Устройство для измерения симметричных составляющих трехфазной сети Советский патент 1984 года по МПК G01R29/16 

I

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам для измерения напряжений и токов прямой и обратной последовательностей трехфазной электрической сети.

Известно устройство для вьвделения симметричных составляющих прямой и обратной последовательностей трехфазной сети, состоящее из активноиндуктивных плеч, подключенных непосредственно к фазам сети Cl1.

Недостатками указанного устройства являются высокая температурная, временная и частотная погрешности, а также погрешность, обусловленная высшими гармониками сети.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения напряжения и тока прямой и обратной последовательностей трехфазной электрической сети, в котором исключена частотная составляющая погрешности. Данное устройство содержит два активно-реактивных плеча, электрически связанных с фазами сети и состоящих из последовательно соединенных реактивного элемента, постоянного активного элемента, точки соединения которых образуют выходные зажимы плеч, и компенсатора, один вход которого соединен с выводом активного элемента, а также исполнительного блока и преобразователя периода в управляющий сигнал, первый выход которого соединен с первым входом исполнительного блока, выход которого соединен с другими входами компенсатора C2J.

Недостатками этого устройства являются погрешность, обусловленная температурной и временной зависимостями реактивных злемент.ов активно-реактивных плеч, а также значительное влияни выспих гармоник на результат измереник симметричных составляклцих.

Целью Изобретения является повышение точности .

Поставленная цель достигается тем, что в .устройство для измерения симметричных составляющих трехфазной сети, содержащее две активнореактивные цепи, состоящие из соединенных между собой резистора и конденсатора, преобразователь периода в сигнал управления и исполнительный блок, первый вход которого соединен с выходом преобразователя периода в сигнал управления, дополнительно

введены четьфе сумматора, коммутатор генератор синусоидального напряжения блок памяти, формирователь команд, четьфе цифроаналоговых преобразователя, причем общая точка активно-реактивных элементов каждой активно-реактивной цепи соединена с первой парой входов коммутатора, промежуточные выводы реактивных элементов подключены к сигнальным входам цифроаналоговых преобразователей соответственно, управлякяцие входы которых соединены с вьрсодом исполнительного блока, а выходы цифроаналоговых преобразователей соединены с первыми входами сумматоров, вторые входы первого и третьего сумматоров соединены с промежуточными выводами реактивных элементов емкостного характера, вторые входы второго и четвертого сум-, маторов соединены с промежуточными выводами реактивных элементов индуктивного характера, третьи входы первого и второго сумматоров, а также третьего и четвертого сумматоров объединены и соединены соответственно с третьей парой входов коммутатора, три четвертых входа которого являются тремя входными зажимами устройства, к одному из которых подключен вход формирователя команд, выход которого соединен с пятым входом коммутатора, шестая пара входов которого соединена с активными элементами активно-реактивных цепей, выход и вход генератора синусоидального напряжения соединены с седьмым входом и первым выходом коммутатор Г соответственно, второй выход коммутатора через преобразователь периода в сигнал управления, блок памяти соединен с вторым входом испоянитепьного блока.

Кроме того, активно-реактивные цепи состоят из соединенных в звезду резистора, конденсатора и катушки индуктивности, причем реактивные элементы имеют промежуточный вывод.

На чертежвР изображена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит коммутатор 1, активно-реактивные цепи 2 и 3, состоящие из резистора 4, конденсатора 5, катушки 6 индуктивности, резистора 7, конденсатора 8, катушки 9 индуктивности, сумматоры, 10-13, цифроаналоговые преобразователи 14-17, генератсф 18, преобразователь 19 периода в сигнал управления, блок 20 памяти, исполнительный блок 21 и формирователь 22 команд. При этом первые входы коммутатора 1 соединены с первыми выводами кон- j денсаторов 5 и 8, резисторов 4 и 7, и катушек 6 и 9 индуктивностей активно-реактивных цепей 2 и 3, вторые выводы конденсаторов 5,8 и катушек 6,9 индуктивностей соединены с сиг- ю нальными входами хщфроаналоговых преобразователей 14-17 соответственно, управляющие входы цифроаналоговых преобразователей 14-17 соединены с выходом исполнительного блока 21, а 15 выходы цифроаналоговых преобразователей 14-17 подключены к первым входам сумматоров 1C - 13 соответствен- . . но. Вторые входы сумматоров 10-13 связаны с третьими выводами конден- jo сатора 5, катушки 6 индуктивности, конденсатора В и катушки 9 индуктивности соответственно, а также подключены к вторым входам коммутатора 1, а третьи входы всех сум- 25 маторов связаны попарно в каждой активно-реактивной цепи и присоединены к третьим входам коммутатора 1. Четвертые входы коммутатора 1 соединены с фазами сети А, В, С, к одной .из которых подключен также формирователь 22 команд. Выход формирователя 22 команд соединен с пятым входом коммутатора 1, шестые входы коммутатора 1 подключены к вторым вьтодам резисторов 4 и 7 активнореактивных цепей 2 и в. Седьмые входы коммутатора 1 связаны с входными и выходными зажимами генератора 18, восьмые подключены к входу преобразователя 19 периода в сигнал управления, первый выход которого соединен с входом блока 20 памяти, а второй выход - с первым входом исполнительного блока 21, второй вход которого связан с выходом блока 20 памяти. Устройство работает в двух режимах следующим образом. В режиме измерения на вход коммутатора 1 через четвертые зажимы поступает трехфазное напряжение. Одновременно , через восьмые входы крм мутатора 1 одно из фазных напряжений сети поступает на вход преобразователя 19 периода в сигнал уп.равления. С выхода преобразователя 19 управляющий сигнал, пропорциональный отклонению периода сети от номиис ру по 20 па ра ан сл гд Kj K К Uj,U К„, ет пе 2 вы гд гд нального значения, поступает в полнительный блок 21, где суммиется с сигналом, поступающим в иснительный блок 21 с выхода блока памяти. Суммарный сигнал постует на входы цифроаналоговых преобзователей 14-17. На выходе цифроалоговых преобразователей получаем едующие сигналы: й K505K 4(); .N); -(Г KeUgK.CN.-N); , е t4 - управляющий сигнал, поступающий в виде кода в испол- нительный блок 21 из преобразователя 19 в режиме измерения;N. - сигнал в виде кода, поступающий в исполнительный блок 21 из блока 20 памяти в режиме измерения; К, - коэффициент передачи соотg IC ветстйующего реактивного. элемента по промежуточному выходу; ,,1,Ug- напряжения соответствующих реактивных элементов на первых выводах; К.г,1Г,,К - коэффициент преобразования цифроаналоговых преобразователей. Погрешность устройства определяся стабильностью коэффициентов редачи активно-реактивных цепей и 3 устройства, которые могут быть ражены следующим образом: К - коэффициент передачи активно-реактивной цепи 2(3); fj - падение напряжения на реактивном сопротивлении цепи 2(3); Ол - падение напряжения на ре, зисторе 4(7) цепи. В свою очередь: -иг kJ UR IR; I - ток неразветвлеиной цепи R - активное сопротивление резистора (7) цепи; 1реактивное сопротивление 1-u; LCiyenH 2(3). Токи в разветвленной части реактивной цепи равны: . где L, С - параметры реактивных эл ментов конденсатора 5, катушки 6 индуктивности цепей; JJ. - ток через конденсатор 5 имеющий емкостной характер;i. - ток через катушку 6 инд л тивности, имеющий индук тивный характер. В неразветвляемой части цепи 2 ток 1 равен:

где Од - линейное напряжение сети.

Подстановка выражения (5) в уравнение (4) при частоте сети () равной номинальному значению (u)Q f/yCc ) приводит к следующим значениям токов в индуктивной и емкостной ветвях реактивной части цепи 2: - Находим ток, протекающий в реактивной части цепи 2, имекядей емкост ной характер, под воздействием выхо ного напряжения цифроаналогового преобразователя 14: cA-77S:- « V «( , ,) -ло где емкостб конденсатора сумматора 10. Напряжение может быть определ но из выражения:

где T(TQ + /jT) - текущее значение

периода сети.

Определим падение напряжения на контуре из выражения

.

б 0

(13)

CjtyC ьоСТ 2ЯС где Ср - емкость конденсатора активно-реактивной цепи между вторым выводом и землей. () Суммарный ток рассматриваемой разветвленной части цепи 2 равен: ic . Подстановка в выражение (10) значения 1р,из выражения (9) и решение уравнения (10) относительно 1,дает следующее выражение: r().4() Л ыбрав 1 - , „а Цо т | 1р где ДТ - отклонение периода сети от номинального значения, а Т - минальное значение периода сети, и подставив эти значения в выражение (11) получаем: Аналогичное выражение 2 может быть получено для цепи 3 .и через токи и падения напряжений в индуктивной части разветвленной цепи. Подстановка уравнения (13) в уравнение (2) дает: К const. Последнее равенство свидетельствует о стабильности коэффициентов передачи каждой из активно-реактивных цепей 2 и 3 и значительном повышении точности выделения симметричных составляющих, причем наряду с температурной, частотной и временной погрешностями исключается погрешность от высших гармоник. Режим автокалибровки предназначен для выработки кода N2 пропорционального отклонению значений параметров реактивных элементов конденсаторов 5 и 8, катушек 6 и 9 от номинальных значений. При этом реактивные элементы - конденсаторы 5,8 и катушки 6,9 - с помощью коммутатора 1 подключаются к генератору 18, выход которого при помощи коммутатора 1 соединяется с входом преобразователя 19 периода в сигнал управления пропорциональный отклонению периода колебаний генератора 18 от номинального значения периода колебаний генератора 18, которое выбирает ся равным периоду колебаний сети Тд При этом период колебаний генератора определяется значениями параметров реактивных элементов - конденсаторов 5,8 и кат.ушек 6,9. Номиналь ные значения последних соответствуют периоду Тр, а отклонение параметров от номинальных значений приводит к возникновению иТ, кото рому соответствует код N2- Этот код запоминается в блойе 20 памяти и во время режима измерений с выхода последнего поступает на вход испоследнего ПОСТунаег па пли« полни ельного блока 21, куда с выхо да преобразователя 19 в режиме изме 98 рения также поступает код N, пропорциональный отклонению периода сети ДТ от номинального значения Т . В исполнительном устройстве в режиме измерения получаем суммарный код и пропорционапьный Т 41-,+ /iT-j. Таким образом, дополнительное введение в устройство для измерения симметричных составляющих трехфазной сети двух реактивных элементов с промежуточными выводами, имекицих индуктивный характер, четырех сумматоров, коммутатора, генератора синусоидального напряжения, запоминающего устройства, формирователя команд, четырех цифроаналоговых преобразователей повышает более чем на порядок точность вьщеления симметричных составляющих при помощи активно-реактивных цепей. Это значительно расширяет сферу использования подобных устройств для вьщеления симметричных составляющих -и повьциает эффективность их использования.

А в