Устройство для определения сдвига фаз между током и напряжением в энергетических цепях Советский патент 1983 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для измерения фазового угла между током и напряжением в энергетических цепях. Известно фазометрическое устройс во, содержащее источники входных сигналов, соединенные с первыми вхо дами ключей, вторые входы которых соединены с выходами задатчика времени, а третьи с выходами реверсивных счетчиков (цифровых интеграторов) и входом элемента ИЛИ, а выходы ключей соединены соответственно с входами прямого .и обратного счёта реверсивных счетчиков ij , В этом устройстве уменьшено влия ние помех, но оно является сложным, дорогостоящим и его применение опра дано только в качестве цифрового универсального фазометра. Известно устройство, содержащее последовательно соединенные триггер нормализующий блок (усилитель), фильтр, цифровой вольтметр (индикатор) , причем входы триггера соедине ны с выходами усилителей-ограничите лей (компараторов) 2 . Недостатком устройства является большая дополнительная погрешность измерения от искажения формы кривой 2-й, 3-й и 5-й гармоническимисоста ляющими сигнала в энергетических цепях, которая достигает 4,5% при 1 нелинейных искажений. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается Тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные фильтр, усилитель и индикатор, а также компаратор в цепи напряжения и компара тор в токовой цепи, введены 2п+1 интеграторов, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛ и трансформатор тока, при этом цепь напряжения содержит п последователь но соединенных интеграторов, вход первого из которых соединен с входной клеммой напряжения, а цепь тока содержит п+1 последовательно соединенных интеграторов, включенных между трансформатором тока, вход которого соединен с входной клеммой тока, и комь;аратором, причем выход последнего интегратора каждой цепи через соответствующий компаратор соединен с входами элемента ИСКЛЮЧАЮ ЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к входу фильтра. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство для определения сдвига фаз между током и напряжением в энер гетических цепях содержит трйнсформатор 1 тока, входную клемму 2 тока интеграторы 3 и 4, компаратор 5, элемент 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, фильтр 7 усилитель 8, индикатор 9, входную клемму 10 напряжения, интегратор 11 и компаратор 12, при этом вход трансформатора 1 соединен с входной клеммой 2 тока, а выход через интеграторы 3 и 4 и компаратор 5 - с первым входом элемента 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен через фильтр 7 и усилитель 8 с индикатором 9. Входная клемма 10 напряжения через интегратор 11 и компаратор 12 соединена с вторым входом элемента 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Устройство работает следующим образом. В энергетических цепях, для которых предназначено устройство, в входных сигналах могут присутствовать 2-я, 3-я и 5-я apмoничecкиe составляющие. Измерение угла сдвига фаз между током и напряжением заключается в измерении .угла сдвига фаз между первыми гармониками сигналов. Токовый сигнал через клемму 2 устройства .поступает на трансформатор 1, который осуществляет развязку послея довательной и параллельной цепей по постоянному току. Одновременно с сигналом тока на клемму 10 подается сигнал напряжения. Сигнал с выхода трансформатора 1 подается на интеграторы 3 и 4. Так как коэффициент усиления интегратора обратно пропорционален частоте сигнала, то после прохождения через интеграторы 3 и 4 сигналы высШих гармоник по отношению к величине первой гармоники ослабляются в 4 раза для второй гармонической составляющей, в 9 раз для третьей и т.д. В результате более точно фиксируется момент перехода сигнала через нуль компаратором 5. Так как сигнал напряжения с клеммы 10 проходит только через один интегратор 11, то ослабление высших гармонических составляющих сигнала по отношению к первой гармонике осуществляется в два раза для второй гармоники, в три раза для третьей и т.д. При прохождении сигнала через один интегратор его фаза смещается на 90. Так как сигнал тока проходит через два интегратора 3 и 4 (или больше), его фаза смещается на. 180°, напряжения при этом проходит через один интегратор 11, его фаза смещается на 90°. В результате на вход элемента 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ . через компараторы 5 и .12 подается сигнал тока, смещенный на , и сигнал напряжения, смещенный на 90°. Использование элемента 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ делает устройство двухполупериодным, так как для формирования выходного сигнала используются переходы через нуль сигналов тока и напряжения как от отрицательного значения к положительному, так-и от положительного к отрицательному, что позволяет устранить влияние четных гармоник на точность измерения.

В результате совместного использования интеграторов 3, 4 и Ц и элемента 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ ослабляется влияние искажения формы кривой в токовом канале в 9 раз, а в канале напряжения в 3 раза. .

На выходе элемента 6 формируются прямоугольные импульсы со сквгйснрстью пропорциональной сдвигу фазы первсГй гармоники. На фильтре 7 вьаделяется постоянная составляющая, которая усиливается в усилителе 8 и отображается индикатором 9. Так как сигнаш тока на выходе интегратора 4 смещен относительно своего первоначального сдвига на 180, а сигнал напряжения на выходе интегратора 11 смещен относительно своего первоначаипьнЬго значения на 90°, сигналы тока и напряжения на входе элемента 6 имеют первоначальное смещение относительно друг друга на 90. За счет этого смещения

при отсутствии сдвига фаз между током и напряжением скважность на выходе элемента б равна двум, следовательно постоянная составляющая нулю. При индуктивном характере нагрузки постоянная составляющая имеет положительный знак, а при емкостном отрицательный, т.е. наличие предварительного сдвига на 90 позволяет определить характер нагрузки по знаку сигнала.

Таким образом в устройстве ослабляются нелинейные искажения тока и напряжения 2 - 5 -и гармоник с помощью интеграторов, фазовый сдвиг которых не зависит от частоты.

Кроме тoгo коэффициент подавления высших гармоник с помощью Увеличения количества- интеграторов может быть увеличен. В примере указываегся оптимальный коэффициент .подавления исходя из необходимой точности и допустимой сложности прибора. В результате ослабления влияния нелинейных искажений тока и Напряжения удается значительно повысить класс точности устройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ.ОПРЕДЕЛЕНИЯ СДВИГА ФАЗ МЕЖДУ ТОКОМ И НАПРЯЖЕНИЕМ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ, содержащее последовательно соединенные фильтр, усилитель и индикатор, а также компаратор в цепи напряжения и компаратор в токовой цепи, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены 2h+l интеграторов, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ И трансформатор тока, при этом цепь напряжения содержит п, последовательно соединенных интеграторов, вход первого из которых соединен с входной клеммой напряжения, а цепь тока содержит и.+ 1 последовательно соединенных интеграторов, включенных между трансформатором тока, вход которого соединен с входной клеМмой тока, и компаратором, причем выход последнего интегратора каждой цепи через соответствую щий компаратор соединен с входами (Л элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с входом фильтра. z Oi d) 8 -7 О)