Устройство для измерения параметров электрической цепи Советский патент 1986 года по МПК G01R21/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения параметров электрической цепи переменного тока.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности измерения коэффициента реактивной мощности /синуса фазового угла между напряжением и током/, что в совокупности с измеренньм коэффициентом активной мощности даст возможность однозначно определить фазовый уголв а также за счет определения порядка чередования фаз в трехфазной сети.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - то жеэ вариа.н:т исполнения; на фиг. 3 - векторнь е диаграммы,, используемые для оп редеххвния порядка чередования фаз.

Устройство содержит трансформатор тока (например, измерительные токовые клещи) 15 к вторичной обмотке которого подключены управляющие вход ключа 2, в качестве которого может быть использован компенсированный транзисторный ключ, содерлсащий транзисторную пару 3 и диод 4; первьй переключатель 5, диод 6, резисторы 7 и 8; переменный резистор 9, амперметр 10, второй переключатель 11, второй КЛЮЧ 12J содержащий транзисторную пару 13, диод 14,, а также трансформатор 15 тока и резистор 16 в цепи управления, третж; перекхаоча- тель 17 и блок 18 квадратурного сдвига фазы. Первый вывод ключа 2 подключен к подвюкному контакту переключателя 5 3 первому вьшоду диода 6 и первому выводу резистора 7, второй вьюод диода 6 соединен с вторым не- подв;ижным контактом переключателя 5 и первым выводом резистора 8,второй вьшод резистора 8 соединен с первой входной гяиной напряжения j а второй вывод резистора 7 соединен через последовательно соединенные пе ремеиный резистор 9 и амперметр 10, с подвижным контактом переключателя 11 к с первь м неподвижньЕ.Е контактом переключателя 5. Первый к второй неподвижные контакты переключателя 11 подключены соответственно к вторым выводам ключа 2 и ключа 12,первь вьшод ключа 12 соедннен с пвpвы i выводом ключа 2. Управляюш.ие входы ключа 12 подключены к гкервой и второй

входным шинам напряжения соответственно. Второй вывод резисто ра 7 подключен к подвижному контакту переключателя 17, неподвижные контакты

которого подключены к второй нходной шине напряжения и к выходу блока 18 квадратурного сдвига фазы, а выходы блока 18 квадратурного-сдвига фазы подключены к соответствующим входным

шинам напряжения.

Блок 18 квадратурного сдвига фазы содержит резисторы 19 и 20, переменный резистор 21, конденсатор 22,включенные по мостовой схеме таким образом, что общая точка резистора 19 и переменногр резистора 21 подключена к второй входной шине напряжения, а к первой шине напряжения подключена общая точка резистора 20 и конденсатора 22зОбщая точка переменного резистора 21 и конденсатора 22 соединена с вторьц- неподвижным контактом переключателя 17,а к общей точке резисторов 19 и 20 (образующих делитель входно- :

ГО напряжения) подключен второй вывод резистора 8.

Устройство дополнительно содержит переключатель 23, причем второй управляющий вход ключа 12 подключен к

второй входной шине напряжения через переключатель 23, другой неподвижный контакт которого соединен с третьей входной шиной напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Измерение коэффициента мощности производится в два э тапа. Сначала переключатель 5 шунтирует цепь,содержащую ключ 2. Изменяя величину

переменного резистора 9, выставляют на шкале амперметра 10 1, что соответствует U 1.

Затем переключателем 5 шунтируется диод 6 и при этом напряжение с

входных напряжения подаемся через резу стор 8 на ключ 2. Измеряемый ток подается на управляющие входы ключа 2 с BTopi-гчной обмотки трансформатора тока 1. Средний ток, протекающий через амперметр 10, пропорционален U coscj , а благодаря предварительной калибровке показания прибора пропорциональны коэффициенту мощности.Переключатели 11, 17 и 23 при это на- ,

ходятел в положении а .

- Измерение коэ11 фициента реактивной мощности производится следующим образом.

0

J5

20

31

Переключатель 5 устанавливают в положение а , переключатели 11 и 17 н положение S . При этом напряжение с резистора 7 приложено к выводам ключа 12, ток нагрузки составляет газначительную величину по сравнению с током делителя, образованного резисторами 7 и 8, что исключает фазовый сдвиг и возможное искажение формы кривой напряжения гфи работе ключа 12.

Измеряемый ток подается в коллекторную цепь транзисторов 13 ключа

12с вторичной обмотки трансформатора 15 тока. Диод 14, включеный в цепи база-коллектор транзисторов

13ключа 12,, ограничивает величину обратного напряжения в тот полупериод, когда транзисторный ключ 12 заперт, и обеспечивает нормальную работу трансформатора 15 тока

в этот полупериод. Транзисторный ключ 12 открыт в тот полупериод входного сигнала, когда напряжение коллекторов положительно по отношению к напряжению баз (при р-п-р транзисторах 13 ключа 12).

Изменяя величину сопротивления переменного резистора 21, добиваются равенства нулю тока, протекающего через амперметр 10, что свидетельствует о сдвиге фаз, равном 90 ,меж- ду входным напряжением и напряжением с выхода блока 18 (напряжение,сдвинутое на 90 , относительно входного 35 напряжения).

Переключатель 5 устанавливают в положение 8 , а переключатели 11 и 17 в положение а и, изменяя сопротивление переменного резистора 19, устанавливают ток через амперметр 10, соответствующий отклонению его стрелки на полную шкалу, который пропорционален выпрямленному входному напряжению

2559474

Переключатели 5 и 11 устанавливают в положение а , переключатель 17 в положение 5 . При этом измеря- емьш ток подается в цепь база-кол- 5 лектор ключа 2 вторичной обмотки трансформатора 1. Диод 4, включенный в цепи база-коллектор транзисторов 3 ключа 2, выполняет функцию,аналогичную диоду 14,

В зависимости от фазового сдвига между током и напряжением, сдвинутым на 90° относительно входного напряжения, средний ток, протекающий через нагрузку, определится по формуле:

Ti+Cf 1 Г Urn , / , ff ,, 10

5.nq) , (2)

25

30

40

45

J -

и

т , / , ,. -5,n(cot..

где sin cf - искомый коэффициент реактивной мощности.

Из определения величины среднего тока видно, что, если амплитуда входного напряжения будет постоянна, а ключи 2 и 12 идентичны, то-среднее значение измеряемого тока будет пропорционально величине коэффициента реа ктивной мощности.

Независимость показания устройства от и достигается предваритель- лой калибровкой прибора как указано

2 Urn

(

fJR.

1).

Таким образом, прибор покажет величину и знак коэффициента реактивной мощности.

.в сококупности с определением коэффициента активной мощности точно определится квадрант фазового угла. Следует отметить, что ошибка,связанная с изменением частоты сети, отсутствует, так как непосредственно перед определением sincf производится предварительная установка на выходе блока 18 сдвига фазы на 90° относительно напряжения контролируемой цепи, а также используются те же элементы схемы, что и при определении cos tf.

3

2U,

RE

(1)

где Ufj, - амплитуда входного напряжения; Rj- - суммарное сопротивление цепей нагрузки.

Следует отметить, что данная операция Хнастройка амплитуды) практически не влияет на установленный ранее 90 сдвиг между входным напряже кием и напряжением на выходе блока 18, так как величина сопротивления переменного резистора 9 велика.

, / , ff ,, 10

, / , ,. 5,n(cot..

где sin cf - искомый коэффициент реактивной мощности.

Из определения величины среднего тока видно, что, если амплитуда входного напряжения будет постоянна, а ключи 2 и 12 идентичны, то-среднее значение измеряемого тока будет пропорционально величине коэффициента реа ктивной мощности.

Независимость показания устройства от и достигается предваритель- лой калибровкой прибора как указано

2 Urn

(

fJR.

1).

Таким образом, прибор покажет величину и знак коэффициента реактивной мощности.

.в сококупности с определением коэффициента активной мощности точно определится квадрант фазового угла. Следует отметить, что ошибка,связанная с изменением частоты сети, отсутствует, так как непосредственно перед определением sincf производитс предварительная установка на выходе блока 18 сдвига фазы на 90° относительно напряжения контролируемой цепи, а также используются те же элементы схемы, что и при определении cos tf.

Предлагаемое устройство позволяет определять порядок чередования фаз . в трехфазной системе.

Необходимо учесть, что в этом случае к Схеме прикладываются не фазные, а линейные напряжения и элементы должны быть рассчитаны на рассеиваемую в этом режиме мощность.

Определение порядка чередования фаз в трехфазной системе напряжений производится следующим образом.

Примем в качестве опорного одно из линейных напряжений АХ (обозначив I шину входного напряжения А, II - X, III - Y). Установим переключатели 17 и 11 в положение S переключатели 5 и 23 в положение а . Изменяя величину переменного резистора 215 устанавливаем ток через амперметр 10 что свидетельствует о

между входным напряжением АХ и напряжением выхода блока 18 сдвига фазы на 90

равным нулю, наличии 90 сдвига

потребителей электроэнергии без разрыва цепей, и использовать устройство для цепей оперативного контроля качества нагрузки фидера.

Таким образом, технико-экономическое преимущество изобретения заключается в расширении функциональных возможностей предлагаемого устройства.

10

Формула изобретения

- АХе

зчо

1. Устройство для измерения параметров электрической цепи, содержаУстановим переключатель 23 в поло-,5 щее первый ключ, диод, первый и вто- жение 8 у остальные переключатели остаются в прежнем положении. При этом по первичной обмотке трансформатора 15 будет протекать ток, пропорцир20

нальный напряжению AY.

рой резисторы, первый переключатель, трансформатор тока, переменный резистор и амперметр, первый вывод которого подключен к первому неподвижному контакту цервого переключателя, а второй вывод через переменный резистор - к первому выводу первого резистора, второй вывод которого сое динен с первьЕ- -:ыводом диода,подвижным контактом первого переключате ля и первым выводом первого ключа, угфавляющие входы которого подключены к вторичной обмотке трансформатора тока, причем второй вывод диода соединен с вторым неподвижным контак том первого переключателя и через второй резистор - с первой входной шиной напряжения, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены блок квадратурного сдвига фазы, второй и третий переключатели и второй ключ, первьш вывод которого соединен с первьм выводом первого ключа, а второй вывод - с первым неподвижным контактом второго переключателя, подвижный контакт которого подключен к первому вьшоду амперметра, а второй неподвижный контакт - к второму выводу первого ключа, причем вхэды блока квадратурного сдвига фазы соединены с соответствзтощими входными шинами напряжения а выход с первым неподвижным контактом треть его переключателя, второй неподвижный контакт которого подключен к вто рой входной шине напряжения, а подвижный контакт к первому выводу первого резистора.

Средний ток, протекающий че.рез .нагрузку в полупериод, когда ключ ,12 будет открыт, определится:

li-Ki

. Г и„ , 211 J 5,, об

J90

- угол межд,у векторами АХе и AY.

Если ток, протекающий через амперметр 10, положительный (cospC O) при выбранном способе включения обмоток трансформатора 15, то фаза X является фазой В, Y фазой С, так

1 90°

как угол между вектЬрами АХе и AY меньше 90 (фиг. За), Если ток, протекающий через амперметр 10, отрицательный (созЛ О, 90° ос-; ISo),

фаза

то фаза X является фазой С, а Y фазой В (фиг. ЗК).

Таким образом, предлагаемое устройство имеет возможность определить порядок чередования фаз в трехфазной системе напряжен™.

Следует отметить, что расширение функциональных возможностей достигнуто при отсутствии источника пита-

НИЛ.

Измерение козффициентов реактивной и активной мощности, определение порядка чередования фаз в трехфазной -системе напряжений в комплекте с токовыми клещами позволит быстро, надежно и удобно измерять важнейшие энергетические параметры при работе

947&

потребителей электроэнергии без разрыва цепей, и использовать устройство для цепей оперативного контроля качества нагрузки фидера.

Таким образом, технико-экономическое преимущество изобретения заключается в расширении функциональных возможностей предлагаемого устройства.

10

Формула изобретения

-,5 щее первый ключ, диод, первый и вто- 20

25

,

30

35

40

д

55

рой резисторы, первый переключатель, трансформатор тока, переменный резистор и амперметр, первый вывод которого подключен к первому неподвижному контакту цервого переключателя, а второй вывод через переменный резистор - к первому выводу первого резистора, второй вывод которого соединен с первьЕ- -:ыводом диода,подвижным контактом первого переключателя и первым выводом первого ключа, угфавляющие входы которого подключены к вторичной обмотке трансформатора тока, причем второй вывод диода соединен с вторым неподвижным контактом первого переключателя и через второй резистор - с первой входной шиной напряжения, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены блок квадратурного сдвига фазы, второй и третий переключатели и второй ключ, первьш вывод которого соединен с первьм выводом первого ключа, а второй вывод - с первым неподвижным контактом второго переключателя, подвижный контакт которого подключен к первому вьшоду амперметра, а второй неподвижный контакт - к второму выводу первого ключа, причем вхэды блока квадратурного сдвига фазы соединены с соответствзтощими входными шинами напряжения а выход с первым неподвижным контактом третьего переключателя, второй неподвижный контакт которого подключен к второй входной шине напряжения, а подвижный контакт к первому выводу первого резистора.

2. Устройство по п. 1, о т л и- ч-ающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обесаечения возможности

712559478

определения порядка чередования фаз введенный четвертый переключатель, в трехфазной сети, второй управля- другой неподвижный контакт которого ющий вход второго ключа- подключен к -соединен с третьей входной шиной нап- второй входной шине напряжения через ряжения.

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике. Цель изоб- ретения - расширение функциональных возможностей - достигается путем измерения коэффициента реактивной мощ;кости (синуса фазового угла между .-.-. I iS i; -.-.if:; С. напряжением и током), что в совокупности с измеренным коэффициентом активной мощности и порядком чередования фаз в сети дает возможность однозначно определить фазовый угол.Для этого в устройство дополнительно введены блок 18 квадратурного сдзи- га фаз, второй 11 и третий 17, переключатели и второй ключ 12 на транзисторной паре 13 и дкоде 14. Устройство содержит трансформатор 1 тока, первый ключ 2, в качестве которого может быть использован компенсированный транзисторный ключ,содержащий транзисторную пару 3 и диод 4, первый переключатель 5, диод 6, резисторы 7 и 8, переменный резистор 9, амперметр 10, трансформатор 15 тока и резистор 16 в цепи управления. 1.з.п. ф-лы, 3 ил. (Л

Aj(e

ж{/)

.0

фиг.З

Составитель С.Кабиков Редактор Р. Цицика Техред Л. Сердюков а Корректор Л. Патай

,Заказ 4817/44 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., Дi 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4.

IfA