Способ измерения потерь мощности от высших гармоник Советский патент 1985 года по МПК G01R21/00 

1 Изобретение относится к технике измерения электрических величин и предназначено датя измерения потерь мощности от высших гармоник в сетя электроснабженил. Известен способ измерения потер энергии от высших гармоник намагни чивающего тока, включающий измерен общих потерь от этого тока в нелинейном электромагнитном элементе и коэффициента гармоник тока и умножение обпщх потерь на квадрат коэффициента гармоник ll . Однако данньй способ имеет ограниченное применеиие, так как по нему измеряют потери только от выс ших гармоник намагничивающего тока .и только в нелинейных электромагнитных элементах (трансформаторах, дросселях и т.п.). Кроме того, точ ность способа невысока, вследствие низкой точности измерения коэффициента гармоник. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения потерь мощности от высших гармоник, включакнций вьщеление каждой из них, измерение ее параметров (действующего значения и начальной фазы), определение потерь от каждой гармоники и сумми рование этих потерь 2 , Однако известный .способ характе ризуется низкой точностью и большой труд о емкостью. Кроме того, он неэконо мичен, так как может быть реализован только с помощью дорогостоящего оборудования,, включая ЭВМ. Способ учитывает ограниченное количество гармсшик. I;;,-соберу , il-R где Р потери мощности от высших гармоник, Вт} и ,1 - действующие значения напряжения и тока -и гармоники, .В и А; Cf-j - сдвиг по фазе между эти ми напряжением и токомJ номер гармоники, принимает значения от двух до п i последняя учитьтаемая гармоника. 8 R - активное сопротивление элемента сети для - -и гармоники. Ом. Так как у любого несинусоидального напряжения или тока ряд гармонических составляющих бесконечен, то погрешность способа из-за учета в нем ограниченного числа гармоник может быть сколь.угодно больщой. Измерение параметров десятков гармоник имеет большую трудоемкость, так как прибор сначала настраивают на одну частоту, затем - на другую, третью и т.д., фиксируя на каждой частоте долю этой гармоники в общем сигнале. Велика также может быть погрешность измерений из-за изменения спектра исследуемых напряжения и тока при подключении или отключении нагрузок, линий электропередачи и т.п. большую трудоемкость и погрешность имеет также данный способ при реализации его путем записи мгновенных значений тока и напряжения на осциллограмму, ввода ее в ЭВМ и расчета на ней действующих значений и начальных фаз напряжения и тока каждой из высших гармоник, и потерь от них (по выражению 1) . Целью изобретения является повы-, шение точности и :экономичности измерения потерь мощности от высших гармоник в сетях электроснабжения. Цель достигается тем, что согласно способу измерения потерь мощности от высших гармоник, включающему выделение этих гармоник, компенсируют магнитным потоком постоянного tOKa постоянную составляющую магнитного потока несинусоидального тока в сердечнике трансформатора тока, компенсируют первую гармонику несинусоидального тока синусоидальным током в активном сопротивлении вторичной цепи трансформатора, который получают от одного с несинусоидальным током питающего напряжений, по полученным мгновенным значениям высших гармоник тока и соответствующего несинусоидального напряжения измеряют активную мощность высших гармоник. На чертежеизображена схема устройств ч для измерения потерь мощ,ности от высших гармоник.

3

Схема включает последовательно соединенные линейный элемент 1 сети электроснабжения, нелинейный элемент 2 (потребитель), трансформатор 3 тока (ТТ), линейное активное измерительное сопротивление 4 с подключенным к нему вольтметром 5 постоянного тока, амперметры 6 и 7 (один из них - постоянного тока) и токовую обмотку 1ааттметра 8. Цепь компенсации постоянной составляющей запитана от трансформатора 9 через ключ 10, вьшрямитель 11, элементы 12 и 13 фильтра, регулируемое сопротивление 14, амперметр 15 и токовую обмотку ваттметра 16.

Цепь компенсации первой гармоники .питается от трансформатора 17 через фильтр 18, ключ 19, линейные нагрузки 20, 21 и 22, амперметр 23 и токовую обмотку ваттметра 24. Эта цепь имеет с .вторичной цепью ТТ 3 общую ветвь, в которую включены линейное активное измерительное сопротивление 25, амперметр 26 и токовая обмотка ваттметра 27.

Обмотки напряжения ваттметров 8, 16, 24 и 27 подключены к элементу 1, в котором необходимо измерить потери от высших гармоник.

Измерения проводят в следующем порядке. В цепи нелинейного потребителя 2, которым может служить трансформатор, вьшрямитель и т.п., протекает несинусридальный ток 1 не, создающий в элементе 1 несинусоидальное падение напряжения Замыкают ключ 10 и регулировкой сопротивления 1.4 изменяют постоянный ток j, в цепи компенсации так, чтобы он стал по величине равным постоянной составляющей тока.. При этом показания амперметров 7 и 15 (постоянного тока) должны быть одинаковыми, а показание вольтметра 5 - равным нулю. Пределы этого вольтметра с приближением его пока(Зания к нулю переключают в сторону |уменьшения. (Если при увеличении 3ц показание вольтметра 5 возрастает, то изменяют напряжение ).

После этого по двум одинаковым первичным обмоткам ТТ 3 будут протекать Оцр и 3j, J равные по величине, но противоположные по знаку tTg . В сердечнике ТТ 3 магнитньй поток тока ц скомпенсирует постоянную составляющую магнитного потока

618884

тока Зц.. Во вторичную цепь ТТ 3 трансформирует только переменную составляющую 3 ngp тока 3 (без искажения по спектральному составу). 5 Отношение 3 „ер ко вторичному току г равно коэффициенту транс., формации KT- .

Затем замыкают ключ 19 и изменением нагрузок 20, 21 и 22 регулируют синусоидальный ток р в цепи компенсации так, чтобыон стал по амплитуде равным, а по фазе противоположным первой гармонике тока 2 При несинусоидальном питающем напряжении фильтр 18 пропускает только первую гармонику, создавая в цепи компенсации синусоидальной ток. Если питающее напряжение синусоидально, то фильтр 18

25 отключается.

В сопротивлении 25 ток и первая гармоника тока g скомпенсируют друг друга, после чего по сопротивлению 25, амперметру 26

25 и ваттметру 27 будут протекать только высшие гармоники тока 3 д . С учетом коэффициента трансформации ТТ 3 они соответствуют высшим

гармоникам тока 3

НС

Таким образом, по токовой обмотке ваттметра 27 текут только высшие гармоники тока, на обмотку напряжения подано напряжение с элемента 1. Ваттметр фиксирует активную мощность только тех гармоник, которые есть и в токе и в напряжении, т.е. активную мощность высших гармоник (потери ее в эле-. менте 1).

Чтобы увеличить количество получаемой одним способом информации (его информативность), амперметром 6 измеряют действующее значе- .ние 1ц ; амперметрами 7 и 15 его Зц J амперметрами 23 и 26 действующее значение первой гармоники и высших гармоник тока Зцс (при , учете коэффициента трансформации %).

Ваттметр 8 фиксирует общие по- 0 тери мощности в элементе 1, а ваттметры 16 и 24 (также при учете т)постоянную составляющую общих. потерь и потери на частоте первой гармоники. По результатам этих S измерений можно проверить правильность измерений, так как общие потери в линейном элементе равны сумме потерь от постоянной составляющей. S 116 первой гармоники и высших гармоник тока. . По отношению показаний амперметров 26 и 6 определяют коэффициент гармоник тока, Полную компенсацию постоянной составляющей магнитного потока в . сердечнике ТТ 3 фиксируют по равенству показаний амперметров 7 и 15, а также нулевому показанию вольтметра 5 (или амперметра постоянного тока, включаемого последовательно сопротивлению 4. На чертеже этот амперметр не показан). Компенсац)г1ю первой гармоники тока опред ляют по минимальному показанию амперметра 26 (так как J первая гармоника тока 2 равны нулю, то по амперметру 26 течет минимальный ток - только ). В данном способе вьщеляются отдельно постоянная составляющая, первая гармоника и сумма высших гармоник тока. Это позволяет зыбирать пределы измерительных приборов (амперметров, ваттметров) по значению этих со.ставляющих, а не всего тока. В этом случае приборы имеют меньшие значения пределов и большую чувствительность. Для более удобной и быстрой компенсации постоянной составляющей магнитного потока у ТТ 3 создают две одинаковые первичные обмотки, по одной из них течет несинусоидальный, а по второй - постоянный ток. Использование предлагаемого споco6a обеспечивает по сравнению с прототипом повышение точности измерений, выделение высших гармоник тока в чистом, естественном и неискаженном виде позволяет измерить с- высокой точностью многие параметры их, а также повьшение экономичности за счет снижения трудоемкости измерений и стоимости необходимой аппаратуры.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ ОТ ВЫСШИХ ГАРМОНИК, включающий выделение этих гармоник, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что с целью повьшения точности и экономичности измерения, компенсируют магнитным потоком постоянного тоka постоянную составляющую магнитного потока несинусоидального тока в сердечнике трансформатора тока, компенсируют первую гармонику несинусоидального тока синусоидальным током в активном сопротивлении вторичной цепи трансформатора, который получают от одного с несинусоидальным током питающего напряжения, по полученным мгновенным значениям высших гармоник тока и соответствующего несинусоидального напряжения измеряют активную мощность высших гармоник.