Устройство для измерения мощности переменного тока в высоковольтных электроустановках Советский патент 1987 года по МПК G01R21/06 

1

12886

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для измерения активной мощности, полной мощности и коэффициента мощности в высоковольтных электроустановках (предпочтительно на электровозах переменного тока и на тяговых подстанциях злектрофйцированных железных дорог) при значительных отклонениях формы тока и напряжения от синусоидальной.

Цель изобретения - повьппение точности измерения и обеспечение безопасности измерений.

На фиг. 1. приведена принципиальная блок-схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - магнитопровод, с размещенным в воздушном зазоре датчиком Холла,

Устройство содержит датчик 1 Холла, помещеиньй в воздушном зазоре 2 кольцеобразного магнитопровода 3, измерительный трансформатор 4 напряжения с высоковольтной обмоткой 5 и низковольтной обмоткой 6, к которой через ограничительный резистор 7 подключены входные цепи 8 датчика 1 Холла. Согласующий резистор 9 включен на выходные цепи 10 датчика 1 Холла. Вход первого усилителя 11 постоянного тока включен на согласующий резистор 9. Первый фильтр 12 нижних частот и второй усилитель 13 постоянного тока включены последовательно на выход усилителя 11. Параллельно с первым фильтром 12 включен детектор 1А с разделительным конденсатором 15 на входе. Второй фильтр 16 нижних частот и третий усилитель 17 постоянного тока подключены последовательно к выходу детектора 14. Делительный блок 18 подключен двумя своими входами к выходам усилителей 13 и 17. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 19 включен на выход усилителя 13, аналого-цифровой преобразователь 20 - на выход усилителя 17 .и аналого-цифровой преобразователь 21 - на выход блока 18, Выходы АЦП 19-21 через согласующий блок 22 включены на цифропечатающий блок 23. - При проведении измерений магнитопровод 3 с датчиком 1 Холла, размещенным в воздушном зазоре 2, охва- тывыет шину 24 высоковольтной обмотки силового трансформатора электровоза (или тяговой подстанции) вблизи ее заземленного вывода (фиг, 2).

5

0

5

0

5

0

5

0

16 2

Датчик 1 Холла пронизывается при этом магнитным потоком, индукция которого пропорциональна силе тока, потребляемого на контактной сети. Первичную высоковольтную обмотку 5 измерительного трансформатора 4 при проведении измерений включают на напряжение контактной сети. Для обеспечения безопасности и при проведении измерений первичную и вторичную обмотки 5 и 6 трансформатора 4 заземляют с одной .стороны. Если напряжение контактной сети имеет вид U )t, а ток в первичной обмотке силового трансформатора - 1 (u)t +V), напряжение на .выходе датчика 1 Холла будет равно

Ьых cos If- cos (2uit -Ч )()

Соотношение (1) справедливо и для каждой гармоники тока и напряжения в контактной сети в случае искажении формы тока и напряжения. Постоянная составляющая выходного напряжения датчика 1 Холла равная

- и К - Jj- cos Ч , пропорциональна потребляемой активной мощности. Усилитель 11 усиливает выходное напряжение датчика 1 Холла до величины, достаточной для дальнейших операций с сигналом. Фильтр 12, выполненный с частотой среза ниже частоты 50 Гц, пропускает постоянную составляющую и подавляет наводки и помехи питающей сети. Постоянное напряжение на выходе фильтра ,12 усиливается усилителем 13, выходное напряжение которого, пропорциональное потребляемой активной мощности, преобразуется в цифру АЦП 19, I

Разделительньй конденсатор 15 отделяет переменную составляющую выходного напряжения с датчика 1 Холла,

. и К - cos(2uit - Ч),

которая выпрямляется детектором 14, На выходе фильтра 16, вьтолненного с частотой среза ниже 50 Гц, напряжение

и.

Уагпропорционально

полной мощности. Это напряжение усиливается усилителем 17 и преобразуется в цифру АЦП 20.

Блок 18, включенный своими входами на выходы усилителей 13 и 17, осуществляет функцию деления напряжения.

пропорционального активной мощности, на напряжение, пропорциональное полной мощности, в результате на выходе блока 18 присутствует напряжение, пропорциональное коэффициенту мощное ти. Это напряжение преобразуется в цифру АЦП 21. Цифровые значения,соответствующие соответственно активной мощности, полной мощности и коэф фициенту мощности через блок 22 поступают на блок 23, где регистрируются с заданной периодичностью.

Повышение точности измерений достигается за счет сведения погрешности измерения к погрешности перамно- жителя, реализованного на датчике Холла, и фазовой погрешности измерительного трансформатора, которые в совокупности меньше угловых потерь известных аналогичных измерителей.

Безопасность измерений мощности в высокбвольтных электроустановках с помощью предлагаемого устройства обеспечена тем, что входные цепи датчика Холла подключены к вторичной низковольтной обмотке измерительного трансформатора 4 напряжения, первичная и вторичная обмотки которого заземлены, а магнитопровод 3, в зазоре 2 которого размещается датчик .1 Холла, не имеет обмотки, гальванически связанной с измеряемой сетью, и охватьшает шину силового трансформатора вблизи ее заземленного вывода.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения мощноти переменного тока в высоковольтных электроустановках, содержащее датчик Холла с входными и выходными цепями и ограничительным резистором во входной цепи датчика Холла, магнитопровод, в зазоре которого помешен датчик Холла, отличаю щееся

O

5

5

0

5

0

5

0

5

тем, что, с целью повьшения точности и обеспечения безопасности измерений, в него введены согласующий резистор, выводы которого соединены с выходными контактами датчика Холла, первый усилитель постоянного тока, вход которого подключен к вьшоду согласующего резистора, первый фильтр нижних частот и второй усилитель постоянного тока, подключенные последовательно к выходу первого усилителя постоянного тока, второй фильтр нижних частот и третий усилитель постоянного тока, подключенные последовательно к выходу введенного детектора, делительный блок, подключенный своими входами к выходам второго и третьего усилителей постоянного тока, измерительный трансформатор напряжения, к вторичной заземленной обмотке которого через ограничительный резистор подключены входные цепи датчика Холла, а вход детектора через разделительный конденсатор подключен к. выходу первого усилителя постоянного тока,

2.Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что, с целью автоматизации регистрации измерительной информации, в него введены три аналого-цифровых преобразователя, входы которых соединены с выходами второго и третьего усилителей

постоянного тока и делительного бло- . ка, а также цифропечатающий блок, последовательно соединенньй с соглаг сующим блоком, входы которого соединены с выходами аналого-цифровых преобразователей.

3.Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что, с целью уменьшения угловых погрешностей, магнитопровод выполнен шихтованным из электротехнической стали кольцег- рбразной формы с площадью поперечног го сечения, составляющей 0,3-0,8 площади рабочей зоны датчика Холла.

gyuff.Z

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и предназначено для измерения активной и полной мощности и коэффи11;иен- та мощности в высоковольтных элект25/ 8 роустановках при значительном отклонении формы тока и напряжения от синусоидальной. Целью изобретения является повьшение точности измерения и обеспечение безопасности измерений. Устройство содержит датчик Холла 1, который помещен в воздушном зазоре 2 кольцеобразного магнитопровода 3, измерительный трансформатор 4 напряжения с высоковольтной обмоткой 5 и низковольтной обмоткой 6, ограни- чительньй резистор 7, входные 8 и выходные 10 цепи датчика Холла, резистор 9, усилители 11,13 и 17, фильтры 12 и 16, детектор 14, разделительный конденсатор 15, делительный блок 18, аналого-цифровые преоб- раз ователи 19,20 и 21, согласующий блок 22 и цифропечатающий блок 23. Устройство может быть использовано на электровозах переменного тока и на тяговых подс танциях электро- фицированных железных дорог. 2 з.и. ф-лы. 2 ил. С S (Л с ю 00 00 Oi О5 (f/sf