Устройство для измерения активной и реактивной мощности Советский патент 1987 года по МПК G01R21/06 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения составляющих активной и реактивной мощности в трехфазных сетях переменного тока, в частности в сетях с нелинейными и резкопеременными нагрузками.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.

На фиг, 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - структурная схема блока формирования косоугольных координат; на фиг, 3 - структурная схема цифрового задатчика опорных сигналов; на фиг. 4 - структурная схема нормирующего сумматора.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 блоки фор мрования косо- уголыых координат, умножитель 3 частоты, цифровой задатчик 4 опорных сигналов, задатчик 5 частоты, задат- 1ШК 6 фазы, первый 7, второй 8, третий 9 и четвертый 10 фильтры сверхнизких частот. Первый 11, второй 12, третий 13 и четвертый 14 перемножители, первый 15 и второй 16 сумматоры, первый 17 и второй 18 нормируюпще сумматоры, причем входы первого блока 1 формирования косоугольных координат связаны соответственно с фазными напряжениями контролируемой сети, а выходы соединены со входами первого 17 и второго 18 (фильтров сверхнизких частот, входы второго блока 2 формирования косоугольных координат связаны соответственно с фазными то- камя контролируемой цепи, а выходы соеданены со входа м третьего 9 и четвертого 10 фильтров сверхнизких частот, первые управлякнцие входьт первого 1 и второго 2 блоков формировани косоугольных координат объединены и подключены к первому выходу цифрового задатчика- 4 опорных сигналов, второй выход которого связан с объединенными вторыми управлякмцими входами первого 1 и второго 2 блоков фор- кмрования косоугольных координат, первый вход цифрового задатчика 4 опорных сигналов подключен через

50 го 23 и шестого 24 модуляторов соединены соответственно с первым, вто- рым, третьим и четвертым входаьм пер вого сумматора 25, выход которого является первым выходом блока формиумножитель 3 частоты к одному из фаэ:ных напряжений, второй управляющий 55 рования косоугольных координат, вы- вход соединен с задатчиком 5 часто- ходы второго 20, третьего 21, чет- ты, а третий управляющий вход соеди- вертого 22 и пятого 23 модуляторов ней с задатчиком 6 фазы, выход пер- соединены соответственно с первым, вого (|ильтра 7 сверхнизких частот вторым, третьим и четвертым входами

соединен с первыми входами первого 11 и второго 12 перемножителей, выход второго фильтра 8 сверхнизких частот соединен с первыми входами третьего 13 и четвертого 14 перемножителей, выход третьего фильтра 9 сверхнизких частот соединен со свто- рыми входами первого 11 и третьего 13 перемножителей, а выход четвертого фильтра 10 сверхнизких частот - со вторыми входами второго 12 и четвертого 14 перемножителей, выходы первого 11 и четвертого 14 перемножителей подключены ко входам первого

сумматора 15, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 16, выход которого является первым выходом устройства, выход второго перемножителя 12 соединен с первыми входами первого 17 и второго 18 нормирующих сумматоров, а выход третьего перемножителя 13 соединен с их вторыми входами, выход первого нормирующего сумматора подключен ко второму входу второго сумматора 16, выход второго нормирующего сумматора является вторым выходом устройства,

Блок формирования косоугольных координат содержит первый 19, второй 20, третий 21, четвертый 22, пятый 23 и шестой 24 модуляторы, первый 25 и второй 26 сумматоры, причем инфор- мащюнные входы первог.о 19, второго 20, третьего 21, четвертого 22,, пятого 23 и шестого 24 модуляторов попарно объединены и являются тремя информационными входами блока формирования косоугольных координат, управляющие входэ первого 19, третьего 21 и пятого 23 модуляторов соединены и образуют первый управляющий вход блока формирования косоугольных координат, управляющие входы второго 20, четвертого 22 и шестого 24

модуляторов соединены и образуют второй управляющий вход блока формиро- вания косоугольных координат, выходы первого 19, четвертого 22, пятого 23 и шестого 24 модуляторов соединены соответственно с первым, вто- рым, третьим и четвертым входаьм первого сумматора 25, выход которого является первым выходом блока формирования косоугольных координат, вы- ходы второго 20, третьего 21, чет- вертого 22 и пятого 23 модуляторов соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами

312

второго сумматора 26, выход которого является вторым выходом блока формирования косоугольных координат.

Цифровой задатчик опорных сигналов состоит из коммутатора 27, блока 28 памяти/ накапливающего сумматора 29, причем выходы блока 28 памяти соединены со входами коммутатора 27, выходы которого являются вы- ходами цифрового задатчика оперных сигналов, а управляющий вход - третьим входом цифрового задатчика опор ных сигналов, первый вход накапливающего сумматора 29 является первым управляющим входом цифрового задат- чика опорных сигналов, второй - вторым управляющим входом цифрового задатчика опорных сигналов, а выход соединен со входом блока 28 памяти.

Нормирующий сумматор состоит из сумматора 30 с подключенным к его выходу нормирующего усилителя 31, выход которого является выходом нормирующего сумматора.

Алгоритм работь устройства поясняется математическим описанием пре- образователей в устройстве. Пусть

начальные координаты (X ,

X ) некоторого вектора в косоугольной системе координат с углом ц между ортами

Ё и RJ (в частном случае прямоугольных координат ). При повороте этого вектора на угол 9 новые его координаты в той же косоугольной системе определяются выражениями

) Y §iD.

sin4

sinV

Xl

, sin((f+Qlsine f .

Rinu 4 ёт;;Ф

sin If

Предположим .теперь, что в этих координатах задана тройка векторов А, В, С, представляющих собой, в частности, фазные напряжения или токи, их координаты обозначим соответственно (А1, А2), (В1, В2), (С1, С2) Для отыскания составляющей прямой последовательности фаз вектора необходимо повернуть вектор В на угол 21Г/3, а вектор С - на угол -2Jr/3, после, чего сложить их. Используя выражение (1) получим координаты вектора симметричной составляющей прямой последовательности в виде

1

tAl+Bl Г

зшч

- В2

. 2ТГ sin ---Ч

Sih Ч

Cl

д 2

sin(44- -- sin i7

. 2Jr sin -C2 -T--- /3: sinV

OTt

sin(ip+

. 2iT sin - It- I .3JHl

+ Bl -T-SLn 4

Sin 4

2Ji

- Cl

. 2Jt sin -sin Ч

1/3,

(.2)

д 2

В общем случае выражение (2 сложно для реализации, но легко упрощается при значениях ч , совпадающих с фазовыми сдвигами в трехфазной системе, Так, при Ч 23Г/3

А„1(А1-С1+С2-В2)/3; А 2(А2-В2+В1-С1)/3,

(3)

Координаты составляющих обратной последовательности вычисляются по

выражению (3), если

2П

- 3-.

Координаты симметричной составляющей вектора тока (II, 12) и напряжения jCUl , U2) представляют два вектора, I и и. Активная мощность Р основного потока (прямой последовательности фаз) выразится как скалярное произведение векторов I и U

(El-11+1 2 I2)(E1-UI+E2-U2) (I1-U1+I2-U2) + (I1:U2+U1-I2)cosV, (4)

Реактивная мощность Q определяется как модуль векторного произведения векторов Г и V

. U2-U1-I23 sin4. (5)

Выражение (5) станты sin Ч

с подстановкой кон- 2ЛZ.Jtnr у«

sin -- 1/3 /2 служит

5 для определения реактивной мощности прямой последовательности фаз.

Для определения активной и реактивной мощности обратной последовательности фаз используются те же вы0 ражения (4) и (5), только в выражение (1) подставляется значение угла Y -27Г/3.

Устройство работает следующим образом,

5 На блок 1 формирования косоугольных координат поступают фазные напряжения и jj, Ug и Up . Каждое из напряжений подается одновременно на два модулятора (например, ид, подается на первый 19 и второй 20 модуляторы). На цифровой вход первого модулятора 19 подаются с высокой частотой коды от цифрового задатчи- ка 4 опорных сигналов с его первого выхода, а на аналогичный вход второго модулятора 20 - коды со второго его выхода, в результате чего на выходах первого 19 и второго 20 модуляторов формируются сигналы, пропорциональные произведению напряжения и на два образцовых цифровых синусоидальных сигнала. Аналогично на третьем 21 и четве ртом 22 модуляторах происходит преобразование напряжения Ug, а на пятом 23 и шестом 24 модуляторах - напряжения U,.

Аналогичное преобразование осуществляется блоком 2 формирования косоугольных координат, на вход которого подаются фазные токи i , i g и ij., а на управляющее входы - те же сигналы от ци4ч)ового задатчика 4 опорных сигналов,

Ци( задатчик 4 опорных сигналов работает следующим образом, В блоке 28 памяти хранятся коды значений синусоидального сигнала. На накапли в акаций сумматор 29 поступают счетные импульсы от умножителя 3 частоты, В результате на накапливающем сумматоре 29 нарастающим итогом накапливается число, которое в блок 28 памяти поступает как адрес соответ- ствунлцего кода синусоиды. Коммутатор 27 слугятт для формирования нужного фазоЬого сдвига (измерение для прямой или обратной последовательности фаз), Его положение устанавливается с помощью задатчика 6 фазы. Если необходимо осзпцествлять измерение на высшихдгармониках (например, на второй) , то от задатчика 5 частоты на накашшваниций сумматор 29 поступает команда, в соответствии с которой он с приходом каждо1 о импульса от умножителя 3 частоты суммирует не одну, а несколько единиц постоянного запоминающего устройства.

Сумматоры 25 и 26 реализуют алгоритмы (3), В результате на выходах nepJBoro 7 и второго 8 фильтров- сверхнизких частот формируются координаты II и 12, Аналогично на выходах третьего 9 и четвертого 10 фильтров сверхнизких частот формируются координаты U1 и U2,

Работа последующих устройств связана с реализацией выражений (4) и

(5), Так, перемножители 11 - 14 формируют произведения соответственно U1 11; U1 12; II U2; 12 , U2, С помощью сумматора 15 формируется выра-жение в первой скобке формулы (4), нормирующего сумматора 17 - выражение во второй скобке, умноженное на константу, сумматора 16 - полностью выражение (4), а нормирующего сумматора 18 - выражение (5),

Формула изобретения

1, Устройство дпя измерения активной и реактивной мощности, содержащее четыре (фильтра сверхнизких частот, четыре; перемножителя и два сумматора, отличающееся тем, что, с целью р 1Спшрения функциональ№ х возможностей, оно дополнено двумя нормирующими сумматорами, двумя блоками формирования косоугольных координат, умножителем частоты, цифровым задатчиком опорных сигналов,

задатчиками частоты и фазы, причем информационные входы первого блока формирования косоугольных координат связаны соответственно с фазными напряжениями контролируе1 ой сети, а

выходы соеданены с входами первого и второго фильтров сверхнизких частот, информационные входы второго блока формирования косоугольных коордииат связаны соответственно с фазными то- ,

ками контролируемой сети, а выходы соединены с входами третьего и четвертого фильтров сверхнизких частот, первые управляю1ще входы первого и второго блоков формирования косоугольных координат объедине и подключены к первому выходу цифрового задатчика опорных сигналов, второй выход которого связан с объединенными вторыми управляющими входами первого и второго блоков формирования косоугольных координат, первый управляющий вход цифрового задатчика опорных сигналов подключен через умножитель частоты к одному из фазных

напряжений, второй управляющий вход соединен с задатчиком частоты, а третий управляющий вход - с задатчиком фазы, выход первого фильтра сверхнизких частот соединен с первыми входами первого и второго перемножителей, выход второго фильтра сверхнизких частот соединен с первыми входами третьего и четвертого перемножителей, выход третьего фильтра

сверхнизких частот соединен с вторыми входами первого и третьего перемножителей, а выход четвертого (фильтра сверхнизких частот - с вторы- м входами второго и четвертого перемножителей, выходы первого и четвертого перемножитепей подключены к входам первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, выход которого является первым выходом устройства, выход второго перемножителя соединен с первыми входами первого и второго нормирующих сумматоров, а выход третьего перемножителя соединен с их вторыми входами, выход первого нор- мирую1цего сумматора подключен к второму входу второго сумматора, выход второго нормирующего сумматора является вторым выходом устройства. 2, Устройство по п. 1, о т л и - чающееся тем, что блок формирования косоугольных координат состоит из шести модуляторов и двух сумматоров, причем информационные входы первого и второго, третьего и четвертого, пятого и шестого модуляторов попарно объединены и являются тремя информационными входами блока формирования косоугольных координат, управляющие входы первого, третьего и пятого модуляторов соединены и образуют первый управляюпоий вход блока формирования косоугольных координат, управляющие входы второго, чет- 35 сумматор состоит из сумматора с

вертого и шестого модуляторов соеди- неил и образуют второй управляющий вход блока формирования косоугольных

координат, выходы первого, четвертого, пятого и шестого модуляторов сое- данены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами первого сумматора, выход которого является первым выходом блока форьирова- ния косоугольных координат, выходы второго, третьего, четвертого и пятого модуляторов соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами второго сумматора, выход которого является вторым выхо дом блока формирования косоугольных координат,

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цифровой задатчик опорных сигналов состоит из коммутатора, накапливающего сумматора, блока памяти, причем его выходы

соединены с входами коммутатора, выходы которого являются выходами цифрового задатчика опорных сигналов, а управляющий вход - третьим входом цифрового задатчика опорных сигналов,

первый вход накашшвакнцого сумматора является первым управляющим входом цифрового задатчика опорных сигналов, второй является вторым управляющим входом цифрового задатчика опорных

сигналов, а выход соединен с входом блока памяти.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нормируюподключенным к его выхоку норьирую- щим усилителем, выход которого является выходом нормирукЯ5его сумматора.

фиь, 2

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения составляющих активной и реактивной мощности в трехфазных сетях переменного тока. Цель - изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит фильтры 7-10 сверхнизких частот, перемножители П - 14 и сумматоры 15 и 16. Для достижения поставленной цели в устройство введены блоки 1 и 2 формирования косо- уголыых координат, умножитель 3 частоты, нормирукщие сумматоры 17 и 18, цифровой задатчик 4 опорных сигналов, задатчики 5 и 6 частоты и фазы с образованием но вых функциональных связей между элементами устройства. 3 3.п, ф-лы, 4 ил. с 9 СО а со ел к cpas.l

фиг. tf

фиг,3

Редактор А, Ревин.

Составитель С, Сафокин

Техред А.КравчукКорректор М. Шароши

Заказ 773/47Тираж 731Подписное

ВНИИШ Государственного ко в1тета СССР

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

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