Цифровой измеритель симметричных составляющих трехфазной сети Советский патент 1983 года по МПК G01R29/16 

Изобретение относится к контролю качества электроэнергии трехфазных сетей переменного тока.

Известен цифровой измеритель симметричных составляющих трехфазной сети, в состав которого входят коммутатор фаз, преобразователь аналогкод, блок управления, множительные устройства, задатчики кодов, реверсивные счетчики, определитель знака, блок изменения фазы на 120, квадратор, регистрирующееустройств устройство деления, нуль-орган p.J ,

Недостатки этого измерителя сводятся к ограниченному верхнему диапазону частот, сложной аппаратурной реализации и невысокой точности из-за инструментальных погрешностей фазовращателя и; методической погрешности дискретизации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности, является цифровой измеритель симметричных составляющих трехфазной сети, содержащий коммутатор фаз, три ключа, блок деления кодов, квадратор, преобразователь период-код, умножитель частоты, блок управления, дв преобразователя фаза-код, два блока переноса, два счетчика, аналоговые сумматоры и интеграторы, причем входные зажимы фаз А, В, С соединен с тремя входами коммутатора соответственно, фазы А и В соединены с двумя входами первого преобразователя фаза-код, выход которого через первый блок переноса соединен с входом первого счетчика, выход которого соединен с вторым входом пер.вого ключа, фазы А и С соединены с двумя входами второго преобразователя фаза-код, выход которого через второй блок переноса соединен с входом второго счетчика, выход которого соединен с вторым входом второго ключа, третий выход которого соединен с управляющим входом первого блока переноса и первым входом первого ключа, четвертый выход блока управления соединен с управляющим входом второго блока переноса и первым входом второго ключа, фаза С через блок умножения частоты соединена с первым входом блока управления, первый выход которрго соединен с четвертым входом коммутатора, второй выход блока управления соединен с квадратором, информационные входы первого и второго ключа объединены и соединены с выходом генератора образцовой частоты выход первого ключа соединен с вторым входом первого счетчика, выход второго ключа соединен с вторым .входом второго счетчика 2 ,

Недостатками известного устройства являются недостаточно высокая точность и сравнительно большое время

измерения, что обусловлено наличием таких операций, как аналоговое интегрирование и суммирование аналоговых сигналов, Лучшие схемы современных аналоговых интеграторов и сумматоров обеспечивают погрешности порядке 0,05-0,1% при времени переходных процессов до 10-15 периодов, которое и определяет время измерения

Целью изобретения является повышение точности и уменьшение времени измерения.

Поставленная цель достигается тем что в цифровой измеритель симметричных составляющих трехфазной сети, содержащий коммутатор фаз, три ключа, блок деления кодов, квадратор, преобразователь период-код, умножитель частоты, блок управления, два преобразователя фаза-код, два блока переноса, два счетчика, причем входные зажимы фаз А, В, С соединены с тремя входами коммутатора соответственно, фазы А и В соединены с двумя входами первого преобразователя фаза-код, выход которого через первый блок переноса соединен е входом первого счетчика, выход которого соединен с вторым входом первого ключа, фазы А и С соединены с- двумя входами, второго преобр.азователя фаза-код, выход которого через второй блок переноса соединен с входом второго счетчика, выход которого соединен с вторым входом второго ключа, третий выход которого соединен с управляющим входом первого блока переноса и первым входом первого ключа, четвертый выход блока управления соединен с управляющим входом второго блока переноса и первым входом второго ключа, фаза С через блок умножения частоты сое-, динена с первым входом блока управления, первый выход которого соединен с четвертым входом коммутатора, второй выход блока управления соединен с квадратором, информационные входы первого и второго ключа объединены и соединены с выходом генератора об разцовой частоты, выход первого ключа соединен с вторым входо «1 первого счётчика, выход второго ключа соединен с вторым входом второго счетчика, введены преобразователь напряжени.с;-частота, определитель знака и реверсивный сумматор, причем выход коммутатора соединен с входами определителя знака и преобразователя напряжение-частота, выход которого через третий ключ, реве сивннй сумматор, делитель кодов соединен с вторым входом квадратора, выход определителя знака соединен с входом реверса реверсивного счетчика, фаза С через преобразователь период-код соединена с вторым входом делителя кодов, третий вход

которого соединен с шестым выходом блока управления, пятый выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа, выход первого счетчика соединен с вторым входом блока управления, третий вход которого соединен с выходом второго счетчика.

На чертеже приведена структурная схема измерителя.

В состав измерителя входят коммутатор 1 фаз, определитель 2 знака, преобразователь 3 напряжение-частота, электронный ключ 4, реверсивный сумматор 5, делитель 6 кодов, квадратор 7,-преобразователь 8 период-код, умножитель 9 частоты, блок 10 управления, преобразователи 11 и 12 фаза-код, блоки 13 и 14 переноса, счетчики 15 и 16 импульсов и электронные ключи 17 и 18.

Сигнальные входы коммутатора 1 фаз подключены к фазам А, -В и С, на которые подаются фазные напряжения ид, Ug, Up, а управляющий вход - к первому выходу блока 10 управления. Выход коммутатора 1 подключен к точке, объединяющей вход определителя 2 знака и вход последовательно соединенных преобразователя ;3 напряжение-частота, электронного ключа 4 / реверсивного сумматора 5, делителя 6 кодов и квадратора 7, управляющий вход которого подключен ко второму выходу.блока 10 управления. Выход определителя 2 знака соединен с входом реверса реверсивного сумматора 5. Между фазой А и вторым входом делителя 6 кодов включен преобразователь 8 периодкод. К фазе А подключен умножитель 9 частоты, выход которого соединен с первым входом блока 10 управления, к фазам А и В - преобразователь 11 фаза-код, а к фазам А и С - преобразователь 12 фаза-код. Преобразователи 11 и 12 поразрядно,.с помощью блоков 13 и 14 переноса, подключены к счетчикам 15 и 16 импульсов соответственно. Счетные входы счетчиков 15 и 16 через электронные ключи 17 и 18 соединены с генератором 19 образцовой частоты f, который моет находиться в одном из преобразователей фаза-код. Первые управляюие входы электронных ключей 17 и 18 бъединены между собой и с управляюими входами блоков 13 и 14 переноа в две общие точки, которые подклюены к третьему и четвертому выходам блока 10 управления соответственно. торые управляющие входы ключей 17 и 18 объединены с выходами счетиков 15 и 16 импульсов в две общие очки, которые соединены со вторым и ретьим входами блока 10 управления. ятый и шестой выходы блока 10 управления подключены соответственно к управляющим входам электронного ключа 4 и делителя б кодов.

Определение симметричных составляющих основано на измерении их квадратурных составляющих.

Рассмотрим принцип действия устройства.

Коммутатором 1 фаз по сигналам блока 10 управления фазные напряжения UA(t), U0(t), Uc(t) поочередно подключаются к объединенным входам определителя 2 знака и преобразователя 3 напряжение-частота. Это напряжение преобразователем 3 . напряжение-частота преобразуется в пропорциональную частоту следования импульсов fд (t )K.f Ид (t) , f.g(t)Kf Ug(t) или fc.(t)KfUc(t),

поступающую на сигнальный вход электронного ключа 4. Последний открывается на определенные фазные интервалы.

Фазы 0°, 90°, 120°, 210, 240

и

330° задаются умножителем 9 частоты и распределителем импульсов, расположенным в блоке 10 управления,. Умножитель 9 частоты служит для формирования калиброванных по фазе импульсов, цена деления которых не зависит от частоты фазного напряжения. Коэффициент умножения умножителя 9. частоты выбирается равным 12. Тогда

выходной импульс умножителя 9 час29тоты будет соответствовать -я- 30

период входного напряжения на любой частоте. Импульсы с выхода умножителя 9 частоты поступают в блок 10

управления, в котором имеется распределитель импульсов (дешифратор), формирующий сигналы, управляюгще электронным ключом 4. Так, управляющий сигнал, соответствующий фазе .

GJ , формируется в момент поступления в блок 10 управления первого импульса с умножителя 9 частоты, в качестве которого принимается импульс перехода напряжения UjjCt)

через йуль. Фазе 1 90 соответствует момент поступле ния четвертого импульса с умножителя 9. фазе G3t 120° - пятый импульс и так далее, и наконец, фазесО ЗЗО двенадцатый импульс. Формирование выходного управляющего- сигнала с требуемым фазовым сдвигом относи.тельно начала отсчета cot 0 осуществляется перестройкой блока 10 управления по определенной программе в

зависимости от измеряемой величины.

Фазы №/2-(р) и ((()р) формируют с помощью блоков фазовый сдвиг Cfu(, напряжений Ug и Uj- по отношению 11-18. Преобразователями 11 и 12осуществляется преобразование фазовых сдвигов (f, и соответственно в коды и эти коды по сигналам блока 10 управления, поступающим на блоки 12 и 13 переноса, в каждом цикле измерения вводятся соответственно в счетчики. 15 и 16 импульсов на вычитание (в дополнительном коде . В исходном состоянии в этих счетчиках записывается код ft/2, в результате в них образуются коды (l /2-qj) и (f). Теми же сигналами блока 10 управления, которыми производится перенос кодов, открываются электронные ключи 17 и 18. и импульсы частоты поступают на списывание: показаний счетчиков 15 и 16 В моменты обнуления счетчиков 15 и 16 на их выходах формируются сигналы, фазы появления которых равны (fi/2-(|g) и (fl/2-tf(;). Выходные сигналы счетчиков 15 и 16 подаются в блок 10 управления для формирования управляющих .сигналов ключом 4, который тем самым открывается на соответствующие фазные интервалы. В течение действия управляющих сигналов с блока 10 управления злекройный ключ 4 открывается для проходения импульсов с выхода преобразователя 3 напряжение-частота. Эти импульсы поступают на счетный вход реверсивного сумматора 5. Режим ра.боты сумматора 5 (суммирование или вычитание ) - задается определителем 2 знака, который формирует управляющий сигнал, подаваемый на вход реверса реверсивного сумматора 5, в зависимости от полярности входного напряжения преобразователя 3 напряжение-частота, В результате алгоритма работы сумматора 5 в нем образуются коды, пропорциональные квадратурным составляющим симметричных составляющих трехфазной системы напряжений и периоду напряжения. Для устранения зависимости от периода или частоты исследуемой системы напряжений в измерителе используется преобразователь 8 период-код, который формирует код периода

,

N,

где К- - коэффициент передачи преобразователя период-код. Код измеряемой квадратурной составляющей с реверсивного сумматора 5 10 и код периода с преобразователя 8 по сигналу блока 10 управления вводится в делитель 6 кодовi С выхода последнего полученные в нем коды поступают в квадратор 7, которым 5 осуществляется определение действующих значений симметричных составляющих.

Положительный эффект устройства заключается в том, что измеритель обеспечивает значительно более высокую точность измерения. Это обусловлено тем, что в нем исключаются также аналоговые измерительные узлы, как интегратор и сумматор, которые вносят основной вклад в погрешности Iизмерения известного устройства. Используемым в приборе преобразователю период-код и делителю кодов легко можно обеспечить значительно меньшие погрешности, чем погрешноси ти интегратора и суматора. В измерителе значительно уменьшается время измерения, составляющее в каждом режиме 1-2 периода исследуемого напряжения, что значительно меньше, 5 чем в известном измерителе, время измерения в котором определяется временем пepekoдныx процессов в интеграторе, з анимающее порядка 10-15 периодов.

0 Уменьшение времени измерения особенно важно при использовании измерителей симметричных составляющих в системах автоматического симметрирования трехфазных сетей.

. ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СИ11МЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ, содержащий коммутатор фаз, три ключа, блок деления кодов, квадратор, преобразователь период-код, умножитель частоты, блок управления, два преобразователя фаза-код, два блока переноса, два счетчика, причем входные зажимы фаз А, В, С ссэединены с входами коммутатора соответственно, фазы А и В соединены с двумя входами первого преобразователя фаза-код,, выход которого через первый блок переноса соединен с входом первого счетчика, выход которого соединен с вторым входом первого ключа, фазы А и С .соединены с двумя входами второго преобразователя фаза-код, выход которого через второй блок переноса соединен с входом второго счетчика, выход которого соединен с вторым входом второго ключа, третий выход которого соединен с управляющим входом первого блока переноса и первым входом первого ключа, четвертый выход блока управления соединен с управляющим входом второго блока переноса и первым входом второго ключа, фаза С через блок умножения частоты соединена с первым входом блока управления , первый выход которого соединен с четвертым входом коммутатора, второй выход блока управления соединен с квадратором, информационные входы первого и второго ключа объединены и соединены с выходом генератора образцовой частоты, выход первого ключа соединен с вторым входом первого счетчика, выход вюрого ключа соединен с вторым входом второго счетчика, отличающийся тем, что, с целью повы43 шения точности и уменьшения време(Л ни измерения, в него введена преобразователь напряжение-частота, определитель знака и реверсивнь1й сумматор, причем выход коммутатора соединен с входами определителя знака и преобразователя напряжение-частота, выход которого через третий ключ, реверсивный сумматор, делитель кодов соединен с вторым входом квадратора/ выход определителя знаел ка соединен с входом реверса реверсивного счетчика, фаза С через прес: образователь период-код соединена с вторым вхо1цом делителя кодов, трео тий вход которого соединен с шее00 тым выходом блока управления, пятый выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа, выход первого счетчика соединен с вторым входом блока управления, третий вход которого соединен с выходом второго счетчика.