 РФ, МПК G01R 23/00. 1987, Бюл. №6.). Цифровой измеритель частоты содержит формирователь интервала измерения, генератор образцовых частот, счетчики импульсов, сумматор, блок индикации, элемент задержки, RS-триггер, ключ, регистр, D-триггер, двухвходовой элемент И.

Недостатком способа определения частоты и измерителя является значительное время усреднения (счета), необходимое для получения требуемой точности измерений.

К аналогам предлагаемого технического решения также относится способ измерения частоты при помощи устройства для измерения частоты синусоидального сигнала (Патент РФ № 2169927, МКП G01R 23/00, 2001, Бюл. №18.). Устройство для измерения частоты синусоидального сигнала содержит генератор импульсов, распределитель импульсов, счетчик импульсов, регистр, цифровые индикаторы, входной формирователь импульсов, выпрямитель, n входных формирователей импульсов, (n+1) выходных формирователей импульсов, источник опорных напряжений, элемент ИЛИ.

Недостатками данного способа измерения частоты и устройства являются значительное время измерения, а также невысокая точность.

Прототипом является способ измерения частоты трехфазного напряжения при помощи устройства измерения частоты (US №8190387 В2, МПК G01R 23/00, 29.05.2012), предназначенный для измерения промышленной частоты 50 или 60 герц, в котором подсчитывается амплитуда переменного напряжения U(t) методом действующего значения, длина хорды, соединяющая вершины вектора напряжения U(t) в момент времени t и вектора напряжения U(t+dt) в момент времени (t+dt) с помощью метода действующего значения, фазовый угол dφ поворота вектора напряжения U(t) за время dt, откуда подсчитывают частоту F(t), вычисляют динамическую частоту для определения скорости изменения частоты для каждого шага dt.

Недостатком данного способа и устройства является то, что для определения фазового угла dφ поворота вектора напряжения U(t) за время dt используется одно напряжение U(t) промышленной частоты. Кроме того, промышленная частота 50 Гц обычно сопровождается наличием высших гармоник, что приводит к уменьшению точности измерений частоты.

Задача, решаемая изобретением, - повышение точности определения частоты трехфазного напряжения за счет использования для определения частоты сигналов всех трех фаз промышленного трехфазного напряжения, а также использования мешающей третьей гармоники непосредственно для измерения частоты.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в способе определения частоты трехфазного напряжения, в котором для определения частоты первой гармоники F₁ промышленного трехфазного напряжения используют сигналы всех трех фаз Ua, Ub, Uc, суммируя напряжения всех трех фаз, подсчитывают напряжение нулевой последовательности Uo, согласно изобретению, из напряжения нулевой последовательности Uo фильтром выделяют напряжение третьей гармоники промышленной частоты U₃, определяют частоту F₃ напряжения третьей гармоники промышленной частоты U₃, из которой определяют частоту первой гармоники F₁=F₃/3.

Существенным отличием предлагаемого технического решения является то, что для определения частот промышленного напряжения 50 Гц или 60 Гц используется значительно большая частота третьей гармоники 150 Гц или 180 Гц, что повышает точность измерения частоты.

Предлагаемый способ определения частоты трехфазного напряжения поясняется с помощью прилагаемых чертежей (фиг. 1-4), на которых сделаны следующие обозначения.

- Три вектора напряжения Ua (1), Ub (2), Uc (3), между которыми имеется угол 120 градусов в нормальном режиме.

- Зависимость от времени синусоидальных напряжений Ua (4), Ub (5), Uc (6), между которыми имеется угол 120 градусов в нормальном режиме.

- Зависимость от времени третьих гармоник синусоидальных напряжений U₃a (7), U₃b (8), U₃c (9), между которыми имеется угол 0 градусов в нормальном режиме, то есть третьи гармоники синусоидальных напряжений U₃a (7), U₃b (8), U₃c (9) синфазны.

- Три синусоидальных напряжения Ua, Ub, Uc суммируются в сумматоре 10, на выходе которого формируется напряжение нулевой последовательности 3Uo.

- Полосовой фильтр 11, имеющий полосу пропускания [120 Гц, 180 Гц], выделяет напряжение третьей гармоники U₃ с частотой 150 Гц.

- Блок 12 определяет частоту F₃ третьей гармоники.

- Блок 13 вычисляет частоту первой гармоники F₁=F₃/3.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Принцип работы промышленных трехфазных сетей 50 герц связан с подачей на двигатель трехфазного напряжения Ua (1), Ub (2), Uc (3), между которыми имеется угол 120 градусов в нормальном режиме.

При этом важно заметить, что угол 120 градусов в нормальном режиме между синусоидальными напряжениями Ua (4), Ub (5), Uc (6) имеется только для первой гармоники с частотой F₁=50 Гц.

Период третьей гармоники U₃, с частотой F₃=150 Гц, занимает ровно одну треть периода первой гармоники с частотой F₁=50 Гц, в результате на частоте третьей гармоники между синусоидальными напряжениями U₃a (7), U₃ b(8), U₃c (9) имеется угол 0 градусов в нормальном режиме, то есть третьи гармоники синусоидальных напряжений U₃a (7), U₃b (8), U₃c (9) синфазны.

Поэтому суммирование 10 трех векторов напряжения Ua (1), Ub (2), Uc (3), между которыми имеется угол 120 градусов в нормальном режиме на частоте первой гармоники F₁=50 Гц, дает в результате ноль, то есть в нормальном режиме работы трехфазной сети напряжение нулевой последовательности 3Uo отсутствует на частоте первой гармоники F₁=50 Гц.

По-иному ведут себя третьи гармоники синусоидальных напряжений U₃a (7), U₃b (8), U₃c (9), которые синфазны (имеют одну фазу). При суммировании третьих гармоник U₃a (7), U₃b (8), U₃c (9) получаем ненулевое значение напряжение нулевой последовательности 3Uo. Иными словами, в напряжении нулевой последовательности 3Uo частота первой гармоники F₁=50 Гц подавлена (имеет близкое к нулю значение), и основной вклад в напряжение нулевой последовательности 3Uo дает частота третьей гармоники F₃=150 Гц.

Полосовой фильтр 11, имеющий полосу пропускания [120 Гц, 180 Гц], выделяет в напряжении нулевой последовательности 3Uo третью гармонику U₃ с частотой 150 Гц, подавляя остальные гармоники.

Блок 12 определяет частоту F₃ третьей гармоники из напряжения третьей гармоники U₃. Блок 13 вычисляет частоту первой гармоники F₁=F₃/3, что и требовалось определить в способе определения частоты трехфазного напряжения.

Предлагаемый способ определения частоты трехфазного напряжения имеет следующие преимущества, которые повышают точность измерения частоты:

1. Для измерения частоты используются напряжения всех трех фаз Ua, Ub, Uc.

2. При подсчете нулевой последовательности 3Uo частота первой гармоники F₁=50 Гц, подавлена (имеет близкое к нулю значение), и основной вклад в напряжение нулевой последовательности 3Uo дает частота третьей гармоники F₃=150 Гц.

3. Для определения частоты первой гармоники F₁ используется более высокая частота третьей гармоники F₃.

Предлагаемый способ определения частоты трехфазного напряжения будет работать всегда, когда в спектре трехфазного напряжения имеется напряжение третьей гармоники.

Таким образом, предлагаемый способ определения частоты трехфазного напряжения позволяет определить частоту трехфазного напряжения, которое непосредственно вращает роторы двигателей. При этом за счет использования всех трех фаз промышленного напряжения 50 герц и за счет использования напряжения третьей гармоники повышается точность измерения частоты.

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники и может быть использовано в электроэнергетике для контроля усредненных значений частоты в промышленных трехфазных электрических сетях. Для определения частоты первой гармоники F₁ промышленного трехфазного напряжения используют сигналы всех трех фаз Ua, Ub, Uc, суммируя напряжения всех трех, фаз подсчитывают напряжение нулевой последовательности Uo. Из напряжения нулевой последовательности Uo фильтром выделяют напряжение третьей гармоники промышленной частоты U₃. Определяют частоту F₃ напряжения третьей гармоники промышленной частоты U₃, из которой определяют частоту первой гармоники F₁=F₃/3. Способ определения частоты трехфазного напряжения позволяет определить частоту трехфазного напряжения, которое непосредственно вращает роторы двигателей. При этом за счет использования всех трех фаз промышленного напряжения 50 Гц и за счет использования напряжения третьей гармоники повышается точность измерения частоты. Предлагаемый способ будет работать всегда, когда в спектре трехфазного напряжения имеется напряжение третьей гармоники. Технический результат заключается в повышении точности определения частоты трехфазного напряжения за счет использования для определения частоты сигналов всех трех фаз промышленного трехфазного напряжения, а также использования мешающей третьей гармоники непосредственно для измерения частоты. 4 ил.

Способ определения частоты трехфазного напряжения, в котором для определения частоты первой гармоники F₁ промышленного трехфазного напряжения используют сигналы всех трех фаз Ua, Ub, Uc, суммируя напряжения всех трех фаз, подсчитывают напряжение нулевой последовательности Uo, отличающийся тем, что из напряжения нулевой последовательности Uo фильтром выделяют напряжение третьей гармоники промышленной частоты U₃, определяют частоту F₃ напряжения третьей гармоники промышленной частоты U₃, из которой определяют частоту первой гармоники F₁=F₃/3.